WO2019057385A1 - Kippsegmentlager und maschine mit wenigstens einem kippsegmentlager - Google Patents

Kippsegmentlager und maschine mit wenigstens einem kippsegmentlager Download PDF

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WO2019057385A1
WO2019057385A1 PCT/EP2018/071422 EP2018071422W WO2019057385A1 WO 2019057385 A1 WO2019057385 A1 WO 2019057385A1 EP 2018071422 W EP2018071422 W EP 2018071422W WO 2019057385 A1 WO2019057385 A1 WO 2019057385A1
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tilting
tilting pad
separate
pad bearing
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Steffen Derhardt
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Robert Bosch Gmbh
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    • F16C17/107—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement for both radial and axial load with grooves in the bearing surface to generate hydrodynamic pressure with at least one surface for radial load and at least one surface for axial load
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    • F16C2360/00—Engines or pumps
    • F16C2360/44—Centrifugal pumps

Definitions

  • the invention relates to a tilting pad bearing according to the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to a machine with at least one
  • Kippsegmentlager invention.
  • tilting pad bearings are known from the prior art. These can be basically in two
  • Kippsegmentlager in which the Kippsegmente, which are arranged in abutting contact or in operative connection with a shaft to be supported, monolithic or integral with the
  • Outer circumference has a radially outwardly projecting projection, which is arranged in abutting contact with the inner circumference of the bearing ring and is tiltably mounted there.
  • An adjustment of the (radial) distance between the individual tilting segments and a shaft to be supported in the latter type is only complicated by differently thick tilting segments or differently shaped projections on the bearing ring or on the tilting segment possible. Disclosure of the invention
  • the tilting pad bearing according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that it enables a simple adjustment of the (radial) distance between the tilting segments and the shaft to be supported or the element to be supported by the tilting segments with relatively simple or cost-effective production.
  • the invention is based on the idea of adjusting the distance between the tilting pad bearing and the shaft to be supported or the element to be supported by means of one of the bearing ring and the
  • tilting separate element which is arranged both in abutting contact with the tilting pad and with the bearing ring.
  • This makes it possible to use one and the same bearing ring and one and the same tilting segments, and the distances between the tilting segments and the shaft to be supported or the element to be stored on differently configured or a different size having elements between the bearing ring and the tilting segments adjust.
  • the design according to the invention of the tilting pad bearing furthermore makes it possible to design differently for the individual tilting segments or
  • Kippsegmentlagers invention for low-friction storage of a shaft or a member to be stored in a machine, which is connected, for example, with a relatively low heating of the Kippsegmentlagers during operation even under unfavorable conditions and high efficiency or low losses.
  • Advantageous developments of the Kippsegmentlagers invention are listed in the dependent claims.
  • Tilting segment and the shaft to be supported or the element to be stored takes place thus by the use of an element with a diameter required to set the desired gap.
  • the bearing ring and the tilting segment each have on sides facing each other a curved receiving portion for the separate element, and that the separate element in the
  • the two contact surfaces are formed by separate, platelet-shaped components which are arranged stationary in the region of the bearing ring.
  • the stationary arrangement of the separate, the bearing surfaces forming Components can be done, for example, by a positive connection between the components and a counter-trained recording in the bearing ring, or, for example, by cohesive connections, such as laser welding, etc.
  • the bearing ring and / or the tilting segments and / or the separate elements consist of materials having different thermal expansion coefficients. It can thus be done for example over a relatively large temperature range optimization of storage.
  • a further embodiment of the invention provides that the adjustment of the bearing gap is not only once during the assembly of the tilting pad bearing, but also during operation or in the installed state of the
  • the invention concretely provides that the position of the separate elements in the region of the bearing points is designed to be adjustable by external means.
  • the at least one separate element complains of at least two in the longitudinal direction of the at least one separate element from each other
  • cylindrical portions having different diameters, wherein the longitudinal axes of the portions are arranged at a distance parallel to each other, which corresponds to half the difference of the diameters of the two sections, and wherein the smaller diameter portion having the external means for rotation is coupled.
  • sensor means are provided for detecting at least one operationally relevant property of the tilting pad bearing, and that the sensor means are coupled to a control unit for controlling the external means.
  • the setting of the bearing gap serving separate elements are designed as standard components hardened steel. In the simplest case, these are cylindrical pins.
  • the invention also includes a machine comprising two
  • Bearing arrangements for the radial mounting of a shaft and at least one tilting pad bearing, which is formed in accordance with the invention are provided.
  • Such a machine has the particular advantage that, for example, misalignment between the two storage facilities can be compensated for particularly easily.
  • the engine may be a compressor.
  • FIG. 1 shows a cross section through a first embodiment of a
  • tilt pad bearing, 2 shows a cross section through a second embodiment of a
  • FIG. 3 is a simplified longitudinal section through a single-stage compressor using two Kippsegmentlager, which are formed according to the Fig. 1 or 2,
  • FIG. 4 shows a longitudinal section through the compressor according to FIG. 3 with only a partial representation of the components for clarifying the adjustability of the tilting pad bearings, FIG.
