KLEIN UWE (DE)
JP2003028146A | 2003-01-29 | |||
DE102013201782A1 | 2014-08-21 | |||
EP1227254A1 | 2002-07-31 | |||
US20100056695A1 | 2010-03-04 | |||
US20130195388A1 | 2013-08-01 | |||
JPS58160346A | 1983-09-22 | |||
JP2003264984A | 2003-09-19 | |||
EP2653736A1 | 2013-10-23 | |||
DE102013201782A1 | 2014-08-21 | |||
JP2003028146A | 2003-01-29 | |||
DE102005009552A1 | 2006-09-07 |
Patentansprüche 1. Kippsegment (3, 3') für ein Kippsegmentgleitlager (1 , 1 ') mit einem Segmentkörper (13, 13') zur Aufnahme von Lagerkräften, wobei der Segmentkörper (13, 13') aus einem faserverstärkten Verbundwerkstoff ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbundwerkstoff ein Polyetherketon umfasst, dass der Verbundwerkstoff Carbonfasern mit einem Gewichtsanteil von 25 bis 70 % als Verstärkungsfasern aufweist, und dass die Carbonfasern ein Gewebe bilden, das zur Gleitfläche (8, 18) des Segmentkörpers (13, 13') eine konturparallele Ausrichtung aufweist. 2. Kippsegment nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Verbundwerkstoff Carbonfasern mit einem Gewichtsanteil von 40 bis 60 % als Verstärkungsfasern aufweist. 3. Kippsegment nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbundwerkstoff Carbonfasern mit einem Gewichtsanteil von 45 bis 55 % als Verstärkungsfasern aufweist. 4. Kippsegment nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbundwerkstoff Carbonfasern mit einem Gewichtsanteil von 50 % aufweist. 5. Kippsegment nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbundwerkstoff neben Carbonfasern Polyetheretherketon oder Polyacryletherketon umfasst. 6. Kippsegment nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Segmentkörper (13, 13') durch Kompression geformt ist. 7. Kippsegmentgleitlager (1 , 1 ') mit einer Mehrzahl von an einem Tragring (2, 2') angeordneten Kippsegmenten (3, 3'), dadurch gekennzeichnet, dass die Kippsegmente (3, 3') nach einem der Ansprüche 1 bis 6 ausgebildet sind. 8. Kippsegmentgleitlager nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die die Kippsegmente (3) als Radialkippsegmente (6) eines Radiallagers (4) ausgebildet sind und jeweils eine konkave Gleitfläche (8) aufweisen. 9. Kippsegmentgleitlager nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die die Kippsegmente (3') als Axialkippsegmente (16) eines Axiallagers (14) ausgebildet sind und jeweils eine ebene Gleitfläche (18) aufweisen. 10. Kippsegmentgleitlager nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die der Gleitfläche (8, 18) zugewandte Lauffläche (9, 9') einer rotierenden Welle (10) oder Wellenbund (10') eine harte Schutzschicht aufweist. 1 1. Kippsegmentgleitlager nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht aus einem Wolframkarbid mit Anteilen von Cobalt und Chrom ausgebildet ist. |
Beschreibung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Kippsegment für ein Kippsegmentgleitlager mit einem
Segmentkörper zur Aufnahme von Lagerkräften, wobei der Segmentkörper aus einem faserverstärkten Verbundwerkstoff ausgebildet ist.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Kippsegmentgleitlager mit einer Mehrzahl von an einem Tragring angeordneten Kippsegmenten.
Stand der Technik
Aus der EP 2 653 736 A1 ist ein Kippsegment für ein Kippsegmentgleitlager mit einem Segmentkörper zur Aufnahme von Lagerkräften bekannt, wobei der Segmentkörper aus einem faserverstärkten Verbundwerkstoff ausgebildet ist. Alternativ wird dabei vorgeschlagen, den Segmentkörper aus einem thermoplastischen Kunststoff, insbesondere ein Polyetherketon, die im Speziellen auch die Polyetheretherketone enthalten, auszubilden. Als nachteilig hat sich erwiesen, dass weder die bekannten faserverstärkten Verbundwerkstoffe noch thermoplastische Kunststoffe, insbesondere Polyetherketone oder Polyetheretherketone ausreichende Festigkeitswerte und
Laufeigenschaften aufweisen.
