WO2012080096A2 - Axiallagerscheibensegment, axiallagerscheibe, antriebswelle und montageverfahren - Google Patents

Axiallagerscheibensegment, axiallagerscheibe, antriebswelle und montageverfahren Download PDF

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bearing
axial bearing
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Hubert Herbst
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    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • Thrust washer segment Thrust washer segment, thrust washer, drive shaft and
  • the present invention is in the field of low-maintenance support of drive shafts, in particular 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.
  • DE102009005556A1 discloses a concept for flushing of underwater power plants, which consciously dispenses with encapsulation of the bearings used.
  • the area in direct contact with the surrounding water is to be protected against excessive sediment.
  • 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, as a result of which sediments and preferably an initially present growth are transported to the outside.
  • a concept for optimized power control and control of underwater power plants is disclosed in DE102008053732B3.
  • DE102008031615A1 shows a generator assembly 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.
  • DE102008061912 AI deals with bearing pads, for example, for seawater suitable bearings. For a hydrodynamically building up lubricating film and the associated parabolic pressure development for soft or elastic sliding linings, a concave deflection occurs in the central area.
  • DE102008006899A1 discloses a concept for supporting a drive shaft of an underwater power plant.
  • a bearing arrangement is provided for supporting a shaft of a device for generating energy from a water flow, the bearing arrangement comprising at least one radial sliding bearing and at least one axial sliding bearing, and wherein the bearing arrangement can be lubricated by externally penetrating water.
  • FIG. 3 shows a schematic structure of an underwater power plant.
  • FIG. 3 shows a machine nacelle 300 with a segmented structure.
  • a hood 305 and a propeller-shaped water turbine 310 adjoin the machine nacelle 300 in the front region.
  • the nacelle 300 includes two segments 315 and 320 that contain the drive shaft 325.
  • 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 sliding bearing 345 In the front side of the drive shaft 325 facing the water turbine 310 there is a radial sliding bearing 345.
  • a radial sliding bearing 350 In the rear region of the drive shaft 325 facing the generator 335 there is another radial sliding bearing 350. Axial forces of the drive shaft are absorbed by the two axial sliding bearings 355 and 360 axially supporting the track pulley 365 connected to the drive shaft 325.
  • the plain bearings 345, 350, 355 and 360 can be carried out seawater resistant, in particular water lubricated. This makes it possible to flood the entire interior of the nacelle 300 and to dispense with elaborate seals, especially the bearings.
  • the sliding bearings used 345, 350, 355 and 360 are partially realized directly on the drive shaft 325.
  • the shaft 325 may typically have a continuous outer diameter of about 100-6000 mm, with a maximum power of the entire system of about 50 kW - 15 MW.
  • the resulting end faces of the paragraph serve as a surface for the thrust bearings 355,360 of the shaft. On these two surfaces a very hard coating is applied and this then represents each a disc of Axialgleitlagers.
  • the high-speed flame spraying can be used (also HVOF, derived from high-velocity oxygen-fuel) or another thermal coating method for surface treatment, such as plasma coating, nano-coating, PVD coating (Physical Gasphasenab divorce, of English, physical vapor deposition), etc.
  • HVOF high-velocity oxygen-fuel
  • PVD coating Physical Gasphasenab divorce, of English, physical vapor deposition
  • a core idea of the present invention lies in the realization that, in particular in underwater power plants, a mechanical decoupling of thrust bearing and drive shaft can take place.
  • a thrust washer which in turn can be divided into individual Axiallagerusion segments.
  • the thrust washer can be segmented into n parts.
  • the segments or the bearing disk can then For example, by screws, rivets, gluing, plugging etc. are attached to the front sides of the shaft shoulder, a welding of the disc is not necessary.
  • Advantages can also be achieved in that the thrust bearing can be coated arbitrarily.
  • the thrust bearing can be manufactured separately. This reduces the weight of the shaft and the weight of the thrust bearing. Overall, the entire logistics effort and thus the costs can be reduced. Where previously only a heavy component (shaft with bearing) could be machined, two separate components can now be processed. As a result, the use of smaller production facilities is thus made possible, the manufacturing precision can be increased.
  • the thrust bearing can be individually coated separately and there are other Be harshungsz such. Diving / bath treatment. Any coating method may be used, such as e.g. Plasma coatings, nano coatings, PVD coating (physical vapor deposition, English, physical vapor deposition) etc. After the thrust bearing is now mechanically decoupled from the shaft shoulder, this, or their segment, can now be handled separately and processed, thereby result many new editing options such as Coating options.
