WO2011006471A1

WO2011006471A1 - Lageranordnung mit einem mediengeschmierten lager

Info

Publication number: WO2011006471A1
Application number: PCT/DE2010/000779
Authority: WO
Inventors: Johannes Bedenk
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2009-07-17
Filing date: 2010-07-06
Publication date: 2011-01-20
Anticipated expiration: 2012-01-17
Also published as: DE102009033624A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung für ein mediengeschmiertes Lager (1), umfassend eine Welle (2), die um eine Drehachse (3) drehbar in einem Lagergehäuse gelagert ist, ein von einem Schmiermedium, insbesondere Wasser, durchströmtes Lager (1), mit dem die Welle (2) an dem Lagergehäuse gelagert ist, ein mit der Welle (2) drehfestes Förderelement (4), eine radial gerichtete Einlassöffnung (5) für das Schmiermedium, eine Auslassöffnung (6) für mit Partikeln befrachtetes Schmiermedium, und eine Zuführleitung (7) für das Schmiermedium zu dem Lager (7). Die Aufgabe, eine Lageranordnung für ein mediengeschmiertes Lager anzugeben, die einfach ausgestaltet und wartungsfreundlich ist, wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Einlassöffnung (5) sich im Bereich einer Verzweigung (14) in eine zu der Auslassöffnung (6) führenden Auslassleitung (15) und in die Zuführleitung (7) teilt, dass die Auslassleitung (15) sich zu der Auslassöffnung (6) hin verjüngt, und dass in der Zuführleitung (7) angrenzend an die Verzweigung (14) ein Filterelement (16) angeordnet ist.

Description

Bezeichnung der Erfindung

Lageranordnung mit einem mediengeschmierten Lager

Beschreibung

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung nach dem Oberbegriff des An- Spruchs 1 mit einem mediengeschmierten, also von einem Schmiermedium durchströmten, Lager.

Aus der Praxis sind mediengeschmierte Lager, also von einem Schmiermedium wie insbesondere Wasser durchströmte Lager, grundsätzlich bekannt. Dabei ist erforderlich, dem Lager gereinigtes, also von Partikeln und Verunreinigungen befreites Schmiermedium, insbesondere also Wasser, zuzuführen. Zur Entfernung von gröberen Partikeln, die eine höhere Dichte als das Schmiermedium aufweisen, sind Rotationsabscheider bekannt. Zur Beseitigung von anderen Partikeln, speziell Schwebstoffen, deren Dichte nicht we- sentlich von der Dichte des Schmiermediums abweicht, sind Filter bekannt, die dem Lager einströmseitig vorgeschaltet werden. Derartige Filter erfordern in regelmäßigen Zeitabständen eine Wartung, da die Filter zur Verstopfung neigen. Eine derartige regelmäßige Wartung erweist sich beispielsweise bei einer Lageranordnung für die Hauptwelle eines Meeresströmungskraftwerk als umständlich, da der Filter nicht ohne weiteres zugänglich ist. DE 10 2007 003 618 A1 beschreibt als erstes Ausführungsbeispiel (Fig. 2) eine Lageranordnung für ein mediengeschmiertes Lager. Die Lageranordnung umfasst eine Welle, die drehbar in einem Lagergehäuse gelagert ist, ein von einem Schmiermedium, nämlich Wasser, durchströmtes Lager, mit dem die Welle an dem Lagergehäuse gelagert ist, und eine axial, also paral- IeI zu die Drehachse der Welle, ausgerichtete Einlassöffnung für das Schmiermedium, die bei der Drehung der Welle einen Sog auf das umgebende Wasser entfaltet. In einer gedachten Verlängerung der Drehachse ist ein Filter und diesem strömungsmäßig nachgeschaltet eine Filterpumpe vorgesehen, wobei die Filterpumpe Wasser durch den Filter in die erst axial, dann radial, von der Drehachse der Welle fort gerichtete Zuführleitung zu den beiden zu schmierenden Lagern fördert. Der strömungsmäßig vorgeschaltete Filter erfordert eine hohe Pumpleistung der Filterpumpe, insbesondere dann, wenn der Filter verschmutzt ist, da andernfalls die Schmierung der Lager mit dem Wasser beeinträchtigt wird bzw. ausbleibt. Die Lageran- Ordnung weist einen hohen Platzbedarf in axialer Richtung auf.

