WO2014166487A1 - Mediengeschmiertes wälzlager - Google Patents

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WO2014166487A1
WO2014166487A1 PCT/DE2014/200069 DE2014200069W WO2014166487A1 WO 2014166487 A1 WO2014166487 A1 WO 2014166487A1 DE 2014200069 W DE2014200069 W DE 2014200069W WO 2014166487 A1 WO2014166487 A1 WO 2014166487A1
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WO
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bearing
seals
seal
bearing arrangement
medium
Prior art date
Application number
PCT/DE2014/200069
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English (en)
French (fr)
Inventor
Wolfgang Schmidt-Aursch
Claus Müller
Gotthold Bürklin
Martin Prigge
Original Assignee
Schaeffler Technologies Gmbh & Co. Kg
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Filing date
Publication date
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    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/30Parts of ball or roller bearings
    • F16C33/66Special parts or details in view of lubrication
    • F16C33/6637Special parts or details in view of lubrication with liquid lubricant
    • F16C33/6659Details of supply of the liquid to the bearing, e.g. passages or nozzles
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16C33/6637Special parts or details in view of lubrication with liquid lubricant
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    • F16C33/6692Liquids other than oil, e.g. water, refrigerants, liquid metal
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16C33/00Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/72Sealings
    • F16C33/76Sealings of ball or roller bearings

Definitions

  • the invention relates to a media lubricated rolling bearing. Under a media lubrication lubrication with a medium is understood, which is present in the intended operation of the bearing in a surrounding space and this parts of the bearing and possibly associated with this surrounding construction, the medium is not primarily intended for lubrication of the bearing.
  • the rolling bearing can be part of a system which conveys the medium and / or flows through or flows through the medium.
  • a media-lubricated rolling bearing namely a roller bearing for underwater applications, in particular for underwater turbines, is known for example from DE 10 2008 029 483 A1.
  • This rolling bearing comprises bearing rings made of non-rusting material, for example steel with the material number 1 .4108 (trade name: Cronidur), and corrosion-resistant, such as ceramic rolling elements.
  • a cage is provided, which is made of polyetheretherketone (PEEK), for example.
  • PEEK polyetheretherketone
  • Another media-lubricated rolling bearing is known from US 6,588,139 B2. This is a bearing in a pump that conveys liquefied gas, such as nitrogen or natural gas, and at temperatures. below -100 ° C, sometimes at less than -150 ° C, is operated.
  • a cage made of PEEK is used. Also regarding the materials of the bearing rings and the rolling elements are similarities with the rolling bearing according to DE 10 2008 029 483 A1 given: While the bearing rings are made of a stainless steel, is called as a suitable material for the rolling elements, inter alia, ceramic. Further examples of material combinations for media-lubricated roller bearings are listed in EP 1 783 386 B1.
  • the invention has for its object to further develop a bearing assembly with a media-lubricated bearings relative to the cited prior art, in particular with regard to a favorable relationship between manufacturing, operating, maintenance and monitoring effort on the one hand and expected life on the other hand, even with not exactly determinable operating conditions ,
  • the bearing assembly comprises a medially lubricated rolling bearing with a number between a inner raceway and an outer raceway arranged in at least one row of rolling elements, and at least two sides of the rolling element arranged seals, wherein one and the same liquid surrounding medium both outside of the seals and in an inner space between the Seals is located.
  • the rolling bearing can be designed as a radial bearing, thrust bearing or combined radial / axial bearing. forms his. In each of these cases, it may be a single or multi-row bearing.
  • the raceways of the rolling bearing are referred to without restriction of generality in all cases as inner raceway and outer raceway.
  • the outer race is formed by a bearing ring or a housing and the inner race by a shaft.
  • both raceways may be formed for example by a bearing disc.
  • the invention is based on the consideration that there are two fundamentally different approaches in the prior art in order to design a bearing for use under difficult, in particular corrosive, environmental conditions:
  • all the components of the bearing can be manufactured from materials that withstand the given difficult environmental conditions, such as those that occur in the production of liquefied natural gas or in the operation of the bearing in the sea, at least for a limited period of time. Examples which proceed from this approach are described in the above-mentioned documents DE 10 2008 029 483 A1, US Pat. No. 6,588,139 B2 and EP 1 783 386 B1.
  • the approach can be followed to seal the bearing or other potentially endangered by the medium components as possible against the surrounding medium or even hermetically separated from this medium.
  • a hermetic separation is present, for example, in pumps with magnetic coupling, as they are known in principle for example from DE 10 2009 052 856 B3.
  • a protective effect can also be achieved by supplying lubricant to a sealed interior of a bearing under pressure, so that the penetration of foreign substances into the interior is prevented already by the given pressure gradient.
  • JP 2000337523 A Special measures for pressure compensation may be necessary for bearings that are operated under high pressure, for example, in about 100 m water depth. Examples for pressure compensation devices for such applications are described in documents WO 2012/022615 A1 and DE 10 2010 034 942 A1.
