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Die Erfindung betrifft ein hydrostatisches Gleitlager nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Aus
DE 103 05 511 B9 ist ein hydrostatisches Gleitlager bekannt, bei dem zwei ineinander liegende Teil-Kugelflächen vorgesehen sind, zwischen denen hydrostatische Taschen eingesetzt sind. Mit diesem Lager können mit akzeptablen hydraulischen Drücken nur relativ kleine Axial- und Radialkräfte aufgenommen werden.
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Aus
DE 2149453 ist ein Schwenklager oder Pendellager mit einem kugelkalottenförmigen konkaven Außenring und einem konvexen Innenring bekannt. Im Außenring sind hydrostatisch beaufschlagbare Lagertaschen vorgesehen. Da Gleitlager in der Regel ein Lagerspiel aufweisen, macht sich dieses bei schnell wechselnden Lastrichtungen sehr nachteilig bemerkbar. Ferner steigt das Moment zur Ausführung der Schwenkbewegung stark mit der Belastbarkeit an.
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Zur Vermeidung dieser Nachteile ist vorgesehen, dass symmetrisch zur axialen Mitte des Außenringes jeweils gleich oder unterschiedlich große wirksame Lagertaschen vorgesehen sind. Über den Umfang verteilt sind zudem jeweils mindestens drei voneinander getrennte Lagertaschen angeordnet. Diese hydrostatische Lagerung arbeitet derart, dass zwischen den Anlageflächen von gegeneinander bewegbaren Teilen ein auch bei Belastungsschwankungen aufrechterhaltener, druckfester Ölfilm aufgebaut wird, der einen direkten Kontakt der beiden Anlageflächen zueinander verhindert. Es wird hier ein absolut spielfreies Lager geschaffen. Die Dimensionierung und Anzahl der Lagertaschen dient dazu, die für die Funktion unbedingt erforderlichen Rückstellkräfte zu erzielen. Dabei geht es insbesondere um die Aufnahme von Radialkräften. Wenn axiale Lasten zu kompensieren sind, sind unterschiedlich große Lagertaschen zu wählen. Grundsätzlich besteht auch die Möglichkeit, die Lagertaschen im Innenring vorzusehen. Nachteilig ist, dass örtliche Druckkonzentrationen, insbesondere von Randdrücken zwischen den Kontaktflächen, bei hohen Belastungen zu Lastkonzentrationen und Verschleiß führen.
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Bei auftretenden hohen Lasten und angreifenden Kippmomenten werden deshalb herkömmliche Wälzlager in Form von Pendelrollenlagern verwendet. Dies gilt insbesondere für Rotorlager für Strömungskraftanlagen der Megawatt-Klasse, insbesondere Windkraftanlagen oder Meeresströmungskraftwerke zur Erzeugung elektrischer Energie aus einer Fluidströmung. Nachteilig an solchen Konzepten ist jedoch der erhöhte Wartungsaufwand, der z. B. im Falle eines Austauschs einer integrierten Teilkomponente entsteht. Unter stark wechselnden Lastbedingungen leiden die Wälzlager allerdings unter Unregelmäßigkeiten in der Abrollung der Wälzkörper in den Wälzlagern. Wechselnde Temperaturen führen zur Verschlechterung der Schmierbedingungen. Die Folge sind hoher Verschleiß und hohe Betriebskosten.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein hydrostatisches Gleitlager zu schaffen, das hohe Lasten aufnehmen kann und dabei gut montierbar ist.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Hierdurch wird ein hydrostatisches Gleitlager geschaffen, das eine hydrostatische Lagerung für hohe Lasten erlaubt. Die hydrostatischen Tragelemente können verwendet werden und sind auswechselbar, ohne dass es eines Nachschleifens der Kopfflächen der Tragelemente nach der Montage bedarf.
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Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind nachfolgend beispielhaft aufgeführt.
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Vorzugsweise ist eine elastische Lagerung der hydrostatischen Tragelemente an dem Lageraußenteil oder dem Lagerinnenteil vorgesehen, die zu einem quasi selbsteinstellenden Lager unter äußeren Belastungen führt.
