EP2773865A1 - Lagerkomponente, lager, antriebswelle und unterwasserkraftwerk - Google Patents

Lagerkomponente, lager, antriebswelle und unterwasserkraftwerk

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Publication number
EP2773865A1
EP2773865A1 EP12778307.4A EP12778307A EP2773865A1 EP 2773865 A1 EP2773865 A1 EP 2773865A1 EP 12778307 A EP12778307 A EP 12778307A EP 2773865 A1 EP2773865 A1 EP 2773865A1
Authority
EP
European Patent Office
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bearing
drive shaft
component
coating
bearing ring
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP12778307.4A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Johannes Goetz
Fred Menig
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SKF AB
Original Assignee
SKF AB
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Filing date
Publication date
Application filed by SKF AB filed Critical SKF AB
Publication of EP2773865A1 publication Critical patent/EP2773865A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B13/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates
    • F03B13/12—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy
    • F03B13/26—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using tide energy
    • F03B13/264—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using tide energy using the horizontal flow of water resulting from tide movement
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B11/00—Parts or details not provided for in, or of interest apart from, the preceding groups, e.g. wear-protection couplings, between turbine and generator
    • F03B11/06—Bearing arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/72—Sealings
    • F16C33/76—Sealings of ball or roller bearings
    • F16C33/768—Sealings of ball or roller bearings between relatively stationary parts, i.e. static seals
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
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    • F05B2260/30—Retaining components in desired mutual position
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16C2300/00—Application independent of particular apparatuses
    • F16C2300/10—Application independent of particular apparatuses related to size
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    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20—Hydro energy
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/30—Energy from the sea, e.g. using wave energy or salinity gradient

Definitions

  • the present invention is in the field of underwater power plants, in particular the storage and sealing of drive shafts in underwater power plants.
  • Submarine power plants are already known from the field of conventional technology.
  • well-known storage concepts for underwater power plants are briefly summarized.
  • the publication DE102009005556A1 discloses a concept for flushing of underwater power plants, which consciously dispenses with encapsulation of the bearings used. In such constructions, the area in direct contact with the surrounding water must be protected against excessive sediment. Furthermore, the growth in this area must be limited.
  • One of the measures involved is to rinse the flooded area and, in particular, the bearings and the components associated therewith, such as sealing elements and the like.
  • One concept provides for applying at least one flushing connection to an underwater power station, by means of which a flushing medium can be supplied to the system from outside. Accordingly, there is no delivery system, such as a pump or the like, for the flushing medium in the system itself between the external flushing connection and the area to be flushed. Furthermore, an additional filter system is dispensed with. Instead, the flushing medium is supplied at such an overpressure at the external flushing connection that there is a sufficiently strong flow through the area to be flushed and an outflow to the outside area, whereby sediments and, preferably, an originally present growth, are transported to the outside.
  • the publication DE102008031615A1 shows a generator unit which can be handled as a whole and can be mounted as a unit, which can be transported and mounted separately from the actual drive shaft of an underwater power plant.
  • This includes a generator rotor and a generator stator, the basic components of an electric generator.
  • a generator housing is part of the generator unit.
  • the control and power components of the electric generator can be additionally included in the generator assembly.
  • the profile of the sliding surface is maintained, which typically corresponds to that of the mating surface.
  • the adjustment of the material thickness of the sliding lining is carried out by a corresponding profiling of the bearing surface on the base body, which is opposite to the back of the sliding lining.
  • a raised base is provided in the central region of the support surface of the base body. A more accurate adjustment can be effected by a multiple stepped or convex course of the support surface.
  • Document DE102008006899A1 discloses a concept for supporting a drive shaft of an underwater power plant.
  • a bearing arrangement for supporting a shaft is provided, wherein the bearing arrangement has at least one radial sliding bearing and at least one axial sliding bearing and wherein the bearing arrangement can be lubricated by water penetrating from the outside.
  • FIG. 3 shows a schematic structure of an underwater power plant.
  • FIG. 3 illustrates a nacelle 300 having a segmented structure. Close to the nacelle 300 in the front area, a hood 305 and a propellerformige Hydro turbine 310 on.
  • the nacelle 300 includes two segments 315 and 320 that contain the drive shaft 325. In another segment 330 is a generator 335 which is coupled to the drive shaft 325.
  • Another hood 340 terminates the underwater power plant after the generator 335.
  • the hood 305 forms with the water turbine 310, a circumferential unit which is coupled to the drive shaft 325.
  • a plurality of plain bearings are provided for storage of the drive shaft 325 .
  • a radial slide bearing 345 In the front side of the drive shaft 325 facing the water turbine 310 there is a radial slide bearing 345.
  • a radial slide bearing 350 In the rear region of the drive shaft 325 facing the generator 335 there is another radial slide bearing 350. Axial forces of the drive shaft are absorbed by the two axial slide bearings 355 and 360 which have one the drive shaft 325 connected track disc 365 axially support.
  • the sliding bearings 345, 350, 355 and 360 can be designed to be seawater resistant, in particular water lubricated. This makes it possible to flood the entire interior of the machine nacelle 300 and to dispense with elaborate seals, in particular the bearings.
  • the sliding bearings used 345, 350, 355 and 360 are partially realized directly on the drive shaft 325.
  • very hard coatings are applied to the two respective ends of the shaft 325 over a width of about 100 - 4000 mm, which then each represent the inner ring for one of the radial sliding bearings 345,350.
  • high-speed flame spraying also HVOF, derived from high-velocity oxygen-fuel
  • another thermal coating method for surface treatment can be used as the coating method.
  • a steel ring can be applied by welding and on the surface of which the coating takes place. The warehouse runs directly in the water or seawater.
  • portions of the drive shaft 325 are provided with a coating, or is carried out first an attachment of Lag erring on the respective shaft ends by welding and then a coating of these rings.
  • the coated areas must be reworked, eg by Grind. An exchange of the bearings in case of damage is not directly possible, so that in case of damage the complete shaft has to be repaired or exchanged.
  • a disadvantage of the conventional concepts is the need to handle a large one-piece shaft.
  • the length of such a drive shaft may be several meters, the diameter may also be over one meter. Typical values are 0.1 - 15 m in length with a diameter of 30 mm - 6000 mm and this with a power of 0.5 kW - 15 MW.
  • the weight of such a drive shaft can easily amount to several tons, a typical weight would be 0.01 - 100 1.
  • the object is achieved by a bearing component, a bearing, a drive shaft and an underwater power plant according to the independent claims.
  • Exemplary embodiments can be based, for example, on the knowledge that the acting torques in an underwater power plant are very large. Flanges used for mechanical coupling of bearings and shafts must be dimensioned accordingly.
  • embodiments may be based on the knowledge that hollow shafts can be used as drive shafts in underwater power plants. To reduce the load on the bearings, they can be filled with air or a gas. The resulting buoyancy can reduce the load on the bearings.
  • embodiments may be based on the core idea that, in particular when filled with air or gas hollow shafts, the flanges should be sealed to prevent ingress of water into the hollow shaft or escape to avoid the gas from the hollow shaft. Embodiments may therefore provide a seal between these components.
  • Embodiments may also be based on the knowledge that, contrary to the conventional sealing by welding and a correspondingly large dimensioning of the flanges, also seals can be provided. These can achieve a good sealing effect, in particular, when they are attached to the respective components, such as e.g. Bearings, shafts and flanges are provided in recesses or grooves provided for this purpose.
  • component or component e.g. Components of an underwater power plant, i. Bearing ring segments, bearing rings, bearings, shafts, flanges provided on these, etc.
  • Embodiments can therefore provide a bearing component for a bearing, which comprises a fastening possibility for fastening the bearing component to a component to be stored, the bearing component having a recess for a seal such that the bearing component can be connected to the component to be supported at least in a water-tight manner.
  • the bearing component may be formed as a bearing segment, bearing disk segment, bearing ring segment, bearing ring or bearing disk.
  • the watertight connection can prevent, for example, that when used under water, water enters the interior of a hollow shaft or a bearing.
  • the bearing may for example be a radial bearing or a thrust bearing.
  • embodiments include bearing rings, bearing ring segments, bearing washers or their segments of a thrust bearing, etc.
  • the sealed interior of a construction of a bearing and a shaft is under pressure, that is, for example, filled under pressure with gas or air. This pressure can then counteract the pressure of the water.
  • the construction may also have a vacuum inside, for example, to further increase buoyancy.
  • the bearing component with the component to be stored gas or airtight be connected.
  • the bearing component can be designed as Axiallageranglednsegment or as Axiallagerinstallation, so that the bearing ring segment or the bearing ring itself can serve as a seal of the hollow shaft.
  • seals may be particularly advantageous if frictional coatings are provided on the connecting surfaces of the components in order to increase a frictional force between the components.
  • frictional coatings are provided on the connecting surfaces of the components in order to increase a frictional force between the components.
  • mounting means such as holes, bolts, screws, etc.
  • the advantage of reducing the mounting means may be a disadvantage of the difficult seal.
  • Embodiments can remedy this disadvantage by means of recesses provided on the components, since the recesses permit the use of seals, which in turn make it possible to seal the components with one another.
  • embodiments may provide the necessary fastening means, such as e.g. Screws or bolts, which are used to attach the bearing component to a component to be stored, as possible to minimize costs, i. For example, with as few screws as possible.
  • This can be achieved by applying a coating to the bearing component or to the component to be supported, which increases a frictional force between the bearing ring / component and the component to be supported. Due to the increased frictional force, fastening means, such as e.g. Screws or bolts can be saved. This reduces the maintenance and assembly costs, as the corresponding parts can thus be assembled and disassembled faster.
  • Embodiments may therefore provide a bearing component comprising a coating which increases a frictional force between the bearing component and the component to be supported and adjacent the recess to the coating.
  • Another core idea of some exemplary embodiments lies in equipping a bearing or the bearing component with a flange, so that this or these can be frictionally coupled to a drive shaft and / or in a corresponding coating of the flange. Such a coupling can then take place at both ends of the drive shaft, ie in the case of an underwater power plant for the storage of the area facing a water turbine and / or of a generator facing a water turbine.
  • the radial bearings or thrust bearings can be flanged to the respective ends of the shaft.
  • the bearings can then consist of one piece, a welding of rings on the shaft can be omitted. The handling of the bearings can thus be facilitated in their manufacture.
  • These can be coated as desired, a coating of the shaft with a lubricious coating can be omitted.
  • a recess for a seal on the flange and / or on the shaft or its flange may be provided.
  • a flange on a bearing component e.g. be provided at the axial end.
  • This can also be composed of several segments, each of which may be the same or different.
  • bearing ring segments may have corresponding flange segments. Therefore, when the flange is described below, it may also be one-piece, or multi-piece, i. composed of flange segments, be formed.
  • the coating or the recess can therefore also be provided on the flange.
  • This flange is used for. B. for attachment of the bearing component to the drive shaft.
  • the flange may be mounted both on a bearing inner ring and on a bearing outer ring as a bearing component.
  • the bearing ring or the bearing disk may be formed integrally with the flange.
  • bearing ring and flange may also be formed in several pieces.
  • the drive shaft may be supported by a plurality of decoupled or flanged bearings, with reduced maintenance due to the possibility of separate handling for each decoupled bearing.
  • the maintenance effort by the friction force increasing coating be further reduced, since the fasteners, eg for the attachment of the bearing to the drive shaft, and thus assembly and maintenance times can be reduced or minimized.
  • valves may also allow to fill them after installation with air or gas.
  • these can be correspondingly sealed against each other via correspondingly provided recesses on the components.
  • a recess for a seal can accordingly be adapted to a component in order to seal a cavity which may be located in the drive shaft and / or in the bearing when a drive shaft is fastened.
  • embodiments can also provide a bearing with a bearing component described above.
  • embodiments may also include a drive shaft for an underwater power plant, which has a recess for a seal, so that the drive shaft with a bearing component is at least watertight connectable.
  • the drive shaft can be designed as a hollow shaft, but there are also embodiments possible in which the drive shaft is solid and yet waterproof to the bearing component is connected to seal the bearing component or a gap between the drive shaft and the bearing component.
  • the drive shaft may have a coating which increases a frictional force between the drive shaft and a bearing component to be attached thereto, the recess being adjacent to the coating.
  • embodiments may also include an underwater power plant with a bearing component or a bearing and a drive shaft as described above, wherein the bearing component is at least watertightly connected to the drive shaft.
  • the underwater power plant may include a bearing component, a bearing ring segment, a bearing ring or a bearing without recess and a drive shaft without recess, provided that they are mechanically coupled to each other and there is a seal between them for sealing.
  • Embodiments of underwater power plants and their components may be generally adapted for use underwater.
  • embodiments may be adapted for use in oceans, in rivers, locks, barrages, etc., ie generally for use in salt and fresh water.
  • embodiments may be designed for different depths, variable water pressure, temperatures, etc.
  • Embodiments may allow separate manufacture of the bearings.
  • the processing of the now smaller components i. Bearings and drive shaft, to be separated from each other.
  • smaller production plants can be used, which can further reduce manufacturing costs.
  • the manufacturing precision can be increased and the bearings can be individually coated individually.
  • there are also other possibilities with regard to the coating such as e.g. Dipping / bath treatment, as a direct coating on the shaft surface is no longer necessary.
  • gaskets can be used during the assembly which make it possible to completely seal the components with one another.
  • the complex conventional system can thus be broken down by embodiments into several simplified subsystems.
  • the individual subsystems can be processed more expediently, or they can only be made accessible to certain process or processing steps due to the decomposition. This can allow a better adaptation or optimization of the processes to the subsystems and thus a cost reduction. Downtimes of the system can be reduced, in particular by the fact that now storage changes are possible on site. Also, by exemplary embodiments, a stock preparation without large logistics effort possible. This also allows a cost reduction in production - assembly and maintenance can be achieved.