  • the invention combines these apparently incompatible approaches by providing a bearing assembly that is provided with seals, but at least partially surrounding the bearing, not primarily designed as a lubricant medium, such as fresh water, salt water, process fluid, coolant, hydraulic fluid, LPG , an acid, a caustic or a flowable material in food production.
  • a lubricant medium such as fresh water, salt water, process fluid, coolant, hydraulic fluid, LPG , an acid, a caustic or a flowable material in food production.
  • the rolling bearing is designed for an at least slow flow with surrounding medium.
  • the seals can be partially permeable to the surrounding medium at least at a pressure difference between the interior and the space outside the seals.
  • the passage behavior of the seals is symmetrical with positive and negative pressure differences between the interior and the space outside the seals.
  • a positive pressure difference is spoken here, if in the interior of the Wälzla- gers, that is, in the space formed between the seals, in which the rolling elements and optionally also a leading cage, there is an overpressure against the outer space surrounding the rolling bearing. With a positive pressure difference thus medium flows out of the rolling bearing to the outside. In the reverse case, with a negative pressure difference, medium is pressed from the outside into the rolling bearing.
  • the symmetrical transmission behavior of a seal means that the amount of medium flowing through per unit time depends only on the amount, but not on the sign of the pressure difference.
  • the pressure differences on opposite sides of the bearing assembly may differ from each other.
  • a direction of flow which is exposed to the bearing by flowing medium, change in the course of operation of the bearing.
  • the symmetrical passage behavior of the seals ensures that even at changing pressure conditions at least approximately comparable properties, which is the flow of the medium between the inner and outer space of the bearing assembly, given. This property is particularly advantageous in applications with directionally undetermined media flow with regard to the cooling of the bearing.
  • the seals of the bearing assembly may be formed in a simple embodiment as a single-lip seals. These can be radial single-lip seals as well as axial single-lip seals. Also, sealing lips that contact an inclined surface with respect to the bearing axis, may be part of the bearing assembly. In a more complex embodiment, the seal has both a radial and an axial sealing lip.
  • the interior of the bearing assembly is sealed on both sides in each case by an arrangement of a plurality of seals.
  • the individual seals on one side of the bearing assembly may be the same or different.
  • one of the seals is designed as a non-contacting seal, while a further arranged on the same side of the rolling bearing seal is designed as a contact- sealing seal.
  • the outer seal is not touching, while the more inwardly located, directly adjacent to the interior of the rolling bearing seal is touching.
  • the non-contacting seal in this case has, among other things, the function of keeping coarse particles in the medium away from the rolling bearing.
  • the non-contacting seal ensures that the mass flow of medium flowing between the environment and the rolling bearing does not become too large. This limitation of the mass flow is used in particular to protect the inner, touching seal.
  • the inner seal can therefore be relatively weak in terms of resistance to pressure differences compared to the outer, non-contacting seal. Despite its training as a touching seal, the inner seal stands out Therefore, by a particularly low friction. In Sunnnne acts thus by the arrangement of inner and outer seal only a very small braking torque on the bearings. At the same time, a high level of protection is provided, even with media heavily laden with particles, for example sand.
  • the outer seal also allows the inner seal at any geometric design, at least to a limited extent a media flow through the seal assembly.
  • a porous seal design comes into consideration.
  • a porosity can be given, for example, in a seal made of a woven or nonwoven fabric and provides in a desired manner for a filtering effect of the seal.
  • suitable sealing materials both for sealing arrangements, each with exactly one seal on each bearing side as well as for successively connected seals, are exemplified elastomers and thermoplastics.
  • elastomers polytetrafluoroethylene (PTFE) is usable as the sealing material.
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • a seal may also be constructed of a material combination, for example an elastomer with fabric reinforcement.
  • seals in the bearing arrangement can be made up of one or more components. If seals have metallic constituents, in particular a metallic core, these are preferably made of corrosion-protected materials, for example stainless steel.
  • a contact surface of a seal for example on a shaft, on a bearing ring, on an end face or in a recess, may be surface-treated or surface-coated.
  • the seal itself, for example, coated with a bonded coating.
  • the sealing arrangement preferably has a low overlap, in order to allow on the one hand a passage of liquid medium and on the other hand to develop a sufficient protective effect against particles.
  • the sealing arrangement in particular in application areas in which to be expected with highly particle-laden medium, a separate filter upstream as a coarse dirt filter.
  • the provided with seals, provided for at least partial flooding with surrounding medium bearing arrangement is a low-friction, robust and economical total solution for the rolling bearing operation even at high absolute and differential pressures, for example in large water depths or pumps, in addition to tidal and marine current power plants are as possible application areas also bearings for marine propulsion and general machines and equipment of off-shore and marine engineering to call.
  • a targeted flow circuit through the rolling bearing is not provided.
  • the rolling bearing can be any type of ball and / or roller bearing, such as a cylindrical roller, tapered roller or spherical roller bearings.
  • a suitable material for the bearing rings for example, steel with the material number 1 .4108 (trade name: Cronidur).
