WO2020108951A1 - Tilting-pad bearing - Google Patents
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- F16C17/035—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement for radial load only with tiltably-supported segments, e.g. Michell bearings the segments being integrally formed with, or rigidly fixed to, a support-element
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- F16C32/0603—Bearings not otherwise provided for with moving member supported by a fluid cushion formed, at least to a large extent, otherwise than by movement of the shaft, e.g. hydrostatic air-cushion bearings supported by a gas cushion, e.g. an air cushion
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- F16C2240/30—Angles, e.g. inclinations
Definitions
- the invention relates to a tilting segment bearing for supporting a shaft.
- Tilt segment bearings are mainly used oil-lubricated at low and medium speeds or circumferential speeds up to approx. 100 m / s.
- Air-lubricated tilting segment bearings can be used for higher peripheral speeds if the bearing load requirements are not too high. Due to the lower viscosity of the air compared to oil, the lubrication gap heights in the air-lubricated tilting segment bearings are significantly smaller than in the oil-lubricated bearings. In some cases, the lubrication gap heights are in the order of 10pm and are therefore 5 times smaller than with oil-lubricated bearings.
- the narrower bearing gaps place high demands on the dimensional accuracy of the bearing surface for the shaft to be supported.
- DE 32 25 423 C2 discloses a tilting segment bearing with a bearing sleeve and a plurality of tilting segments arranged within the bearing sleeve.
- the tilting segments are each mounted in the bearing sleeve by means of a pin.
- the tilting segment bearing according to the invention supports a shaft more robustly and thermally and dynamically more stable.
- the tilting segment bearing has a bearing sleeve and a plurality of tilting segments arranged within the bearing sleeve.
- the tilting segments are each connected to the bearing sleeve by means of a web, preferably monolithically.
- each tilting segment is preferably connected monolithically to the bearing sleeve by means of exactly one web.
- the web is very thin compared to the tilting segment, for example 20 times thinner when viewed in the circumferential direction, so that the tilting segment is connected to the bearing sleeve almost at certain points.
- connection of the tilting segment to the bearing sleeve is made very elastic, the tilting segment can tilt around the web, whereby rotor dynamic accelerations can be compensated for, in particular in combination with a bearing sleeve that is not pressed in over the entire circumference.
- notches are formed on an outer circumference of the bearing sleeve opposite the webs. There is preferably one notch per web. The notches reduce the rigidity of the bearing sleeve in the area of the webs. As a result, thermal expansions and displacements due to a press-in process of the tilting segment bearing can be specifically designed so that a bearing gap between the tilting segments and the shaft remains comparatively constant even over the assembly and operating states.
- a plurality, preferably three, fastening surfaces are preferably formed on an outer circumference of the bearing sleeve.
- the tilting segment bearing or the bearing sleeve is thus only pressed into the housing on the fastening surfaces, screwed axially or firmly connected to the housing in another way.
- the press fit or the fastening is therefore not carried out over the entire outer circumference of the bearing sleeve, but only on the fastening surfaces. In the case of press-in, it is not the entire outer circumference that experiences the maximum radial displacement inwards, but only the fastening surfaces.
- the areas of the bearing ring that are exposed to the outside are bent outwards due to the pressing forces, as a result of which the webs and thus also the tilting segments are displaced radially outward, which in turn can compensate for the effect of the pressing forces on the radial displacement of the tilting segments.
- the number of fastening surfaces thus preferably corresponds to the number of tilting segments or the number of corresponding webs.
- bearing sleeve In an alternative advantageous embodiment, several, preferably three, bores for receiving screws are formed in the bearing sleeve.
- the bearing sleeve is thus fixed in the housing in the area of the bores.
- the attachment is not executed over the entire circumference of the bearing sleeve, but only in the area of the bores.
- the number of bores preferably corresponds to the number of tilting segments or the number of corresponding webs. In this version, no press-in forces have to be compensated; compensation focuses on thermal expansion.
- recesses are formed on an inner circumference of the bearing sleeve opposite the fastening surfaces or the bores.
- a recess is preferably provided for each fastening surface or for each bore.
- the recesses reduce the rigidity of the bearing sleeve in the area of the fastening surfaces or in the area of the bores.
- the stiffness of the facial expressions can be specifically adjusted with the recesses in order to compensate for thermal expansion and displacements due to a pressing-in process of the tilting segment bearing, so that a bearing gap between the tilting segments and the shaft remains comparatively constant even over the assembly and operating states.
- the recesses and notches can of course also be combined if necessary.
- transition webs are formed on an outer circumference of the bearing sleeve, on which the bearing sleeve is connected to a bearing ring surrounding it.
- the bearing ring, the transition webs, the bearing sleeve, the tilting segments and the webs are preferably monolithic. The tilting segment bearing can therefore be pressed or screwed into the housing on the bearing ring.
- transition webs which in the previous versions were the fastening surfaces
- the inward-facing areas of the tilting segment bearing such as webs and tilting segments
- the number of transition webs preferably corresponds to the number of tilting segments or the number of corresponding webs, so that the individual tilting segments behave homogeneously.
- recesses are formed on an inner circumference of the bearing sleeve opposite the transition webs. There is preferably a recess per transition web.
- the recesses reduce the stiffness of the bearing sleeve in the area of the transition webs, thereby specifically reducing the stiffness the facial expressions can be constructed. As a result, thermal expansion of the tilting segment bearing can be better compensated to the extent that a bearing gap between the tilting segments and the shaft remains comparatively constant even over the assembly and operating states.
- a web is arranged between two fastening surfaces or between two transition webs or between two bores in an angular direction of the tilting segment bearing, depending on the version with or without a bearing ring.
- a web is not followed by any material (fastening surface or transition web), but rather an exemption surface arranged between them, so that the outer circumference of the bearing sleeve in the region of the web shrinks less than on the fastening surfaces or on the transition webs.
- the web is arranged in the middle between two fastening surfaces or two bores.
- the web is accordingly arranged centrally between two transition webs.
- the webs have an off-center angular offset to the fastening surfaces or to the bores or to the transition webs. This means that a web has different distances clockwise and counterclockwise to the next two fastening surfaces or to the next two transition webs or to the next two bores.
- the web due to the rigidity of the bearing sleeve and the contact forces of the press fit acting on the fastening surfaces - or the cutting forces acting on the transition webs - the web is not only displaced radially inward, but also slightly tilted tangentially. This creates a tilt pretension of the tilt segment. This is particularly advantageous if the formation of a wedge-shaped bearing gap is to be additionally supported.
- the tilting segments are arranged off-center on the associated web. This means that the two ends of a tilting segment are at a different distance from the corresponding web. This supports the formation of the lubricating wedge in the bearing gap during operation of the tilting segment bearing.
- the tilting segment bearing is preferably an air-lubricated tilting segment bearing according to an embodiment of the invention.
- FIG. 1 shows a schematic cross-sectional view of a tilting segment bearing, only the essential areas being shown;
- FIG. 2 shows a schematic cross-sectional view of a further tilting segment bearing, only the essential areas being shown;
- FIG. 3 shows a schematic cross-sectional view of a tilting segment bearing in a further embodiment, only the essential areas being shown;
- FIG. 4 shows a schematic cross-sectional view of a tilting segment bearing in yet another embodiment, only the essential areas being shown;
- FIG. 5 shows a schematic cross-sectional view of a tilting segment bearing in yet another embodiment, only the essential areas being shown.
- FIG. 6 shows a schematic cross-sectional view of a tilting segment bearing in yet another embodiment, only the essential areas being shown.
- FIG. 1 shows a schematic cross-sectional view of an exemplary embodiment of a tilting segment bearing 1, which supports a shaft 20 radially, only the essential areas being shown.
- the tilting segment bearing 1 has a bearing sleeve 2 and preferably three tilting segments 3 at a certain distance from an inner circumference 2b of the bearing sleeve 2.
- the individual tilting segments 3 are each connected to the bearing sleeve 2 by means of exactly one web 4; the bearing sleeve 2, the tilting segments 3 and the webs 4 are preferably formed in one piece, that is to say monolithically.
- Fastening surfaces 5 for arranging the tilting segment bearing 1 in a housing are formed on an outer circumference 2a of the bearing sleeve 2.
- the fastening surfaces 5 therefore alternate over the circumference with release surfaces 5a, which have a smaller diameter.
- the tilting segment bearing 1 is pressed into the housing on the fastening surfaces 5.
- the webs 4, viewed in an angular direction f of the tilting segment bearing 1 are positioned between the fastening surfaces 5. This means that the bearing sleeve 2 and an exemption surface 5a follow a web 4 in the radial direction outwards, so that the pressing in on the fastening surfaces 5 only results in a comparatively small radial displacement of the webs 4.
- the press fit between the housing and the bearing sleeve 2 acts only on the mounting surfaces 5, but not on the release surfaces 5a.
- the outer circumference 2a of the bearing sleeve 2 is thus reduced in diameter, particularly in the area of the fastening surfaces 5.
- the diameter of the outer circumference 2a bends outward in the region of the relief surfaces 5a.
- the deformation of the bearing sleeve 2 in the area of the webs 4 is thus reduced, and thus also the radial displacement of the tilting segments 3.
- the positioning of the tilting segments 3 with respect to the shaft 20 is thus less changed by the pressing of the tilting segment bearing 1 into the housing. Ideally, the position of the tilting segments 3 remains almost the same regardless of the thickness of the press fit.