  • FIG. 6 shows a cross section through a modified tilting pad bearing, in which the bearing gap is adjustable, in particular during the operation of a machine
  • FIG. 7 is a perspective view of an adjustment of the bearing gap serving element of Kippsegmentlagers according to FIG. 6 and
  • FIG. 8 is a simplified representation of an adjustable by means of separate devices Kippsegmentlagers corresponding to FIG. 6th
  • a tilting pad bearing 10 for the radial mounting of a shaft 1 in a longitudinal axis 2 of the shaft 1 is shown.
  • the tilting pad bearing 10 has a bearing ring 1 1 and a housing 12, which has a circular recess 13 with a radius R. Radially within the recess 13, for example, three identically formed tilting segments 15 to 17 are arranged. The tilting segments 15 to 17 each have on the recess 13th
  • a bearing gap 3 is formed, which is considered either constant in the circumferential direction, or is formed slightly safe-shaped by a slightly larger radius of the bearing surfaces 18 relative to the radius of the shaft 1.
  • the tilting segments 15 to 17 curved outer surfaces 19 with a radius r, which is slightly smaller than the radius R of the recess 13.
  • the arc length of the ring-shaped in cross-section Kippsegmente 15 to 17 is slightly less than 120 ° viewed in the circumferential direction, so that between the individual
  • Tilting segments 15 to 17 each column 21 are formed.
  • the tilting segments 15 to 17 are each arranged tiltably in the region of bearing points 23.
  • the bearings 23 are each formed by one of the tilting segment 15 to 17 and the bearing ring 1 1 separate element 25.
  • the arrangement of the elements 25 between the bearing ring 1 1 and the tilting segments 15 to 17 takes place in the region of each curved recesses 26, 27 in the region of the recess 13 of the bearing ring 1 1 or in the region of the peripheral surfaces 19 of the respective tilting segment 15 to 17th
  • the recording is 27 of
  • Tilting segments 15 to 17 arranged eccentrically with respect to the circumferential direction of the tilting segment 15 to 17.
  • the two receptacles 26 and 27 each have a part-circular cross section and the element 25 has a cylindrical cross-section, wherein the diameter of the receptacles 26, 27 is slightly larger than the diameter of the element 25.
  • the element 25 is designed, for example, as a cylindrical pin with a constant cross section over its axial length. However, it can also be provided that the element 25 is convex, viewed in the longitudinal direction, that is, that the diameter d of the element 25 in the region of its end faces
  • the tilting pad bearing 10a shown in FIG. 2 differs from the tilting pad bearing 10 in that in the region of the receptacles 26a of the
  • Bearing rings 1 1 a each two flat or plate-shaped components 31, 32 are arranged, which are arranged for example in a form-fitting manner in a correspondingly adapted receptacle 26 a.
  • the two components 31, 32 each have planar contact surfaces 33, 34 for the element 25, wherein the
  • Contact surfaces 33, 34 are V-shaped to each other. This results in the components 31, 32 and the contact surfaces 33, 34 two Bermmlinien 35,
  • the compressor 101 has a shaft 40 which is rotatably mounted in a longitudinal axis 41.
  • the shaft 40 carries at its one end a compressor wheel 42 and is at one in the axial direction with respect to the
  • Tilting pad bearings 10 or 10 a is stored.
  • FIG. 4 the machine 100 or the compressor 101 is shown again without a shaft 40 and without a compressor wheel 42.
  • a center line 51 can be seen, which makes the longitudinal axes of the tilting pad bearings 10, 10a ideal Orientation to the longitudinal axis 41 of the shaft 40 and two lines 52, 53 which show the tolerance zone for the coaxiality of the two tilting pad bearings 10, 10a for supporting the shaft 40.
  • two lines 52, 53 which show the tolerance zone for the coaxiality of the two tilting pad bearings 10, 10a for supporting the shaft 40.
  • Kippsegmentlager 10, 10a in particular in a non-coaxial arrangement, with different diameters d having elements 25 be equipped. Furthermore, an angle ⁇ is shown which characterizes the position between the thrust bearing 45 and the two tilting pad bearings 10, 10a. To set the angle a, which is supposed to be 90 ° for minimizing friction, the diameters d of the elements 25 of the tilting pad bearings 10, 10a may also have different diameters d or be adapted.
  • a tilting pad bearing 10b is shown in half section using modified elements 25b.
  • the elements 25b each have a channel in the form of a through hole 60 in the longitudinal direction, which can be traversed by a fluid or a cooling medium, which should be illustrated by the flow arrows 61.
  • FIG. 6 shows a modified tilting pad bearing 10c which has elements 25c.
  • the elements 25c are formed with a middle section 71 and on both sides of the middle section 71 in each case of an outer section 72 adjoining in the longitudinal direction.
  • the sections 71, 72 are each cylindrical, wherein the section 71 has a diameter di which is greater than the diameter ⁇ 2 of the sections 72. It is essential that the longitudinal axes of the two sections 71, 72 are arranged eccentrically to one another, by way of example the
  • Eccentricity is the measure (di - d2) 2.