  • the disadvantages of the conventional solutions can be overcome, since it no longer comes to material distortion by welding, for example, and also no cleaning of the welded components is more necessary. Furthermore, a direct coating on the shaft surface is no longer necessary.
  • Figure 1 shows an embodiment of a thrust washer with multiple Axiallagerangledn- segments
  • Figure 2a shows an embodiment of a thrust washer
  • FIG. 2b shows an exemplary embodiment of an assembly method with reference to a flowchart
  • Figure 3 is a conventional underwater power plant.
  • Figure 1 shows an embodiment of a thrust washer segment 100 for a driveshaft shoulder of a drive shaft, where the thrust washer segment 100 corresponds to a ring segment and has attachment means 110 for attachment to the drive shaft shoulder. It can be seen in FIG. 1 that a plurality of axial bearing disk segments 100 can form an axial bearing disk 105.
  • the attachment option 110 may include attachment means, thereby, for example, holes / recesses or bolts of any geometry (round, square, triangular, oval, T-shaped cross-section, etc.) occur.
  • the fastening means may also comprise grooves or webs, for example, dovetailed guides or grooves may be provided.
  • FIG. 2a shows a section of an underwater power plant with a drive shaft 130 which has a shaft shoulder 120 or a shaft shoulder.
  • the shaft shoulder here has on both sides depending on an embodiment 100a or 100b of a thrust bearing disc segment 100 or a whole Axiallageremia 105, which guide the drive shaft 130 in the axial direction.
  • the thrust washer segment 100 may include mounting holes as a fastening option or attachment means 110.
  • the mounting holes can in turn be countersunk in some embodiments and adapted to receive countersunk screws or the mounting holes can be adapted for receiving countersunk sleeves.
  • seals may be provided in the mounting holes to prevent penetration of, for example, water into the bore.
  • security mechanisms may be provided for the screws, such as bonds, Dehnspanndübel, Ball-Lock, Lockbolts, etc.
  • terminals or recesses may be used for clamping.
  • welding studs, weld nuts, screws or similar can also be used. be used.
  • the thrust washer segment 100 may be adapted for use in a sliding bearing of a drive shaft 130 of an underwater power plant. However, embodiments may also generally provide for use in axial plain bearings. In embodiments, seals may also be provided between the thrust washer segments 100. As a result, for example, a backwashing of the segments can be prevented. In addition, 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. For example, sealing lips can be inserted between the segments here. In exemplary embodiments, the axial bearing disk segments can also have vulcanized sealing lips or seals.
  • the thrust washer segment 100 may be a ring segment of a ring having an inside diameter greater than or equal to 50, 500, 1000, 1500, 2000, 3000, 5000 or 10000 mm and an outside diameter greater than or equal to 75, 750, 1500, 2250, 3000, 4500, 7500 or 15000 mm correspond.
  • the axial bearing disk segment or the axial bearing disk can have an edge thickness 115, cf. Figure 1, of about 650mmm have. In execution examples However, edge strengths 115 greater than or equal to 25, 50, 100, 250, 500, 750, 1000, 1500, 2000, 2500 or 5000 mm can also occur.
  • An axial bearing disk segment 100 may have a weight of about 1 kg - 1 1
  • a thrust washer 105 may have a weight of about 2 kg - 5 t.
  • the thickness of a thrust washer segment or a thrust washer may be about 1-100 mm.
  • Embodiments may also include an axial bearing washer 105 for a drive shaft shoulder 120 of a drive shaft 130, wherein the axial bearing washer 105 corresponds to a ring and has attachment means 110 for attachment to the drive shaft shoulder.
  • the thrust washer 105 may be formed in one piece or in several pieces, it may e.g. be composed of a plurality Axiallagerusion segments 100.
  • the attachment means 110 of the thrust washer 105 may include mounting holes.
  • the mounting bores can be countersunk and adapted for receiving countersunk screws, or the mounting bores can be adapted to receive countersunk sleeves.
  • seals may be provided in the mounting holes to prevent penetration of, for example, water into the bore.
  • security mechanisms may be provided for the screws, such as bonds, Dehnspanndübel, Ball-Lock, Lockbolts, etc.
  • fasteners or options 110 also plug connections, clamping devices, adhesive areas, etc. occur.
  • the thrust washer 105 may be adapted for use in a sliding bearing of a drive shaft of an underwater power plant. However, embodiments can also generally provide for use in axial rolling bearings.
