WO2019048253A1 - Kippsegmentlager, insbesondere radialkippsegmentlager - Google Patents

Kippsegmentlager, insbesondere radialkippsegmentlager Download PDF

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WO2019048253A1
WO2019048253A1 PCT/EP2018/072844 EP2018072844W WO2019048253A1 WO 2019048253 A1 WO2019048253 A1 WO 2019048253A1 EP 2018072844 W EP2018072844 W EP 2018072844W WO 2019048253 A1 WO2019048253 A1 WO 2019048253A1
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bearing
tilting
pressure medium
individual
segment
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PCT/EP2018/072844
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French (fr)
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Joachim Rasch
Peter Besler
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Voith Patent Gmbh
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Definitions

  • Tilting pad bearing in particular Radialkippsegmentlager
  • the invention relates to a tilting pad bearing, in particular a Radialkippsegmentlager for supporting a shaft rotatable about a longitudinal axis, in detail with the features of the preamble of claim 1.
  • the basic structure of such a bearing is characterized by a bearing housing with a bearing bore aligned along a bearing axis, wherein the bearing housing may be formed in one or more parts. Furthermore, a plurality of movable relative to the bearing housing and spaced from the bearing axis in the circumferential direction arranged around these Kippsegmente provided.
  • the tilting segments are viewed at least in the circumferential direction about the bearing axis tiltably supported by a support structure on the bearing housing.
  • the individual tilting segment has a radially inner surface relative to the bearing axis, which serves as a sliding surface for the body to be supported. Furthermore, the tilting segment has a radially outer surface which is supported at least indirectly on the bearing housing, preferably directly via the support structure.
  • Such bearings are designed as plain bearings.
  • a tilting pad bearing is previously known from the publication US 5,743,654.
  • the supply of lubricating media required for the formation of a lubricant film between the radially inner surface of the tilting segment and the peripheral surface of the shaft to be supported takes place via a radially outer circumferential annular channel which can be filled with lubricating media.
  • the individual tilting segments are equipped with a fillable with pressure medium recess for hydrostatic lifting a shaft to be supported when starting.
  • each of the tilting segments on such a recess on the bearing surface which is coupled to the annular channel. All tilting segments are supplied evenly with lubricating media.
  • the document EP 28 40 267 A1 discloses an embodiment with supply of lubricating media to the surface of the tilting pad by guiding over the support structure through the bearing body, wherein all tilting segments are applied uniformly here as well. To adapt the bearing to different boundary conditions, it is provided to use as lubricating media an electro-rheological fluid whose tribological properties can be changed by applying a voltage. The change made in this way is equally effective on all tilting segments.
  • the documents DE 195 14 830 C2 and EP 2 815 139 B1 disclose a supply of lubricating media in the region of the bearing surface by injection into the space between two circumferentially adjacent tilting segments.
  • the invention is therefore the object of developing a generic Kippsegmentlager such that in addition to lifting the shaft to be stored at low speeds, a specific defined orientation and centering this should be possible.
  • a targeted influencing of the bearing properties, in particular the damping and rigidity of the bearing should be possible.
  • Another essential objective of the invention is to be able to subsequently change the rotor dynamic behavior (after commissioning) and without serious expense when using bearings of rotors.
  • the solution according to the invention should be characterized by a simple structure and easy installation.
  • An inventively designed Kippsegmentlager for supporting a rotatable shaft about a longitudinal axis with a bearing housing with a bearing axis aligned bearing bore and a plurality spaced from the bearing axis in the circumferential direction about this and arranged on a support structure on the bearing housing with respect to this movably supported tilting segments, said the individual tilting segment has a radially inner bearing surface facing the bearing axis and a radially outer surface with a support region for at least indirect support via the support structure on the bearing housing, and with at least one provided on the bearing surface of at least one tilting segment and in particular a pocket forming recess for acting with
  • a pressure medium which is fluidically connectable to a pressure medium source / sink to form a pressure medium supply system, is characterized t, in that the individual compartment forming a pocket is associated with a device for actively influencing / controlling the application of pressure medium. This device is assigned to the pressure medium supply system.
  • a pressure medium is preferably a fluid, in particular an oil, which is incompressible or characterized by only low compressibility. These are pressurized in the range of 2 to 500 bar, preferably 5 to 100 bar.
  • a fluidic connection between the pressure medium source / sink and the recess is understood in particular to mean the connection between the pressure medium source / sink and the recess describing the flow path.
  • the solution according to the invention offers the advantage that the hydrostatic support film forming on the respective bearing surface via the recesses upon application of pressure medium is freely adjustable in each case.
  • This free adjustability of the individual tilting segments allows in a simple manner an active influence on the bearing properties, in particular the damping behavior when vibrations occur.
  • the specific assignment of the recesses to individual tilting segments depends on the bearing training, especially the number of circumferentially tilting segments arranged around the bearing axis.
  • a plurality of each of these at least one recess is arranged in each case.
  • the arrangement of a recess takes place at least every second of the arranged in the circumferential direction about the bearing axis tilting segments, most preferably at each of the individual tilting segments.
  • a shaft mounted in the bearing can be optimally centered and readjusted with simple means with regard to the requirements of the application.
  • the centering can be done actively before the start of the camp, so that there is already support for the shaft to be stored or the component to be stored on the hydrostatic in the starting state here.
  • such a design offers the advantage of being able to adapt the storage to different requirement profiles quickly and with little effort, without having to make an exchange of the bearing.
  • all versions with separate control of the individual recesses regardless of whether only on one part of the tilting segments or all, there is the possibility to influence the bearing properties actively and also during operation by the targeted adjustment of the hydrostatic support, whereby the vibration behavior is actively improved.
  • bearing characteristics / bearing coefficients can be changed in a targeted manner by hydrostatics. It is thus also possible to influence the resonance frequencies of the rotors connected to the shafts mounted in the bearing, as well as the height of vibration amplitudes.
  • the pressure medium supply system or its components there are two basic design options.
  • a plurality of tilting segments is assigned a common pressure medium source / sink, which is coupled either directly or via a distributor device to the individual fluidic connections to the individual recesses.
  • a common pressure medium source / sink allows a space-saving and simple design of a pressure medium supply system.
  • the distribution to the individual fluidic connections can either be done directly from the pressure medium source-valley or outside of this.
  • the individual device for influencing / controlling the admission of the individual recess can be integrated with pressure medium in the fluidic connection according to a first embodiment in Kippsegmentlager, in particular at least one of the following components:
  • This solution has the advantage that the proportion of functionally essential components outside of the tilting pad bearing can be minimized.
  • the individual means for influencing / controlling the admission of the individual recess with pressure medium in the fluidic connection outside of the tilting pad bearing is arranged.
  • This design has the advantage that the Kippsegmentlager itself no additional space for these facilities is provided, the facilities in case of failure or damage easily accessible and interchangeable and also the facilities at any distance to the camp can be arranged.
  • these devices which are preferably in the form of valves, can be combined to form a valve block.
  • This includes at least one in the tilting of the recess in the bearing surface in the radial direction or an angle to the radial direction oriented guide channel, which in arrangement of the connection to the pressure medium source / sink on the bearing housing as a passage for connection to a guide channel in the bearing housing or at Coupling of the terminal on the tilting pad is formed as partially by the tilting segment extending channel.
  • the guide channel can be formed by individual sections, which can be characterized by a different orientation and / or dimensioning and / or cross-sectional profiles.
  • the individual fluidic connection between recess and pressure medium source / drain furthermore comprises at least one guide channel provided in the bearing housing and a guide channel provided in the support structure, wherein the guide channel in the bearing housing with the guide channel in the support structure and the guide channel in the support structure with the guide channel in the tilting segment are coupled together or in fluid communication.
  • the mutually coupled portions of the fluidic connection in particular the guide channels in the tilting segment, support structure and bearing housing aligned in the radial direction. Only the coupling with the connection on the tilting pad bearing then takes place via a guide channel oriented at an angle thereto.
  • guide channels in the support structure and the bearing housing can be formed by individual sections, which may be characterized by a different orientation and / or dimensioning and / or cross-sectional profiles.
  • the term guide channel is not limited to a particular form and extent. This includes all geometric limitations for a flow path and thus can also include cavities.
  • the pressure medium source / sink is arranged outside of the tilting pad bearing in a particularly advantageous manner, and at least one connection to the tilting pad bearing is provided for the fluidic connection between the pressure medium source / sink and the recess on the individual tilting segment.
  • the individual connection is particularly preferably arranged on at least one of the lateral boundary surfaces on the tilting pad bearing, in particular the lateral boundary surfaces of the bearing housing.
  • the individual connection for coupling to the pressure medium source / sink, this is provided on the tilting segment or a component connected to the tilting segment.
  • the individual connection is arranged on the bearing housing or on a component connected to the bearing housing, in particular sidewall.
  • the second embodiment offers the advantage that the arrangement on a fixed and stationary component takes place, whereby no additional compensatory measures, as in the case of arrangement of movable parts are required and further, the tilting movement of the tilting pad is not affected by the arrangement of it connection.
  • the designs of the support structure between the tilting segment and the bearing housing can take many forms.
  • training is selected based on force and / or positive fit.
  • the training allow at least a mobility of the tilting segment about an axis parallel to the bearing axis. Other degrees of freedom are conceivable.
  • the support structure is formed by a segment retaining screw, comprising a threaded mounting portion for cooperation with a threaded portion on the bearing housing and a support portion for cooperation with the support surface on the tilting pad, wherein the support portion is preferably formed by a ball head.
  • the segment holding screw has a passage opening for forming a guide channel.
  • the bearing housing has a passage opening for receiving the segment holding screw in this, wherein the passage opening in the region of the outer circumference of the bearing housing via a sealing device to form a gap between the sealing device and segment holding screw can be closed.
  • the gap is coupled in this case with the through hole in the segment holding screw and a terminal on a side surface of the bearing housing. Also an above-described training alternative training is possible.
  • the segment holding screw is then fixedly connected to the tilting segment, which cooperates via a positive connection with the support structure in the bearing housing.
  • a lubrication media supply for supplying lubricating media into the area of the bearing surface of a tilting segment for establishing a hydrodynamic lubrication film between the bearing surface of a single tilting segment and the shaft to be supported.
  • the lubrication media supply includes lubrication media supply channels which open in the direction of rotation of the shaft to be supported in the tilting pad bearing in front of or at the inlet edge of the tilting segment. According to a particularly advantageous embodiment, the admission of the individual recess is controllable.
  • a control device which according to predefined or determinable setpoint specifications for the bearing properties at least indirectly characterizing variables setpoints for controlling the control devices, in particular means for influencing the admission of the recesses forms with pressure medium.
  • Figure 1 shows a schematic simplified representation with reference to a
  • FIGS. 3a to 3c illustrate an especially advantageous embodiment with reference to an axial section
  • FIG. 4 shows a tilting pad bearing according to FIG. 2a with recesses provided only on a part of the tilting segments;
  • FIG. 5 shows by way of example a hydrostatic tilting pad bearing
  • FIG. 6 illustrates by way of example a control device and its coupling with the device for influencing the pressure in the recess on the tilting segment.
  • FIG. 1 shows, in a schematized and highly simplified illustration, a perspective view of an advantageous embodiment of a tilting pad bearing 1 with separately controllable loading of a lubricating film forming between the tilting segment and the shaft to be supported, which is designed in particular as a radial tilting sliding bearing.
  • This comprises a preferably at least two-part bearing housing 2, with a bearing bore 3 extending along a longitudinal axis.
  • the bearing housing 2 is formed by two bearing shells 4.1 and 4.2.
  • the longitudinal axis forms the bearing axis LA.
  • a coordinate system is applied to the bearing axis LA here by way of example.
  • the x-axis coincides with the bearing axis LA and describes the extension along this or in the axial direction.
  • the y and z directions each describe the extent in the radial direction. Recognizable are the at least indirectly, in particular each via a not visible in the figure 1 support structure 12 supporting tilting segments 5, here 5.1. 5.2. These are arranged in the circumferential direction about the bearing axis LA spaced from each other. In this case, a plurality of tilting segments 5.1 to 5.n is provided. Preferably, between two, more preferably three and six tilting segments are used.
