WO2012095286A1

WO2012095286A1 - Hydrostatisches gleitlager

Info

Publication number: WO2012095286A1
Application number: PCT/EP2012/000054
Authority: WO
Inventors: Robert Meitner
Original assignee: Andritz Küsters Gmbh
Priority date: 2011-01-11
Filing date: 2012-01-09
Publication date: 2012-07-19
Also published as: DE102011008267A1

Abstract

Hydrostatisches Gleitlager mit einem Lagerinnenring (2), der in einem Lageraußenring (3) über eine Anzahl hydrostatischer Tragelemente (6) gelagert ist, wobei die hydrostatischen Tragelemente (6) jeweils mindestens ein Taschenelement (7) mit einem Taschendruck zur Ausbildung eines hydrostatischen Dichtspalts (9) aufweisen, und die Umfangsflächen (10, 11) des Lagerinnenringes (2) und des Lageraußenringes (3) jeweils sphärisch ausgebildet sind und in einem unbelasteten Zustand mit einem Abstand konzentrisch zueinander verlaufen, wobei ein radiales Lagerspiel zwischen jeweils einer Kopffläche der Tragelemente (6) und der als Dichtfläche arbeitenden Umfangsfläche (10, 11) mindestens das Doppelte der Höhe des Dichtspaltes (9) unter Maximallast beträgt und die Tragelemente (6) entlang jeweils einer Umfangszone von mindestens 90° in eine Druckzone elastisch verformbar sind.

Description

Hydrostatisches Gleitlager

Die Erfindung betrifft ein hydrostatisches Gleitlager nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus DE 103 05 511 B9 ist ein hydrostatisches Gleitlager bekannt, bei dem zwei ineinander liegende Teil-Kugelflächen vorgesehen sind, zwischen denen hydrostatische Taschen eingesetzt sind. Mit diesem Lager können mit akzeptablen hydraulischen Drücken nur relativ kleine Axial- und Radialkräfte aufgenommen werden.

Aus DE 2149453 ist ein Schwenklager oder Pendellager mit einem kugelkalotten- förmigen konkaven Außenring und einem konvexen Innenring bekannt. Im Außenring sind hydrostatisch beaufschlagbare Lagertaschen vorgesehen. Da Gleitlager in der Regel ein Lagerspiel aufweisen, macht sich dieses bei schnell wechselnden Lastrichtungen sehr nachteilig bemerkbar. Ferner steigt das Moment zur Ausführung der Schwenkbewegung stark mit der Belastbarkeit an. Zur Vermeidung dieser Nachteile ist vorgesehen, dass symmetrisch zur axialen Mitte des Außenringes jeweils gleich oder unterschiedlich große wirksame Lagertaschen vorgesehen sind. Über den Umfang verteilt sind zudem jeweils mindestens drei voneinander getrennte Lagertaschen angeordnet. Diese hydrostatische Lagerung arbeitet derart, dass zwischen den Anlageflächen von gegeneinander bewegbaren Teilen ein auch bei Belastungsschwankungen aufrechterhaltener, druckfester Ölfilm aufgebaut wird, der einen direkten Kontakt der beiden Anlageflächen zueinander verhindert. Es wird hier ein absolut spielfreies Lager geschaffen. Die Dimensionierung und Anzahl der Lagertaschen dient dazu, die für die Funktion unbedingt erforderlichen Rückstellkräfte zu erzielen. Dabei geht es insbesondere um die Aufnahme von Radialkräften. Wenn axiale Lasten zu kompensieren sind, sind unterschiedlich große Lagertaschen zu wählen. Grundsätzlich besteht auch die Möglichkeit, die Lagertaschen im Innenring vorzusehen. Nachteilig ist, dass örtliche Druckkonzentrationen, insbesondere von Randdrücken zwischen den Kontaktflächen, bei hohen Belastungen zu Lastkonzentrationen und Verschleiß führen.