  • the central portion 71 is received within a perpendicular to the plane of FIG. 6 arranged extension of the receptacle 26, so that the central portion 71 is received positively in the bearing ring 1 1 in the axial direction.
  • the two outer sections 72 are also in the range the receptacle 26 of the bearing ring 1 1 arranged. As shown in FIG. 8, one of the outer sections 72 is coupled via a drive rod 75 to an adjustment drive 76 which, as external means, permits a rotation of the element 25c in the region of the bearing 26. As a result, the position of the element 25c in the receptacle 26 is also changed in order, for example, to set the bearing gap 3 between the tilting segments 15 to 17 and the shaft 1 to be supported during operation of a machine 100.
  • sensor means 80 are provided for detecting at least one operating parameter of the tilting pad bearing 10c or of the machine 100, which are coupled to a control unit 90, which in turn controls the individual ones
  • Actuators 76 controls.
  • the tilting pad bearings 10, 10a to 10c described so far can be modified or modified in many ways without deviating from the idea of the invention.
  • the use of Kippsegmentlager 10, 10a to 10c should not be limited to compressors 101.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kippsegmentlager (10), mit einem Lagerring (11) und mehreren radial innerhalb einer Ausnehmung (13) des Lagerrings angeordneten Kippsegmenten (15 bis 17), die auf der Ausnehmung abgewandten Seite jeweils eine Lagerfläche (18) für eine Welle (1) aufweisen, wobei die Kippsegmente als von dem Lagerring separate Bauteile ausgebildet sind, und wobei die Kippsegmente im Bereich jeweils einer Lagerstelle (23) auf der der Ausnehmung zugewandten Seite kippbar angeordnet sind.

Description

Beschreibung
Kippsegmentlager und Maschine mit wenigstens einem Kippsegmentlager Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Kippsegmentlager nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 . Ferner betrifft die Erfindung eine Maschine mit wenigstens einem
erfindungsgemäßen Kippsegmentlager.
Aus dem Stand der Technik sind unterschiedliche Ausführungsformen von Kippsegmentlagern bekannt. Diese lassen sich grundsätzlich in zwei
unterschiedliche Bauarten unterteilen: Einerseits gibt es Kippsegmentlager, bei denen die Kippsegmente, die in Anlagekontakt bzw. in Wirkverbindung mit einer zu lagernden Welle angeordnet sind, monolithisch bzw. einstückig mit dem
Lagerring verbunden (US 2008/0253706 A1 ). Nachteilhaft bei einer derartigen Bauweise ist, dass der (radiale) Abstand zwischen den Kippsegmenten und der zu lagernden Welle relativ schwierig einzustellen bzw. zu verändern ist, sodass die Teile hochgenau mit entsprechend hohen Fertigungskosten hergestellt werden müssen. Bei der anderen bekannten Bauart von Kippsegmentlagern sind die Kippsegmente als von dem Lagerring separate Bauteile ausgebildet. So ist es beispielsweise bei der gattungsgemäßen DE 198 34 914 A1 vorgesehen, dass entweder am Innenumfang des Lagerrings ein radial nach innen ragender Vorsprung ausgebildet ist, der als Kippachse für ein schalenabschnittsförmiges Kippsegment dient, oder dass alternativ hierzu das Kippsegment an seinem
Außenumfang einen radial nach außen ragenden Vorsprung aufweist, der in Anlagekontakt mit dem Innenumfang des Lagerrings angeordnet und dort kippbar gelagert ist. Eine Einstellung des (radialen) Abstands zwischen den einzelnen Kippsegmenten und einer zu lagernden Welle ist bei der letztgenannten Bauart nur aufwendig durch unterschiedlich dicke Kippsegmente bzw. unterschiedlich ausgebildete Vorsprünge am Lagerring bzw. am Kippsegment möglich. Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Kippsegmentlager mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass es bei relativ einfacher bzw. kostengünstiger Fertigung eine einfache Einstellung des (radialen) Abstands zwischen den Kippsegmenten und der zu lagernden Welle bzw. dem durch die Kippsegmente zu lagernden Element ermöglicht. Der Erfindung liegt dabei die Idee zugrunde, die Einstellung des Abstands zwischen dem Kippsegmentlager und der zu lagernden Welle bzw. dem zu lagernden Element mittels eines von dem Lagerring und dem
Kippsegment separaten Elements durchzuführen, das sowohl in Anlagekontakt mit dem Kippsegment als auch mit dem Lagerring angeordnet ist. Dadurch ist es möglich, ein und denselben Lagerring sowie ein und dieselben Kippsegmente zu verwenden, und die Abstände zwischen den Kippsegmenten und der zu lagernden Welle bzw. dem zu lagernden Element über unterschiedlich ausgestaltete bzw. eine unterschiedliche Größe aufweisenden Elemente zwischen dem Lagerring und den Kippsegmenten einzustellen. Insbesondere ermöglicht es die erfindungsgemäße Ausbildung des Kippsegmentlagers darüber hinaus, für die einzelnen Kippsegmente unterschiedlich ausgebildete bzw.