  • the thrust washer 105 may correspond to a ring having an inner diameter greater than or equal to 50, 500, 1000, 1500, 2000, 3000, 5000 or 10000 mm and an outer diameter greater than or equal to 75, 750, 1500, 2250, 3000, 4500, 7500 or 15000 mm ,
  • the thrust washer 105 may have an edge thickness 115 of about 650mmm. In embodiments, edge strengths 115 greater than or equal to 25, 50, 100, 250, 500, 750, 1000, 1500, 2000, 2500 or 5000 mm may also occur.
  • An axial bearing disk 105 may have a weight of about 2 kg - 5 t.
  • the thickness of a thrust washer segment or a thrust washer may be about 1-100 mm.
  • Embodiments may further include a drive shaft 130 having a drive shaft shoulder 120 for receiving a thrust washer segment 100 or a thrust washer 105, the drive shaft 130 having mounting holes 110 for mounting the thrust washer segment 100 or the thrust washer 105 in the region of the drive shaft shoulder 120.
  • a thrust bearing mounting method for an underwater power plant can also be used.
  • FIG. 2b illustrates an exemplary embodiment of such an assembly method with reference to a flowchart.
  • the method includes a step 210 of manufacturing a thrust washer segment or thrust washer.
  • An optional step 220 may provide for manufacturing a drive shaft with a shaft shoulder.
  • Optional steps are indicated by dotted lines in FIG. 2b.
  • the mounting method may include a step 230 of mounting a thrust washer segment or a thrust washer to a drive shaft shoulder using mounting holes provided therefor.
  • the mounting may comprise fixing, which may be done according to several alternatives, e.g. by means of screws, bolts, pins, rivets, gluing, plugging, etc.
  • Also shown in FIG. 2b is an optional step 240 of mounting the entire unit in an underwater power plant.
  • a lubricant for the sliding bearing formed via the Axiallageremian- segment 100 or the thrust bearing 105 for example. Water, seawater, oils etc. are used.
  • Embodiments of the present invention may provide the advantage that by the use of the thrust washer segments they are exchangeable or separated from the drive shaft. This facilitates handling in several places, from manufacturing to assembly to maintenance.
  • a simplified maintenance for example, a thrust bearing of a drive shaft of an underwater power plant can be made possible by embodiments.
  • embodiments also include a drive shaft with a shaft shoulder or a shaft shoulder, wherein on the shaft shoulder or the shaft shoulder a thrust washer is provided or Axiallagerinstallation segments are provided.

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Abstract

Ein Konzept für ein Axiallagerscheibensegment (100; 100a; 100b) für einen Antriebswellenabsatz (120) einer Antriebswelle (130), wobei das Axiallagerscheibensegment (100;100a;100b) einem Ringsegment entspricht und eine Befestigungsmöglichkeit (110) zur Befestigung an dem Antriebswellenabsatz (120) aufweist.

Description

B e s c h r e i b u n g
Axiallagerscheibensegment, Axiallagerscheibe, Antriebswelle und
Montageverfahren Die vorliegende Erfindung liegt auf dem Gebiet der wartungsarmen Lagerung von Antriebswellen, insbesondere von Antriebswellen in Unterwasserkraftwerken.
Aus dem Bereich der konventionellen Technik sind Unterwasserkraftwerke bereits bekannt. Im Folgenden werden bekannte Lagerungskonzepte für Unterwasserkraftwerke kurz zusammengefasst. Die 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 Kontakt 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 DE102008053732B3 offenbart. Die DE102008031615A1 zeigt eine als Ganzes handhabbare und als Einheit montierbare Generator-Baueinheit, die von der eigentlichen Antriebswelle eines Unterwasserkraftwerks getrennt transportiert und montiert wer- den kann. Diese umfasst mit einem Generatorläufer und einem Generatorstator, die Grundkomponenten eines elektrischen Generators. Zusätzlich ist ein Generatorgehäuse Teil der Generator-Baueinheit. Die Steuerungs- und Leistungskomponenten des elektrischen Generators können zusätzlich in die Generator-Baueinheit aufgenommen werden. Die DE102008061912 AI beschäftigt sich mit Lagerkissen, beispielsweise für seewasser- taugliche 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 Lager spalterweiterung und einem Einbruch der Druckverteilung im mittigen Bereich der Gleitfläche. Dem wird dadurch entgegengewirkt, dass die Material stärke des Gleitbelags in Richtung der Flächennormalen der Gleitfläche an den beim Betrieb auftretenden Schmierfilmdruck angepasst wird. In den Bereichen hohen Drucks, die um das Flächenzentrum der Gleitfläche liegen, wird eine verringerte Material stärke verwendet, während die Randbereiche eine hohe Material stärke aufweisen. Dabei wird das Profil der Gleitflä- che erhalten, das typischerweise jenem der Gegenlauffläche entspricht. Die Anpassung der Material stärke des Gleitbelags erfolgt durch eine entsprechende Profilierung der Auflage- fläche 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 DE102008006899A1 offenbart ein Konzept zur Lagerung einer Antriebswelle eines Unterwasserkraftwerks. Hier wird eine Lageranordnung bereitgestellt, zur Lagerung einer Welle einer Einrichtung zur Energiegewinnung aus einer Wasser Strömung, wobei die La- geranordnung 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 zeigt eine Maschinengondel 300 mit einem segmentierten Aufbau. An die Maschinengondel 300 schließen sich im vorderen Bereich eine Haube 305 und eine propeller- förmige 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 Antriebwelle 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 Antriebwelle, 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, insbesondere wassergeschmiert. Damit ist es möglich, den gesamten Innenbereich der Maschinengondel 300 zu fluten und auf aufwändige Abdichtungen, insbesondere auch der Lager zu verzichten.