Bei auftretenden hohen Lasten und angreifenden Kippmomenten werden deshalb herkömmliche Wälzlager in Form von Pendelrollenlagern verwendet. Dies gilt insbesondere für Rotorlager für Strömungskraftanlagen der Megawatt-Klasse, insbesondere Windkraftanlagen oder Meeresströmungskraftwerke zur Erzeugung elektrischer Energie aus einer Fluidströmung. Nachteilig an solchen Konzepten ist jedoch der erhöhte Wartungsaufwand, der z.B. im Falle eines Austausche einer integrierten Teilkomponente entsteht. Unter stark wechselnden Lastbedingungen leiden die Wälzlager allerdings unter Unregelmäßigkeiten in der Abrollung der Wälzkörper in den Wälzlagern. Wechselnde Temperaturen führen zur Verschlechterung der Schmierbedingungen. Die Folge sind hoher Verschleiß und hohe Betriebskosten.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein hydrostatisches Gleitlager zu schaffen, das hohe Lasten aufnehmen kann und dabei energieoptimiert arbeitet. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Hierdurch wird ein hydrostatisches Gleitlager geschaffen, das eine hydrostatische Lagerung für hohe Lasten erlaubt. Eine elastische Verformbarkeit der hydrostatischen Tragelemente führt im Zusammenwirken mit einem gefertigten radialen Lagerspiel zu einem quasi selbsteinstellenden und energieoptimierten Gleitlager unter äußeren Belastungen.

Bei Belastungen und insbesondere bei Belastungsschwankungen kann sich der Strömungswiderstand des Dichtspalts ändern, d.h. durch Lastkonzentrationen erhöht sich der Strömungswiderstand im Dichtspalt, da der Dichtspalt enger wird. Fließt ein konstanter Volumenstrom zur Versorgung der hydrostatischen Tragelemente, dann steigt der Öldruck zur Überwindung des erhöhten Strömungswiderstands. Dieser Öldruckanstieg bewirkt eine Veränderung der Lage eines Tragelementes aufgrund seiner elastischen Lagerung. Es kommt zu einer an die jeweilige äußere Belastung angepassten belastungsabhängigen zeitweiligen Rückstellung des jeweiligen hydrostatischen Tragelementes gegenüber der Dichtfläche. Diese Rückstellung führt zu einer Vergleichmäßigung der Druckverteilung im elastischen Gleitlager, da das rückgestellte Tragelement gegenüber benachbarten Tragelementen einen relativen Versatz ausführt, wodurch benachbarte Tragelemente eine erhöhte Tragfunktion übernehmen können. Die Belastung im erfindungsgemäßen Lager wird dadurch auf eine größere Druckzone verteilt.

Ein Lagerspiel wird gezielt gefertigt. Ein nur kleines gefertigtes Lagerspiel hat zur Folge, dass auch die unbelasteten Taschen maßgeblich an der Reibleistung in dem Gleitlager beteiligt sind und mit ihrem geringen Abstand zur Dichtfläche ebenfalls Pumpleistung verbrauchen. Wird dagegen ein großes Lagerspiel gefertigt, ist die Reib- und Pumpleistung an den nicht belasteten Taschen reduziert.

Das gefertigte Lagerspiel ist erfindungsgemäß mindestens doppelt so groß wie die Höhe des Dichtspalts unter Maximallast. Unter Maximallast ist im Dichtspalt ein tragfähiger Ölfilm vorhanden. Die bevorzugten Höhen des Dichtspalts unter Maximallast liegen im Bereich von vorzugsweise 30 bis 70 pm. Das gefertigte radiale Lagerspiel beträgt vorzugsweise 100 bis 600 pm. Dieses Lagerspiel ermöglicht eine verbesserte energieoptimierte hydrostatische Lagerung für hohe Lasten und langsam drehende Wellen bzw. Trommeln. Die Lastverteilung auf einzelne hydrostatische Taschen verbessert sich bei einem größer gefertigten Lagerspiel durch die elastische Lagerung. Die bei einem kleinen Lagerspiel formangepasste Verteilung der Last auf möglichst mehrere Taschen wird erfindungsgemäß ersetzt durch eine elastisch angepasste Verteilung der Last auf möglichst mehrere Taschen unter Einsatz eines radialen Lagerspiels, das die Eigenleistung des Lagers minimiert.

Eine elastische Lagerung kann über die Steifigkeit der Lagerteile, insbesondere eines Lagergehäuses, eines Lagerdeckels, eines Lageraußen- oder Lagerinnenringes und/oder eine federnde Montage der hydrostatischen Tragelemente einstellbar sein.

