EP2652345A2 - Axiallagerscheibensegment, axiallagerscheibe und herstellungsverfahren - Google Patents

Axiallagerscheibensegment, axiallagerscheibe und herstellungsverfahren

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Publication number
EP2652345A2
EP2652345A2 EP11804660.6A EP11804660A EP2652345A2 EP 2652345 A2 EP2652345 A2 EP 2652345A2 EP 11804660 A EP11804660 A EP 11804660A EP 2652345 A2 EP2652345 A2 EP 2652345A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
thrust washer
coating
segment
component
axial bearing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP11804660.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Johannes Goetz
Fred Menig
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SKF AB
Original Assignee
SKF AB
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SKF AB filed Critical SKF AB
Publication of EP2652345A2 publication Critical patent/EP2652345A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/02—Parts of sliding-contact bearings
    • F16C33/04—Brasses; Bushes; Linings
    • F16C33/06—Sliding surface mainly made of metal
    • F16C33/12—Structural composition; Use of special materials or surface treatments, e.g. for rust-proofing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C17/00—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement
    • F16C17/04—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement for axial load only
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
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    • F16C33/02—Parts of sliding-contact bearings
    • F16C33/04—Brasses; Bushes; Linings
    • F16C33/043—Sliding surface consisting mainly of ceramics, cermets or hard carbon, e.g. diamond like carbon [DLC]
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/02—Parts of sliding-contact bearings
    • F16C33/04—Brasses; Bushes; Linings
    • F16C33/06—Sliding surface mainly made of metal
    • F16C33/12—Structural composition; Use of special materials or surface treatments, e.g. for rust-proofing
    • F16C33/122—Multilayer structures of sleeves, washers or liners

Definitions

  • Thrust washer segment Thrust washer segment, thrust washer and
  • the present invention is in the field of low-maintenance storage of drive shafts, in particular drive shafts in underwater power plants.
  • Submarine power plants are already known from the field of conventional technology.
  • well-known storage concepts for underwater power plants are briefly summarized.
  • DE102009005556A1 discloses a concept for flushing underwater power plants, which consciously dispenses with encapsulation of the bearings used.
  • the area in direct contact with the surrounding water is to be protected against excessive sediment.
  • the growth in this area must be limited.
  • One of the measures involved is to rinse the flooded area and, in particular, the bearings and the components associated therewith, such as sealing elements and the like.
  • One concept provides for applying at least one flushing connection to an underwater power station, by means of which a flushing medium can be supplied to the system from outside. Accordingly, in the plant itself lies between the ex- Rinse connection and the area to be washed no conveyor system, such as a pump or the like, before for the flushing medium. Furthermore, an additional filter system is dispensed with. Instead, the flushing medium is supplied at such an overpressure at the external flushing connection that there is a sufficiently strong flow through the area to be flushed and an outflow to the outside area, whereby sediments and preferably an originally present growth are transported to the outside.
  • DE102008031615A1 shows a generator unit which can be handled as a whole and can be mounted as a unit, which can be transported and mounted separately from the actual drive shaft of an underwater power plant.
  • This includes a generator rotor and a generator stator, the basic components of an electric generator.
  • a generator housing is part of the generator unit. The control and power components of the electric generator can be additionally included in the generator assembly.
  • the profile of the sliding surface is obtained, which typically corresponds to that of the mating surface.
  • the adjustment of the material thickness of the sliding lining is carried out by a corresponding profiling of the bearing surface on the base body, which is opposite to the back of the sliding lining.
  • a raised base is provided in the central region of the support surface of the base body. A more accurate adjustment can be effected by a multiple stepped or convex course of the support surface.
  • DE102008006899A1 discloses a concept for supporting a drive shaft of an underwater power plant.
  • a bearing arrangement is provided, for supporting a shaft of a device for generating energy from a water flow, wherein the bearing arrangement comprises at least one radial sliding bearing and at least one axial sliding bearing and wherein the bearing assembly is lubricated by externally penetrating water.
  • FIG. 3 shows a schematic structure of an underwater power plant.
  • FIG. 3 shows a machine nacelle 300 with a segmented structure.
  • the nacelle 300 is followed by a hood 305 and a propeller-shaped water turbine 310 in the front area.
  • the nacelle 300 includes two segments 315 and 320 that contain the drive shaft 325.
  • a generator 335 which is coupled to the drive shaft 325.
  • Another hood 340 terminates the underwater power plant after the generator 335.