Die zum Einsatz kommenden Gleitlager 345, 350, 355 und 360 werden teilweise direkt auf der Antriebswelle 325 realisiert. Die Welle 325 kann typischerweise einen durchgehenden Außendurchmesser von etwa 100 - 6000 mm haben, bei einer Maximalleistung der gesamten Anlage von ca. 50 kW - 15 MW. An einer Stelle gibt es einen Wellenabsatz bzw. eine Spurscheibe 365 mit einem Durchmesser von etwa 150 bis 9000 mm. Die sich daraus ergebenden Stirnseiten des Absatzes dienen als Fläche für die Axialgleitlager 355,360 der Welle. Auf diese beiden Flächen wird eine sehr harte Beschichtung aufgetragen und diese stellt dann jeweils eine Scheibe des Axialgleitlagers dar. Als Beschichtungsverfahren kann z.B. das Hochgeschwindigkeit-Flammspritzen verwendet werden (auch HVOF, abgeleitet von High-Velocity-Oxygen-Fuel) oder ein anderes thermisches Beschichtungsverfahren zur Oberflächenbehandlung, wie z.B. Plasmabeschichten, Nanobeschichten, PVD-Beschichten (physikalische Gasphasenab Scheidung, von engl, physical vapour deposition) etc. Es ist auch möglich, an diesen Stellen zunächst eine Stahl scheibe durch Schweißen anzubringen und deren Oberfläche dann zu beschichten. Das Lager wird direkt im Wasser/Seewasser eingesetzt, die Oberflächen des Axiallagers 355,360 werden direkt von dem Wasser umspült. Ein Problem besteht nun darin, dass die sehr große und schwere Welle gehandhabt, transportiert, auf eine Maschine aufgespannt, beschichtet und anschließend das Lager bzw. der aufgeschweißte Lagerring geschliffen werden muss, was hohe Kosten verursacht. Bei der Variante, die ein Festschweißen von zumindest einer Lagerscheibe vorsieht, kann es durch das Festschweißen der Lagerscheibe auf den Stirnseiten des Wellenabsatzes zu Material- verzug kommen.
Ferner ist problematisch, dass die Wartung der Lagerung erschwert wird. Wenn ein solches Lager in der Anwendung ausfällt, muss die komplette Welle zur Reparatur gebracht bzw. ausgetauscht werden. Daraus resultieren lange Maschinenstillstandszeiten.
Konventionelle Konzepte sehen eine große einteilige Welle vor. Es erfolgt dann eine Be- schichtung der blanken Wellenabsatzstirnseite, bzw. erst eine Befestigung von Lagerscheiben auf den Stirnseiten des Wellenabsatzes durch Schweißen und daran anschließend eine Beschichtung dieser Scheiben. Bei der Beschichtung der Lagerstellen ist eine Handhabung der gesamten Welle notwendig. Die beschichteten Stellen müssen darüber hinaus nachbearbeitet werden, z.B. durch Schleifen. Ein Austausch des Gleitlagers bei einem Schaden ist nicht möglich, die komplette Welle muss repariert bzw. ausgetauscht werden.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein verbessertes Konzept für ein Axi- allager einer Antriebswelle, insbesondere für ein Unterwasserkraftwerk zu schaffen.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Axiallagerscheibensegment, eine Axiallagerscheibe, eine Antriebswelle und ein Montageverfahren gemäß den unabhängigen Ansprüchen. Ein Kerngedanke der vorliegenden Erfindung liegt in der Erkenntnis, dass insbesondere bei Unterwasserkraftwerken eine mechanische Entkopplung von Axiallager und Antriebswelle erfolgen kann. Dies kann durch eine Axiallagerscheibe erreicht werden, die wiederum in einzelne Axiallagerscheibensegmente unterteilt werden kann. Z.B. kann die Axiallagerscheibe in n Teile segmentiert werden. Die Segmente bzw. die Lagerscheibe kann dann beispielsweise durch Schrauben, Nieten, Kleben, Stecken etc. an den Stirnseiten des Wellenabsatzes befestigt werden, ein Aufschweißen der Scheibe ist nicht notwendig. Vorteile können auch dadurch erzielt werden, dass das Axiallager beliebig beschichtet werden kann.