Vorzugsweise sind die Tragelemente mehrreihig, insbesondere entlang des Lageraußenringes, angeordnet, damit das Gleitlager sowohl hohe Radial- als auch Axialkräfte aufnimmt und diese möglichst gleichmäßig auf das Gehäuse verteilt. Radialkräfte können den gesamten Umfang überstreichen. Axialkräfte können in beiden Richtungen wirken. Momente werden in diesem sphärischen Gleitlager nicht aufgenommen, d.h. Winkelfehler von wenigen Grad zwischen Welle und Gehäuse sind zulässig.

Die Ölversorgung der Taschenelemente kann über einen gemeinsamen Ölstrom erfolgen, wozu dann vor jeder Tasche eine Drossel verwendet wird. Drosseln können allerdings bei großen Temperaturschwankungen nicht verwendet werden, da sich dann die Viskosität des Öls zu stark verändert. Vorzugsweise erfolgt die Ölversorgung der Taschenelemente deshalb mit einem konstanten Volumenstrom. Es werden dann Stromteiler eingesetzt, um jeder Tasche einen definierten Ölstrom zuzuführen. Weitere Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung und den Unteransprüchen zu entnehmen.

Fig. 1 zeigt schematisch eine perspektivische Ansicht eines teilweise zerlegten hydrostatischen Gleitlagers gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,

Fig. 2 zeigt schematisch das hydrostatische Gleitlager gemäß Fig. 1 ohne

Lagerinnenring,

Fig. 3 zeigt schematisch eine perspektivische Ansicht eines Lageraußenringes des hydrostatischen Gleitlagers gemäß Fig. 1 ,

Fig. 4 zeigt schematisch einen Schnitt des hydrostatischen Gleitlagers gemäß Fig. 1 mit einem Lagerinnenring,

Fig. 5 zeigt schematisch einen Schnitt gemäß Fig. 4 ohne Lagerinnenring,

Fig. 6 zeigt schematisch einen Schnitt gemäß Fig. 4 mit einer Welle,

Fig. 7 zeigt schematisch eine Ölversorgung des hydrostatischen Gleitlagers gemäß

Fig. 5,

Fig. 8a zeigt schematisch eine Druckverteilung bei Radial- und Axialbelastung in einem steifen Lager mit 0,2 mm radialem Lagerspiel nach dem Stand der Technik, Fig. 8b zeigt schematisch eine Druckverteilung bei Radial- und Axialbelastung in einem erfindungsgemäßen Lager mit 0,2 mm radialem Lagerspiel,

Fig. 9 zeigt schematisch einen weiteren Schnitt des hydrostatischen Gleitlagers gemäß Fig. 1 ohne Lagerinnenring,

Fig. 10 zeigt schematisch und teilweise geschnitten ein hydrostatisches Tragelement,

Fig. 11 zeigt schematisch eine perspektivische Ansicht eines Lageraußenringes eines hydrostatischen Gleitlagers gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,

Fig. 12 zeigt schematisch eine perspektivische Ansicht eines Lageraußenringes eines hydrostatischen Gleitlagers gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel,

Fig. 13a zeigt schematisch einen Querschnitt eines vierten Ausführungsbeispiels des

Gleitlagers in einem unbelasteten Zustand,

Fig. 13b zeigt schematisch einen Querschnitt des Gleitlagers gemäß Fig. 13a bei einer radialen Belastung. Die Fig. 1 bis Fig. 7 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel eines hydrostatischen Gleitlagers 1 mit einem Lagerinnenring 2 und einem Lageraußenring 3. Der Lagerinnenring 2 ist an einer Welle 4 angeordnet. Wie in Fig. 6 dargestellt, ist der Lagerinnenring 2 beispielsweise drehfest an der Welle 4 oder einer Trommel befestigbar. Für die drehfeste Anordnung des Lagerinnenringes 2 an der Welle 4 können bekannte Einrichtungen wie beispielsweise Passfedern verwendet werden. Alternativ können der Lagerinnenring 2 und die Welle 4 als ein Teil gefertigt sein. Bevorzugt ist, dass der Lageraußenring 3 zweiteilig ausgebildet ist, wie in den Fig. 1 bis Fig. 3 dargestellt. Ferner kann der Lageraußenring 3 aus Teilringen zusammengesetzt sein. Die Montage wird vereinfacht und die beispielsweise beiden Hälften oder Teilringe des Lageraußenringes 3 sind fest miteinander verbindbar.