  • the rolling elements can likewise be made of corrosion-resistant steel or of ceramic, for example silicon nitride. If the rolling bearing has a cage, this is preferably made of plastic, for example polyether ether ketone (PEEK). Depending on the application, it is also possible to use a less expensive plastic, for example polyamide, as a cage material. Especially at high mechanical loads, a cage made of non-ferrous metal, in particular solid brass cage, may be advantageous.
  • PEEK polyether ether ketone
  • FIG. 1 shows a first embodiment of a sealed, media-flooded bearing arrangement with an angular contact ball bearing
  • FIG. 2 shows a second embodiment of a sealed, media-flooded bearing arrangement with an angular contact ball bearing
  • Fig. 3 is a sealed, media-flooded bearing assembly
  • Fig. 4 a sealed, media-flooded bearing assembly
  • Fig. 5 is a sealed, media-flooded bearing assembly
  • Fig. 6 is a sealed, media-flooded bearing assembly with
  • a bearing assembly 1 which comprises a designed as a single-row angular contact ball bearing 2, which is operated in a medium M, namely, lye seawater, and is installed, for example, in a flow power plant.
  • the rolling bearing 2 comprises an inner ring 3, an outer ring 4, and between the bearing rings 3,4 rolling rolling elements 5, namely balls.
  • the rolling bearing 2 is designed as a full complement bearing, that is without a cage.
  • the bearing rings 3,4 are made of steel with the material number 1 .4108.
  • the seals 6 are partially permeable. As a result, at most a slight pressure difference can build up between the interior of the roller bearing 2 delimited by the seals 6 and the exterior space surrounding the rolling bearing 2.
  • the rolling bearing 2 is therefore suitable for use in any water depth and any flow conditions without any restriction.
  • the sealing arrangement used in the bearing arrangement 1 and constructed from the two seals 6 is characterized by a very low degree of friction.
  • the seals 6 sufficiently retain particles, in particular sand, from the rolling contacts formed between the balls 5 and, on the one hand, an inner race 7 on the inner ring 3 and, on the other hand, an outer race 8 on the inner surface of the outer ring 4.
  • the bearing assembly 1 is thus suitable for long-term maintenance-free use under water.
  • the rolling bearing 2 may be formed as a multi-row bearing.
  • the individual rows of rolling elements can be spaced as desired from each other and do not necessarily have a common inner ring 3 or a common outer ring 4.
  • the inner ring 3 may also be provided a hollow or solid shaft.
  • FIG. 2 differs from the embodiment of FIG. 1, in particular by the design of the seal assembly.
  • an inner seal 6 which limits the interior of the rolling bearing 2, namely angular contact ball bearing, in this case at the end faces of the rolling bearing 2 each have a further, outer seal 9 is arranged, which formed in contrast to the inner seal 6 as a non-contacting seal is. While the outer seal 9 prevents coarse dirt from the interior of the rolling bearing 2, the inner seal 6 even against the finest particles has a filtering effect.
  • the shape of the inner seal is shown only schematically in FIGS. 1 and 2.
  • the outer seal 9 is designed as a disc which leaves a gap S open to the inner ring 3 and thus acts as a throttle, in particular at high flow velocities of the medium M.
  • a cage 14 is provided to guide the rolling elements 5.
  • the medium M can both flow in and out.
  • two openings 10 in the outer ring 4 are recognizable in Fig. 2, which are also flowed through by medium M, wherein in a manner not shown in front of each opening 10, a filter can be set.
  • a sufficient flow and thus cooling effect is given by the seals 6.9 and openings 10 even at low flow of the medium M, wherein no particular flow direction is predetermined.
  • the rolling bearing 2 is indicated in each of these figures only as a closed module, which may be designed, for example, as shown in Figures 1 and 2, as a ball bearing.
  • the respective roller bearing 2 can be, for example, a needle bearing, a ball roller bearing, a cylindrical roller bearing, a spherical roller bearing or a tapered roller bearing, each in a single or multi-row design.
  • the seals 6 are designed as radial single-lip seals, which directly contact a rotating shaft 3 instead of an inner ring.
  • FIG. 3 An optional reinforcement of the seals 6 in the form of a sheet metal ring is not shown in Fig. 3.
  • the embodiment of FIG. 4 differs from the embodiment of FIG. 3, characterized in that the seals 6 are formed as axial single-lipped seals and each start at the front of a paragraph 1 1 of the shaft 3.
  • the exemplary embodiment according to FIG. 5 represents a further development, in which the seals each have radial lip 12 and an axial lip 13 and in this case are constructed in one piece.
  • the seals 6 are clearly spaced from the rolling bearing 2. This distance between the seals 6 and at least one roller bearing 2 within the bearing assembly 1 can be arbitrarily large.
  • the bearing arrangement 1 according to FIG. 6, in principle comparable to the bearing arrangement according to FIG. 2, has two seals 6, 9 on both sides of the rolling bearing 2, which in this case are both designed as contacting single-lipped seals 6, 9.