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Bei Belastungen und insbesondere bei Belastungsschwankungen kann sich der Strömungswiderstand des Dichtspalts ändern, d. h. durch Lastkonzentrationen erhöht sich der Strömungswiderstand im Dichtspalt, da der Dichtspalt enger wird. Fließt ein konstanter Volumenstrom zur Versorgung der hydrostatischen Tragelemente, dann steigt der Öldruck zur Überwindung des erhöhten Strömungswiderstands. Dieser Öldruckanstieg bewirkt eine Veränderung der Lage eines Tragelementes aufgrund seiner elastischen Lagerung. Es kommt zu einer an die jeweilige äußere Belastung angepassten belastungsabhängigen zeitweiligen Rückstellung des jeweiligen hydrostatischen Tragelementes gegenüber der Dichtfläche. Diese Rückstellung führt zu einer Vergleichmäßigung der Druckverteilung im elastischen Gleitlager, da das rückgestellte Tragelement gegenüber benachbarten Tragelementen einen relativen Versatz ausführt, wodurch benachbarte Tragelemente eine erhöhte Tragfunktion übernehmen können. Die Belastung im Gleitlager 1 kann dadurch auf eine größere Druckzone verteilt werden.
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Die elastische Lagerung kann über die Steifigkeit der Lagerteile, insbesondere eines Lagergehäuses, eines Lagerdeckels, eines Lageraußen- oder Lagerinnenteils und/oder eine federnde Montage der hydrostatischen Tragelemente einstellbar sein.
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Vorzugsweise sind die Tragelemente mehrreihig, insbesondere entlang einem Lageraußenring, angeordnet, damit das Gleitlager sowohl hohe Radial- als auch Axialkräfte aufnimmt und diese möglichst gleichmäßig auf das Gehäuse verteilt. Radialkräfte können den gesamten Umfang überstreichen. Axialkräfte können in beiden Richtungen wirken. Momente werden in diesem sphärischen Gleitlager nicht aufgenommen, d. h. Winkelfehler von wenigen Grad zwischen Welle und Gehäuse sind zulässig.
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Bevorzugt ist ferner, dass ein Lagerspiel gezielt eingestellt wird. Ein nur kleines gefertigtes Lagerspiel hat zur Folge, dass auch die unbelasteten Taschen maßgeblich an der Reibleistung in dem Gleitlager beteiligt sind und mit ihrem geringen Abstand zur Dichtfläche ebenfalls Pumpleistung verbrauchen. Wird dagegen ein großes Lagerspiel gefertigt, ist die Reib- und Pumpleistung an den nicht belasteten Taschen reduziert.
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Vorzugsweise ist das gefertigte Lagerspiel größer als die Höhe des Dichtspalts unter Maximallast und besonders bevorzugt mindestens doppelt so groß wie die Höhe des Dichtspalts unter Maximallast. Unter Maximallast ist im Dichtspalt ein tragfähiger Ölfilm vorhanden. Die bevorzugten Höhen des Dichtspalts unter Maximallast liegen im Bereich von vorzugsweise 30 bis 70 μm. Das gefertigte radiale Lagerspiel beträgt vorzugsweise 100 bis 600 μm. Dieses Lagerspiel ermöglicht eine verbesserte energieoptimierte hydrostatische Lagerung für hohe Lasten und langsam drehende Wellen bzw. Trommeln. Die Lastverteilung auf einzelne hydrostatische Taschen verbessert sich bei einem größer gefertigten Lagerspiel durch die elastische Lagerung. Die bei einem kleinen Lagerspiel formangepasste Verteilung der Last auf möglichst mehrere Taschen wird hier ersetzt durch eine elastisch angepasste Verteilung der Last auf möglichst mehrere Taschen in Zusammenwirkung mit einem Lagerspiel, das die Eigenleistung des Lagers minimiert.
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Die Ölversorgung der Taschenelemente kann über einen gemeinsamen Ölstrom erfolgen, wozu dann vor jeder Tasche eine Drossel verwendet wird. Drosseln können allerdings bei großen Temperaturschwankungen nicht verwendet werden, da sich dann die Viskosität des Öls zu stark verändert. Vorzugsweise erfolgt die Ölversorgung der Taschenelemente deshalb mit einem konstanten Volumenstrom. Es werden dann Stromteiler eingesetzt, um jeder Tasche einen definierten Ölstrom zuzuführen.
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Weitere Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung und den Unteransprüchen zu entnehmen.