Der Lageraußenring 3 ist feststehend angeordnet und kann gleichzeitig ein Lagergehäuse bilden. Gemäß Fig. 1 sind an dem Lageraußenring 3 vorzugsweise Lagerdeckel 5 angeordnet. Die Lagerung des Lagerinnenringes 2 in dem Lageraußenring 3 erfolgt über eine Anzahl hydrostatischer Tragelemente 6, die an eine Ölversorgung 8 angeschlossen sind. Der Lagerinnenring 2, der Lageraußenring 3 und die hydrostatischen Tragelemente 6 bilden eine Lagereinheit, wobei der Lagerinnenring 2 das drehende Teil bildet.

Die hydrostatischen Tragelemente 6 weisen im Betrieb jeweils mindestens ein Taschenelement 7 mit einem Taschendruck zur Ausbildung eines hydrostatischen Dicht- bzw. Strömungsspalts 9 mit einer dem Taschenelement 7 zugewandten Umfangsfläche 10, 11 des Lagerinnenringes 2 bzw. des Lageraußenringes 3 auf. Eine dieser Umfangsflächen 10, 11 bildet jeweils eine Dichtfläche für die Tragelemente 6. Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel sind die Tragelemente 6 an dem Lageraußenring 3 gelagert. Die Taschenelemente 7 der Tragelemente 6 sind dann folglich der äußeren Umfangsfläche 10 des Lagerinnenrings 2 als Dichtfläche zugewandt und bilden mit dieser die Dichtspalte 9 einer hydrostatischen Lagerung. Das Schmiermittel bzw. Öl bildet den Tragkörper im Gleitlager 1 und wird dazu zwischen die aufeinander gleitenden Flächen von Taschenelement 7 und Umfangsfläche 10 des Lagerinnenringes 2 gepresst. Grundsätzlich besteht natürlich auch die Möglichkeit, die Tragelemente 6 am Lagerinnenring 2 vorzusehen. Die Dichtfläche ist dann die Umfangsfläche 11.

Die Umfangsfläche 10 des Lagerinnenringes 2 und die Umfangsfläche 1 des Lageraußenringes 3, die eine Anordnungsplattform für die Tragelemente 6 bildet, sind jeweils sphärisch ausgebildet und verlaufen in einem unbelasteten Zustand mit einem Abstand 37 (vgl. Fig. 13a) konzentrisch zueinander.

Die hydrostatischen Tragelemente 6 sind gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel an dem Lageraußenring 3 fest montiert. Wie insbesondere Fig. 4 und Fig. 5 zeigen, erfolgt die Befestigung der Tragelemente 6 an der Umfangsfläche 11 des Lageraußenringes 3, und zwar beispielsweise über eine Kombination von einem Stift 30 an einem Tragelement 6 und einer Schraube 31 , die an dem Lageraußenring 3 befestigbar ist. Der Lageraußenring 3 kann für eine Positionierung der Tragelemente 6 einzelne Aufnahmebohrungen 32 für die Stifte 30 aufweisen. Weiterhin kann eine Verdrehsicherung 33 für die Tragelemente 6 vorgesehen sein. Die Tragelemente 6 besitzen jeweils mindestens ein Taschenelement 7 und eine Kopffläche 34, die sphärisch ausgebildet ist zur Anpassung an die Umfangsfläche 10 als hier im Betrieb drehende Dichtfläche. Vorzugsweise ist auch die Bodenfläche 35 der Tragelemente 6 sphärisch ausgebildet unter Anpassung an die Umfangsfläche 11 des hier feststehenden Lageraußenringes 3. Die Form der Taschen der Taschenelemente 7 ist wählbar. Beispielsweise ist das Taschenelement 7 als eine an die Ölversorgung angeschlossene Ringnut ausgebildet.

Die hydrostatischen Tragelemente 6 sind elastisch verformbar und dazu elastisch gelagert angeordnet, und zwar derart, dass der Taschendruck im Taschenelement 7 mindestens eines durch eine äußere Belastung belasteten Tragelementes 6 verformungsbedingte Lagen des Tragelementes 6 generiert, die einen tragfähigen Ölfilm im zugehörigen Dichtspalt 9 aufrechterhalten. Es wird so sichergestellt, dass auch bei Lastkonzentrationen ein tragfähiger Ölfilm vorhanden ist. Das mindestens eine belastete Tragelement 6 führt durch das durch den Dichtspalt 9 gepresste Schmiermittel bei einem zunehmenden Strömungswiderstand im Dichtspalt 9 eine elastische Ausweichbewegung aus. Der Druck im Taschenelement 7 steuert demnach den tragfähigen Ölfilm im Dichtspalt 9 durch Positionsänderungen eines Tragelementes 6 zur Umfangsfläche 10 des Lagerinnenringes 2.

Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel erfolgt die elastische Lagerung der Tragelemente 6 durch den Lageraußenring 3 und gegebenenfalls dessen Umgebung. Die elastische Lagerung der Tragelemente 6 kann über die Steifigkeit des Lageraußenringes 3 und gegebenenfalls des Lagerdeckels 5 einstellbar sein. Durch eine Wahl der Dicke und/oder der Form und/oder des Materials des Lageraußenringes 3 und gegebenenfalls des Lagerdeckels 5 kann die elastische Lagerung aller oder einzelner der Tragelemente 6 an die Einsatzbedingungen des Gleitlagers 1 angepasst werden. Die Tragelemente 6 in axialer Richtung können unterschiedlich elastisch gelagert sein. Beispielsweise können die benachbart zum Lagerdeckel 5 angeordneten randseitigen Tragelemente 6 weniger elastisch gelagert sein als beispielsweise mittig angeordnete Tragelemente 6. Die elastische Lagerung kann ferner durch eine lokale elastische Verformung ausbildbar sein, die die äußere Belastung in einen Entlastungsweg eines belasteten Tragelementes 6 umwandelt.

Die vorstehenden Ausführungen gelten entsprechend, wenn die Tragelemente 6 gemäß einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel am (drehenden) Lagerinnenring 2 fest montiert sind.

Die elastische Lagerung des mindestens einen Tragelementes 6 ist folglich vorzugsweise durch eine reversible Verformung der Anordnungsstelle des Tragelementes 6 unter Einwirkung einer äußeren Belastung ausbildbar. Der Grad der Verformbarkeit ist derart gewählt, dass unter äußerer Belastung eine Druckzone der auf dem Lageraußenring 3 aneinandergereihten Tragelemente 6 sich über mindestens 90° erstreckt. Alternativ oder zusätzlich können die Tragelemente 6 durch eine federnde Montage (nicht dargestellt) der hydrostatischen Tragelemente 6 elastisch gelagert angeordnet sein. Bei einer solchen federnden Montage sind die Tragelemente 6 nicht fest montiert, sondern auf einer mechanischen oder hydraulischen Feder radial und rückstellbar verschiebbar zur Dichtfläche angeordnet. Durch eine Halterung der federnden Montage in dem Lageraußenring 3 oder alternativ in dem Lagerinnenring 2 kann diese elastische Lagerung auch durch die Steifigkeit dieser Lagerteile mit beeinflusst werden.

Die hydrostatischen Tragelemente 6 sind vorzugsweise zwei- oder mehrreihig angeordnet. Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel sind die Tragelemente 6 beispielsweise dreireihig angeordnet. Die hydrostatischen Tragelemente 6 sind ferner vorzugsweise auf einer sphärischen Bezugsfläche, hier der Umfangsfläche 11 des Lageraußenringes 3, dicht gepackt angeordnet, um unterschiedliche radiale und/oder axiale Belastungen aufnehmen zu können. Das axial und radial führende hydrostatische Gleitlager 1 ist dann besonders belastbar.

Ein Generieren von Lagen für mindestens ein Tragelement 6 erfolgt unter Vergleichmäßigung der Druckverteilung auf benachbarte Tragelemente 6, wozu ein radiales Lagerspiel 36 zwischen den Kopfflächen 34 der Tragelemente 6 und der jeweiligen Dichtfläche, hier der Umfangsfläche 10, gefertigt wird. Das radiale Lagerspiel 36 zwischen jeweils der Kopffläche 34 der Tagelemente 6 und der als Dichtfläche arbeitenden Umfangsfläche 10, 11 beträgt mindestens das Doppelte des Dichtspaltes 9 unter Maximallast. Der Dichtspalt 9 unter Maximallast besitzt üblicherweise Höhen von 30 bis 70 pm. Das radiale Lagerspiel 36 beträgt vorzugsweise 100 bis 600 pm.