  • the hood 305 forms with the water turbine 310, a circumferential unit which is coupled to the drive shaft 325.
  • a plurality of plain bearings are provided in the water turbine 310 facing the front portion of the drive shaft 325.
  • a radial sliding bearing 345 In the rear region of the drive shaft 325 facing the generator 335, there is another radial slide bearing 350. Axial forces of the drive shaft are absorbed by the two axial slide bearings 355 and 360 which axially support a track disc 365 connected to the drive shaft 325.
  • the plain bearings 345, 350, 355 and 360 can be carried out seawater resistant, in particular water lubricated. This makes it possible to flood the entire interior of the nacelle 300 and to dispense with elaborate seals, especially the bearings.
  • the sliding bearings used 345, 350, 355 and 360 are partially realized directly on the drive shaft 325.
  • the shaft 325 may typically have a continuous outer diameter of about 100-6000 mm, with a maximum power of the entire system of about 50 kW - 15 MW.
  • the resulting end faces of the paragraph serve as a surface for the thrust bearings 355,360 of the shaft. A very hard coating is applied to these two surfaces and this then represents one slice of the axial sliding bearing.
  • high-speed flame spraying can be used as the coating process (also HVOF, derived from high-velocity oxygen-fuel) or another thermal coating process for surface treatment, such as plasma coating, nano-coating, PVD coating (physical vapor deposition, English, physical vapor deposition) etc. It is also possible initially to attach a steel disc by welding at these locations and then to machine the surface thereof. layers.
  • the bearing is used directly in the water / seawater, the surfaces of the thrust bearing 355,360 are directly surrounded by the water.
  • the object is achieved by a thrust washer segment, a thrust washer and a manufacturing method according to the independent claims.
  • a core idea of the present invention lies in the realization that, in particular in underwater power plants, a mechanical decoupling of thrust bearing and drive shaft can take place.
  • a thrust washer which in turn can be divided into individual Axiallagerusionn- segments.
  • the axial bearing disc can be segmented into n parts.
  • the segments or the bearing plate can or can then be fixed, for example, by screws, rivets, gluing, plugging, etc. on the front sides of the shaft shoulder, a welding of the disc is not necessary.
  • Advantages can also be achieved by the fact that the thrust bearing can be coated arbitrarily.
  • the present invention is further based on the finding that after the mechanical decoupling of thrust bearing and drive shaft of the mounting effort of the decoupled bearing can be reduced by a friction coating to increase the frictional force on the mounting side.
  • the fastening means can be reduced accordingly, if the friction between thrust washer or Axiallagerusionnsegment on the mounting side can be increased accordingly. Accordingly, less fasteners, such as screws, rivets, etc. are necessary to ensure a secure attachment.
  • a rotation or Mitwandern the disc in the circumferential direction must be prevented. This should also be ensured once it has become a reality. clock should come between the bearing disc on the shaft and the bearing disc in the housing.
  • the present invention is therefore further based on the core idea of providing a coating of the axial bearing disk or its segments in such a way that a frictional connection between the respective axial bearing disk and the housing or the drive shaft shoulder is increased or reduced on the opposite side.
  • Embodiments may therefore provide for providing a surface of the bearing disc segments with a coating.
  • This coating may have various properties, e.g. an extremely large friction coefficient.
  • the opposite side can also be coated, this coating can e.g. have a high hardness, good sliding properties, etc.
  • the segments can be mounted on the shaft in such a way that the side with the friction coating lies on the end face of the shaft shoulder or on the shaft shoulder and / or on the shaft axis.
  • the attachment can be done eg by means of screws, bolts, pins, rivets, gluing, plugging, etc. Due to the friction coating, the resistance of the segments against co-rotation in the circumferential direction can be greatly increased. This may result in embodiments that significantly fewer fasteners are required for the attachment of the segment pieces to the shaft shoulder. As a result, the shaft is less strongly weakened and the side of the segments with the sliding coating has a much larger sliding surface, since it can be interrupted less frequently due to the reduced number of fastening elements.
  • FIG. 1 shows an embodiment of a Axiallagerusionnsegments or a section of a thrust washer
  • Figure 2a shows another embodiment of a Axiallageranglednsegments or a thrust washer
  • Figure 2b shows an embodiment of a manufacturing process for an axial bearing disc segment or a thrust washer
  • Figure 3 is a conventional underwater power plant.
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment of an axial bearing disk segment 100 or an axial bearing disk 105.