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1 zeigt schematisch eine perspektivische Ansicht eines teilweise zerlegten hydrostatischen Gleitlagers gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
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2 zeigt schematisch das hydrostatische Gleitlager gemäß 1 ohne Lagerinnenteil,
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3 zeigt schematisch eine perspektivische Ansicht eines Lageraußenteils des hydrostatischen Gleitlagers gemäß 1,
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4 zeigt schematisch einen Schnitt des hydrostatischen Gleitlagers gemäß 1 mit einem Lagerinnenteil,
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5 zeigt schematisch einen Schnitt gemäß 4 ohne Lagerinnenteil,
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6 zeigt schematisch einen Schnitt gemäß 4 mit einer Welle,
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7 zeigt schematisch eine Ölversorgung des hydrostatischen Gleitlagers gemäß 5,
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8a zeigt schematisch eine Druckverteilung bei Radial- und Axialbelastung in einem steifen Lager mit 0,2 mm radialem Lagerspiel nach dem Stand der Technik,
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8b zeigt schematisch eine Druckverteilung bei Radial- und Axialbelastung in einem beispielhaft erfindungsgemäßen Lager mit 0,2 mm radialem Lagerspiel,
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9 zeigt schematisch einen weiteren Schnitt des hydrostatischen Gleitlagers gemäß 1 ohne Lagerinnenteil,
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10 zeigt schematisch und teilweise geschnitten ein hydrostatisches Tragelement,
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11 zeigt schematisch eine perspektivische Ansicht eines Lageraußenteils eines hydrostatischen Gleitlagers gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
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12 zeigt schematisch eine perspektivische Ansicht eines Lageraußenteils eines hydrostatischen Gleitlagers gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel,
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13a zeigt schematisch einen Querschnitt eines vierten Ausführungsbeispiels des Gleitlagers in einem unbelasteten Zustand,
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13b zeigt schematisch einen Querschnitt des Gleitlagers gemäß 13a bei einer radialen Belastung.
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Die 1 bis 7 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel eines hydrostatischen Gleitlagers 1 mit einem Lagerinnenteil 2 und einem Lageraußenteil 3. Das Lagerinnenteil 2 ist an einer Welle 4 angeordnet. Wie in 6 dargestellt, ist das Lagerinnenteil 2 beispielsweise drehfest an der Welle 4 oder einer Trommel befestigbar. Für die drehfeste Anordnung des Lagerinnenteils 2 an der Welle 4 können bekannte Einrichtungen wie beispielsweise Passfedern verwendet werden. Alternativ können das Lagerinnenteil 2 und die Welle 4 als ein Teil gefertigt sein. Das Lagerinnenteil 2 und das Lageraußenteil 3 sind vorzugsweise als Lagerinnen- und Lageraußenring ausgebildet. Weiterhin bevorzugt ist, dass das Lageraußenteil 3 zweiteilig ausgebildet ist, wie in den 1 bis 3 dargestellt. Ferner kann das Lageraußenteil 3 aus Teilringen zusammengesetzt sein. Die Montage wird vereinfacht und die beispielsweise beiden Hälften oder Teilringe des Lageraußenteils 3 sind fest miteinander verbindbar.
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Das Lageraußenteil 3 ist feststehend angeordnet und kann gleichzeitig ein Lagergehäuse bilden. Gemäß 1 sind an dem Lageraußenteil 3 vorzugsweise Lagerdeckel 5 angeordnet. Die Lagerung des Lagerinnenteils 2 in dem Lageraußenteil 3 erfolgt über eine Anzahl hydrostatischer Tragelemente 6, die an eine Ölversorgung 8 angeschlossen sind. Das Lagerinnenteil 2, das Lageraußenteil 3 und die hydrostatischen Tragelemente 6 bilden eine Lagereinheit, wobei das Lagerinnenteil 2 das drehende Teil bildet.