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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Rolling Contact Bearings (AREA)

Abstract

Eine Lageranordnung umfasst ein mediengeschmiertes Wälzlager (2) mit einer Anzahl zwischen einer Innenlaufbahn (7) und einer Außenlaufbahn (8) in mindestens einer Wälzkörperreihe angeordneter Wälzkörper (5), sowie mit mindestens zwei beidseitig der Wälzkörperreihe angeordneten Dichtungen (6, 9), wobei sich ein und dasselbe flüssige Medium (M), beispielsweise Meerwasser, sowohl außerhalb der Dichtungen (6, 9) als auch in einem Innenraum zwischen den Dichtungen (6, 9) befindet.

Description

Bezeichnung der Erfindung
Mediengeschmiertes Wälzlager Beschreibung
Gebiet der Erfindung Die Erfindung betrifft ein mediengeschmiertes Wälzlager. Unter einer Medienschmierung wird eine Schmierung mit einem Medium verstanden, welches im bestimmungsgemäßen Betrieb des Wälzlagers in einem dieses umgebenden Raum vorhanden ist und hierbei Teile des Wälzlagers sowie einer gegebenenfalls mit diesem verbundenen Umgebungskonstruktion beaufschlagt, wobei das Medium nicht primär zur Schmierung des Wälzlagers vorgesehen ist. Das Wälzlager kann Teil einer das Medium fördernden und/oder vom Medium durchströmten oder angeströmten Anlage sein.
Hintergrund der Erfindung
Ein mediengeschmiertes Wälzlager, nämlich ein Wälzlager für Unterwasseranwendungen, insbesondere für Unterwasserturbinen, ist beispielsweise aus der DE 10 2008 029 483 A1 bekannt. Dieses Wälzlager umfasst Lagerringe aus nicht rostendem Material, beispielsweise Stahl mit der Werkstoffnummer 1 .4108 (Handelsname: Cronidur), sowie korrosionsbeständige, beispielsweise keramische Wälzkörper. Zur Führung der Wälzkörper ist ein Käfig vorgesehen, welcher zum Beispiel aus Polyetheretherketon (PEEK) gefertigt ist. Ein weiteres mediengeschmiertes Wälzlager ist aus der US 6,588,139 B2 bekannt. Hierbei handelt es sich um ein Lager in einer Pumpe, die verflüssigtes Gas, beispielsweise Stickstoff oder Erdgas, fördert und bei Temperaturen un- terhalb von -100°C, teilweise bei weniger als -150°C, betrieben wird. Auch in diesem Fall wird ein aus PEEK gefertigter Käfig verwendet. Auch betreffend die Werkstoffe der Lagerringe sowie der Wälzkörper sind Gemeinsamkeiten mit dem Wälzlager nach der DE 10 2008 029 483 A1 gegeben: Während die La- gerringe aus einem nicht rostenden Stahl gefertigt sind, ist als geeigneter Werkstoff für die Wälzkörper unter anderem Keramik genannt. Weitere Beispiele von Werkstoffkombinationen für mediengeschmierte Wälzlager sind in der EP 1 783 386 B1 aufgeführt.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lageranordnung mit einem mediengeschmierten Wälzlager gegenüber dem genannten Stand der Technik insbesondere hinsichtlich einer günstigen Relation zwischen Herstellungs-, Betriebs-, Instandhaltungs- und Überwachungsaufwand einerseits sowie zu erwartender Lebensdauer andererseits, auch bei nicht exakt determinierbaren Betriebsbedingungen, weiterzuentwickeln.
Beschreibung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Lageranordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 .
Die Lageranordnung umfasst ein mediengeschmiertes Wälzlager mit einer Anzahl zwischen einer Innenlaufbahn und einer Außenlaufbahn in mindestens einer Wälzkörperreihe angeordneter Wälzkörper, sowie mit mindestens zwei beidseitig der Wälzkörperreihe angeordneten Dichtungen, wobei sich ein und dasselbe flüssige Umgebungsmedium sowohl außerhalb der Dichtungen als auch in einem Innenraum zwischen den Dichtungen befindet. Das Wälzlager kann als Radiallager, Axiallager oder kombiniertes Radial/Axial-Lager ausge- bildet sein. In jedem dieser Fälle kann es sich um ein ein- oder mehrreihiges Lager handeln. Die Laufbahnen des Wälzlagers werden ohne Beschränkung der Allgemeinheit in allen Fällen als Innenlaufbahn und Außenlaufbahn bezeichnet. Im Fall eines Radiallagers ist beispielsweise die Außenlaufbahn durch einen Lagerring oder ein Gehäuse und die Innenlaufbahn durch eine Welle gebildet. Bei einem Axiallager können beide Laufbahnen beispielsweise durch eine Lagerscheibe gebildet sein.
Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass es im Stand der Technik zwei grundlegend verschiede Ansätze gibt, um ein Lager für den Einsatz unter schwierigen, insbesondere korrosiven, Umgebungsbedingungen auszulegen:
Zum einen können sämtliche Komponenten des Lagers aus Werkstoffen gefertigt werden, die den gegebenen schwierigen Umgebungsbedingungen, wie sie beispielsweise bei der Förderung von verflüssigtem Erdgas oder bei dem Betrieb des Lagers im Meer gegeben sind, zumindest über einen begrenzten Zeitraum standhalten. Beispiele, die von diesem Ansatz ausgehen, sind in den oben genannten Dokumenten DE 10 2008 029 483 A1 , US 6,588,139 B2 und EP 1 783 386 B1 beschrieben.