  • the axial bearing disk segment 100 of an axial bearing disk has an attachment option 110 for attachment to a component to be axially supported, wherein the side of the axial bearing disk segment 100 facing the component to be supported comprises a coating 120, 125 which increases a frictional force between the thrust washer segment 100 and the component to be supported.
  • the attachment option 110 may include attachment means, thereby, for example, holes / recesses or bolts of any geometry (round, square, triangular, oval, T-shaped cross section, etc.) occur.
  • the fastening means 110 may also include grooves or webs, for example, dovetailed guides or grooves may be provided.
  • the axial bearing disk segment 100 may, for example, comprise a certain angular range of an axial bearing disk 105, as shown by way of example in FIG.
  • a plurality of geometrically identical or unequal axial bearing disk segments 100 may form an axial bearing disk 105.
  • Embodiments are not limited to a specific subdivision of a thrust washer 105 in Axiallagerusionnsegmente 100, there are any axial and radial segmentation conceivable.
  • the coating 120 in the figure is running the local underside of the Axiallagerusionnsegments 105 indicated by the arrow, i. in the local embodiment, it is assumed that the side facing the component to be stored is located below in the plane of the drawing.
  • a side 125 of the axial bearing disk segment 100 facing an axial bearing center or the axis of rotation of the axial bearing which is then designed as an axial bearing disk ring segment, can have the coating 120, 125 and thus the frictional force between the axial bearing disk segment 100 and the component to be supported increased.
  • a frictional force between the Axiallagerusionnringsegment 100 and the component to be supported on the axis of the component can be increased, ie on an axial contact surface (contact surface with axial extent) with the component.
  • the coating 120 can also be present on the outside of the edge of the segment 100 or the disk 105.
  • Embodiments also include an entire thrust washer 105, the attachment means or a mounting option 110 for attachment to an axially to be stored component, wherein the component to be stored facing side of the thrust bearing 105 has a coating having a frictional force between the thrust washer 105 and to be stored Component increased.
  • the thrust washer 105 may be formed in several pieces and / or, as shown in FIG. 1, may be composed of a plurality of bearing disk segments 105. In other embodiments, the thrust washer 105 may also be integrally formed.
  • the axial bearing disk 105 can also be designed as an axial bearing disk ring and the coating 120, 125 can then also be present on a side facing a bearing center point.
  • the coating 120 may also be present on the outside of the edge of the segment 100 or the disk 105. That Again, the coating 120 may be located on a contact surface with axial extension.
  • the fastening means 110 may in embodiments z. B. holes for screwing with the component to be stored.
  • the thrust washer segment 100 or the thrust washer 105 may be adapted for use in a sliding bearing of a drive shaft of an underwater power plant. However, embodiments may also generally provide for use in axial sliding or rolling bearings.
  • the thrust washer segment 100 may be a ring segment of a ring, the thrust washer 105 may be a ring having an inside diameter greater than or equal to 50, 500, 1000, 1500, 2000, 3000, 5000 or 10000 mm and an outside diameter greater than or equal to 75, 750, 1500, 2250 , 3000, 4500, 7500 or 15000 mm correspond.
  • the axial bearing disk segment 100 or the axial bearing disk 105 can have an edge thickness 115, cf. Figure 1, of about 650mmm have.
  • edge strengths 115 greater than or equal to 25, 50, 100, 250, 500, 750, 1000, 1500, 2000, 2500 or 5000 mm may also occur.
  • An axial bearing disk segment 100 may have a weight of about 1kg to 1 liter
  • a thrust washer 105 may have a weight of about 2kg - 5 tonnes.
  • the thickness of a thrust washer segment 100 or a thrust washer 105 may be about 1 to 100 mm.
  • FIG. 2 a shows a further exemplary embodiment of an axial bearing disk segment 105 or an axial bearing disk 100 in a sectional view.
  • FIG. 2a shows two coatings 120 and 130, of which the coating 120, which represents the side / coating facing the component to be stored, is also referred to below as the friction coating 120.
  • the coating carrier 140 i. the uncoated thrust washer segment 100 or the uncoated thrust washer 105 is also shown in FIG. 2a.
  • the coating carrier 140 may comprise a metallic, a ceramic or a mixed material or a partially ceramic material.
  • the coating 120 serves to increase a frictional force and thus the adhesion to the component to be stored.
  • an axially extended contact surface 125 is indicated in FIG. 2a, such as a side facing the bearing center or the axis of rotation of the bearing, which may also be coated.