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Die hydrostatischen Tragelemente 6 weisen im Betrieb jeweils mindestens ein Taschenelement 7 mit einem Taschendruck zur Ausbildung eines hydrostatischen Dicht- bzw. Strömungsspalts 9 mit einer dem Taschenelement 7 zugewandten Umfangsfläche 10, 11 des Lagerinnenteils 2 bzw. des Lageraußenteils 3 auf. Eine dieser Umfangsflächen 10, 11 bildet jeweils eine Dichtfläche für die Tragelemente 6. Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel sind die Tragelemente 6 an dem Lageraußenteil 3 gelagert. Die Taschenelemente 7 der Tragelemente 6 sind dann folglich der äußeren Umfangsfläche 10 des Lagerinnenteils 2 als Dichtfläche zugewandt und bilden mit dieser die Dichtspalte 9 einer hydrostatischen Lagerung. Das Schmiermittel bzw. Öl bildet den Tragkörper im Gleitlager 1 und wird dazu zwischen die aufeinander gleitenden Flächen von Taschenelement 7 und Umfangsfläche 10 des Lagerinnenteils 2 gepresst. Grundsätzlich besteht natürlich auch die Möglichkeit, die Tragelemente 6 am Lagerinnenteil 2 vorzusehen. Die Dichtfläche ist dann die Umfangsfläche 11.
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Die Umfangsfläche 10 des Lagerinnenteils 2 und die Umfangsfläche 11 des Lageraußenteils 3, die eine Anordnungsplattform für die Tragelemente 6 bildet, sind jeweils sphärisch ausgebildet und verlaufen in einem unbelasteten Zustand mit einem Abstand 37 (vgl. 13a) konzentrisch zueinander.
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Die hydrostatischen Tragelemente 6 sind gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel an dem Lageraußenteil 3 fest montiert. Wie insbesondere 4 und 5 zeigen, erfolgt die Befestigung der Tragelemente 6 an der Umfangsfläche 11 des Lageraußenteils 3, und zwar beispielsweise über eine Kombination von einem Stift 30 an einem Tragelement 6 und einer Schraube 31, die an dem Lageraußenteil 3 befestigbar ist. Das Lageraußenteil 3 kann für eine Positionierung der Tragelemente 6 einzelne Aufnahmebohrungen 32 für die Stifte 30 aufweisen. Weiterhin kann eine Verdrehsicherung 33 für die Tragelemente 6 vorgesehen sein. Die Tragelemente 6 besitzen jeweils mindestens ein Taschenelement 7 und eine Kopffläche 34, die sphärisch ausgebildet ist zur Anpassung an die Umfangsfläche 10 als hier im Betrieb drehende Dichtfläche. Vorzugsweise ist auch die Bodenfläche 35 der Tragelemente 6 sphärisch ausgebildet unter Anpassung an die Umfangsfläche 11 des hier feststehenden Lageraußenteils 3. Die Form der Taschen der Taschenelemente 7 ist wählbar. Beispielsweise ist das Taschenelement 7 als eine an die Ölversorgung angeschlossene Ringnut ausgebildet.
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Die hydrostatischen Tragelemente 6 sind elastisch gelagert angeordnet, und zwar derart, dass der Taschendruck im Taschenelement 7 mindestens eines durch eine äußere Belastung belasteten Tragelementes 6 verformungsbedingte Lagen des Tragelementes 6 generiert, die einen tragfähigen Ölfilm im zugehörigen Dichtspalt 9 aufrechterhalten. Es wird so sichergestellt, dass auch bei Lastkonzentrationen ein tragfähiger Ölfilm vorhanden ist. Das mindestens eine belastete Tragelement 6 führt durch das durch den Dichtspalt 9 gepresste Schmiermittel bei einem zunehmenden Strömungswiderstand im Dichtspalt 9 eine elastische Ausweichbewegung aus. Der Druck im Taschenelement 7 steuert demnach den tragfähigen Ölfilm im Dichtspalt 9 durch Positionsänderungen eines Tragelementes 6 zur Umfangsfläche 10 des Lagerinnenteils 2.
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Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel erfolgt die elastische Lagerung der Tragelemente 6 durch das Lageraußenteil 3 und gegebenenfalls dessen Umgebung. Die elastische Lagerung der Tragelemente 6 kann über die Steifigkeit des Lageraußenteils 3 und gegebenenfalls des Lagerdeckels 5 einstellbar sein. Durch eine Wahl der Dicke und/oder der Form und/oder des Materials des Lageraußenteils 3 und gegebenenfalls des Lagerdeckels 5 kann die elastische Lagerung aller oder einzelner der Tragelemente 6 an die Einsatzbedingungen des Gleitlagers 1 angepasst werden. Die Tragelemente 6 in axialer Richtung können unterschiedlich elastisch gelagert sein. Beispielsweise können die benachbart zum Lagerdeckel 5 angeordneten randseitigen Tragelemente 6 weniger elastisch gelagert sein als beispielsweise mittig angeordnete Tragelemente 6. Die elastische Lagerung kann ferner durch eine lokale elastische Verformung ausbildbar sein, die die äußere Belastung in einen Entlastungsweg eines belasteten Tragelementes 6 umwandelt.