Zum anderen kann der Ansatz verfolgt werden, das Lager oder andere potentiell durch das Medium gefährdete Bauteile bestmöglich gegen das umgebende Medium abzudichten oder gar hermetisch von diesem Medium zu trennen. Eine hermetische Trennung liegt beispielsweise bei Pumpen mit Magnetkupplung vor, wie sie prinzipiell etwa aus der DE 10 2009 052 856 B3 bekannt sind. In der Lagertechnik kann eine Schutzwirkung auch dadurch erzielt werden, dass Schmiermittel einem abgedichteten Innenraum eines Lagers unter Druck zugeführt wird, so dass das Eindringen von Fremdstoffen in den Innenraum schon durch das gegebene Druckgefälle verhindert wird. In diesem Zusammenhang wird beispielhaft auf die JP 2000337523 A verwiesen. Besondere Maßnahmen zum Druckausgleich können bei Lagern notwendig werden, die unter hohem Druck, beispielsweise in ca. 100 m Wassertiefe, betrieben werden. Beispiele für Druckausgleichsvorrichtungen für solche Anwendungsfälle sind in den Dokumenten WO 2012/022615 A1 und DE 10 2010 034 942 A1 beschrieben.
Die Erfindung kombiniert diese scheinbar unvereinbaren Ansätze, indem eine Lageranordnung bereitgestellt wird, die zwar mit Dichtungen versehen ist, gleichzeitig aber zumindest teilweise mit dem das Lager umgebenden, nicht primär als Schmiermittel konzipierten Medium, beispielsweise Süßwasser, Salzwasser, Prozessflüssigkeit, Kühlflüssigkeit, Hydraulikflüssigkeit, Flüssiggas, einer Säure, einer Lauge oder einem fließfähigen Stoff in der Lebensmit- telproduktion, befüllt ist. Insbesondere ist das Wälzlager für eine zumindest langsame Durchströmung mit umgebendem Medium ausgelegt. Zu diesem Zweck können die Dichtungen zumindest bei einem zwischen dem Innenraum und dem Raum außerhalb der Dichtungen anliegenden Druckunterschied gegenüber dem Umgebungsmedium teildurchlässig sein.
In bevorzugter Ausgestaltung ist das Durchlassverhalten der Dichtungen bei positiven sowie negativen Druckunterschieden zwischen dem Innenraum und dem Raum außerhalb der Dichtungen symmetrisch. Von einem positiven Druckunterschied wird hierbei gesprochen, wenn im Innenraum des Wälzla- gers, das heißt in dem zwischen den Dichtungen gebildeten Raum, in welchem sich die Wälzkörper und gegebenenfalls auch ein dieser führender Käfig befinden, ein Überdruck gegenüber dem das Wälzlager umgebenden Außenraum herrscht. Bei positivem Druckunterschied fließt somit Medium aus dem Wälzlager nach außen. Im umgekehrten Fall, bei einem negativen Druckunterschied, wird Medium von außen in das Wälzlager gedrückt. Das symmetrische Durchlassverhalten einer Dichtung bedeutet, dass die pro Zeiteinheit durchströmende Menge an Medium nur vom Betrag, nicht jedoch vom Vorzeichen des Druckunterschiedes abhängig ist. Die Druckunterschiede auf gegenüberliegenden Seiten der Lageranordnung können sich voneinander unterscheiden. Ebenso kann eine Anströmrichtung, der das Lager durch strömendes Medium ausgesetzt ist, im Laufe des Betriebs des Lagers wechseln. Durch das symmetrische Durchlassverhalten der Dichtungen wird dafür gesorgt, dass auch bei wechselnden Druckverhältnissen zumindest annähernd vergleichbare Eigenschaften, was den Fluss des Mediums zwischen Innen- und Außenraum der Lageranordnung betrifft, gegeben sind. Diese Eigenschaft ist insbesondere in Anwendungsfällen mit richtungsmäßig nicht bestimmtem Medienfluss hinsicht- lieh der Kühlung des Lagers von Vorteil.
Die Dichtungen der Lageranordnung können in einfacher Ausgestaltung als einlippige Dichtungen ausgebildet sein. Hierbei kann es sich um radiale einlip- pige ebenso wie um axiale einlippige Dichtungen handeln. Auch Dichtlippen, die eine gegenüber der Lagerachse schräg gestellte Fläche kontaktieren, können Teil der Lageranordnung sein. In einer aufwendigeren Ausgestaltung weist die Dichtung sowohl eine radiale als auch eine axiale Dichtlippe auf.