  • the individual tilting segment 5 has a radially in relation to the bearing axis LA in the installed position and to the bearing axis LA facing surface, which acts as a bearing surface 7 for the shaft to be supported. At least one recess 8. 1, 8. 2, which is designed as a pocket with regard to the admission of pressure medium, is provided on this, wherein the application to the individual tilting segments 5. 1, 5. 2 is independent, ie, controllable separately from one another.
  • Tilting pad bearing 1 are shown. However, these are also applicable to training with more or less tilting segments. For clarity and clarity, all reference numerals are entered in the figures only for a portion of the tilting segments.
  • FIGS. 1 to 4 illustrate bearing designs which, in an advantageous development, have a lubricating media supply 30 for establishing a hydrodynamic lubricating film between the shaft to be supported in the tilting bearing 1 and the bearing surfaces of the tilting segments 5.1 to 5.5.
  • the embodiments shown in Figures 1 to 4 see a separation of functions between the actual lubrication function during normal operation of Kippsegmentlagers 1 and on the separate hydrostatic pressurization of pockets designed as pockets 8.1 to 8.5 realizable support for influencing the bearing characteristics and thus effect on the shaft to be stored , in particular lifting, centering and possibly Changing the dynamics of a rotor coupled to the shaft.
  • a lubricating media supply 31 .1 to 31 .5 in the area of the bearing surfaces 7.1 to 7.5 indicated lubricating media supply system 30.
  • the individual lubricating media supply 31 .1 to 31 .5 opens here in each case between the individual tilting segments 5.1 to 5.5.
  • the lubrication media supply takes place at the front edge viewed in the direction of rotation of the shaft to be supported, the so-called inlet edge of a single tilting segment 5.1 to 5.5.
  • the supply preferably takes place via a ring channel 32 provided in the bearing housing 2 or on the outer circumference of the bearing housing 2.
  • the individual tilting segment 5.1 to 5.5 has, in the installed position, a surface oriented away from the bearing axis LA in the radial direction and a partial region serving as the support surface 6.1 to 6.5 for at least indirect support on the bearing housing 2.
  • the tilting segments 5.1 to 5.5 viewed at least in the circumferential direction about the bearing axis LA, are tiltable.
  • the tilting segments 5.1 to 5.5 are based on the support structure 12.1 to 12.5 on the bearing housing 2, in particular the respective bearing shells 4.1, 4.2 from. Tilting means that the individual tilting segments 5.1 to 5.5 can be tilted or swiveled at least about an axis parallel to the bearing axis LA.
  • each of the individual tilting segments in the figures 2a to 3, for example, each of the five tilting segments 5.1 to 5.5, and in Figure 4, a plurality of tilting segments 5.1, 5.2, 5.5 on the radially inner surface, in particular the bearing surface 7.1 bis 7.5, at least one, a pocket forming recess 8.1 to 8.5.
  • This is referred to in terms of their function as a hydraulic bag and is viewed in the installed position by an extension in the circumferential direction along the surface of the respective bearing surface 7.1 to 7.5 and an extension in the longitudinal direction, that is Width direction of the tilting segment 5.1 to 5.5 and characterized by an extension in the depth direction on the tilting segment 5.1 to 5.5 itself.
  • each case only a single such recess is provided on a tilting segment 5.1 to 5.5.
  • This is preferably arranged in the direction of extension of the bearing surface in the installed position in the circumferential direction about the bearing axis LA in the central region of the respective tilting segment.
  • Other designs, ie arrangements between entry or exit edge and center region are also possible.
  • With respect to the geometric design of the individual recess 8.1 to 8.5 there are a plurality of possibilities. This can be viewed in the installed position in the circumferential direction about the bearing axis LA and / or be characterized in the axial direction with respect to this by a cross-sectional change or a constant cross-section.
  • cross-sectional profiles different configurations are conceivable.
  • rectangular cross-sectional shapes, rounded, elliptical or formed from a combination of these cross-sectional shapes are conceivable.
  • the arrangement of the individual recess 8.1 to 8.5 takes place in the embodiments shown in the figures preferably in the installed position in the circumferential direction in the central region of the respective tilting segment 5.1 to 5.5.
  • Each of the individual recesses 8.1 to 8.5 at the individual bearing surfaces 7.1 to 7.5 of the individual tilting segments 5.1 to 5.5 can be fluidly coupled to a pressure medium source / sink 10 or 10.1 to 10.5.
  • the flow connection between the pressure medium source / sink is designated in each case with 13.1 to 13.5.
  • all tilting segments 5.1 to 5 .5 are assigned a single pressure medium source / sink 10.
  • Figure 2c illustrates an embodiment with each tilting segment 5.1 to 5.5 associated individual DruckmediumánAsenke 10.1 to 10.5.
  • Figure 4 shows an embodiment with only partial separate control of individual Tilting pads. In this a plurality of tilting segments 5.1, 5.5 and 5.2 - but not all - a common pressure medium source / sink 10 is assigned.
  • a device 1 1 for adjusting / controlling the application of the individual recess is provided with pressure medium according to the invention.
  • FIGS. 2a to 2c show, in a simplified schematic representation, the basic structure of an exemplary tilting pad bearing 1 according to FIG. 1 in an axial section. Recognizable are arranged around the bearing axis LA in the circumferential direction Kippsegmente 5.1 to 5.5, which are supported on each support structure 12.1 to 12.5 at least indirectly on the bearing housing 2, at least in the circumferential direction of the tilting segment 5.1 to 5.5 considered in the installation position tiltable.
  • the pressure medium sources / sinks 10 according to FIGS.
  • the device 1 1 is arranged, wherein in the embodiment according to Figure 2a, 3a, this device 1 1 is exemplified by a valve block 33 with individual valves, in particular pressure control valves 14.1 to 14.5. In FIGS. 2 a, 3 a, the arrangement of the device 1 1 takes place outside the bearing.
  • FIG. 2 b illustrates an alternative embodiment to FIG. 2 a, in which all tilting segments 5.1 to 5.5 are likewise assigned a common pressure medium source / sink 10, but the arrangement of the individual device 1 1 does not take place outside of the tilting pad bearing 1 but instead in FIG this integerates.
  • individual valve devices 14.1 to 14.5 are preferably provided, which are arranged in the bearing housing 2 and / or the support structure 12.1 to 12.5 or another area integrated in the bearing structure in the fluidic connection to the respective recess 8.1 to 8.5.
  • FIG. 2c illustrates another alternative embodiment in which each of the individual tilting segments 5.1 to 5.5 is assigned a separate pressure medium supply system 15.1 to 15.n, wherein each of these pressure medium supply systems 15.1 to 15.5 has its own Pressure medium source / sink 10.1 to 10.5, which are coupled via corresponding fluidic connections 13.1 to 13.5 respectively with the recesses 8.1 to 8.5 on the radially inner surface, in particular bearing surface 7.1 to 7.5 of the tilting segment 5.1 to 5.5.
  • FIGS. 3a to 3c show by way of example in an axial section an embodiment of a tilting pad bearing 1 according to FIG. 2a.
  • the bearing housing 2 is here formed in two parts.
  • the five tilting segments 5.1 to 5.5 are provided, which are arranged supportingly on the bearing housing 2 via the support structures 12.1 to 12.5.
  • the fluidic connection 13.1 to 13.5 is thereby formed via guide channels 9.1 to 9.5, which are extending through the support structure 12.1 to 12.n and the bearing housing 2 and a corresponding outside of the tilting pad bearing 1 provided line connection 17.1 to 17.5 with the pressure medium source / sink 10 realized.
  • the support structure 12.1 to 12.5 comprises a tilting-segment holding device in the form of a so-called segment-holding screw 18.1 to 18.5.
  • the single one Segment holding screw 18.1 to 18.5 is shown in detail in Figure 3c and each includes a fixing member 19 for attachment to the bearing housing 2, via which also the support of the tilting segment takes place by the forces are introduced via the segment holding screw 18.1 to 18.5 in the bearing housing 2.
  • the individual segment holding screw 18.1 to 18.5 further comprises a respective storage area 20. This is preferably arranged completely outside the mounting area 19 and serves in the present case to form a positive connection with the respective tilting segment 5.1 to 5.5.
  • the bearing portion 20 of the individual segment holding screws 18.1 to 18.5 is formed as a ball head, of a preferably, but not necessarily complementary thereto formed recess 21 on the respective radially outer surface, the so-called support surface 6.1 to 6.5 of the individual tilting segment 5.1 to 5.5 is included.
  • the support surface 6.1 is designed such that it does not reach the surface on the inner circumference 22 of the bearing housing 2, but relative to the bearing axis LA with a different radius than the inner circumference 22 characterizing surface of the bearing housing 2 is formed.
  • the bearing housing 2 has corresponding respective through openings 23.1 to 23.5, which are preferably aligned directly in the radial direction.
  • this passage opening is preferably provided with a change in cross section to form a stop surface 25, which the positional fixing of the segment holding screw, in particular the limitation of Einschraub brieflyte serves.
  • a flange surface adjoining the attachment region 19 or arranged at a defined distance therefrom abuts against the segment holding screw 18.1.
  • the individual segment holding screw 18.1 to 18.5 is sunk in each case in the passage opening 23.1 to 23.5.
  • the individual segment holding screw 18.1 to 18.5 is provided with a passage opening 26.1 to 26.5, which is formed in the installed position extending in the radial direction and preferably with the longitudinal axis of the respective Segment holding screw coincides provided.
  • the pressure medium supply to the support structure 12.1 to 12.5 takes place via the free of the segment holding screw part of the through hole 23.1 to 23.5 in the bearing housing 2.
  • a port 28.1 to 28.5 is provided, via which the coupling with the pressure medium source / -slow 10.
  • the passage opening 23.1 to 23.5 is closed by a sealing device 29.1 to 29.5 each with respect to the environment pressure medium tight.
  • the device 1 1 comprises a number of valve devices, which are preferably combined in a valve block 33 and are coupled via corresponding connecting lines 17.1 to 17.5 with the terminals 28.1 to 28.5 on the bearing housing 2. It can be seen here that the connections are each mounted at an angle to the radial direction on the bearing housing 2 on the side surfaces. This means that the supply does not take place directly in the radial direction and thus the supply can be realized independently of the installation conditions of the bearing 1 or the bearings can be fitted with standardized connections for coupling to a pressure medium source / sink in different installation situations. Also, retrofitting existing conventional bearings is possible because the side surfaces of the camp are usually easily accessible.
  • FIG. 3 b shows, on the example of the embodiment according to FIG. 3 a, the lateral assignment of the connection 28. 1 for coupling to the pressure medium source / sink 10.
  • the connection 28. 1 is provided on an axial surface on the bearing housing 2. From this extends a connecting channel 35, which opens into the passage opening 23.1.
  • the connecting channel 35 is preferably formed perpendicular to the passage opening 23.1 extending. Other angles are also conceivable. Also visible is the formation of the individual recess 8.1 on the tilting segment 5.1, the extent of the passage opening 23.1 through the bearing housing, the arrangement and the structure of the support structure and the arrangement of the sealing device 29.1 and the two lateral bearing caps 34.1, 34.2.
  • the cutout X according to FIG. 3b is reproduced in FIG.
  • FIG. 4 shows, by way of example by means of a modification of the embodiment according to FIG. 2a, an embodiment in which recesses for impingement with a pressure medium are provided only on individual tilting segments, wherein the pressure medium supply of each individual recess can be adjusted or controlled individually via a corresponding device.
  • the individual tilting segments 5.1, 5.2 and 5.5 are provided on the bearings for bearing bearing surfaces 7.1, 7.2 and 7.5 with a recess 8.1, 8.2 and 8.5.
  • the tilting segments 5.1, 5.2, 5.5 provided with a recess 8.1, 8.2 and 8.5 are tilting segments, which, viewed in the installed position of the tilting pad bearing, are preferably arranged at least partially below the bearing axis LA.
  • Each of the recesses 8.1, 8.2 and 8.5 is fluidically connected to a pressure medium source / sink, here the common pressure medium source / sink 10.
  • the valve devices 14.1 to 14.3, which are combined in a valve block 33 act.