  • Axiallagerusionnsegment 100 and the thrust washer 105 may be formed for attachment to a housing or a drive shaft of an underwater power plant, ie, in embodiments, the component to be stored, for example, a Ge housing or a drive shaft, in particular those of an underwater power plant.
  • the friction coating 120 of the axial bearing disk segment 105 or of the axial bearing disk 100 can have a high-strength, tough and hard metal as the main component, the coating 120 being provided in at least one surface region with a square-like base surface having a side length in the region of one millimeter, by a profile many pointed mountains and valleys can be characterized. In this surface area, a proportion of those peaks and valleys which project beyond a plane plane-parallel to the ground plane, which has a distance in the range between 15 and 30 ⁇ m from the highest mountain, can be greater than approximately 20%.
  • the topography of the friction coating 120 in particular when the coating is formed as a flame-sprayed molybdenum coating, can have a high surface carrying ratio, for example greater than 20%, and high static friction coefficients, for example greater than 0.6 or even greater than 0.65, based on a pairing of said coating with a steel counterpart , or with the end face of the drive shaft, the wave washer or the shaft shoulder, have.
  • the friction coating 120 may have particles having a Mohs hardness greater than or equal to 9 and / or a predeterminable average grain size. In embodiments, however, particles having a Mohs hardness greater than or equal to 6, 7 or 8 may also occur. Furthermore, the coating may have a thickness approximately equal to half the mean grain size.
  • the coating carrier 140 ie the uncoated axial bearing disk 105 or its uncoated segment 100, can have a surface comprising recesses. A share of approx. 85% or more of the fimgen may be formed with respect to a surface surrounding the respective depression with a depth of less than about 10% and / or an opening width less than or equal to about 15% of the coating thickness.
  • the coating 120 may be applied to the surface of the coating carrier 140 and enclose the particles at least in a lower region oriented toward the coating carrier 140.
  • the surface of the coating carrier 140 i. of the uncoated axial bearing disk segment 100 or of the uncoated axial bearing disk 105, can accordingly be designed such that the groove-like depressions face a surface surrounding the respective depression, have a depth of less than about 10% of the coating thickness and / or an opening width of less than about 15 % of the coating thickness.
  • an optimal adhesion for the coating 120 can be ensured and at the same time it can be prevented that particles disappear into depressions in such a way that they do not contribute to increasing the friction of the coating arrangement.
  • the friction coating 120 may comprise, for example, nickel, tungsten, cobalt, chromium, aluminum, diamond or a ceramic material.
  • the coating 120 may be formed of electroplated nickel, such that for the coating carrier 140, i. the uncoated axial bearing disk 105 or the uncoated segment 100, at the same time a protective layer against corrosion-causing and other environmental influences is generated.
  • the coating or the coatings hard particles, in particular particles with the degree of hardness of diamond or cubic boron nitrate (CBN) or of corundum or carbide, have.
  • Such coating The fact that the friction-enhancing coatings improve the detachable connection between the components can be distinguished.
  • the coating may comprise zinc silicate or the particles may be e.g. be formed by spray-galvanizing or the like according to a friction-increasing coating. Because the connection is hot-dip galvanized, a reliable, friction-increasing coating can also be provided.
  • hard particles such as e.g. Diamond may be used, wherein the particle size may be greater than 30 pm, preferably more than 35 pm.
  • a nickel-based nickel plating 120 for diamond coating with a mean particle size of 46 pm can be produced.
  • the axial bearing disk 105 or the axial disk segment 100 having a greater Mohs hardness and / or a greater tensile strength than the wave spur disk or even a housing, ie the component to be supported, against which the coating arrangement is provided for counterpressing, can be formed. Therefore, the regions of the particles protruding beyond the coating 120 can press into the wave spur disk.
  • the coating 120 below the particles as well as the regions of the coating carrier 140 underneath the particles can only be slightly deformed compared with the impressions into the counterelement / component.
  • 120 particles can be applied in one or a few layers with the eib coating, with subsequent fixing of the particles by means of an electrodeposited metal, in particular nickel, so that a particle layer is fixed, wherein when applying several layers, the excess layers can be removed, for example by brushing after fixing.
  • a coating 120 is conceivable in which the particle area protruding out of the nickel layer accounts for more than 25%, or up to 40%, of the surface of the coating, thus ultimately achieving very high static friction coefficients of greater than 0.7 and also greater than 0.8.
