DE102013220981A1 - Tilting segment and radial plain bearings - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Kippsegment zur beabstandeten Anordnung gegenüber einer Lagerachse zur Abstützung von Wellen in Gleitlagern mit einer Abstützfläche und einer der Abstützfläche gegenüber angeordneten Lagerfläche, wobei die Abstützfläche in Axialrichtung von zwei Seitenflächen und in Umfangsrichtung von einer Einlaufkante und einer Auslaufkante begrenzt ist. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass an der Einlaufkante die Schmier- und Kühlmittelführung beeinflussende Strukturen vorgesehen sind.The invention relates to a tilting segment for spaced arrangement relative to a bearing axis for supporting shafts in slide bearings with a support surface and a bearing surface arranged opposite the support surface, the support surface being delimited in the axial direction by two side surfaces and in the circumferential direction by an inlet edge and an outlet edge. The invention is characterized in that structures influencing the lubricant and coolant guidance are provided on the inlet edge.
Description
Die Erfindung betrifft ein Kippsegment, im Einzelnen mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff von Anspruch 1. Die Erfindung betrifft ferner ein Radialgleitlager mit einem derartigen Kippsegment. The invention relates to a tilting pad, in detail with the features of the preamble of
Radialgleitlager mit Kippsegmenten sind in unterschiedlichen Ausführungen aus dem Stand der Technik bekannt. Diese benötigen ein Schmier- und Kühlmittelversorgungssystem, welches die zur Realisierung der Gleitlagerfunktion erforderliche Schmiermittelmenge bereitstellt. Dabei wird das Schmier- und Kühlmittel in einen Bereich zwischen einem Kippsegment und dem Innenumfang des Lagergehäuses eingebracht und über die Welle in den Spalt zwischen dieser und der Abstützfläche eingezogen. Probleme können sich bei der zielgerichteten Verteilung und Anströmung der Abstützfläche über deren Erstreckung in Längsrichtung und damit der Einstellung des Schmierfilms zwischen Welle und Kippsegment ergeben. Ferner ist es erforderlich, die bei der hydrodynamischen Gleitwirkung erzeugte Wärme schnell und zielgerichtet abzuführen. In Hochleistungsgleitlagern wird das zur hydrodynamischen Gleitwirkung eingesetzte Schmiermittel nach Möglichkeit nach Überstreichen der Abstützfläche des jeweiligen Kippsegmentes an diesem wieder abgeführt, um die von diesem aufgenommene Wärme nicht in das in Umlaufrichtung der Welle nächste Kippsegment einzuführen. Zur Abführung gelangen Abstreifeinrichtungen, die hinter der Auslaufkante positioniert sind, zum Einsatz. Radial plain bearings with tilting segments are known in different versions from the prior art. These require a lubricant and coolant supply system, which provides the amount of lubricant required to realize the sliding bearing function. In this case, the lubricant and coolant is introduced into a region between a tilting segment and the inner circumference of the bearing housing and pulled over the shaft in the gap between this and the support surface. Problems can arise in the targeted distribution and flow of the support surface over its extension in the longitudinal direction and thus the adjustment of the lubricant film between the shaft and tilting segment. Furthermore, it is necessary to dissipate the heat generated during the hydrodynamic sliding action quickly and purposefully. In high-performance plain bearings, the lubricant used for the hydrodynamic sliding action is, as far as possible, removed from the support surface of the respective tilting segment, in order not to introduce the heat absorbed by the latter into the tilting segment next in the direction of rotation of the shaft. For removal, stripping devices positioned behind the outlet edge are used.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Radialgleitlager, der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass eine gezielte Einstellung des Schmierfilms zwischen Welle und Kippsegment möglich ist. Ferner ist die Schmier- und Kühlmittelführung an der Abstützfläche und Wärmeabfuhr zu optimieren. Die erfindungsgemäße Lösung soll konstruktiv einfach und kostengünstig sein.The invention is therefore based on the object, a radial slide bearing, of the type mentioned in such a way that a targeted adjustment of the lubricating film between the shaft and tilting segment is possible. Furthermore, the lubrication and coolant guidance on the support surface and heat dissipation must be optimized. The inventive solution should be structurally simple and inexpensive.
