Die vorliegende Erfindung betrifft ein Leitschaufellager für eine hydraulische Maschine und ein Verfahren zum Ein- bzw. Ausbau eines solchen Lagers.

Zur Regelung des Durchflusses können hydraulische Maschinen, wie Turbinen, Pumpen oder Pumpturbinen, über einen Leitapparat verfügen, welcher eine Vielzahl von beweglichen Leitschaufeln umfasst. Die beweglichen Leitschaufeln erstrecken sich dabei zwischen zwei Ringen und werden in diesen durch die Leitschaufel lager beweglich gelagert. Einer der Ringe umfasst die Mittel zur Betätigung der Leitschaufeln, d.h. die Mittel mit denen diese um ihre Achse gedreht werden können. Dieser Ring wird gewöhnlich der Regulier- oder Regelring genannt. Der dem Regelring gegenüber liegende Ring wird Bottomring genannt, weil sich dieser Ring bei den hydraulischen Maschinen mit vertikaler Drehachse unten befindet. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Leitschaufellager im Bottomring. Es sei jedoch gesagt, dass die vorliegende Erfindung nicht auf hydraulische Maschinen mit vertikaler Drehachse beschränkt sein soll. Der Begriff Bottomring (= der dem Regelring gegenüber liegende Ring) wird nur verwendet, um umständliche Formulierungen zu vermeiden. Es ist klar, dass es sich bei den gattungsgemäßen Leitschaufellagern um Radiallager handelt.

Zum Ein- und Ausbau z.B. zu Wartungszwecken von Leitschaufellagern im Bottomring muss entweder die Zugänglichkeit von außerhalb des Wasserweges gegeben sein oder die betreffende Leitschaufel muss aus dem Leitschaufellager gezogen werden, was in der Regel nur möglich ist, wenn der Deckel der hydraulischen Maschine demontiert wird. Die erste Möglichkeit erfordert viel Platz, so dass die hydraulische Maschine entsprechend groß baut, und die zweite Möglichkeit bedeutet einen großen Aufwand bei einer Wartung der Lager. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Leitschaufellager für einen Bottomring und ein Verfahren zum Ein- und Ausbau desselben anzugeben, das weder die Zugänglichkeit von außerhalb des Wasserweges noch die Demontage des Deckels der hydraulischen Maschine zum Ein- und Ausbau des Lagers erfordert. Durch die Verwendung solcher Lager können neue hydraulische Maschinen kompakter, gebaut werden, wobei der zukünftige Wartungsaufwand bei Lagerverschleiß keine Demontage des Deckels der hydraulischen Maschine erfordert. Die Lager der vorliegenden Erfindung können von der Wasserseite ein- und ausgebaut werden.

Aus der CH 277775 sind bereits ein gattungsgemäßes Leitschaufel lager und ein Verfahren zum Ein- und Ausbau desselben bekannt. Die bekannte Lösung erfordert jedoch große Hohlräume im Bottomring und eine aufwändige Vorrichtung zur Montage der Lager. Außerdem ist eine zusätzliche Öffnung im Bottomring erforderlich, die mit einem Deckel verschlossen werden muss. Die vorliegende Erfindung benötigt einen wesentlich kleineren Hohlraum im Bottomring und keinerlei besondere Vorrichtungen zur Montage der Lager. Auch die Öffnung im Bottomring entfällt. Die erfindungsgemäße Lösung ist daher kostengünstiger und kompakter als die bekannte Lösung, und das erfindungsgemäße Verfahren zum Ein- und Ausbau ist einfacher auszuführen als das bekannte Verfahren.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Leitschaufellager mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 und durch den unabhängigen Verfahrensanspruch gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Leitschaufel lagers ergeben sich aus den abhängigen Unteransprüchen.

Die Erfinder haben sich von dem Gedanken leiten lassen, das Leitschaufellager segmentiert auszuführen. Die erfindungsgemäße Lösung wird nachfolgend anhand von Figuren erläutert. Darin ist im Einzelnen folgendes dargestellt:

Figur 1 Erfindungsgemäßes Leitschaufellage in einem Schnitt quer zur Lagerachse in Einbauposition;

Figur 2 Erfindungsgemäßes Leitschaufellage in Seitenansicht;

Figur 3 Erfindungsgemäßes Leitschaufellage in einem Schnitt entlang der Lagerachse;

Figur 4 Ablaufschema des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Aus- und Einbau des erfindungsgemäßen Leitschaufellagers. Figur 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Leitschaufellager in Einbauposition in Draufsicht. Das Leitschaufellager ist mit 1 und der Bottomring mit 2 bezeichnet. Ferner zeigt Figur 1 eine im Lager 1 gelagerte Leitschaufel umfassend ein Leitschaufelblatt, das mit 3 bezeichnet ist, und einen Leitschaufelzapfen, der mit 4 bezeichnet ist. Aus Figur 1 ist ersichtlich, dass das Lager 1 aus vier Segmenten besteht. Bei sehr dünnen Leitschaufelblättern 3 ist es denkbar, dass ein erfindungsgemäßes Leitschaufellager 1 auch nur aus drei Segmenten bestehen kann. In der Regel werden aber vier Segmente benötigt, um eine Wartung des Lagers von der Wasserseite her zu ermöglichen. Eine weitere Erhöhung der Segmentanzahl ist im Prinzip denkbar, aber aus wirtschaftlichen Gründen nicht vorteilhaft. Die Lagersegmente weisen Öffnungen zur Verschaubung der Segmente am Bottomring 2 auf. Außerdem sind weitere Öffnungen zum Abdrücken des Lagers an den Segmenten vorgesehen.