  • a single layer is meant that in a majority of the coated surface, in particular greater than 75%, actually only one layer of particles is fixed, and only in smaller areas of the coated surface, the particles can also adhere in multiple layers, in particular two-ply.
  • the Axiallagerusionnsegment 100 or the Axiallagerusion 105 on the side facing away from the component to be stored ie, on the side facing the bearing gap
  • the coating 130 may also be referred to as a sliding coating, it may help to allow easy bearing operation.
  • Suitable coating materials are, for example, Teflon or Teflon-based coatings. In embodiments, all coatings which are suitable for reducing the frictional force can be used as a lubricious coating.
  • Embodiments also include a method of manufacturing an axial bearing disk segment 100 or a thrust bearing disk 105, which is schematically illustrated in FIG. 2b by a flowchart.
  • the manufacturing method comprises a step of coating 210 a side of the thrust washer segment 100 or the thrust bearing disk 105 facing a component to be stored with a coating 120 which increases a frictional force between the thrust washer segment 100 or the thrust washer 105 and the component to be supported. This can be followed in embodiments by a step of mounting 220 of the coated axial bearing disk segment 100 or of the coated axial bearing disk 105 to the component to be supported.
  • FIG. 2b shows an optional step 215 in dotted lines.
  • the manufacturing method may include an optional step of coating 215 a side of the thrust washer segment 100 facing away from the component to be stored, or the thrust washer 105 with a coating 130 that generates a frictional force between the thrust washer segment 100 or the thrust washer 105 and another thrust washer segment 100 or another thrust washer 105 is reduced.
  • exemplary embodiments also include a drive shaft with a thrust bearing, wherein the thrust bearing comprises an axial bearing disk 105 or an axial bearing disk segment 100.
  • the drive shaft can have a shaft shoulder, a shaft shoulder or a shaft track rod, which is mounted relative to a housing by means of the axial bearing.
  • the thrust bearing can be designed as a sliding bearing.
  • embodiments also include an underwater power plant with such a slide-mounted drive shaft. LIST OF REFERENCE NUMBERS

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Sliding-Contact Bearings (AREA)

Abstract

Die Erfindung umfasst ein Konzept für ein Axiallagerscheibensegment (100) und eine Axiallagerscheibe (105) mit einer Befestigungsmöglichkeit (110) zur Befestigung an einem axial zu lagernden Bauelement, wobei die dem zu lagernden Bauelement zugewandte Seite des Axiallagerscheibensegments (100) oder der Axiallagerscheibe (105) eine Beschichtung (120; 125) aufweist, die eine Reibkraft zwischen dem Axiallagerscheibensegment (100) oder der Axiallagerscheibe (105) und dem zu lagernden Bauteil erhöht.

Description

B e s c h r e i b u n g
Axiallagerscheibensegment, Axiallagerscheibe und
Herstellungsverfahren
Die vorliegende Erfindung liegt auf dem Gebiet der wartungsarmen Lagerung von Antriebswellen, insbesondere von Antriebswellen in Unterwasserkraftwerken.
Aus dem Bereich der konventionellen Technik sind Unterwasserkraftwerke bereits bekannt. Im Folgenden werden bekannte Lagerungskonzepte für Unterwasserkraftwerke kurz zusammengefasst. Die DE102009005556A1 offenbart ein Konzept zur Spülung von Unterwasserkraftwerken, bei denen be- wusst auf eine Kapselung der eingesetzten Lager verzichtet wird. Bei derartigen Konstruktionen ist der Bereich, der in direktem Kontakt mit dem Umgebungswasser steht, gegen einen übermäßigen Sedimenteinfall zu schützen. Des Weiteren muss der Bewuchs in diesem Bereich begrenzt werden. Eine der diesbezüglichen Maßnahmen besteht darin, den gefluteten Bereich und insbesondere die Lager sowie die diesen zugeordneten Komponenten, wie Dichtungselemente und dergleichen, zu spülen.
Ein Konzept sieht vor, an einem Unterwasserkraftwerk mindestens einen Spülanschluss anzulegen, durch den der Anlage von außen ein Spülmedium zugeleitet werden kann. Demnach liegt in der Anlage selbst zwischen dem ex- ternen Spülanschluss und dem zu spülenden Bereich kein Fördersystem, wie eine Pumpe oder dergleichen, für das Spülmedium vor. Des Weiteren wird auf ein zusätzliches Filtersystem verzichtet. Stattdessen wird am externen Spülanschluss das Spülmedium mit einem solchen Überdruck zugeführt, dass eine hinreichend starke Durchströmung des zu spülenden Bereichs und eine Abströmung zum Außenbereich erfolgt, wodurch Sedimente und bevorzugt ein ursprünglich vorliegender Bewuchs nach außen transportiert werden.