Die Fig. 8a und Fig. 8b zeigen abgewickelt zwischen 0° und 360° die einzelnen Taschendrücke der in drei Reihen angeordneten Tragelemente 6 für eine beispielhafte äußere Belastung mit axialem und radialem Lastfall. Eine Gegenüberstellung der als Säulen dargestellten Taschendrücke für die Tragelemente 6 in einem steifen Lager nach dem Stand der Technik gemäß Fig. 8a und in einem erfindungsgemäßen elastischen Lager gemäß Fig. 8b mit gleichem radialem Lagerspiel 36 von 200 pm zeigt, dass erfindungsgemäß eine größere Anzahl Tragelemente 6 zur Ableitung von Druckbelastungen wirksam ist. Nach dem Stand der Technik (vgl. Fig. 8a) sind dies radial im Wesentlichen nur zwei Tragelemente mit einer Druckaufnahme über 50 bar. Erfindungsgemäß (vgl. Fig. 8b) sind dies dagegen radial sechs Tragelemente 6 mit einer Druckaufnahme über 50 bar. Auch axial zeigt das erfindungsgemäße Gleitlager eine erweitere Druckzone unter äußerer Belastung.

Die Tragelemente 6 sind an mindestens eine Hochdruckpumpe einer Ölversorgung angeschlossen. Die mindestens eine Hochdruckpumpe fördert einen konstanten Ölstrom und der Pumpendruck stellt sich je nach Höhe des Dichtspaltes 9 ein, damit die Fördermenge konstant bleibt.

Die hydrostatischen Tragelemente 6 können dazu an einen gemeinsamen Ölstrom (nicht dargestellt) angeschlossen sein. Die dann erforderlichen Drosseln vor den Taschenelementen besitzen eine an die Viskosität des Öls angepasste Einstellung. Die Viskosität ist temperaturabhängig.

Bei einem Einsatz des Gleitlagers 1 in einem breiten Temperaturbereich ist deshalb eine Ölversorgung 8 bevorzugt, wie sie beispielsweise in Fig. 7 dargestellt ist. Danach sind die hydrostatischen Tragelemente 6 an eine Ölversorgung 8 angeschlossen, die über Stromteiler 12 den Taschenelementen 7 einen konstanten Volumenstrom zuführt. Die höchste Tragfähigkeit lässt sich bei Gleitlagern 1 erreichen, wenn im Dichtspalt 9 bzw. Schmierspalt ein tragfähiger Ölfilm vorhanden ist. Die mindestens eine Hochdruckpumpe 13, 14, 15 presst das Schmiermittel bzw. Öl mit einem konstanten Volumenstrom in die Taschenelemente 7 der Tragelemente 6. Je nach Belastung einzelner Tragelemente 6 und damit verbundener Änderung des Strömungswiderstandes zwischen dem Taschenelement 7 und der Umfangsfläche 10 des Lagerinnenringes 2 ändert sich der Taschendruck. Dies bedeutet, dass der Druck in der Tasche abhängig von der jeweiligen Belastung steigt bei konstantem Volumenstrom.

Steigt die Belastung an, so verringert sich die Höhe des Dichtspaltes 9. Damit erhöht sich der Strömungswiderstand und mit ihm der Öldruck. In dem Taschenelement 7 stellt sich ein erhöhter Druck ein, der der erhöhten äußeren Belastung folgt.

Vorzugsweise ist für jede Reihe an Tragelementen 6 ein Leitungsbündel 16, 17, 18 vorgesehen, das einer Hochdruckpumpe 13, 14, 15 mit zugehörigem Stromteiler 12a, 12b, 12c zugeordnet ist, die das Öl (Betriebsfluid) ständig auf den dem gewünschten hydrostatischen Druck entsprechenden Arbeitsdruck bringt. Die drei Hochdruckpumpen 13, 14, 15 sind jeweils Konstantmengenpumpen. Der Arbeitsdruck stellt sich auf das erforderliche Niveau ein. Aufwand für Zufuhr, Rückführung und eventuell Kühlung des im Dichtspalt 9 erwärmten Öls ist bei niedrigen Gleitgeschwindigkeiten gering.

Das während der Drehung am Umfangsrand der Taschen austretende Öl gelangt über nicht gezeigte Auffangrinnen und Leitungen 19 in einen Kreislauf 20 in die Hochdruckpumpe 13, 14, 15 zurück.

