Die Erfindung betrifft ein Gleitlager mit einer Hart-A/Veichpaarung für die

Gleitflächen, insbesondere zur Ausbildung der Axial- und/oder Radiallagerung der umlaufenden Einheit eines Unterwasserkraftwerks.

Ein Unterwasserkraftwerk zur Ausnutzung einer Gezeiten- oder

Gewässerströmung, das als tauchende, freistehende Anlage angelegt ist, sollte insbesondere für einen schwer zugänglichen Installationsort eine hohe

Standfestigkeit ausweisen, um Servicemaßnahmen möglichst weitgehend zu vermeiden. Dabei stellte die Lagerung einer umlaufenden Einheit mit einer typischerweise propellerförmig angelegten Wasserturbine und einem

Wellenstutzen eine die Lebensdauer der Gesamtanlage wesentliche

beeinflussende Komponente dar.

Eine Möglichkeit, ein Lager mit der gewünschten Standfestigkeit auch für

Betriebsbedingungen auszubilden, für die ein Sedimenteintrag in die Lager nicht gänzlich ausgeschlossen werden kann, besteht in der Verwendung

wassergeschmierter Gleitlager, die beispielsweise als Stevenrohrlager für Schiffe bekannt sind. Derartige Lager weisen Gleitflächen auf, die einen deutlichen Unterschied in der Materialhärte und Duktilität zeigen. Für eine solche Hart- A/Veichpaarung kann beispielsweise eine Vielzahl von Gleitschuhen mit einer Gleitfläche aus einem Polymermaterial, beispielsweise Orkot®, zur Ausbildung der ersten Gleitlagerschale verwendet werden. Die Gegenlauffläche der zweiten Gleitlagerschale besteht typischerweise aus einem Stahlteil. Derartige Gleitlager zeigen bei einer hinreichenden Zufuhr von Wasser als Schmiermittel auch beim Eintrag abrasiver Materialien, wie Sandkörnern und dergleichen, nur einen geringen Verschleiß.

Nachteilig an einem gattungsgemäßen Lager ist der fertigungstechnische Aufwand im Fall großer Baugrößen, wie sie für Unterwasserkraftwerke mit

Lagerdimensionen im Meterbereich vorliegen. Dabei ist insbesondere die

BESTÄTIGUNGSKOPIE durchgehende Gleitfläche mit der höheren Härte präzise zu fertigen. Dies ist insbesondere dann aufwändig, wenn beispielsweise für Unterwasserkraftwerke mehrere Gleitlager zur Abstützung radialer und axialer Lasten vorgesehen sind, die relativ zueinander präzise zu justieren sind.

Die typischerweise durchgehend ausgebildeten Gleitflächen höherer Härte gattungsgemäßer Gleitlager verlangen meist einen aufwändigen

Herstellungsprozess, beispielsweise durch mechanische Bearbeitungsschritte wie Fräsen und Nachschleifen. Dies ist insbesondere dann mit einem hohen

Fertigungsaufwand verbunden, wenn derartige Laufflächen in eine großbauende, an einem Stück vorliegende umlaufende Einheit eines Unterwasserkraftwerks eingearbeitet werden müssen. Darüber hinaus können solchermaßen angelegte Gleitflächen nur schwerlich nach einer gewissen Laufzeit der Anlage ausgebessert werden. Vielfach ist es unvermeidlich, die gesamte Anlage zu demontieren und den Wellenstutzen der umlaufenden Einheit als Ganzes nachzuarbeiten oder zu ersetzen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Gleitlager konstruktiv so auszubilden, dass dessen Montage und Justage vereinfacht ist. Darüber hinaus sollte eine Möglichkeit zur Ausbesserung einzelner Gleitflächen im Servicefall gegeben sein. Zusätzlich sollten Gleitflächen aus Materialien

ausgebildet werden, die auch unter harschen Umgebungsbedingungen für ein Unterwasserkraftwerk, insbesondere an einem Standort im Meer, im Wesentlichen wartungsfrei sind.

Die Erfindung wird durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Dabei wird ein gattungsgemäßes Gleitlager, insbesondere für

Unterwasserkraftwerke, herangezogen, das eine erste Gleitlagerschale mit wenigstens einem und vorzugsweise mit mehreren Gleitlagersegmenten und eine zweite Gleitlagerschale mit einem Ablaufelement umfasst. Für ein solches Gleitlager wird nunmehr die Verwendung eines separaten Ablaufelements vorgeschlagen, das die Gleitfläche höherer Härte bildet und welches über eine Zwischenschicht von einem Tragkörper abgestützt wird.