- the webs 4 - viewed in the angular direction f - are arranged centrally between two fastening surfaces 5, so that a first angle a of the web 4 to the next fastening surface 5 in the clockwise direction is as large as a second angle ⁇ of the web 4 to the next Mounting surface 5 counterclockwise; the webs 4 are thus arranged in the middle of an exemption area 5a.
- the tilting segments 3 are arranged off-center on the associated web 4. This means that a first arc length 3_1 of the tilting segment 3 from one end 3a to the respective web 4 is smaller than a second arc length 3_2 from the same web 4 to the other end 3b of the same tilting segment 3.
- the third angle g from one end 3a of the tilting segment 3 to its web 4 is smaller than the fourth angle d from the web 4 to the other end 3b of the tilting segment 3;
- FIG. 2 shows a schematic cross-sectional view of a further exemplary embodiment for a tilting segment bearing 1, only the essential areas being shown.
- the webs 4 have an eccentric angular offset to the fastening surfaces 5. That is, viewed in the angular direction f, the first angle a of the web 4 to the next fastening surface 5 in the clockwise direction is greater or smaller than the second angle ⁇ of the web 4 to the next fastening surface 5 in the counterclockwise direction, preferably several times larger or smaller .
- the tilting segment 3 can be tilted or offset tangentially, specifically by pressing in or thermal expansion.
- the tilting segment bearing 1 is preferably monolithic.
- the bearing gap 7 narrowing in the direction of rotation between the tilting segment 3 and the shaft 20 due to the inclination or tangential displacement leads to a better formation of the lubricating film in the operating state; for example, a kind of lubrication pad or lubrication wedge is formed in the bearing gap 7 by the gas or the ambient air.
- the tilting segment 3 By connecting the tilting segments 3 in the center of the clearance area 5a, depending on the temperature in the bearing sleeve 2, the tilting segment 3 is pulled radially outward (in the case of one-piece tilting segment bearings 1) or the support point or the web 4 moves outward (in the case of multi-parting tilting segment bearings 1) .
- a larger bearing gap 7 is created between the tilting segment 3 and the shaft 20 than without this measure.
- the thermal expansions of the shaft 20 and the tilting segments can be done in this way 3 are compensated so that a largely uniform bearing gap 7 is established over all operating points.
- the tilting segment 3 can additionally be tilted, which leads to a specific prestressing of the tilting segment 3 to the shaft 20. This helps in the formation of the lubricating film and thus to make the tilting segment bearing 1 dynamically more stable.
- the tilting segment bearing 1 is particularly preferably monolithic.
- the tilting segment 3 is pulled outwards when the tilting segment bearing 1 is pressed in and tilts clockwise, that is to say in the angular direction f.
- the shaft 20 then preferably also rotates in the angular direction f, so that the bearing gap 7 is reduced in the running direction via the tilting segment 3.
- FIG. 3 shows a schematic cross-sectional view of a still further exemplary embodiment of a tilting segment bearing 1, only the essential areas being shown. In the following, only the differences from the explanations according to Fiq.1 or Fiq.2 are discussed.
- the heating of the tilting segment bearing 1 essentially results from the bearing gap 7 between the tilting segments 3 and the shaft 20, and therefore the shaft 20 and the tilting segments 3 usually have the highest temperatures, it is advantageous to have the best possible thermal connection of the bearing sleeve 2 to the Ensure tilting segments 3 in order to optimize the heat dissipation to the outside, as is shown in the embodiment of FIG. 3;
- the bearing sleeve 2 is separated from the tilting segments 3 on its inner circumference 2b outside the webs 4 only by a kind of thin cut 8.
- the thin cut 8 preferably has a width of at most 0.1 mm, preferably even only at most 0.05 mm. This thin cut 8 is preferably produced by eroding.
- Fig. 4 shows a schematic cross-sectional view of yet another exemplary embodiment of a tilting segment bearing 1, only the essential areas being shown.
- the tilting segment bearing 1 has recesses 51 formed on the inner circumference 2b of the bearing sleeve 2, which are arranged opposite the fastening surfaces 5.
- a recess 51 is preferably also formed on the inner circumference 2b opposite each fastening surface 5.
- notches 41 are formed on the outer circumference 2a of the bearing sleeve 2, preferably exactly opposite to the webs 4.
- the connection of the webs 4 to the bearing sleeve 2 is made very soft.
- the areas of the bearing sleeve 2 between the webs 4 or between the notches 41 thus bend comparatively less strongly and the corresponding thermal expansion is largely implemented by evading the connection of the webs 4 - and thus also the tilting segments 3.
- a notch 41 is thus preferably also formed on the outer circumference 2a opposite each web 4.
- the recesses 51 and notches 41 can be used separately or together in the previous exemplary embodiments in order to intensify the effect of compensating for expansions by heat or pressing.
- the effect of the recesses 51 and notches 41 is as follows: In order to improve the bending line, the points that are supposed to be particularly soft are deliberately weakened by removing material - that is to say through the recesses 51 or notches 41, and thereby form solid-state joints in the Bearing sleeve 2 out.
- the bearing sleeve 2 thus has a significantly lower rigidity in the areas of these solid joints than in the areas between two solid joints.
- the heat or press-in compensation according to the invention can thereby be increased significantly again and set in a targeted manner.
- the tilting segment bearing 1 has a bearing ring 9 which surrounds the bearing sleeve 2 and is preferably made monolithically with it.
- the bearing ring 9 is connected to the bearing sleeve 2 on the former fastening surfaces 5 (from the embodiments in FIGS. 1 to 4) and virtually replaces part of the housing.
- the bearing sleeve 2 is thus also connected to the bearing ring 9 comparatively softly, so that displacements from thermal expansion and press-in processes can be compensated very well.
- the pressing forces can be absorbed by the bearing ring 9, which is preferably very stiff, and thus have no influence on the bearing gap 7. That is, the influence of the pressing forces on the other components of the tilting segment bearing 1 can be minimized or eliminated by the bearing ring 9.
- the fastening surfaces 5 of the previous exemplary embodiments are referred to as transition webs 52, on which the bearing sleeve 2 is preferably connected monolithically to the bearing ring 9.
- the outer circumference 2a of the bearing sleeve can also be made non-cylindrical, for example polygonal as shown in FIG. 5; this can have a further positive effect on heat compensation.
- the recesses 51 and notches 41 can optionally be used in order to specifically reduce the rigidity at the transitions from the bearing ring 9 to the bearing sleeve 2 or the bearing sleeve 2 to the tilting segments 3.
- FIG. 6 shows a schematic cross-sectional view of yet another exemplary embodiment of a tilting segment bearing 1, only the essential areas being shown.
- the execution according to Fiq.6 is similar to the execution according to Fiq.2, however the bearing sleeve 2 is now attached to the housing (not shown) by means of screw connections.
- three bores 25 are formed in the bearing sleeve 2, which run in the axial direction of the shaft 20.
- Corresponding screws can be inserted into the bores 25, so that the bearing sleeve 2 with the housing can be clamped axially. This means that no radial forces act on the bearing due to this attachment.
- the formation of the fastening surfaces 5 on the outer circumference 2a is no longer necessary in this embodiment.
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Abstract
The invention relates to a tilting-pad bearing (1) having a bearing sleeve (2) and a plurality of tilting pads (3) arranged within the bearing sleeve (2). The tilting pads (3) are connected in each case - preferably monolithically - to the bearing sleeve (2) by means of a web (4).
Description
Beschreibung description
Titel title
Kippsegmentlager Tilt segment bearings
Die Erfindung betrifft ein Kippsegmentlager zur Lagerung einer Welle. The invention relates to a tilting segment bearing for supporting a shaft.
Stand der Technik State of the art
Kippsegmentlager kommen vor allem ölgeschmiert bei niedrigen und mittleren Drehzahlen bzw. Umfangsgeschwindigkeiten bis ca. 100 m/s zum Einsatz. Für höhere Umfangsgeschwindigkeiten können luftgeschmierte Kippsegmentlager eingesetzt werden, wenn die Anforderungen an die Tragkraft der Lager nicht zu hoch sind. Durch die geringere Viskosität der Luft im Vergleich zu Öl sind bei den luftgeschmierten Kippsegmentlagern die Schmierspalthöhen deutlich kleiner als bei den ölgeschmierten Lagern. Zum Teil liegen die Schmierspalthöhen in der Größenordnung von 10pm und sind damit um den Faktor 5 geringer als bei den ölgeschmierten Lagern. Tilt segment bearings are mainly used oil-lubricated at low and medium speeds or circumferential speeds up to approx. 100 m / s. Air-lubricated tilting segment bearings can be used for higher peripheral speeds if the bearing load requirements are not too high. Due to the lower viscosity of the air compared to oil, the lubrication gap heights in the air-lubricated tilting segment bearings are significantly smaller than in the oil-lubricated bearings. In some cases, the lubrication gap heights are in the order of 10pm and are therefore 5 times smaller than with oil-lubricated bearings.
Die engeren Lagerspalte stellen hohe Anforderungen an die Maßhaltigkeit der Lagerfläche zu der zu lagernden Welle. The narrower bearing gaps place high demands on the dimensional accuracy of the bearing surface for the shaft to be supported.