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Die vorstehenden Ausführungen gelten entsprechend, wenn die Tragelemente 6 gemäß einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel am (drehenden) Lagerinnenteil 2 fest montiert sind.
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Die elastische Lagerung des mindestens einen Tragelementes 6 ist folglich vorzugsweise durch eine reversible Verformung der Anordnungsstelle des Tragelementes 6 unter Einwirkung einer äußeren Belastung ausbildbar. Der Grad der Verformbarkeit ist vorzugsweise derart gewählt, dass unter äußerer Belastung eine Druckzone der auf einem Ring als Lageraußenteil 3 aneinandergereihten Tragelemente 6 sich über mindestens 90° erstreckt.
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Alternativ oder zusätzlich können die Tragelemente 6 durch eine federnde Montage (nicht dargestellt) der hydrostatischen Tragelemente 6 elastisch gelagert angeordnet sein. Bei einer solchen federnden Montage sind die Tragelemente 6 nicht fest montiert, sondern auf einer mechanischen oder hydraulischen Feder radial und rückstellbar verschiebbar zur Dichtfläche angeordnet. Durch eine Halterung der federnden Montage in dem Lageraußenteil 3 oder alternativ in dem Lagerinnenteil 2 kann diese elastische Lagerung auch durch die Steifigkeit dieser Lagerteile mit beeinflusst werden.
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Die hydrostatischen Tragelemente 6 sind vorzugsweise zwei- oder mehrreihig angeordnet. Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel sind die Tragelemente 6 beispielsweise dreireihig angeordnet. Die hydrostatischen Tragelemente 6 sind ferner vorzugsweise auf einer sphärischen Bezugsfläche, hier der Umfangsfläche 11 des Lageraußenteils 3, dicht gepackt angeordnet, um unterschiedliche radiale und/oder axiale Belastungen aufnehmen zu können. Das axial und radial führende hydrostatische Gleitlager 1 ist dann besonders belastbar.
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Ein Generieren von Lagen für mindestens ein Tragelement 6 erfolgt vorzugsweise unter Vergleichmäßigung der Druckverteilung auf benachbarte Tragelemente 6, wozu ein radiales Lagerspiel 36 zwischen den Kopfflächen 34 der Tragelemente 6 und der jeweiligen Dichtfläche, hier der Umfangsfläche 10, von vorzugsweise 100 bis 600 μm gefertigt wird. Besonders bevorzugt beträgt das radiale Lagerspiel mindestens das Doppelte des Dichtspaltes 9 unter Maximallast, der dann üblicherweise Höhen von 30 bis 70 μm besitzt.
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Die 8a und 8b zeigen abgewickelt zwischen 0° und 360° die einzelnen Taschendrücke der in drei Reihen angeordneten Tragelemente 6 für eine beispielhafte äußere Belastung mit axialem und radialem Lastfall. Eine Gegenüberstellung der als Säulen dargestellten Taschendrücke für die Tragelemente 6 in einem steifen Lager nach dem Stand der Technik gemäß 8a und in einem beispielhaft erfindungsgemäßen elastischen Lager gemäß 8b mit gleichem radialen Lagerspiel 36 von 200 μm zeigt, dass erfindungsgemäß eine größere Anzahl Tragelemente 6 zur Ableitung von Druckbelastungen wirksam ist. Nach dem Stand der Technik (vgl. 8a) sind dies radial im Wesentlichen nur zwei Tragelemente mit einer Druckaufnahme über 50 bar. Erfindungsgemäß (vgl. 8b) sind dies dagegen radial sechs Tragelemente 6 mit einer Druckaufnahme über 50 bar. Auch axial zeigt das erfindungsgemäße Gleitlager eine erweitere Druckzone unter äußerer Belastung.
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Die Tragelemente 6 sind an mindestens eine Hochdruckpumpe einer Ölversorgung angeschlossen. Die mindestens eine Hochdruckpumpe fördert einen konstanten Ölstrom und der Pumpendruck stellt sich je nach Höhe des Dichtspaltes 9 ein, damit die Fördermenge konstant bleibt.