DE 10 2007 003 618 beschreibt als zweites Ausführungsbeispiel (Fig. 3) eine Lageranordnung für ein mediengeschmiertes Lager, wobei Wasser als Schmiermedium vorgesehen ist. Die Lageranordnung umfasst eine Welle, die drehbar in einem Lagergehäuse gelagert ist, ein von dem Wasser durchströmtes Lager, mit dem die Welle an dem Lagergehäuse gelagert ist, sowie eine radial zu der Drehachse der Welle gerichtete Einlassöffnung für das Wasser, das über eine abschnittsweise radial, also senkrecht zu der Drehachse, gerichtete Zuführleitung zu dem Lager geführt wird. Die Lageranord- nung umfasst weiter eine Auslassöffnung für mit Partikeln befrachtetes Wasser sowie ein mit der Welle drehfestes Fördermittel, das als zu der Welle hin konisch zulaufender, mit der Drehachse der Welle fluchtend ausgerichter Trichter ausgebildet ist, wobei der Trichter eine Förderwirkung entfaltet. Die Einlassöffnung für die Zuführleitung ist an der schmälsten Stelle des Trichters vorgesehen. Die Auslassöffnung ist von der Einlassöffnung in radialer und in axialer Richtung beabstandet ausgebildet und an der breitesten Stelle des Trichters vorgesehen. Die Auslassöffnung ist sich konisch verbreiternd ausgebildet und im wesentlichen radial gerichtet. In dem Wasser mitgeführte Partikel werden entlang der sich konisch von der Welle weg verbreitenden Wandung des Trichters zu der Auslassöffnung geführt, sofern diese nicht zufällig in die Einlassöffnung der Zuführleitung gelangen.

Aufgabe der Erfindung

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Lageranordnung für ein medienge- schmiertes Lager anzugeben, die einfach ausgestaltet und wartungsfreundlich ist.

Zusammenfassung der Erfindung

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß für die Lageranordnung gemäß Anspruch 1 dadurch gelöst, dass die Einlassöffnung sich im Bereich einer Verzweigung in eine zu der Auslassöffnung führenden Auslassleitung und in die Zuführleitung teilt, dass die Auslassleitung sich zu der Auslassöffnung hin verjüngt, und dass in der Zuführleitung angrenzend an die Verzweigung ein Filterelement angeordnet ist.

Die Auslassleitung mit der Auslassöffnung sowie die Zuführleitung, die zu dem Lager führt, weisen einen gemeinsamen Einlass, nämlich die Einlass- Öffnung, auf. Der gemeinsame, der Auslassöffnung und der Zuführleitung einströmseitig vorgeschaltete Einlass teilt sich im Bereich der Verzweigung in die Auslassleitung und in die Zuführleitung. Die zu der Auslassöffnung führende Auslassleitung sowie die zu dem Lager führende Zuführleitung weisen strömungsmäßig vorgeschaltet einen gemeinsamen Abschnitt, nämlich die Einströmöffnung, auf, so dass das durch die Einströmöffnung eintretende Schmiermedium, wenn es durch die Aus- lassleitung zu der Auslassöffnung geführt wird, im Bereich der Verzweigung an dem Anfangsabschnitt der Zuführleitung mit dem Filterelement vorbeigeführt wird.

Die sich verjüngende Auslassleitung ermöglicht die Ausbildung einer Druck- differenz zwischen der Einlassöffnung und der Auslassöffnung für den mit Partikeln befrachteten Teilstrom, der an dem Lager vorbeigeführt wird, so dass über die Auslassöffnung die Partikel unter Druck austreten können und insbesondere auch bei geringen Drehzahlen der Welle Partikel sicher fortgeleitet werden können.