  • FIGS. 1 to 4 show embodiments with combined hydrodynamic lubricating film formation and hydrostatic support
  • FIG. 5 illustrates an alternative embodiment with purely hydrostatic support.
  • the tilting pad bearing 1 is carried out analogously to that described in FIGS. 1 to 2a, but no lubricating medium supply system 30 is provided.
  • FIG. 6 shows by way of example the interaction between the control device 36 and the pressure medium supply system 15 for the individual tilting segments.
  • a target specification for a position of the shaft to be stored at least indirectly characterizing or a properties of Kippsegmentlagers 1 at least indirectly descriptive size Xsoll-A a manipulated variable Y1 1 for the control of the actuators in the pressure medium supply system 15.
  • the individual valve devices 14.1 to 14.5 for acting on the individual tilting segments 5.1 to 5.5.
  • the position of the Kippsegmentlager wave at least indirectly characterizing size, for example, the position itself characterizing variables can be considered or the change in position or another, from the process or the operation of the shaft to be stored in the camp are considered.
  • bearing characteristic values / bearing coefficients can be influenced in a targeted manner by hydrostatics.
  • setpoint values Xsoll-A for desired or required bearing characteristic values with regard to rigidity and damping can be set for the component which is at least indirectly describable, and these can be adjusted by pressurizing the recesses with pressure medium. It is thus also possible to influence the resonance frequencies of the rotors connected to the shafts mounted in the bearing, as well as the height of vibration amplitudes.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kippsegmentlager, insbesondere Radialkippsegmentlager zum Lagern einer um eine Längsachse drehbaren Welle mit einem Lagergehäuse mit einer entlang einer Lagerachse ausgerichteten Lagerbohrung und einer Mehrzahl beabstandet zur Lagerachse in Umfangsrichtung um diese angeordneten und sich über eine Stützstruktur am Lagergehäuse gegenüber diesem bewegbar abstützenden Kippsegmenten, wobei das einzelne Kippsegment eine radial innere zur Lagerachse weisende Lagerfläche und eine radial äußere Fläche mit einem Abstützbereich zum zumindest mittelbaren Abstützen über die Stützstruktur an dem Lagergehäuse, aufweist und mit einer Schmiermedienzufuhr in den Bereich der Lagerfläche eines Kippsegmentes und mit zumindest einer an wenigstens einem Kippsegment an der Lagerfläche vorgesehener Ausnehmung zur Beaufschlagung mit einem Druckmedium zum Anheben der zu lagernden Welle. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass an den Lagerflächen aller Kippsegmente Ausnehmungen zur Beaufschlagung mit einem Druckmedium vorgesehen sind, die jeweils mit einer Druckmediumquelle/-senke strömungstechnisch unter Ausbildung eines Druckmedium-Versorgungssystems verbindbar sind, wobei im Druckmedium-Versorgungssystem zumindest eine Einrichtung zum separaten Beeinflussen/Steuern der Beaufschlagung der einzelnen Ausnehmung mit Druckmedium vorgesehen ist.

Description

Kippsegmentlager, insbesondere Radialkippsegmentlager
Die Erfindung betrifft ein Kippsegmentlager, insbesondere ein Radialkippsegmentlager zum Lagern einer um eine Längsachse drehbaren Welle, im Einzelnen mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1 . Der Grundaufbau eines derartigen Lagers ist durch ein Lagergehäuse mit einer entlang einer Lagerachse ausgerichteten Lagerbohrung charakterisiert, wobei das Lagergehäuse ein- oder mehrteilig ausgebildet sein kann. Des Weiteren ist eine Mehrzahl von relativ zum Lagergehäuse bewegbar und beabstandet zur Lagerachse in Umfangsrichtung um diese angeordneten Kippsegmente vorgesehen. Die Kippsegmente sind dabei zumindest in Umfangsrichtung um die Lagerachse betrachtet kippbeweglich über eine Stützstruktur am Lagergehäuse abgestützt. Das einzelne Kippsegment weist eine bezogen auf die Lagerachse radial innere Fläche auf, welche als Gleitfläche für den zu lagernden Körper dient. Ferner weist das Kippsegment eine radial äußere Fläche auf, die sich wenigstens mittelbar an dem Lagergehäuse abstützt, vorzugsweise direkt über die Stützstruktur. Derartige Lager sind als Gleitlager konzipiert. Bei Betrieb des Gleitlagers gleitet dabei die Gleitfläche des zu lagernden Körpers, insbesondere die um die Längsachse drehbare Welle, auf den Gleitflächen bildenden Lagerflächen der Kippsegmente. Zur Reduzierung der Reibung und damit Verminderung des Verschleißes wird ein Schmierfilm zwischen der zu lagernden Welle und der Gleitfläche am Kippsegment eingebracht. Dabei liegt die Welle im Stillstand exzentrisch an den unteren Segmenten auf. Mit zunehmender Drehzahl wird der Schmierstoff in den Spalt zwischen dem Kippsegment und der Welle gezogen und die Welle angehoben. Ein zentrischer Lauf der Welle stellt sich jedoch nur bei hohen Drehzahlen und geringen Lagerkräften ein. Derartige Lager werden insbesondere für Industrieanwendungen zur Lagerung der Wellen von Rotoren eingesetzt. Um auch beim Anfahren oder im sogenannten Turn-Betrieb, bei welchem die Rotoren z.B. von Dampfturbinen während der Stillstandperioden der Anlage zur Vermeidung eines Durchhängens und Verformen beim Abkühlen langsam verdreht werden, die Vorteile der Gleitreibung zu haben und einen direkten Kontakt zwischen den Oberflächen von zu lagernder Welle und Kippsegment zu vermeiden, ist es vorgesehen, an den in Schwerkraftrichtung unterhalb der Lagerachse positionierten Kippsegmenten entsprechende als Hydrauliktaschen fungierende Ausnehmungen auszubilden, welche mit Druckmittel beaufschlagt werden und somit ein Anheben der zu lagernden Welle von der entsprechenden Gleitfläche am Kippsegmentlager auch bei langsamen Geschwindigkeiten bewirken. Derartige Lager sind in den unterschiedlichsten Ausführungen aus dem Stand der Technik vorbekannt. Stellvertretend wird auf nachfolgende Druckschriften verwiesen:
DE 195 14 830 C2
EP 2 815 139 B1
US 5,743,654
EP 2 818 738 A1
EP 2 840 267 A1
Ein Kippsegmentlager ist aus der Druckschrift US 5,743,654 vorbekannt. Bei dieser erfolgt die Versorgung mit dem zum Schmierfilmaufbau zwischen radial innerer Fläche des Kippsegmentes und Umfangsfläche der zu lagernden Welle erforderlichen Schmiermedien über einen radial äußeren umlaufenden, mit Schmiermedien befüllbaren Ringkanal. Die einzelnen Kippsegmente sind mit einer mit Druckmittel befüllbaren Ausnehmung zum hydrostatischen Anheben einer zu lagernden Welle beim Anlaufen ausgestattet. Dabei weist jedes der Kippsegmente eine derartige Ausnehmung an der Lagerfläche auf, die mit dem Ringkanal gekoppelt ist. Alle Kippsegmente werden gleichmäßig mit Schmiermedien versorgt. Die Druckschrift EP 28 40 267 A1 offenbart eine Ausführung mit Zufuhr von Schmiermedien an die Oberfläche des Kippsegmentes durch Führung über die Stützstruktur durch den Lagerkörper hindurch, wobei auch hier alle Kippsegmente gleichmäßig beaufschlagt werden. Zur Anpassung des Lagers an unterschiedliche Randbedingungen ist es vorgesehen, als Schmiermedien eine elektro- rheologische Flüssigkeit zu verwenden, deren tribologische Eigenschaften durch das Anlegen einer Spannung veränderbar sind. Die dabei vorgenommene Änderung ist an allen Kippsegmenten gleichermaßen wirksam. Die Druckschriften DE 195 14 830 C2 und EP 2 815 139 B1 offenbaren eine Zufuhr von Schmiermedien in den Bereich der Lagerfläche durch Eindüsen in den Zwischenraum zwischen zwei in Umfangsrichtung benachbart angeordneten Kippsegmenten. Durch das Vorsehen entsprechender Schmiermedienzufuhrkanäle an allen Kippsegmenten sind die Ausführungen aus dem Stand der Technik geeignet, das erforderliche Anheben der Welle auch bei niedrigen Geschwindigkeiten unabhängig von der Einbaulage des Lagers zu gewährleisten. Dabei werden alle Kippsegmente gleichermaßen mit Druckmedium beaufschlagt, wodurch zwar ein Anheben der an diesen zu lagernden Welle, jedoch keine gezielte Ausrichtung dieser möglich ist.
Desweiteren sind derartige Lager beim Einsatz in Antriebssträngen, insbesondere von Rotoren den in diesen auftretenden Schwingungen und Stoßeinwirkungen ausgesetzt. Dies kann in Lagerschäden und damit einer Verringerung der Lagerlebensdauer resultieren.
Neben Unwucht als häufigste Anregungsursache gibt es aber noch ein Vielzahl anderer Anregungsphänomene, die sich nicht oder nur schwer
vorhersagen/berechnen lassen, wie z.B. Anstreifer an Dichtungen,
eingeschlossene Fluide, Hot Spots (Morton Effekt); Effekte aus der
Abstützung/Aufspannungen. Ob ein mittels eines derartigen Lagers gelagerter Rotor wirklich innerhalb der Schwinggrenzwerte läuft, stellt sich jedoch oft erst im Betrieb heraus. Veränderungen der Rotorgeometrie/Randbedingungen sind dann meist nicht mehr möglich. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Kippsegmentlager derart weiterzubilden, dass neben einem Anheben der zu lagernden Welle bei niedrigen Drehzahlen eine gezielte definierte Ausrichtung und Zentrierung dieser möglich sein soll. Auch soll eine gezielte Beeinflussung der Lagereigenschaften, insbesondere der Dämpfung und Steifigkeit des Lagers möglich sein. Ein weiteres wesentliches Ziel der Erfindung ist es, beim Einsatz in Lagerungen von Rotoren das rotordynamische Verhalten nachträglich (nach Inbetriebnahme) und ohne gravierenden Aufwand verändern zu können. Die erfindungsgemäße Lösung soll sich dabei durch einen einfachen Aufbau sowie eine einfache Montage auszeichnen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Ein erfindungsgemäß ausgebildetes Kippsegmentlager, insbesondere Radialkippsegmentlager zum Lagern einer um eine Längsachse drehbaren Welle mit einem Lagergehäuse mit einer entlang einer Lagerachse ausgerichteten Lagerbohrung und einer Mehrzahl beabstandet zur Lagerachse in Umfangsrichtung um diese angeordneten und sich über eine Stützstruktur am Lagergehäuse gegenüber diesem bewegbar abstützenden Kippsegmenten, wobei das einzelne Kippsegment eine radial innere zur Lagerachse weisende Lagerfläche und eine radial äußere Fläche mit einem Abstützbereich zum zumindest mittelbaren Abstützen über die Stützstruktur an dem Lagergehäuse, aufweist und mit zumindest einer an der Lagerfläche zumindest eines Kippsegmentes vorgesehenen und insbesondere eine Tasche bildenden Ausnehmung zur Beaufschlagung mit einem Druckmedium, welche mit einer Druckmediumquelle/-senke strömungstechnisch unter Ausbildung eines Druckmedium-Versorgungssystems verbindbar ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass der einzelnen, eine Tasche bildenden Ausnehmung eine Einrichtung zum aktiven Beeinflussen/Steuern der Beaufschlagung mit Druckmedium zugeordnet ist. Diese Einrichtung ist dabei dem Druckmedium-Versorgungssystem zugeordnet. In einer besonders vorteilhaften Ausführung ist die Einrichtung zum aktiven Beeinflussen/Steuern der Beaufschlagung einer einzelnen Ausnehmung mit Druckmedium im Druckmedium-Versorgungssystem angeordnet, d.h. ist Bestandteil dieses.