  • bearings can be processed separately, thereby tribologically more favorable surface designs are possible, for example, an introduction of lubrication and wells suitable for application is facilitated and not least, the provision of recesses for the seals.
  • lubricant lines and lubricant delivery systems can be more easily introduced into the system, ultimately reducing maintenance and, hence, operating costs.
  • the fastening means can be correspondingly reduced if the friction between bearing ring segment or bearing ring or bearing disk can be correspondingly increased on its mounting side. Accordingly, less fasteners, such as screws, rivets, etc. are necessary to ensure a secure attachment.
  • Embodiments may therefore provide a coating of the bearing component and / or a component to be supported in such a way that a frictional connection between the respective bearing ring and the component to be stored, such as. the drive shaft increases.
  • the coating may have various properties, e.g. an extremely large friction coefficient.
  • the opposite side can also be coated, i. in embodiments, both the bearing component, e.g. the bearing ring, or its segment, as well as the component to be stored, e.g. a drive shaft, be coated.
  • the recesses for the seal may also lie within the coating, in some embodiments the recesses may also relate only to the coating, i. a recess can also be realized by an interruption of the coating.
  • the segments can be mounted on the shaft in such a way that the side with the friction coating lies on the end face of the drive shaft or on the shaft shoulder and / or on the shaft axis.
  • the attachment can be done eg by means of screws, bolts, pins, rivets, gluing, plugging, etc. Due to the friction coating, the resistance of the segments against co-rotation in the circumferential direction can be greatly increased. This may result in embodiments that significantly fewer fasteners are required for the attachment of the segment pieces to the shaft shoulder. As a result, the wave itself is weakened less.
  • the recesses for the seal can be provided on the end face of the drive shaft, for example, such that a recess on the drive shaft with a recess on the bearing ring or the bearing plate or its / Flange covered.
  • a seal can be provided such that it jammed between the recesses and thus ensures a reliable seal.
  • exemplary embodiments can provide, for example, a coating with a friction lining and a seal on the side surfaces of the bearings, the shaft, a rotor, a generator or a turbine.
  • Figure 2a shows another embodiment of a bearing ring, or of bearing ring segments
  • FIG. 2b an overview of different sealing cross sections in exemplary embodiments
  • Figure 2c is an overview of different mounting options and sealing options in embodiments.
  • Figure 3 is a conventional underwater power plant.
  • bearing ring segment 110 a shows an embodiment of a bearing component in the form of a bearing ring 110 a, or a bearing ring segment 110 a.
  • a bearing ring segment 110a is in the following part of a bearing ring 110a understood.
  • the bearing ring segment may, for example, comprise a certain angular range of a bearing ring 110a, ie, in embodiments, a plurality of identical or unequal bearing ring segments may form a bearing ring.
  • Embodiments of bearing ring segments are not limited to a specific subdivision of a bearing ring in bearing ring segments, there are any axial and radial segmentation conceivable.
  • both radial bearing and thrust bearing segments may occur, an example of a radial bearing is explained in the figure la.
  • the bearing ring 110a, or the bearing ring segment 1 10a in the embodiment of Figure la as a bearing inner ring 110a, or as a bearing inner ring segment 110a, executed.
  • reference will be made to a bearing ring wherein the embodiments also refer to a bearing ring segment, to bearing disc segments and to bearing discs.
  • a bearing ring and a bearing ring segment can be waived in part in favor of clarity. This also applies to designs with respect to a flange or a flange segment.
  • FIG. 1a shows a part of the drive shaft 130.
  • the bearing ring segment 110a for a radial bearing 100 or generally the bearing component for a bearing, comprises a fastening possibility for fastening the bearing ring segment 110a to a component 130 to be supported, the bearing ring segment 110a forming a recess 115 for a seal 119, such that the bearing ring segment 110a is at least watertight connectable to the component 130 to be stored.
  • Embodiments also include bearing components such as bearing rings, bearing washers or segments thereof of thrust bearings.
  • bearing component for axial bearings also designates bearing disks. For example, they can provide a thrust washer to which a drive shaft 130 is attached.
  • the drive shaft 130 may, for example, be divided into two parts, between which the thrust bearing disc is arranged.
  • the axial bearing disk can then have recesses for sealing elements on one or both sides for sealing the respective drive shaft parts relative to the axial bearing disk.
  • a thrust washer segment or a thrust washer may be adapted for use in a journal bearing of a drive shaft 130 of an underwater power plant.
  • embodiments can also generally provide the use in plain bearings.
  • seals may also be provided between the segments. As a result, for example, a backwashing of the segments can be prevented.
  • a seal or sealant between the segments may help to close a manufacturing and / or assembly gap between the segments. This can also help to reduce or prevent breaks in the lubricating film during operation.
  • sealing lips can be inserted between the segments here.
  • the Axiallagerusionnsegmente or radial bearing ring segments may also have vulcanized sealing lips or seals.
  • FIG. 1 a shows that the bearing component, ie for example the bearing ring segment or the bearing ring 110 a, comprises a coating 125 which increases a frictional force between the bearing ring segment 110 a and the component 130 to be supported.
  • 1a shows the coating 125 using the example of the inner bearing ring 110a.
  • Fig. La shows a coating 125 on both sides, ie, both the inner bearing ring 110a is coated according to one embodiment and the drive shaft 130.
  • the drive shaft itself also also has a recess 117, which in this embodiment, the recess 1 15 of the bearing ring. 1 10a opposite.
  • recesses 115, 117 may generally be designed as grooves, trenches, bevels or bevels, coating interruptions, depressions, etc.
  • a recess 115, 117 may be formed such that, in interaction with the bearing component 130, a cavity for a seal 119 results, as will be explained in more detail below.
  • exemplary embodiments therefore also include a drive shaft 130 for an underwater power plant, which has a recess 117 for a seal, such that the drive shaft 130 can be connected to a bearing component, for example a bearing ring segment 110a or a bearing ring 110a, at least in a water-tight manner.
  • the drive shaft 130 can be designed as a hollow shaft or solid, depending on where the cavity to be sealed is located in the drive train.
  • the drive shaft 130 may include a coating 125 that increases a frictional force between the drive shaft 130 and a bearing component to be attached thereto, such as a bearing ring segment 110a or a bearing ring 110a to be attached thereto, the recess 117 being adjacent the coating 125.
  • the bearing component may be connectable to the component 130 to be stored gas or air tight, i. the compound can be sealed in such a way that even a pressurized gas does not escape.
  • the seal can be designed such that even if there is a vacuum in the interior of the hollow shaft sealed with the bearing and the whole assembly is under water, no water can penetrate into the interior of the arrangement.
  • the water pressure can be considerable, especially at greater depths.
  • the water pressure increases by about ever per 10m water depth.
  • the seal may be formed in embodiments to withstand a water pressure of lbar, 5bar, 10bar, 20bar, 50bar, 100bar, 200bar, 500bar or 1000bar.
  • the coating in the figures is shown on both sides, but embodiments may also comprise one-sided coatings.
  • the coating in the figures for the sake of clarity is shown locally limited.
  • the coating may also cover larger areas such as e.g. include entire side surfaces or surfaces.
  • the bearing component for example the bearing ring segment 110a or the bearing ring 110a
  • the bearing component can have a flange 120 as an attachment at one axial end, with the flange 120 having the recess 115 and / or the coating 125.
  • the mounting option can also be realized for example by drilling.
  • Such an embodiment illustrates the Fig. Ib.
  • the bearing ring 110a shown there for a radial bearing 100 for a drive shaft 130 has at one axial end a flange 120, wherein the flange 120, the mounting option for mounting the bearing ring 110a at the has drive shaft 130.
  • the attachment option may include, for example, fasteners, such as holes, threads, weld studs, weld nuts, screws, lands or grooves, clamps, etc.
  • a flange here is a bridge, a nose, a spring, an extension oa. understood, which serves for attachment to another component.
  • the respective other component can likewise have fastening means or fastening possibilities such as bores, threads, screws, welding studs, webs or grooves, clamps, etc.
  • the flange 120 may include grooves, lands, or teeth to, for example, achieve secure engagement with the drive shaft 130 and secured against rotation with the drive shaft 130.
  • the drive shaft may be designed accordingly in embodiments.
  • the bearing ring segment 110a or the bearing ring 110a adapted to support a drive shaft 130 of an underwater power plant, wherein the recess 115 is adapted to the seal 119 to when fixed to a drive shaft 130, a cavity the drive shaft 130 and / or a bearing seal.
  • the drive shaft 130 may be configured as a hollow shaft or solid.
  • a further seal may be provided for sealing the bearing ring 110 a at the axial end facing away from the component to be supported.
  • a kind of cover can be made here or it can result in a cover with or through a housing.
  • the cavity of a drive shaft can be extended by that of a bearing ring and closed by a housing.
  • the bearing ring 110 can be embodied as a bearing inner ring 110a, as shown in FIGS. 1a and 1b, or as a bearing outer ring 110b.
  • the figure lc shows an embodiment in which the bearing ring 110b is formed as a bearing outer ring 110b.
  • the flange 120 may also be attached to a bearing outer ring 110b.
  • the recess 115 is likewise located on the flange 120 in this embodiment.
  • the sealing of an Nes cavity of the drive shaft 130 through the flange 120 itself done, in that it can form a cover.
  • the subsequent components may provide for sealing of the bearing 100.
  • the flange 120 may also be provided on a thrust washer.
  • this may include the drive shaft 130 or extend into this (hollow shaft) and thereby have the recess 115 for the seal 119.
  • the flange 120 can extend along the axis of rotation of the bearing 100, that is to say in the axial direction.
  • the flange 120 may at least partially enclose the drive shaft 130 and screwed, riveted, or the like, for example, with this. become. Since in embodiments also hollow shafts are used, it is also conceivable that the flange 120 also projects into the drive shaft 130 and is fastened from the inside to the drive shaft 130, where in these cases then the recess 115 for the seal 119 are can.
  • the drive shaft 130 may have radial mounting holes in embodiments. Depending on whether the flange 120 overlaps the input shaft 130 internally or externally, the attachment holes, threads or generally the attachment means may be provided inside or outside the drive shaft 120.
  • FIG. 1 d shows a radial bearing 100 with a bearing ring 110a, which is designed here as a bearing inner ring 110a.
  • FIG. 1 d shows a bearing outer ring 140.
  • the flange 120 can be seen, which also has a radial extension here.
  • the radial extent of the flange 120 allows attachment to the end face of the drive shaft 130, which then may have mounting holes in the axial direction, for example.
  • the recess 1 15 is also located on the side of the flange 120 which extends in the radial direction in this exemplary embodiment.
  • the coating 125 can accordingly also be located on the end face of the flange 120 in exemplary embodiments.
  • the figure le shows a further embodiment in which the bearing ring 110b is formed as a bearing outer ring 110b.
  • the flange 120 next an axial extension also has a radial extent with a correspondingly arranged coating 125 and correspondingly arranged recess 115.
  • Conceivable are also other embodiments in which the flange 120 has only a radial extension, that is, not primarily in the axial direction of the bearing ring 110 projects away.
  • the bearing ring 110 or the bearing component in embodiments may have a flange 120 which extends in the axial and / or radial direction and has the coating 125 and / or the recess on a side facing the component 130 to be supported.
  • Embodiments may also include a bearing component 110, 110a, 110b, a bearing ring segment 110, 110a, 110b or a bearing ring 110, 110a, 11bb for a bearing 100 for a drive shaft 130 of an underwater power plant.
  • a flange 120 or a flange segment 120 can be provided at one axial end, wherein the flange 120 or the flange segment 120 has a fastening possibility for fastening the bearing ring segment 110, 110a, 110b to the drive shaft 130 and / or a recess 115 for a seal 119 has.
  • exemplary embodiments may include the coating 125, which increases the frictional force to the component 130 to be stored.
  • the bearing ring segment 110, 110a, 110b can also be designed as a bearing inner ring segment 110a or as a bearing outer ring segment 110b.
  • the flange 120 or the flange segment 120 may extend in embodiments in the axial and / or radial direction.
  • the frictional force between the bearing ring segment or the bearing ring or the bearing component 110, 110a, 110b and the component 130 to be supported can be increased along the axis of rotation of the component 130, ie on an axial contact surface (contact surface with axial extension).
  • the device 130 as shown for example in Figures lb and lc.
  • the contact surface can also have a radial extension.
  • the recess 115 can consist in a simple interruption of the coating 125, ie it can simply represent a recess in the coating.
  • the coating 125 in the region of the recess 115 may also have a smaller thickness, so that the recess 115 may be embodied for example as a depression in the coating.
  • exemplary embodiments also include a bearing 100, for example a sliding or roller bearing 100, which has one of the abovementioned bearing components, such as bearing rings 110, 110a, 110b, bearing disks or their bearing segments 110, 110a, 110b.
  • FIG. 2a shows a further embodiment in which a section of a bearing 100 is shown on the left side.
  • the bearing ring 110 can be seen.
  • the bearing ring 1 10 has a flange 120, via which the bearing ring 110 can be attached to the drive shaft 130.
  • the coating 125 can be seen on the side of the bearing ring 110 or the flange 120 facing the drive shaft 130.
  • On this side is also the recess 115.
  • On the opposite side is at the same height the recess 117 of the drive shaft 130.
  • the two recesses 115 and 117 form a circular groove in the baffle plane between the bearing ring 110 and the drive shaft. In this groove can run, for example, a circular seal.
  • the cross section of the groove is formed by the two recesses 115, 117 and is rectangular in the present case. It can also be seen in FIG. 2a that both the flange 120 and the drive shaft 130 have bores via which screwing can be carried out. For example, screws of type M 4 - 48 can be used here. In embodiments, the holes, for example, a diameter greater than or equal to 3 - 70mm, z. B. 10 mm, 20 mm or 30 mm. In the same way, a bearing disk or its segment can be connected to a drive shaft at least watertight.
