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Die vorliegende Erfindung liegt auf dem Gebiet der wartungsarmen Lagerung von Antriebswellen, insbesondere von Antriebswellen in Unterwasserkraftwerken.
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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.
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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.
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Ein Konzept zur optimierten Leistungsregelung und Steuerung von Unterwasserkraftwerken ist in der
DE 102008053732B3 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 werden 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.
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Die
DE102008061912A1 beschäftigt sich mit Lagerkissen, beispielsweise für seewassertaugliche Gleitlager. Für einen sich hydrodynamisch aufbauenden Schmierfilm und der damit verbundenen parabolischen Druckentwicklung für weiche beziehungsweise elastische Gleitbeläge tritt eine konkave Einfederung im zentralen Bereich auf. Diese führt zu einer Lagerspalterweiterung und einem Einbruch der Druckverteilung im mittigen Bereich der Gleitfläche. Dem wird dadurch entgegengewirkt, dass die Materialstärke des Gleitbelags in Richtung der Flächennormalen der Gleitfläche an den beim Betrieb auftretenden Schmierfilmdruck angepasst wird. In den Bereichen hohen Drucks, die um das Flächenzentrum der Gleitfläche liegen, wird eine verringerte Materialstärke verwendet, während die Randbereiche eine hohe Materialstärke aufweisen. Dabei wird das Profil der Gleitfläche erhalten, das typischerweise jenem der Gegenlauffläche entspricht. Die Anpassung der Materialstärke des Gleitbelags erfolgt durch eine entsprechende Profilierung der Auflagefläche am Grundkörper, die der Rückseite des Gleitbelags gegenüberliegt. Im einfachsten Fall wird ein erhabener Sockel im Zentralbereich der Auflagefläche des Grundkörpers vorgesehen. Eine genauere Anpassung kann durch einen mehrfach gestuften oder konvexen Verlauf der Auflagefläche bewirkt werden.
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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 Wasserströmung, wobei die Lageranordnung wenigstens ein Radialgleitlager und wenigstens ein Axialgleitlager aufweist und wobei die Lageranordnung durch von außen eindringendes Wasser schmierbar ist.
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Die 3 zeigt einen schematischen Aufbau eines Unterwasserkraftwerks. Die 3 zeigt eine Maschinengondel 300 mit einem segmentierten Aufbau. An die Maschinengondel 300 schließen sich im vorderen Bereich eine Haube 305 und eine propellerförmige 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.
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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.
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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.
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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 150–9000 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.
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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 Gasphasenabscheidung, von engl. physical vapour deposition) etc. Es ist auch möglich, an diesen Stellen zunächst eine Stahlscheibe 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.
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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 Materialverzug kommen.
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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.
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Konventionelle Konzepte sehen eine große einteilige Welle vor. Es erfolgt dann eine Beschichtung 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.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein verbessertes Konzept für ein Axiallager einer Antriebswelle, insbesondere für ein Unterwasserkraftwerk zu schaffen.
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein Axiallagerscheibensegment, eine Axiallagerscheibe und ein Herstellungsverfahren gemäß den unabhängigen Ansprüchen.
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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 können bzw. 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 ferner dadurch erzielt werden, dass das Axiallager beliebig beschichtet werden kann.
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Die vorliegende Erfindung beruht ferner auf der Erkenntnis, dass nach der mechanischen Entkopplung von Axiallager und Antriebswelle der Befestigungsaufwand des entkoppelten Lagers durch eine Reibbeschichtung zur Erhöhung der Reibkraft auf der Befestigungsseite reduziert werden kann. Die Befestigungsmittel können entsprechend reduziert werden, wenn die Reibung zwischen Axiallagerscheibe bzw. Axiallagerscheibensegment auf deren Befestigungsseite entsprechend vergrößert werden kann. Entsprechend weniger Befestigungsmittel, wie Schrauben, Nieten, etc. sind notwendig, um eine sichere Befestigung zu gewährleisten. Um eine sichere Befestigung der Axiallagerscheibensegmente oder der Axiallagerscheibe zu gewährleisten, muss ein Verdrehen bzw. Mitwandern der Scheibe in Umfangsrichtung verhindert werden. Dies sollte auch dann gewährleistet sein, wenn es einmal zu einem Kontakt zwischen der Lagerscheibe auf der Welle und der Lagerscheibe im Gehäuse kommen sollte.