Bei einem Druckmedium handelt es sich vorzugsweise um ein Fluid, insbesondere ein Öl, welches inkompressibel oder durch eine nur geringe Kompressibilität charakterisiert ist. Diese werden mit Drücken im Bereich von 2 bis 500 bar, vorzugsweise 5 bis 100 bar beaufschlagt.
Unter einer strömungstechnischen Verbindung zwischen Druckmediumquelle/- senke und Ausnehmung wird insbesondere die den Strömungsweg beschreibende Verbindung zwischen Druckmediumquelle/-senke und Ausnehmung verstanden. Diese beinhaltet jegliche Ausführungen von Leitungen, Kanälen oder Hohlräumen in Bauteilen, die geeignet sind, einen Strömungsweg zu beschreiben oder begrenzen sowie jegliche Einrichtungen, die geeignet sind, auf das Medium einzuwirken.
Die erfindungsgemäße Lösung bietet den Vorteil, dass der sich über die Ausnehmungen bei Beaufschlagung mit Druckmedium an der jeweiligen Lagerfläche ausbildende hydrostatische Stützfilm jeweils frei einstellbar ist. Diese freie Einstellbarkeit an den einzelnen Kippsegmenten ermöglicht auf einfache Art und Weise eine aktive Beeinflussung der Lagereigenschaften, insbesondere des Dämpfungsverhaltens bei auftretenden Schwingungen.
Die konkrete Zuordnung der Ausnehmungen zu einzelnen Kippsegmenten hängt von der Lagerausbildung, insbesondere auch der Anzahl der in Umfangsrichtung um die Lagerachse angeordneten Kippsegmente ab. Bei Vorsehen mehrerer Kippsegmente wird auch an mehreren von diesen jeweils zumindest eine Ausnehmung angeordnet. In einer vorteilhaften Ausbildung erfolgt die Anordnung einer Ausnehmung wenigstens an jedem zweiten der in Umfangsrichtung um die Lagerachse angeordneten Kippsegmente, ganz besonders bevorzugt an jedem der einzelnen Kippsegmente. Diese Anordnungen ermöglichen es, das Lager in Umfangsrichtung betrachtet beliebig einzubauen. Die Zuordnung einer Einrichtung zum aktiven Beeinflussen/Steuern der Beaufschlagung mit Druckmedium zu einer Ausnehmung erfolgt dabei derart, dass die Ausnehmungen der einzelnen Kippsegmente unabhängig voneinander ansteuerbar sind. Dadurch kann eine in der Lagerung gelagerte Welle mit einfachen Mitteln hinsichtlich der Anforderungen des Einsatzfalles optimal zentriert und nachjustiert werden. Die Zentrierung kann dabei bereits vor dem Anfahren des Lagers aktiv vorgenommen werden, sodass im Anfahrzustand hier bereits eine Unterstützung der zu lagernden Welle bzw. des zu lagernden Bauteiles über die Hydrostatik vorliegt. Insbesondere in Versuchsapparaturen bietet eine derartige Ausführung den Vorteil, die Lagerung an unterschiedliche Anforderungsprofile schnell und mit geringem Aufwand anpassen zu können, ohne einen Austausch des Lagers vornehmen zu müssen. Bei allen Ausführungen mit separater Ansteuerung der einzelnen Ausnehmungen, egal ob nur an einem Teil der Kippsegmente oder aber allen besteht durch die gezielte Einstellung der hydrostatischen Unterstützung die Möglichkeit, die Lagereigenschaften aktiv und auch während des Betriebes zu beeinflussen, wodurch das Schwingungsverhalten aktiv verbessert wird. Insbesondere können Lagerkennwerte/Lagerkoeffizienten (Dämpfung und Steifigkeit) durch die Hydrostatik gezielt geändert werden. So können auch Resonanzfrequenzen der mit den im Lager gelagerten Wellen verbundenen Rotoren, sowie die Höhe von Schwingungsamplituden beeinflusst werden. Bezüglich der konkreten Ausbildung und Zuordnung des Druckmedium- Versorgungssystems bzw. von dessen Bestandteilen bestehen zwei Grundausführungsmöglichkeiten. In einer ersten Grundausführung ist einem, vorzugsweise jedem einzelnen, zumindest eine Ausnehmung an der Lagerfläche aufweisenden Kippsegment ein eigenes Druckmedium-Versorgungssystem mit separater Druckmediumquelle/- senke, strömungstechnischer Verbindung zur Ausnehmung und Einrichtung zum Beeinflussen/Steuern der Beaufschlagung der einzelnen Ausnehmung mit Druckmedium zugeordnet. Dies bietet den Vorteil, dass die einzelnen Kippsegmente vollständig autark voneinander angesteuert werden können, ferner bei Störungen eines Systems, beispielsweise Ausfall einer Einrichtung zum Beeinflussen/Steuern der Beaufschlagung der einzelnen Ausnehmung mit Druckmedium, die anderen hinsichtlich ihrer Funktionsweise davon unabhängig betreibbar sind.
In einer zweiten besonders vorteilhaften Grundausführung ist einer Mehrzahl von Kippsegmenten eine gemeinsame Druckmediumquelle/-senke zugeordnet, welche entweder direkt oder über eine Verteileinrichtung mit den einzelnen strömungstechnischen Verbindungen zu den einzelnen Ausnehmungen gekoppelt ist. Die Verwendung einer gemeinsamer Druckmediumquelle/-senke erlaubt eine platzsparende und einfache Ausgestaltung eines Druckmittelversorgungssystems. Die Verteilung auf die einzelnen strömungstechnischen Verbindungen kann entweder direkt ab Druckmediumquelle-senke oder aber außerhalb dieser erfolgen.
Bei beiden Grundausführungen kann die einzelne Einrichtung zum Beeinflussen/Steuern der Beaufschlagung der einzelnen Ausnehmung mit Druckmedium in der strömungstechnischen Verbindung gemäß einer ersten Ausbildung im Kippsegmentlager integriert, insbesondere zumindest einem der nachfolgenden Bauteile angeordnet sein:
- im Lagergehäuse
- im Kippsegment
- in der Stützstruktur.
Diese Lösung bietet den Vorteil, dass der Anteil funktionswesentlicher Bauteile außerhalb des Kippsegmentlagers minimiert werden kann. Demgegenüber ist in einer zweiten vorteilhaften Ausbildung die einzelne Einrichtung zum Beeinflussen/Steuern der Beaufschlagung der einzelnen Ausnehmung mit Druckmedium in der strömungstechnischen Verbindung außerhalb des Kippsegmentlagers angeordnet. Diese Ausbildung bietet den Vorteil, dass am Kippsegmentlager selbst kein zusätzlicher Bauraum für diese Einrichtungen vorzusehen ist, die Einrichtungen im Stör- oder Schadensfall leicht zugängig und austauschbar sind und ferner die Einrichtungen in beliebigen Abstand zum Lager anordenbar sind. Dabei können gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterentwicklung diese Einrichtungen, welche vorzugsweise in Form von Ventilen vorliegen, zu einem Ventilblock zusammengefasst werden.
Bezüglich der Ausgestaltung der einzelnen strömungstechnischen Verbindungen besteht eine Mehrzahl von Möglichkeiten. Diese umfasst dabei zumindest einen im Kippsegment von der Ausnehmung in der Lagerfläche sich in radialer Richtung oder einem Winkel zur radialen Richtung ausgerichteten Führungskanal, welcher bei Anordnung des Anschlusses zur Druckmediumquelle/-senke am Lagergehäuse als Durchgangskanal zum Verbinden mit einem Führungskanal im Lagergehäuse oder aber bei Ankopplung des Anschlusses über das Kippsegment als sich teilweise durch das Kippsegment erstreckender Kanal ausgebildet ist. Der Führungskanal kann dabei durch einzelne Teilabschnitte gebildet werden, welche durch eine unterschiedliche Ausrichtung und/oder Dimensionierung und/oder Querschnittsprofile charakterisiert sein können.
Bei Anordnung des Anschlusses zur Druckmediumquelle/-senke am Lagergehäuse umfasst die einzelne strömungstechnische Verbindung zwischen Ausnehmung und Druckmediumquelle/-senke des Weiteren zumindest einen im Lagergehäuse vorgesehenen Führungskanal und einen in der Stützstruktur vorgesehen Führungskanal, wobei der Führungskanal im Lagergehäuse mit dem Führungskanal in der Stützstruktur und der Führungskanal in der Stützstruktur mit dem Führungskanal im Kippsegment miteinander gekoppelt sind bzw. in strömungstechnischer Verbindung stehen. Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausbildung sind die miteinander gekoppelten Teilabschnitte der strömungstechnischen Verbindung, insbesondere der Führungskanäle im Kippsegment, Stützstruktur und Lagergehäuse in radialer Richtung ausgerichtet. Lediglich die Kopplung mit dem Anschluss am Kippsegmentlager erfolgt dann über einen in einem Winkel dazu ausgerichteten Führungskanal. Auch für die Führungskanäle in Stützstruktur und dem Lagergehäuse gilt, dass diese durch einzelne Teilabschnitte gebildet werden können, welche durch eine unterschiedliche Ausrichtung und/oder Dimensionierung und/oder Querschnittsprofile charakterisiert sein können. Der Begriff Führungskanal ist dabei nicht auf eine bestimmte Form und Erstreckung beschränkt. Dieser beinhaltet alle geometrischen Begrenzungsmöglichkeiten für einen Strömungsweg und kann somit auch Hohlräume umfassen.
Wie bereits ausgeführt, ist in besonders vorteilhafter Weise die Druckmediumquelle/-senke außerhalb des Kippsegmentlagers angeordnet und es ist zur strömungstechnischen Verbindung zwischen Druckmediumquelle/-senke und Ausnehmung an dem einzelnen Kippsegment zumindest ein Anschluss am Kippsegmentlager vorgesehen. Der einzelne Anschluss ist dabei besonders bevorzugt an zumindest einer der seitlichen Begrenzungsflächen am Kippsegmentlager, insbesondere den seitlichen Begrenzungsflächen des Lagergehäuses angeordnet. Dies bietet den Vorteil, dass an der unmittelbaren Lagereinbauumgebung in radialer Richtung keine besonderen Maßnahmen erforderlich sind. Auch erlaubt diese Möglichkeit der Ankopplung eine Nachrüstung bei bereits bestehenden Kippsegmentlagern.
In einer ersten Ausbildung zur Anordnung des einzelnen Anschlusses zur Kopplung mit der Druckmediumquelle/-senke ist dieser am Kippsegment oder einem mit dem Kippsegment verbundenen Bauteil vorgesehen. Gemäß einer zweiten Ausbildung ist der einzelne Anschluss am Lagergehäuse oder einem mit dem Lagergehäuse verbundenen Bauteil, insbesondere Seitenwand angeordnet. Die zweite Ausbildung bietet den Vorteil, dass die Anordnung an einem ortsfesten und ruhenden Bauteil erfolgt, wodurch keine zusätzlichen Ausgleichsmaßnahmen, wie bei Anordnung an bewegbaren Teilen erforderlich sind und ferner die Kippbewegung des Kippsegmentes durch die Anordnung es Anschlusses nicht beeinträchtigt wird.
Die Ausführungen der Stützstruktur zwischen Kippsegment und Lagergehäuse kann vielgestaltig erfolgen. Vorzugsweise werden Ausbildungen gewählt, die auf Kraft- und/oder Formschluss basieren. Die Ausbildungen ermöglichen dabei zumindest eine Bewegbarkeit des Kippsegmentes um eine Achse parallel zur Lagerachse. Weitere Freiheitsgrade sind denkbar.