  • the bearing ring 110 itself may have an outer diameter of, for example, 2200 mm in embodiments, wherein in the figure 2a, the outer radius 155 is shown to the axis of rotation 145 of the bearing.
  • the outer diameter (double outer radius 155) can also be greater than or equal to 40, 60, 100, 1000, 2000, 3000, 4000, 6000 or 10000 mm.
  • the inner diameter (twice the inner radius 150) of the bearing ring 110 is about 1800 mm.
  • the inner diameter (double inner radius 150) of the bearing ring 110 can also be greater than or equal to 20, 30, 50, 500, 1000, 1500, 2000, 3000, 5000 or 10000 mm.
  • the inner diameter of the bearing shell may comprise 2000 mm, which corresponds to twice the inner radius 160 of the bearing shell according to FIG. 2a.
  • the bearing ring 110 may have a shell thickness of 200 mm.
  • double êtradii 160 of the bearing shell greater than or equal to 10, 20, 50, 80, 100, 1000, 2000, 3000, 4000, 6000 or 10000 mm are conceivable.
  • the shell thickness of the bearing ring 110 may also be greater than or equal to 10, 30, 50, 100, 200, 300 or 400 mm in exemplary embodiments.
  • the bearing height 170 i. the axial extent of the bearing ring 110 may be, for example, 1000 mm. In embodiments, however, bearing heights 170 greater than or equal to 10, 20, 50, 100, 200, 300, 500, 1000, 2000, 3000 or 4000 mm are conceivable.
  • exemplary embodiments may also include a drive shaft 130 for an underwater power plant, which has fastening means or a fastening possibility for the flange 120 of a bearing component, a bearing ring 110 or the bearing ring itself and the coating 125 at at least one axial end, and a recess 117 for a seal.
  • the drive shaft 130 may have axial and or radial bores.
  • the drive shaft 130 itself may in turn comprise a flange to be attached to the bearing ring 110 or its flange 120.
  • the recess 117 can then also be located in the flange of the drive shaft 130.
  • the drive shaft 130 may also have teeth as fastening means for the flange 120 or its segments.
  • the drive shaft 130 may also have holes and an additional toothing.
  • Exemplary embodiments also include an underwater power plant with a bearing component, a bearing ring segment 110, 110a, 110b, a bearing ring 110, 110a, 110b or a bearing 100 and a drive shaft 130 as described above.
  • an embodiment of an underwater power plant may also comprise a bearing component, a bearing ring segment 110, a bearing ring 110 or a bearing 100 without a recess 115 and a drive shaft 130 without a recess 117, provided they are mechanically coupled to each other and there is a seal 119 between them for sealing.
  • the coating 125 in embodiments may comprise a different material than the bearing component, the bearing ring segment 110, 110a, 110b, the bearing ring 110, 110a, 110b or the drive shaft 130.
  • the coating may be 125 Ni disgust, tungsten, cobalt, chromium, aluminum, diamond or a ceramic material.
  • the coating 125 may generally have particles with a Mohs hardness greater than or equal to 9.
  • the bearing component, the bearing ring segment 110, 110a, 110b, the bearing ring 110, 110a, 110b or the drive shaft 130 may comprise a metallic, a ceramic or a mixed material or a partially ceramic material.
  • the coating 125 may be provided in embodiments on one side, ie either on the side of the bearing component, the bearing ring or on the side of the drive shaft, or on both sides.
  • the coating 125 serves to increase a frictional force and thus the adhesion to the component to be stored.
  • the friction coating 125 can have as its main component a high-strength, tough and hard metal, wherein the coating 125 may be characterized in at least one surface area with a square-shaped base with a side length in the range of one millimeter, by a profile with many pointed mountains and valleys , In this surface area, a proportion of those peaks and valleys which project beyond a plane plane-parallel to the ground plane, which has a distance in the range between 15 and 30 ⁇ m from the highest mountain, can be greater than approximately 20%.
  • the topography of the friction coating 125 in particular when the coating is formed as a flame-sprayed molybdenum coating, can have a high surface carrying ratio, for example greater than 20%, and high static friction coefficients, for example greater than 0.6 or even greater than 0.65, based on a mating of said coating with a steel counterpart , or with the end face of the drive shaft, the wave washer or the shaft shoulder, have.
  • the friction coating 125 may have particles with a Mohs hardness greater than or equal to 9 and / or a predeterminable average grain size. In embodiments, however, particles having a Mohs hardness greater than or equal to 6, 7 or 8 may also occur.
  • the coating may have a thickness approximately equal to half the mean grain size.
  • the coating carrier ie the uncoated storage component, the uncoated bearing ring segment 110, 110a, 110b, the uncoated bearing ring 110, 110a, 110b or the uncoated drive shaft 130 may have a surface comprising recesses. A proportion of approximately 85% or more of the depressions may be formed with respect to a surface area surrounding the respective depression with a depth of less than approximately 10% and / or an opening width of less than or equal to approximately 15% of the coating thickness.
  • the coating 125 may be applied to the surface of the coating carrier and enclose the particles at least in a lower region oriented towards the coating carrier.
  • the surface of the coating carrier can therefore be designed such that the groove-like depressions have a surface area surrounding the respective depression, a depth of less than approximately 10% of the coating thickness and / or an opening width of less than approximately 15% of the coating thickness. This ensures optimum adhesion to the coating 125 and at the same time prevents particles from disappearing into depressions in such a way that they do not contribute to increasing the friction of the coating arrangement.
  • the friction coating 125 may comprise, for example, nickel, tungsten, cobalt, chromium, aluminum, diamond or a ceramic material.
  • the coating 125 can be formed, for example, from electroplated nickel, so that at the same time a protective layer against corrosion-causing and other environmental influences is generated for the coating carrier.
  • the coating or the coatings may have hard particles, in particular particles with the degree of hardness of diamond or cubic boron nitrate (CBN) or of corundum or carbide.
  • the coatings can be distinguished by the fact that they improve the detachable connection between the components as friction-increasing coatings.
  • the coating may comprise zinc silicate or the particles may be formed, for example, by spray-galvanizing or the like, correspondingly with a friction-increasing coating. By virtue of the fact that the connection is galvanized, a reliable, friction-increasing coating can likewise be provided.
  • hard particles such as diamond can be used as particles, wherein the particle size can be greater than 30 pm, preferably more than 35 pm.
  • a nickel-based coating 125 for diamond coating with a mean particle size of 46 pm (D46 diamond) can be produced.
  • the material of the bearing component, the bearing ring segment 110, 110a, 110b, the bearing ring 110, 110a, 110b or the drive shaft 130 can be selected with a greater Mohs hardness and / or a greater tensile strength than the material of the drive shaft 130 or also a housing, so the component to be stored. Therefore, the regions of the particles projecting beyond the coating 125 can press into the component to be stored and thus increase the friction.
  • the coating 125 below the particles as well as the areas of the coating carrier below the particles can only be slightly deformed compared with the impressions into the counterelement / component. In both sides coated embodiments, in particular, a hard coating with the o.g. Properties and a softer coating, which is just intended for receiving or pressing the particles are present.
  • a friction coating 125 particles can be applied in one or a few layers, with a subsequent fixing of the particles by an electrodeposited metal, especially nickel, so that a particle layer is fixed, wherein when applying multiple layers, the excess layers, for example by a Brushes can be removed after fixing.
  • a coating 125 is conceivable in which the particle layer protruding from the nickel layer accounts for more than 25%, or up to 40%, of the surface of the coating, thus ultimately achieving very high static friction coefficients of greater than 0.7 and also greater than 0.8.
  • a single layer is meant that in a majority of the coated surface, in particular greater than 75%, actually only one layer of particles is fixed, and only in smaller areas of the coated surface, the particles can also adhere in multiple layers, in particular two layers.
  • thermoplastic polymer coating nanocoating, plasma coating, carbide coating, PVD, CVD (chemical vapor deposition), TiC coating, TiCN, Ti, AlTiN, DLC (diamond-like carbon, dia- mond-like carbon), HVOF, etc. are conceivable.
  • FIG. 2b shows an overview of different sealing cross sections 201 to 215, as they may occur in exemplary embodiments.
  • 2b shows a rectangular cross section with an inwardly curved side 201, a rectangular or square cross section 202, a bulbous or oval cross section 203, a trapezoidal cross section 204, a stem-shaped tapered cross sections 205, 206, a circular or annular cross section 207, a cross-shaped or star-shaped cross-section 208, a triangular cross-section 209, a funnel-shaped cross-section 210, a lip-like cross-section 211, a two-sided inwardly curved cross-section 212, a convex on two sides cross-section 213, cross sections with multiple sealing lips or extensions 214th , 215 etc.
  • seals for example O-rings, a sealing cord, adhesive sealants (eg cohesive compounds, adhesives, putties, elastomers, etc.), special seals, metal composite seals, fabric seals, inflatable seals, gaskets, gaskets, sleeve gaskets, etc. may be used. These seals can be made of different materials and of different shapes.
  • the installation can be radial, axial or in combination radial and axial.
  • FIG. 2c shows various components with the recesses 115, 117 and their combination with the friction layer 125 and the seal 119.
  • FIG. 2c shows a section of a bearing ring 110 or a bearing ring segment 110, as has already been illustrated with reference to FIG , In this case, two recesses 115 are shown at the two end faces of the bearing rings or the flange, can be introduced into the corresponding seals for sealing.
  • the figure 2c II) shows a section of a bearing ring 110 and a drive shaft 130, wherein in this constellation, the recess 117 is attached to the drive shaft 130. This embodiment illustrates how the bearing ring can be secured thereto by means of a flange overlapping the drive shaft.
  • FIG. 2c III illustrates an exemplary embodiment in which the recesses 115, 117 are provided at the edges of the end face of a drive shaft 130 and a bearing ring 110.
  • FIG. 2c IV an embodiment is shown in which the bearing ring 110 overlaps the drive shaft 130 and both bearing ring 110 and drive shaft 130 have at their end faces a friction coating 125.
  • a recess 117 is provided in the form of a chamfer at the edge of the end face of the drive shaft 130, so that the seal 119 can be introduced into the corner region between the recess 117 and the bearing ring 110.
  • FIG. 2 c V) illustrates an exemplary embodiment of a drive shaft 130 or a bearing ring 110 with a friction coating 125, which has a recess 115, 117 for a seal 119.
  • the figure 2c VI) shows a compound of a bearing ring 110 and a drive shaft 130, each having a friction coating 125, and with two opposite recesses 1 15, 117 form a gap for the seal 119 at their end faces.
  • the figure 2c VII) illustrates once again the forces acting in an underwater scenario.
  • the bearing ring 110 and the drive shaft 130 are screwed, so that act on these forces the screw each from the right and the left side. Between the two recesses 1 15, 1 16 so the seal 119 is jammed. From the outside, that is, in the figure from the direction from above water pressure or the force F Wa ter to the seal 119 acts.
  • the hollow shaft 130 may also be under vacuum, ie have a negative pressure. In this case, the force F gas would act in the opposite direction.
  • Figures 2c VIII) and 2C IX) each show an embodiment of an underwater power plant with a bearing ring segment 110 or a bearing ring and a drive shaft 130 which are mechanically coupled to each other and between which a seal 119 is to seal. Both components have a friction coating 125, but no recesses.

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Abstract

Lagerkomponente, Lager, Antriebswelle und Unterwasserkraftwerk Ein Konzept zur Abdichtung einer Lagerkomponente (110;110a;110b) für ein Lager (100), die eine Befestigungsmöglichkeit (120) zur Befestigung an einem zu lagernden Bauelement (130) umfasst, wobei die Lagerkomponente (110;110a;110b) oder das zu lagernde Bauteil (130) eine Ausnehmung (115, 117) für eine Dichtung (119) aufweist, derart dass die Lagerkomponente (110;110a;110b) mit dem zu lagernden Bauelement (130) zumindest wasserdicht verbindbar ist. Das Konzept sieht auch ein Unterwasserkraftwerk vor mit einer Lagerkomponente (110;110a;110b) oder einem Lager (100) und einer Antriebswelle (130), die miteinander mechanisch gekoppelt sind und zwischen denen sich zur Abdichtung eine Dichtung (119) befindet.

Description

B e s c h r e i b u n g Lagerkomponente, Lager, Antriebswelle und Unterwasserkraftwerk
Die vorliegende Erfindung liegt auf dem Gebiet der Unterwasserkraftwerke, insbesondere der Lagerung und Abdichtung von Antriebswellen in Unterwasserkraftwerken. Aus dem Bereich der konventionellen Technik sind Unterwasserkraftwerke bereits bekannt. Im Folgenden werden bekannte Lagerungskonzepte für Unterwasserkraftwerke kurz zusammengefasst. Die Druckschrift DE102009005556A1 offenbart ein Konzept zur Spülung von Unterwasserkraftwerken, bei denen bewusst auf eine Kapselung der eingesetzten Lager verzichtet wird. Bei derartigen Konstruktionen ist der Bereich, der in direktem Kon- takt mit dem Umgebungswasser steht, gegen einen übermäßigen Sedimenteinfall zu schützen. Des Weiteren muss der Bewuchs in diesem Bereich begrenzt werden. Eine der diesbezüglichen Maßnahmen besteht darin, den gefluteten Bereich und insbesondere die Lager sowie die diesen zugeordneten Komponenten, wie Dichtungselemente und dergleichen, zu spülen.
Ein Konzept sieht vor, an einem Unterwasserkraftwerk mindestens einen Spülanschluss anzulegen, durch den der Anlage von außen ein Spülmedium zugeleitet werden kann. Demnach liegt in der Anlage selbst zwischen dem externen Spülanschluss und dem zu spülenden Bereich kein Fördersystem, wie eine Pumpe oder dergleichen, für das Spülmedium vor. Des Weiteren wird auf ein zusätzliches Filtersystem verzichtet. Stattdessen wird am externen Spülanschluss das Spülmedium mit einem solchen Überdruck zugeführt, dass eine hinreichend starke Durchströmung des zu spülenden Bereichs und eine Abströmung zum Außenbereich erfolgt, wodurch Sedimente und, bevorzugt ein ursprünglich vorliegender Bewuchs, nach außen transportiert werden.