Die erfindungsgemäße Lösung ist durch die Merkmale von Anspruch 1 und 11 charakterisiert. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben. The solution according to the invention is characterized by the features of
Ein erfindungsgemäß ausgebildetes Kippsegment zur beabstandeten Anordnung gegenüber einer Lagerachse zur Abstützung von Wellen in Gleitlagern mit einer Abstützfläche und einer der Abstützfläche gegenüber angeordneten Lagerfläche, wobei die Abstützfläche in Axialrichtung von zwei Seitenflächen und quer zu dieser (Querrichtung), insbesondere in Einbaulage betrachtet in Umfangsrichtung von einer Einlaufkante und einer Auslaufkante begrenzt ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass an der Einlaufkante die Schmier- und Kühlmittelführung beeinflussende Strukturen vorgesehen sind.An inventively designed tilting segment for spaced arrangement relative to a bearing axis for supporting shafts in plain bearings with a support surface and a support surface opposite bearing surface, wherein the support surface in the axial direction of two side surfaces and transversely to this (transverse direction), in particular in the installed position in the circumferential direction of an inlet edge and an outlet edge is limited, is characterized in that at the inlet edge of the lubricant and coolant guide influencing structures are provided.
Unter „Strukturen“ werden Mittel verstanden, die derart gestaltet und angeordnet sind, eine von einer Geraden abweichende Kontur der Einlaufkante erzeugen. Diese sind in besonders vorteilhafter Ausbildung integral am Kippsegment ausgebildet und werden entweder bei der Herstellung mit eingearbeitet oder nachträglich durch Bearbeitung erzeugt. In einer alternativen Ausbildung können derartige Strukturen als separate Elemente zusätzlich der Einlaufkante zugeordnet bzw. an der Einlaufkante angeordnet werden."Structures" means understood that are designed and arranged to produce a deviating from a straight line contour of the inlet edge. These are integrally formed on a tilting segment in a particularly advantageous embodiment and are either incorporated in the production or subsequently produced by machining. In an alternative embodiment, such structures can additionally be assigned to the inlet edge as separate elements or arranged at the inlet edge.
Die erfindungsgemäße Lösung bietet den Vorteil einer zielgerichteten Verteilung und Anströmung der Abstützfläche über deren Erstreckung in Längsrichtung und damit eine gezielte Einstellung des Schmierfilms zwischen Welle und Kippsegment. The solution according to the invention has the advantage of a targeted distribution and flow of the support surface over its extension in the longitudinal direction and thus a targeted adjustment of the lubricating film between the shaft and tilting segment.
In einer vorteilhaften Weiterbildung sind zusätzlich an der Auslaufkante Schmier- und Kühlmittelabfuhr fördernde Strukturen vorgesehen Diese Lösung reduziert ein Überschwappen von heißem Schmiermittel, wie es an der Auslaufkante zwischen Welle und Segment in Drehrichtung der Welle vorliegt in Richtung der Einlaufkante des in Drehrichtung der Welle nachfolgenden Kippsegmentes und ein Einschleppen in den zwischen diesen und der Welle gebildeten Spalt.In an advantageous refinement, lubricant and coolant removal structures are additionally provided at the outlet edge. This solution reduces spilling over of hot lubricant, as occurs at the outlet edge between shaft and segment in the direction of rotation of the shaft in the direction of the inlet edge of the tilting segment following in the direction of rotation of the shaft and entrainment in the gap formed between them and the shaft.
Die Wirkung der einzelnen Strukturen hinsichtlich der Schmier- und Kühlmittelführung oder Schmier- und Kühlmittelabfuhr an der jeweiligen Kante – Einlaufkante oder Auslaufkante – ist als Funktion zumindest einer der nachfolgenden Größen oder einer Kombination dieser einstellbar:
- – Anzahl der Strukturen in Längsrichtung
- – Geometrie beziehungsweise Kontur der einzelnen Struktur
- – Dimensionierung der einzelnen Struktur
- – Anordnung und Ausrichtung der Strukturen zueinander in Längsrichtung des Kippsegmentes
- Number of structures in the longitudinal direction
- - Geometry or contour of the individual structure
- - Dimensioning of the individual structure
- - Arrangement and alignment of the structures to each other in the longitudinal direction of the tilting segment
Durch gezielte Ausführung der jeweiligen Kanten, kann die Schmier- und Kühlmittelversorgung über die gesamte Abstützfläche und die Abfuhr gezielt eingestellt werden. By targeted execution of the respective edges, the lubrication and coolant supply over the entire support surface and the discharge can be adjusted specifically.
