Titel

Kippsegmentlager

Die Erfindung betrifft ein Kippsegmentlager mit Kippsegmenten, die relativ zu einem Gehäusekörper um jeweils eine Kippachse kippbar sind, und mit einer Fixiereinrichtung, die dazu dient, die um die Kippachse kippbaren Kippsegmente relativ zu dem Gehäusekörper und relativ zueinander in dem Gehäusekörper anzuordnen.

Stand der Technik

Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2017 202 740 Al ist ein

Kippsegmentlager bekannt, das ein Kippsegment, einen Lagergrundkörper und ein Dämpferelement umfasst, das zwischen Kippsegment und Lagergrundkörper angeordnet ist, wobei das Kippsegment über zumindest einen Steg mit dem Lagergrundkörper verbunden ist und/oder als Einzelteil auf dem

Lagergrundkörper aufliegt, wobei eine Ausnehmung zur Aufnahme eines

Dämpferelements um einen Kipppunkt des Kippsegments angeordnet ist, wobei eine Kippkante eine geringere Länge als eine Breite des Kippsegments aufweist. Kippsegmentlager (im Englischen tilting pad bearings genannt) gibt es in vielen Formen und Ausführungen. Sie dienen zur Lagerung von rotierenden Wellen, die vorzugsweise radial, in Einzelfällen aber auch axial ausgerichtet sind. Die meisten davon sind für den Einsatz in Fluiden, vorzugsweise in Öl ausgelegt. Wiederum andere Kippsegmentlager sind für den Betrieb als Gaslager ausgelegt. Das Grundprinzip ist jedoch immer gleich. Eine schnell rotierende Welle wird radial, gelegentlich auch axial, durch eng anliegende Lagerflächen gelagert.

Diese Flächen gleiten auf einem Polster des umgebenden Mediums auf der Welle auf, so dass es ähnlich einem ölgeschmierten Gleitlager zu keinem

Verschließ kommt. Anders als bei einem Gleitlager kommt der Schmierfilm jedoch nicht durch eine Bohrung und per Druck in das Lager, sondern wird durch die Unterbrechungen in der Lagerfläche hineingezogen. Die einzelnen

Kippsegmente sollten sich in ihrer Lage der Welle anpassen können, um die minimale Medienspalte zu realisieren. Dabei sind diese, je nach Ausführung, über dünne Stege mit ihrer Lagerhülse verbunden (als Festkörpergelenke) oder sie liegen als Einzelteile auf der Lagerhülse so auf, so dass sie sich verkippen können. Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2016 216 395 Al ist ein Kippsegmentlager mit einer Hülse und mehreren Kippsegmenten bekannt, die in einem Rahmen aufgenommen sind, der wenigstens zwei Halterungsabschnitte aufweist, die dazu dienen, ein jeweiliges Kippsegment mit Spiel in radialer Richtung und vorzugsweise zusätzlich in Umfangsrichtung zu halten, um ein Kippen des Kippsegments in Umfangsrichtung zu erlauben.

Offenbarung der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Kippsegmentlager mit Kippsegmenten, die relativ zu einem Gehäusekörper um jeweils eine Kippachse kippbar sind, und mit einer Fixiereinrichtung, die dazu dient, die um die Kippachse kippbaren

Kippsegmente relativ zu dem Gehäusekörper und relativ zueinander in dem Gehäusekörper anzuordnen, im Hinblick auf seine Funktion, Herstellung und/oder Lebensdauer zu verbessern.

Die Aufgabe ist bei einem Kippsegmentlager mit Kippsegmenten, die relativ zu einem Gehäusekörper um jeweils eine Kippachse kippbar sind, und mit einer Fixiereinrichtung, die dazu dient, die um die Kippachse kippbaren Kippsegmente relativ zu dem Gehäusekörper und relativ zueinander in dem Gehäusekörper anzuordnen, dadurch gelöst, dass die Fixiereinrichtung den Kippsegmenten zugeordnete Fixierelemente umfasst, die so ausgeführt und angeordnet sind, dass Kontaktbereiche, in denen die Fixierelement beim Kippen der

Kippsegmente um ihre jeweilige Kippachse mit dem Gehäusekörper in Kontakt kommen, minimal oder zumindest weniger weit als bei einem herkömmlichen Kippsegmentlager von ihrer jeweiligen Kippachse beabstandet sind. Der Gehäusekörper kann einteilig oder mehrteilig ausgeführt sein. Der