Ein Konzept zur optimierten Leistungsregelung und Steuerung von Unterwasserkraftwerken ist in der Druckschrift DE102008053732B3 offenbart. Die Druckschrift DE102008031615A1 zeigt eine als Ganzes handhabbare und als Einheit montierbare Generator-Baueinheit, die von der eigentlichen Antriebswelle eines Unterwasserkraftwerks getrennt transportiert und montiert werden kann. Diese umfasst mit einem Generatorläufer und einem Generatorstator die Grundkomponenten eines elektrischen Generators. Zusätz- lieh ist ein Generatorgehäuse Teil der Generator-Baueinheit. Die Steuerungs- und Leistungskomponenten des elektrischen Generators können zusätzlich in die Generator- Baueinheit aufgenommen werden.
Die Druckschrift DE102008061912A1 beschäftigt sich mit Lagerkissen, beispielsweise für seewassertaugliche Gleitlager. Für einen sich hydrodynamisch aufbauenden Schmierfilm und der damit verbundenen parabolischen Druckentwicklung für weiche beziehungsweise elastische Gleitbeläge tritt eine konkave Einfederung im zentralen Bereich auf. Diese führt zu einer Lagerspalterweiterung und einem Einbruch der Druckverteilung im mittleren Bereich der Gleitfläche. Dem wird dadurch entgegengewirkt, dass die Materialstärke des Gleitbelags in Richtung der Flächennormalen der Gleitfläche an den beim Betrieb auftretenden Schmierfilmdruck angepasst wird. In den Bereichen hohen Drucks, welche um das Flächenzentrum der Gleitfläche liegen, wird eine verringerte Materialstärke verwendet, während die Randbereiche eine hohe Materialstärke aufweisen. Dabei bleibt das Profil der Gleitfläche erhalten, das typischerweise jenem der Gegenlauffläche entspricht. Die Anpas- sung der Materialstärke des Gleitbelags erfolgt durch eine entsprechende Profilierung der Auflagefläche am Grundkörper, die der Rückseite des Gleitbelags gegenüberliegt. Im einfachsten Fall wird ein erhabener Sockel im Zentralbereich der Auflagefläche des Grundkörpers vorgesehen. Eine genauere Anpassung kann durch einen mehrfach gestuften oder konvexen Verlauf der Auflagefläche bewirkt werden.
Die Druckschrift DE102008006899A1 offenbart ein Konzept zur Lagerung einer Antriebswelle eines Unterwasserkraftwerks. Hier wird eine Lageranordnung zur Lagerung einer Welle bereitgestellt, wobei die Lageranordnung wenigstens ein Radialgleitlager und wenigstens ein Axialgleitlager aufweist und wobei die Lageranordnung durch von außen eindringendes Wasser schmierbar ist.
Die Figur 3 zeigt einen schematischen Aufbau eines Unterwasserkraftwerks. Die Figur 3 illustriert eine Maschinengondel 300 mit einem segmentierten Aufbau. An die Maschinengondel 300 schließen sich im vorderen Bereich eine Haube 305 und eine propellerformige Wasserturbine 310 an. Die Maschinengondel 300 umfasst zwei Segmente 315 und 320, die die Antriebswelle 325 enthalten. In einem weiteren Segment 330 befindet sich ein Generator 335, der mit der Antriebswelle 325 gekoppelt ist. Eine weitere Haube 340 schließt das Unterwasserkraftwerk nach dem Generator 335 ab.
Die Haube 305 bildet mit der Wasserturbine 310 eine umlaufende Einheit, die mit der Antriebswelle 325 gekoppelt ist. Zur Lagerung der Antriebswelle 325 sind mehrere Gleitlager vorgesehen. Im der Wasserturbine 310 zugewandten vorderen Bereich der Antriebswelle 325 befindet sich ein Radialgleitlager 345. Im dem Generator 335 zugewandten hinteren Bereich der Antriebswelle 325 befindet sich ein weiteres Radialgleitlager 350. Axiale Kräfte der Antriebswelle werden durch die beiden Axialgleitlager 355 und 360 aufgenommen, die eine mit der Antriebswelle 325 verbundene Spurscheibe 365 axial abstützen.
Die Gleitlager 345, 350, 355 und 360 können dabei seewasserfest ausgeführt sein, insbe- sondere wassergeschmiert. Damit ist es möglich den gesamten Innenbereich der Maschinengondel 300 zu fluten und auf aufwändige Abdichtungen, insbesondere der Lager zu verzichten.
Die zum Einsatz kommenden Gleitlager 345, 350, 355 und 360 werden teilweise direkt auf der Antriebswelle 325 realisiert. Zur Realisierung der Radialgleitlager 345, 350 werden an den beiden jeweiligen Enden der Welle 325 über eine Breite von ca. 100 - 4000 mm sehr harte Beschichtungen aufgetragen, die dann jeweils den Innenring für eines der Radialgleitlager 345,350 darstellen. Als Beschichtungsverfahren kann z.B. das Hochgeschwin- digkeits-Flammspritzen (auch HVOF, abgeleitet von High-Velocity-Oxygen-Fuel) oder ein anderes thermisches Beschichtungsverfahren zur Oberflächenbehandlung verwendet werden. Darüber hinaus kann an diesen Stellen zunächst ein Stahlring durch Schweißen aufgebracht werden und auf dessen Oberfläche die Beschichtung erfolgen. Das Lager läuft dabei direkt im Wasser bzw. Seewasser. Bei der konventionellen Vorgehensweise werden Abschnitte der Antriebswelle 325 mit einer Beschichtung versehen, bzw. erfolgt zunächst eine Befestigung von Lag erringen auf den jeweiligen Wellenenden durch Schweißen und anschließend eine Beschichtung dieser Ringe. Darüber hinaus müssen die beschichteten Stellen nachbearbeitet werden, z.B. durch Schleifen. Ein Austausch der Lager bei einem Schaden ist nicht direkt möglich, so dass im Schadenfall die komplette Welle repariert bzw. ausgetauscht werden muss.
Nachteilig an den konventionellen Konzepten ist die Notwendigkeit, eine große einteilige Welle handhaben zu müssen. Die Länge einer solchen Antriebswelle kann mehrere Meter betragen, wobei der Durchmesser ebenfalls über einem Meter liegen kann. Typische Werte sind 0,1 - 15 m Länge bei einem Durchmesser von 30 mm - 6000 mm und dies bei einer Leistung um 0,5 kW - 15 MW. Darüber hinaus kann sich das Gewicht einer solchen Antriebswelle leicht auf mehrere Tonnen belaufen, ein typisches Gewicht wäre 0,01 - 100 1.
Ein Problem besteht nun darin, dass eine sehr große und schwere Antriebswelle 325 gehandhabt, transportiert, auf eine Maschine aufgespannt, ggf. beschichtet werden muss. Dies ist sehr kostenintensiv. Neben der oben beschriebenen Handhabung bei der Montage und der Lagerwartung stellt bei solch großen Wellen die Handhabung generell ein Problem dar. Insbesondere unter Wasser, wo eine solche Welle meist angeseilt bewegt wird, stellt das Bewegen und Ausrichten eine große Herausforderung dar. Nicht zuletzt das hohe Gewicht dieser Wellen bringt für die verwendeten Lager eine hohe Belastung mit sich.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Konzept zur Lagerung einer Antriebswelle für ein Unterwasserkraftwerk zu schaffen.
Die Aufgabe wird durch eine Lagerkomponente, ein Lager, eine Antriebswelle und ein Unterwasserkraftwerk gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst.
Ausführungsbeispiele können beispielsweise auf der Erkenntnis beruhen, dass die wirkenden Drehmomente bei einem Unterwasserkraftwerk sehr groß sind. Flansche, die zur mechanischen Kopplung von Lagern und Wellen verwendet werden, müssen dementsprechend dimensioniert werden. Darüber hinaus können Ausführungsbeispiele auf der Erkenntnis beruhen, dass Hohlwellen als Antriebswellen bei Unterwasserkraftwerken eingesetzt werden können. Um die Belastung der Lager zu reduzieren können diese mit Luft oder einem Gas gefüllt werden. Der daraus resultierende Auftrieb kann die Belastung der Lager verringern. Darüber hinaus können Ausführungsbeispiele auf dem Kerngedanken beruhen, dass insbesondere bei mit Luft oder Gas gefüllten Hohlwellen die Flansche abgedichtet sein sollten, um ein Eindringen von Wasser in die Hohlwelle bzw. ein Entweichen des Gases aus der Hohlwelle zu vermeiden. Ausführungsbeispiele können daher zwischen diesen Komponenten eine Dichtung vorsehen.
Ausführungsbeispiele können ferner auf der Erkenntnis beruhen, dass entgegen dem kon- ventionellen Abdichten durch Schweißen und einem entsprechend großen Dimensionieren der Flansche, auch Dichtungen vorgesehen werden können. Diese können insbesondere dann eine gute Dichtwirkung erzielen, wenn diese an den jeweiligen Bauteilen, wie z.B. Lagern, Wellen und Flanschen, in dafür vorgesehenen Ausnehmungen oder Nuten vorgesehen sind. Hier und im Folgenden werden unter den Begriffen Bauteil oder Bauelement z.B. Komponenten eines Unterwasserkraftwerks verstanden, d.h. Lagerringsegmente, Lagerringe, Lager, Wellen, an diesen vorgesehene Flansche, etc.
Ausführungsbeispiele können daher eine Lagerkomponente für ein Lager bereitstellen, die eine Befestigungsmöglichkeit zur Befestigung der Lagerkomponente an einem zu lagern- den Bauelement umfasst, wobei die Lagerkomponente eine Ausnehmung für eine Dichtung aufweist, derart dass die Lagerkomponente mit dem zu lagernden Bauelement zumindest wasserdicht verbindbar ist. In Ausführungsbeispielen kann die Lagerkomponente als Lagersegment, Lagerscheibensegment, Lagerringsegment, Lagerring oder Lagerscheibe ausgebildet sein. Die wasserdichte Verbindung kann beispielsweise verhindern, dass beim Einsatz unter Wasser, Wasser in das Innere einer Hohlwelle oder eines Lagers gelangt. Das Lager kann beispielsweise ein Radiallager oder ein Axiallager sein. Insofern umfassen Ausführungsbeispiele Lagerringe, Lagerringsegmente, Lagerscheiben oder deren Segmente eines Axiallagers, etc.
In einigen Ausführungsbeispielen kann auch vorgesehen sein, dass das abgedichtete Innere einer Konstruktion aus einem Lager und einer Welle unter Druck steht, d.h. beispielsweise unter Druck mit Gas oder Luft befüllt wird. Dieser Druck kann dann dem Druck des Wassers entgegenwirken. In anderen Ausführungsbeispielen kann die Konstruktion im Innern auch ein Vakuum aufweisen, beispielsweise um den Auftrieb weiter zu erhöhen. In Ausführungsbeispielen kann die Lagerkomponente mit dem zu lagernden Bauelement gas- oder luftdicht verbindbar sein. Im Falle eines Axiallagers kann die Lagerkomponente als Axiallagerscheibensegment oder als Axiallagerscheibe ausführt sein, so dass das Lagerringsegment oder der Lagerring auch selbst als Abdichtung der Hohlwelle dienen kann. In manchen Ausführungsbeispielen können Dichtungen besonders vorteilhaft sein, wenn an den Verbindungsflächen der Bauteile Reibbeschichtungen vorgesehen sind, um eine Reibkraft zwischen den Bauteilen zu erhöhen. So kann zum einen auf eine Verschweißung verzichtet werden und, aufgrund der Reibkraft zwischen den Bauteilen, kann des Weiteren auf Montagemittel, wie Bohrungen, Bolzen, Schrauben, etc. verzichtet werden. Der Vorteil der Verringerung der Montagemittel kann jedoch einen Nachteil der erschwerten Abdichtung mit sich bringen. Diesen Nachteil können Ausführungsbeispiele durch dafür vorgesehene Ausnehmungen an den Bauteilen beheben, da die Ausnehmungen eine Verwendung von Dichtungen erlauben, die wiederum eine Abdichtung der Bauteile untereinander er- möglichen.
Darüber hinaus können Ausführungsbeispiele vorsehen, die notwendigen Befestigungsmittel, wie z.B. Schrauben oder Bolzen, die zur Befestigung der Lagerkomponente an einem zu lagernden Bauteil verwendet werden, möglichst aufwandgünstig zu halten, d.h. bei- spielsweise mit möglichst wenig Schrauben auszukommen. Dies kann dadurch erreicht werden, dass eine Beschichtung an der Lagerkomponente bzw. an dem zu lagernden Bauteil aufgebracht wird, die eine Reibkraft zwischen dem Lagerring/-komponente und dem zu lagernden Bauteil erhöht. Durch die erhöhte Reibkraft können Befestigungsmittel, wie z.B. Schrauben oder Bolzen, eingespart werden. Dies reduziert den Wartungs- und Montage- aufwand, da die entsprechenden Teile somit schneller montiert und demontiert werden können. Dabei braucht durch die oben beschriebenen Abdichtungsmaßnahmen nicht auf eine Verwendung von Luft oder Gas gefüllten Hohlwellen, bzw. auf unter Vakuum stehende Bauteile, verzichtet zu werden. Ausführungsbeispiele können daher eine Lagerkomponente vorsehen, die eine Beschichtung umfasst, die eine Reibkraft zwischen der Lagerkomponente und dem zu lagernden Bauteil erhöht und die Ausnehmung an die Beschichtung grenzt.