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Die vorliegende Erfindung beruht daher ferner auf dem Kerngedanken, eine Beschichtung der Axiallagerscheibe bzw. deren Segmente derart vorzusehen, dass sich ein Kraftschluss zwischen der jeweiligen Axiallagerscheibe und dem Gehäuse bzw. dem Antriebswellenabsatz erhöht bzw. auf der gegenüberliegenden Seite verringert. Ausführungsbeispiele können daher vorsehen, eine Fläche der Lagerscheibensegmente mit einer Beschichtung zu versehen. Diese Beschichtung kann verschiedene Eigenschaften besitzen wie z. B. einen extrem großen Reibkoeffizienten. Die Gegenseite kann ebenfalls beschichtet werden, diese Beschichtung kann z. B. eine hohe Härte, gute Gleiteigenschaften, etc. besitzen.
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Die Segmente können in Ausführungsbeispielen so auf die Welle montiert werden, dass die Seite mit der Reibbeschichtung auf der Stirnseite des Wellenabsatzes bzw. auf der Wellenschulter und/oder auf der Wellenachse liegt. Die Befestigung kann z. B. mittels Schrauben, Bolzen, Stiften, Nieten, Kleben, Stecken, etc. erfolgen. Durch die Reibbeschichtung kann der Widerstand der Segmente gegen ein Mitdrehen bzw. Mitwandern in Umfangsrichtung stark erhöht werden. Dies kann in Ausführungsbeispielen zur Folge haben, dass wesentlich weniger Befestigungselemente für die Anbringung der Segmentstücke an der Wellenschulter erforderlich sind. Dadurch wird die Welle weniger stark geschwächt und die Seite der Segmente mit der Gleitbeschichtung weist eine wesentlich größere Gleitfläche auf, da diese aufgrund der reduzierten Anzahl von Befestigungselementen weniger häufig unterbrochen sein kann.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden durch die Unteransprüche spezifiziert und im Rahmen der Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung im Folgenden anhand der beiliegenden Figuren im Detail erläutert. Es zeigen
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1 ein Ausführungsbeispiel eines Axiallagerscheibensegments bzw. eines Ausschnitts aus einer Axiallagerscheibe;
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2a ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Axiallagerscheibensegments bzw. einer Axiallagerscheibe;
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2b ein Ausführungsbeispiel eines Herstellungsverfahrens für ein Axiallagerscheibensegment bzw. eine Axiallagerscheibe; und
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3 ein konventionelles Unterwasserkraftwerk.
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1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Axiallagerscheibensegments 100 bzw. einer Axiallagerscheibe 105. Das Axiallagerscheibensegment 100 einer Axiallagerscheibe, weist eine Befestigungsmöglichkeit 110 zur Befestigung an einem axial zu lagernden Bauelement auf, wobei die dem zu lagernden Bauelement zugewandte Seite des Axiallagerscheibensegments 100 eine Beschichtung 120, 125 aufweist, die eine Reibkraft zwischen dem Axiallagerscheibensegment 100 und dem zu lagernden Bauteil erhöht. 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 110 können auch Nuten oder Stege umfassen, beispielsweise können schwalbenschwanzförmige Führungen oder Nuten vorgesehen sein.
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Das Axiallagerscheibensegment 100 kann demnach beispielsweise einen gewissen Winkelbereich einer Axiallagerscheibe 105 umfassen, wie dies in der 1 beispielhaft gezeigt ist. In Ausführungsbeispielen können mehrere geometrisch gleiche oder auch ungleiche Axiallagerscheibensegmente 100 eine Axiallagerscheibe 105 bilden. Ausführungsbeispiele sind nicht auf eine bestimmte Unterteilung einer Axiallagerscheibe 105 in Axiallagerscheibensegmente 100 beschränkt, es sind beliebige axiale und auch radiale Segmentierungen denkbar.