unterschiedliche geometrische Dimensionen aufweisende Elemente zu verwenden, um beispielsweise Schrägstellungen oder exzentrische Anordnungen einer zu lagernden Welle bzw. eines zu lagernden Elements relativ zur
Längsachse des Lagerrings des Kippsegmentlagers auszugleichen. Dadurch ergibt sich insgesamt gesehen eine besonders gute Eignung des
erfindungsgemäßen Kippsegmentlagers zur reibungsarmen Lagerung einer Welle bzw. eines zu lagernden Elements in einer Maschine, was beispielsweise mit einer relativ geringen Erwärmung des Kippsegmentlagers beim Betrieb auch unter ungünstigen Bedingungen und einem hohen Wirkungsgrad bzw. geringen Verlusten verbunden ist. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kippsegmentlagers sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
In einer vorteilhaften geometrischen Ausgestaltung der separaten Elemente im Bereich der Lagerstelle im Lagerring zylindrisch ausgebildet und weisen eine runde Querschnittsfläche auf. Die Einstellung eines Lagerspalts zwischen dem
Kippsegment und der zu lagernden Welle bzw. dem zu lagernden Element erfolgt somit durch die Verwendung eines Elements mit einem zur Einstellung des gewünschten Spalts erforderlichen Durchmesser.
Um sogenannte„Kantenträger" bei den separaten Elementen oder den
Kippsegmenten zu vermeiden, die an den axialen Endbereichen der separaten
Elemente bzw. den damit zusammenwirkenden Bereichen der Kippsegmente auftreten, kann es vorgesehen sein, dass die separaten Elemente an den stirnseitigen Endbereichen ballig ausgebildet sind.
Um die separaten Elemente im Bereich des Lagerrings bzw. der Kippsegmente in Umfangsrichtung des Lagerrings betrachtet an einer definierten Stelle anzuordnen, ist es vorgesehen, dass der Lagerring und das Kippsegment auf einander zugewandten Seiten jeweils eine gekrümmt ausgebildete Aufnahme für das separate Element aufweisen, und dass das separate Element in den
Aufnahmen linienförmig anliegt. Durch die linienförmige Anlage wird im
Zusammenhang mit einem zwischen dem Außenumfang des Kippsegments und dem Innenumfang des Lagerrings ausgebildeten Spalt eine kippbare Anordnung des Kippsegments in dem Lagerring um das separate Element ermöglicht.
Um zu vermeiden, dass bei einem insbesondere zylindrisch ausgebildeten separaten Element ein Drehen bzw. eine Rotation des Elements während des Betriebs stattfindet, kann es in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass der Lagerring und das Kippsegment auf einander zugewandten Seiten jeweils eine Aufnahme für das separate Element aufweisen, dass die eine Aufnahme gekrümmt ausgebildet ist, dass die andere Aufnahme zwei in einem Winkel zueinander angeordnete Anlageflächen aufweist, und dass das separate Element linienförmig im Bereich der Aufnahmen und der beiden Anlageflächen anliegt. Durch die linienförmige Anlage des Elements im Bereich der beiden Anlageflächen ergibt sich in diesem Bereich eine erhöhte Reibung zwischen dem Element und den Anlageflächen, die eine Drehung des Elements um seine Längsachse verhindert.
In konstruktiv bevorzugter Ausgestaltung des zuletzt gemachten Vorschlags ist es vorgesehen, dass die beiden Anlageflächen durch separate, plättchenförmige Bauteile gebildet sind, die im Bereich des Lagerrings ortsfest angeordnet sind.
Die ortsfeste Anordnung der separaten, die Auflageflächen ausbildenden Bauteile kann beispielsweise durch einen Formschluss zwischen den Bauteilen und einer gegengleich ausgebildeten Aufnahme im Lagerring erfolgen, oder aber beispielsweise durch stoffschlüssige Verbindungen, wie Laserschweißen usw.
Um das thermische Verhalten des Kippsegmentlagers während des Betriebs zu optimieren, kann es darüber hinaus vorgesehen sein, dass der Lagerring und/oder die Kippsegmente und/oder die separaten Elemente aus Materialien mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten bestehen. Es kann somit beispielsweise über einen relativ großen Temperaturbereich eine Optimierung der Lagerung erfolgen.
In ähnlicher Art und Weise bzw. um es zu ermöglichen, dass eine thermische Überlastung des Kippsegmentlagers beispielsweise bei besonders hohen Drehzahlen des zu lagernden Elements bzw. der zu lagernden Welle vermieden wird, kann es vorgesehen sein, dass die separaten Elemente Kanäle zur Durchführung eines der Temperierung dienenden Fluids aufweisen.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Einstellung des Lagerspalts nicht nur einmalig bei der Montage des Kippsegmentlagers erfolgt, sondern auch während des Betriebs bzw. im Einbauzustand des
Kippsegmentlagers in einer Maschine. Dadurch lässt sich über einen weiteren Betriebsbereich einer Maschine eine Optimierung der Lagerung im Sinne eines möglichst hohen Wirkungsgrads oder Ähnlichem bewirken. Hierzu sieht es die Erfindung konkret vor, dass die Position der separaten Elemente im Bereich der Lagerstellen durch externe Mittel einstellbar ausgebildet ist.