Ein weiterer Kerngedanke von einigen Ausführungsbeispielen liegt in der Ausstattung ei- nes Lagers oder der Lagerkomponente mit einem Flansch, so dass dieses oder diese kraftschlüssig mit einer Antriebswelle gekoppelt werden kann und/oder in einer entsprechenden Beschichtung des Flansches. Eine derartige Ankopplung kann dann an beiden Enden der Antriebswelle erfolgen, d.h. im Falle eines Unterwasserkraftwerks zur Lagerung des einer Wasserturbine zugewandten Bereichs und/oder des einem Generator zugewandten Be- reichs. Die Radiallager oder auch Axiallager können an den jeweiligen Enden der Welle angeflanscht werden. Die Lager können dann aus einem Stück bestehen, ein Aufschweißen von Ringen auf die Welle kann entfallen. Die Handhabung der Lager kann somit bei ihrer Herstellung erleichtert werden. Diese können beliebig beschichtet werden, ein Beschichten der Welle mit einer Gleitbeschichtung kann entfallen. Zur Abdichtung kann dementsprechend eine Ausnehmung für eine Dichtung an dem Flansch und/oder an der Welle bzw. deren Flansch vorgesehen sein.
In Ausführungsbeispielen kann als Befestigungsmöglichkeit auch ein Flansch an einer La- gerkomponente z.B. an dessen axialem Ende, vorgesehen sein. Dieser kann ebenfalls aus mehreren Segmenten zusammengesetzt sein, die jeweils untereinander gleich oder unterschiedlich sein können. In Ausführungsbeispielen können beispielsweise Lagerringsegmente entsprechende Flanschsegmente aufweisen. Wenn im Folgenden der Flansch beschrieben wird, kann dieser daher ebenfalls einstückig bzw. einteilig, oder mehrstückig bzw. mehrteilig, d.h. aus Flanschsegmenten zusammengesetzt, ausgebildet sein. In Ausführungsbeispielen kann die Beschichtung oder die Ausnehmung demnach auch an dem Flansch vorgesehen sein.
Dieser Flansch dient z. B. zur Befestigung der Lagerkomponente an der Antriebswelle. In Ausführungsbeispielen kann der Flansch sowohl an einem Lagerinnenring als auch an einem Lageraußenring als Lagerkomponente angebracht sein. In Ausführungsbeispielen kann der Lagerring oder die Lagerscheibe mit dem Flansch einstückig ausgebildet sein. In anderen Ausführungsbeispielen können Lagerring und Flansch auch mehrstückig ausgebildet sein.
Durch die mechanische Trennung von Lager und Antriebswelle kann sich die Wartung erheblich erleichtern. Bei Wartungsarbeiten an dem Lager oder der Welle muss nicht mehr die ganze Antriebswelle, bzw. der ganze Antriebsstrang gewechselt werden, sondern Antriebswelle und Lager können nach der mechanischen Entkopplung auch getrennt vonein- ander entnommen und gewartet werden. Dieser Vorteil wächst mit der Anzahl der mechanisch entkoppelten Lager. In anderen Worten kann die Antriebswelle über mehrere entkoppelte bzw. angeflanschte Lager gelagert werden, wobei sich der Wartungsaufwand aufgrund der Möglichkeit der getrennten Handhabung für jedes entkoppelte Lager reduziert. Darüber hinaus kann der Wartungsaufwand durch die reibkrafterhöhende Beschichtung weiter gesenkt werden, da die Befestigungsmittel, z.B. für die Befestigung des Lagers an der Antriebswelle, und damit Montage- und Wartungszeiten reduziert oder minimiert werden können. An einer Hohlwelle vorgesehene Ventile können darüber hinaus auch ermöglichen, diese nach der Montage mit Luft oder Gas zu befüllen. Z.B können diese über ent- sprechend vorgesehene Ausnehmungen an den Bauteilen gegeneinander entsprechend abgedichtet werden. In Ausführungsbeispielen kann demnach an einem Bauteil eine Ausnehmung für eine Dichtung angepasst sein, um bei Befestigung einer Antriebswelle, einen Hohlraum, der sich in der Antriebswelle und/oder in dem Lager befinden kann, abzudichten.
Ausführungsbeispiele können demnach auch ein Lager mit einer oben beschriebenen Lagerkomponente schaffen. Darüber hinaus können Ausführungsbeispiele auch eine Antriebswelle für ein Unterwasserkraftwerk umfassen, die eine Ausnehmung für eine Dichtung aufweist, derart dass die Antriebswelle mit einer Lagerkomponente zumindest was- serdicht verbindbar ist. Die Antriebswelle kann dabei als Hohlwelle ausgeführt sein, es sind aber auch Ausführungsbeispiele möglich, bei denen die Antriebswelle massiv ist und dennoch mit der Lagerkomponente wasserdicht verbindbar ist, um die Lagerkomponente oder einen Spalt zwischen der Antriebswelle und der Lagerkomponente abzudichten. Die Antriebswelle kann eine Beschichtung aufweisen, die eine Reibkraft zwischen der An- triebswelle und einer daran anzubringenden Lagerkomponente erhöht, wobei die Ausnehmung an die Beschichtung grenzt.
Ferner können Ausführungsbeispiele auch ein Unterwasserkraftwerk mit einer Lagerkomponente oder einem Lager und einer Antriebswelle gemäß der obigen Beschreibung umfas- sen, wobei die Lagerkomponente mit der Antriebwelle zumindest wasserdicht verbunden ist. Alternativ kann das Unterwasserkraftwerk eine Lagerkomponente, ein Lagerringsegment, einen Lagerring oder ein Lager auch ohne Ausnehmung umfassen und eine Antriebswelle ohne Ausnehmung, sofern diese miteinander mechanisch gekoppelt sind und sich zwischen diesen zur Abdichtung eine Dichtung befindet. Ausführungsbeispiele von Unterwasserkraftwerken und deren Komponenten können an den Einsatz unter Wasser generell angepasst sein. Beispielsweise können Ausführungsbeispiele für den Einsatz in Ozeanen, in Flüssen, Schleusen, Sperrwerken, etc. angepasst sein, d.h. allgemein für den Einsatz in Salz- und Süßwasser. Darüber hinaus können Ausführungsbeispiele für verschiedene Tiefen, variablen Wasserdruck, Temperaturen usw. ausgelegt sein. Ausführungsbeispiele können eine separate Fertigung der Lager ermöglichen. Darüber hinaus reduzieren sich das Gewicht der Antriebswelle und das Gewicht des Lagers. Insgesamt können der Logistikaufwand und die damit verbundenen Kosten reduziert werden.
In einem Ausführungsbeispiel kann die Bearbeitung der nun kleineren Bauteile, d.h. Lager und Antriebswelle, getrennt voneinander ermöglicht werden. Dadurch können kleinere Fertigungsanlagen genutzt werden, was die Fertigungskosten weiter reduzieren kann. Darüber hinaus kann die Fertigungspräzision erhöht werden und die Lager können separat in- dividuell beschichtet werden. Dadurch ergeben sich auch hinsichtlich der Beschichtung weitere Möglichkeiten, wie z.B. Tauchen/Badbehandlung, da eine direkte Beschichtung auf der Wellenoberfläche nicht mehr notwendig ist. Auch kommt es nicht mehr zu Verzug durch Schweißen und es sind keine Reinigungsarbeiten notwendig, die bei konventionellen Konzepten nach dem Verschweißen anfielen. Durch an den Bauteilen vorgesehene Aus- nehmungen können bei der Montage Dichtungen verwendet werden, die ein völliges Abdichten der Komponenten untereinander ermöglichen.
Das komplexe konventionelle System kann somit durch Ausführungsbeispiele in mehrere vereinfachte Teilsysteme zerlegt werden. Die einzelnen Teilsysteme können aufwands- günstiger bearbeitet werden, bzw. können diese erst aufgrund der Zerlegung bestimmten Prozess- oder Bearbeitungsschritten zugänglich gemacht werden. Dies kann eine bessere Anpassung bzw. Optimierung der Prozesse an die Teilsysteme und damit eine Kostenreduktion ermöglichen. Stillstandszeiten der Anlage können reduziert werden, insbesondere dadurch, dass nunmehr Lagerwechsel vor Ort möglich sind. Auch wird durch Ausfüh- rungsbeispiele eine Lageraufbereitung ohne großen Logistikaufwand möglich. Auch dadurch kann eine Kostenreduktion bei Herstellung - Montage und Wartung erzielt werden. In Ausführungsbeispielen können Lager separat bearbeitet werden, dadurch werden tribo- logisch günstigere Oberflächengestaltungen möglich, beispielsweise ein Einbringen von anwendungsgerechten Schmiernuten und Bohrungen wird erleichtert und nicht zuletzt auch das Vorsehen von Ausnehmungen für die Dichtungen. Darüber hinaus können Schmierstoffleitungen und Zuführsysteme für Schmierstoffe leichter in das System eingebracht werden, wodurch sich letztendlich wiederum der Wartungsaufwand und damit die Betriebskosten senken lassen können. Durch Beschichtung der Antriebswelle oder der Befestigungsseite des Lagers oder von beiden kann der Befestigungsaufwand des entkoppelten Lagers reduziert werden. Die Befestigungsmittel können entsprechend reduziert werden, wenn die Reibung zwischen Lagerringsegment bzw. Lagerring oder Lagerscheibe auf deren Befestigungsseite entspre- chend vergrößert werden kann. Entsprechend weniger Befestigungsmittel, wie Schrauben, Nieten, etc. sind notwendig, um eine sichere Befestigung zu gewährleisten. Um eine sichere Befestigung zu gewährleisten, muss ein Verdrehen bzw. Mitwandern des Lagerrings in Umfangsrichtung verhindert werden. Dies sollte auch dann gewährleistet sein, wenn es zu einem Kontakt zwischen Lagerinnen- und Lageraußenring, bzw. zwischen Lagerscheibe und Scheibenführung kommen sollte.
Ausführungsbeispiele können daher eine Beschichtung der Lagerkomponente und/oder einem zu lagernden Bauteil derart vorsehen, dass sich ein Kraftschluss zwischen dem jeweiligen Lagerring und dem zu lagernden Bauteil, wie z.B. der Antriebswelle erhöht. Die Be- Schichtung kann verschiedene Eigenschaften besitzen wie z.B. einen extrem großen Reibkoeffizienten. Die Gegenseite kann ebenfalls beschichtet werden, d.h. in Ausführungsbeispielen können sowohl die Lagerkomponente, z.B. der Lagerring, bzw. dessen Segment, als auch das zu lagernde Bauteil, z.B. eine Antriebswelle, beschichtet sein. Die Ausnehmungen für die Dichtung können dabei auch innerhalb der Beschichtung liegen, in man- chen Ausführungsbeispielen können sich die Ausnehmungen auch nur auf die Beschichtung beziehen, d.h. eine Ausnehmung kann auch durch eine Unterbrechung der Beschichtung realisiert sein.
Die Segmente können in Ausführungsbeispielen so auf die Welle montiert werden, dass die Seite mit der Reibbeschichtung auf der Stirnseite der Antriebswelle bzw. auf der Wellenschulter und/oder auf der Wellenachse liegt. Die Befestigung kann z.B. mittels Schrauben, Bolzen, Stiften, Nieten, Kleben, Stecken, etc. erfolgen. Durch die Reibbeschichtung kann der Widerstand der Segmente gegen ein Mitdrehen bzw. Mitwandern in Umfangsrichtung stark erhöht werden. Dies kann in Ausführungsbeispielen zur Folge haben, dass wesentlich weniger Befestigungselemente für die Anbringung der Segmentstücke an der Wellenschulter erforderlich sind. Dadurch wird auch die Welle selbst weniger stark geschwächt. Gleichzeitig können auch die Ausnehmungen für die Dichtung an der Stirnseite der Antriebswelle vorgesehen sein, z.B. so, dass sich eine Ausnehmung an der Antriebswelle mit einer Ausnehmung an dem Lagerring oder der Lagerscheibe oder dessen/deren Flansch überdeckt. In dem so entstehenden Hohlraum kann eine Dichtung derart vorgesehen werden, dass diese zwischen den Ausnehmungen verklemmt und so eine zuverlässige Abdichtung gewährleistet.
Die genannten Vorteile können insbesondere in Ausführungsbeispielen von Gleitlagern auftreten, da hier, insbesondere beim Einsatz in wassergeschmierten Unterwasserkraftwerken, hohe Anlaufmomente und damit Anlaufbelastungen vorkommen können. Die Überwindung dieser hohen Anlaufdrehmomente kann gerade durch die Beschichtung und die erhöhte Reibkraft in Ausführungsbeispielen erleichtert werden, wobei durch die vorgesehenen Ausnehmungen und Dichtungen nicht auf eine Nutzung des Hohlraums zur Erzielung von zusätzlichem Auftrieb der Welle verzichtet werden braucht.
Ausführungsbeispiele können demnach beispielsweise an den Seitenflächen der Lager, der Welle, eines Rotor, eines Generators oder einer Turbine eine Beschichtung mit einem Reibbelag und eine Dichtung vorsehen.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden anhand der beiliegenden Figuren im Detail erläutert. Es zeigen
Figuren la-e Ausführungsbeispiele von Lagerkomponenten, Lagerringen, bzw. Lagerringsegmenten, und Antriebswellen;
Figur 2a ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Lagerrings, bzw. von Lagerringsegmenten;
Figur 2b eine Übersicht verschiedener Dichtungsquerschnitte in Ausführungsbeispielen;
Figur 2c eine Übersicht verschiedener Montagemöglichkeiten und Abdichtungsmöglichkeiten in Ausführungsbeispielen; und
Figur 3 ein konventionelles Unterwasserkraftwerk.