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Als Beispiel ist die Beschichtung 120 in der 1 auf der dortigen Unterseite des Axiallagerscheibensegments 105 durch den Pfeil angedeutet, d. h. im dortigen Ausführungsbeispiel wird davon ausgegangen, dass die dem zu lagernden Bauteil zugewandte Seite unten in der Zeichenebene liegt. In Ausführungsbeispielen kann jedoch auch eine einem Axiallagermittelpunkt bzw. der Rotationsachse der Axiallagers zugewandte Seite 125 des Axiallagerscheibensegments 100, welches dann als Axiallagerscheibenringsegment ausgebildet ist, die Beschichtung 120, 125 aufweisen und so die Reibkraft zwischen dem Axiallagerscheibensegment 100 und dem zu lagernden Bauteil erhöht werden.
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Dies ist in der 1 durch das Bezugszeichen 120,125 angedeutet, in anderen Worten, kann auch eine Reibkraft zwischen dem Axiallagerscheibenringsegment 100 und dem zu lagernden Bauelement auf der Achse des Bauelementes erhöht werden, d. h. auf einer axialen Berührungsfläche (Berührungsfläche mit axialer Ausdehnung) mit dem Bauelement. In weiteren Ausführungsbeispielen, z. B. solche bei denen der Antriebswellenabsatz einen Rand aufweist, kann die Beschichtung 120 auch außen auf dem Rand des Segmentes 100 bzw. der Scheibe 105 vorliegen.
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Ausführungsbeispiele umfassen auch eine ganze Axiallagerscheibe 105, die Befestigungsmittel oder eine Befestigungsmöglichkeit 110 zur Befestigung an einem axial zu lagernden Bauelement aufweist, wobei die dem zu lagernden Bauelement zugewandte Seite der Axiallagerscheibe 105 eine Beschichtung aufweist, die eine Reibkraft zwischen der Axiallagerscheibe 105 und dem zu lagernden Bauteil erhöht. Die Axiallagerscheibe 105 kann dabei mehrstückig ausgebildet sein und/oder, wie die 1 zeigt, aus einer Mehrzahl von Lagerscheibensegmenten 105 zusammengesetzt sein. In anderen Ausführungsbeispielen kann die Axiallagerscheibe 105 auch einstückig ausgebildet sein.
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Wie oben bereits anhand des Axiallagerscheibenringsegments 100 erläutert, kann die Axiallagerscheibe 105 auch als Axiallagerscheibenring ausgebildet sein und die Beschichtung 120, 125 kann dann auch an einer einem Lagermittelpunkt zugewandten Seite vorliegen. In weiteren Ausführungsbeispielen, z. B. solche bei denen der Antriebswellenabsatz einen Rand aufweist, kann die Beschichtung 120 auch außen auf dem Rand des Segmentes 100 bzw. der Scheibe 105 vorliegen. D. h. auch hier kann sich die Beschichtung 120 an einer Berührungsfläche mit axialer Ausdehnung befinden. Die Befestigungsmittel 110 können in Ausführungsbeispielen z. B. Bohrungen zur Verschraubung mit dem zu lagernden Bauelement umfassen.
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Das Axiallagerscheibensegment 100 bzw. die Axiallagerscheibe 105 kann zum Einsatz in einem Gleitlager einer Antriebswelle eines Unterwasserkraftwerks angepasst sein. Ausführungsbeispiele können aber auch allgemein den Einsatz in axialen Gleit- oder Wälzlagern vorsehen. Das Axiallagerscheibensegment 100 kann einem Ringsegment eines Ringes, 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. Das Axiallagerscheibensegment 100 bzw. die Axiallagerscheibe 105 können eine Randstärke 115, vgl. 1, von ca. 650 mmm aufweisen. In Ausführungsbeispielen 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 bis 1 t aufweisen, eine Axiallagerscheibe 105 kann ein Gewicht von etwa 2 kg–5 t aufweisen. Die Dicke eines Axiallagerscheibensegments 100 bzw. einer Axiallagerscheibe 105 kann bei etwa 1–100 mm liegen.
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2a zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Axiallagerscheibensegments 105 bzw. einer Axiallagerscheibe 100 in einer Schnittansicht. Die 2a zeigt zwei Beschichtungen 120 und 130 von denen die Beschichtung 120, die dem zu lagernden Bauelement zugewandte Seite/Beschichtung darstellt und im Folgenden auch als Reibbeschichtung 120 bezeichnet wird. Der Beschichtungsträger 140, d. h. das unbeschichtete Axiallagerscheibensegment 100 oder die unbeschichtete Axiallagerscheibe 105, ist ebenfalls in der 2a dargestellt. In Ausführungsbeispielen kann der Beschichtungsträger 140 einen metallischen, einen keramischen oder einem Mischwerkstoff bzw. einen teilkeramischen Werkstoff umfassen.
