DE2851352C3 - Gleitlager für Flüssigkeitszähler - Google Patents
Gleitlager für FlüssigkeitszählerInfo
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Description
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gleitlager für den Rotorzapfen eines Flüssigkeitszählers in einem
kryogenen Mediumstrom.
Die bekannten Flüssigkeitszähler für kryogene Medien sind hohen Temperaturbelastungen ausgesetzt.
Der im Flüssigkeitszähler vorgesehene Rotor, durch weichen der Flüssigkeitsstrom mengenmäßig gemessen
wird, ist mit seinem Rotorzapfen in einem in der Regel aus Kunststoff bestehenden Gleitlager gelagert. Dieses
Gleitlager selbst ist wiederum in einer Metallfassung eingesetzt. Die Befestigung des Kunststoff-Gleitlagers
in der Metallfassung erfolgt per Reibungsschluß, und zwar entweder durch eine Preßpassung oder durch
Einkleben.
Die Befestigung des Gleitlagers, welches im Innern des Flüssigkeitszählers angeordnet ist, per Preßpassung,
versagt völlig beim Einsatz dieses Flüssigkeitszählers in kryogenen Medien, weil das Gleitlager (aus Kunststoff)
im Außendurchmesser wesentlich stärker schrumpft, als die es umschließende Metallfassung. Der Grund hierfür
liegt darin, daß die für die Gleitlager verwendeten Kunststoffe einen Ausdehnungskoeffizienten in der
Größenordnung von ΙΟ-4 bis ΙΟ-5" Celsius-' besitzen.
Hier hingegen ist der Ausdehnungskoeffizient des Werkstoffes für die Metallfassung wesentlich geringer,
so daß durch eine Abkühlung dieser Teile vermittels eines kryogenen Mediums die Längenänderung des
Kunststoff-Gleitlagers etwa 3 bis 20mal so groß ist wie bei der Metallfassung.
Werden die unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten (von Gleitlager und Metallfassung) konstruktiv
berücksichtigt, wird also das Lager für den Betriebszustand bemessen (d. h. bei einer Temperatur von ca.
—200°C), so liegt bei einer Normaltemperatur (20° Celsius)
ein Passungsverhältnis vor, das dem Kunststoff große äußere Spannkräfte aufzwingt. Da Kunststoff zur
Aufnahme größerer Pressungskräfte ungeeignet ist, setzt unter Last ein plastisches Fließen ein, welches zum
Verlust der vorgesehenen Lagergeometrie sowie des erwünschten Passungsverhältraisses führt Die beim
intermittierten Einsatz des Flüssigkeitszählers auftretenden Temperatur- und damit Lastwechsel führen
weiterhin zu einer Werkstoffermüdung. Je nach Art des verwendeten Kunststoffes für das Gleitlager entstehen
dabei Risse, die sich durch eindringende Feuchtigkeit zu Ausbröckelungen, vor allem bei den besonders geeigneten
Mehrstoffkomponenten-Werkstoffen (z. B. Kunstkohle mit Metallimprägnierung, PTTE-Compounds u.
ähnliches) vergrößern.
Die sonst übliche Verbindung des Gleitlagers mit der
es aufnehmenden Metallfassung durch Einkleben ist in Verbindung mit kryogenen Medien nicht möglich,
insbesondere dann nicht wenn ein flüssiger Sauerstoffstrom durch den Flüssigkeitszähler gemessen wird. Der
Grund hierfür liegt darin, daß solche erforderlichen Klebstoffe, die sauerstoffbeständig sind und darüber
hinaus ein elastisches Verhalten bei bis zu —200°Celsius zur Überbrückung des auftretenden Passungsspieles
über größere Lastwechselhäufigkeit hinweg aufweisen, nicht vorhanden sind.
Auf eine radiale und axiale Fixierung des Gleitlagers in der Metallfassung (Gehäuse) kann jedoch nicht
verzichtet werden, weil bei hochgenau arbeitenden Flüssigkeitszählern von der Lagerung nicht nur ein
reibungsarmer Lauf sondern auch ein gleichbleibender Reibungsfaktor sowie über die gesamte lebensdauer
des Lagers hinweg konstante Reibungskräfte gefordert werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ausgehend von dem zuvor geschilderten Stand der
Technik, ein Gleitlager für den Rotorzapfen eines Flüssigkeitszählers in einem kryogenen Mediumstrom
zu schaffen, das in einem weiten Temperaturbereich (von +20° Celsius bis ca. —200" Celsius) voll funktionsfähig
bleibt, das heißt, über seine gesamte Laufzeit eine genaue Messung ermöglicht und das weiterhin auch
eine, im Vergleich zu den bisher bekannten Gleitlagern, wesentlich erhöhte Standzeit aufweist
Zur Lösung der genannten Aufgabe ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß das Gleitlager im Betriebszustand
des Flüssigkeitszählers mit Spiel in einem Gehäuse angeordnet ist, und daß eine das Gehäuse und
das Gleitlager miteinander verbindende Hülse vorgesehen ist, mit der das Gleitlager bezüglich einer axialen
Verschiebung und einer Drehbewegung arretiert ist
Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird vorgeschlagen, daß die Hülse das Gleitlager und das Gehäuse
diametral durchdringt.