Gehäusekörper hat zum Beispiel im Wesentlichen die Gestalt eines

hülsenartigen Ringkörpers. Der zum Beispiel hülsenartige Ringkörper hat innen die Gestalt eines geraden Kreiszylindermantels und wird auch als Lagerhülse bezeichnet. In dem Gehäusekörper ist eine Welle um eine Drehachse drehbar angeordnet. Zur Lagerung der Welle dienen zum Beispiel drei Kippsegmente. Jedem Kippsegment ist vorzugsweise ein Fixierelement zugeordnet. Die Fixierelemente können auch einstückig mit dem jeweiligen Kippsegment verbunden sein. Die Fixierelemente sind vorzugsweise jedoch nicht einstückig mit dem Gehäusekörper verbunden. Bei mehrteiligen Kippsegmentlagern ist es nötig, die einzelnen Kippsegmente axial und radial zu fixieren, ohne das

Verkippen der Kippsegmente relativ zu dem Gehäusekörper zu behindern. Durch die beanspruchte Kombination der Kippsegmente und der Fixierelemente mit dem Gehäusekörper wird der Abstand zwischen den Kontaktbereichen der Kippsegmente und ihrer jeweiligen Kippachse minimiert. Dadurch kann ein unerwünschter Verschleiß im Betrieb des Kippsegmentlagers deutlich reduziert werden. Darüber hinaus werden unerwünscht große Kippmomente auf die Kippsegmente als Reaktion auf im Betrieb des Kippsegmentlagers auftretende Gleitreibungskräfte vermieden.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kippsegmentlagers ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Fixierelemente mit seinem dem zugehörigen Kippsegment abgewandten Ende so mit Spiel in einer Ausnehmung des Gehäusekörpers angeordnet ist, dass sich das Fixierelement beim Kippen des zugehörigen Kippsegments in der Ausnehmung des Gehäusekörpers mit dem Kippsegment bewegen kann. So wird auf einfache Art und Weise eine nahezu verschleißfreie Kippsegmentlagerung realisiert.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kippsegmentlagers ist dadurch gekennzeichnet, dass eine tragende Kante der Ausnehmung des Gehäusekörpers sehr nah bei oder in dem Kontaktbereich angeordnet ist. Als tragende Kante wird eine Kante der Ausnehmung des Gehäusekörpers bezeichnet, die beim Kippen des zugehörigen Kippsegments mit dem

Fixierelement in Kontakt kommt. Der Kontakt zwischen Fixierelement und dem Gehäusekörper, insbesondere der tragenden Kante des Gehäusekörpers, kann in einem Kontaktpunkt oder entlang einer Kontaktlinie Zustandekommen. Die Ausnehmung des Gehäusekörpers ist vorteilhaft so ausgeführt und angeordnet, dass die tragende Kante nahe an dem Kontaktbereich liegt, insbesondere mit dem Kontaktbereich zusammenfällt beziehungsweise sich durch den

Kontaktbereich hindurch erstreckt.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kippsegmentlagers ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Fixierelemente an seinem dem zugehörigen Kippsegment abgewandten Ende kegelig ausgeführt ist. Durch die Verwendung eines kegeligen Fixierelements kann der Kontaktbereich vorteilhaft an einer äußersten Kante der Ausnehmung in dem Gehäusekörper angeordnet werden. Die Ausnehmung in dem Gehäusekörper ist zum Beispiel als Bohrung in einer Lagerhülse ausgeführt. Durch die kegelige Ausführung des Fixierelements kann ein den Kontaktbereich darstellender Kontaktpunkt sehr nahe an der Kippachse angeordnet werden. Die als Bohrung ausgeführte Gehäuseausnehmung ist vorteilhaft so zu gestalten, dass eine Mantelfläche der im Wesentlichen kreiszylindermantelförmigen Bohrung die Kippachse tangiert.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kippsegmentlagers ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Fixierelemente an seinem dem zugehörigen Kippsegment abgewandten Ende die Gestalt eines geraden Kreiszylinders aufweist. Dadurch wird die Herstellung der Fixierelemente erheblich vereinfacht. Derart ausgeführte Fixierelemente werden gemäß weiteren Ausführungsbeispielen der Erfindung vorteilhaft mit schräg verlaufenden