Weitere Vorteile können dadurch erreicht werden, dass das Axiallager separat gefertigt werden kann. Dadurch reduzieren sich das Gewicht der Welle und das Gewicht des Axiallagers. Insgesamt kann somit der gesamte Logistikaufwand und damit auch die Kosten reduziert werden. Wo zuvor nur ein schweres Bauteil (Welle mit Lager) bearbeitet werden konnte, können nun zwei ihrer Funktion nach getrennte Bauteile bearbeitet werden. In der Folge wird somit die Nutzung kleinerer Fertigungsanlagen ermöglicht, die Fertigungspräzision kann erhöht werden.
Das Axiallager kann separat individuell beschichtet werden und es ergeben sich andere Be- Schichtungsmöglichkeiten wie z.B. Tauchen/Badbehandlung. Dabei können beliebige Be- schichtungsverfahren zum Einsatz kommen, wie z.B. Plasmabeschichten, Nanobeschich- ten, PVD-Beschichten (physikalische Gasphasenabscheidung, von engl, physical vapour deposition) etc. Nachdem die Axiallagerscheibe nun mechanisch von der Wellenschulter entkoppelt ist, kann diese, bzw. deren Segment, nun getrennt gehandhabt und verarbeitet werden, dadurch ergeben vielerlei neue Bearbeitungsmöglichkeiten wie z.B. Beschich- tungsmöglichkeiten. Die Nachteile der konventionellen Lösungen können überwunden werden, da es beispielsweise nicht mehr zum Materialverzug durch Schweißen kommt und auch keine Reinigung der geschweißten Bauteile mehr notwendig ist. Ferner ist auch eine direkte Beschichtung auf der Wellenoberfläche nicht mehr notwendig.
Darüber hinaus werden die Montage und die Demontage erleichtert, da nun nicht mehr die gesamte Antriebswelle im Falle einer Lagerwartung oder eines Lagerschadens ausgebaut werden muss, sondern gegebenenfalls die Lagerscheibensegmente auch einzeln gewechselt werden können, bzw. die ganze Lagerscheibe getrennt von der Antriebswelle ersetzt wer- den kann. Es ergibt sich somit auch eine erhöhte Reparaturfreundlichkeit, Stillstandszeiten der Anlage können reduziert werden. Ein Auswechseln des Lagers vor Ort wird ermöglicht und damit eine Lageraufbereitung ohne großen Logistikaufwand. Insgesamt reduzieren sich dadurch die Kosten bei der Herstellung, der Montage und der Wartung solcher Unterwasserkraftwerke. Die Handhabung der großen Welle wird durch Ausführungsbeispiele vereinfacht. Darüber hinaus kann in Ausführungsbeispielen eine tribologisch günstige Oberflächengestaltung möglich sein und somit die Lagereigenschaften verbessert, insbesondere der Lagerver- schleiß reduziert werden. Ausführungsbeispiele können ein Einbringen von anwendungsgerechten Schmiernuten und Bohrungen vorsehen, bzw. diese erleichtern.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden anhand der beiliegenden Figuren näher erläutert. Es zeigen
Figur 1 ein Ausführungsbeispiel einer Axiallagerscheibe mit mehreren Axiallagerscheiben- segmenten;
Figur 2a ein Ausführungsbeispiel einer Axiallagerscheibe;
Figur 2b ein Ausführungsbeispiel eines Montageverfahrens anhand eines Ablaufdiagramms; und
Figur 3 ein konventionelles Unterwasserkraftwerk.
Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Axiallagerscheibensegments 100 für einen Antriebswellenabsatz einer Antriebswelle, wobei das Axiallagerscheibensegment 100 einem Ringsegment entspricht und eine Befestigungsmöglichkeit 110 zur Befestigung an dem Antriebswellenabsatz aufweist. In Figur 1 ist zu erkennen, dass mehrere Axiallagerschei- bensegmente 100 eine Axiallagerscheibe 105 bilden können. Die Befestigungsmöglichkeit 110 kann Befestigungsmittel umfassen, dabei können beispielsweise Bohrungen/Ausnehmungen oder Bolzen beliebiger Geometrie (runder, quadratischer, dreieckiger, ovaler, T-förmiger Querschnitt, etc.) vorkommen. Die Befestigungsmittel können auch Nuten oder Stege umfassen, beispielsweise können schwalbenschwanzförmige Führungen oder Nuten vorgesehen sein.
Die Figur 2a zeigt einen Ausschnitt aus einem Unterwasserkraftwerk mit einer Antriebswelle 130, die einen Wellenabsatz 120 oder eine Wellenschulter aufweist. Der Wellenabsatz weist hier beidseitig je ein Ausführungsbeispiel 100a oder 100b eines Axiallager- scheibensegments 100 bzw. einer ganzen Axiallagerscheibe 105 auf, die die Antriebswelle 130 in axialer Richtung führen.
In Ausführungsbeispielen kann das Axiallagerscheibensegment 100 als Befestigungsmög- lichkeit oder Befestigungsmittel 110 Montagebohrungen umfassen. Die Montagebohrungen können in einigen Ausführungsbeispielen wiederum angesenkt und zur Aufnahme von Senkschrauben angepasst sein oder die Montagebohrungen können zur Aufnahme von Senkhülsen angepasst sein. In den Montagebohrungen können darüber hinaus Dichtungen vorgesehen sein, die ein Eindringen von beispielsweise Wasser in die Bohrung verhindern. Darüber hinaus können für die Schrauben auch Sicherheitsmechanismen vorgesehen sein, wie Verklebungen, Dehnspanndübel, Ball-Lock, Lockbolts, etc.
In Ausführungsbeispielen können auch andere Befestigungsmöglichkeiten oder Mittel 110 vorgesehen sein, neben den bereits oben erwähnten Befestigungsmitteln können auch Klemmen oder Ausnehmungen zum Klemmen zur Anwendung kommen. Beispielsweise können auch Schweißbolzen, Schweißmuttern, Schrauben o.ä. verwendet werden.
Das Axiallagerscheibensegment 100 kann zum Einsatz in einem Gleitlager einer Antriebswelle 130 eines Unterwasserkraftwerks angepasst sein. Ausführungsbeispiele können aber auch allgemein den Einsatz in axialen Gleitlagern vorsehen. In Ausführungsbeispielen können auch Dichtungen zwischen den Axiallagerscheibensegmenten 100 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 herstel- lungs- 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 auch anvulkanisierte Dichtlippen oder Dichtungen aufweisen. Das Axiallagerscheibensegment 100 kann einem Ringsegment eines Ringes mit einem Innendurchmesser größer gleich 50, 500, 1000, 1500, 2000, 3000, 5000 oder 10000 mm und mit einem Außendurchmesser größer gleich 75, 750, 1500, 2250, 3000, 4500, 7500 oder 15000 mm entsprechen. Das Axiallagerscheibensegment bzw. die Axiallagerscheibe können eine Randstärke 115, vgl. Figur 1, von ca. 650mmm aufweisen. In Ausführungsbei- spielen können aber auch Randstärken 115 größer gleich 25, 50, 100, 250, 500, 750, 1000, 1500, 2000, 2500 oder 5000 mm vorkommen. Ein Axiallagerscheibensegment 100 kann ein Gewicht von etwa 1 kg - 1 1 aufweisen, eine Axiallagerscheibe 105 kann ein Gewicht von etwa 2 kg - 5 t aufweisen. Die Dicke eines Axiallagerscheibensegments bzw. einer Axiallagerscheibe kann bei etwa 1-100 mm liegen.
Ausführungsbeispiele können auch eine Axiallagerscheibe 105 für einen Antriebswellenabsatz 120 einer Antriebswelle 130 umfassen, wobei die Axiallagerscheibe 105 einem Ring entspricht und Befestigungsmittel 110 zur Befestigung an dem Antriebswellenabsatz aufweist. Die Axiallagerscheibe 105 kann einstückig oder mehrstückig ausgebildet sein, sie kann z.B. aus mehreren Axiallagerscheibensegmenten 100 zusammengesetzt sein.