Die im Bereich der Verzweigung von der Einlassöffnung abzweigende Zuführleitung weist ebenfalls einen Überdruck auf. Das in der Zuführleitung angrenzend an die Verzweigung angeordnete Filterelement wird von dem in der Auslassleitung geführten Teilstrom angeströmt, wobei der in der Auslass- leitung geführte Teilstrom das Filterelement reinigt und zumindest gröbere Verunreinigungen von dem Filterelement zu der Auslassöffnung leitet. Damit verlängert sich die Wartungszeit für das Filterelement. Das Filterelement kann dabei eine faserige Filtermasse bzw. ein grobes Sieb umfassen. Die Auslassleitung kann sich über ihre gesamte Erstreckung zwischen der Verzweigung und der Auslassöffnung verjüngen, insbesondere ihren Strömungsquerschnitt konisch verengen.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Auslassleitung sich insbesondere im Bereich der Verzweigung verjüngt. Dabei verengt sich der Strömungsquerschnitt der Auslassleitung in unmittelbarer Nähe des Einlasses der Zuführleitung, also auch in Nähe des Filterelementes, so dass nahe dem Filterele- ment eine starke Druckdifferenz auftritt, die zu der Auslassöffnung führt, und die Befreiung des Filterelementes von gröberen Partikeln erleichtert.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Auslassleitung die Welle abschnitts- weise im wesentlichen umlaufend ausgebildet ist. Die Auslassleitung ist dabei als abschnittsweiser Ringkanal ausgebildet, insbesondere lassen sich mehrere Ringkanäle, speziell zwei Ringkanäle vorsehen, deren jeder die Welle um einen annähernd halben Kreisumfang, also um ca. 170°, umläuft, und eine axial von dem Lager fort weisende Auslassöffnung aufweist. An der Auslassöffnung tritt das mit den Partikeln befrachtete Schmiermittel dann annähernd tangential zu der Umfangsrichtung der Welle aus, so dass die Partikel nicht mehr in den Bereich gelangen, aus den das Förderelement das Schmiermittel hin zu der Einlassöffnung fördert. Die Förderung der Partikel an der Auslassöffnung fort von dem Lager und insbesondere fort von der Einlassöffnung wird noch dadurch unterstützt, dass sich die Auslassleitung im Bereich der Auslassöffnung erst verjüngt, um eine hohe Druckdifferenz zu ermöglichen, und dann verbreitet.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Förderelement eine im wesentlichen flache Förderscheibe umfasst, die Leitflächen zur Ablenkung der Strömung aufweist, und dass die Einlassöffnung zu einem Rand der Förderscheibe hin ausgerichtet ist. Die flache Ausbildung des Förderelementes durch die Förderscheibe ermöglicht eine nur geringe Erstreckung des Förderelementes in axialer Richtung. Die Leitflächen sowie die Ausrichtung der Einlassöffnung zu dem Rand der Förderscheibe stellen sicher, dass dass auch bei geringer Drehzahl der Welle eine ausreichende Versorgung des Lagers mit dem Schmiermittel möglich ist.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass dass die Einlassöffnung als Einlass einer im wesentlichen radial auf das Förderelement weisenden Einlassleitung ausgebildet ist.. Die Einlassleitung ist eine gemeinsame Leitung, in die das Schmiermittel durch die Einlassöffnung tritt, bevor es zu der Verzweigung gelangt. Die Einlassleitung ermöglicht die Aufnahme desjenigen Bruchteils des Schmiermediums, das von dem Förderelement von der Welle fort beschleunigt wurde. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Zuführleitung, die Verzweigung und die Auslassleitung mit der Auslassöffnung an der Lageraufnahme angeordnet sind. Die Zuführleitung, die Verzweigung und die Auslassleitung sind jeweils als Bohrungen in dem Korpus der Lageraufnahme ausgebildet. Es versteht sich, dass die Zuführleitung, die Verzweigung und die Auslasslei- tung in einer Baueinheit vorgesehen sein können, die an der Umgebungskonstruktion fest angeordnet ist, so dass sich die Montage der Welle an der Umgebungskonstruktion vereinfacht.

Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den abhängigen Ansprü- chen sowie der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung näher beschrieben und erläutert.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Rg. 1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Lageranordnung.

Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen

Hg. 1 zeigt eine Lageranordnung für ein mediengeschmiertes Lager 1. Die Lageranordnung umfasst eine Welle 2, die um eine Drehachse 3 drehbar in einem nicht weiter dargestellten Lagergehäuse gelagert ist, das von einem

Schmiermedium, nämlich Wasser, durchströmte Lager 1 , mit dem die Welle 2 an dem Lagergehäuse gelagert ist, ein mit der Welle 2 drehfestes Förderelement 4, eine bezogen auf die Drehachse 3 radial gerichtete Einlassöffnung 5 für das Wasser, eine Auslassöffnung 6 für mit Partikeln befrachtetes Wasser, und eine Zuführleitung 7 für das Wasser zu dem Lager 1. Dabei ist das Lager 1 als Wälzlager ausgebildet. Mit der Welle 2 ist drehfest ein Rotor 8 einer nicht weiter dargestellten Anlage zur Energieerzeugung verbunden. Der Rotor 8 ist insbesondere Bestandteil Meeresströmungskraftwerks, bei dem der Rotor 8 durch die Meeresströmung in Drehung um die Drehachse 3 versetzt wird.

Bezüglich der Drehachse 3 lässt sich eine axiale Richtung, die parallel zu der Drehachse 3 ausgerichtet ist, und eine radiale Richtung, die senkrecht zu der Drehachse 3 ausgerichtet ist, definieren. Das Wasser strömt dabei in axialer Richtung, also im wesentlichen parallel zu der Drehachse 3 der Welle 2, an.

Das Lager 1 lagert einen Endabschnitt 9 der Welle 2. An diesem Endabschnitt 9 ist das Förderelement 4 drehfest angeordnet. Das Förderelement 4 umfasst eine im wesentlichen flache Förderscheibe 10, an deren, dem anströmenden Wasser zugekehrten Seite 11 Leitflächen 12 zur Ablenkung der Strömung vorgesehen sind, wobei die Einlassöffnung 5 zu einem Rand der Förderscheibe 10 hin ausgerichtet ist. Entlang der Erstreckung der Drehachse 3 sind die Einlassöffnung 5 und die Förderscheibe axial auf der gleichen Höhe ausgerichtet angeordnet. Die Einlassöffnung 5 ist an einem im wesentlichen radial auf das Förderelement 4, insbesondere auf den Rand der Förderscheibe 10, weisenden Ein- lass einer Einlassleitung 13 angeordnet. Bei der Querschnittsdarstellung aus Fig. 1 sind zwei Einlassleitungen dargestellt, deren eine mit dem Bezugszeichen ,13' versehen ist. Die beiden Einlassleitungen sind gleichartig aufge- baut und stehen von der Lageraufnahme radial in Richtung der Welle 2 bzw. der Drehachse 3 vor. Die Einlassleitung 13 weist einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt entlang ihrer gesamten Erstreckung auf. Die durch die Einlassleitung 13 radial, in Richtung auf die Drehachse 3 verlängerte Einlassöffnung 5 teilt sich im Bereich einer Verzweigung 14 in eine zu der Auslassöffnung 6 führenden Auslassleitung 15 und in die Zuführleitung 7. Im Bereich der Verzweigung 14 tritt eine Gabelung der Einlassöff- nung 5 bzw. der Einlassleitung 13 auf, wobei das in die Einlassöffnung 5 eingetretene bzw. in der Einlassleitung 13 befindliche Wasser entweder in die Auslassleitung 15 hin zu der Auslassöffnung 6 oder in die Zuführleitung 7 hin zu dem Lager 1 gelangt. An der Verzweigung 14 wird das Wasser um ca. 90° abgelenkt und tritt entweder axial in die Zuführleitung 7 oder axial in die Auslassleitung 15 über. Die Auslassleitung 15 weist in axialer Richtung eine nur geringe Erstreckung auf und umläuft die Welle 2 im wesentlichen als Ringkanal. Zu den zwei Einlassleitungen, deren eine mit dem Bezugszeichen ,13' versehen ist, gehört je eine Auslassleitung, deren eine mit dem Bezugszeichen ,15' versehen ist, wobei die beiden Auslassleitungen gleichartig aus- gebildet sind. Die Auslassleitungen 15 umlaufen die Welle 2 im wesentlichen um einen annähernden Halbkreis, also einen Winkel von ca. 170°, unter einem geringen Versatz in axialer Richtung, fort von dem Lager 1.