In konstruktiv bevorzugter Ausgestaltung dieses Vorschlags ist es vorgesehen, dass das wenigstens ein separate Element wenigstens zwei in Längsrichtung des wenigstens einen separaten Elements voneinander beanstandete
zylindrische Abschnitte mit unterschiedlichen Durchmessern aufweist, wobei die Längsachsen der Abschnitte in einem Abstand parallel zueinander angeordnet sind, der der Hälfte der Differenz der Durchmesser der beiden Abschnitte entspricht, und wobei der einen kleineren Durchmesser aufweisende Abschnitt mit den externen Mitteln zur Drehung gekoppelt ist. Um eine beispielsweise temperaturabhängige Einstellung der separaten
Elemente zu bewirken, kann es darüber hinaus in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass Sensormittel zur Erfassung wenigstens einer betriebsrelevanten Eigenschaft des Kippsegmentlager vorgesehen sind, und dass die Sensormittel mit einer Regeleinheit zur Ansteuerung der externen Mittel gekoppelt sind.
Mit Blick auf eine möglichst kostengünstige Herstellbarkeit der Kippsegmentlager ist es darüber hinaus von Vorteil, wenn die der Einstellung des Lagerspalts dienenden separaten Elemente als Normbauteile ausgehärtetem Stahl ausgebildet sind. Im einfachsten Fall handelt es sich dabei um zylindrische Stifte.
Weiterhin umfasst die Erfindung auch eine Maschine, umfassend zwei
Lagereinrichtungen zur radialen Lagerung einer Welle und wenigstens einem Kippsegmentlager, das auf erfindungsgemäße Art und Weise ausgebildet ist. Eine derartige Maschine hat insbesondere den Vorteil, dass beispielsweise Fluchtungsfehler zwischen den beiden Lagereinrichtungen besonders einfach ausgeglichen werden können.
Zur Optimierung der Einstellbarkeit der Lagerung der zu lagernden Welle der Maschine ist es darüber hinaus in einer weiteren Ausgestaltung vorgesehen, dass zwei axial voneinander beabstandete, erfindungsgemäß ausgebildete Kippsegmentlager vorgesehen sind, sowie ein von dem Kippsegmentlagern separates Axiallager für die Welle. Bei der Maschine kann es sich beispielsweise, und nicht einschränkend, um einen Kompressor handeln.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.
Diese zeigt in:
Fig. 1 einen Querschnitt durch eine erste Ausführungsform eines
Kippsegmentlagers, Fig. 2 einen Querschnitt durch eine zweite Ausführungsform eines
Kippsegmentlagers,
Fig. 3 einen vereinfachten Längsschnitt durch einen einstufigen Verdichter unter Verwendung zweier Kippsegmentlager, die entsprechend der Fig. 1 oder 2 ausgebildet sind,
Fig. 4 einen Längsschnitt durch den Kompressor entsprechend der Fig. 3 mit lediglich teilweiser Darstellung der Bauteile zur Verdeutlichung des Einstellbarkeit der Kippsegmentlager,
Fig. 5 einen Teillängsschnitt im Bereich eines modifizierten, kühlbaren
Kippsegmentlagers in einer Maschine,
Fig. 6 einen Querschnitt durch ein modifiziertes Kippsegmentlager, bei dem der Lagerspalt insbesondere während des Betriebs einer Maschine einstellbar ist,
Fig. 7 eine perspektivische Ansicht eines der Einstellung des Lagerspalts dienenden Elements des Kippsegmentlagers gemäß der Fig. 6 und
Fig. 8 eine vereinfachte Darstellung eines mittels separater Einrichtungen verstellbaren Kippsegmentlagers entsprechend der Fig. 6.
Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
In der Fig. 1 ist ein Kippsegmentlager 10 zur radialen Lagerung einer Welle 1 in einer Längsachse 2 der Welle 1 dargestellt. Das Kippsegmentlager 10 weist einen Lagerring 1 1 bzw. ein Gehäuse 12 auf, das eine kreisförmige Ausnehmung 13 mit einem Radius R hat. Radial innerhalb der Ausnehmung 13 sind beispielhaft drei identisch ausgebildete Kippsegmente 15 bis 17 angeordnet. Die Kippsegmente 15 bis 17 weisen jeweils auf der der Ausnehmung 13
abgewandten Seite eine Lagerfläche 18 auf, die in Wirkverbindung bzw. in Anlagekontakt mit dem Außenumfang der Welle 1 angeordnet ist. Zwischen den Lagerflächen 18 der Kippsegmente 15 bis 17 und dem
Außenumfang der Welle 1 ist ein Lagerspalt 3 ausgebildet, der entweder in Umfangsrichtung betrachtet konstant ist, oder durch einen geringfügig größeren Radius der Lagerflächen 18 gegenüber dem Radius der Welle 1 geringfügig sicherförmig ausgebildet ist.