In einer konstruktiv besonders einfachen Ausbildung, welche auch eine einfache Montage und Demontage erlaubt, wird die Stützstruktur von einer Segmenthalteschraube gebildet, umfassend einen gewindetragenden Befestigungsbereich zum Zusammenwirken mit einem gewindetragenden Bereich am Lagergehäuse sowie einen Abstützbereich zum Zusammenwirken mit der Abstützfläche am Kippsegment, wobei der Abstützbereich vorzugsweise von einem Kugelkopf gebildet ist. In einer vorteilhaften Weiterbildung dieser Ausbildung weist die Segmenthalteschraube eine Durchgangsöffnung zur Ausbildung eine Führungskanals auf. Das Lagergehäuse weist eine Durchgangsöffnung zum Aufnehmen der Segmenthalteschraube in dieser auf, wobei die Durchgangsöffnung im Bereich des Außenumfanges des Lagergehäuses über eine Dichteinrichtung unter Ausbildung eines Zwischenraumes zwischen Dichteinrichtung und Segmenthalteschraube verschließbar ist. Der Zwischenraum ist in diesem Fall mit der Durchgangsöffnung in der Segmenthalteschraube und einem Anschluss an einer Seitenfläche des Lagergehäuses gekoppelt. Auch eine zu vorbeschriebener Ausbildung alternative Ausbildung ist möglich. Die die Segmenthalteschraube ist dann mit dem Kippsegment fest verbunden, welche über einen Formschluss mit der Stützstruktur im Lagergehäuse zusammenwirkt. Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung werden das Druckmedium- Versorgungssystem und das Schmiermedien-Versorgungssystem von separaten, d.h. eigenständigen Systemen gebildet. Diese sind insbesondere frei von einer strömungstechnischen Verbindung miteinander. Die dadurch mögliche strikte Funktionstrennung bietet den Vorteil, dass die einzelnen Systeme hinsichtlich der diesen zugrundeliegenden Aufgabenstellung konzipiert, ausgelegt und optimiert werden können. Dadurch können die einzelnen Systeme relativ einfach und mit geringem konstruktivem Aufwand gestaltet werden. Aufwendige Zusatzlösungen, die bei teilweiser Nutzung von Bestandteilen des jeweils anderen Versorgungssystems erforderlich sind, können somit entfallen.
In einer aiterativen Ausbildung ist es vorgesehen, Druckmedium- Versorgungssystem und Schmiermedien-Versorgungssystem miteinander zu koppeln. Diese Ausbildung ermöglicht die zumindest teilweise Nutzung von Bestandteilen des jeweils anderen Versorgungssystems.
Bei Ausführungen mit separatem Schmiermedien-Versorgungssystem ist eine Schmiermedienbereitstellung zum Zuführen von Schmiermedien in den Bereich der Lagerfläche eines Kippsegmentes zum Aufbau eines hydrodynamischen Schmierfilmes zwischen Lagerfläche eines einzelnen Kippsegmentes und der zu lagernden Welle vorgesehen. Die Schmiermedienbereitstellung umfasst Schmiermedienzufuhrkanäle, welche in Drehrichtung der im Kippsegmentlager zu lagernden Welle vor oder an der Einlaufkante des Kippsegmentes münden. Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung ist die Beaufschlagung der einzelnen Ausnehmung steuerbar. Dazu ist eine Steuervorrichtung vorgesehen, welche entsprechend vordefinierter oder bestimmbarer Sollwertvorgaben für die Lagereigenschaften wenigstens mittelbar charakterisierenden Größen Sollwerte zur Ansteuerung der Stelleinrichtungen, insbesondere Einrichtungen zur Beeinflussung der Beaufschlagung der Ausnehmungen mit Druckmedium bildet. Die erfindungsgemäße Lösung wird nachfolgend anhand von Figuren erläutert. Darin ist im Einzelnen Folgendes dargestellt:
Figur 1 zeigt in schematisiert vereinfachter Darstellung anhand einer
Perspektivansicht ein erfindungsgemäß ausgebildetes Kippsegmentlager;
Figuren
2a bis 2c verdeutlichen in schematisiert vereinfachter Darstellung beispielhaft mögliche Grundausführungen für die Versorgung mit Druckmedium;
Figuren
3a bis 3c verdeutlichen anhand eines Axialschnittes eine besonders vorteilhafte
Ausbildung einer Grundausführung gemäß Figur 2a;
Figur 4 zeigt ein Kippsegmentlager gemäß Figur 2a mit lediglich an einem Teil der Kippsegmente vorgesehenen Ausnehmungen;
Figur 5 zeigt beispielhaft ein hydrostatisches Kippsegmentlager;
Figur 6 verdeutlicht beispielhaft eine Steuervorrichtung und deren Kopplung mit der Einrichtung zur Beeinflussung des Druckes in der Ausnehmung am Kippsegment.
Die Figur 1 verdeutlicht in schematisiert stark vereinfachter Darstellung anhand einer Perspektivansicht beispielhaft eine vorteilhafte Ausführung eines Kippsegmentlagers 1 mit erfindungsgemäß separat steuerbarer Beaufschlagung eines sich zwischen Kippsegment und zu lagernder Welle ausbildenden Schmierfilms, welches insbesondere als Radialkippsegmentgleitlager ausgebildet ist. Dieses umfasst ein vorzugsweise zumindest zweiteilig ausgebildetes Lagergehäuse 2, mit einer sich entlang einer Längsachse erstreckenden Lagerbohrung 3. Im dargestellten Fall wird das Lagergehäuse 2 von zwei Lagerschalen 4.1 und 4.2 gebildet. Die Längsachse bildet die Lagerachse LA. Zur Verdeutlichung der einzelnen Richtungen ist hier beispielhaft ein Koordinatensystem an die Lagerachse LA angelegt. Die x-Achse fällt mit der Lagerachse LA zusammen und beschreibt die Erstreckung entlang dieser bzw. in Axialrichtung. Die y- und die z-Richtung beschreiben jeweils die Erstreckung in radialer Richtung. Erkennbar sind die sich wenigstens mittelbar, insbesondere jeweils über eine in der Figur 1 nicht ersichtliche Stützstruktur 12 abstützenden Kippsegmente 5, hier 5.1 . 5.2. Diese sind in Umfangsrichtung um die Lagerachse LA zueinander beabstandet angeordnet. Dabei ist eine Mehrzahl von Kippsegmenten 5.1 bis 5.n vorgesehen. Vorzugsweise werden zwischen zwei, besonders bevorzugt drei und sechs Kippsegmente zum Einsatz gelangen. Das einzelne Kippsegment 5 weist eine in Bezug auf die Lagerachse LA in Einbaulage radial innere und zur Lagerachse LA weisenden Fläche auf, welche als Lagerfläche 7 für die zu lagernde Welle fungiert. An dieser ist zumindest eine hinsichtlich der Beaufschlagung mit Druckmedium als Tasche ausgebildete Ausnehmung 8.1 , 8.2 vorgesehen, wobei die Beaufschlagung an den einzelnen Kippsegmenten 5.1 , 5.2 unabhängig, d.h. separat voneinander steuerbar ist. Bezüglich möglicher Ausführungen des Aufbaus und den nicht in Figur 1 sichtbaren Merkmalen wird insbesondere auf die Figuren 2 bis 5 verwiesen, wobei in den Figuren 2 bis 5 beispielhaft für eine Ausbildung mit fünf Kippsegmenten 5.1 bis 5.5 in schematisiert vereinfachter Darstellung mögliche Grundausführungen der erfindungsgemäßen Merkmale des Kippsegmentlagers 1 aufgezeigt werden. Diese sind jedoch auch auf Ausbildungen mit mehr oder weniger Kippsegmenten übertragbar. Zur Verdeutlichung und aus Übersichtlichkeitsgründen sind in den Figuren jeweils nur für einen Teil der Kippsegmente alle Bezugsziffern eingetragen.
Die Figuren 1 bis 4 verdeutlichen dabei Lagerausführungen, welche in vorteilhafter Weiterbildung eine Schmiermedienbereitstellung 30 zum Aufbau eines hydrodynamischen Schmierfilmes zwischen der im Kippsegmentlager 1 zu lagernden Welle und den Lagerflächen der Kippsegmente 5.1 bis 5.5 aufweisen. Die in den Figuren 1 bis 4 dargestellten Ausführungen sehen eine Funktionstrennung zwischen der eigentlichen Schmierfunktion im Normalbetrieb des Kippsegmentlagers 1 und der über die separate hydrostatische Druckbeaufschlagung der als Taschen ausgebildeten Ausnehmungen 8.1 bis 8.5 realisierbaren Abstützung zur Beeinflussung der Lagercharakteristik und damit Wirkung auf die zu lagernden Welle, insbesondere Anheben, Zentrierung und ggf. Änderung der Dynamik eines mit der Welle gekoppelten Rotors vor. Zur Realisierung der hydrodynamischen Abstützung im Normalbetrieb ist - wie in den Figuren 1 bis 4 in einer besonders vorteilhaften Ausbildung wiedergegeben - ein lediglich über eine Schmiermedienzufuhr 31 .1 bis 31 .5 im Bereich der Lagerflächen 7.1 bis 7.5 angedeutetes Schmiermedien-Versorgungssystem 30 vorgesehen. Die einzelne Schmiermedienzufuhr 31 .1 bis 31 .5 mündet hier jeweils zwischen den einzelnen Kippsegmenten 5.1 bis 5.5. Vorzugsweise erfolgt die Schmiermedienzufuhr an der in Drehrichtung der zu lagernden Welle betrachtet vorderen Kante, der sogenannten Einlaufkante eines einzelnen Kippsegmentes 5.1 bis 5.5. Die Versorgung erfolgt vorzugsweise über eine im Lagergehäuse 2 oder am Außenumfang des Lagergehäuses 2 vorgesehenen Ringkanal 32.
Das einzelne Kippsegment 5.1 bis 5.5 weist in Einbaulage eine in radialer Richtung bezogen auf die Lagerachse LA betrachtet äußere und von der Lagerachse wegweisende Fläche auf, wobei ein Teilbereich dieser als Abstützfläche 6.1 bis 6.5 zur zumindest mittelbaren Abstützung am Lagergehäuse 2 dient. Im Einzelnen sind die Kippsegmente 5.1 bis 5.5 zumindest in Umfangsrichtung um die Lagerachse LA betrachtet kippbeweglich. Die Kippsegmente 5.1 bis 5.5 stützen sich dazu über die Stützstruktur 12.1 bis 12.5 am Lagergehäuse 2, insbesondere den jeweiligen Lagerschalen 4.1 , 4.2 ab. Kippbeweglich bedeutet dabei, dass die einzelnen Kippsegmente 5.1 bis 5.5 zumindest um eine zur Lagerachse LA parallele Achse kipp- bzw. schwenkbar sind. Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausbildung weisen jedes der einzelnen Kippsegmente, in den Figuren 2a bis 3 beispielhaft jedes der fünf Kippsegmente 5.1 bis 5.5, und in Figur 4 eine Mehrzahl der Kippsegmente 5.1 , 5.2, 5.5 an der radial inneren Fläche, insbesondere der Lagerfläche 7.1 bis 7.5, zumindest eine, eine Tasche bildende Ausnehmung 8.1 bis 8.5 auf. Diese wird hinsichtlich deren Funktion auch als Hydrauliktasche bezeichnet und ist in Einbaulage betrachtet durch eine Erstreckung in Umfangsrichtung entlang der Oberfläche der jeweiligen Lagerfläche 7.1 bis 7.5 sowie eine Erstreckung in Längsrichtung, das heißt Breitenrichtung des Kippsegmentes 5.1 bis 5.5 sowie durch eine Erstreckung in Tiefenrichtung am Kippsegment 5.1 bis 5.5 selbst charakterisiert. Vorzugsweise ist jeweils nur eine einzige derartige Ausnehmung an einem Kippsegment 5.1 bis 5.5 vorgesehen. Diese ist vorzugsweise in Erstreckungsrichtung der Lagerfläche in Einbaulage in Umfangsrichtung um die Lagerachse LA betrachtet im mittigen Bereich des jeweiligen Kippsegmentes angeordnet. Andere Ausführungen, d.h. Anordnungen zwischen Ein- oder Auslaufkante und Mittenbereich sind ebenfalls möglich. Bezüglich der geometrischen Ausbildung der einzelnen Ausnehmung 8.1 bis 8.5 besteht dabei eine Mehrzahl von Möglichkeiten. Diese kann in Einbaulage in Umfangsrichtung um die Lagerachse LA betrachtet und/oder in Axialrichtung gegenüber dieser durch eine Querschnittsänderung oder einen konstanten Querschnitt charakterisiert sein. Als Querschnittsprofile sind unterschiedliche Ausbildungen denkbar. So sind rechteckige Querschnittsformen, gerundete, elliptische oder aus einer Kombination dieser gebildete Querschnittsformen denkbar.