Um ein Abführen der während des Betriebes des Flüssigkeitszählers entstehenden Lagerreibungswärme
zu ermöglichen und darüber hinaus auch ein Herausspülen des Lagerabriebes zu gestatten, kann die Hülse einen
Längsschlitz aufweisen, der in Einbauposition auf der dem Rotorzapfen abgewandten Seite vorgesehen ist
Von Vorteil ist es weiterhin, wenn der Abstand der Stirnseite des Rotorzapfens zur Hülse kleiner ist als der
Abstand der Stirnseite des Gleitlagers zum Gehäuserand.
Durch diese Konstruktion ist sichergestellt daß das Gleitlager eine wesentlich höhere Standzeit erfährt da
nach dem üblichen Abrieb des Gleitlagers der Rotorzapfen nunmehr auf der Hülse zur Auflage kommt
und von dieser dadurch abgestützt wird. Durch eine in vorteilhafter Weise ballig geformte Stirnseite des
Rotorzapfens kann dabei ein minimaler Reibungskontakt zur Hülse erreicht werden, ohne daß die
Arbeitsgenauigkeit des Rotorzapfens und des Rotors
für die Mediummessung beeinträchtigt wird. Die
nachstehende Beschreibung einer bevorzugten Ausfüh rungsform der Erfindung dient im Zusammenhang mit
der beigefügten Zeichnung, in welcher im Schnitt das erfindungsgemäße Gleitlager dargestellt ist, zur weiteren Erläuterung.
In der Zeichnung ist ein Lagerteil 10 dargestellt,
welches zur Aufnahme und Führung eines Rotors 12 dient Dieser Rotor ist Bestandteil eines (nicht
dargestellten) Flüssigkeitszähiers für die Mengen, nes-
sung von kryogenen Medien und besitzt an seinem
unteren Ende einen Rotorzapfen 14.
Dieser Rotorzapfen ist vollständig von einem Gleitlager 16 aufgenommen, und zwar derart, daß ein
Bund 18 des Rotorzapfens 14 auf der Stirnseite 20 des Gleitlagers 16 aufliegt
Wie ersichtlich, hat das aus einem Kunststoff (z. B.
PTTE-Compounds) gefertigte Gleitlager 16 die Form
einer Hülse, in deren Innenbohrung der Rotorzapfen 14 vorgesehen ist
Zur Aufnahme des hülsenförmigen Gleitlagers 16
dient ein drehrundes Gehäuse 22, welches vorzugsweise aus Metall gefertigt ist, das mit einer abgestuften
Innenbohrung 24 ausgestattet ist Auf der Stufe 26 der Innenbohrung 24 ruht das Gleitlager 16 mit seinem
inneren Ende auf.
Der Außendurchmesser des Gleitlagers 16 und der
Durchmesser der Innenbohrung 24 (im erweiterten Stufenbereich) ist jeweils so gewählt, daß im Betriebszustand
des Flüssigkeitszählers (ca. —200°C) das Gleitlager
16 locker, d. h. mit Spiel, im Gehäuse 22 sitzt. Aufgrund der Kenntnis der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten
der Werkstoffe von Gleitlager und Gehäuse ist dieser Zustand ohne Schwierigkeiten
erzielbar.
Um eine radiale und/oder axiale Bewegung des Gleitlagers 16 innerhalb des Gehäuses 22 während des
Betriebszustandes zu verhindern, ist eine Hülse 28 vorgesehen, die zur Arretierung des Gleitlagers im
Gehäuse dient Wie ersichtlich, sind Gehäuse 22 und Gleitlager 16 jeweils mit einer durchgehenden Bohrung
ausgestattet, die im Montagezustand diametral (fluchtend) einander zugeordnet sind. Durch diese Bohrungsanordnung wird die Hülse 28 gesteckt, wie dies in der
Zeichnung veranschaulicht ist Durch die Hülse 28 ist das Gleitlager 16 im Gehäuse 22 arretiert und damit
bezüglich einer axialen Verschiebung und einer Drehbewegung gehindert. Im Betriebszustand (ca.