Ein Konzept zur optimierten Leistungsregelung und Steuerung von Unterwasserkraftwerken ist in der DE102008053732B3 offenbart. Die
DE102008031615A1 zeigt eine als Ganzes handhabbare und als Einheit montierbare Generator-Baueinheit, die von der eigentlichen Antriebswelle eines Unterwasserkraftwerks getrennt transportiert und montiert 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.
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 Material- stärke 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.
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.
Die Figur 3 zeigt einen schematischen Aufbau eines Unterwasserkraftwerks. Die Figur 3 zeigt eine Maschinengondel 300 mit einem segmentierten Aufbau. An die Maschinengondel 300 schließen sich im vorderen Bereich eine Haube 305 und eine 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.
Die Haube 305 bildet mit der Wasserturbine 310 eine umlaufende Einheit, die mit der Antriebswelle 325 gekoppelt ist. Zur Lagerung der Antriebwelle 325 sind mehrere Gleitlager vorgesehen. Im der Wasserturbine 310 zugewandten vorderen Bereich der Antriebswelle 325 befindet sich ein Radialgleitlager 345. Im dem Generator 335 zugewandten hinteren Bereich der Antriebswelle 325 befindet sich ein weiteres Radialgleitlager 350. Axiale Kräfte der Antriebwelle, werden durch die beiden Axialgleitlager 355 und 360 aufgenommen, die eine mit der Antriebswelle 325 verbundene Spurscheibe 365 axial abstützen.
Die Gleitlager 345, 350, 355 und 360 können dabei seewasserfest ausgeführt sein, insbesondere wassergeschmiert. Damit ist es möglich, den gesamten Innenbereich der Maschinengondel 300 zu fluten und auf aufwändige Abdichtungen, insbesondere auch der Lager zu verzichten.
Die zum Einsatz kommenden Gleitlager 345, 350, 355 und 360 werden teilweise direkt auf der Antriebswelle 325 realisiert. Die Welle 325 kann typischerweise einen durchgehenden Außendurchmesser von etwa 100 - 6000 mm haben, bei einer Maximalleistung der gesamten Anlage von ca. 50 kW - 15 MW. An einer Stelle gibt es einen Wellenabsatz bzw. eine Spurscheibe 365 mit einem Durchmesser von etwa 150 - 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 Beschich- tung aufgetragen und diese stellt dann jeweils eine Scheibe des Axialgleitlagers dar.
Als Beschichtungsverfahren kann z.B. das Hochgeschwindigkeit-Flammspritzen verwendet werden (auch HVOF, abgeleitet von High-Velocity- Oxygen-Fuel) oder ein anderes thermisches Beschichtungsverfahren zur Oberflächenbehandlung, wie z.B. Plasmabeschichten, Nanobeschichten, PVD-Beschichten (physikalische 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 be- schichten. Das Lager wird direkt im Wasser/Seewasser eingesetzt, die Oberflächen des Axiallagers 355,360 werden direkt von dem Wasser umspült.
Ein Problem besteht nun darin, dass die sehr große und schwere Welle gehandhabt, transportiert, auf eine Maschine aufgespannt, beschichtet und anschließend das Lager bzw. der aufgeschweißte Lagerring geschliffen werden muss, was hohe Kosten verursacht. Bei der Variante, die ein Festschweißen von zumindest einer Lagerscheibe vorsieht, kann es durch das Festschweißen der Lagerscheibe auf den Stirnseiten des Wellenabsatzes zu Materialverzug kommen.
Ferner ist problematisch, dass die Wartung der Lagerung erschwert wird. Wenn ein solches Lager in der Anwendung ausfällt, muss die komplette Welle zur Reparatur gebracht bzw. ausgetauscht werden. Daraus resultieren lange Maschinenstillstandszeiten.
Konventionelle Konzepte sehen eine große einteilige Welle vor. Es erfolgt dann eine 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.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein verbessertes Konzept für ein Axiallager einer Antriebswelle, insbesondere für ein Unterwasserkraftwerk zu schaffen. Die Aufgabe wird gelöst durch ein Axiallagerscheibensegment, eine Axiallagerscheibe und ein Herstellungsverfahren gemäß den unabhängigen Ansprüchen.