Die Auslassleitung 15 verjüngt sich zu der Auslassöffnung 6 hin, so dass sich der Strömungsquerschnitt der Auslassleitung 15 zwischen der Verzweigung 14 und der Auslassöffnung verengt. Diese Verengung ist unstetig ausgebildet, wobei die Verengung im Bereich der Auslassöffnung 6 verstärkt ist. Die Auslassöffnung 6 ist so ausgerichtet, dass das mit den Partikeln befrachtete Wasser im wesentlichen tangential zu dem Umfang der Welle 2 ausge- lassen wird, so dass das Wasser an der Auslassöffnung 6 im wesentlichen senkrecht zu der Papierebene der Darstellung von Fig. 1 aus der Auslassöffnung 6 austritt. Die Auslassleitung 15 verjüngt sich insbesondere auch in dem an die Verzweigung 14 angrenzenden Bereich, so dass Wasser, das aus der Verzweigung 14 in den Beginn der Auslassleitung 15 übertritt, einen verengten Querschnitt passiert und eine Beschleunigung erfährt, die eine Druckerhöhung im Bereich der Verzweigung 14 sowie einen Sog in die Auslassleitung 15 hinein bewirkt. Zwischen dem verengten Querschnitt im Be- reich der Verzweigung 14 und der Auslassöffnung 6 verjüngt sich der Querschnitt der Auslassleitung 15 wenig und kann ggf. konstant bleiben.

In der Zuführleitung 7 ist angrenzend an die Verzweigung 14 ein Filterele- ment 16 angeordnet, so dass Wasser, das von der Verzweigung 14 in die Zuführleitung 7 eintritt, zuerst das Filterelement 16 passieren muss. Das Filterelement 16 umfasst ein Sieb mit einer Patrone aus einem feineren Filtermaterial, insbesondere einem Filtervlies. Der Sog in dem Bereich der Verzweigung 14 hin zu der Auslassleitung 15 bewirkt, dass in dem Filterelement 16 festgehaltenes Material, insbesondere gröbere Partikel, aus dem Filterelement 16 herausgezogen und in die Auslassleitung 15 geführt werden, so dass das Filterelement 16 teilweise gereinigt wird.

Die Zuführleitung 7 umfasst einen ersten axialen Teilabschnitt 17, der im wesentlichen um einen Winkel von ca. 90° in einen zweiten, radialen Teilabschnitt 18 übergeht, wobei der zweite Teilabschnitt 18 zu dem Lager 1 führt. Wasser, das das Lager 1 durchströmt hat, wird durch eine radial von der Welle 2 fort weisende Ausströmleitung 19 fort geführt. Die Zuführleitung 7, die Verzweigung 14 und die Auslassleitung 15 mit der Auslassöffnung 6 sind an der Lageraufnahme angeordnet, insbesondere sind die Zuführleitung 7, die Verzweigung 14 und die Auslassleitung 15 mit der Auslassöffnung 6 als Bohrungen in einem Bauteil ausgebildet, wobei das Bauteil auch einen Bestandteil des Lagers 1 sowie die Ausströmleitung 19 umfasst, und wobei das Bauteil an eine nicht dargestellte Umgebungskonstruktion der Welle 2 fest angeordnet ist, so dass das Bauteil mit der Lageraufnahme, an der die Welle 2 drehbar gelagert ist, befestigt ist.

