DE2851352C3

DE2851352C3 - Gleitlager für Flüssigkeitszähler

Info

Publication number: DE2851352C3
Application number: DE2851352A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Ing.(grad.) 4000 Düsseldorf Klein
Original assignee: Messer Griesheim GmbH
Current assignee: Messer Griesheim GmbH
Priority date: 1978-11-28
Filing date: 1978-11-28
Publication date: 1981-08-27
Also published as: DE2851352B2; FR2442989A1; GB2041106B; US4304131A; GB2041106A; FR2442989B1; NL7907771A; DE2851352A1

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

Patentansprüche:

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).

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