Ein Kerngedanke der vorliegenden Erfindung liegt in der Erkenntnis, dass insbesondere bei Unterwasserkraftwerken eine mechanische Entkopplung von Axiallager und Antriebswelle erfolgen kann. Dies kann durch eine Axiallagerscheibe erreicht werden, die wiederum in einzelne Axiallagerscheiben- segmente 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.
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 Axial- lagerscheibensegmente 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 Kon- takt zwischen der Lagerscheibe auf der Welle und der Lagerscheibe im Gehäuse kommen sollte.
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.
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 Gleitbeschich- tung weist eine wesentlich größere Gleitfläche auf, da diese aufgrund der reduzierten Anzahl von Befestigungselementen weniger häufig unterbrochen sein kann. 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
Figur 1 ein Ausführungsbeispiel eines Axiallagerscheibensegments bzw. eines Ausschnitts aus einer Axiallagerscheibe;
Figur 2a ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Axiallagerscheibensegments bzw. einer Axiallagerscheibe;
Figur 2b ein Ausführungsbeispiel eines Herstellungsverfahrens für ein Axial- lagerscheibensegment bzw. eine Axiallager scheibe; und
Figur 3 ein konventionelles Unterwasserkraftwerk.
Figur 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 Be- schichtung 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. Das Axiallagerscheibensegment 100 kann demnach beispielsweise einen gewissen Winkelbereich einer Axiallagerscheibe 105 umfassen, wie dies in der Figur 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.
Als Beispiel ist die Beschichtung 120 in der Figur lauf 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.
Dies ist in der Figur 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. 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 Figur 1 zeigt, aus einer Mehrzahl von Lagerscheibensegmenten 105 zusammengesetzt sein. In anderen Ausführungsbeispielen kann die Axiallagerscheibe 105 auch einstückig ausgebildet sein.
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.
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. Figur 1, von ca. 650mmm aufweisen. In Ausführungsbeispielen können aber auch Randstärken 115 größer gleich 25, 50, 100, 250, 500, 750, 1000, 1500, 2000, 2500 oder 5000 mm vorkommen. Ein Axiallagerscheibensegment 100 kann ein Gewicht von etwa 1kg bis 1 1 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.
Figur 2a zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Axiallagerscheibensegments 105 bzw. einer Axiallagerscheibe 100 in einer Schnittansicht. Die Figur 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 Figur 2a dargestellt. In Ausführungsbeispielen kann der Beschichtungsträger 140 einen metallischen, einen keramischen oder einem Mischwerkstoff bzw. einen teilkeramischen Werkstoff umfassen.
Die Beschichtung 120 dient dazu, eine Reibkraft und damit den Kraftschluss zu dem zu lagernden Bauelement zu erhöhen. In der Figur 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 Ge- häuse oder eine Antriebswelle sein, insbesondere solche eines Unterwasserkraftwerks.
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.
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.
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 Vertie- fimgen kann gegenüber einer die jeweilige Vertiefung umgebenden Oberflä- chenumgebung 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 Beschichtungs- träger 140 hin orientierten Bereich, umschließen.
Die Oberfläche des Beschichtungsträgers 140, d.h. des unbeschichteten Axial- lagerscheibensegments 100 oder der unbeschichteten Axiallagerscheibe 105, kann demnach derart ausgebildet sein, dass die furchenartigen Vertiefungen gegenüber einer die jeweilige Vertiefung umgebenden Oberflächenumge- bung, 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.
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.
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 Beschich- tungen können sich dadurch auszeichnen, dass die als reibwerterhöhende Be- schichtungen die lösbare Verbindung zwischen den Bauteilen verbessern.
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.
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.
In Ausführungsbeispielen kann die Axiallagerscheibe 105 oder das Axialla- gerscheibensegment 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.
In Ausführungsbeispielen können mit der eibbeschichtung 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.
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. Ausfühmngsbeispiele umfassen auch ein Herstellungsverfahren für ein Axial- lagerscheibensegment 100 oder eine Axiallagerscheibe 105, welches schematisch in der Figur 2b anhand eines Ablaufdiagramms dargestellt ist. Das Herstellungsverfahren umfasst einen Schritt des Beschichtens 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 Montierens 220 des beschichteten Axiallagerscheibensegments 100 bzw. der beschichteten Axiallagerscheibe 105 an das zu lagernde Bauelement.