— 200°Celsius) ist allerdings immer noch eine Pendelbewegung
des Gleitlagers 16 um die Längsachse 30 der
Hülse 28 sowie eine Bewegung innerhalb des Passungsspieles Hülse 28/Gleitlager 16 i;n Rahmen des
Gesamtpassungsspieies, hervorgerufen durch die Wahl des Außendurchmessers des Gleitlagers zum Durchmesser
der Innenbohrung 24 des Gehäuses 22, möglich. Diese Bewegungsfreiheit ist notwendig, um Fertigungstoleranzen bei der Gleitlagerherstellung auszugleichen.
Wie in der Zeichnung weiterhin angedeutet, ist die Hülse 28 mit einem Längsschlitz 32 ausgestattet, der sich
in Einbaustellung der Hülse auf der dem Rotorzapfen 14
abgewandten Seite befindet Bei der dargestellten Ausführungsform ist der Abstand a der Stirnseite 20 des
Gleitlagers 16 vom Gehäuserand 34 größer als der Abstand b der balligen Stirnseite 36 des Rotorzapfens
14 von der Hülse 28.
Aufgrund des durch den Betrieb des Flüssigkeitszählers entstehenden Verschleißes des Gleitlagers 16 durch
Reibung des Bundes 18 an der Stirnseite 20 »senkt sich« der Rotor 12 in Richtung Hülse 28 ab, und zwar soweit,
bis der Abstand b (kleiner als der Abstand a) zu Null
geworden ist und dadurch die ballige Stirnseite 36 in Kontakt mit der Hülse 28 gelangt. Dadurch läuft nun der
Rotorzapfen 14 mit seiner balligen Stirnseite 36 auf der Hülse 28. Aufgrund der durch die Balligkeit der
Stirnseite 36 gegebenen geringen Reibungsfläche erfolgt eine Drehung des Rotors 12 ohne großen
Reibungsverlust, d. h, das vorher vorhandene Reibungsverhalten bei der Auflage des Bundes 18 auf der
Stirnseite 20 des Gehäuses 22 ändert sich in seinem Wert nicht. Dadurch wird die Standzeit des Flüssigkeitszählers erheblich verlängert. Da, wie bereits erwähnt
der Längsschlitz 32 der Hülse 28 auf der der balligen Stirnseite 36 abgewandteri Hülsenseite ist, findet eine
Axiallastverteilung, ausgebend vom Rotorzapfen 14, statt. Dieser Längsschlitz bewirkt weiterhin eine
elastisch reibungsschlüssige Anordnung der Hülse 28 im Gehäuse 22, so daß dadurch auch bei einem Temperaturwechsel
keine Lockerung erfolgen kann.
Bedingt durch den Lagerverschleiß entsteht ein Abrieb, welcher durch die hohle, längsgeschlitzte Hülse
28 aus dem Lagerinnern herausgespült wird. Weiterhin ermöglicht die Hülse 28 den Aufbau eines hydrodynamischen
Schmierfilms (Flüssigkeitspolster), durch das nicht nur die Gleitfähigkeit des Lagers verbessert wird,
sondern auch die während des Betriebes des Flüssigkeitszählers entstehende Lagerreibungswärme abgeführt
werden kann.
Hierzu 1 BIaH Zeichnungen
Claims (4)
1. Gleitlager für den Rotorzapfen eines Flüssigkeitszählers in einem kryogenen Mediumstrom,
dadurch gekennzeichnet, daß das Gleitlager (16) im Betriebszustand des Flüssigkeitszählers
mit Spiel in einem Gehäuse (22) angeordnet ist und daß eine das Gehäuse (22) und das Gleitlager (16)
miteinander verbindende Hülse (28) vorgesehen ist, mit der das Gleitlager (16) bezüglich einer axialen
Verschiebung und einer Drehbewegung arretiert ist.
2. Gleitlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Hülse (28) das Gleitlager (16) und das Gehäuse (22) diametral durchdringt.
3. Gleitlager nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Hülse (28) einen Längsschlitz (32) aufweist, der in Einbauposition auf der
dem Rotorzapfen (14) abgewandten Seite vorgesehen ist.
4. Gleitlager nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand
(b) der Stirnseite (36) des Rotorzapfens (14) zur Hülse (28) kleiner ist als der Abstand (a) der
Stirnseite (20) des Gleitlagers (16) zum Gehäuserand (34).
10
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