Die Befestigungsmittel 110 der Axiallagerscheibe 105 können Montagebohrungen umfassen. In Ausführungsbeispielen können die Montagebohrungen angesenkt und zur Aufnah- me von Senkschrauben angepasst sein oder die Montagebohrungen können zur Aufnahme von Senkhülsen angepasst sein. In den Montagebohrungen können darüber hinaus Dichtungen vorgesehen sein, die ein Eindringen von beispielsweise Wasser in die Bohrung verhindern. Darüber hinaus können für die Schrauben auch Sicherheitsmechanismen vorgesehen sein, wie Verklebungen, Dehnspanndübel, Ball-Lock, Lockbolts, etc.
In Ausführungsbeispielen können als Befestigungsmittel oder -möglichkeiten 110 auch Steckverbindungen, Klemmeinrichtungen, Klebebereiche, etc. vorkommen.
Die Axiallagerscheibe 105 kann zum Einsatz in einem Gleitlager einer Antriebswelle eines Unterwasserkraftwerks angepasst sein. Ausführungsbeispiele können aber auch allgemein den Einsatz in axialen Wälzlagern vorsehen. Die Axiallagerscheibe 105 kann einem Ring mit einem Innendurchmesser größer gleich 50, 500, 1000, 1500, 2000, 3000, 5000 oder 10000 mm und mit einem Außendurchmesser größer gleich 75, 750, 1500, 2250, 3000, 4500, 7500 oder 15000 mm entsprechen. Die Axiallagerscheibe 105 kann eine Randstärke 115 von ca. 650mmm aufweisen. In Ausführungsbeispielen können aber auch Randstärken 115 größer gleich 25, 50, 100, 250, 500, 750, 1000, 1500, 2000, 2500 oder 5000 mm vorkommen. Eine Axiallagerscheibe 105 kann ein Gewicht von etwa 2 kg - 5 t aufweisen. Die Dicke eines Axiallagerscheibensegments bzw. einer Axiallagerscheibe kann bei etwa 1- 100 mm liegen. Ausführungsbeispiele können ferner eine Antriebswelle 130 mit einem Antriebswellenabsatz 120 zur Aufnahme eines Axiallagerscheibensegments 100 oder einer Axiallagerscheibe 105 umfassen, wobei die Antriebswelle 130 im Bereich des Antriebswellenabsatzes 120 Montagebohrungen 110 zur Montage des Axiallagerscheibensegments 100 oder der Axiallagerscheibe 105 aufweist.
In Ausführungsbeispielen kann auch ein Axiallagerscheibenmontageverfahren für ein Unterwasserkraftwerk zum Einsatz kommen. Figur 2b illustriert ein Ausführungsbeispiel ei- nes solchen Montageverfahrens anhand eines Ablaufdiagramms. Das Verfahren umfasst einen Schritt 210 des Herstellens eines Axiallagerscheibensegmentes oder einer Axiallagerscheibe. Ein optionaler Schritt 220 kann ein Herstellen einer Antriebswelle mit einem Wellenabsatz bzw. einer Spurscheibe vorsehen. Optionale Schritte sind in der Figur 2b durch gepunktete Linien gekennzeichnet. Das Montageverfahren kann einen Schritt 230 des Montierens eines Axiallagerscheibensegmentes oder einer Axiallagerscheibe an einem Antriebswellenabsatz unter Nutzung dafür vorgesehener Montagebohrungen umfassen. Das Montieren kann ein Befestigen umfassen, welches nach mehreren Alternativen erfolgen kann z.B. mittels Schrauben, Bolzen, Stiften, Nieten, Kleben, Stecken, etc. In der Figur 2b ist ferner ein optionaler Schritt 240 des Montierens der gesamten Einheit in einem Un- terwasserkraftwerk dargestellt.
In Ausführungsbeispielen können als Schmiermittel für das über die Axiallagerscheiben- segmente 100 oder die Axiallagerscheibe 105 gebildete Gleitlager z.B. Wasser, Seewasser, Öle etc. eingesetzt werden.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung können den Vorteil bieten, dass durch die Verwendung der Axiallagerscheibensegmente diese austauschbar oder von der Antriebswelle separiert werden. Damit wird die Handhabung an mehreren Stellen erleichtert, angefangen bei der Herstellung, über die Montage bis hin zur Wartung. Insbesondere eine vereinfachte Wartung beispielsweise eines Axialgleitlagers einer Antriebswelle eines Unterwasserkraftwerks kann durch Ausführungsbeispiele ermöglicht werden. Ausführungsbeispiele umfassen demnach auch eine Antriebswelle mit einem Wellenabsatz oder einen Wellenschulter, wobei auf dem Wellenabsatz oder der Wellenschulter eine Axiallagerscheibe vorgesehen ist oder Axiallagerscheibensegmente vorgesehen sind.