Bohrungen kombiniert, welche zur Darstellung der Ausnehmungen in dem Gehäusekörper dienen. Der Begriff schräg bezieht sich in diesem Fall auf eine Radiale, die von der Drehachse der in dem Kippsegmentlager rotierenden Welle ausgeht. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel sind derartige

Fixierelemente mit Ausnehmungen im Gehäusekörper kombiniert, die sich kegelstumpf artig von dem jeweiligen Kippsegment weg radial nach außen erweitern.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kippsegmentlagers ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Fixierelemente an seinem dem zugehörigen Kippsegment abgewandten Ende kugelig ausgeführt ist. Durch das kugelige oder kugelförmige Ende des Fixierelements kann eine sehr genaue Fixierung des zugehörigen Kippsegments in axialer und in radialer Richtung realisiert werden. Der Begriff axial bezieht sich auf die Drehachse der in dem Gehäusekörper rotierenden Welle. Axial bedeutet in Richtung oder parallel zu dieser Drehachse. Analog bedeutet radial quer zu dieser Drehachse. Über die Einbauhöhe des Fixierelements kann der Abstand zwischen dem Kontaktbereich und der Kippachse eingestellt werden. Über eine Tiefe einer Ausnehmung im Kippsegment, insbesondere über eine Bohrungstiefe, die einen axialen Anschlag für das Fixierelement im eingebauten Zustand darstellt, kann vorteilhaft die Position des kugeligen Endes des Fixierelements in dem zugehörigen

Kippsegment definiert werden, so dass nach einem Einpressen oder Einkleben des Fixierelements in das zugehörige Kippsegment automatisch die richtige Höhe vorhanden ist.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kippsegmentlagers ist dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung des Gehäusekörpers im Kontaktbereich die Gestalt eines geraden Kreiszylindermantels mit einer Längsachse aufweist, die radial angeordnet ist. Diese Art der Ausnehmung ist relativ einfach und kostengünstig in dem Gehäusekörper realisierbar, zum Beispiel als Bohrung. In der Ausnehmung kann zum Beispiel ein sich

kegelstumpfartig verjüngendes Ende oder ein kugeliges oder kegeliges Ende eines Fixierelements angeordnet werden.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kippsegmentlagers ist dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung des Gehäusekörpers im Kontaktbereich die Gestalt eines geraden Kreiszylindermantels mit einer Längsachse aufweist, die in einem Winkel zu einer Radialen angeordnet ist. Der Winkel zur Radialen ist vorteilhaft als spitzer Winkel ausgeführt und beträgt zum Beispiel etwa dreißig Grad. Die Ausnehmung ist in dem Gehäusekörper kostengünstig realisierbar, zum Beispiel als schräge Bohrung.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kippsegmentlagers ist dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung des Gehäusekörpers im Kontaktbereich die Gestalt eines Kegelstumpfs aufweist, der sich von dem zugehörigen Kippsegment weg erweitert. Diese Art der Ausnehmung ist in dem Gehäusekörper kostengünstig realisierbar, zum Beispiel als Kegelbohrung. In Kombination mit einem Fixierelement, das im Wesentlichen die Gestalt eines geraden Kreiszylinders hat, liefert diese Art der Ausnehmung des Gehäusekörpers den funktionalen Vorteil, einen Kipp- Freiheitsgrad in allen Richtungen zu ermöglichen.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kippsegmentlagers ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Fixierelemente einstückig mit dem zugehörigen Kippsegment verbunden ist.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kippsegmentlagers ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Fixierelemente mit einem dem zugehörigen Kippsegment zugewandten Ende fest in einer Ausnehmung des zugehörigen Kippsegments angeordnet ist. Das Fixierelement kann zum Beispiel mit Hilfe einer Presspassung kraftschlüssig mit dem Kippsegment verbunden sein. Alternativ oder zusätzlich kann das Fixierelement stoffschlüssig mit dem Kippsegment verbunden werden. Das Fixierelement kann zum Beispiel in das Kippsegment eingeklebt werden. Die Ausnehmung in dem Kippsegment ist zur Aufnahme des zugehörigen Endes des Fixierelements zum Beispiel als Sackloch, insbesondere als Sackbohrung, ausgeführt. Die Sacklochbohrung stellt vorteilhaft einen Tiefenanschlag für das Fixierelement dar. Das liefert unter anderem den Vorteil, dass eine bezüglich der Sacklochbohrung axiale