Die Anordnung der einzelnen Ausnehmung 8.1 bis 8.5 erfolgt in den in den Figuren dargestellten Ausbildungen vorzugsweise in Einbaulage in Umfangsrichtung betrachtet im mittigen Bereich des jeweiligen Kippsegmentes 5.1 bis 5.5. Dabei ist jede der einzelnen Ausnehmungen 8.1 bis 8.5 an den einzelnen Lagerflächen 7.1 bis 7.5 der einzelnen Kippsegmente 5.1 bis 5.5 strömungstechnisch mit einer Druckmediumquelle/-senke 10 bzw. 10.1 bis 10.5 koppelbar. Die strömungstechnische Verbindung zwischen der Druckmediumquelle/-senke ist jeweils mit 13.1 bis 13.5 bezeichnet. In der Ausführung gemäß den Figuren 2a, 2b, 3a ist allen Kippsegmenten 5.1 bis 5.5 eine einzige Druckmediumquelle/-senke 10 zugeordnet. Demgegenüber verdeutlicht Figur 2c eine Ausführung mit jedem Kippsegment 5.1 bis 5.5 zugeordneter einzelner DruckmediumquelleAsenke 10.1 bis 10.5. Figur 4 zeigt eine Ausführung mit nur teilweiser separater Ansteuerung einzelner Kippsegmente. In dieser ist einer Mehrzahl von Kippsegmenten 5.1 , 5.5 und 5.2 - aber nicht allen - eine gemeinsame Druckmediumquelle/-senke 10 zugeordnet ist.
In der jeweiligen strömungstechnischen Verbindung 13.1 bis 13.5 zwischen Druckmediumquelle/-senke 10 bzw. 10.1 bis 10.5 und einzelner Ausnehmung 8.1 bis 8.5 ist erfindungsgemäß eine Einrichtung 1 1 zum Einstellen/Steuern der Beaufschlagung der einzelnen Ausnehmung mit Druckmedium vorgesehen. Dabei bestehen grundsätzlich unterschiedliche Möglichkeiten, welche in den Figuren 2a bis 3b und 4 beispielhaft wiedergegeben sind.
Die Figuren 2a bis 2c zeigen in schematisiert vereinfachter Darstellung den Grundaufbau eines beispielhaften Kippsegmentlagers 1 gemäß Figur 1 in einem Axialschnitt. Erkennbar sind die um die Lagerachse LA in Umfangsrichtung angeordneten Kippsegmente 5.1 bis 5.5, die sich über jeweils eine Stützstruktur 12.1 bis 12.5 wenigstens mittelbar am Lagergehäuse 2 zumindest in Umfangsrichtung des Kippsegmentes 5.1 bis 5.5 in Einbaulage betrachtet kippbeweglich abstützen. Die eine allen Kippsegmenten gemeinsam zugeordnete Druckmediumquelle/-senke 10 gemäß Figur 2a, 2b oder die jeweils den Kippsegmenten einzeln zugeordneten Druckmediumquellen/-senken 10.1 bis 10.5 sind außerhalb des Kippsegmentlagers 1 angeordnet und mit der jeweiligen Ausnehmung 8.1 bis 8.5 über die strömungstechnische Verbindung 13.1 bis 13.5. verbunden. In der Verbindung zwischen Druckmediumquelle/-senke und der Ausnehmung ist die Einrichtung 1 1 angeordnet, wobei in der Ausführung gemäß Figur 2a, 3a diese Einrichtung 1 1 beispielhaft von einem Ventilblock 33 mit einzelnen Ventilen, insbesondere Druckregelventilen 14.1 bis 14.5 gebildet wird. In den Figuren 2a, 3a erfolgt die Anordnung der Einrichtung 1 1 außerhalb des Lagers.
Die Figur 2b verdeutlicht eine alternative Ausbildung zur Figur 2a, bei welcher allen Kippsegmenten 5.1 bis 5.5 zwar ebenfalls eine gemeinsame Druckmediumquelle/-senke 10 zugeordnet ist, die Anordnung der einzelnen Einrichtung 1 1 aber nicht außerhalb des Kippsegmentlagers 1 erfolgt, sondern in dieses integnert. Vorzugsweise sind dazu einzelne Ventileinrichtungen 14.1 bis 14.5 vorgesehen, welche im Lagergehäuse 2 und/oder der Stützstruktur 12.1 bis 12.5 oder einem anderen im Lageraufbau integrierten Bereich in der strömungstechnischen Verbindung zur jeweiligen Ausnehmung 8.1 bis 8.5 angeordnet sind.
Gegenüber den Ausführungen in den Figuren 2a und 2b verdeutlicht Figur 2c eine weitere alternative Ausbildung, bei welcher jedem der einzelnen Kippsegmente 5.1 bis 5.5 ein separates Druckmedium-Versorgungssystem 15.1 bis 15.n zugeordnet ist, wobei jedes dieser Druckmedium-Versorgungssysteme 15.1 bis 15.5 eine eigene Druckmediumquelle/-senke 10.1 bis 10.5 aufweist, die über entsprechende strömungstechnische Verbindungen 13.1 bis 13.5 jeweils mit den Ausnehmungen 8.1 bis 8.5 an der radial inneren Fläche, insbesondere Lagerfläche 7.1 bis 7.5 des Kippsegmentes 5.1 bis 5.5 gekoppelt sind. Dabei sind die Einrichtungen 1 1 .1 bis 1 1 .5 zum Beeinflussen/Steuern der Beaufschlagung der Ausnehmung mit Druckmedium in jeder der strömungstechnischen Verbindungen 13.1 bis 13.5 separat vorgesehen, wobei die Anordnung wie in Figur 2c wiedergegeben außerhalb oder alternativ - hier jedoch nicht dargestellt - innerhalb des Kippsegmentlagers 1 , beispielsweise wie für Figur 2b beschrieben, erfolgen kann.
Die Figuren 3a bis 3c zeigen beispielhaft in einem Axialschnitt eine Ausgestaltung eines Kippsegmentlagers 1 gemäß Figur 2a. Das Lagergehäuse 2 ist hier zweiteilig ausgebildet. Es sind die fünf Kippsegmente 5.1 bis 5.5 vorgesehen, die über die Stützstrukturen 12.1 bis 12.5 jeweils am Lagergehäuse 2 abstützend angeordnet sind. Die strömungstechnische Verbindung 13.1 bis 13.5 wird dabei über Führungskanäle 9.1 bis 9.5, welche sich durch die Stützstruktur 12.1 bis 12.n sowie das Lagergehäuse 2 erstreckend ausgebildet sind und eine entsprechende außerhalb der des Kippsegmentlagers 1 vorgesehenen Leitungsverbindung 17.1 bis 17.5 mit der Druckmediumquelle/-senke 10 realisiert. Die Stützstruktur 12.1 bis 12.5 umfasst im dargestellten Fall eine Kippsegmenthalteeinrichtung in Form einer sogenannten Segmenthalteschraube 18.1 bis 18.5. Die einzelne Segmenthalteschraube 18.1 bis 18.5 ist im Detail in Figur 3c wiedergegeben und umfasst jeweils einen Befestigungsteil 19 zur Befestigung am Lagergehäuse 2, über welchen auch die Abstützung des Kippsegmentes erfolgt, indem die Kräfte über die Segmenthalteschraube 18.1 bis 18.5 in das Lagergehäuse 2 eingeleitet werden. Die einzelne Segmenthalteschraube 18.1 bis 18.5 umfasst des Weiteren jeweils einen Lagerbereich 20. Dieser ist vorzugsweise vollständig außerhalb des Befestigungsbereiches 19 angeordnet und dient im vorliegenden Fall der Ausbildung einer formschlüssigen Verbindung mit dem jeweiligen Kippsegment 5.1 bis 5.5. In dieser besonders einfachen konstruktiven Ausgestaltung ist der Lagerbereich 20 der einzelnen Segmenthalteschrauben 18.1 bis 18.5 als Kugelkopf ausgebildet, der von einer vorzugsweise, jedoch nicht zwangsläufig komplementär dazu ausgebildete Ausnehmung 21 an der jeweils radial äußeren Fläche, der sogenannten Abstützfläche 6.1 bis 6.5 des einzelnen Kippsegmentes 5.1 bis 5.5 aufgenommen ist. Die Abstützfläche 6.1 ist dabei derart ausgebildet, dass diese nicht flächig am Innenumfang 22 des Lagergehäuses 2 zum Anliegen gelangt, sondern bezogen auf die Lagerachse LA mit einem anderen Radius als die den Innenumfang 22 charakterisierende Fläche des Lagergehäuses 2 ausgebildet ist. Das Lagergehäuse 2 weist dazu jeweils entsprechende und vorzugsweise direkt in radialer Richtung ausgerichtete Durchgangsöffnungen 23.1 bis 23.5, auf. Diese erstrecken sich vom Außenumfang 24 des Lagergehäuses 2 zum Innenumfang, wobei in der dargestellten Ausführung zur radialen Fixierung der Segmenthalteschrauben 18.1 bis 18.5 diese Durchgangsöffnung vorzugsweise mit einer Querschnittsänderung unter Ausbildung einer Anschlagfläche 25 vorgesehen ist, welche der Lagefixierung der Segmenthalteschraube, insbesondere der Begrenzung der Einschraubtiefte dient. An dieser Anschlagfläche 25 gelangt eine sich an den Befestigungsbereich 19 anschließende oder in einen definierten Abstand zu diesem angeordnete Flanschfläche an der Segmenthalteschraube 18.1 zur Anlage. Die einzelne Segmenthalteschraube 18.1 bis 18.5 wird dazu in der Durchgangsöffnung 23.1 bis 23.5 jeweils versenkt. Die einzelne Segmenthalteschraube 18.1 bis 18.5 ist mit einer Durchgangsöffnung 26.1 bis 26.5, welche in Einbaulage in radialer Richtung erstreckend ausgebildet ist und vorzugsweise mit der Längsachse der jeweiligen Segmenthalteschraube zusammenfällt, versehen. Diese bildet die sogenannte Medienzufuhr durch die Stützstruktur 12.1 bis 12.5. Die Kopplung dieser mit der jeweiligen Ausnehmung 8.1 bis 8.5 an der Lagerfläche 7.1 bis 7.5 erfolgt über eine entsprechende Durchgangsöffnung 27.1 bis 27.5 an dem einzelnen Kippsegment. Die Druckmittelzufuhr zur Stützstruktur 12.1 bis 12.5 erfolgt dabei über den von der Segmenthalteschraube freien Teil der Durchgangsöffnung 23.1 bis 23.5 im Lagergehäuse 2. Dazu ist an diesem vorzugsweise ein Anschluss 28.1 bis 28.5 vorgesehen, über welchen die Kopplung mit der Druckmediumquelle/-senke 10 erfolgt. Die Durchgangsöffnung 23.1 bis 23.5 ist über eine Dichteinrichtung 29.1 bis 29.5 jeweils gegenüber der Umgebung druckmitteldicht verschlossen.
Die Einrichtung 1 1 umfasst eine Reihe von Ventileinrichtungen, die vorzugsweise in einen Ventilblock 33 zusammengefasst sind und über entsprechende Verbindungsleitungen 17.1 bis 17.5 mit den Anschlüssen 28.1 bis 28.5 am Lagergehäuse 2 gekoppelt sind. Erkennbar ist hier, dass die Anschlüsse jeweils in einem Winkel zur radialen Richtung am Lagergehäuse 2 an den Seitenflächen angebracht sind. Dies bedeutet, dass die Zufuhr nicht in radialer Richtung direkt erfolgt und somit die Versorgung unabhängig von den Einbaubedingungen des Lagers 1 realisiert werden kann bzw. die Lager mit standardisierten Anschlüssen zur Kopplung mit einer Druckmediumquelle/-senke in unterschiedlichen Einbausituationen angepasst eingebaut werden können. Auch ist dadurch eine Nachrüstung bestehender konventioneller Lager möglich, da die Seitenflächen der Lager meist gut zugängig sind. Ferner erkennbar ist, dass die Funktion der Zentrierung der Lage der zu lagernden Wellen über die Beaufschlagung mit Druckmittel, wobei diese separat an den einzelnen Kippsegmenten realisierbar ist, getrennt von der eigentlichen Versorgung mit Schmiermedien erfolgt. Dazu ist hier eine Ausführung mit gelenkter Schmierung wiedergegeben. Diese besteht darin, dass das lediglich angedeutete Schmiermedien-Versorgungssystem 30 hier jeweils über eine Schmiermedienzufuhr 31 .1 bis 31 .5 verfügt, die zwischen jeweils zwei benachbart angeordneten Kippsegmenten mündet. Dadurch ist eine Funktionstrennung zwischen der eigentlichen Schmierfunktion im Normalbetrieb des Lagers und der über die separate hydrostatische Druckbeaufschlagung realisierbaren Abstützung zur Zentrierung der Welle gegeben.