Aus der DE 32 25 423 C2 ist ein Kippsegmentlager mit einer Lagerhülse und mehreren innerhalb der Lagerhülse angeordneten Kippsegmenten bekannt. Die Kippsegmente sind jeweils mittels eines Zapfens in der Lagerhülse gelagert. DE 32 25 423 C2 discloses a tilting segment bearing with a bearing sleeve and a plurality of tilting segments arranged within the bearing sleeve. The tilting segments are each mounted in the bearing sleeve by means of a pin.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Demgegenüber lagert das erfindungsgemäße Kippsegmentlager eine Welle robuster und thermisch und dynamisch stabiler. In contrast, the tilting segment bearing according to the invention supports a shaft more robustly and thermally and dynamically more stable.
Dazu weist das Kippsegmentlager eine Lagerhülse und mehrere innerhalb der Lagerhülse angeordnete Kippsegmente auf. Die Kippsegmente sind jeweils mittels eines Steges - vorzugsweise monolithisch - mit der Lagerhülse verbunden.
Insbesondere ist bevorzugt jedes Kippsegment mittels genau eines Steges mit der Lagerhülse monolithisch verbunden. Der Steg ist verglichen mit dem Kippsegment sehr dünn, beispielsweise in Umfangsrichtung betrachtet 20-mal dünner, so dass das Kippsegment nahezu punktuell an der Lagerhülse angebunden ist. Dadurch ist die Verbindung von Kippsegment zur Lagerhülse sehr elastisch ausgeführt, das Kippsegment kann um den Steg kippen, wodurch rotordynamische Beschleunigungen kompensiert werden können, insbesondere in Kombination mit einer nicht über den gesamten Umfang eingepressten Lagerhülse. For this purpose, the tilting segment bearing has a bearing sleeve and a plurality of tilting segments arranged within the bearing sleeve. The tilting segments are each connected to the bearing sleeve by means of a web, preferably monolithically. In particular, each tilting segment is preferably connected monolithically to the bearing sleeve by means of exactly one web. The web is very thin compared to the tilting segment, for example 20 times thinner when viewed in the circumferential direction, so that the tilting segment is connected to the bearing sleeve almost at certain points. As a result, the connection of the tilting segment to the bearing sleeve is made very elastic, the tilting segment can tilt around the web, whereby rotor dynamic accelerations can be compensated for, in particular in combination with a bearing sleeve that is not pressed in over the entire circumference.
In vorteilhaften Weiterbildungen sind an einem Außenumfang der Lagerhülse gegenüberliegend zu den Stegen Kerben ausgebildet. Bevorzugt ist dabei je Steg eine Kerbe vorhanden. Die Kerben verringern die Steifigkeit der Lagerhülse im Bereich der Stege. Dadurch können Wärmeausdehnungen und Verschiebungen aufgrund eines Einpressvorgangs des Kippsegmentlagers gezielt konstruiert werden, dass ein Lagerspalt zwischen den Kippsegmenten und der Welle auch über die Montage- und Betriebszustände hinweg vergleichsweise konstant bleibt. In advantageous developments, notches are formed on an outer circumference of the bearing sleeve opposite the webs. There is preferably one notch per web. The notches reduce the rigidity of the bearing sleeve in the area of the webs. As a result, thermal expansions and displacements due to a press-in process of the tilting segment bearing can be specifically designed so that a bearing gap between the tilting segments and the shaft remains comparatively constant even over the assembly and operating states.
Vorzugsweise sind an einem Außenumfang der Lagerhülse mehrere, bevorzugt drei, Befestigungsflächen ausgebildet. Das Kippsegmentlager bzw. die Lagerhülse wird so lediglich an den Befestigungsflächen in ein Gehäuse eingepresst, axial verschraubt oder über eine andere Art und Weise fest mit dem Gehäuse verbunden. Der Pressverband bzw. die Befestigung ist damit nicht über den gesamten Außenumfang der Lagerhülse ausgeführt, sondern eben nur an den Befestigungsflächen. Im Falle des Einpressens erfahren auch nicht der gesamte Außenumfang die maximale radiale Verschiebung nach innen, sondern nur die Befestigungsflächen. Die nach außen freigestellten Bereiche des Lagerrings werden aufgrund der Presskräfte nach außen gebogen, wodurch die Stege und damit auch die Kippsegmente eine radiale Verschiebung nach außen erfahren, wodurch wiederum die Wirkung der Presskräfte auf die radiale Verschiebung der Kippsegmente kompensiert werden kann. Vorzugsweise entspricht somit die Anzahl der Befestigungsflächen der Anzahl der Kippsegmente bzw. der Anzahl der entsprechenden Stege. A plurality, preferably three, fastening surfaces are preferably formed on an outer circumference of the bearing sleeve. The tilting segment bearing or the bearing sleeve is thus only pressed into the housing on the fastening surfaces, screwed axially or firmly connected to the housing in another way. The press fit or the fastening is therefore not carried out over the entire outer circumference of the bearing sleeve, but only on the fastening surfaces. In the case of press-in, it is not the entire outer circumference that experiences the maximum radial displacement inwards, but only the fastening surfaces. The areas of the bearing ring that are exposed to the outside are bent outwards due to the pressing forces, as a result of which the webs and thus also the tilting segments are displaced radially outward, which in turn can compensate for the effect of the pressing forces on the radial displacement of the tilting segments. The number of fastening surfaces thus preferably corresponds to the number of tilting segments or the number of corresponding webs.
In einer alternativen vorteilhaften Ausführung sind in der Lagerhülse mehrere, vorzugsweise drei, Bohrungen zur Aufnahme von Schrauben ausgebildet. Im Bereich der Bohrungen wird die Lagerhülse so in dem Gehäuse fixiert. Die Befestigung ist damit nicht
über den gesamten Umfang der Lagerhülse ausgeführt, sondern eben nur im Bereich der Bohrungen. Vorzugsweise entspricht dabei die Anzahl der Bohrungen der Anzahl der Kippsegmente bzw. der Anzahl der entsprechenden Stege. In dieser Ausführung müssen keine Einpresskräfte kompensiert werden; die Kompensation konzentriert sich auf Wärmeausdehnungen. In an alternative advantageous embodiment, several, preferably three, bores for receiving screws are formed in the bearing sleeve. The bearing sleeve is thus fixed in the housing in the area of the bores. The attachment is not executed over the entire circumference of the bearing sleeve, but only in the area of the bores. The number of bores preferably corresponds to the number of tilting segments or the number of corresponding webs. In this version, no press-in forces have to be compensated; compensation focuses on thermal expansion.
In vorteilhaften Weiterbildungen sind an einem Innenumfang der Lagerhülse gegenüberliegend zu den Befestigungsflächen bzw. zu den Bohrungen Ausnehmungen ausgebildet. Bevorzugt ist dabei je Befestigungsfläche bzw. je Bohrung eine Ausnehmung vorhanden. Die Ausnehmungen verringern die Steifigkeit der Lagerhülse im Bereich der Befestigungsflächen bzw. im Bereich der Bohrungen. Mit den Ausnehmungen kann gezielt die Steifigkeit der Mimik eingestellt werden, um so Wärmeausdehnungen und Verschiebungen aufgrund eines Einpressvorgangs des Kippsegmentlagers auszugleichen, so dass ein Lagerspalt zwischen den Kippsegmenten und der Welle auch über die Montage- und Betriebszustände hinweg vergleichsweise konstant bleibt. Die Ausnehmungen und Kerben können bei Bedarf natürlich auch kombiniert werden. In advantageous developments, recesses are formed on an inner circumference of the bearing sleeve opposite the fastening surfaces or the bores. A recess is preferably provided for each fastening surface or for each bore. The recesses reduce the rigidity of the bearing sleeve in the area of the fastening surfaces or in the area of the bores. The stiffness of the facial expressions can be specifically adjusted with the recesses in order to compensate for thermal expansion and displacements due to a pressing-in process of the tilting segment bearing, so that a bearing gap between the tilting segments and the shaft remains comparatively constant even over the assembly and operating states. The recesses and notches can of course also be combined if necessary.
In weiteren vorteilhaften Ausführungen sind an einem Außenumfang der Lagerhülse mehrere, vorzugsweise drei Übergangsstege ausgebildet, an denen die Lagerhülse mit einem sie umgebenden Lagerring verbunden ist. Der Lagerring, die Übergangsstege, die Lagerhülse, die Kippsegmente und die Stege sind bevorzugt monolithisch ausgebildet. Das Kippsegmentlager kann demzufolge an dem Lagerring in das Gehäuse eingepresst oder eingeschraubt werden. Eine Vorspannung an den Übergangsstegen (welche in den vorherigen Ausführungen die Befestigungsflächen waren) ist dadurch nicht mehr vorhanden, so dass die nach innen weisenden Bereiche des Kippsegmentlagers (wie Stege und Kippsegmente) unter dem Einpressvorgang möglichst keine radiale Verschiebung erfahren; derartige Verschiebungen werden zu einem großen Teil schon an dem Lagerring kompensiert, wobei der Lagerring bevorzugt vergleichsweise steif ausgeführt ist. Vorzugsweise entspricht die Anzahl der Übergangsstege der Anzahl der Kippsegmente bzw. der Anzahl der entsprechenden Stege, so dass sich ein homogenes Verhalten der einzelnen Kippsegmente ergibt. In further advantageous embodiments, several, preferably three, transition webs are formed on an outer circumference of the bearing sleeve, on which the bearing sleeve is connected to a bearing ring surrounding it. The bearing ring, the transition webs, the bearing sleeve, the tilting segments and the webs are preferably monolithic. The tilting segment bearing can therefore be pressed or screwed into the housing on the bearing ring. As a result, there is no longer any preload on the transition webs (which in the previous versions were the fastening surfaces), so that the inward-facing areas of the tilting segment bearing (such as webs and tilting segments) experience as little radial displacement as possible during the press-in process; Such displacements are already largely compensated for on the bearing ring, the bearing ring preferably being made comparatively stiff. The number of transition webs preferably corresponds to the number of tilting segments or the number of corresponding webs, so that the individual tilting segments behave homogeneously.