Auf der der Ausnehmung 13 zugewandten Seite weisen die Kippsegmente 15 bis 17 gekrümmte Außenflächen 19 mit einem Radius r auf, der etwas geringer ist als der Radius R der Ausnehmung 13. Die Bogenlänge der im Querschnitt ringabschnittförmig ausgebildeten Kippsegmente 15 bis 17 beträgt etwas weniger als 120° in Umfangsrichtung betrachtet, sodass zwischen den einzelnen
Kippsegmenten 15 bis 17 jeweils Spalte 21 ausgebildet sind. Die Kippsegmente 15 bis 17 sind im Bereich von Lagerstellen 23 jeweils kippbar angeordnet. Die Lagerstellen 23 werden jeweils durch ein von dem Kippsegment 15 bis 17 sowie dem Lagerring 1 1 separates Element 25 gebildet. Die Anordnung der Elemente 25 zwischen dem Lagerring 1 1 und den Kippsegmenten 15 bis 17 erfolgt im Bereich von jeweils gekrümmt ausgebildeten Aufnahmen 26, 27 im Bereich der Ausnehmung 13 des Lagerrings 1 1 bzw. im Bereich der Umfangsflächen 19 des jeweiligen Kippsegments 15 bis 17. Dabei ist die Aufnahme 27 des
Kippsegments 15 bis 17 in Bezug auf die Umfangsrichtung des Kippsegments 15 bis 17 außermittig angeordnet.
Im Ausführungsbeispiel weisen die beiden Aufnahmen 26 und 27 jeweils einen teilkreisförmigen Querschnitt und das Element 25 einen zylindrischen Querschnitt auf, wobei der Durchmesser der Aufnahmen 26, 27 ist etwas größer als der Durchmesser des Elements 25.
Das Element 25 ist beispielsweise als Zylinderstift mit über seine axiale Länge konstantem Querschnitt ausgebildet. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass das Element 25 in Längsrichtung betrachtet ballig ausgebildet ist, d.h., dass sich der Durchmesser d des Elements 25 im Bereich dessen Stirnseiten
(geringfügig) verringert. Zwischen dem Element 25 und den Aufnahmen 26, 27 im Lagerring 1 1 bzw. dem Kippsegment 15 bis 17 ist jeweils ein linienförmiger Anlagekontakt im Bereich einer Berührlinie 28, 29 ausgebildet, die senkrecht zur Zeichenebene der Fig. 1 verläuft. Die Elemente 25 dienen der Einstellung des Lagerspalts 3, d.h. des Abstands zwischen den Laufflächen 18 der Kippsegmente 15 bis 17 und dem
Außenumfang der Welle 1 sowie die Einstellung bzw. Positionierung der Kippsegmente 15 bis 17 in Bezug auf die Längsachse 2 der Welle 1 , falls die Längsachse 30 des Lagerrings 1 1 nicht mit der Längsachse 2 der Welle 1 fluchtet. Dabei kann es insbesondere vorgesehen sein, dass die Elemente 25 unterschiedliche Durchmesser d aufweisen können.
Das in der Fig. 2 dargestellte Kippsegmentlager 10a unterscheidet sich von dem Kippsegmentlager 10 dadurch, dass im Bereich der Aufnahmen 26a des
Lagerrings 1 1 a jeweils zwei flache bzw. plättchenförmige Bauteile 31 , 32 angeordnet sind, die beispielsweise formschlüssig in einer entsprechend angepassten Aufnahme 26a angeordnet sind. Die beiden Bauteile 31 , 32 weisen jeweils ebene Anlageflächen 33, 34 für das Element 25 auf, wobei die
Anlageflächen 33, 34 V-förmig zueinander angeordnet sind. Dadurch ergeben sich an den Bauteile 31 , 32 bzw. den Anlageflächen 33, 34 zwei Berührlinien 35,
36 zum Element 25, die eine Drehung des Elements 25 um dessen Längsachse
37 verhindern. Sowohl bei dem Kippsegmentlager 10, als auch bei dem Kippsegmentlager 10a kann es vorgesehen sein, dass der Lagerring 1 1 , 1 1 a, die Kippsegmente 15 bis 17 sowie die Elemente 25 aus Materialien mit unterschiedlichen
Wärmeausdehnungskoeffizienten bestehen. In der Fig. 3 ist stark vereinfacht eine Maschine 100 in Form eines Kompressors
101 dargestellt. Der Kompressor 101 weist eine Welle 40 auf, die in einer Längsachse 41 drehbar gelagert ist. Die Welle 40 trägt an ihrem einen Ende ein Verdichterrad 42 und ist an einem in axialer Richtung in Bezug auf die
Längsachse 41 benachbarten Bereich des Verdichterrads 42 in einem Axiallager 45 in Längsrichtung gelagert. Die Welle 40 wird mittels eines Motors 50 angetrieben, wobei die Welle 40 beidseitig des Motors 50 in zwei
Kippsegmentlagern 10 oder 10a gelagert ist.