Gemäß einer möglichen Weiterbildung ist der Innenraum der Lageranordnung beidseitig jeweils durch eine Anordnung aus mehreren Dichtungen abgedichtet. Die einzelnen Dichtungen auf einer Seite der Lageranordnung können hierbei gleichartig oder verschiedenartig sein. Im letztgenannten Fall ist beispielsweise eine der Dichtungen als nicht berührende Dichtung ausgebildet, während eine weitere auf derselben Seite des Wälzlagers angeordnete Dichtung als berüh- rende Dichtung ausgebildet ist. Vorzugsweise ist hierbei die außen liegende Dichtung nicht berührend, während die weiter innen liegende, unmittelbar den Innenraum des Wälzlagers begrenzende Dichtung berührend ist.
Die nicht berührende Dichtung hat in diesem Fall unter anderem die Funktion, grobe Partikel, die sich in dem Medium befinden, vom Wälzlager fernzuhalten. Darüber hinaus stellt die nicht berührende Dichtung sicher, dass der Massenstrom an Medium, welcher zwischen der Umgebung und dem Wälzlager fließt, nicht zu groß wird. Diese Begrenzung des Massenstroms dient insbesondere dem Schutz der inneren, berührenden Dichtung. Die innere Dichtung kann da- her, was die Resistenz gegenüber Druckunterschieden betrifft, im Vergleich zur äußeren, nicht berührenden Dichtung relativ schwach ausgelegt werden. Trotz ihrer Ausbildung als berührende Dichtung zeichnet sich die innere Dichtung daher durch eine besonders geringe Reibung aus. In der Sunnnne wirkt somit durch die Anordnung aus innerer und äußerer Dichtung nur ein sehr geringes Bremsmoment auf das Wälzlager. Gleichzeitig ist eine hohe Schutzwirkung selbst bei stark mit Partikeln, beispielsweise Sand, beladenen Medien gege- ben. Neben der äußeren Dichtung lässt auch die innere Dichtung bei jeder geometrischen Gestaltung zumindest in geringem Umfang einen Medienfluss durch die Dichtungsanordnung zu.
Sowohl bei einreihigen als auch bei mehrreihigen Dichtungsanordnungen kommt eine poröse Dichtungsgestaltung in Betracht. Eine solche Porosität kann zum Beispiel bei einer aus einem Gewebe oder Vlies gefertigten Dichtung gegeben sein und sorgt in gewünschter Weise für eine Filterwirkung der Dichtung. Als geeignete Dichtungswerkstoffe, sowohl für Dichtungsanordnungen mit jeweils genau einer Dichtung auf jeder Lagerseite als auch für hintereinander geschaltete Dichtungen, sind beispielhaft Elastomere und Thermoplaste zu nennen. Insbesondere ist Polytetrafluorethylen (PTFE) als Dichtungswerkstoff verwendbar. Eine Dichtung kann auch aus einer Werkstoffkombination, beispielsweise einem Elastomer mit Gewebeverstärkung, aufgebaut sein. Generell können Dichtungen in der Lageranordnung einteilig oder aus mehreren Bautei- len zusammengesetzt sein. Sofern Dichtungen metallische Bestandteile, insbesondere einen metallischen Kern, aufweisen, sind diese vorzugsweise aus korrosionsgeschützten Werkstoffen, zum Beispiel nicht rostendem Stahl, gefertigt.
Eine Anlauffläche einer Dichtung, beispielsweise auf einer Welle, auf einem Lagerring, an einer Stirnfläche oder in einem Einstich, kann oberflächenbehandelt oder oberflächenbeschichtet sein. Ebenso kann die Dichtung selbst, beispielsweise mit einem Gleitlack, beschichtet sein. In jedem Fall weist die Dichtungsanordnung vorzugsweise eine geringe Überdeckung auf, um einerseits einen Durchtritt von flüssigem Medium zu ermöglichen und andererseits eine ausreichende Schutzwirkung gegenüber Partikeln zu entfalten. Zum Schutz gegen Partikel kann der Dichtungsanordnung, insbesondere in Anwendungsgebieten, in denen mit stark partikelbeladenem Medium zu rechnen ist, ein gesonderter Filter als Grobschmutzfilter vorgeschaltet sein.