In bevorzugten Weiterbildungen sind an einem Innenumfang der Lagerhülse gegenüberliegend zu den Übergansstegen Ausnehmungen ausgebildet. Bevorzugt ist dabei je Übergangssteg eine Ausnehmung vorhanden. Die Ausnehmungen verringern die Steifigkeit der Lagerhülse im Bereich der Übergangsstege, wodurch gezielt die Steifigkeit
der Mimik konstruiert werden kann. Dadurch können Wärmeausdehnungen des Kippsegmentlagers insofern besser ausgeglichen werden, dass ein Lagerspalt zwischen den Kippsegmenten und der Welle auch über die Montage- und Betriebszustände hinweg vergleichsweise konstant bleibt. In preferred developments, recesses are formed on an inner circumference of the bearing sleeve opposite the transition webs. There is preferably a recess per transition web. The recesses reduce the stiffness of the bearing sleeve in the area of the transition webs, thereby specifically reducing the stiffness the facial expressions can be constructed. As a result, thermal expansion of the tilting segment bearing can be better compensated to the extent that a bearing gap between the tilting segments and the shaft remains comparatively constant even over the assembly and operating states.
In vorteilhaften Ausführungen ist in einer Winkelrichtung des Kippsegmentlagers jeweils ein Steg zwischen zwei Befestigungsflächen bzw. zwischen zwei Übergangsstegen bzw. zwischen zwei Bohrungen angeordnet, je nach Ausführung mit oder ohne Lagerring. Das heißt radial nach außen folgt auf einen Steg eben kein Material (Befestigungsfläche bzw. Übergangssteg), sondern eine zwischen diesen angeordnete Freistellungsfläche, so dass der Außenumfang der Lagerhülse im Bereich des Stegs eben weniger schrumpft als an den Befestigungsflächen bzw. an den Übergangsstegen. In advantageous embodiments, a web is arranged between two fastening surfaces or between two transition webs or between two bores in an angular direction of the tilting segment bearing, depending on the version with or without a bearing ring. This means that radially outwards, a web is not followed by any material (fastening surface or transition web), but rather an exemption surface arranged between them, so that the outer circumference of the bearing sleeve in the region of the web shrinks less than on the fastening surfaces or on the transition webs.
In vorteilhaften Weiterbildungen ist der Steg jeweils mittig zwischen zwei Befestigungsflächen bzw. zwei Bohrungen angeordnet. In vorteilhaften Weiterbildungen zu Ausführungen mit Lagerring ist der Steg demzufolge jeweils mittig zwischen zwei Übergangsstegen angeordnet. Dadurch ist der oben beschriebene Effekt der Kompensation von Ausdehnungen exakt radial nach außen weisend und demzufolge die radiale Verschiebung des Stegs (und damit auch des Kippsegments) aufgrund des Einpressens minimiert. Auch entsprechende thermische Relativverschiebungen sind dadurch minimiert. Das Kippsegmentlager ist damit funktional stabiler und robuster ausgelegt. In advantageous developments, the web is arranged in the middle between two fastening surfaces or two bores. In advantageous developments to designs with a bearing ring, the web is accordingly arranged centrally between two transition webs. As a result, the above-described effect of compensating for expansions points exactly radially outward and consequently the radial displacement of the web (and thus also the tilting segment) due to the pressing in is minimized. Corresponding thermal relative displacements are also minimized as a result. The tilting segment bearing is thus designed to be functionally more stable and robust.
In alternativen vorteilhaften Weiterbildungen weisen die Stege zu den Befestigungsflächen bzw. zu den Bohrungen bzw. zu den Übergangsstegen einen außermittigen Winkelversatz auf. Das heißt, dass ein Steg zu den beiden nächsten Befestigungsflächen bzw. zu den beiden nächsten Übergangsstegen bzw. zu den beiden nächsten Bohrungen im und entgegen des Uhrzeigersinns verschiedene Abstände besitzt. Dadurch wird aufgrund der Steifigkeitsverhältnisse der Lagerhülse und der auf die Befestigungsflächen wirkenden Kontaktkräfte des Pressverbands - bzw. der auf die Übergangstege wirkenden Schnittkräfte - der Steg nicht nur radial nach innen verschoben, sondern auch tangential leicht verkippt. So wird eine Kipp-Vorspannung des Kippsegments erzeugt. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn die Ausbildung eines keilförmigen Lagerspalts zusätzlich unterstützt werden soll.
In vorteilhaften Ausführungen sind die Kippsegmente außermittig an dem jeweils zugehörigen Steg angeordnet. Das heißt die beiden Enden eines Kippsegments haben einen unterschiedlichen Abstand zu dem entsprechenden Steg. Dadurch wird die Ausbildung des Schmierkeils in dem Lagerspalt im Betrieb des Kippsegmentlagers unterstützt. In alternative advantageous developments, the webs have an off-center angular offset to the fastening surfaces or to the bores or to the transition webs. This means that a web has different distances clockwise and counterclockwise to the next two fastening surfaces or to the next two transition webs or to the next two bores. As a result, due to the rigidity of the bearing sleeve and the contact forces of the press fit acting on the fastening surfaces - or the cutting forces acting on the transition webs - the web is not only displaced radially inward, but also slightly tilted tangentially. This creates a tilt pretension of the tilt segment. This is particularly advantageous if the formation of a wedge-shaped bearing gap is to be additionally supported. In advantageous embodiments, the tilting segments are arranged off-center on the associated web. This means that the two ends of a tilting segment are at a different distance from the corresponding web. This supports the formation of the lubricating wedge in the bearing gap during operation of the tilting segment bearing.
Des Weiteren ist das Kippsegmentlager bevorzugt ein luftgeschmiertes Kippsegmentlager gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Furthermore, the tilting segment bearing is preferably an air-lubricated tilting segment bearing according to an embodiment of the invention.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Es zeigen: Further features and advantages of the present invention are explained below with reference to the figures. Show it:
Fig. 1 eine schematische Querschnittansicht eines Kippsegmentlagers, wobei nur die wesentlichen Bereiche dargestellt sind; 1 shows a schematic cross-sectional view of a tilting segment bearing, only the essential areas being shown;
Fig. 2 eine schematische Querschnittansicht eines weiteren Kippsegmentlagers, wobei nur die wesentlichen Bereiche dargestellt sind; 2 shows a schematic cross-sectional view of a further tilting segment bearing, only the essential areas being shown;
Fig. 3 eine schematische Querschnittansicht eines Kippsegmentlagers in einer weiteren Ausführung, wobei nur die wesentlichen Bereiche dargestellt sind; 3 shows a schematic cross-sectional view of a tilting segment bearing in a further embodiment, only the essential areas being shown;
Fig. 4 eine schematische Querschnittansicht eines Kippsegmentlagers in einer noch weiteren Ausführung, wobei nur die wesentlichen Bereiche dargestellt sind; 4 shows a schematic cross-sectional view of a tilting segment bearing in yet another embodiment, only the essential areas being shown;
Fig. 5 eine schematische Querschnittansicht eines Kippsegmentlagers in einer noch weiteren Ausführung, wobei nur die wesentlichen Bereiche dargestellt sind. 5 shows a schematic cross-sectional view of a tilting segment bearing in yet another embodiment, only the essential areas being shown.
Fig. 6 eine schematische Querschnittansicht eines Kippsegmentlagers in einer noch weiteren Ausführung, wobei nur die wesentlichen Bereiche dargestellt sind. 6 shows a schematic cross-sectional view of a tilting segment bearing in yet another embodiment, only the essential areas being shown.
Ausführungsformen der Erfindung
In Fiq.1 ist eine schematische Querschnittansicht eines Ausführungsbeispiels für ein Kippsegmentlager 1 gezeigt, welches eine Welle 20 radial lagert, wobei nur die wesentlichen Bereiche dargestellt sind. Das Kippsegmentlager 1 weist dabei eine Lagerhülse 2 und bevorzugt drei Kippsegmente 3 in einem gewissen Abstand zu einem Innenumfang 2b der Lagerhülse 2 auf. Die einzelnen Kippsegmente 3 sind jeweils mittels genau eines Steges 4 an der Lagerhülse 2 angebunden, bevorzugt sind dabei die Lagerhülse 2, die Kippsegmente 3 und die Stege 4 einstückig, also monolithisch ausgebildet. Embodiments of the invention FIG. 1 shows a schematic cross-sectional view of an exemplary embodiment of a tilting segment bearing 1, which supports a shaft 20 radially, only the essential areas being shown. The tilting segment bearing 1 has a bearing sleeve 2 and preferably three tilting segments 3 at a certain distance from an inner circumference 2b of the bearing sleeve 2. The individual tilting segments 3 are each connected to the bearing sleeve 2 by means of exactly one web 4; the bearing sleeve 2, the tilting segments 3 and the webs 4 are preferably formed in one piece, that is to say monolithically.