Figur 2 zeigt ein erfindungsgemäßes Leitschaufellager in Seitenansicht. Dabei ist das links vorne gelegene Lagersegment nicht dargestellt. Die Teilfuge zwischen dem nicht dargestellten Segment und dem Segment rechts vorne ist mit 10 bezeichnet. Man kann erkennen, dass die Teilfuge 10 relativ zur Lagerachse leicht schräg verläuft. Dadurch ist das nicht dargestellte Segment am wasserseitigen Rand (oberen in Figur 2) in Umfangsrichtung breiter als am gegenüberliegenden Rand (unten in Figur 2). Vorausgesetzt ist dabei, dass die anderen Teilfugen parallel zur Lagerachse verlaufen. Durch diese leicht keilförmige Ausbildung in der beschriebenen Orientierung kann dieses Segment leicht als erstes Segment in Richtung des Wasserweges ausgebaut bzw. als letztes Segment eingebaut werden (siehe unten). Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird dieses Segment kurz als„keilförmiges Segment" bezeichnet. Im Prinzip könnte auch die andere Teilfuge dieses Segments schräg gestellt sein, so dass sich die Keilform auf beide Teilfugen verteilt. Da aber eine schräge Teilfuge aufwändiger zu fertigen ist, und die Schrägstellung einer Teilfuge völlig ausreichend ist, ist es vorteilhaft, dass nur eine Teilfuge des Lagers schräg ausgebildet ist.

Figur 3 zeigt einen Teil eines eingebauten erfindungsgemäßen Leitschaufellagers in einem Schnitt entlang der Lagerachse. Der Bottomring ist dabei wieder mit 2 und der Zapfen der Leitschaufel mit 4 bezeichnet. Das Lager umfasst einen sogenannten Lagerträger, welcher mit 11 bezeichnet ist. Eine Schicht Lagermaterial, welche mit 13 bezeichnet ist, ist am Lagerträger 11 befestigt und befindet sich in Einbauposition zwischen dem Zapfen 4 und dem Lagerträger 11. Die Schicht Lagermaterial 13 ist am Lagerträger 11 entweder mit radial verlaufenden Schrauben befestigt oder angeklebt. Dabei umfasst jedes Segment des Lagers einen Teil des Lagerträgers 11 und einen Teil der Lagermaterialschicht 13. Der Zapfen 4 weist ferner eine Entlastungsnut auf, welche mit 40 bezeichnet ist. Um das Wasser am Eindringen in das Lager zu verhindern, umfasst das erfindungsgemäße Lager auch eine Lagerdichtung. Diese ist in Figur 3 nicht dargestellt. Die Lagerdichtung ist in dem Hohlraum in der Nähe der Entlastungsnut 40 angeordnet. Dabei ist die Lagerdichtung fest am Zapfen 4 montiert und dreht sich mit der Leitschaufel mit, sodass die Dichtlippe über eine Fläche des Lagerträgers 11, welche mit 12 bezeichnet ist, gleitet. Die Fläche 12 ist die eigentliche Dichtfläche. Bei herkömmlichen Lagern ist es genau umgekehrt, d.h. die Dichtung ist fest mit dem Lagerkörper verbunden und die Dichtlippe gleitet an einer Fläche des Zapfens. Es ist klar, dass der Bottomring (2) zur Aufnahme der Lagersegmente und des Zapfens (4) eine entsprechend dimensionierte Öffnung aufweist. Zur Montage der Dichtung ist ein ausreichend großer freier Raum neben und unterhalb des Zapfens (4) erforderlich (siehe unten).