In der Fig. 4 ist die Maschine 100 bzw. der Kompressor 101 nochmals ohne Welle 40 sowie ohne Verdichterrad 42 dargestellt. Hierbei erkennt man eine Mittellinie 51 , die die Längsachsen der Kippsegmentlager 10, 10a in idealer Ausrichtung zur Längsachse 41 der Welle 40 zeigen sowie zwei Linien 52, 53, die die Toleranzzone für die Koaxialitat der beiden Kippsegmentlager 10, 10a zur Lagerung der Welle 40 zeigen. Um die Längsachsen der beiden
Kippsegmentlager 10, 10a diesbezüglich einzustellen, können die
Kippsegmentlager 10, 10a insbesondere bei einer nicht koaxialen Anordnung, mit unterschiedlichen Durchmessern d aufweisenden Elementen 25 bestückt sein. Weiterhin ist ein Winkel α dargestellt, der die Lage zwischen dem Axiallager 45 und den beiden Kippsegmentlager 10, 10a charakterisiert. Zur Einstellung des Winkels a, der zur Reibungsminimierung typisch erweise 90° betragen soll, können die Durchmesser d der Elemente 25 der Kippsegmentlager 10, 10a ebenfalls unterschiedliche Durchmesser d aufweisen bzw. angepasst sein.
In der Fig. 5 ist ein Kippsegmentlager 10b im Halbschnitt unter Verwendung von modifiziert ausgebildeten Elementen 25b dargestellt. Die Elemente 25b weisen jeweils einen Kanal in Form einer Durchgangsbohrung 60 in Längsrichtung auf, die von einem Fluid bzw. einem Kühlmedium durchströmbar sind, was durch die Strömungspfeile 61 verdeutlicht sein soll. Anhand der Fig. 5 ist darüber hinaus die ballige Ausbildung der Elemente 25b an ihrem Außendurchmesser im
Bereich der Stirnseiten 62, 63 der Elemente 25b erkennbar, in deren Bereich der Durchmesser d geringfügig gegenüber dem mittleren, zylindrischen Bereich verringert ist.
In der Fig. 6 ist ein abgewandeltes Kippsegmentlager 10c dargestellt, das Elemente 25c aufweist. Die Elemente 25c sind entsprechend der Darstellung der Fig. 7 mit einem mittleren Abschnitt 71 und beidseitig des mittleren Abschnitts 71 jeweils eines sich in Längsrichtung anschließenden äußeren Abschnitts 72 ausgebildet. Die Abschnitte 71 , 72 sind jeweils zylindrisch ausgebildet, wobei der Abschnitt 71 einen Durchmesser di aufweist, der größer ist als der Durchmesser Ö2 der Abschnitte 72. Wesentlich dabei ist, dass die Längsachsen der beiden Abschnitte 71 , 72 exzentrisch zueinander angeordnet sind, wobei beispielhaft die
Exzentrizität das Maß (di - d2) 2 beträgt.
Der mittlere Abschnitt 71 ist innerhalb eine senkrecht zur Zeichenebene der Fig. 6 angeordneten Erweiterung der Aufnahme 26 aufgenommen, so dass der mittlere Abschnitt 71 in dem Lagerring 1 1 in axialer Richtung formschlüssig aufgenommen ist. Die beiden äußeren Abschnitte 72 sind ebenfalls im Bereich der Aufnahme 26 des Lagerrings 1 1 angeordnet. Einer der äußeren Abschnitte 72 ist entsprechend der Darstellung der Fig. 8 über eine Antriebsstange 75 mit einem Versteilantrieb 76 gekoppelt, die als externe Mittel eine Verdrehung des Elements 25c im Bereich der Lagerstelle 26 ermöglichen. Dadurch wird auch die Position des Elements 25c in der Aufnahme 26 verändert, um beispielsweise während des Betriebs einer Maschine 100 den Lagerspalt 3 zwischen den Kippsegmenten 15 bis 17 und der zu lagernden Welle 1 einzustellen. Hierzu kann es darüber hinaus entsprechend der Darstellung der Fig. 8 vorgesehen sein, dass Sensormittel 80 zur Erfassung wenigstens eines Betriebsparameters des Kippsegmentlagers 10c bzw. der Maschine 100 vorgesehen sind, die mit einer Reglereinheit 90 gekoppelt sind, welche wiederum die einzelnen
Stellantriebe 76 ansteuert.
Die soweit beschriebenen Kippsegmentlager 10, 10a bis 10c können in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. Insbesondere soll die Verwendung der Kippsegmentlager 10, 10a bis 10c nicht auf Kompressoren 101 beschränkt sein.