Insgesamt stellt die mit Dichtungen versehene, zur zumindest teilweisen Flutung mit umgebendem Medium vorgesehene Lageranordnung eine reibungs- arme, robuste und wirtschaftliche Gesamtlösung für den Wälzlagerbetrieb auch bei hohen Absolut- und Differenzdrücken, zum Beispiel in großen Wassertiefen oder in Pumpen, dar. Neben Gezeiten- und Meeresströmungskraftwerken sind als mögliche Anwendungsgebiete auch Lager für Schiffsantriebe sowie generell Maschinen und Geräte der Off-Shore- und Marinetechnik zu nennen. Ein gezielter Strömungskreislauf durch das Wälzlager ist nicht vorgesehen. Bei dem Wälzlager kann es sich um eine beliebige Bauart eines Kugel- und/oder Rollenlagers, beispielsweise ein Zylinderrollen-, Kegelrollen- oder Pendelrollenlager handeln. Ein geeigneter Werkstoff für die Lagerringe ist beispielsweise Stahl mit der Werkstoffnummer 1 .4108 (Handelsname: Cronidur). Die Wälz- körper können ebenfalls aus korrosionsbeständigem Stahl oder aus Keramik, zum Beispiel Siliziumnitrid, gefertigt sein. Sofern das Wälzlager einen Käfig aufweist, ist dieser vorzugsweise aus Kunststoff, beispielsweise Polyether- etherketon (PEEK) hergestellt. Je nach Anwendungsfall ist auch ein kostengünstigerer Kunststoff, beispielsweise Polyamid, als Käfigwerkstoff verwend- bar. Insbesondere bei hohen mechanischen Belastungen kann ein aus Buntmetall hergestellter Käfig, insbesondere Messingmassivkäfig, vorteilhaft sein.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachfolgend werden mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen, teils in grob vereinfachter Darstellung:
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen Fig. 1 Ein erstes Ausführungsbeispiel einer abgedichteten, medien- gefluteten Lageranordnung mit einem Schrägkugellager,
Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer abgedichteten, medien- gefluteten Lageranordnung mit einem Schrägkugellager,
Fig. 3 eine abgedichtete, mediengeflutete Lageranordnung mit
radialen einlippigen Dichtungen, Fig. 4 eine abgedichtete, mediengeflutete Lageranordnung mit
axialen einlippigen Dichtungen,
Fig. 5 eine abgedichtete, mediengeflutete Lageranordnung mit
Dichtungen, welche jeweils sowohl eine radiale als auch eine axiale Dichtlippe aufweisen,
Fig. 6 eine abgedichtete, mediengeflutete Lageranordnung mit
mehrreihigen Dichtungsanordnungen. Einander prinzipiell entsprechende oder gleichwirkende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
In Fig. 1 ist eine Lageranordnung 1 gezeigt, welche ein als einreihiges Schrägkugellager ausgebildetes Wälzlager 2 umfasst, das in einem Medium M, näm- lieh Meerwasser, betrieben wird und beispielsweise in ein Strömungskraftwerk eingebaut ist. Das Wälzlager 2 umfasst einen Innenring 3, einen Außenring 4, sowie zwischen den Lagerringen 3,4 abrollende Wälzkörper 5, nämlich Kugeln. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist das Wälzlager 2 als vollrolliges Lager, das heißt ohne Käfig, ausgebildet. Die Lagerringe 3,4 sind aus Stahl mit der Werkstoffnummer 1 .4108 gefertigt.
An den Stirnseiten des Wälzlagers 2 befindet sich jeweils eine Dichtung 6. Ge- genüber dem Medium M sind die Dichtungen 6 teildurchlässig. Demzufolge kann sich zwischen dem von den Dichtungen 6 begrenzten Innenraum des Wälzlagers 2 und dem das Wälzlager 2 umgebenden Außenraum höchstens ein geringer Druckunterschied aufbauen. Das Wälzlager 2 ist damit zum Ein- satz in beliebiger Wassertiefe und bei beliebigen Strömungsverhältnissen ohne jegliche Einschränkung geeignet. Im Vergleich zu herkömmlichen Dichtungen für Unterwasseranwendungen zeichnet sich die bei der Lageranordnung 1 zum Einsatz kommende, aus den zwei Dichtungen 6 aufgebaute Dichtungsanordnung durch eine sehr geringe Reibung aus. Gleichzeitig halten die Dichtungen 6 in ausreichendem Maße Partikel, insbesondere Sand, von den Wälzkontakten, die zwischen den Kugeln 5 und einerseits einer Innenlaufbahn 7 auf dem Innenring 3 und andererseits einer Außenlaufbahn 8 auf der inneren Oberfläche des Außenrings 4 gebildet sind, ab. Die Lageranordnung 1 eignet sich damit für einen langfristigen wartungsfreien Einsatz unter Wasser. Im Unterschied zur Anordnung nach Fig. 1 kann das Wälzlager 2 auch als mehrreihiges Lager ausgebildet sein. Hierbei können die einzelnen Wälzkörperreihen beliebig voneinander beabstandet sein und weisen nicht notwendigerweise einen gemeinsamen Innenring 3 oder einen gemeinsamen Außenring 4 auf. An Stelle des Innenrings 3 kann auch eine hohle oder massive Welle vorgesehen sein.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 unterscheidet sich vom Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 insbesondere durch die Gestaltung der Dichtungsanordnung. Zusätzlich zu einer inneren Dichtung 6, die den Innenraum des Wälzlagers 2, nämlich Schrägkugellagers, begrenzt, ist in diesem Fall an den Stirnseiten des Wälzlagers 2 jeweils eine weitere, äußere Dichtung 9 angeordnet, die im Gegensatz zur inneren Dichtung 6 als nicht berührende Dichtung ausgebildet ist. Während die äußere Dichtung 9 groben Schmutz vom Innenraum des Wälzlagers 2 abhält, hat die innere Dichtung 6 selbst gegenüber feinsten Partikeln eine Filterwirkung. Die Form der inneren Dichtung ist in den Figuren 1 und 2 lediglich schematisch dargestellt. Die äußere Dichtung 9 ist als Scheibe gestaltet, welche einen Spalt S zum Innenring 3 offen lässt und somit als Drossel, insbesondere bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten des Mediums M, wirkt. Zur Führung der Wälzkörper 5 ist ein Käfig 14 vorgesehen.