Um die Lasten am Gleitlager 1 in allen Richtungen zu jeder Zeit aufnehmen zu können, müssen alle hydrostatischen Taschenelemente 7 permanent mit Öl durchströmt werden. Den Taschenelementen 7 der Tragelemente 6 wird folglich mit Hilfe der Hochdruckpumpen 13, 14, 15 über die Leitungsbündel 16, 17, 18 Öl als Druckmedium zugeführt. In den Taschen baut sich ein so hoher Druck auf, dass das Öl an den Taschenelementen 7 nach außen tritt. Ein die Reibung weitgehend aufhebender Ölfilm der Dicke h, d.h. der Dichtspalt 9, entsteht. Die Trennung durch den Ölfilm sorgt für eine völlige Verschleißfreiheit der Lagerung der Welle 4 in dem Gleitlager 1. Leichtgängig wird das hydrostatische Gleitlager 1 durch größere Dichtspalthöhen und/oder einem gefertigten Lagerspiel. Das Lagerspiel führt dazu, dass nur dort tragende Ölfilme gebildet werden, wo Lastkonzentrationen auftreten würden. Die übrigen unbelasteten Tragelemente 6 weisen Dichtspalte 9 auf, die durch ein gefertigtes Lagerspiel quasi drucklos gestellt werden können und damit an der Reibleistung in dem Gleitlager 1 nicht mehr beteiligt sind und mit ihrem großen Abstand zur Umfangsfläche 10 kaum Pumpleistung verbrauchen. Die Reib- und Pumpleistung an den nicht belasteten Taschenelementen 7 kann so auf ein Minimum reduziert werden. Ferner werden die maximal auftretenden hydraulischen Drücke durch die Vergleichmäßigung stark reduziert, wodurch geringere Volumenströme für einen geforderten minimalen Dichtspalt 9 ausreichen. Das wirkt sich ebenfalls reduzierend auf die Pumpleistung aus.

Die Fig. 13a und Fig. 13b zeigen ein vereinfacht dargestelltes Gleitlager 1 im unbelasteten Zustand, um das gefertigte radiale Lagerspiel 36 zu verdeutlichen, das den Abstand zwischen dem kopfseitigen Ende eines Tragelementes 6 und der Dichtfläche, die hier von der Umfangsfläche 10 gebildet wird, konstruktionsbedingt bestimmt. Der Dichtspalt 9 unter Maximallast bildet sich erst bei einer Belastung und bei einer Ölversorgung aus, wie Fig. 13b verdeutlicht. Je größer das radiale Lagerspiel 36 ist, desto weiter öffnen sich die quasi drucklosen Dichtspalte 9.1.

Die Lastverteilung auf einzelne hydrostatische Tragelemente 6 wird erfindungsgemäß vergleichmäßigt durch eine Verbreiterung der Druckzone, d.h. Erhöhung der Anzahl Tragelemente 6, auf die eine äußere Belastung verteilt wird. Dazu ist das Gleitlager 1 elastisch verformbar ausgebildet, so dass unter Last eine reversible Anpassung der Tragelemente 6 an den drehenden Lagerinnenring 2 erfolgt und damit die Druckzone im Gleitlager 1 erweitert und vergleichmäßigt wird. Das erfindungsgemäße Gleitlager 1 ist deshalb besonders gut geeignet zur Aufnahme von kurzfristigen Belastungsschwankungen, wie sie beispielsweise durch Windböen bei Rotor-/Generatorbaugruppen einer Windenergieanlage auftreten. Das erfindungsgemäße Gleitlager 1 kann unter solchen Bedingungen zudem energieoptimiert arbeiten, da Pumpleistung und Reibleistung konstruktiv minimiert wurden.

Die hydrostatischen Tragelemente 6 sind vorzugsweise als Teller ausgeführt. Teller sind ein einfaches und kostengünstiges Drehteil. Die Tellerdicke wird eng toleriert, damit die Druckunterschiede aufgrund der Dickentoleranz minimiert werden können. Zusätzlich können die Teller einzeln vermessen und sortiert in den Lageraußenring 3 eingebaut werden, so dass die ähnlich dünnsten Teller und die ähnlich dicksten Teller benachbart angeordnet sind. So ergibt sich zwar eine geringe Exzentrizität der Welle 4 im Gleitlager 1 , die Druckunterschiede aufgrund von Fertigungstoleranzen werden aber minimiert.

