DE102006013275B4

DE102006013275B4 - Lagersystem für Ringpropeller

Info

Publication number: DE102006013275B4
Application number: DE102006013275A
Authority: DE
Inventors: Dirk Dr.-Ing. Büchler; Tilo Veit
Original assignee: Air Fertigung Technologie GmbH and Co KG
Current assignee: Voith Turbo Advanced Propeller Technologies GmbH and Co KG
Priority date: 2006-03-21
Filing date: 2006-03-21
Publication date: 2008-07-03
Anticipated expiration: 2026-03-22
Also published as: DE102006013275A1

Abstract

Lagersystem für Ringpropeller, bestehend aus Radial- und Schräglager, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerpaar aus einem Radialgleitlager (1) größeren Lagerspiels und einem Schräglager (2) besteht, wobei das Radialgleitlager (1) seine Funktion nur für die Anlaufphase übernimmt und mit zunehmender Drehzahl und zunehmendem Schub der Rotor in das Schräglager (2) gedrückt wird, so dass eine automatische Zentrierung erfolgt, der Lagerspalt sich automatisch einstellt und das radiale Anlauflager komplett entlastet wird.

Description

Das Lagersystem kann unter anderem für Ringpropeller angewendet werden.
[Stand der Technik]
Ringpropellersysteme sind dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb über einen Elektromotor erfolgt, der in einer Außenhülle integriert ist. Der ringförmige Rotor nimmt den Propeller auf, wobei die Flügel mit ihrer Außenseite an der Innenseite des Rotorrings befestigt sind. Zur Funktion ist eine leichtgängige Lagerung zwischen Rotor und Stator erforderlich.
In der Offenlegungsschrift DE 3718954 A1 wird eine Propeller-Anordnung beschrieben, bei der die Lagerung des Propellers an seinem Außenring erfolgt. Der Außenring bildet einen Lagerring und wirkt mit dem Gehäuse zusammen als Lager des Propellers. In dem Gehäuse ist eine umlaufende Lagernut ausgebildet, die konzentrisch zu dem Außenring liegt und in die der Außenring des Propellers eingesetzt ist. Die Axialwände der Lagernut wirken mit den Stirnseiten des Außenringes zusammen als Axiallager. Der Nutgrund bildet hingegen mit dem Außenumfang des Außenringes die Radiallagerung des Propellers.
In dem Gebrauchsmuster DE 20315369 U1 wird ein Mantelpropeller vorgestellt, der einen elektromagnetischen Antrieb mit einem im Bereich des Mantelrings angeordneten Stator zum Erzeugen eines die Propellerblätter in Drehung versetzenden, wandernden elektromagnetischen Wechselfelds aufweist. Um die Drehachse der Propellerblätter zu zentrieren und die durch die Kreiselbewegung erzeugten Präzessionskräfte aufzunehmen, wird die Magnetfeldlagerung als Schräg-Kugellager-Lagerung ausgeführt.
Da diese Systeme als Schiffsantriebe üblicherweise im Wasser arbeiten, muss entweder eine Abdichtung erfolgen oder eine wassergeschmierte Lagerung verwendet werden. Da eine Abdichtung über den relativ großen Durchmesser sehr störanfällig ist und relativ hohe Reibungsverluste generieren würde, wird im allgemeinen eine wassergeschmierte Gleitlagerlösung bevorzugt.
Die Anforderungen an ein solches System sind hoch, da zum einen eine seewasserbeständige Materialpaarung realisiert werden muss. Zum anderen ist natürliches Seewasser verschmutzt. Zusätzlich kann beim Betrieb des Systems Sand und ähnliche Fremdpartikel angesaugt werden, die einen erhöhten Lagerverschleiß verursachen.
Bei dem üblichen Lageraufbau eines Gleitlagers erfolgt die Aufnahme der radialen Kräfte über radialen Flächen der Lagerringe (Innenring außen und Außenring innen). Die axialen Kräfte werden über axial ausgerichtete Lagerflächen der gleichen Ringe oder zusätzlicher Lagerringe aufgenommen. Vorraussetzung für die Funktionsfähigkeit sind sehr exakte Lagertoleranzen.
In DE 20208133 U1 wird ein Gleitlager zur axialen und radialen Lagerung zweier relativ zueinander drehbarer Objekte dargestellt, welches einen ersten Lagerring aufweist, der mit dem ersten Objekt verbunden ist und einen zweiten Lagerring, der mit dem zweiten Objekt verbunden ist. Der erste Lagerring und der zweite Lagerring weisen je eine Axialfläche auf, die direkt oder über einen dazwischen angeordneten Gleitbelag in einem Gleitkontakt zueinander stehen. Weiterhin weisen der erste Lagerring und der zweite Lagerring je eine Kegelstumpffläche auf, die direkt oder über einen dazwischen angeordneten Gleitbelag in einem Gleitkontakt zueinander stehen. Der erste Lagerring ist in Axialrichtung aus zwei Ringteilen zusammengesetzt und der zweite Lagerring einstückig ausgebildet. Der Lagerspalt wird durch eine Buchse eingestellt. Beide Lagerflächen wirken gleichzeitig.