An einem Außenumfang 2a der Lagerhülse 2 sind Befestigungsflächen 5 zur Anordnung des Kippsegmentlagers 1 in einem nicht dargestellten Gehäuse ausgebildet. Die Befestigungsflächen 5 wechseln sich demzufolge über den Umfang mit Freistellungsflächen 5a, welche einen geringeren Durchmesser haben, ab. Idealerweise wird das Kippsegmentlager 1 an den Befestigungsflächen 5 in das Gehäuse eingepresst. In bevorzugten Ausführungen sind die Stege 4 in einer Winkelrichtung f des Kippsegmentlagers 1 betrachtet zwischen den Befestigungsflächen 5 positioniert. Das heißt, dass in radialer Richtung nach außen auf einen Steg 4 die Lagerhülse 2 und eine Freistellungsfläche 5a folgen, so dass die Einpressung an den Befestigungsflächen 5 nur eine vergleichsweise geringe radiale Verschiebung der Stege 4 zur Folge hat. Fastening surfaces 5 for arranging the tilting segment bearing 1 in a housing (not shown) are formed on an outer circumference 2a of the bearing sleeve 2. The fastening surfaces 5 therefore alternate over the circumference with release surfaces 5a, which have a smaller diameter. Ideally, the tilting segment bearing 1 is pressed into the housing on the fastening surfaces 5. In preferred embodiments, the webs 4, viewed in an angular direction f of the tilting segment bearing 1, are positioned between the fastening surfaces 5. This means that the bearing sleeve 2 and an exemption surface 5a follow a web 4 in the radial direction outwards, so that the pressing in on the fastening surfaces 5 only results in a comparatively small radial displacement of the webs 4.
Der Pressverband zwischen dem Gehäuse und der Lagerhülse 2 wirkt nämlich nur auf die Befestigungsflächen 5, nicht aber auf die Freistellungsflächen 5a. Der Außenumfang 2a der Lagerhülse 2 wird somit vor allem im Bereich der Befestigungsflächen 5 in seinem Durchmesser reduziert. Dadurch biegt sich der Durchmesser des Außenumfangs 2a im Bereich der Freistellungsflächen 5a nach außen. Die Verformung der Lagerhülse 2 im Bereich der Stege 4 ist somit reduziert und damit auch die radiale Verschiebung der Kippsegmente 3. Die Positionierung der Kippsegmente 3 zur Welle 20 wird damit durch die Einpressung des Kippsegmentlagers 1 in das Gehäuse weniger stark verändert. Idealerweise bleibt die Position der Kippsegmente 3 unabhängig von der Stärke des Pressverbandes nahezu erhalten. Bei Temperaturänderungen finden lineare Ausdehnungen statt, sodass der Einfluss auf die Spaltänderung zwischen den Kippsegmenten 3 und der Welle 20 weitestgehend noch von den jeweiligen Temperaturausdehnungskoeffizienten der Materialpaarung Welle-Kippsegmentlager und der Steifigkeit und Hebelwirkungen der Kompensationsmimik abhängt.
Vorzugsweise sind die Stege 4 - in der Winkelrichtung f betrachtet - mittig zwischen je zwei Befestigungsflächen 5 angeordnet, so dass ein erster Winkel a des Steges 4 zu der nächsten Befestigungsfläche 5 im Uhrzeigersinn genauso groß ist wie ein zweiter Winkel ß des Steges 4 zu der nächsten Befestigungsfläche 5 entgegen des Uhrzeigersinns; die Stege 4 sind also mittig zu je einer Freistellungsfläche 5a angeordnet. Dadurch ergibt sich während des Einpressens eine rein radiale Verschiebung der Kippsegmente 3, so dass ein Lagerspalt 7 zwischen der Welle 20 und den Kippsegmenten 3 nur noch von den Fertigungstoleranzen des Kippsegmentlagers 1 bzw. der Welle abhängig ist. Dies ermöglicht die Einhaltung des relativ geringen Spaltbereiches, in welchem das Kippsegmentlager 1 stabil funktioniert. Der Verschleiß zwischen den Kippsegmenten 3 und der Welle 20 im Betrieb, aber auch deren Beschädigung während der Montage sind demzufolge minimiert. The press fit between the housing and the bearing sleeve 2 acts only on the mounting surfaces 5, but not on the release surfaces 5a. The outer circumference 2a of the bearing sleeve 2 is thus reduced in diameter, particularly in the area of the fastening surfaces 5. As a result, the diameter of the outer circumference 2a bends outward in the region of the relief surfaces 5a. The deformation of the bearing sleeve 2 in the area of the webs 4 is thus reduced, and thus also the radial displacement of the tilting segments 3. The positioning of the tilting segments 3 with respect to the shaft 20 is thus less changed by the pressing of the tilting segment bearing 1 into the housing. Ideally, the position of the tilting segments 3 remains almost the same regardless of the thickness of the press fit. In the event of temperature changes, linear expansions take place, so that the influence on the gap change between the tilting segments 3 and the shaft 20 still largely depends on the respective temperature expansion coefficients of the material pairing of the shaft and tilting segment bearings and the stiffness and leverage effects of the compensation mimicry. Preferably, the webs 4 - viewed in the angular direction f - are arranged centrally between two fastening surfaces 5, so that a first angle a of the web 4 to the next fastening surface 5 in the clockwise direction is as large as a second angle β of the web 4 to the next Mounting surface 5 counterclockwise; the webs 4 are thus arranged in the middle of an exemption area 5a. This results in a purely radial displacement of the tilting segments 3 during the pressing in, so that a bearing gap 7 between the shaft 20 and the tilting segments 3 is only dependent on the manufacturing tolerances of the tilting segment bearing 1 or the shaft. This enables compliance with the relatively small gap area in which the tilting segment bearing 1 functions stably. The wear between the tilting segments 3 and the shaft 20 during operation, but also their damage during assembly, are consequently minimized.
Durch die Anordnung der Stege 4 zwischen den Befestigungsflächen 5 werden die Stege 4 - und mit ihnen die entsprechenden Kippsegmente 3 - bei zunehmender Temperatur nach außen gezogen. Dadurch kann also nicht nur die eigene Wärmeausdehnung nach innen verhindert werden, sondern sogar die Wärmeausdehnung der Welle 20 kompensiert oder gegebenenfalls sogar überkompensiert werden. Dadurch kann ein thermisch bedingtes Verklemmen des Kippsegmentlagers 1 zur Welle 20 verhindert und der sichere Betrieb bei unterschiedlichen Lastfällen und Temperaturen gewährleistet werden. By arranging the webs 4 between the fastening surfaces 5, the webs 4 - and with them the corresponding tilting segments 3 - are pulled outwards as the temperature increases. As a result, not only the internal thermal expansion can be prevented, but even the thermal expansion of the shaft 20 can be compensated or even overcompensated if necessary. Thereby a thermally induced jamming of the tilting segment bearing 1 to the shaft 20 can be prevented and the safe operation with different load cases and temperatures can be guaranteed.
In bevorzugten Ausführungen sind die Kippsegmente 3 außermittig an dem jeweils zugehörigen Steg 4 angeordnet. Das heißt, dass eine erste Bogenlänge 3_1 des Kippsegments 3 von einem Ende 3a bis zum jeweiligen Steg 4 kleiner ist als eine zweite Bogenlänge 3_2 vom selben Steg 4 bis zum anderen Ende 3b desselben Kippsegments 3. Oder in Winkelrichtung f betrachtet: der dritte Winkel g von einem Ende 3a des Kippsegments 3 zu seinem Steg 4 ist kleiner als der vierte Winkel d von dem Steg 4 zu dem anderen Ende 3b des Kippsegments 3; bevorzugt ist der vierte Winkel d dabei mindestens doppelt so groß wie der dritte Winkel g, es gilt bevorzugt also: d >= 2g. In preferred embodiments, the tilting segments 3 are arranged off-center on the associated web 4. This means that a first arc length 3_1 of the tilting segment 3 from one end 3a to the respective web 4 is smaller than a second arc length 3_2 from the same web 4 to the other end 3b of the same tilting segment 3. Or viewed in the angular direction f: the third angle g from one end 3a of the tilting segment 3 to its web 4 is smaller than the fourth angle d from the web 4 to the other end 3b of the tilting segment 3; the fourth angle d is preferably at least twice as large as the third angle g, so the following preferably applies: d> = 2g.
Fiq.2 zeigt eine schematische Querschnittansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels für ein Kippsegmentlager 1 , wobei nur die wesentlichen Bereiche dargestellt sind. Im Folgenden soll im Wesentlichen nur auf die Unterschiede zu den Ausführungen nach Fiq.1 eingegangen werden.