Fig. 11 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines Gleitlagers 1 , bei dem die hydrostatischen Tragelemente 6 zweireihig angeordnet sind. Im Übrigen gelten die vorstehenden Ausführungen hier entsprechend. Eine solche zweireihige Anordnung der hydrostatischen Tragelemente 6 ist hinreichend, wenn eine axiale Belastung gering ist.

Fig. 12 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel eines Gleitlagers, bei dem die hydrostatischen Tragelemente 6 dreireihig angeordnet sind. Die Tragelemente 6 sind hier mit unterschiedlich großen Taschenelementen 7 ausgebildet. Die randseitig angeordneten Tragelemente 6 sind beispielsweise mit kleineren Taschenelementen 7 ausgebildet als mittig angeordnete Tragelemente 6.

Die Materialpaarungen für das Gleitlager 1 werden nach tribologischen Eigenschaften gewählt. Für den Lageraußenring 3 und den Lagerinnenring 2 ist als Material Stahl oder Guss bevorzugt. Für die Tragelemente 6 ist als Material Bronze bevorzugt.

Claims

Patentansprüche

1. Hydrostatisches Gleitlager mit einem Lagerinnenring (2), der in einem Lageraußenring (3) über eine Anzahl hydrostatischer Tragelemente (6) gelagert ist, wobei die hydrostatischen Tragelemente (6) jeweils mindestens ein Taschenelement (7) mit einem Taschendruck zur Ausbildung eines hydrostatischen Dichtspalts (9) aufweisen, und die Umfangsflächen (10, 11) des Lagerinnenringes (2) und des Lageraußenringes (3) jeweils sphärisch ausgebildet sind und in einem unbelasteten Zustand mit einem Abstand (37) konzentrisch zueinander verlaufen, dadurch gekennzeichnet, dass ein radiales Lagerspiel (36) zwischen jeweils einer Kopffläche (34) der Tragelemente (6) und der als Dichtfläche arbeitenden Umfangsfläche (10, 11) mindestens das Doppelte der Höhe des Dichtspaltes (9) unter Maximallast beträgt und die Tragelemente (6) entlang jeweils einer Umfangszone von mindestens 90° in eine Druckzone elastisch verformbar sind.

2. Hydrostatisches Gleitlager nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die hydrostatischen Tragelemente (6) elastisch gelagert angeordnet sind, und zwar derart, dass der Taschendruck im Taschenelement (7) mindestens eines durch eine äußere Belastung belasteten Tragelementes (6) verformungsbedingte Lagen des Tragelementes (6) generiert, die einen tragfähigen Ölfilm im zugehörigen Dichtspalt (9) aufrechterhalten.

3. Hydrostatisches Gleitlager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elastische Lagerung von Tragelementen (6) über die Steifigkeit des Lageraußenringes (3) und gegebenenfalls des Lagerdeckels (5) einstellbar ist.

4. Hydrostatisches Gleitlager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die elastische Lagerung von Tragelementen (6) über eine federnde Montage der hydrostatischen Tragelemente einstellbar ist.

5. Hydrostatisches Gleitlager nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Generierung von Lagen von Tragelementen (6) unter Vergleichmäßigung des Taschendrucks benachbarter Tragelemente (6) erfolgt.

6. Hydrostatisches Gleitlager nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die hydrostatischen Tragelemente (6) mehrreihig angeordnet sind.

7. Hydrostatisches Gleitlager nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die hydrostatischen Tragelemente (6) tellerartig ausgebildet und an der Umfangsfläche (11) des Lageraußenringes (3) dicht gepackt angeordnet sind.

8. Hydrostatisches Gleitlager nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das radiale Lagerspiel (36) zwischen 0,1 und 0,6 mm gefertigt ist.

9. Hydrostatisches Gleitlager nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe des Dichtspaltes (9) unter Maximallast im Bereich von 30 bis 70 μιη liegt.

10. Hydrostatisches Gleitlager nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die hydrostatischen Tragelemente (6) an eine Hochdruckpumpe (13, 14, 15) einer Ölversorgung (8) angeschlossen sind.

11. Hydrostatisches Gleitlager nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die hydrostatischen Tragelemente (6) an einen gemeinsamen Ölstrom angeschlossen sind.

12. Hydrostatisches Gleitlager nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die hydrostatischen Tragelemente (6) an eine Ölversorgung (8) angeschlossen sind, die über Stromteiler (12) den hydrostatischen Taschenelementen (7) einen konstanten Volumenstrom zuführt.