Die Figur 1 a zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Lagerkomponente in Form eines Lagerrings 110a, bzw. eines Lagerringsegments 110a. Unter einem Lagerringsegment 110a wird im Folgenden ein Teil eines Lagerrings 110a verstanden. Das Lagerringsegment kann demnach beispielsweise einen gewissen Winkelbereich eines Lagerrings 110a umfassen, d.h. in Ausführungsbeispielen können mehrere gleiche oder auch ungleiche Lagerringsegmente einen Lagerring bilden. Ausführungsbeispiele von Lagerringsegmenten sind nicht auf eine bestimmte Unterteilung eines Lagerrings in Lagerringsegmente beschränkt, es sind beliebige axiale und auch radiale Segmentierungen denkbar. Darüber hinaus können in Ausführungsbeispielen sowohl Radiallager- als auch Axiallagersegmente vorkommen, ein Beispiel eines Radiallagers wird in der Figur la erläutert. In der Figur la ist dabei das gesamte Radiallager 100 mit einem Innenring 110a und einem Außenring 140 in einem Querschnitt dargestellt. In anderen Worten ist der Lagerring 110a, bzw. das Lagerringsegment 1 10a, in dem Ausführungsbeispiel der Figur la als Lagerinnenring 110a, bzw. als Lagerinnenringsegment 110a, ausgeführt. Bei der folgenden Erläuterung von Ausführungsbeispielen wird Bezug auf einen Lagerring genommen, wobei sich die Ausführungen ebenso auf ein Lagerringsegment, auf Lagerscheibensegmente und auf Lagerscheiben beziehen. Auf eine Wiederholung gleicher Ausführungen für einen Lagerring und ein Lagerringsegment kann teilweise zugunsten der Übersichtlichkeit verzichtet werden. Dies betrifft ebenso Ausführungen hinsichtlich eines Flansches bzw. eines Flanschsegmentes.
Die Figur la zeigt darüber hinaus einen Teil der Antriebswelle 130. Das Lagerringsegment 110a für ein Radiallager 100, bzw. allgemein die Lagerkomponente für ein Lager, umfasst eine Befestigungsmöglichkeit zur Befestigung des Lagerringsegments 110a an einem zu lagernden Bauelement 130, wobei das Lagerringsegment 110a eine Ausnehmung 115 für eine Dichtung 119 aufweist, derart dass das Lagerringsegment 110a mit dem zu lagernden Bauelement 130 zumindest wasserdicht verbindbar ist. Selbiges gilt für ein Ausführungsbeispiel eines ganzen Lagerrings 110a bzw. allgemein einer Lagerkomponente, die in Ausführungsbeispielen als Lagersegment 110, 110a, 110b, Lagerscheibensegment, Lagerringsegment 110, 110a, 110b, Lagerring 110, 110a, 110b oder Lagerscheibe ausgebildet sein kann. In der Figur la und im Folgenden sind die einzelnen Komponenten jeweils nur oben in der Figur mit Bezugszeichen versehen. In den Querschnittsansichten sind die Komponenten im unteren Teil der jeweiligen Figur ebenfalls zu erkennen. Die Ausnehmungen 115, 117 können demnach beispielsweise in der Stirnfläche der Komponenten verlaufende geschlossene Nuten sein. Ausführungsbeispiele umfassen auch Lagerkomponenten wie Lagerringe, Lagerscheiben oder Segmente derselben von Axiallagern. Insofern bezeichnet der Begriff Lagerkomponente bei Axiallagern auch Lagerscheiben. Beispielsweise können diese eine Axiallagerscheibe vorsehen, an die eine Antriebswelle 130 befestigt wird. Die Antriebswelle 130 kann z.B. in zwei Teile geteilt sein, zwischen die die Axiallagerscheibe angeordnet wird. Die Axiallagerscheibe kann dann einseitig oder beidseitig Ausnehmungen für Dichtelemente zur Abdichtung der jeweiligen Antriebswellenteile gegenüber der Axiallagerscheibe aufweisen. Beispielsweise kann ein Axiallagerscheibensegment oder eine Axiallagerscheibe zum Einsatz in einem Gleitlager einer Antriebswelle 130 eines Unterwasserkraftwerks angepasst sein. Ausführungsbeispiele können aber auch allgemein den Einsatz in Gleitlagern vorsehen. In Ausführungsbeispielen können auch Dichtungen zwischen den Segmenten vorgesehen sein. Dadurch kann z.B. ein Hinterspülen der Segmente verhindert werden. Darüber hinaus kann eine Dichtung oder ein Dichtmittel zwischen den Segmenten dazu beitragen, einen herstellungs- und/oder montagebedingten Spalt zwischen den Segmenten zu schließen. Dies kann ferner dazu beitragen, Abrisse des Schmierfilms im Betrieb zu reduzieren bzw. zu verhindern. Beispielsweise können hier Dichtlippen zwischen den Segmenten eingesetzt werden. In Ausführungsbeispielen können die Axiallagerscheibensegmente oder Radiallagerringsegmente auch anvulkanisierte Dichtlippen oder Dichtungen aufweisen.
Ferner zeigt die Figur la, dass die Lagerkomponente, d.h. z.B. das Lagerringsegment bzw. der Lagerring 110a eine Beschichtung 125 umfasst, die eine Reibkraft zwischen dem Lagerringsegment 110a und dem zu lagernden Bauteil 130 erhöht. Die Fig. la zeigt dabei die Beschichtung 125 am Beispiel des Innenlagerrings 110a. Darüber hinaus zeigt die Fig. la eine beidseitige Beschichtung 125, d.h. sowohl der Innenlagerring 110a ist gemäß einem Ausführungsbeispiel beschichtet als auch die Antriebswelle 130. Die Antriebswelle selbst weist ferner ebenfalls eine Ausnehmung 117 auf, die in diesem Ausführungsbeispiel der Ausnehmung 1 15 des Lagerrings 1 10a gegenüberliegt. In Ausführungsbeispielen können Ausnehmungen 115, 117 generell als Nuten, Gräben, An- oder Abschrägungen, Beschich- tungsunterbrechungen, Vertiefungen, etc. ausgeführt sein. In Ausführungsbeispielen kann eine Ausnehmung 115, 117 derart ausgebildet sein, dass sich im Zusammenspiel mit dem lagernden Bauteil 130 ein Hohlraum für eine Dichtung 119 ergibt, wie im Folgenden noch näher erläutert werden wird. Im Allgemeinen umfassen Ausführungsbeispiele demnach auch eine Antriebswelle 130 für ein Unterwasserkraftwerk, die eine Ausnehmung 117 für eine Dichtung aufweist, derart dass die Antriebswelle 130 mit einer Lagerkomponente, z.B. einem Lagerringsegment 110a oder einem Lagerring 110a, zumindest wasserdicht verbindbar ist. Die Antriebswelle 130 kann dabei als Hohlwelle oder massiv ausgeführt sein, je nachdem wo sich der abzudichtende Hohlraum im Antriebsstrang befindet. Die Antriebswelle 130 kann eine Beschichtung 125 aufweisen, die eine Reibkraft zwischen der Antriebswelle 130 und einer daran anzubringenden Lagerkomponente, wie einem Lagerringsegment 110a oder einem daran anzubringenden Lagerring 110a, erhöht, wobei die Ausnehmung 117 an die Be- Schichtung 125 grenzt.
Die Lagerkomponente kann mit dem zu lagernden Bauelement 130 gas- oder luftdicht verbindbar sein, d.h. die Verbindung kann derart abgedichtet werden, das auch ein unter Druck stehendes Gas nicht entweicht. Darüber hinaus kann die Abdichtung derart ausge- bildet sein, dass selbst wenn sich im Innern der mit dem Lager abgedichteten Hohlwelle ein Vakuum befindet und die ganze Anordnung sich unter Wasser befindet, kein Wasser ins Innere der Anordnung dringen kann. Der Wasserdruck kann dabei, gerade in größeren Tiefen, erheblich sein. Der Wasserdruck erhöht sich um etwa je lbar pro 10m Wassertiefe. Die Abdichtung kann in Ausführungsbeispielen ausgebildet sein, um einem Wasserdruck von lbar, 5bar, lObar, 20bar, 50bar, 100bar, 200bar, 500bar oder 1000bar standzuhalten. Es sei darauf hingewiesen, dass im Folgenden die Beschichtung in den Figuren jeweils zweiseitig dargestellt ist, Ausführungsbeispiele können aber ebenfalls einseitige Beschich- tungen umfassen. Darüber hinaus ist die Beschichtung in den Figuren der Übersichtlichkeit halber lokal begrenzt dargestellt. In Ausführungsbeispielen kann die Beschichtung auch größere Flächen wie z.B. ganze Seitenflächen oder Oberflächen umfassen.
In Ausführungsbeispielen kann die Lagerkomponente, z.B. das Lagerringsegment 110a oder der Lagerring 110a, als Befestigungsmöglichkeit an einem axialen Ende einen Flansch 120 aufweisen, wobei der Flansch 120 die Ausnehmung 115 und/oder die Be- Schichtung 125 aufweist. In einfachen Ausführungsbeispielen kann die Befestigungsmöglichkeit auch beispielsweise durch Bohrungen realisiert sein. Ein solches Ausführungsbeispiel illustriert die Fig. Ib. Der dort gezeigte Lagerring 110a für ein Radiallager 100 für eine Antriebswelle 130 weist an einem axialen Ende einen Flansch 120 auf, wobei der Flansch 120 die Befestigungsmöglichkeit zur Befestigung des Lagerrings 110a an der An- triebswelle 130 aufweist. Die Befestigungsmöglichkeit kann beispielsweise Befestigungsmittel, wie z.B. Bohrungen, Gewinde, Schweißbolzen, Schweißmuttern, Schrauben, Stege oder Nuten, Klemmen, etc. umfassen. Unter einem Flansch sei hier ein Steg, eine Nase, eine Feder, ein Fortsatz o.ä. verstanden, der zur Befestigung an einem anderen Bauelement dient. Das jeweilige andere Bauelement kann dabei ebenfalls Befestigungsmittel oder Befestigungsmöglichkeiten wie Bohrungen, Gewinde, Schrauben, Schweißbolzen, Stege oder Nuten, Klemmen etc. aufweisen. Darüber hinaus kann der Flansch 120 in Ausführungsbeispielen Nuten, Stege, oder eine Verzahnung aufweisen, um beispielsweise einen sicheren Eingriff an der Antriebswelle 130 und eine gegen ein Verdrehen gesicherte Verbindung mit der Antriebswelle 130 zu erreichen. Die Antriebswelle kann in Ausführungsbeispielen entsprechend ausgebildet sein.
Wie sich aus den Figuren la und lb erkennen lässt, kann das Lagerringsegment 110a oder der Lagerring 110a zur Lagerung einer Antriebswelle 130 eines Unterwasserkraftwerks angepasst sein, wobei die Ausnehmung 115 für die Dichtung 119 angepasst ist, um bei Befestigung an einer Antriebswelle 130, einen Hohlraum der Antriebswelle 130 und/oder ei- nes Lagers abzudichten. In Ausführungsbeispielen kann die Antriebswelle 130 als Hohlwelle oder massiv ausgeführt sein. In Ausführungsbeispielen kann zur Abdichtung des Lagerrings 110a an dessen dem zu lagernden Bauteil abgewendeten axialen Ende, eine weitere Abdichtung vorgesehen sein. Z. B. kann hier eine Art Abdeckung erfolgen oder es kann sich eine Abdeckung mit einem oder durch ein Gehäuse ergeben. Beispielsweise kann sich dann der Hohlraum einer Antriebswelle um denjenigen eines Lagerrings erweitern und durch ein Gehäuse abgeschlossen werden.
In Ausführungsbeispielen kann der Lagerring 110 als Lagerinnenring 110a, wie in den Figuren la und lb gezeigt, oder als Lageraußenring 110b ausgeführt sein. Die Figur lc zeigt ein Ausführungsbeispiel bei dem der Lagerring 110b als Lageraußenring 110b ausgebildet ist. In anderen Worten ausgedrückt, kann der Flansch 120 auch an einem Lageraußenring 110b angebracht sein. In der Figur lc ist der Lagerinnenring mit den Bezugszeichen 140 gekennzeichnet. Die Ausnehmung 115 befindet sich in diesem Ausführungsbeispiel ebenfalls an dem Flansch 120. In einem solchen Ausführungsbeispiel kann die Abdichtung ei- nes Hohlraums der Antriebswelle 130 durch den Flansch 120 selbst erfolgen, insofern kann dieser eine Abdeckung bilden. In anderen Ausführungsbeispielen können die nachfolgenden Komponenten, die in den Figuren nicht gezeigt sind, wie z.B. weitere Wellen, ein Gehäuse oder ein Lager eine Abdichtung des Lagers 100 vorsehen. In weiteren Ausführungs- beispie len kann der Flansch 120 auch an einer Axiallagerscheibe vorgesehen sein. Beispielsweise kann dieser die Antriebswelle 130 umfassen oder auch in diese hineinragen (Hohlwelle) und dabei die Ausnehmung 115 für die Dichtung 119 aufweisen.