Weiterhin ist aus der DE 10 2013 201 782 A1 eine Gleitbuchse für ein Radialgleitlager bekannt, die aus einem Verbundwerkstoff ausgebildet ist, der neben Polyetheretherketon (PEEK) noch Potassium Titanat Whisker (PTW) und Verstärkungsfasern, bevorzugt Kohlefasern, aufweist. Das Potassium Titanat hat dabei bevorzugt die Summenformel K 2 Ti 6 0i 3 . Die Verstärkungsfasern (Kohlefasern/Carbonfasern) sollen dabei einen
Gewichtsanteil zwischen 10 und 20 % aufweisen.
Nachteilig bei dem PTW-Fasern ist, dass sie bereits 2005 von der WHO aufgrund ihrer im Mikrometerbereich liegenden Abmessungen als gesundheitsgefahrdet eingestuft wurden. Insofern sollte auf die PTW-Fasern verzichtet werden.
Auch bei diesem bekannten Verbundwerkstoff ist nachteilig, dass die Festigkeitswerte und Laufeigenschaften, insbesondere bezüglich der Ausbildung der Segmentkörper von Kippsegmenten und deren Gleiteigenschaften noch weiter - auch im Hinblick auf gesundheitsschädliche Bestandteile - zu verbessern sind.
Aus der JP 2003 028 146 A ist ein Kippsegment für ein Kippsegmentgleitlager zur Aufnahme von Lagerkräften bekannt, das einen Segmentkörper mit einer Beschichtung aus einem faserverstärkten Verbundwerkstoff aus Carbonfasern und einem
Polyetheretherketon umfasst.
Nachteilig bei einem Segmentkörper mit einer durch Beschichtung hergestellten
Gleitfläche ist, dass die Beschichtung relativ aufwendig und kostenintensiv ist.
Weiterhin ist aus der DE 10 2005 009 552 A1 ein Gleit- oder Reiblager mit einer beschichteten Auflagestelle bekannt, deren Beschichtung Polyetherketon (PEK) oder Polyetheretherketon (PEEK) umfasst. Die Beschichtung kann dabei bis zu 50
Volumenprozent feinteilige Füllstoffe, z. Bsp. Kohlenstofffasern, umfassen. Die
Schichtdicke soll dabei zwischen 10 μηη und 1000 μηη liegen.
Nachteilig ist auch hier, dass die Beschichtung relativ aufwendig und kostenintensiv ist. Bei beschichteten Körpern hängen der Festigkeitswerte des Körpers auch und vor allem von den Festigkeitswerten des Materials des beschichteten Grundkörpers ab.
Aufgabenstellung
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die bekannten Kippsegmente für
Kippsegmentgleitlager und die Kippsegmentgleitlager bezüglich ihrer Festigkeits- und Laufeigenschaften kostengünstig und unter Vermeidung von gesundheitsgefährdetem Potassium Titanat Whisker (PTW) weiter zu verbessern.
Darlegung der Erfindung
Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 dadurch gelöst, dass der Verbundwerkstoff ein Polyetherketon umfasst, dass der
Verbundwerkstoff Carbonfasern (Kohlenstofffasern) mit einem Gewichtsanteil von 25 bis 70 % als Verstärkungsfasern aufweist, und dass die Carbonfasern ein Gewebe bilden, das zur Gleitfläche des Segmentkörpers eine konturparallele Ausrichtung aufweist.
Überraschend hat sich gezeigt, dass bei einem Verbundwerkstoff aus Polyetherketon (PEK) und Carbonfasern die Kippsegmente ausreichende Festigkeitswerte und
Lagereigenschaften und insbesondere einen geringeren Verschleiß aufweisen, soweit der Gewichtsanteil der Carbonfasern zwischen 25 bis 70 % liegt. Es hat sich weiterhin gezeigt, dass orthogonal zu der Gewebeebene die günstigen Gleiteigenschaften des Polyetherketons besonders zum Tragen kommen. Somit wirkt sich dies positiv auf die Eigenschaften der Gleitfläche aus. Dadurch dass die Carbonfasern ein Gewebe bilden, werden die Festigkeitswerte des gesamten, einteiligen Segmentkörpers erhöht.