Die einzelnen Strukturen an der Einlaufkante und/oder der Auslaufkante umfassen in vorteilhafter Ausbildung jeweils an der Ein- und/oder Auslaufkante angeordnete randoffene Aussparungen, die in Axialrichtung zueinander beabstandet angeordnet sind. Diese sind, da direkt am Kippsegment ausgebildet, besonders platzsparend.The individual structures at the inlet edge and / or the outlet edge comprise in an advantageous embodiment each arranged on the inlet and / or outlet edge open-edged recesses, which are arranged spaced from each other in the axial direction. These are, as formed directly on the tilting segment, particularly space-saving.
Bezüglich der Anordnung und Ausbildung der randoffenen Aussparungen besteht eine Vielzahl von Möglichkeiten. Gemäß einer ersten Ausbildung sind die jeweils an einer der Kanten – Einlaufkante und/oder Auslaufkante – angeordneten einzelnen randoffenen Aussparungen – hinsichtlich zumindest einer oder einer Kombination nachfolgend genannter Größen gleich ausgeführt:
- – Geometrie
- – Dimensionierung
- – Abstand zwischen benachbarten Aussparungen Gemäß einer zweiten Ausbildung sind die jeweils an zumindest einer der Kanten
- – Einlaufkante und/oder Auslaufkante – angeordneten einzelnen randoffenen Aussparungen – hinsichtlich zumindest einer oder einer Kombination nachfolgend genannter Größen verschieden ausgeführt:
- – Geometrie
- – Dimensionierung
- – Abstand zwischen benachbarten Aussparungen
- - geometry
- - sizing
- - Distance between adjacent recesses According to a second embodiment, each of at least one of the edges
- - inlet edge and / or outlet edge - arranged individual open-edged recesses - with regard to at least one or a combination of the following sizes differently:
- - geometry
- - sizing
- - Distance between adjacent recesses
Die erste Ausbildung bietet den Vorteil einer besonders einfachen Herstellbarkeit. Die zweite Ausbildung erlaubt eine gezieltere Einstellbarkeit.The first training offers the advantage of a particularly simple manufacturability. The second training allows a more targeted adjustability.
Die einzelne randoffene Aussparung weist entweder eine über die Erstreckung senkrecht zur Längsrichtung, insbesondere Vertikalrichtung konstante Querschnittsgeometrie auf oder ist durch eine Querschnittsveränderung charakterisiert. Über letztere kann eine verbesserte Strömungsführung des Schmier- und Kühlmittels erzielt werden.The individual open-edged recess either has a cross-sectional geometry which is constant over the extent perpendicular to the longitudinal direction, in particular the vertical direction, or is characterized by a change in cross-section. Over the latter, an improved flow guidance of the lubricant and coolant can be achieved.
Die Querschnittsgeometrie von der Kante in das Segment ist vorzugsweise durch eine Querschnittsänderung charakterisiert. Denkbar ist auch eine Ausführung mit unveränderlichem Querschnitt.The cross-sectional geometry from the edge to the segment is preferably characterized by a change in cross-section. Also conceivable is an embodiment with a constant cross-section.
Hinsichtlich der Geometrie der randoffenen Aussparungen bestehen keine Beschränkungen. Vorzugsweise ist die die Geometrie der einzelnen randoffenen Aussparung durch ein Element der nachfolgend genannten Gruppe oder eine Kombination beschreibbar;
- – Kreis
- – Ellipse
- – Vieleck
- - circle
- - Ellipse
- - polygon
In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung sind die randoffenen Aussparungen an der Einlaufkante symmetrisch bezüglich der Längsachse zu den Aussparungen an der Auslaufkante angeordnet und ausgeführt. Dies ermöglicht die Bereitstellung von Kippsegmenten, die unabhängig von der Drehrichtung der abzustützenden Welle in einem Radialgleitlager eingebaut werden können. Diese Ausbildung ist fertigungstechnisch mit minimalem Aufwand realisierbar.In a particularly advantageous development, the edge-open recesses on the inlet edge are arranged symmetrically with respect to the longitudinal axis to the recesses on the outlet edge and executed. This allows the provision of tilting segments, which can be installed in a radial plain bearing regardless of the direction of rotation of the shaft to be supported. This training can be realized manufacturing technology with minimal effort.