Der wesentliche Unterschied ist, dass die Stege 4 zu den Befestigungsflächen 5 einen außermittigen Winkelversatz aufweisen. Das heißt in der Winkelrichtung f betrachtet ist der erste Winkel a des Steges 4 zu der nächsten Befestigungsfläche 5 im Uhrzeigersinn größer oder kleiner als der zweite Winkel ß des Steges 4 zu der nächsten Befestigungsfläche 5 entgegen des Uhrzeigersinns, vorzugsweise um ein Mehrfaches größer bzw. kleiner. Dadurch kann das Kippsegment 3 - gezielt durch Einpressen oder Wärmedehnungen - schräg gestellt bzw. tangential versetzt werden. Dies hilft den Schmierfilm im Lagerspalt 7 auszubilden und das Kippsegmentlager 1 im Betrieb dynamisch stabiler zu machen; dazu ist das Kippsegmentlager 1 vorzugsweise monolithisch ausgeführt. Der durch die Schrägstellung bzw. tangentiale Versetzung sich in Drehrichtung verengende Lagerspalt 7 zwischen Kippsegment 3 und Welle 20 führt zur besseren Ausbildung des Schmierfilms im Betriebszustand; beispielsweise bildet sich dadurch in dem Lagerspalt 7 eine Art Schmierpolster bzw. Schmierkeil durch das Gas bzw. die Umgebungsluft aus. FIG. 2 shows a schematic cross-sectional view of a further exemplary embodiment for a tilting segment bearing 1, only the essential areas being shown. In the following, essentially only the differences from the explanations according to Fiq.1 will be discussed. The main difference is that the webs 4 have an eccentric angular offset to the fastening surfaces 5. That is, viewed in the angular direction f, the first angle a of the web 4 to the next fastening surface 5 in the clockwise direction is greater or smaller than the second angle β of the web 4 to the next fastening surface 5 in the counterclockwise direction, preferably several times larger or smaller . As a result, the tilting segment 3 can be tilted or offset tangentially, specifically by pressing in or thermal expansion. This helps to form the lubricating film in the bearing gap 7 and to make the tilting segment bearing 1 dynamically more stable in operation; to this end, the tilting segment bearing 1 is preferably monolithic. The bearing gap 7 narrowing in the direction of rotation between the tilting segment 3 and the shaft 20 due to the inclination or tangential displacement leads to a better formation of the lubricating film in the operating state; for example, a kind of lubrication pad or lubrication wedge is formed in the bearing gap 7 by the gas or the ambient air.
Die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Kippsegmentlagers 1 ist wie folgt: The operation of the tilting segment bearing 1 according to the invention is as follows:
Eine Verformung bei Erwärmung in gewünschter Richtung, das heißt hin zu einem A deformation when heated in the desired direction, i.e. towards one
Abheben der Kippsegmente 3 von der Welle 20, wird dadurch erzielt, dass die im Wesentlichen zylindrische Lagerhülse 2 im Bereich der Anbindung der Kippsegmente 3 Freistellungsflächen 5a besitzt. In diesen Freistellungsflächen 5a wird die Lagerhülse 2 nicht mehr in dem umgebenden Gehäuse abgestützt. Somit führt die thermische Ausdehnung der Lagerhülse 2 zu einer Ausbeulung derselben nach außen, die in der Mitte der Freistellungsflächen 5a am größten ist. Der Effekt kann unter anderem über die Parameter der Breite und Tiefe der Freistellungsflächen 5a eingestellt werden. Durch die Anbindung der Kippsegmente 3 an diesen ausgesparten Teil bewegt dieser bei Deformation bzw. Ausbeulung die Kippsegmente 3 mit nach außen. Lifting of the tilting segments 3 from the shaft 20 is achieved in that the essentially cylindrical bearing sleeve 2 has release surfaces 5a in the area of the connection of the tilting segments 3. In these clearance areas 5a, the bearing sleeve 2 is no longer supported in the surrounding housing. Thus, the thermal expansion of the bearing sleeve 2 leads to a bulge outwards, which is greatest in the middle of the clearance areas 5a. The effect can be set, among other things, via the parameters of the width and depth of the cut-out areas 5a. By connecting the tilting segments 3 to this recessed part, the latter moves the tilting segments 3 outwards in the event of deformation or bulging.
Durch die Anbindung der Kippsegmente 3 mittig in der Freistellungsfläche 5a wird das Kippsegment 3 je nach Temperatur in der Lagerhülse 2 radial nach außen gezogen (bei einteiligen Kippsegmentlagern 1 ) bzw. die Abstützstelle oder der Steg 4 bewegt sich nach außen (bei mehrteiligen Kippsegmentlagern 1 ). In jedem Fall entsteht so ein größerer Lagerspalt 7 zwischen dem Kippsegment 3 und der Welle 20 als ohne diese Maßnahme. Idealerweise können so die thermischen Dehnungen der Welle 20 und der Kippsegmente
3 ausgeglichen werden, so dass sich ein weitgehend gleichmäßiger Lagerspalt 7 über alle Betriebspunkte einstellt. By connecting the tilting segments 3 in the center of the clearance area 5a, depending on the temperature in the bearing sleeve 2, the tilting segment 3 is pulled radially outward (in the case of one-piece tilting segment bearings 1) or the support point or the web 4 moves outward (in the case of multi-parting tilting segment bearings 1) . In any case, a larger bearing gap 7 is created between the tilting segment 3 and the shaft 20 than without this measure. Ideally, the thermal expansions of the shaft 20 and the tilting segments can be done in this way 3 are compensated so that a largely uniform bearing gap 7 is established over all operating points.
Bei einem seitlichen (außermittigen) Winkelversatz der Anbindung der Kippsegmente 3 bezüglich der Freistellungsflächen 5a am Außenumfang 2a kann das Kippsegment 3 zusätzlich schräg gestellt werden, was zu einer gezielten Vorspannung des Kippsegments 3 zur Welle 20 führt. Dies hilft bei der Ausbildung des Schmierfilms und damit das Kippsegmentlager 1 dynamisch stabiler zu machen. Besonders bevorzugt ist das Kippsegmentlager 1 dazu monolithisch ausgeführt. In the event of a lateral (off-center) angular offset of the connection of the tilting segments 3 with respect to the clearance areas 5a on the outer circumference 2a, the tilting segment 3 can additionally be tilted, which leads to a specific prestressing of the tilting segment 3 to the shaft 20. This helps in the formation of the lubricating film and thus to make the tilting segment bearing 1 dynamically more stable. For this purpose, the tilting segment bearing 1 is particularly preferably monolithic.
In der Ausführung der Fiq.2 (also mit a < ß) wird das Kippsegment 3 beim Einpressen des Kippsegmentlagers 1 nach außen gezogen und kippt im Uhrzeigersinn, also in der Winkelrichtung f. Gleiches gilt bei Wärmeausdehnung. Beim Einpressen kann dadurch eine Vorspannung des Kippsegmentlagers 1 erzielt werden. Bevorzugt rotiert die Welle 20 dann auch in der Winkelrichtung f, so dass sich der Lagerspalt 7 über das Kippsegment 3 in Laufrichtung verringert. In the embodiment of FIG. 2 (ie with a <ß), the tilting segment 3 is pulled outwards when the tilting segment bearing 1 is pressed in and tilts clockwise, that is to say in the angular direction f. The same applies to thermal expansion. Preloading of the tilting segment bearing 1 can thereby be achieved during the pressing in. The shaft 20 then preferably also rotates in the angular direction f, so that the bearing gap 7 is reduced in the running direction via the tilting segment 3.
Fiq.3 zeigt eine schematische Querschnittansicht eines noch weiteren Ausführungsbeispiels für ein Kippsegmentlager 1 , wobei nur die wesentlichen Bereiche dargestellt sind. Im Folgenden wird lediglich auf die Unterschiede zu den Ausführungen nach Fiq.1 bzw. Fiq.2 eingegangen. 3 shows a schematic cross-sectional view of a still further exemplary embodiment of a tilting segment bearing 1, only the essential areas being shown. In the following, only the differences from the explanations according to Fiq.1 or Fiq.2 are discussed.
Da die Erwärmung des Kippsegmentlagers 1 im Wesentlichen aus dem Lagerspalt 7 zwischen den Kippsegmenten 3 und der Welle 20 herrührt, und daher die Welle 20 und die Kippsegmente 3 üblicherweise die höchsten Temperaturen haben, ist es vorteilhaft eine möglichst gute thermische Anbindung der Lagerhülse 2 zu den Kippsegmenten 3 zu gewährleisten, um die Wärmeabfuhr nach außen zu optimieren, so wie dies in der Ausführung der Fiq.3 gezeigt ist; in dieser Ausführung ist die Lagerhülse 2 an ihrem Innenumfang 2b außerhalb der Stege 4 nur durch jeweils eine Art dünnen Schnitt 8 von den Kippsegmenten 3 getrennt. Die durch den nur schmalen Schnitt 8 realisierte gute thermische Anbindung der Kippsegmente 3 an die Lagerhülse 2 führt dazu, dass die Lagerhülse 2 stärker mit den Kippsegmenten 3 zusammen erwärmt wird, was die Wärmeabfuhr aus dem Lagerspalt 7 verbessert und durch schnellere Erwärmung der Lagerhülse 2zu einer schnelleren Kompensation der Wärmeausdehnung führt .