Bevorzugt wurde ein Gewichtsanteil von 40 bis 60 % Carbonfasern als
Verstärkungsfasern für die Erzielung von hohen Festigkeiten und Lagereigenschaften gefunden. Weiter bevorzugt hat sich ein Gewichtsanteil von 45 bis 55 % Carbonfasern als günstig erwiesen.
Als besonders günstig für die Festigkeits- und Lagereigenschaften der Kippsegmente hat sich ein Gewichtsanteil von 50 % an Carbonfasern erwiesen. Als besonders günstig hat sich auch erwiesen, anstelle von Polyetherketon Polyetheretherketon oder
Polyacryletherketon in den Carbonfasern zu verwenden.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Segmentkörper durch Kompression geformt und weist dadurch eine relativ hohe Dichte auf, die zu den guten Festigkeits- und Laufeigenschaften des Gleitlagers beiträgt. Die Aufgabe bezüglich des Kippsegmentgleitlagers wird in Verbindung mit dem
Oberbegriff des Anspruches 7 dadurch gelöst, dass die Kippsegmente nach einem der Ansprüche 1 bis 6 ausgebildet sind.
Dadurch, dass der Tragring des Kippsegmentgleitlagers die obigen Segmente aufweist, weist das Kippsegmentgleitlager auch die oben genannten Merkmale und Vorteile auf.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Kippsegmente als Radialkippsegmente eines Radiallagers ausgebildet und weisen jeweils eine konkave Gleitfläche auf. Auch ist es möglich, die Kippsegmente als Axialkippsegmente eines Axiallagers auszubilden, wobei die Kippsegmente jeweils eine ebene Gleitfläche aufweisen.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die der Gleitfläche zugewandte Lauffläche eine harte Schutzschicht, z.B. aus Wolframkarbid mit Anteilen von Cobalt (Co) und Chrom (Cr), auf. Durch die Schutzschicht aus Wolframkarbid wird die Lauffläche eines rotierenden Lagerteiles, beispielsweise einer Welle oder einer
Wellenscheibe, in ihren Laufeigenschaften insbesondere bezüglich eines Abriebes verbessert. Eine solche Schicht auf Basis von Wolframkarbid (WC) mit Anteilen von Cobalt (Co) und/oder Chrom (Cr) kann insbesondere durch Hochgeschwindigkeits- Flammspritzen (HVOF) aufgebracht werden.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden speziellen Beschreibung und den Zeichnungen, in denen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beispielhaft veranschaulicht sind.
Kurzbeschreibunq der Zeichnungen
Es zeigen:
Figur 1 : eine Vorderansicht im Halbschnitt des Kippsegmentgleitlagers, das als ein Radialgleitlager ausgebildet ist; Figur 2: eine Seitenansicht des Kippsegmentgleitlagers von Figur 1 entlang der
Linie II - II geschnitten mit gestrichelt angedeuteter Welle;
Figur 3: eine räumliche, vergrößerte Darstellung des Kippsegmentes von Figur 1 , das als Radialkippsegment ausgebildet ist;
Figur 4: eine Vorderansicht des Kippsegmentes von Figur 3 aus Richtung IV;
Figur 5: eine Seitenansicht des Kippsegmentes von Figur 4 entlang der Linie V -
V geschnitten;
Figur 6: eine Vorderansicht eines Kippsegmentgleitlagers, das als ein
Axialgleitlager ausgebildet ist;
Figur 7: eine Vorderansicht in vergrößerter Darstellung des Kippsegments von
Figur 6, das als ein Axialkippsegment ausgebildet ist;
Figur 8: eine Seitenansicht des Kippsegmentes von Figur 7 aus Richtung VIII
Figur 9: eine Rückansicht des Kippsegmentes von Figur 8 aus Richtung IX;
Figur 10: eine Seitenansicht des Kippsegmentes von Figur 9 aus Richtung X und
Figur 1 1 : eine Seitenansicht des Kippsegmentgleitlagers von Figur 6 aus Richtung
XI mit gestrichelt angeordnetem Wellenbund.
Beschreibung bevorzugter Ausführunqsformen
Ein Kippsegmentgleitlager 1 besteht im Wesentlichen aus einem Tragring 2 und einer Mehrzahl von Kippsegmenten 3.