In besonders vorteilhafter Weise ist das Kippsegment Bestandteil eines Radialgleitlagers. Dieses kann in einer vorteilhaften Ausbildung mit einem Lagergehäuse mit einer entlang einer Lagerachse ausgerichteten Lagerbohrung und mehreren relativ zum Lagergehäuse bewegbar und beabstandet zur Lagerachse in Umfangsrichtung um diese angeordneten Kippsegmenten zum Lagern einer Welle ausgeführt sein, wobei das einzelne Kippsegment jeweils eine radial äußere Lagerfläche zur Abstützung an einer Tragfläche an einem im Lagergehäuse geführten Druckblock aufweist. Der einzelne Druckblock stützt sich entweder direkt am Lagergehäuse ab oder ist frei von einer Abstützung am Lagergehäuse in radialer Richtung bewegbar in einer sich in radialer Richtung durch das Lagergehäuse erstreckenden Durchgangsöffnung geführt und mittels einer Verdrehsicherung gegenüber Verdrehung in Umfangsrichtung der Durchgangsöffnung gesichert und der von der Lagerfläche weggerichtete Endbereich schließt bündig mit dem Außenumfang des Lagergehäuses ab.In a particularly advantageous manner, the tilting pad is part of a radial sliding bearing. This can be carried out in an advantageous embodiment with a bearing housing with a bearing axis aligned along a bearing bore and a plurality of bearing housing movable and spaced from the bearing axis in the circumferential direction about this arranged Kippsegmenten for supporting a shaft, wherein the individual tilting segment each have a radially outer bearing surface for support has on a support surface on a run in the bearing housing pressure block. The individual pressure block is either supported directly on the bearing housing or is guided freely by a support on the bearing housing in the radial direction in a radially extending through the bearing housing through hole and secured by a rotation against rotation in the circumferential direction of the through hole and the bearing surface The directed end region is flush with the outer circumference of the bearing housing.
Vorzugsweise sind einer oder mehreren einzelnen randoffenen Aussparungen an der Einlaufkante jeweils eine Düse zur Zufuhr von Schmier- und Kühlmittel zugeordnet und der sich zwischen Abstützfläche und Welle ausbildende Schmierfilm kann als Funktion zumindest einer der nachfolgenden Größen eingestellt werden:
- – Anzahl und Anordnung der Düsen gegenüber der Einlaufkante
- – Dimensionierung der einzelnen Düse
- – Geometrie der Auslassöffnung einer einzelnen Düse und/oder Ausrichtung gegenüber der einzelnen randoffenen Aussparung
- – Prozessparameter des austretenden Schmier- und Kühlmittelstrahls aus einer einzelnen Düse.
- - Number and arrangement of the nozzles with respect to the inlet edge
- - Dimensioning of the single nozzle
- - Geometry of the outlet opening of a single nozzle and / or alignment with respect to the individual open-edged recess
- - Process parameters of the exiting lubricant and coolant jet from a single nozzle.
Die erfindungsgemäße Lösung wird nachfolgend anhand von Figuren erläutert. Darin ist im Einzelnen folgendes dargestellt:The solution according to the invention is explained below with reference to figures. The following is shown in detail:
Die
Die Auslaufkante
Die
Bezüglich der Ausbildung der einzelnen randoffenen Aussparung
Im Einzelnen zeigen die
Gemäß
Zeigen die
Verdeutlichen die
Ferner ist es denkbar, dass auch die Querschnittsgeometrie in vertikaler Richtung variieren kann. Insbesondere ist in vertikaler Richtung bzw. in Richtung zwischen der Abstützfläche
Die Aussagen in
Die
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1 1
- Kippsegment tilt segment
- 2 2
- Abstützfläche supporting
- 3 3
- Seitenfläche side surface
- 4 4
- Seitenfläche side surface
- 5 5
- erste Kante, Einlaufkante first edge, leading edge
- 6 6
- zweite Kante, Auslaufkante second edge, outlet edge
- 7 7
- Lagerfläche storage area
- 8 8th
- die Schier- und Kühlmittelabfuhr fördernde Strukturen the skimming and coolant removal promoting structures
- 9 9
- randoffene Aussparungen open-edged recesses
- 10 10
- die Schier- und Kühlmittelführung beeinflussende Strukturen the Schier and coolant management influencing structures
- 11 11
- randoffene Aussparungen open-edged recesses
- 12 12
- ÖlzufuhrleisteOil supply bar
- 13 13
- Radialgleitlager radial bearings
- 14 14
- Lagergehäuse bearing housing
- 15 15
- Lagerbohrung bearing bore
- 16.1,16.1,
- 16.2 16.2
- Halbschalenshells
- 1717
- Druckblock pressure block
- 1818
- Schmier- und Kühlmittelversorgungssystem Lubricant and coolant supply system
- 19 19
- Ringnut ring groove
- LA LA
- Lagerachse bearing axle
- X, Y X, Y
- Koordinate coordinate
Claims (14)
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