Vorzugsweise weist der dünne Schnitt 8 nur eine Breite von maximal 0,1 mm auf, vorzugsweise sogar nur maximal 0,05 mm. Bevorzugt wird dieser dünne Schnitt 8 dabei durch Erodieren hergestellt. Since the heating of the tilting segment bearing 1 essentially results from the bearing gap 7 between the tilting segments 3 and the shaft 20, and therefore the shaft 20 and the tilting segments 3 usually have the highest temperatures, it is advantageous to have the best possible thermal connection of the bearing sleeve 2 to the Ensure tilting segments 3 in order to optimize the heat dissipation to the outside, as is shown in the embodiment of FIG. 3; In this embodiment, the bearing sleeve 2 is separated from the tilting segments 3 on its inner circumference 2b outside the webs 4 only by a kind of thin cut 8. The good thermal connection of the tilting segments 3 to the bearing sleeve 2, which is achieved by the only narrow cut 8, leads to the fact that the bearing sleeve 2 is heated more strongly together with the tilting segments 3, which improves the heat dissipation from the bearing gap 7 and, through faster heating of the bearing sleeve 2, leads to one leads to faster compensation of thermal expansion. The thin cut 8 preferably has a width of at most 0.1 mm, preferably even only at most 0.05 mm. This thin cut 8 is preferably produced by eroding.
Fiq.4 zeigt eine schematische Querschnittansicht eines noch weiteren Ausführungsbeispiels für ein Kippsegmentlager 1 , wobei nur die wesentlichen Bereiche dargestellt sind. Im Folgenden wird im Wesentlichen auf die Unterschiede zu den Ausführungen nach den vorherigen Figuren eingegangen. Das Kippsegmentlager 1 weist in dieser Ausführung an dem Innenumfang 2b der Lagerhülse 2 ausgebildete Ausnehmungen 51 auf, die gegenüberliegend zu den Befestigungsflächen 5 angeordnet sind. Um die Presskräfte und/oder Wärmedehnungen kompensieren zu können, kann über die Ausnehmungen 51 gezielt die Steifigkeit des Systems und damit der Betrag der Kompensation eingestellt werden. Bevorzugt ist dabei zu jeder Befestigungsfläche 5 gegenüberliegend an dem Innenumfang 2b auch eine Ausnehmung 51 ausgebildet. Fig. 4 shows a schematic cross-sectional view of yet another exemplary embodiment of a tilting segment bearing 1, only the essential areas being shown. In the following, the differences from the explanations according to the previous figures are essentially dealt with. In this embodiment, the tilting segment bearing 1 has recesses 51 formed on the inner circumference 2b of the bearing sleeve 2, which are arranged opposite the fastening surfaces 5. In order to be able to compensate for the pressing forces and / or thermal expansions, the rigidity of the system and thus the amount of the compensation can be set in a targeted manner via the recesses 51. A recess 51 is preferably also formed on the inner circumference 2b opposite each fastening surface 5.
Ergänzend oder alternativ sind an dem Außenumfang 2a der Lagerhülse 2 Kerben 41 ausgebildet, bevorzugt genau gegenüberliegend zu den Stegen 4. Dadurch ist die Anbindung der Stege 4 an die Lagerhülse 2 sehr weich ausgeführt. Die Bereiche der Lagerhülse 2 zwischen den Stegen 4 bzw. zwischen den Kerben 41 verbiegen sich somit vergleichsweise weniger stark und die entsprechende Wärmeausdehnung wird zu einem großen Teil in ein Ausweichen der Anbindung der Stege 4 - und damit auch der Kippsegmente 3 - umgesetzt. Bevorzugt ist somit zu jedem Steg 4 gegenüberliegend an dem Außenumfang 2a auch eine Kerbe 41 ausgebildet. In addition or alternatively, notches 41 are formed on the outer circumference 2a of the bearing sleeve 2, preferably exactly opposite to the webs 4. As a result, the connection of the webs 4 to the bearing sleeve 2 is made very soft. The areas of the bearing sleeve 2 between the webs 4 or between the notches 41 thus bend comparatively less strongly and the corresponding thermal expansion is largely implemented by evading the connection of the webs 4 - and thus also the tilting segments 3. A notch 41 is thus preferably also formed on the outer circumference 2a opposite each web 4.
Die Ausnehmungen 51 und Kerben 41 können getrennt oder gemeinsam in den vorangehenden Ausführungsbeispielen verwendet werden, um den Effekt der Kompensation von Ausdehnungen durch Wärme bzw. Einpressen zu verstärken. Der Effekt der Ausnehmungen 51 und Kerben 41 ist dabei wie folgt: Zur Verbesserung der Biegelinie werden die Stellen, die besonders weich sein sollen, durch Materialwegnahme - also eben durch die Ausnehmungen 51 bzw. Kerben 41 - gezielt geschwächt, und bilden dadurch Festkörpergelenke in der Lagerhülse 2 aus. Die Lagerhülse 2 hat also in den Bereichen dieser Festkörpergelenke eine deutlich geringere Steifigkeit als in den Bereichen zwischen zwei Festkörpergelenken. Die erfindungsgemäße Wärme- bzw. Einpresskompensation kann dadurch noch einmal deutlich gesteigert und gezielt eingestellt werden. Alternativ zu den Ausnehmungen 51 und/oder Kerben 41 kann die
gesamte Lagerhülse 2 bzw. einzelne Bereiche davon unterschiedlich steif, beispielsweise über die Dicke, ausgeführt werden. The recesses 51 and notches 41 can be used separately or together in the previous exemplary embodiments in order to intensify the effect of compensating for expansions by heat or pressing. The effect of the recesses 51 and notches 41 is as follows: In order to improve the bending line, the points that are supposed to be particularly soft are deliberately weakened by removing material - that is to say through the recesses 51 or notches 41, and thereby form solid-state joints in the Bearing sleeve 2 out. The bearing sleeve 2 thus has a significantly lower rigidity in the areas of these solid joints than in the areas between two solid joints. The heat or press-in compensation according to the invention can thereby be increased significantly again and set in a targeted manner. As an alternative to the recesses 51 and / or notches 41, the Entire bearing sleeve 2 or individual areas thereof with different stiffness, for example over the thickness.
Fiq.5 zeigt eine schematische Querschnittansicht eines noch weiteren Ausführungsbeispiels eines Kippsegmentlagers 1 , wobei nur die wesentlichen Bereiche dargestellt sind. Im Folgenden wird im Wesentlichen auf die Unterschiede zu den Ausführungen nach den vorherigen Figuren eingegangen. In der Ausführung der Fiq.5 weist das Kippsegmentlager 1 einen Lagerring 9 auf, welcher die Lagerhülse 2 umgibt und bevorzugt mit dieser monolithisch ausgeführt ist. Der Lagerring 9 ist an den ehemaligen Befestigungsflächen 5 (aus den Ausführungen der Figuren 1 bis 4) mit der Lagerhülse 2 verbunden und ersetzt quasi einen Teil des Gehäuses. Ähnlich der Anbindung der Kippsegmente 3 an die Lagerhülse 2 ist dadurch also auch die Lagerhülse 2 vergleichsweise weich an den Lagerring 9 angebunden, so dass Verschiebungen aus Wärmeausdehnungen und Einpressvorgängen sehr gut kompensiert werden können. Durch den Lagerring 9, der bevorzugt sehr steif ausgeführt ist, können die Presskräfte aufgenommen werden und haben somit keinen Einfluss auf den Lagerspalt 7. Das heißt durch den Lagerring 9 kann der Einfluss der Presskräfte auf die weiteren Bauteile des Kippsegmentlagers 1 minimiert oder eliminiert werden. In den Ausführungen nach Fiq.5 werden die Befestigungsflächen 5 der vorherigen Ausführungsbeispiele als Übergangsstege 52 bezeichnet, an denen die Lagerhülse 2 vorzugsweise monolithisch mit dem Lagerring 9 verbunden ist. 5 shows a schematic cross-sectional view of a still further exemplary embodiment of a tilting segment bearing 1, only the essential areas being shown. In the following, the differences from the explanations according to the previous figures are essentially dealt with. In the embodiment of FIG. 5, the tilting segment bearing 1 has a bearing ring 9 which surrounds the bearing sleeve 2 and is preferably made monolithically with it. The bearing ring 9 is connected to the bearing sleeve 2 on the former fastening surfaces 5 (from the embodiments in FIGS. 1 to 4) and virtually replaces part of the housing. Similar to the connection of the tilting segments 3 to the bearing sleeve 2, the bearing sleeve 2 is thus also connected to the bearing ring 9 comparatively softly, so that displacements from thermal expansion and press-in processes can be compensated very well. The pressing forces can be absorbed by the bearing ring 9, which is preferably very stiff, and thus have no influence on the bearing gap 7. That is, the influence of the pressing forces on the other components of the tilting segment bearing 1 can be minimized or eliminated by the bearing ring 9. In the embodiments according to FIG. 5, the fastening surfaces 5 of the previous exemplary embodiments are referred to as transition webs 52, on which the bearing sleeve 2 is preferably connected monolithically to the bearing ring 9.