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Die Beschichtung 120 dient dazu, eine Reibkraft und damit den Kraftschluss zu dem zu lagernden Bauelement zu erhöhen. In der 2a ist darüber hinaus eine axial ausgedehnte Berührungsfläche 125 angedeutet, wie z. B. eine dem Lagermittelpunkt bzw. der Rotationsachse des Lagers zugewandte Seite, die ebenfalls beschichtet sein kann. Das Axiallagerscheibensegment 100 bzw. die Axiallagerscheibe 105 können zur Befestigung an einem Gehäuse oder einer Antriebswelle eines Unterwasserkraftwerks ausgebildet sein, d. h. in Ausführungsbeispielen kann das zu lagernde Bauelement beispielsweise ein Gehäuse oder eine Antriebswelle sein, insbesondere solche eines Unterwasserkraftwerks.
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Die Reibbeschichtung 120 des Axiallagerscheibensegments 105 bzw. der Axiallagerscheibe 100 kann dabei als Hauptbestandteil ein hochfestes, zähes und hartes Metall aufweisen, wobei die Beschichtung 120 in wenigstens einem Oberflächenbereich mit einer quadratähnlichen Grundfläche mit einer Seitenlänge im Bereich um einen Millimeter herum, durch ein Profil mit vielen spitzen Bergen und Tälern gekennzeichnet sein kann. In diesem Oberflächenbereich kann ein Anteil derjenigen Berge und Täler, die eine zur Grundfläche planparallele Ebene überragen, die vom höchsten Berg einen Abstand im Bereich zwischen 15 und 30 pm aufweist, größer als etwa 20% sein.
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Die Topographie der Reibbeschichtung 120, insbesondere bei Ausbildung der Beschichtung als flammgespritzte Molybdänbeschichtung, kann einen hohen Flächentraganteil, beispielsweise größer 20%, sowie große Haftreibungszahlen, beispielsweise größer 0,6 oder sogar größer 0,65 bezogen auf eine Paarung besagter Beschichtung mit einem stählernen Gegenstück, bzw. mit der Stirnseite der Antriebswelle, der Wellenspurscheibe oder der Wellenschulter, aufweisen.
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In Ausführungsbeispielen kann die Reibbeschichtung 120 Partikel mit einer Mohshärte größer gleich 9 und/oder einer vorgebbaren mittleren Korngröße aufweisen. In Ausführungsbeispielen können aber auch Partikel mit einer Mohshärte größer gleich 6, 7 oder 8 vorkommen. Ferner kann die Beschichtung eine Dicke in etwa entsprechend der halben mittleren Korngröße aufweisen. Der Beschichtungsträger 140, d. h. die unbeschichtete Axiallagerscheibe 105 bzw. deren unbeschichtetes Segment 100, kann eine Vertiefungen umfassende Oberfläche aufweisen. Ein Anteil von ca. 85% oder mehr der Vertiefungen kann gegenüber einer die jeweilige Vertiefung umgebenden Oberflächenumgebung mit einer Tiefe kleiner ca. 10% und/oder einer Öffnungsweite kleiner gleich ca. 15% der Beschichtungsdicke ausgebildet sein. Die Beschichtung 120 kann auf der Oberfläche des Beschichtungsträgers 140 aufgebracht sein und die Partikel wenigstens in einem unteren, zum Beschichtungsträger 140 hin orientierten Bereich, umschließen.
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Die Oberfläche des Beschichtungsträgers 140, d. h. des unbeschichteten Axiallagerscheibensegments 100 oder der unbeschichteten Axiallagerscheibe 105, kann demnach derart ausgebildet sein, dass die furchenartigen Vertiefungen gegenüber einer die jeweilige Vertiefung umgebenden Oberflächenumgebung, eine Tiefe kleiner ca. 10% der Beschichtungsdicke und/oder einer Öffnungsweite kleiner ca. 15% der Beschichtungsdicke aufweisen. So kann eine optimale Haftung für die Beschichtung 120 sichergestellt und gleichzeitig verhindert werden, dass Partikel derart in Vertiefungen verschwinden, dass sie nicht zur Reibungserhöhung der Beschichtungsanordnung beitragen.