Auf jeder Seite des Wälzlagers 2 kann das Medium M sowohl ein- als auch ausströmen. Zusätzlich sind in Fig. 2 zwei Öffnungen 10 im Außenring 4 er- kennbar, die ebenfalls von Medium M durchströmbar sind, wobei in nicht dargestellter Weise vor jede Öffnung 10 ein Filter gesetzt sein kann. Insgesamt ist durch die Dichtungen 6,9 sowie Öffnungen 10 auch bei schwacher Strömung des Mediums M eine ausreichende Strömung und damit Kühlwirkung gegeben, wobei keine bestimmte Strömungsrichtung vorgegeben ist.
Hinsichtlich möglicher konkreter Gestaltungen von Dichtungen 6,9 wird im Folgenden auf die Figuren 3 bis 6 verwiesen. Das Wälzlager 2 ist in jeder dieser Figuren lediglich als geschlossenes Modul angedeutet, welches beispielsweise, wie nach den Figuren 1 und 2, als Kugellager gestaltet sein kann. Alternativ kann es sich in jedem der in den Figuren 3 bis 6 skizzierten Anordnungen bei dem jeweiligen Wälzlager 2 beispielsweise um ein Nadellager, ein Kugelrollenlager, ein Zylinderrollenlager, ein Pendelrollenlager oder ein Kegelrollenlager, jeweils in ein- oder mehrreihiger Ausführung, handeln. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 sind die Dichtungen 6 als radiale einlippige Dichtungen gestaltet, welche direkt eine rotierende Welle 3 an Stelle eines Innenrings kontaktieren. Eine optionale Verstärkung der Dichtungen 6 in Form eines Blechrings ist in Fig. 3 nicht dargestellt. Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 unterscheidet sich vom Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 dadurch, dass die Dichtungen 6 als axiale einlippige Dichtungen ausgebildet sind und jeweils stirnseitig an einem Absatz 1 1 der Welle 3 anlaufen. Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 stellt eine Weiterentwicklung dar, bei welcher die Dichtungen jeweils radiale Lippe 12 sowie eine axiale Lippe 13 aufweisen und hierbei einstückig aufgebaut sind. Wie aus Fig. 5 hervorgeht, sind die Dichtungen 6 vom Wälzlager 2 deutlich beabstandet. Dieser Abstand zwischen den Dichtungen 6 und mindestens einem Wälzlager 2 innerhalb der Lageranordnung 1 kann beliebig groß sein. Die Lageranordnung 1 nach Fig. 6 weist, prinzipiell vergleichbar mit der Lageranordnung nach Fig. 2, beidseitig des Wälzlagers 2 jeweils zwei Dichtungen 6,9 auf, welche in diesem Fall beide als berührende einlippige Dichtungen 6,9 ausgebildet sind.
Bezugszahlenliste
1 Lageranordnung
2 Wälzlager
3 Welle, Innenring
4 Außenring
5 Wälzkörper
6 Dichtung
7 Innenlaufbahn
8 Außenlaufbahn
9 äußere Dichtung
10 Öffnung
1 1 Absatz
12 radiale Lippe
13 axiale Lippe
14 Käfig
M Medium
S Spalt

Claims

Patentansprüche
1 . Lageranordnung, umfassend ein mediengeschmiertes Wälzlager (2) mit einer Anzahl zwischen einer Innenlaufbahn (7) und einer Außenlaufbahn (8) in mindestens einer Wälzkörperreihe angeordneter Wälzkörper (5), sowie mit mindestens zwei beidseitig der Wälzkörperreihe angeordneten Dichtungen (6,9), wobei sich ein und dasselbe flüssige Medium (M) sowohl außerhalb der Dichtungen (6,9) als auch in einem Innenraum zwischen den Dichtungen (6,9) befindet.
2. Lageranordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungen (6,9) zumindest bei einem zwischen dem Innenraum und dem Raum außerhalb der Dichtungen (6,9) anliegenden Druckunterschied gegenüber dem Medium (M) teildurchlässig sind.
3. Lageranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Durchlassverhalten der Dichtungen (6,9) bei positiven sowie negativen Druckunterschieden zwischen dem Innenraum und dem Raum außerhalb der Dichtungen (6,9) symmetrisch ist.
4. Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Dichtung (6,9) als einlippige Dichtung ausgebildet ist.
5. Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Dichtung (6,9) sowohl eine radiale Dichtlippe (12) als auch eine axiale Dichtlippe (13) aufweist.
6. Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenraum beidseitig jeweils durch eine Anordnung aus mehreren Dichtungen (6,9) abgedichtet ist.
7. Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Dichtung (6,9) als nicht berührende Dichtung ausgebildet ist.
8. Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Dichtung (6,9) porös ist.
9. Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Laufbahn (7,8) durch Stahl mit der Werkstoffnummer 1 .4108 gebildet ist.
10. Verwendung einer Lageranordnung nach Anspruch 1 in einem Unterwasser- Kraftwerk, insbesondere Strömungskraftwerk.
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