Durch die Verwendung des Lagerrings 9 kann der Außenumfang 2a der Lagerhülse auch nicht-zylindrisch ausgeführt werden, beispielsweise polygonal wie in Fiq.5 gezeigt; dadurch kann ein weiterer positiver Effekt auf die Wärmekompensation erzielt werden. Auch in dieser Ausführung können die Ausnehmungen 51 und Kerben 41 optional eingesetzt werden, um gezielt die Steifigkeiten an den Übergängen von Lagerring 9 zu Lagerhülse 2 bzw. Lagerhülse 2 zu Kippsegmenten 3 zu reduzieren. By using the bearing ring 9, the outer circumference 2a of the bearing sleeve can also be made non-cylindrical, for example polygonal as shown in FIG. 5; this can have a further positive effect on heat compensation. In this embodiment, too, the recesses 51 and notches 41 can optionally be used in order to specifically reduce the rigidity at the transitions from the bearing ring 9 to the bearing sleeve 2 or the bearing sleeve 2 to the tilting segments 3.
Fiq.6 zeigt eine schematische Querschnittansicht eines noch weiteren Ausführungsbeispiels eines Kippsegmentlagers 1 , wobei nur die wesentlichen Bereiche dargestellt sind. Die Ausführung nach Fiq.6 ist der Ausführung nach Fiq.2 ähnlich, allerdings erfolgt die Befestigung der Lagerhülse 2 zu dem nicht dargestellten Gehäuse jetzt mittels Verschraubungen. In der Ausführung der Fiq.6 sind dazu drei Bohrungen 25 in der Lagerhülse 2 ausgebildet, die in Axialrichtung der Welle 20 verlaufen. In die Bohrungen 25 sind entsprechend Schrauben einführbar, so dass die Lagerhülse 2 mit
dem Gehäuse axial verspannt werden kann. Somit wirken durch diese Befestigung keine radialen Kräfte auf das Lager. Die Ausbildung der Befestigungsflächen 5 am Außenumfang 2a ist in dieser Ausführung nicht mehr erforderlich.
FIG. 6 shows a schematic cross-sectional view of yet another exemplary embodiment of a tilting segment bearing 1, only the essential areas being shown. The execution according to Fiq.6 is similar to the execution according to Fiq.2, however the bearing sleeve 2 is now attached to the housing (not shown) by means of screw connections. In the embodiment of FIG. 6, three bores 25 are formed in the bearing sleeve 2, which run in the axial direction of the shaft 20. Corresponding screws can be inserted into the bores 25, so that the bearing sleeve 2 with the housing can be clamped axially. This means that no radial forces act on the bearing due to this attachment. The formation of the fastening surfaces 5 on the outer circumference 2a is no longer necessary in this embodiment.
Claims
1. Kippsegmentlager (1 ) mit einer Lagerhülse (2) und mehreren innerhalb der Lagerhülse (2) angeordneten Kippsegmenten (3), 1. tilting segment bearing (1) with a bearing sleeve (2) and several tilting segments (3) arranged within the bearing sleeve (2),
dadurch gekennzeichnet, dass die Kippsegmente (3) jeweils mittels eines Steges (4) mit der Lagerhülse (2) verbunden sind, wobei die Lagerhülse (2), die Kippsegmente (3) und die Stege (4) bevorzugt monolithisch ausgebildet sind. characterized in that the tilting segments (3) are each connected to the bearing sleeve (2) by means of a web (4), the bearing sleeve (2), the tilting segments (3) and the webs (4) preferably being monolithic.
2. Kippsegmentlager nach Anspruch 1 , 2. tilting segment bearing according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, dass jedes Kippsegment (3) jeweils mittels genau eines Steges (4) monolithisch mit der Lagerhülse (2) verbunden ist. characterized in that each tilting segment (3) is monolithically connected to the bearing sleeve (2) by means of exactly one web (4).
3. Kippsegmentlager nach Anspruch 1 oder 2, 3. tilt segment bearing according to claim 1 or 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die Kippsegmente (3) außermittig an dem jeweils zugehörigen Steg (4) angeordnet sind. characterized in that the tilting segments (3) are arranged off-center on the respectively associated web (4).
4. Kippsegmentlager nach Anspruch 3, 4. tilting segment bearing according to claim 3,
dadurch gekennzeichnet, dass an einem Außenumfang (2a) der Lagerhülse (2) gegenüberliegend zu den Stegen (4) Kerben (41 ) ausgebildet sind. characterized in that notches (41) are formed on an outer circumference (2a) of the bearing sleeve (2) opposite the webs (4).
5. Kippsegmentlager nach einem der Ansprüche 1 bis 4, 5. tilting segment bearing according to one of claims 1 to 4,
dadurch gekennzeichnet, dass an einem Außenumfang (2a) der Lagerhülse (2) mehrere, vorzugsweise drei, Befestigungsflächen (5) ausgebildet sind. characterized in that a plurality, preferably three, fastening surfaces (5) are formed on an outer circumference (2a) of the bearing sleeve (2).
6. Kippsegmentlager nach einem der Ansprüche 1 bis 4, 6. tilting segment bearing according to one of claims 1 to 4,
dadurch gekennzeichnet, dass in der Lagerhülse (2) mehrere, vorzugsweise drei, Bohrungen (25) zur Aufnahme von Schrauben ausgebildet sind. characterized in that several, preferably three, bores (25) for receiving screws are formed in the bearing sleeve (2).
7. Kippsegmentlager nach Anspruch 5 oder 6, 7. tilting segment bearing according to claim 5 or 6,
dadurch gekennzeichnet, dass an einem Innenumfang (2b) der Lagerhülse (2) gegenüberliegend zu den Befestigungsflächen (5) bzw. im Bereich der Bohrungen (25) Ausnehmungen (51 ) ausgebildet sind. characterized in that recesses (51) are formed on an inner circumference (2b) of the bearing sleeve (2) opposite the fastening surfaces (5) or in the region of the bores (25).
8. Kippsegmentlager nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass an einem Außenumfang (2a) der Lagerhülse (2) mehrere, vorzugsweise drei Übergangsstege (52) ausgebildet sind, an denen die Lagerhülse (2) mit einem sie umgebenden Lagerring (9) verbunden ist, wobei der Lagerring (9), die Übergangsstege (52), die Lagerhülse (2), die Kippsegmente (3) und die Stege (4) bevorzugt monolithisch ausgebildet sind. 8. tilting segment bearing according to one of claims 1 to 4, characterized in that a plurality, preferably three transition webs (52) are formed on an outer circumference (2a) of the bearing sleeve (2), on which the bearing sleeve (2) is connected to a bearing ring (9) surrounding it, the bearing ring (9) , The transition webs (52), the bearing sleeve (2), the tilting segments (3) and the webs (4) are preferably monolithic.
9. Kippsegmentlager nach Anspruch 8, 9. tilt segment bearing according to claim 8,
dadurch gekennzeichnet, dass an einem Innenumfang (2b) der Lagerhülse (2) gegenüberliegend zu den Übergansstegen (52) Ausnehmungen (51 ) ausgebildet sind. characterized in that recesses (51) are formed on an inner circumference (2b) of the bearing sleeve (2) opposite the transition webs (52).
10. Kippsegmentlager nach einem der Ansprüche 5 bis 9, 10. tilt segment bearing according to one of claims 5 to 9,
dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Befestigungsflächen (5) bzw. die Anzahl der Übergangsstege (52) bzw. die Anzahl der Bohrungen (25) der Anzahl der Kippsegmente (3) entspricht. characterized in that the number of fastening surfaces (5) or the number of transition webs (52) or the number of bores (25) corresponds to the number of tilting segments (3).
1 1. Kippsegmentlager nach einem der Ansprüche 5 bis 10, 1 1. tilting segment bearing according to one of claims 5 to 10,
dadurch gekennzeichnet, dass in einer Winkelrichtung (f) des Kippsegmentlagers (1 ) jeweils ein Steg (4) zwischen zwei Befestigungsflächen (5) bzw. zwei Übergangsstegen (52) bzw. zwei Bohrungen (25) angeordnet ist. characterized in that in each case one web (4) is arranged between two fastening surfaces (5) or two transition webs (52) or two bores (25) in an angular direction (f) of the tilting segment bearing (1).
12. Kippsegmentlager nach Anspruch 1 1 , 12. Tilt segment bearing according to claim 1 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die Stege (4) jeweils mittig zwischen zwei Befestigungsflächen (5) bzw. zwei Übergangsstegen (52) bzw. zwei Bohrungen (25) angeordnet sind. characterized in that the webs (4) are each arranged centrally between two fastening surfaces (5) or two transition webs (52) or two bores (25).
13. Kippsegmentlager nach Anspruch 1 1 , 13. tilting segment bearing according to claim 1 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die Stege (4) zu den Befestigungsflächen (5) bzw. zu den Übergangsstegen (52) bzw. zu den Bohrungen (25) einen außermittigen Winkelversatz aufweisen. characterized in that the webs (4) have an eccentric angular offset to the fastening surfaces (5) or to the transition webs (52) or to the bores (25).
14. Kippsegmentlager nach einem der Ansprüche 1 bis 13, 14. tilting segment bearing according to one of claims 1 to 13,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die Kippsegmente (3) von einem Innenumfang (2b) der Lagerhülse (2) außerhalb der Stege (4) nur mittels eines dünnen Schnitts (8) getrennt sind,
wobei der Schnitt (8) bevorzugt eine Breite von maximal 0,1 mm, und besonders bevorzugt maximal 0,05 mm aufweist.
that the tilting segments (3) are separated from an inner circumference (2b) of the bearing sleeve (2) outside the webs (4) only by means of a thin cut (8), wherein the cut (8) preferably has a width of at most 0.1 mm, and particularly preferably at most 0.05 mm.
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