Die Erfindung wurde vorstehend anhand eines Ausführungsbeispiels be- schrieben, bei dem die Einlassöffnung 5 als Einlass der Einlassleitung 13 ausgebildet war. Es versteht sich, dass die Einlassleitung 13 fortgelassen werden kann, so dass Wasser, das in die Einlassöffnung 5 gelangt, sich di- rekt in der Verzweigung 14 befindet und entweder in die Auslassleitung 15 oder in die Zuführleitung 7 gelangen kann. In diesem Fall weisen, wie auch in dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel, die Auslassleitung 15 und die Zuführleitung 7 einen gemeinsamen, einströmseitig vorgeschalteten Ein- lass, nämlich die Einlassöffnung 5, auf.

Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wies die Einlassleitung 13 einen entlang ihrer Erstreckung kreisförmigen, insbesondere konstanten Strömungsquerschnitt auf. Es versteht sich, dass der Strömungs- querschnitt auch der Einlassleitung 13 sich hin zu der Verzweigung 14 verjüngen kann. Es versteht sich weiter, dass auch in der Zuführleitung 7 vorgesehen sein kann, dass sich der Strömungsquerschnitt in Richtung auf das Lager 1 verjüngen kann, insbesondere in dem axial gerichteten ersten Teilabschnitt 17 der Zuführleitung 7.

Bezugszeichenliste

1 Lager

2 Welle

3 Drehachse

4 Förderelement

5 Einlassöffnung

6 Auslassöffnung

7 Zuführleitung

8 Rotor

9 Endabschnitt der Welle 2

10 Förderscheibe

11 Seite der Förderscheibe

12 Leitfläche

13 Einlassleitung

14 Verzweigung

15 Auslassleitung

16 Filterelement

17 erster Teilabschnitt der Zuführleitung 7

18 zweiter Teilabschnitt der Zuführleitung 7

19 Ausströmleitung

Claims

Patentansprüche

1. Lageranordnung für ein mediengeschmiertes Lager (1 ), umfassend eine Welle (2), die um eine Drehachse (3) drehbar in einem Lagergehäuse gelagert ist,

ein von einem Schmiermedium, insbesondere Wasser, durch- strömtes Lager (1), mit dem die Welle (2) an dem Lagergehäuse gelagert ist,

ein mit der Welle (2) drehfestes Förderelement (4), eine radial gerichtete Einlassöffnung (5) für das Schmiermedi- um,

eine Auslassöffnung (6) für mit Partikeln befrachtetes Schmiermedium, und

eine Zuführleitung (7) für das Schmiermedium zu dem Lager

(7),

dadurch gekennzeichnet,

dass die Einlassöffnung (5) sich im Bereich einer Verzweigung (14) in eine zu der Auslassöffnung (6) führenden Auslassleitung (15) und in die Zuführleitung (7) teilt,

dass die Auslassleitung (15) sich zu der Auslassöffnung (6) hin ver- jungt, und

dass in der Zuführleitung (7) angrenzend an die Verzweigung (14) ein

Filterelement (16) angeordnet ist.

2. Lageranordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassleitung (15) sich insbesondere im Bereich der Verzweigung (14) verjüngt.

3. Lageranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassleitung (15) die Welle (2) abschnittsweise im wesentlichen umlaufend ausgebildet ist.

4. Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn- zeichnet, dass das Förderelement (4) eine im wesentlichen flache

Förderscheibe (10) umfasst, die Leitflächen (12) zur Ablenkung der

Strömung aufweist, und dass die Einlassöffnung (5) zu einem Rand der Förderscheibe (10) hin ausgerichtet ist.

5. Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlassöffnung (5) als Einlass einer im wesentlichen radial auf das Förderelement (4) weisenden Einlassleitung (13) ausgebildet ist.

6. Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführleitung (7), die Verzweigung (14) und die Auslassleitung (15) mit der Auslassöffnung (6) an der Lageraufnahme angeordnet sind.