Bezugszeichenliste
100 Axiallagerscheibensegment
100a Axiallagerscheibensegment
100b Axiallagerscheibensegment
105 Axiallagerscheibe
1 10 Montagebohrung
120 Spurscheibe
130 Antriebswelle
210 Herstellen eines Axiallagerscheibensegmentes oder einer Axiallagerscheibe 220 Herstellen einer Antriebswelle mit einem Wellenabsatz bzw. einer Spurscheibe
230 Montieren eines Axiallagerscheibensegmentes oder einer Axiallagerscheibe an einem Antriebswellenabsatz unter Nutzung dafür vorgesehener Montagbohrungen
240 Montierens der gesamten Einheit in einem Unterwasserkraftwerk
300 Maschinengondel
305 Haube
310 Wasserturbine
315 Segment
320 Segment
325 Antriebswelle
330 Segment
335 Generator
340 Haube
345 Radialgleitlager
350 Radialgleitlager
355 Axialgleitlager
360 Axialgleitlager
365 Spurscheibe

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
Axiallagerscheibensegment, Axiallagerscheibe, Antriebswelle und
Montageverfahren
Ein Axiallagerscheibensegment (100; 100a; 100b) für einen Antriebswellenabsatz (120) einer Antriebswelle (130), wobei das Axiallagerscheibensegment
(100;100a;100b) einem Ringsegment entspricht und eine Befestigungsmöglichkeit (110) zur Befestigung an dem Antriebswellenabsatz (120) aufweist.
Das Axiallagerscheibensegment (100; 100a; 100b) gemäß Anspruch 1, bei dem die Befestigungsmöglichkeit (110) Montagebohrungen umfasst und die Montagebohrungen angesenkt und zur Aufnahme von Senkschrauben angepasst sind oder bei dem die Montagebohrungen zur Aufnahme von Senkhülsen angepasst sind.
Das Axiallagerscheibensegment (100; 100a; 100b) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, welches zum Einsatz in einem Gleitlager einer Antriebswelle (130) eines Unterwasserkraftwerks angepasst ist.
Das Axiallagerscheibensegment (100; 100a; 100b) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, welches einem Ringsegment eines Ringes mit einem Innendurchmesser größer gleich 50, 500, 1000, 1500, 2000, 3000, 5000 oder 10000 mm und mit einem Außendurchmesser größer gleich 75, 750, 1500, 2250, 3000, 4500, 7500 oder 15000 mm entspricht.
5. Eine Axiallagerscheibe (105) für einen Antriebswellenabsatz einer Antriebswelle, wobei die Axiallagerscheibe (105) einem Ring entspricht und eine Befestigungsmöglichkeit (110) zur Befestigung an dem Antriebswellenabsatz aufweist.
6. Die Axiallagerscheibe (105) gemäß Anspruch 5, bei der die Befestigungsmög- lichkeit (110) Montagebohrungen umfasst und bei der die Montagebohrungen angesenkt und zur Aufnahme von Senkschrauben angepasst sind oder bei der die Montagebohrungen zur Aufnahme von Senkhülsen angepasst sind.
Die Axiallagerscheibe (105) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, welches zum Einsatz in einem Gleitlager einer Antriebswelle (130) eines Unterwasserkraftwerks angepasst ist.
8. Die Axiallagerscheibe (105) gemäß einem der Ansprüche 5 bis 7 welche einem Ring mit einem Innendurchmesser größer gleich 50, 500, 1000, 1500, 2000, 3000, 5000 oder 10000 mm und mit einem Außendurchmesser größer gleich 75, 750, 1500, 2250, 3000, 4500, 7500 oder 15000 mm entspricht.
Eine Antriebswelle (130) mit einem Antriebswellenabsatz zur Aufnahme eines Axiallagerscheibensegments (100; 100a; 100b) oder einer Axiallagerscheibe (105) , wobei die Antriebswelle (130) im Bereich des Antriebswellenabsatzes (120) Montagebohrungen zur Montage des Axiallagerscheibensegments (100; 100a; 100b) oder der Axiallagerscheibe (105) aufweist. 10. Ein Axiallagerscheibenmontageverfahren für ein Unterwasserkraftwerk mit folgendem Schritt:
Montage eines Axiallagerscheibensegmentes oder einer Axiallagerscheibe an einem Antriebswellenabsatz unter Nutzung dafür vorgesehener Befestigungsmöglichkeiten.
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