Claims

Ansprüche 1 . Kippsegmentlager (10; 10a; 10b; 10c), mit einem Lagerring (1 1 ; 1 1 a) und mehreren radial innerhalb einer Ausnehmung (13) des Lagerrings (1 1 ; 1 1 a) angeordneten Kippsegmenten (15 bis 17), die auf einer der Ausnehmung (13) abgewandten Seite jeweils eine Lagerfläche (18) für eine Welle (1 ) aufweisen, wobei die Kippsegmente (15 bis 17) als von dem Lagerring (1 1 ; 1 1 a) separate Bauteile ausgebildet sind, und wobei die Kippsegmente (15 bis 17) im Bereich jeweils einer Lagerstelle (23) auf einer der Ausnehmung (13) zugewandten Seite kippbar angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerstelle (23) durch ein von dem Lagerring (1 1 ; 1 1 a) und dem Kippsegment (15 bis 17) separates Element (25; 25b; 25c) gebildet ist, das in Anlagekontakt mit dem Kippsegment (15 bis 17) und dem Lagerring (1 1 ; 1 1 a) angeordnet ist.
2. Kippsegmentlager nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die separaten Elemente (25; 25b; 25c) im Bereich der Lagerstelle (23) zylindrisch mit einer runden Querschnittfläche ausgebildet sind.
3. Kippsegmentlager nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die separaten Elemente (25; 25b; 25c) zylindrisch und im Bereich ihrer Stirnseiten (62, 63) ballig ausgebildet sind.
4. Kippsegmentlager nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Lagerring (1 1 ) und das Kippsegment (15 bis 17) auf einander zugewandten Seiten jeweils eine gekrümmt ausgebildete Aufnahme (26, 27) für das separate Element (25; 25b; 25c) aufweisen, und dass das separate
Element (25; 25b; 25c) in den Aufnahmen (26, 27) linienförmig anliegt. Kippsegmentlager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
dass der Lagerring (1 1 a) und das Kippsegment (15 bis 17) auf einander zugewandten Seiten jeweils eine Aufnahme (26a, 27) für das separate Element (25) aufweisen, dass die eine Aufnahme (27) gekrümmt ausgebildet ist, dass die andere Aufnahme (26a) zwei V-förmig zueinander angeordnete Anlageflächen (33, 34) aufweist, und dass das separate Element (25) linienförmig im Bereich der beiden Anlageflächen (33, 34) anliegt.
Kippsegmentlager nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die beiden Anlageflächen (33, 34) durch separate, plättchenförmige Bauteile (31 , 32) gebildet sind, die im Bereich der Aufnahme (26a) des Lagerrings (1 1 a) ortsfest angeordnet sind.
Kippsegmentlager nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Lagerring (1 1 ; 1 1 a) und/oder die Kippsegmente (15 bis 17) und/oder die separaten Elemente (25; 25b; 25c) aus Materialien mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten bestehen.
Kippsegmentlager nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die separaten Elemente (25b) Kanäle (60) zur Durchführung eines der Temperierung dienenden Fluids aufweisen.
Kippsegmentlager nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Position wenigstens eines separaten Elements (25c) zur Einstellung eines Lagerspalts (3) zwischen den Lagerflächen (18) der Kippsegmente (15 bis 17) und der Welle (1 ) im Bereich der Lagerstellen (23) durch externe Mittel (75, 76) verstellbar ausgebildet ist.
0. Kippsegmentlager nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens ein separate Element (25c) wenigstens zwei in
Längsrichtung des wenigstens einen separaten Elements (25c) voneinander beanstandete zylindrische Abschnitte (71 , 72) mit unterschiedlichen
Durchmessern (di, d2) aufweist, wobei die Längsachsen der Abschnitte (71 , 72) in einem Abstand parallel zueinander angeordnet sind, der der Hälfte der Differenz der Durchmesser (di, d2) der beiden Abschnitte (71 , 72) entspricht, und wobei der einen kleineren Durchmesser (d2) aufweisende Abschnitt (72) mit den externen Mitteln (75, 76) zur Drehung gekoppelt ist.
1 1 . Kippsegmentlager nach Anspruch 9 oder 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass Sensormittel (80) zur Erfassung wenigsten seiner betriebsrelevanten Eigenschaft des Kippsegmentlagers (10c) vorgesehen sind, und dass die Sensormittel (80) mit einer Regeleinheit (90) zur Ansteuerung der externen Mittel (75, 76) gekoppelt sind.
12. Kippsegmentlager nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die separaten Elemente (25; 25b; 25c) als Normbauteile aus gehärtetem Stahl ausgebildet sind.
13. Maschine (100), umfassend zwei Lagereinrichtungen zur radialen Lagerung einer Welle (40) und wenigstens einem Kippsegmentlager (10; 10a), das nach einem der Ansprüche 1 bis 12 ausgebildet ist.
14. Maschine nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass zwei axial voneinander beabstandete Kippsegmentlager (10; 10a) vorgesehen sind, die nach einem der Ansprüche 1 bis 12 ausgebildet sind sowie ein von den beiden Kippsegmentlagern (10; 10a) separates Axiallager (45).
15. Maschine nach Anspruch 13 oder 14,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Maschine (100) als Kompressor (101 ) ausgebildet ist.
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