Die Figur 2b zeigt darüber in gepunkteten Linien einen optionalen Schritt 215. In Ausführungsbeispielen kann das Herstellungsverfahren einen optionalen Schritt des Beschichtens 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.
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. Bezugszeichenliste
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 1 0
lo
Antriebswelle
Segment
Generator
Haube
Radialgleitlager
Radialgleitlager
Axialgleitlager
Axialgleitlager
Spurscheibe

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e Axiallagerscheibensegment, Axiallagerscheibe und Herstellungsverfahren
1. Ein Axiallagerscheibensegment (100) einer Axiallagerscheibe (105), das eine Befestigungsmöglichkeit (110) zur Befestigung an einem axial zu lagernden Bauelement aufweist, wobei die dem zu lagernden Bauelement zugewandte Seite des Axiallagerscheibensegments (100) eine Be- schichtung (120; 125) aufweist, die eine Reibkraft zwischen dem Axiallagerscheibensegment (100) und dem zu lagernden Bauteil erhöht.
2. Das Axiallagerscheibensegment (100) gemäß Anspruch 1, das als Axial- lagerscheibenringsegment ausgebildet ist und eine einem Axiallagermittelpunkt zugewandte Seite des Axiallagerscheibenringsegments (100) eine Beschichtung (120;125) aufweist, die eine Reibkraft zwischen dem Axiallagerscheibensegment (100) und dem zu lagernden Bauteil erhöht.
3. Das Axiallagerscheibensegment (100) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, das auf einer dem zu lagernden Bauteil abgewandten Seite eine Beschichtung (130) aufweist, die eine Reibkraft zwischen dem Axiallagerscheibensegment (100) und einem anderen Axiallagerscheibensegment oder einer anderen Axiallagerscheibe reduziert.
4. Das Axiallagerscheibensegment (110) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Befestigungsmöglichkeit (110) Bohrungen zur Verschraubung mit dem zu lagernden Bauelement umfasst und/oder das zur Befestigung an einem Gehäuse oder einer Antriebswelle eines Unterwasserkraftwerks ausgebildet ist.
5. Das Axiallagerscheibensegment (100) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die dem zu lagernden Bauelement zugewandte Seite eine Beschichtung (120;125) aufweist, die Nickel, Wolfram, Kobalt, Chrom, Aluminium, Diamant oder einen keramischen Werkstoff umfasst und/oder bei dem die Beschichtung (120;125) Partikel mit einer Mohs- härte größer gleich 9 aufweist.
6. Eine Axiallagerscheibe (105), die 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 (120;125) aufweist, die eine Reibkraft zwischen der Axiallagerscheibe (105) und dem zu lagernden Bauteil erhöht.
7. Die Axiallagerscheibe (105) gemäß Anspruch 6, die als Axiallagerschei- benring ausgebildet ist und eine einem Axiallagermittelpunkt zugewandte Seite des Axiallagerscheibenrings (105) eine Beschichtung (120;125) aufweist, die eine Reibkraft zwischen dem Axiallagerscheibensegment (100) und dem zu lagernden Bauteil erhöht.
8. Die Axiallagerscheibe (105) gemäß einem der Ansprüche 6 oder 7, die auf einer dem zu lagernden Bauteil abgewandten Seite eine Beschichtung (130) aufweist, die eine Reibkraft zwischen der Axiallagerscheibe (105) und einem anderen Axiallagerscheibensegment oder einer anderen Axiallagerscheibe reduziert.
9. Ein Herstellungsverfahren für ein Axiallagerscheibensegment (100) oder eine Axiallagerscheibe (105), mit folgendem Schritt:
Beschichten einer einem zu lagernden Bauelement zugewandten Seite des Axiallagerscheibensegments (100) oder der Axiallagerscheibe (105) mit einer Beschichtung (120;125), die eine Reibkraft zwischen dem Axiallagerscheibensegment (100) oder der Axiallagerscheibe (105) und dem zu lagernden Bauteil erhöht.
10. Das Herstellungsverfahren gemäß Anspruch 9, mit folgendem weiteren Schritt:
Beschichten einer einem zu lagernden Bauelement abgewandten Seite des Axiallagerscheibensegments (100) oder der Axiallagerscheibe (105) mit einer Beschichtung (130), die eine Reibkraft zwischen dem Axiallagerscheibensegment (100) oder der Axiallagerscheibe (105) und einem anderen Axiallagerscheibensegment oder eine anderen Axiallagerscheibe reduziert.
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