Der Nachteil dieser Anordnung ist es, dass das Spiel des Gleitlagers, obwohl variierbar je nach Anwendung, fest eingestellt wird. Eine automatische Einstellung des Lagerspalts erfolgt nicht.
[Aufgabe der Erfindung]
Aufgabe der Erfindung ist es ein Lagersystem zu entwickeln, dass seewassergeeignet und zudem verschleißtolerant ist.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche gelöst.
Erfindungsgemäß ist ein Lagerpaar vorhanden, das aus einem Radialgleitlager größeren Lagerspiels und einem schrägstehenden Axial/Radiallager besteht.
Dabei erfolgt eine Funktionsteilung. Das Radialgleitlager übernimmt seine Funktion nur für die Anlaufphase. Mit zunehmender Drehzahl und zunehmendem Schub wird der Rotor in das Schräglager gedrückt, so dass eine automatische Zentrierung erfolgt. Der Lagerspalt stellt sich automatisch ein und das radiale Anlauflager wird komplett entlastet.
Als eine Ausführungsform wird das Schräggleitlager durch die Einbettung oder Beschichtung von Keramikpartikeln verschleißfester gemacht. Die Keramikteile können halbkugelförmig, halbzylinderförmig sein oder andere Formen haben.
[Beispiele]
Die Erfindung wird anhand von Zeichnungen näher erläutert. Hierzu zeigen
1 Kombination eines Radialgleitlagers mit einem kombinierten schrägstehenden Axial/Radiallager
2a radiale Anlauffläche bezogen auf den Durchmesser innen
2b radiale Anlauffläche bezogen auf den Durchmesser außen
3 Radialgleitlager mit einem kombinierten schrägstehenden Axial/Radiallager mit eingefügten Keramikpartikeln
1 zeigt die Kombination eines Radialgleitlagers mit einem kombinierten schrägstehenden Axial/Radiallager.
Das reine Radialgleitlager 1 übernimmt seine Funktion nur für die Anlaufphase. Es besitzt ein wesentliches zu großes Spaltmaß kann aber die auftretenden Kräfte z. B. durch Permanentmagneten bei einem Synchronmotor auch für Trockenschmierung bei geringen Drehzahlen (z. B. 10% der Maximaldrehzahl) vertragen. Mit zunehmender Drehzahl wird ein Schub erzeugt und drückt den Rotor in das Schräglager 2. Es erfolgt eine automatische Zentrierung, auch der Lagerspalt stellt sich automatisch ein. Das radiale Anlauflager wird komplett entlastet.
Auch bei auftretendem Lagerverschleiß bleibt das kombinierte Lager immer funktionsfähig, da der Rotor sich stets nachjustiert. Bei wechselnden Drehrichtungen/Arbeitsrichtungen kommt es entsprechend dem Verschleiß nur zu einer leichten axialen Bewegung des Rotors, die aber auf die Funktionsfähigkeit keinen Einfluss hat.
Als Ausführungsformen ist es möglich, dass die radialen Anlaufflächen bezogen auf den Durchmesser sowohl innen (2a), als auch außen liegen können (2b).
Zusätzlich kann das System durch die Einbettung von Keramikpartikeln 3 (3) verschleißfester gemacht werden. Dazu werden kugelförmige oder zylinderförmige Keramikteile in entsprechende Aussparungen eingearbeitet und bis auf die Höhe der Metalloberfläche des Lagers geschliffen.
Die so entstandenen Teilflächen sind sehr verschleißfest und sorgen für eine hohe Langlebigkeit des Lagers auch unter extremen Bedingungen im Seewasser.

Claims

Lagersystem für Ringpropeller, bestehend aus Radial- und Schräglager, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerpaar aus einem Radialgleitlager (1) größeren Lagerspiels und einem Schräglager (2) besteht, wobei das Radialgleitlager (1) seine Funktion nur für die Anlaufphase übernimmt und mit zunehmender Drehzahl und zunehmendem Schub der Rotor in das Schräglager (2) gedrückt wird, so dass eine automatische Zentrierung erfolgt, der Lagerspalt sich automatisch einstellt und das radiale Anlauflager komplett entlastet wird.
Lagersystem nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die radialen Anlaufflächen bezogen auf den Durchmesser innen oder außen liegen.
Lagersystem nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass das Schräglager (2) durch die Einbettung oder Beschichtung von Keramikpartikeln verschleißfester gemacht wird.
Lagersystem nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Keramikteile halbkugelförmig, halbzylinderförmig sind oder andere Formen haben.