Das Kippsegmentgleitlager 1 ist als ein Radiallager 4 ausgebildet, dessen Tragring 2 an seiner Innenfläche 5 eine Mehrzahl (im Beispiel fünf) von Kippsegmenten 3 aufweist. Entsprechend sind die Kippsegmente 3 als Radialkippsegmente 6 ausgebildet. Die Radialkippsegmente 6 weisen eine der Innenfläche 5 des Tragringes 2 zugewandte Außenfläche 7 auf, wobei der Radius der Außenfläche 7 des Radialkippsegmentes 6 kleiner ist als der Radius der Innenfläche 5 des Tragringes 2. Auf der der Außenfläche 7 abgewandten Innenseite weist das Radialkippsegment 6 eine Gleitfläche 8 auf. Die Gleitflächen 8 der Radialkippsegmente 6 stehen in Kontakt mit der Lauffläche 9 einer rotierenden Welle 10.
Das Radialkippsegment 6 weist ein Element 1 1 auf, über das es mittels einer
Schraube 12 am Tragring 2 befestigt ist. Durch das Element 1 1 wird dem
Radialkippsegment 6 die Möglichkeit zur einer Kippung gegeben.
Die Lauffläche 9 der rotierenden Welle 10 ist mit einer nicht weiter dargestellten
Schutzschicht auf Basis von Wolframkarbid (WC) mit Anteilen von Cobalt (Co) und/oder Chrom (Cr) versehen.
Das Ausführungsbeispiel der Figur 6 besteht aus einem Kippsegmentleitlager 1 ', einem Tragring 2' und einer Mehrzahl (im Beispiel acht) von Kippsegmenten 3'. Das
Kippsegmentgleitlager V ist als Axiallager 14 ausgebildet, wobei der Tragring 2' eine ringförmige Rückwandung aufweist, an der die Kippsegmente 3', die als
Axialkippsegmente 16 mit einem Steg 17 ausgebildet sind, anliegen. Das
Axialkippsegment 16 weist auf seiner dem Steg 17 abgewandten Vorderseite eine ebene Gleitfläche 18 auf, die an einer ebenen Lauffläche 9' eines rotierenden Wellenbundes 10' anliegt. Die Axialkippsegmente 16 weisen seitliche Nuten 19 auf, in die an der
Rückwandung 15, die eine Auflage für die Axialkippsegmente 16 bildet, angeordnete Sicherungselemente 20 eingreifen.
Die Lauffläche 9' des rotierenden Wellenbundes 10' ist mit einer nicht dargestellten Schutzschicht auf Basis von Wolframkarbid (WC) mit Anteilen von Cobalt (Co) und/oder Chrom (Cr) versehen.
Das Kippsegment 3 bildet ohne das Element 1 1 und die Schraube 12 den
Segmentkörper 13. Das Kippsegment 3' bildet ohne den Steg 17 des
Axialkippsegmentes 16 den Segmentkörper 13'. Die Segmentkörper 13, 13' bestehen aus einem Verbundwerkstoff, der neben Carbonfasern Polyetheretherketon umfasst. Die Carbonfasern weisen dabei einen Gewichtsanteil von 50 % des Verbundwerkstoffes auf. Die Carbonfasern bilden dabei Gewebe, das zur Gleitfläche 8, 18 des Segmentkörpers 13, 13' eine konturparallele Ausrichtung aufweist.
Natürlich stellen die in der speziellen Beschreibung diskutierten und in den Figuren gezeigten Ausführungsformen nur illustrative Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dar. Dem Fachmann ist im Lichte der hiesigen Offenbarung ein breites Spektrum von Variationsmöglichkeiten an die Hand gegeben.
Bezugszeichenliste
1 , r Kippsegmentgleitlager
2, 2' Tragring
3, 3' Kippsegment
4 Radiallager
5 Innenfläche von 2
6 Radialkippsegment
7 Außenfläche von 6
8 Gleitfläche von 6
9 Lauffläche von 10
9' Lauffläche von 10'
10 Welle
10' Wellenbund
1 1 Element von 6
12 Schraube
13, 13' Segmentkörper
14 Axiallager von V
15 Rückwandung von 14
16 Axialkippsegment
17 Steg von 16
18 Gleichfläche von 16
19 Nut von 16
20 Sicherungselement