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Die hydrostatischen Tragelemente 6 können dazu an einen gemeinsamen Ölstrom (nicht dargestellt) angeschlossen sein. Die dann erforderlichen Drosseln vor den Taschenelementen besitzen eine an die Viskosität des Öls angepasste Einstellung. Die Viskosität ist temperaturabhängig.
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Bei einem Einsatz des Gleitlagers 1 in einem breiten Temperaturbereich ist deshalb eine Ölversorgung 8 bevorzugt, wie sie beispielsweise in 7 dargestellt ist. Danach sind die hydrostatischen Tragelemente 6 an eine Ölversorgung 8 angeschlossen, die über Stromteiler 12 den Taschenelementen 7 einen konstanten Volumenstrom zuführt. Die höchste Tragfähigkeit lässt sich bei Gleitlagern 1 erreichen, wenn im Dichtspalt 9 bzw. Schmierspalt ein tragfähiger Ölfilm vorhanden ist. Die mindestens eine Hochdruckpumpe 13, 14, 15 presst das Schmiermittel bzw. Öl mit einem konstanten Volumenstrom in die Taschenelemente 7 der Tragelemente 6. Je nach Belastung einzelner Tragelemente 6 und damit verbundener Änderung des Strömungswiderstandes zwischen dem Taschenelement 7 und der Umfangsfläche 10 des Lagerinnenteils 2 ändert sich der Taschendruck. Dies bedeutet, dass der Druck in der Tasche abhängig von der jeweiligen Belastung steigt bei konstantem Volumenstrom.
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Steigt die Belastung an, so verringert sich die Höhe des Dichtspalts 9. Damit erhöht sich der Strömungswiderstand und mit ihm der Öldruck. In dem Taschenelement 7 stellt sich ein erhöhter Druck ein, der der erhöhten äußeren Belastung folgt.
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Vorzugsweise ist für jede Reihe an Tragelementen 6 ein Leitungsbündel 16, 17, 18 vorgesehen, das einer Hochdruckpumpe 13, 14, 15 mit zugehörigem Stromteiler 12a, 12b, 12c zugeordnet ist, die das Öl (Betriebsfluid) ständig auf den dem gewünschten hydrostatischen Druck entsprechenden Arbeitsdruck bringt. Die drei Hochdruckpumpen 13, 14, 15 sind jeweils Konstantmengenpumpen. Der Arbeitsdruck stellt sich auf das erforderliche Niveau ein. Aufwand für Zufuhr, Rückführung und eventuell Kühlung des im Dichtspalt 9 erwärmten Öls ist bei niedrigen Gleitgeschwindigkeiten gering.
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Das während der Drehung am Umfangsrand der Taschen austretende Öl gelangt über nicht gezeigte Auffangrinnen und Leitungen 19 in einen Kreislauf 20 in die Hochdruckpumpe 13, 14, 15 zurück.
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Um die Lasten am Gleitlager 1 in allen Richtungen zu jeder Zeit aufnehmen zu können, müssen alle hydrostatischen Taschenelemente 7 permanent mit Öl durchströmt werden. Den Taschenelementen 7 der Tragelemente 6 wird folglich mit Hilfe der Hochdruckpumpen 13, 14, 15 über die Leitungsbündel 16, 17, 18 Öl als Druckmedium zugeführt. In den Taschen baut sich ein so hoher Druck auf, dass das Öl an den Taschenelementen 7 nach außen tritt. Ein die Reibung weitgehend aufhebender Ölfilm der Dicke h, d. h. der Dichtspalt 9, entsteht. Die Trennung durch den Ölfilm sorgt für eine völlige Verschleißfreiheit der Lagerung der Welle 4 in dem Gleitlager 1. Leichtgängig wird das hydrostatische Gleitlager 1 durch größere Dichtspalthöhen h und/oder einem gefertigten Lagerspiel. Das Lagerspiel führt dazu, dass nur dort tragende Ölfilme gebildet werden, wo Lastkonzentrationen auftreten würden. Die übrigen unbelasteten Tragelemente 6 weisen Dichtspalte 9 auf, die durch ein gefertigtes Lagerspiel quasi drucklos gestellt werden können und damit an der Reibleistung in dem Gleitlager 1 nicht mehr beteiligt sind und mit ihrem großen Abstand zur Umfangsfläche 10 kaum Pumpleistung verbrauchen. Die Reib- und Pumpleistung an den nicht belasteten Taschenelementen 7 kann so auf ein Minimum reduziert werden. Ferner werden die maximal auftretenden hydraulischen Drücke durch die Vergleichmäßigung stark reduziert, wodurch geringere Volumenströme für einen geforderten minimalen Dichtspalt 9 ausreichen. Das wirkt sich ebenfalls reduzierend auf die Pumpleistung aus.