Figur 4 zeigt das Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Aus- und Einbau eines erfindungsgemäßen Leitschaufellagers z.B. zur Wartung des Lagers. Alle Manipulationen erfolgen dabei von Seiten des Wasserweges her. Im mit VI bezeichneten Verfahrensschritt werden die Schrauben, mit denen die Lagersegmente am Bottomring befestigt sind, gelöst. Dazu ist es nötig, die Leitschaufel zu verdrehen, sodass auch die abgedeckten Schrauben zugänglich sind (vgl. Figur 1 ). Die Schrauben können dabei entweder vollständig entfernt oder nur gelockert werden. Im letzteren Fall werden die Schrauben in V2 und V3 vollständig entfernt. In V2 wird das keilförmige Segment aus dem Bottomring herausgezogen. Dazu kann das keilförmige Segment spezielle Bohrungen haben, in die ein Abziehwerkzeug eingesetzt werden kann. Über diese Bohrungen oder andere Markierungen kann das keilförmige Segment identifiziert werden. Die Identifikation kann sich jedoch auch aus der Einbaulage der Segmente ergeben. In V3 werden die restlichen Segmente ausgebaut. Auch dabei wird ein Verdrehen der Leitschaufel hilfreich sein. In V4 wird die Dichtung demontiert. Dies kann zerstörend erfolgen oder analog zum Einbau der Dichtung (siehe unten V5). Damit ist das Lager ausgebaut. Bei einer Wartung würden nun z.B. die Lagermaterialschichten ersetzt werden und alle Teile gereinigt werden. Es folgen die Schritte zum Einbau des Lagers. In V5 wird die Dichtung eingebaut. Bei einer Wartung wäre dies eine neue Austauschdichtung. Dazu wird die Dichtung unterhalb des Zapfens durchgefädelt. Dazu ist ein Mindestmaß an Platz seitlich und auch unterhalb des Zapfens erforderlich. Dadurch bestimmen sich die Dimensionen der Lagersegmente hinsichtlich der radialen Ausdehnung als auch hinsichtlich der axialen Länge derselben und natürlich auch die Ausdehnung der Öffnung im Bottomring. Eine ausreichende radiale Ausdehnung der Lagersegmente ist auch aus Steifigkeitsgründen geboten. Zur Erleichterung des Durchfädelns der Dichtung kann diese vorgewärmt werden, sodass sie biegsam wird. Eine großzügige Anzugsfase am unteren Ende des Zapfens ist ebenfalls hilfreich. In V6 werden die in V3 ausgebauten Segmente eingebaut. Dabei können die zugehörigen Schrauben bereits eingesetzt werden, ohne jedoch fest angezogen zu werden. Auch hierbei wird ein Verdrehen der Leitschaufel hilfreich sein. In V7 wird das keilförmige Segment eingebaut. Durch die Keilform dieses Segments schließen sich beim Einschieben desselben die Zwischenräume zwischen den Segmenten. In V8 werden die Schrauben der Segmente fest angezogen. Auch hierbei wird ein Verdrehen der Leitschaufel hilfreich sein. Beim Einbau der Lagersegmente kommt es zu einem Gleiten derselben auf Passflächen. Passflächen der Lagersegmente sind die Teilfugen, da diese im eingebauten Zustand spielfrei geschlossen sein müssen. Durch die Schrägstellung einer Teilfuge wird gerade beim am höchsten belasteten Einbau des letzten, d.h. des keilförmigen Lagersegments, ein langes Gleiten auf den Teilfugen dieses Segments vermieden. Außerdem wird dadurch natürlich der Ausbau der Segmente enorm erleichtert, insbesondere da zu erwarten ist, dass nach dem Betrieb der hydraulischen Maschine Verschmutzungen auftreten, die den Ausbau weiter erschweren. Auch die Flächen der Segmente die in der Einbaulage am Bottomring anliegen sind Passflächen. Um ein langes Gleiten auf diesen Passungen zu vermeiden, kann die Führung am Außendurchmesser des Lagers auf zwei kurze Teile aufgeteilt werden, d.h. der Lagerträger grenzt nur im Bereich seiner axialen Enden direkt an den Bottomring an (siehe Figur 2 und 3 - äquivalent könnte natürlich auch der Bottomring eine Aussparung haben und der Lagerträger zylindrisch ausgeführt sein). Als Material der Lagerträgersegmente wird zweckmäßigerweise rostfreies Material verwendet. An den Stoßstellen der Lauffläche der Dichtung (Fläche 12 in Figur 3) ist Sorge zu tragen, dass keine Kanten und Grate vorhanden sind, damit es zu keinem vorzeitigen Dichtungsversagen kommt. Ein Entgraten und leichtes Anfasen ist anzuraten. Beim Einbau der Lagersegmente ist ferner darauf zu achten, dass die Dichtlippe nicht verletzt wird. Dazu kann es vorteilhaft sein, dass der Lagerdurchmesser größer ist als der Dichtdurchmesser (vgl. Figur 3 - der an die Lagermaterialschicht 13 angrenzende Durchmesser des Zapfens 4 ist größer als der Innendurchmesser der Fläche 12, welche die Lauffläche für die Lippe der Lagerdichtung bildet).

Es kann von Vorteil sein, wenn das Lager mit einer Drainage ausgestattet ist. Da die Spalte zwischen den Segmenten nicht zusätzlich gedichtet werden, ist Leckage nicht auszuschließen.

Abschließend sei erwähnt, dass es im Sinne der Erfindung ist, wenn der Lagerträger und die Schicht Lagermaterial aus einem Stück gefertigt sind. D.h. das Lagermaterial ist integral im Lagerträger oder anders ausgedrückt: Der Lagerträger besteht vollständig aus Lagermaterial. Dabei muss das verwendete Material neben vernünftigen Gleiteigenschaften auch ausreichende Festigkeitseigenschaften aufweisen. Als geeignete Werkstoffe hierzu bieten sich entsprechende Kunststoffe an.