Die Figur 3b zeigt am Beispiel der Ausbildung gemäß Figur 3a die seitliche Zuordnung des Anschlusses 28.1 zur Kopplung mit der Druckmediumquelle/- senke 10. Der Anschluss 28.1 ist an einer axialen Fläche am Lagergehäuse 2 vorgesehen. Von diesem erstreckt sich hier ein Verbindungskanal 35, welcher in die Durchgangsöffnung 23.1 mündet. Der Verbindungskanal 35 ist dabei vorzugsweise senkrecht zur Durchgangsöffnung 23.1 verlaufend ausgebildet. Andere Winkel sind ebenfalls denkbar. Ferner erkennbar sind die Ausbildung der einzelnen Ausnehmung 8.1 am Kippsegment 5.1 , die Erstreckung der Durchgangsöffnung 23.1 durch den Lagergehäuse, die Anordnung und der Aufbau der Stützstruktur sowie die Anordnung der Dichteinrichtung 29.1 und die beiden seitlichen Lagerdeckel 34.1 , 34.2. Der Ausschnitt X gemäß Figur 3b ist in Figur 3c wiedergegeben und zeigt konkret die Abstützung des Kippsegmentes 5.1 über die Segmenthalteschraube 18.1 am Lagergehäuse 2 über den Befestigungsbereich 19 sowie die kippbewegliche Abstützung über den Kugelkopf am sogenannten Lagerbereich 20.1 an der Segmenthalteschraube 18.1 . Figur 4 zeigt beispielhaft anhand einer Abwandlung der Ausführung gemäß Figur 2a eine Ausführung, bei welcher nur an einzelnen Kippsegmenten Ausnehmungen zur Beaufschlagung mit einem Druckmedium vorgesehen sind, wobei die Druckmediumversorgung jeder einzelnen Ausnehmung einzeln über eine entsprechende Einrichtung eingestellt bzw. gesteuert werden kann. Bei dieser sind die einzelnen Kippsegmente 5.1 , 5.2 und 5.5 an den zur lagernden Welle weisenden Lagerflächen 7.1 , 7.2 und 7.5 mit einer Ausnehmung 8.1 , 8.2 und 8.5 versehen. Bei den mit einer Ausnehmung 8.1 , 8.2 und 8.5 versehenen Kippsegmenten 5.1 , 5.2, 5.5 handelt es sich um Kippsegmente, welche in Einbaulage des Kippsegmentlagers betrachtet vorzugsweise zumindest teilweise unterhalb der Lagerachse LA angeordnet sind. Jede der Ausnehmungen 8.1 , 8.2 und 8.5 ist strömungstechnisch mit einer Druckmediumquelle/-senke, hier der gemeinsamen Druckmediumquelle/-senke 10 verbunden. Als Einrichtung zur Einstellung/Steuerung der Beaufschlagung der einzelnen Ausnehmung 8.1 bis 8.3 fungieren die Ventileinrichtungen 14.1 bis 14.3, welche in einem Ventilblock 33 zusammengefasst sind. Zeigen die Figuren 1 bis 4 Ausführungen mit kombinierter hydrodynamischer Schmierfilmbildung und hydrostatischer Abstützung, verdeutlicht Figur 5 eine alternative Ausbildung mit rein hydrostatischer Abstützung. Das Kippsegmentlager 1 ist analog zu dem in Figur 1 bis 2a beschriebenen ausgeführt, wobei jedoch kein Schmiermedienversorgungssystem 30 vorgesehen ist.
Zur Ansteuerung der einzelnen Einrichtung 1 1 bzw. der die Stelleinrichtung für ein einzelnes Kippsegment 5.1 bis 5.5 bildenden Komponenten kann beispielsweise eine Steuervorrichtung vorgesehen sein. In Figur 6 wird beispielhaft das Zusammenwirken zwischen der Steuereinrichtung 36 und dem Druckmedium- Versorgungssystem 15 für die einzelnen Kippsegmente wiedergegeben. Dabei erfolgt in Abhängigkeit einer Sollvorgabe für eine die Lage der zu lagernden Welle wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe oder eine die Eigenschaften des Kippsegmentlagers 1 wenigstens mittelbar beschreibenden Größe Xsoll-A eine Stellgrößenvorgabe Y1 1 für die Ansteuerung der Stelleinrichtungen im Druckmedium-Versorgungssystems 15. Als diese fungieren insbesondere der Einrichtungen 1 1 bzw. 1 1 .1 , 1 1 .2, 1 1 .3, 1 1 .4, 1 1 .5, beispielsweise die einzelnen Ventileinrichtungen 14.1 bis 14.5 zur Beaufschlagung der einzelnen Kippsegmente 5.1 bis 5.5. Als die, die Lage der im Kippsegmentlager Welle wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe können beispielsweise die die Lage selbst charakterisierende Größen angesehen werden oder aber die Lageänderung oder eine andere, aus dem Prozess bzw. der Betriebsweise der im Lager zu lagernden Welle angesehen werden.
Um das Schwingungs- und Dämpfungsverhalten aktiv und auch während des Betriebes zu beeinflussen, können auch Lagerkennwerte/Lagerkoeffizienten (Dämpfung und Steifigkeit) durch die Hydrostatik gezielt beeinflusst werden. In Abhängigkeit einer das Schwingungsverhalten des Lagers oder einer in diesem gelagerten Komponente wenigstens mittelbar beschreibenden Größe können dabei Sollwerte Xsoll-A für gewünschte oder erforderliche Lagerkennwerte hinsichtlich Steifigkeit und Dämpfung gesetzt werden und diese über die Beaufschlagung der Ausnehmungen mit Druckmedium eingestellt werden. So können auch Resonanzfrequenzen der mit den im Lager gelagerten Wellen verbundenen Rotoren, sowie die Höhe von Schwingungsamplituden beeinflusst werden.
Gemäß einer alternativen Ausbildung ist es auch möglich, das Kippsegment auf seiner zum Lagergehäuse weisenden Fläche gezielt mit Druckmedium zu beaufschlagen.
Bezuqszeichenliste
1 Kippsegmentlager
2 Lagergehäuse
3 Lagerbohrung
4.1 , 4.2 Lagerschale
5, 5.1 bis 5.5 Kippsegment
6.1 bis 6.n Abstützfläche
7.1 bis 7.n Lagerfläche
8.1 bis 8.5 Ausnehmung, Hydrauliktasche
10, 10.1 bis 10.5 Druckmediumquelle/-senke
1 1 , 1 1 .1 bis 1 1 .5 Einrichtung
12.1 bis 12.5 Stützstruktur
13.1 bis 13.5 strömungstechnische Verbindung
14.1 bis 14.5 Ventileinrichtungen
15, 15.1 bis 15.5 Druckmedium-Versorgungssystem
17.1 bis 17.5 außerhalb des Kippsegmentlagers geführte Leitungen
18.1 bis 18.5 Segmenthalteschraube
19.1 bis 19.5 Befestigungsbereich
20.1 bis 20.5 Lagerbereich
21 .1 bis 21 .5 Ausnehmung
22 Innenumfang
23.1 bis 23.5 Durchgangsöffnung
24 Außenumfang
25.1 bis 25.5 Anschlagsfläche
26.1 bis 26.5 Durchgangsöffnung an der Segmenthalteschraube
27.1 bis 27.5 Durchgangsöffnung am Kippsegment
28.1 bis 28.5 Anschluss
29.1 bis 29.5 Dichteinrichtung
30 Schmiermedien-Versorgungssystem
31 .1 bis 31 .5 Schmiermedienzufuhr
32 Ringkanal 33 Ventilblock
34.1 , 34.2 Lagerdeckel
35 Verbindungskanal
36 Steuervorrichtung 5 LA Lagerachse

Claims

Patentansprüche Kippsegmentlager (1 ), insbesondere Radialkippsegmentlager zum Lagern einer um eine Längsachse drehbaren Welle mit einem Lagergehäuse (2), mit einer entlang einer Lagerachse (LA) ausgerichteten Lagerbohrung (3) und einer Mehrzahl beabstandet zur Lagerachse (LA) in Umfangsrichtung um diese angeordneten und sich über eine Stützstruktur (12.1 , 12.2, 12.3, 12.4, 12.5) am Lagergehäuse (2) gegenüber diesem bewegbar abstützenden Kippsegmenten (5.1 , 5.2, 5.3, 5.4, 5.5), wobei das einzelne Kippsegment (5.1 , 5.2, 5.3, 5.4, 5.5) eine radial innere zur Lagerachse (LA) weisende Lagerfläche (7.1 , 7.2, 7.3, 7.4, 7.5) und eine radial äußere Fläche (6.1 , 6.2, 6.3, 6.4, 6.5) mit einem Abstützbereich zum zumindest mittelbaren Abstützen über die Stützstruktur (12.1 , 12.2, 12.3, 12.4, 12.5) an dem Lagergehäuse (2), aufweist;
mit zumindest einer an der Lagerfläche (7.1 , 7.2, 7.3, 7.4, 7.5) zumindest eines Kippsegmentes (5.1 , 5.2, 5.3, 5.4, 5.5) vorgesehenen und insbesondere eine Tasche bildenden Ausnehmung (8.1 , 8.2, 8.3, 8.4, 8.5) zur Beaufschlagung mit einem Druckmedium, welche mit einer Druckmediumquelle/-senke (10, 10.1 , 10.2, 10.3, 10.4, 10.5) strömungstechnisch unter Ausbildung eines Druckmedium- Versorgungssystems (15; 15.1 , 15.2, 15.3, 15.4, 15.5) verbindbar ist;
dadurch gekennzeichnet,
dass der einzelnen, eine Tasche bildenden Ausnehmung (8.1 , 8.2, 8.3, 8.4, 8..5) eine Einrichtung (1 1 ; 1 1 .1 , 1 1 .2, 1 1 .3, 1 1 .4, 1 1 .5) zum aktiven Beeinflussen/Steuern der Beaufschlagung dieser mit Druckmedium zugeordnet ist.
2. Kippsegmentlager (1 ) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Einrichtung (11; 11.1, 11.2, 11.3, 11.4, 11.5) zum aktiven Beeinflussen/Steuern der Beaufschlagung einer einzelnen Ausnehmung (8.1, 8.2, 8.3, 8.4, 8.5) mit Druckmedium im Druckmedium- Versorgungssystem (15; 15.1, 15.2, 15.3, 15.4, 15.5) angeordnet ist.
3. Kippsegmentlager (1 ) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Mehrzahl von Kippsegmenten (5, 5.1, 5.2, 5.3, 5.4, 5.5) wenigstens eine, eine Tasche bildende Ausnehmung (8.1 , 8.2, 8.3, 8.4, 8.5) aufweist, wobei den Ausnehmungen eines Kippsegmentes jeweils eine separate oder aber gemeinsame Einrichtung (11; 11.1, 11.2, 11.3, 11.4, 11.5) zum aktiven Beeinflussen/Steuern der Beaufschlagung mit Druckmedium derart zugeordnet ist, dass die Ausnehmungen (8.1, 8.2, 8.3, 8.4, 8.5) an den einzelnen Kippsegmenten (5; 5.1, 5.2, 5.3, 5.4, 5.5) unabhängig voneinander ansteuerbar sind.