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Die 13a und 13b zeigen ein vereinfacht dargestelltes Gleitlager 1 im unbelasteten Zustand, um das gefertigte radiale Lagerspiel 36 zu verdeutlichen, das den Abstand zwischen dem kopfseitigen Ende eines Tragelementes 6 und der Dichtfläche, die hier von der Umfangsfläche 10 gebildet wird, konstruktionsbedingt bestimmt. Der Dichtspalt 9 unter Maximallast bildet sich erst bei einer Belastung und bei einer Ölversorgung aus, wie 13b verdeutlicht. Je größer das radiale Lagerspiel 36 ist, desto weiter öffnen sich die quasi drucklosen Dichtspalte 9.1.
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Die Lastverteilung auf einzelne hydrostatische Tragelemente 6 wird hier vergleichmäßigt durch eine Verbreiterung der Druckzone, d. h. Erhöhung der Anzahl Tragelemente 6, auf die eine äußere Belastung verteilt wird. Dazu ist das Gleitlager 1 elastisch ausgebildet, so dass unter Last eine reversible Anpassung der Tragelemente 6 an das drehende Lagerinnenteil 2 erfolgt und damit die Druckzone im Gleitlager 1 erweitert und vergleichmäßigt wird. Das hier beschriebene Gleitlager 1 ist deshalb besonders gut geeignet zur Aufnahme von kurzfristigen Belastungsschwankungen, wie sie beispielsweise durch Windböen bei Rotor-/Generatorbaugruppen einer Windenergieanlage auftreten. Das Gleitlager 1 kann unter solchen Bedingungen zudem energieoptimiert arbeiten, da Pumpleistung und Reibleistung konstruktiv minimiert wurden.
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Die hydrostatischen Tragelemente 6 sind als Teller ausgeführt. Teller sind ein einfaches und kostengünstiges Drehteil. Die Tellerdicke wird vorzugsweise eng toleriert, damit die Druckunterschiede aufgrund der Dickentoleranz minimiert werden können. Die Teller werden zudem einzeln vermessen und sortiert in das Lageraußenteil 3 eingebaut, so dass die ähnlich dünnsten Teller und die ähnlich dicksten Teller benachbart angeordnet sind. Es werden also die Teller nach ihrer Dicke sortiert, wobei Teller an einem unteren Ende einer zugelassenen Dickentoleranz, Teller in einer Mitte der zugelassenen Dickentoleranz und Teller an einem oberen Ende der zugelassenen Dickentoleranz dickenbereinigte Anordnungsgruppen bilden.
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So ergibt sich zwar eine geringe Exzentrizität der Welle 4 im Gleitlager 1, die Druckunterschiede aufgrund von Fertigungstoleranzen werden aber minimiert.
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11 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines Gleitlagers 1, bei dem die hydrostatischen Tragelemente 6 zweireihig angeordnet sind. Im Übrigen gelten die vorstehenden Ausführungen hier entsprechend. Eine solche zweireihige Anordnung der hydrostatischen Tragelemente 6 ist hinreichend, wenn eine axiale Belastung gering ist.
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12 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel eines Gleitlagers, bei dem die hydrostatischen Tragelemente 6 dreireihig angeordnet sind. Die Tragelemente 6 sind hier mit unterschiedlich großen Taschenelementen 7 ausgebildet. Die randseitig angeordneten Tragelemente 6 sind beispielsweise mit kleineren Taschenelementen 7 ausgebildet als mittig angeordnete Tragelemente 6.
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Die Materialpaarungen für das Gleitlager 1 werden nach tribologischen Eigenschaften gewählt. Für das Lageraußenteil 3 und das Lagerinnenteil 2 ist als Material Stahl oder Guss bevorzugt. Für die Tragelemente 6 ist als Material Bronze bevorzugt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10305511 B9 [0002]
- DE 2149453 [0003]