Wie in den Ausführungsbeispielen, die in den Figuren la, lb und lc dargestellt sind, zu erkennen ist, kann sich der Flansch 120 entlang der Rotationsachse des Lagers 100, das heißt in axialer Richtung, erstrecken. Wie die oben aufgeführten Ausführungsbeispiele zeigen, kann der Flansch 120 zumindest teilweise die Antriebswelle 130 umschließen und mit dieser beispielsweise verschraubt, vernietet, o.ä. werden. Da in Ausführungsbeispielen auch Hohlwellen zum Einsatz kommen, ist es darüber hinaus denkbar, dass der Flansch 120 auch in die Antriebswelle 130 hineinragt und von innen an der Antriebswelle 130 befestigt wird, wo sich in diesen Fällen dann auch die Ausnehmung 115 für die Dichtung 119 befinden kann. Die Antriebswelle 130 kann in Ausführungsbeispielen über radiale Befestigungsbohrungen verfügen. Je nachdem, ob der Flansch 120 die Antriebswelle 130 innen oder außen überlappt, können die Befestigungsbohrungen, Gewinde oder allgemein die Befestigungsmittel innen oder außen an der Antriebswelle 120 vorgesehen sein.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in der Figur ld gezeigt. Die Figur ld zeigt wiederum ein Radiallager 100 mit einem Lagerring 110a, der hier als Lagerinnenring 110a ausgebildet ist. Die Figur ld zeigt darüber hinaus einen Lageraußenring 140. In diesem Ausfüh- rungsbeispiel ist darüber hinaus der Flansch 120 zu erkennen, der hier auch über eine radiale Ausdehnung verfügt. Die radiale Ausdehnung des Flansches 120 ermöglicht eine Befestigung an der Stirnseite der Antriebswelle 130, die dann beispielsweise Befestigungsbohrungen in axialer Richtung aufweisen kann. An der in radialer Richtung ausgedehnten Seite des Flansches 120 befindet sich in diesem Ausführungsbeispiel auch die Ausneh- mung 1 15. Die Beschichtung 125 kann sich demnach in Ausführungsbeispielen auch auf der Stirnseite des Flansches 120 befinden.
Die Figur le zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem der Lagerring 110b als Lageraußenring 110b ausgebildet ist. Auch hier ist zu erkennen, dass der Flansch 120 neben einer axialen Ausdehnung auch eine radiale Ausdehnung mit entsprechend angeordneter Beschichtung 125 und entsprechend angeordneter Ausnehmung 115 aufweist. Denkbar sind auch andere Ausführungsbeispiele, bei denen der Flansch 120 lediglich eine radiale Ausdehnung aufweist, das heißt nicht primär in axialer Richtung von dem Lagerring 110 weg ragt. In anderen Worten, kann der Lagerring 110 oder die Lagerkomponente in Ausführungsbeispielen einen Flansch 120 aufweisen, der sich in axialer und/oder in radialer Richtung erstreckt und die Beschichtung 125 und/oder die Ausnehmung an einer dem zu lagernden Bauteil 130 zugewandten Seite aufweist. Ausführungsbeispiele können auch eine Lagerkomponente 110, 110a, 110b ein Lagerringsegment 110, 110a, 110b bzw. einen Lagerring 110, 110a, 11 Ob für ein Lager 100 für eine Antriebswelle 130 eines Unterwasserkraftwerks umfassen. Ferner kann an einem axialen Ende ein Flansch 120 oder ein Flanschsegment 120 vorgesehen sein, wobei der Flansch 120 oder das Flanschsegment 120 eine Befestigungsmöglichkeit zur Befestigung des La- gerringsegments 110, 110a, 110b an der Antriebswelle 130 und/oder eine Ausnehmung 115 für eine Dichtung 119 aufweist. Ferner können Ausführungsbeispiele die Beschichtung 125 umfassen, die die Reibkraft zu dem zu lagernden Bauelement 130 erhöht.
Auch das Lagerringsegment 110, 110a, 110b kann als Lagerinnenringsegment 110a oder als Lageraußenringsegment 110b ausgeführt sein. Der Flansch 120 oder das Flanschsegment 120 kann sich in Ausführungsbeispielen in axialer und/oder in radialer Richtung erstrecken. In anderen Worten, kann die Reibkraft zwischen dem Lagerringsegment oder dem Lagerring bzw. der Lagerkomponente 110, 110a, 110b und dem zu lagernden Bauelement 130 entlang der Rotationsachse des Bauelementes 130 erhöht werden, d.h. auf ei- ner axialen Berührungsfläche (Berührungsfläche mit axialer Ausdehnung) mit dem Bauelement 130, wie z.B. in den Figuren lb und lc gezeigt. In weiteren Ausführungsbeispielen, wie z.B. in den Fig. la, ld und le gezeigt, kann die Berührungsfläche auch eine radiale Ausdehnung aufweisen. Die Ausnehmung 115 kann in einer einfachen Unterbrechung der Beschichtung 125 bestehen, d.h. sie kann einfach eine Ausnehmung in der Beschich- tung darstellen. In anderen Ausführungsbeispielen kann die Beschichtung 125 im Bereich der Ausnehmung 115 auch eine geringere Dicke aufweisen, sodass die Ausnehmung 115 beispielsweise als Vertiefung in der Beschichtung ausgeführt sein kann. Ausführungsbeispiele umfassen demnach auch ein Lager 100, z.B. ein Gleit- oder Wälzlager 100, welches eine der oben genannten Lagerkomponenten, wie z.B. Lagerringe 110, 110a, 110b, Lagerscheiben bzw. deren Lagersegmente 110, 110a, 110b aufweist. Die Figur 2a zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem auf der linken Seite ein Ausschnitt eines Lagers 100 gezeigt ist. Von dem Lager 100 ist der Lagerring 110 zu sehen. Es ist ferner zu erkennen, dass der Lagerring 1 10 einen Flansch 120 aufweist, über den der Lagerring 110 an die Antriebswelle 130 befestigt werden kann. Darüber hinaus ist die Be- schichtung 125 an der der Antriebswelle 130 zugewandten Seite des Lagerrings 110 bzw. des Flansches 120 zu sehen. An dieser Seite befindet sich ebenfalls die Ausnehmung 115. Auf der gegenüberliegenden Seite befindet sich auf gleicher Höhe die Ausnehmung 117 der Antriebswelle 130. In diesem Ausführungsbeispiel bilden die beiden Ausnehmungen 115 und 117 eine kreisförmige Nut in der Stoßebene zwischen dem Lagerring 110 und der Antriebswelle. In dieser Nut kann eine beispielsweise kreisförmige Dichtung verlaufen. Der Querschnitt der Nut wird dabei durch die beiden Ausnehmungen 115, 117 gebildet und ist vorliegend rechteckig. In der Figur 2a ist ferner zu erkennen, dass sowohl der Flansch 120 als auch die Antriebswelle 130 über Bohrungen verfügen, über die eine Verschrau- bung vorgenommen werden kann. Beispielsweise können hier Schrauben vom Typ M 4 - 48 zum Einsatz kommen. In Ausführungsbeispielen können die Bohrungen beispielsweise einen Durchmesser größer gleich 3 - 70mm, z. B. 10 mm, 20 mm oder 30 mm aufweisen. In gleicher Weise kann auch eine Lagerscheibe oder deren Segment mit einer Antriebswelle zumindest wasserdicht verbunden werden.
Der Lagerring 110 selbst kann in Ausführungsbeispielen einen Außendurchmesser von beispielsweise 2200 mm aufweisen, wobei in der Figur 2a der Außenradius 155 zur Rotationsachse 145 des Lagers dargestellt ist. Generell kann der Außendurchmesser (doppelter Außenradius 155) auch größer gleich 40, 60, 100, 1000, 2000, 3000, 4000, 6000 oder 10000 mm sein. In einem Ausführungsbeispiel umfasst der Innendurchmesser (der doppelte Innenradius 150) des Lagerrings 110 etwa 1800 mm. In Ausführungsbeispielen kann der Innendurchmesser (doppelter Innenradius 150) des Lagerrings 110 auch größer gleich 20, 30, 50, 500, 1000, 1500, 2000, 3000, 5000 oder 10000 mm sein.
In einem Ausführungsbeispiel kann der Innendurchmesser des Lagermantels 2000 mm umfassen, dies entspricht dem doppelten Innenradius 160 des Lagermantels gemäß Figur 2a. In anderen Worten ausgedrückt, kann der Lagerring 110 eine Mantelstärke von 200 mm aufweisen. In Ausfuhrungsbeispielen sind aber auch doppelte Innenradii 160 des Lagermantels größer gleich 10, 20, 50, 80, 100 , 1000, 2000, 3000, 4000, 6000 oder 10000 mm denkbar. Die Mantelstärke des Lagerrings 110 kann in Ausfuhrungsbeispielen auch größer gleich 10, 30, 50, 100, 200, 300 oder 400 mm sein.
Die Lagerhöhe 170, d.h. die axiale Erstreckung des Lagerrings 110, kann beispielsweise 1000 mm betragen. In Ausführungsbeispielen sind aber auch Lagerhöhen 170 größer gleich 10, 20, 50, 100, 200, 300, 500, 1000, 2000, 3000 oder 4000 mm denkbar.
Wie bereits oben erläutert, können Ausführungsbeispiele auch eine Antriebswelle 130 für ein Unterwasserkraftwerk umfassen, die an zumindest einem axialen Ende Befestigungsmittel oder eine Befestigungsmöglichkeit für den Flansch 120 einer Lagerkomponente, eines Lagerrings 110 oder den Lagerring selbst und die Beschichtung 125 aufweist, sowie eine Ausnehmung 117 für eine Dichtung. Die Antriebswelle 130 kann axiale und oder radiale Bohrungen aufweisen. In anderen Ausführungsbeispielen kann die Antriebswelle 130 selbst wiederum einen Flansch umfassen, um an dem Lagerring 110 oder dessen Flansch 120 befestigt zu werden. Die Ausnehmung 117 kann sich dann auch in dem Flansch der Antriebswelle 130 befinden. In Ausführungsbeispielen kann die Antriebswelle 130 auch Verzahnungen als Befestigungsmittel für den Flansch 120 oder dessen Segmente aufweisen. In weiteren Ausführungsbeispielen kann die Antriebswelle 130 auch Bohrungen und eine zusätzliche Verzahnung aufweisen.
Ausführungsbeispiele umfassen auch ein Unterwasserkraftwerk mit einer Lagerkomponen- te, einem Lagerringsegment 110, 110a, 110b, einem Lagerring 110, 110a, 110b oder einem Lager 100 und einer Antriebswelle 130 gemäß obiger Beschreibung. Alternativ kann ein Ausführungsbeispiel eines Unterwasserkraftwerks auch eine Lagerkomponente, ein Lagerringsegment 110, einen Lagerring 110 oder ein Lager 100 ohne Ausnehmung 115 und eine Antriebswelle 130 ohne Ausnehmung 117 umfassen, sofern diese miteinander mechanisch gekoppelt sind und sich zwischen diesen zur Abdichtung eine Dichtung 119 befindet.
Die Beschichtung 125 kann in Ausführungsbeispielen ein anderes Material als die Lagerkomponente, das Lagerringsegment 110, 110a, 110b, der Lagerring 110, 110a, 110b oder die Antriebswelle 130 umfassen. In Ausführungsbeispielen kann die Beschichtung 125 Ni- ekel, Wolfram, Kobalt, Chrom, Aluminium, Diamant oder einen keramischen Werkstoff umfassen. Die Beschichtung 125 kann generell Partikel mit einer Mohshärte größer gleich 9 aufweisen. In Ausführungsbeispielen können die Lagerkomponente, das Lagerringsegment 110, 110a, 110b, der Lagerring 110, 110a, 110b oder die Antriebswelle 130 einen metallischen, einen keramischen oder einen Mischwerkstoff bzw. einen teilkeramischen Werkstoff umfassen. Die Beschichtung 125 kann in Ausführungsbeispielen einseitig, d.h. entweder auf der Seite der Lagerkomponente, des Lagerrings oder auf der Seite der Antriebswelle, oder auch beidseitig vorgesehen sein.
Die Beschichtung 125 dient dazu, eine Reibkraft und damit den Kraftschluss zu dem zu lagernden Bauelement zu erhöhen. Die Reibbeschichtung 125 kann dabei als Hauptbestandteil ein hochfestes, zähes und hartes Metall aufweisen, wobei die Beschichtung 125 in wenigstens einem Oberflächenbereich mit einer quadratähnlichen Grundfläche mit einer Seitenlänge im Bereich um einen Millimeter herum, durch ein Profil mit vielen spitzen Bergen und Tälern gekennzeichnet sein kann. In diesem Oberflächenbereich kann ein Anteil derjenigen Berge und Täler, die eine zur Grundfläche planparallele Ebene überragen, die vom höchsten Berg einen Abstand im Bereich zwischen 15 und 30 pm aufweist, größer als etwa 20% sein.
Die Topographie der Reibbeschichtung 125, insbesondere bei Ausbildung der Beschichtung als flammgespritzte Molybdänbeschichtung, kann einen hohen Flächentraganteil, beispielsweise größer 20%, sowie große Haftreibungszahlen, beispielsweise größer 0,6 oder sogar größer 0,65 bezogen auf eine Paarung besagter Beschichtung mit einem stählernen Gegenstück, bzw. mit der Stirnseite der Antriebswelle, der Wellenspurscheibe oder der Wellenschulter, aufweisen. Analoges gilt in umgekehrter Konfiguration für einen Lagerring, wenn die Wellenseite beschichtet ist. In Ausführungsbeispielen kann die Reibbeschichtung 125 Partikel mit einer Mohshärte größer gleich 9 und/oder einer vorgebbaren mittleren Korngröße aufweisen. In Ausführungsbeispielen können aber auch Partikel mit einer Mohshärte größer gleich 6, 7 oder 8 vorkommen. Ferner kann die Beschichtung eine Dicke in etwa entsprechend der halben mittleren Korngröße aufweisen. Der Beschichtungsträger, d.h. die unbeschichtete Lager- komponente, das unbeschichtete Lagerringsegment 110, 110a, 110b, der unbeschichtete Lagerring 110, 110a, 110b oder die unbeschichtete Antriebswelle 130 kann eine Vertiefungen umfassende Oberfläche aufweisen. Ein Anteil von ca. 85% oder mehr der Vertiefungen kann gegenüber einer die jeweilige Vertiefung umgebenden Oberf ächenumgebung mit einer Tiefe kleiner ca. 10% und/oder einer Öffhungsweite kleiner gleich ca. 15% der Beschichtungsdicke ausgebildet sein. Die Beschichtung 125 kann auf der Oberfläche des Beschichtungsträgers aufgebracht sein und die Partikel wenigstens in einem unteren, zum Beschichtungsträger hin orientierten Bereich, umschließen. Die Oberfläche des Beschichtungsträgers, kann demnach derart ausgebildet sein, dass die furchenartigen Vertiefungen gegenüber einer die jeweilige Vertiefung umgebenden Oberflächenumgebung, eine Tiefe kleiner ca. 10%> der Beschichtungsdicke und/oder einer Öffnungsweite kleiner ca. 15% der Beschichtungsdicke aufweisen. So kann eine optimale Haftung für die Beschichtung 125 sichergestellt und gleichzeitig verhindert werden, dass Partikel derart in Vertiefungen verschwinden, dass sie nicht zur Reibungserhöhung der Be- schichtungsanordnung beitragen.