Positionierung über diesen Tiefenanschlag einfach und reproduzierbar erreicht werden kann.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kippsegmentlagers ist dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung des Gehäusekörpers als Durchgangsloch ausgeführt ist. Die Ausführung als Durchgangsloch,

insbesondere als Durchgangsbohrung, der Ausnehmung des Gehäusekörpers ist unter anderem aus Montagesicht vorteilhaft. So kann zum Beispiel in den typischerweise drei Kippsegmenten je ein Fixierelement befestigt werden, in dem die Fixierelemente nacheinander durch die Durchgangslöcher in dem

Gehäusekörper in die Kippsegmente montiert werden. Die Ausnehmungen in dem Gehäusekörper können je nach Ausführung aber auch als Sacklöcher, insbesondere als Sackbohrungen, ausgeführt werden. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Kippsegment, eine Fixierelement und/oder einen Gehäusekörper für ein vorab beschriebenes Kippsegmentlager. Die genannten Teile sind separat handelbar.

Die Erfindung betrifft gegebenenfalls auch ein Verfahren zum Herstellen oder Betreiben eines vorab beschriebenen Kippsegmentlagers.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Es zeigen:

Figur 1 eine Prinzipdarstellung eines Kippsegmentlagers mit einer in einem Gehäusekörper rotierenden Welle und einem Kippsegment im Querschnitt;

Figur 2 eine vergrößerte Darstellung einer Fixiereinrichtung des

Kippsegmentlagers aus Figur 1;

Figur 3 ein Ausführungsbeispiel einer Fixiereinrichtung wie sie in Figur 2 dargestellt ist, mit einer Kegelverbindung;

Figur 4 ein Ausführungsbeispiel einer Fixiereinrichtung, wie sie in Figur 2 dargestellt ist, mit einer schrägen Bohrung;

Figur 5 ein Ausführungsbeispiel einer Fixiereinrichtung, wie sie in Figur 2 dargestellt ist, mit einer Kegelbohrung; und

Figur 6 ein Ausführungsbeispiel einer Fixiereinrichtung, wie sie in Figur 2 dargestellt ist, mit einem Kugelelement.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele In den Figuren 1 bis 6 sind Ausführungsbeispiele eines Kippsegmentlagers 1; 31; 41; 51; 61 dargestellt. Zur Bezeichnung gleicher oder ähnlicher Teile werden in den Figuren 1 bis 6 die gleichen Bezugszeichen verwendet. Im Folgenden wird zunächst das Prinzip des Kippsegmentlagers 1 in den Figuren 1 und 2 erläutert.

Das Kippsegmentlager 1 umfasst eine Welle 2, die sich, wie in Figur 1 durch einen Pfeil 4 angedeutet ist, in einem Gehäusekörper 5 um eine Drehachse 3 dreht. Der Gehäusekörper 5 ist als Lagerhülse 6 ausgeführt. Zwischen der Welle 2 und dem Gehäusekörper 5 sind insgesamt drei Kippsegmente angeordnet, von denen in den Figuren 1 bis 6 nur ein Kippsegment 8 dargestellt ist.

Das Kippsegment 8 umfasst einen Lagerkörper 7, der im Wesentlichen die Gestalt eines Kreisbogens aufweist. Radial außen weist das Kippsegment 8 eine Erhebung 9 an dem Lagerkörper 7 auf. Die Erhebung 9 des Kippsegments 8 dient zusammen mit dem Gehäusekörper 5 zur Darstellung einer

Fixiereinrichtung 10 für das Kippsegment 8. Die Fixiereinrichtung 10 umfasst ein Fixierelement 12.

In Figur 2 ist die Fixiereinrichtung 10 mit dem Fixierelement 12 vergrößert dargestellt. Das Fixierelement 12 ist mit einem dem Kippsegment 8 abgewandten Ende 17 in einer Ausnehmung 13 des Gehäusekörpers 5 angeordnet. Mit einem dem Kippsegment 8 zugewandten Ende 18 ist das Fixierelement 12 in einer Ausnehmung 14 des Kippsegments 8 angeordnet.