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Die Reibbeschichtung 120 kann beispielsweise Nickel, Wolfram, Kobalt, Chrom, Aluminium, Diamant oder einen keramischen Werkstoff aufweisen. Die Beschichtung 120 kann beispielsweise aus galvanisch aufgebrachtem Nickel gebildet werden, so dass für den Beschichtungsträger 140, d. h. die unbeschichtete Axiallagerscheibe 105 oder das unbeschichtete Segment 100, gleichzeitig eine Schutzschicht gegen Korrosion verursachende und andere Umwelteinflüsse erzeugt wird.
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Darüber hinaus kann die Beschichtung oder die Beschichtungen Hartpartikel, insbesondere Partikel mit dem Härtegrad von Diamant oder kubischem Bor-Nitrat (CBN) oder von Korund oder Carbid, aufweisen. Derartige Beschichtungen können sich dadurch auszeichnen, dass die als reibwerterhöhende Beschichtungen die lösbare Verbindung zwischen den Bauteilen verbessern.
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In Ausführungsbeispielen kann die Beschichtung Zinksilicat umfassen oder die Partikel können z. B. durch Spritzverzinken oder dergleichen entsprechend mit einer reibwerterhöhenden Beschichtung ausgebildet sein. Dadurch, dass die Verbindung spritzverzinkt ist, kann ebenfalls eine zuverlässige, reibwerterhöhende Beschichtung bereitgestellt werden.
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In Ausführungsbeispielen können als Partikel Hartpartikel, wie z. B. Diamant verwendet werden, wobei die Partikelgröße größer als 30 pm, vorzugsweise mehr als 35 pm betragen kann. Z. B. kann eine Beschichtung 120 galvanisch auf Nickelbasis zur Diamantbeschichtung mit einer mittleren Partikelgröße von 46 pm (Diamant D46) erzeugt werden.
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In Ausführungsbeispielen kann die Axiallagerscheibe 105 oder das Axiallagerscheibensegment 100, mit einer größeren Mohshärte und/oder einer größeren Zugfestigkeit als die Wellenspurscheibe oder auch ein Gehäuse, also das zu lagernde Bauelement, gegen die die Beschichtungsanordnung zum Gegenpressen vorgesehen ist, ausgebildet sein. Daher können sich die über die Beschichtung 120 hinausragenden Bereiche der Partikel in die Wellenspurscheibe eindrücken. Die Beschichtung 120 unterhalb der Partikel sowie die Bereiche des Beschichtungsträgers 140 unterhalb der Partikel können gegenüber dem Eindrücken in das Gegenelement/Bauelement nur geringfügig verformt werden.
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In Ausführungsbeispielen können mit der Reibbeschichtung 120 Partikel in einer oder wenigen Lagen aufgetragen werden, mit einem sich daran anschließenden Fixieren der Partikel durch ein galvanisch aufgebrachtes Metall, insbesondere Nickel, so dass eine Partikellage fixiert wird, wobei beim Auftragen mehrerer Lagen die überschüssigen Lagen beispielsweise durch ein Bürsten nach dem Fixieren entfernt werden können. Beispielsweise ist eine Beschichtung 120 denkbar, bei der aus der Nickelschicht herausragende Partikelbereiche über 25%, oder bis 40% der Oberfläche der Beschichtung ausmachen, womit letztendlich sehr hohe Haftreibungszahlen von größer 0,7 und auch über 0,8 erzielbar sind. Dabei ist unter einlagig zu verstehen, dass bei einem überwiegenden Anteil der beschichteten Oberfläche, insbesondere größer 75%, tatsächlich nur eine Lage von Partikeln fixiert wird, und lediglich in kleineren Teilbereichen der beschichteten Oberfläche die Partikel auch mehrlagig, insbesondere zweilagig anhaften können.