Die Reibbeschichtung 125 kann beispielsweise Nickel, Wolfram, Kobalt, Chrom, Aluminium, Diamant oder einen keramischen Werkstoff aufweisen. Die Beschichtung 125 kann beispielsweise aus galvanisch aufgebrachtem Nickel gebildet werden, so dass für den Beschichtungsträger gleichzeitig eine Schutzschicht gegen Korrosion verursachende und andere Umwelteinflüsse erzeugt wird.
Darüber hinaus kann die Beschichtung oder können die Beschichtungen Hartpartikel, ins- besondere Partikel mit dem Härtegrad von Diamant oder kubischem Bor-Nitrat (CBN) oder von Korund oder Carbid, aufweisen. Die Beschichtungen können sich dadurch auszeichnen, dass sie als reibwerterhöhende Beschichtungen die lösbare Verbindung zwischen den Bauteilen verbessern. In Ausführungsbeispielen kann die Beschichtung Zinksilicat umfassen oder die Partikel können z.B. durch Spritzverzinken oder dergleichen entsprechend mit einer reibwerterhö- henden Beschichtung ausgebildet sein. Dadurch, dass die Verbindung spritzverzinkt ist, kann ebenfalls eine zuverlässige, reib-werterhöhende Beschichtung bereitgestellt werden. In Ausführungsbeispielen können als Partikel Hartpartikel, wie z.B. Diamant verwendet werden, wobei die Partikelgröße größer als 30 pm, vorzugsweise mehr als 35 pm betragen kann. Z.B. kann eine Beschichtung 125 galvanisch auf Nickelbasis zur Diamantbeschich- tung mit einer mittleren Partikelgröße von 46 pm (Diamant D46) erzeugt werden.
In Ausführungsbeispielen mit einseitiger Beschichtung 125 kann das Material der Lagerkomponente, des Lagerringsegments 110, 110a, 110b, der Lagerrings 110, 110a, 110b oder der Antriebswelle 130 mit einer größeren Mohshärte und/oder einer größeren Zugfestigkeit gewählt werden als das Material der Antriebswelle 130 oder auch eines Gehäuses, also des zu lagernden Bauelements. Daher können sich die über die Beschichtung 125 hinausragenden Bereiche der Partikel in das zu lagernde Bauelement eindrücken und so die Reibung erhöhen. Die Beschichtung 125 unterhalb der Partikel sowie die Bereiche des Beschich- tungsträgers unterhalb der Partikel können gegenüber dem Eindrücken in das Gegenelement/Bauelement nur geringfügig verformt werden. In beidseitig beschichteten Ausfüh- rungsbeispielen können auch insbesondere eine harte Beschichtung mit den o.g. Eigenschaften und eine weichere Beschichtung, die gerade zum Aufnehmen oder sich Eindrücken der Partikel vorgesehen ist, vorliegen.
In Ausführungsbeispielen können als Reibbeschichtung 125 Partikel in einer oder wenigen Lagen aufgetragen werden, mit einem sich daran anschließenden Fixieren der Partikel durch ein galvanisch aufgebrachtes Metall, insbesondere Nickel, so dass eine Partikellage fixiert wird, wobei beim Auftragen mehrerer Lagen die überschüssigen Lagen beispielsweise durch ein Bürsten nach dem Fixieren entfernt werden können. Beispielsweise ist eine Beschichtung 125 denkbar, bei der aus der Nickelschicht herausragende Partikelberei- che über 25%, oder bis 40% der Oberfläche der Beschichtung ausmachen, womit letztendlich sehr hohe Haftreibungszahlen von größer 0,7 und auch über 0,8 erzielbar sind. Dabei ist unter einlagig zu verstehen, dass bei einem überwiegenden Anteil der beschichteten Oberfläche, insbesondere größer 75%, tatsächlich nur eine Lage von Partikeln fixiert wird, und lediglich in kleineren Teilbereichen der beschichteten Oberfläche die Partikel auch mehrlagig, insbesondere zweilagig anhaften können.
Als Beschichtungsverfahren sind z.B. thermoplastisches Polymerbeschichten, Nanobe- schichten, Plasmabeschichten, Karbidbeschichten, PVD, CVD (Beschichten durch chemisches Gasphasenabscheiden, von engl, chemical vapour depostion), Beschichten mit TiC, TiCN, Ti , AlTiN, DLC (Beschichten mit diamantähnlichem Kohlenstoff, von engl, dia- mond-like carbon), HVOF, etc., denkbar.
Figur 2b zeigt eine Übersicht verschiedener Dichtungsquerschnitte 201 bis 215, wie sie in Ausführungsbeispielen vorkommen können. Die Figur 2b zeigt einen rechteckigen Querschnitt mit einer nach innen gewölbten Seite 201 , einen rechteckigen oder quadratischen Querschnitt 202, einen bauchigen oder ovalen Querschnitt 203, einen trapezförmigen Querschnitt 204, stempeiförmige sich verjüngende Querschnitte 205, 206, einen kreis- oder ringförmigen Querschnitt 207, einen kreuz- oder sternförmigen Querschnitt 208, einen dreieckigen Querschnitt 209, einen trichterförmigen Querschnitt 210, einen lippenartigen Querschnitt 211, einen an zwei Seiten nach innen gewölbten Querschnitt 212, einen an zwei Seiten nach außen gewölbten Querschnitt 213, Querschnitte mit mehreren Dichtlippen oder Fortsätzen 214, 215 etc. Die Vielfalt der gezeigten Querschnittsvarianten deutet bereits darauf hin, dass Ausfüh- rungsbeispiele nicht auf bestimmte Geometrien von Dichtungen beschränkt sein sollen. Beliebige Querschnitte mit beliebigen Anordnungen von Dichtlippen sind denkbar. Als Dichtung können beispielsweise Runddichtringe, eine Dichtschnur, Klebe-Dichtstoffe (z.B. stoffschlüssige Verbindungen, Kleber, Kitte, Elastomere, etc.), Spezialdichtungen, Metallverbunddichtungen, Textildichtungen, aufblasbare Dichtungen, Flachdichtungen, Profildichtungen, Muffendichtungen, etc. verwendet werden. Diese Dichtungen können aus verschiedenen Materialen und aus unterschiedlichen Formen bestehen. Der Einbau kann radial, axial oder auch in Kombination radial und axial sein. Die Figur 2c zeigt verschiedene Bauteile mit den Ausnehmungen 115, 117 und deren Kombination mit der Reibschicht 125 und der Dichtung 119. Die Figur 2c I) zeigt einen Ausschnitt eines Lagerrings 110 bzw. eines Lagerringsegmentes 110, wie es bereits anhand der Figur 2a dargestellt wurde. Dabei sind an den beiden Stirnflächen der Lagerings oder auch des Flansches zwei Ausnehmungen 115 gezeigt, in die entsprechende Dichtungen zur Abdichtung eingebracht werden können. Die Figur 2c II) zeigt einen Ausschnitt eines Lagerrings 110 und einer Antriebswelle 130, wobei in dieser Konstellation die Ausnehmung 117 an der Antriebswelle 130 angebracht ist. Dieses Ausführungsbeispiel illustriert, wie der Lagerring mittels eines die Antriebswelle überlappenden Flansches an diese befestigt werden kann. Die Figur 2c III) illustriert ein Ausführungsbeispiel bei dem die Ausnehmungen 115, 117 an den Kanten der Stirnfläche einer Antriebswelle 130 und eines Lagerrings 110 vorgesehen sind. In der Figur 2c IV) ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem der Lagerring 110 die Antriebswelle 130 überlappt und sowohl Lagerring 110 als auch Antriebswelle 130 an ihren Stirnflächen eine Reibbeschichtung 125 aufweisen. Eine Ausnehmung 117 ist dabei in Form einer Abschrägung am Rand der Stirnfläche der Antriebswelle 130 vorgesehen, so dass sich die Dichtung 119 in den Eckbereich zwischen der Ausnehmung 117 und den Lagerring 110 einbringen lässt. Die Figur 2c V) illustriert ein Ausführungsbeispiel ei- ner Antriebswelle 130 oder eines Lagerrings 110 mit einer Reibbeschichtung 125, die eine Ausnehmung 115, 117 für eine Dichtung 119 aufweist.
Die Figur 2c VI) zeigt eine Verbindung eines Lagerrings 110 und einer Antriebswelle 130, die jeweils eine Reibbeschichtung 125 aufweisen, und mit zwei gegenüberliegenden Aus- nehmungen 1 15, 117 an ihren Stirnflächen einen Spalt für die Dichtung 119 bilden. Die Figur 2c VII) verdeutlicht noch einmal die wirkenden Kräfte in einem Unterwasserszenario. Der Lagerring 110 und die Antriebswelle 130 sind verschraubt, so dass auf diese die Kräfte Fschraub jeweils von der rechten und der linken Seite her wirken. Zwischen den beiden Ausnehmungen 1 15, 1 16 ist so die Dichtung 119 verklemmt. Von außen, d.h. in der Figur aus der Richtung von oben wirkt Wasserdruck oder die Kraft FWasser auf die Dichtung 119 ein. In diesem Ausführungsbeispiel wird von einer mit Gas gefüllten Hohlwelle 130 ausgegangen, so dass auf die Dichtung 119 von innen der Gasdruck oder die Kraft FGas wirkt. In anderen Ausführungsbeispielen kann die Hohlwelle auch unter Vakuum stehen, d.h. einen Unterdruck aufweisen. Für diesen Fall würde die Kraft FGas in die entgegenge- setzte Richtung wirken.
Die Figuren 2c VIII) und 2C IX) zeigen je ein Ausführungsbeispiel eines Unterwasserkraftwerks mit einem Lagerringsegment 110 oder einem Lagerring und einer Antriebswelle 130, die miteinander mechanisch gekoppelt sind und zwischen denen sich zur Abdichtung eine Dichtung 119 befindet. Beide Komponenten weisen dabei eine Reibbeschichtung 125 auf, jedoch keine Ausnehmungen.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
Lagerkomponente, Lager, Antriebswelle und Unterwasserkraftwerk
Eine Lagerkomponente (110; 110a; 110b) für ein Lager (100) einer Wasserturbine, die eine Befestigungsmöglichkeit (120) zur Befestigung der Lagerkomponente (110;110a;l 10b) an einem zu lagernden Bauelement (130) umfasst, wobei die Lagerkomponente (110;110a; 110b) eine Ausnehmung (115) für eine Dichtung (119) aufweist, derart dass die Lagerkomponente (110; 110a; 110b) mit dem zu lagernden Bauelement (130) zumindest wasserdicht verbindbar ist.
Die Lagerkomponente (110; 110a; 110b) gemäß Anspruch 1, die als Lagersegment (110;110a; 110b), Lagerscheibensegment, Lagerringsegment (110; 110a; 110b), Lagerring (110; 110a; 110b) oder Lagerscheibe ausgebildet ist.
Die Lagerkomponente (110; 110a; 110b) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, die mit dem zu lagernden Bauelement (130) gas- oder luftdicht verbindbar ist.
Die Lagerkomponente (110; 110a; 110b) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, die eine Beschichtung (125) umfasst, die eine Reibkraft zwischen der Lagerkomponente (110;110a;110b) und dem zu lagernden Bauteil (130) erhöht und die Ausnehmung (115) an die Beschichtung (125) grenzt.
Die Lagerkomponente (110; 110a; 110b) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, die als Befestigungsmöglichkeit an einem axialen Ende einen Flansch (120) aufweist, wobei der Flansch (120) die Ausnehmung (115) oder die Beschichtung (125) aufweist.
6. Die Lagerkomponente (110; 110a;l 10b) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, die zur Lagerung einer Antriebswelle (130) eines Unterwasserkraftwerks angepasst ist, wobei die Ausnehmung (115) für die Dichtung (119) angepasst ist, um bei Befestigung an einer Hohlwelle als Antriebswelle (130), den Hohlraum der Antriebswelle (130) abzudichten.
7. Ein Lager (100) mit einer Lagerkomponente (110; 110a;l 10b) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche.
8. Eine Antriebswelle (130) für ein Unterwasserkraftwerk, die eine Ausnehmung (117) für eine Dichtung aufweist, derart dass die Antriebswelle (130) mit einer Lagerkomponente (110;110a; 110b) zumindest wasserdicht verbindbar ist und/oder wobei die Antriebswelle (130) als Hohlwelle ausgeführt ist.
9. Die Antriebswelle (130) gemäß Anspruch 8, die eine Beschichtung (125) aufweist, die eine Reibkraft zwischen der Antriebswelle (130) und einer daran anzubringenden Lagerkomponente erhöht, wobei die Ausnehmung (117) an die Beschichtung (125) grenzt.
10. Ein Unterwasserkraftwerk mit einer Lagerkomponente (110; 110a;l 10b) und einer Antriebswelle (130) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Lagerkomponente (110;110a;110b) oder das Lager (100) mit der Antriebwelle (130) zumindest wasserdicht verbunden ist oder mit einer Lagerkomponente, einem Lagerringsegment (110;110a; 110b), einem Lagerring (110;110a; 110b) oder einem Lager (100) und einer Antriebswelle (130), die miteinander mechanisch gekoppelt sind und zwischen denen sich zur Abdichtung eine Dichtung (119) befindet.
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