Durch ein Kreuz ist in Figur 2 eine Kippachse 15 angedeutet, die sich senkrecht zur Zeichenebene der Figur 2 erstreckt. Durch einen Kreis ist in Figur 2 ein Kontaktbereich 16 angedeutet, in dem das Fixierelement 12 beim Kippen oder Verkippen des Kippsegments 8 mit einer tragenden Kante 19 des

Gehäusekörpers 5 in Kontakt kommt.

Bei den in den Figuren 3 bis 6 dargestellten Kippsegmentlagern 31; 41; 51; 61 ist jeweils ein Fixierelement 32; 42; 52; 62 dargestellt, das mit einem Ende 37; 47; 57; 67 in einer Ausnehmung 33; 43; 53; 63 des Gehäusekörpers 5 und mit einem Ende 38; 48; 58; 68 in einer Ausnehmung 34; 44; 54; 64 des Kippsegments 8 angeordnet ist. Das Fixierelement 32; 42; 52; 62 ist an beziehungsweise mit seinen Enden 37, 38; 47, 48; 57, 58; 67, 68 in Kombination mit den

Ausnehmungen 33, 34; 43, 44; 53, 54; 63, 64 so ausgeführt und angeordnet, dass ein Abstand zwischen einer Kippachse 35; 45; 55; 65 und einem

Kontaktbereich 36; 46; 56; 66 minimiert wird.

Bei dem in Figur 3 dargestellten Kippsegmentlager 31 hat das Fixierelement 32 einschließlich seines Endes 38 die Gestalt eines geraden Kreiszylinders. An seinem Ende 37 hat das Fixierelement 32 die Gestalt eines Kegelstumpfs 39, der sich zu seinem freien Ende hin verjüngt. Die Gehäuseausnehmung 33 hat die Gestalt eines geraden Kreiszylindermantels. Der Kontaktbereich 36 liegt in Figur 3 sehr nahe an der Kippachse 35 beziehungsweise fällt mit dieser zusammen.

Bei dem in Figur 4 dargestellten Kippsegmentlager 41 ist die

Gehäuseausnehmung 43 als schräge Bohrung ausgeführt. Die schräge Bohrung 43 ist als Durchgangsloch 49 in dem Gehäusekörper 5 ausgeführt. Ein Winkel 40 zwischen einer Radialen und einer Längsachse der Gehäusebohrung 43 beträgt im dargestellten Beispiel etwa dreißig Grad. Mit der schrägen Gehäusebohrung 43, wie sie in Figur 4 gezeigt ist, kann der gleiche Effekt wie bei der in Figur 3 dargestellten Kegelverbindung erreicht werden.

Bei dem in Figur 5 dargestellten Kippsegmentlager 51 hat die

Gehäuseausnehmung 53 die Gestalt eines Kegelstumpfs 59, der sich von dem Kippsegment 8 weg erweitert. Das Fixierelement 52 ist als Fixierpin ausgeführt und hat im Wesentlichen die Gestalt eines geraden Kreiszylinders. Mit seinem Ende 58 ist der Fixierpin 52 in die Ausnehmung 54 des Kippsegments 8 eingefügt, zum Beispiel eingepresst und/oder eingeklebt.

Bei dem in Figur 6 dargestellten Kippsegmentlager 61 ist das Ende 68 des Fixierelements 62 zum Beispiel so ausgeführt und angeordnet wie bei dem Kippsegmentlager 31; 41; 51 in den Figuren 3 bis 5. Das Ende 67 des

Fixierelements 62 ist kugelig oder kugelförmig ausgeführt und hat im

Wesentlichen die Gestalt einer Kugel 60. Durch das kugelförmige Ende 67 des Fixierelements 62, das auch als Verbindungselement bezeichnet werden kann, wird auf einfache Art und Weise eine sehr genaue Fixierung des Kippsegments 8 in axialer und in radialer Richtung erreicht. Durch die Einbauhöhe kann der Abstand zwischen dem Kontaktbereich 66 und der Kippachse 65 eingestellt werden. Gegenüber einem in einem Lagerring eingebrachten Kugelelement kommt hier der Vorteil zum Tragen, das über eine Tiefe der Ausnehmung 64 im Kippsegment 8 die Position des kugeligen Endes

67 definiert wird. Dadurch wird auf einfache Art und Weise erreicht, dass nach einem Einpressen oder Einkleben des Fixierelements 62 in das Kippsegment 8 die richtige Höhe beziehungsweise Position des kugeligen Endes 67 vorhanden ist.