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Darüber hinaus kann das Axiallagerscheibensegment 100 bzw. die Axiallagerscheibe 105 auf der dem zu lagernden Bauteil abgewandten Seite, d. h. auf derjenigen Seite die dem Lagerspalt zugewandt ist, eine weitere Beschichtung 130 aufweisen, die eine Reibkraft zwischen dem Axiallagerscheibensegment 100 bzw. der Axiallagerscheibe 105 und einem anderen Axiallagerscheibensegment oder einer anderen Axiallagerscheibe reduziert. Die Beschichtung 130 kann auch als Gleitbeschichtung bezeichnet werden, sie kann dazu beitragen einen leichten Lagerlauf zu ermöglichen. Als Beschichtungsmaterial kommen hier z. B. Teflon oder teflonbasierte Beschichtungen in Betracht. In Ausführungsbeispielen können als Gleitbeschichtung alle Beschichtungen zum Einsatz kommen, die dazu geeignet sind die Reibkraft zu reduzieren. Darunter z. B. thermoplastisches Polymerbeschichten, Nanobeschichten, Plasmabeschichten, Karbidbeschichten, PVD, CVD (Beschichten durch chemisches Gasphasenabscheiden, von engl. chemical vapour depostion), Beschichten mit TiC, TiCN, TiN, AlTiN, DLC (Beschichten mit diamantähnlichem Kohlenstoff, von engl. diamond-like carbon), HVOF, etc.
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Ausführungsbeispiele umfassen auch ein Herstellungsverfahren für ein Axiallagerscheibensegment 100 oder eine Axiallagerscheibe 105, welches schematisch in der 2b anhand eines Ablaufdiagramms dargestellt ist. Das Herstellungsverfahren umfasst einen Schritt des Beschichten 210 einer einem zu lagernden Bauelement zugewandten Seite des Axiallagerscheibensegments 100 oder der Axiallagerscheibe 105 mit einer Beschichtung 120, die eine Reibkraft zwischen dem Axiallagerscheibensegment 100 oder der Axiallagerscheibe 105 und dem zu lagernden Bauteil erhöht. Daran anschließen kann sich in Ausführungsbeispielen ein Schritt des Montieren 220 des beschichteten Axiallagerscheibensegments 100 bzw. der beschichteten Axiallagerscheibe 105 an das zu lagernde Bauelement.
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Die 2b zeigt darüber in gepunkteten Linien einen optionalen Schritt 215. In Ausführungsbeispielen kann das Herstellungsverfahren einen optionalen Schritt des Beschichten 215 einer einem zu lagernden Bauelement abgewandten Seite des Axiallagerscheibensegments 100 oder der Axiallagerscheibe 105 mit einer Beschichtung 130 umfassen, die eine Reibkraft zwischen dem Axiallagerscheibensegment 100 oder der Axiallagerscheibe 105 und einem anderen Axiallagerscheibensegment 100 oder eine anderen Axiallagerscheibe 105 reduziert.
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Ausführungsbeispiele umfassen demnach auch eine Antriebswelle mit einem Axiallager, wobei das Axiallager eine Axiallagerscheibe 105 oder ein Axiallagerscheibensegment 100 umfasst. Die Antriebswelle kann dabei über einen Wellenabsatz, eine Wellenschulter oder eine Wellenspurstange verfügen, die gegenüber einem Gehäuse mittels des Axiallagers gelagert wird. Das Axiallager kann dabei als Gleitlager ausgeführt sein. Schließlich umfassen Ausführungsbeispiele auch ein Unterwasserkraftwerk mit einer solchen gleitgelagerten Antriebswelle.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Axiallagerscheibensegment
- 105
- Axiallagerscheibe
- 110
- Befestigungsmittel
- 115
- Ringbreite
- 120
- Reibbeschichtung
- 125
- Dem Lagermittelpunkt zugewandte Seite
- 130
- Gleitbeschichtung
- 140
- Beschichtungsträger
- 210
- Beschichten einer einem zu lagernden Bauelement zugewandten Seite des Axiallagerscheibensegments 100 oder der Axiallagerscheibe 105 mit einer Beschichtung 120
- 215
- Beschichten einer einem zu lagernden Bauelement abgewandten Seite des Axiallagerscheibensegments 100 oder der Axiallagerscheibe 105 mit einer Beschichtung 130
- 220
- Montieren des beschichteten Axiallagerscheibensegments 100 bzw. der beschichteten Axiallagerscheibe 105 an das zu lagernde Bauelement
- 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
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009005556 A1 [0002]
- DE 102008053732 B3 [0004]
- DE 102008031615 A1 [0004]
- DE 102008061912 A1 [0005]
- DE 102008006899 A1 [0006]