4. Kippsegmentlager (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass einer Mehrzahl von Kippsegmenten, vorzugsweise jedem einzelnen Kippsegment (5.1, 5.2, 5.3, 5.4, 5.5) jeweils ein eigenes Druckmedium- Versorgungssystem (15.1, 15.2, 15.3, 15.4, 15.5) mit jeweils einer Druckmediumquelle/-senke (10.1, 10.2, 10.3, 10.4, 10.5), einer strömungstechnischen Verbindung von der jeweiligen Druckmediumquelle/- senke (10.1, 10.2, 10.3, 10.4, 10.5) zur zugeordneten Ausnehmung und mit einer Einrichtung (11.1, 11.2, 11.3, 11.4, 11.5) zum Beeinflussen/Steuern der Beaufschlagung der einzelnen Ausnehmung mit Druckmedium zugeordnet ist.
5. Kippsegmentlager (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass einer Mehrzahl von Kippsegmenten (5, 5.1, 5.2, 5.3, 5.4, 5.5) eine gemeinsame Druckmediumquelle/-senke (10) zugeordnet ist, welche entweder direkt oder über eine Verteileinrichtung (14.1, 14.2, 14.3, 14.4, 14.5) mit den einzelnen Ausnehmungen gekoppelt ist.
Kippsegmentlager (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die einzelne Einrichtung (11, 11.1, 11.2, 11.3, 11.4, 11.5) zum Beeinflussen/Steuern der Beaufschlagung der einzelnen Ausnehmung (8.1, 8.2, 8.3, 8.4, 8.5) mit Druckmedium in der strömungstechnischen Verbindung (13.1, 13.2, 13.3, 13.4, 13.5) von der Druckmittelquelle/-senke zur Ausnehmung im Kippsegmentlager (1) integriert, insbesondere zumindest in einem der nachfolgenden Bauteile angeordnet ist:
- im Lagergehäuse (2)
- im Kippsegment (5.1, 5.2, 5.3, 5.4, 5.5)
- in der Stützstruktur (12.1, 12.2, 12.3, 12.4, 12.5).
Kippsegmentlager (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die einzelne Einrichtung (11, 11.1, 11.2, 11.3, 11.4, 11.5) zum Beeinflussen/Steuern der Beaufschlagung der einzelnen Ausnehmung mit Druckmedium in der strömungstechnischen Verbindung (13.1, 13.2, 13.3, 13.4, 13.5) außerhalb des Kippsegmentlagers (1) angeordnet ist.
Kippsegmentlager (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die einzelne strömungstechnische Verbindung (13.1, 13.2, 13.3, 13.4, 13.5) von der Druckmediumquelle/-senke (10; 10.1, 10.2, 10.3, 10.4, 10.5) zur jeweiligen Ausnehmung (8.1, 8.2, 8.3, 8.4, 8.5) zumindest einen im Kippsegment (5.1, 5.2, 5.3, 5.4, 5.5) von der Ausnehmung (8.1, 8.2, 8.3, 8.4, 8.5) in der Lagerfläche (7.1, 7.2, 7.3, 7.4, 7.5) sich in radialer Richtung oder einem Winkel zur radialen Richtung ausgerichteten Führungskanal (27.1 ) umfasst.
9. Kippsegmentlager (1 ) nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass die einzelne strömungstechnische Verbindung (13.1 , 13.2, 13.3, 13.4, 13.5) von der Druckmediumquelle/-senke (10; 10.1 , 10.2, 10.3, 10.4, 10.5) zu einer einzelnen Ausnehmung (8.1 , 8.2, 8.3, 8.4, 8.5) des Weiteren zumindest einen im Lagergehäuse (2) vorgesehenen Führungskanal (23.1 , 35) und einen in der Stützstruktur (12.1 , 12.2, 12.3, 12.4, 12.5) vorgesehen Führungskanal (26.1 ) umfasst, wobei der Führungskanal (23.1 , 35) im Lagergehäuse (2) mit dem Führungskanal (26.1 ) in der Stützstruktur (12.1 , 12.2, 12.3, 12.4, 12.5) und der Führungskanal (26.1 ) in der Stützstruktur (12.1 , 12.2, 12.3, 12.4, 12.5) mit dem Führungskanal (27.1 ) im Kippsegment (5.1 , 5.2, 5.3, 5.4, 5.5) miteinander gekoppelt sind bzw. in strömungstechnischer Verbindung stehen.
10. Kippsegmentlager (1 ) nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass zumindest ein Teil der miteinander gekoppelten Teile der Führungskanäle (23.1 ; 26.1 , 27.1 ) im Kippsegment (5.1 , 5.2, 5.3, 5.4, 5.5), Stützstruktur (12.1 , 12.2, 12.3, 12.4, 12.5) und Lagergehäuse (2) im Wesentlichen in radialer Richtung ausgerichtet sind.
1 1 . Kippsegmentlager (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Druckmediumquelle/-senke (10; 10.1 , 10.2, 10.3, 10.4, 10.5) außerhalb des Kippsegmentlagers (1 ) angeordnet ist und zur strömungstechnischen Verbindung zwischen Druckmediumquelle/-senke (10; 10.1 , 10.2, 10.3, 10.4, 10.5) und Ausnehmung (8.1 , 8.2, 8.3, 8.4, 8.5) an dem einzelnen Kippsegment (5.1 , 5.2, 5.3, 5.4, 5.5) zumindest ein Anschluss (28.1 , 28.2, 28.3, 28.4, 28.5) am Kippsegmentlager (1 ) vorgesehen ist.
12. Kippsegmentlager nach Anspruch 1 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass der einzelne Anschluss (28.1 , 28.2, 28.3, 28.4, 28.5) an zumindest einer der seitlichen Begrenzungsflächen am Kippsegmentlager (1 ) angeordnet ist. 13. Kippsegmentlager nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass der einzelne Anschluss (28.1 , 28.2, 28.3, 28.4, 28.5)
- am Kippsegment (5.1 , 5.2, 5.3, 5.4, 5.5) oder
- einem mit dem Kippsegment (5.1 , 5.2, 5.3, 5.4, 5.5) verbundenen Bauteil oder
dass der einzelne Anschluss (28.1 , 28.2, 28.3, 28.4, 28.5) am Lagergehäuse (2) oder einem mit dem Lagergehäuse (2) verbundenen Bauteil, insbesondere Seitenwand (34.1 , 34.2) angeordnet ist. 14. Kippsegmentlager (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Stützstruktur (12.1 , 12.2, 12.3, 12.4, 12.5) von einer Segmenthalteschraube (18.1 , 18.2, 18.3, 18.4, 18.5) gebildet ist, umfassend einen gewindetragenden Befestigungsbereich (19) zum Zusammenwirken mit einem gewindetragenden Bereich am Lagergehäuse
(2) sowie einen Abstützbereich (20) zum Zusammenwirken mit der Abstützfläche (21 ) Kippsegment, wobei der Abstützbereich vorzugsweise von einem Kugelkopf gebildet ist oder
dass die Stützstruktur (12.1 , 12.2, 12.3, 12.4, 12.5) von einer Segmenthalteschraube (18.1 , 18.2, 18.3, 18.4, 18.5) gebildet ist, umfassend einen gewindetragenden Befestigungsbereich zum Zusammenwirken mit einem gewindetragenden Bereich am Kippsegment (5.1 , 5.2, 5.3, 5.4, 5.5) sowie einen Abstützbereich zum Zusammenwirken mit der Abstützfläche am Lagergehäuse, wobei der Abstützbereich vorzugsweise von einem Kugelkopf gebildet ist.
Kippsegmentlager (1 ) nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Segmenthalteschraub e (18.1 , 18.2, 18.3, 18.4, 18.5)eine Durchgangsöffnung (26.1 , 26.2, 26.3, 26.4, 26.5) zur Ausbildung eine Führungskanals aufweist;
dass das Lagergehäuse (2) eine Durchgangsöffnung (23.1 , 23.2, 23.3, 23.4, 23.5) aufweist zum Aufnehmen der Segmenthalteschraube (18.1 ,
18.2, 18.3, 18.4, 18.5) in dieser, wobei die Durchgangsöffnung (23.1 , 23.2,
23.3, 23.4, 23.5) im Bereich des Außenumfanges (24) des Lagergehäuses (2) über eine Dichteinrichtung (29.1 , 29.2, 29.3, 29.4, 29.5) unter Ausbildung eines Zwischenraumes zwischen Dichteinrichtung (29.1 , 29.2, 29.3, 29.4, 29.5) und Segmenthalteschraube (18.1 , 18.2, 18.3, 18.4, 18.5) verschließbar ist;
dass der Zwischenraum mit der Durchgangsöffnung (26.2, 26.2, 26.3, 26.4, 26.5) in der Segmenthalteschraube (18.1 , 18.2, 18.3, 18.4, 18.5) und einem Anschluss (28.1 , 28.2, 28.3, 28.4, 28.5) an einer seitlichen Begrenzungsfläche, insbesondere Seitenfläche des Lagergehäuses (2) gekoppelt ist, wobei die Kopplung insbesondere über einen sich in einem Winkel zur Durchgangsöffnung (23.1 , 23.2, 23.3, 23.4, 23.5) im Lagergehäuse (2) erstreckenden Verbindungskanal (35) erfolgt.
Kippsegmentlager (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Schmiermedienbereitstellung (31 .1 , 31 .2, 31 .3, 31 .4, 31 .5) zum Zuführen von Schmiermedien in den Bereich der Lagerfläche (7.1 , 7.2, 7.3, 7.4, 7.5) eines Kippsegmentes (5.1 , 5.2, 5.3, 5.4, 5.5) zum Aufbau eines hydrodynamischen Schmierfilmes zwischen Lagerfläche (7.1 , 7.2, 7.3, 7.4, 7.5) eines einzelnen Kippsegmentes (5.1 , 5.2, 5.3, 5.4, 5.5) und der zu lagernden Welle vorgesehen ist, wobei die Schmiernnedienbereitstellung (31 .1 , 31 .2, 31 .3, 31 .4, 31 .5) Bestandteil eines Schmiermedien- Versorgungssystems (30) ist und das Druckmedium-Versorgungssystem (15; 15.1 , 15.2, 15.3, 15.4, 15.5) und das Schmiermedien- Versorgungssystem (30) von separaten Systemen gebildet werden, insbesondere frei von einer strömungstechnischen Verbindung miteinander sind.
Kippsegmentlager nach einem der Ansprüche 1 bis 15,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Schmiermedienbereitstellung (31 .1 , 31 .2, 31 .3, 31 .4, 31 .5) zum Zuführen von Schmiermedien in den Bereich der Lagerfläche (7.1 , 7.2, 7.3, 7.4, 7.5) eines Kippsegmentes (5.1 , 5.2, 5.3, 5.4, 5.5) zum Aufbau eines hydrodynamischen Schmierfilmes zwischen Lagerfläche (7.1 , 7.2, 7.3, 7.4, 7.5) eines einzelnen Kippsegmentes (5.1 , 5.2, 5.3, 5.4, 5.5) und der zu lagernden Welle vorgesehen ist, wobei die Schmiermedienbereitstellung (31 .1 , 31 .2, 31 .3, 31 .4, 31 .5) Bestandteil eines Schmiermedien- Versorgungssystems (30) ist und das Druckmedium-Versorgungssystem (15; 15.1 , 15.2, 15.3, 15.4, 15.5) und das Schmiermedien- Versorgungssystem (30) miteinander gekoppelt sind.
Kippsegmentlager (1 ) nach einem der Ansprüche 16 bis 17,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Schmiermedienbereitstellung (31 .1 , 31 .2, 31 .3, 31 .4, 31 .5) Schmiermedienzufuhrkanäle umfasst, welche in Drehrichtung der im Kippsegmentlager zu lagernden Welle vor oder an der Einlaufkante des Kippsegmentes münden.
Verfahren zur Einstellung und/oder Steuerung der Lagereigenschaften (Steifigkeit; Dämpfungsverhalten) eines Kippsegmentlagers (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 18, bei welchem in Abhängigkeit eines Sollwertes einer eine Lagereigenschaft wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe, die einzelnen Ausnehmungen zur Beaufschlagung mit Druckmedium an den einzelnen Kippsegmenten separat angesteuert werden.
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