Die separate Ausbildung eines Ablaufelements erlaubt die Herstellung sowie den späteren Austausch einzelner Gleitflächen einer Anlage. Demgemäß ist es zur Ausbildung von Radiallagern möglich, anstatt eine Gleitfläche in eine Welle einzufräsen, einen Laufring zu verwenden, der von der Welle als Tragkörper abgestützt wird. Entsprechend kann einer Spurscheibe zur Abstützung axialer Kräfte als Ablaufelement ein Laufring zugeordnet werden. Des Weiteren ergibt sich bei einer separaten Ausbildung eines Ablaufelements der Vorteil, ein Bauteil mit verringerter Baugröße handhaben zu können, sodass Beschichtungsverfahren vereinfacht werden. Darüber hinaus kann ein Material hoher Härte, jedoch mit einer gewissen Sprödheit, verwendet werden, da der Tragkörper das

Ablaufelement rückseitig abstützt. Hierdurch ist es möglich, Ablaufelemente wenigstens teilweise aus einem keramischen oder glasartigen Material

auszubilden oder derartige Beschichtungen zu verwenden.

Erfindungsgemäß wird zwischen dem Ablaufelement und dem Tragkörper eine Zwischenschicht vorgesehen, die eine gewisse plastische Verformbarkeit aufweist. Dabei wird insbesondere bevorzugt, den Grad der plastischen Verformbarkeit gezielt einstellen zu können. Hierfür kommt insbesondere ein Material in Frage, das im Einbauzustand zunächst plastisch ist und dann in einem weiteren

Prozessschritt zu einem Material mit einer geringeren Duktilität umgewandelt werden kann. Besonders bevorzugt wird zu diesem Zweck eine bestimmte

Temperaturführung vorgegeben.

Dabei ist es denkbar, die Zwischenschicht aus einem Thermoplast oder aus einem Schmelzklebstoff herzustellen. Ein Thermoplast kann in einen Temperaturbereich überführt werden, für den eine hinreichende plastische Verformbarkeit vorliegt. Werden Schmelzklebstoffe verwendet, wird bei der Erstmontage oder Justage des Ablaufelements entsprechend eine Erwärmung über den Schmelzpunkt vorgenommen. Mit absinkender Temperatur verringert sich die plastische

Verformbarkeit der Zwischenschicht, sodass für die beim Betrieb des Gleitlagers auftretenden Lagertemperaturen eine sichere Abstützung des Ablaufelements am Tragkörper sichergestellt ist. Es wird jedoch bevorzugt, einen gewissen Rest an plastischer Verformbarkeit der Zwischenschicht auch für den Normalbetrieb beizubehalten, um im Fall ungewöhnlich hoher Flächenpresskräfte im Lager ein gewisses Maß an Nachstellfähigkeit im Sinne einer selbsttätigen Einstellbarkeit beizubehalten.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und

Figurenskizzen genauer erläutert, in denen im Einzelnen Folgendes dargestellt ist:

Figur 1 zeigt einen Teil einer Schnittansicht eines erfindungsgemäßen

Gleitlagers zur Abstützung axialer Kräfte an einer Spurscheibe.

Figur 2 zeigt in einer Schnittansicht einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen

Gleitlagers zur radialen Abstützung.

Figur 3 zeigt in einer Teilschnittansicht ein Unterwasserkraftwerk mit

erfindungsgemäß ausgebildeten Gleitlagern.

Figur 3 zeigt ein schematisch vereinfacht dargestelltes, in Teilschnittansicht gezeigtes Unterwasserkraftwerk 20, dessen umlaufende Einheit eine

Wasserturbine 21 , eine Haube 22, einen Wellenstutzen 23 und einen daran anschließenden Wellenteil 29 zur Abstützung des Läufers 28 des elektrischen Generators 26 umfasst. Diese umlaufende Einheit wird durch zwei Radiallager 30.1 , 30.2 in radialer Richtung sowie mittels der Axiallager 31.1 , 31.2 axial an einer Spurscheibe 7 abgestützt. Diese Lager sind als wassergeschmierte

Gleitlager angelegt und weisen jeweils ein erfindungsgemäßes Ablaufelement mit einer Abstützung über eine Zwischenschicht an einem Tragkörper auf. Dies wird nachfolgend noch genauer erläutert. Jedes der Gleitlager umfasst eine

segmentiert angelegte erste Gleitlagerschale, wobei die hierzu verwendeten Gleitlagersegmente eine Gleitfläche aus einem Polymermaterial aufweisen. Die Gleitlagersegmente sind ferner einstellbar an einem ersten Segment 25.1 sowie an einem zweiten Segment 25.2 des feststehenden Gehäuseteils des

Unterwasserkraftwerks 20 befestigt.

In Figur 1 ist ein vergrößerter Ausschnitt des Axiallagers 31.2 in Schnittansicht dargestellt. Dabei weist die erste Gleitlagerschale 2.1 eine Vielzahl von

Gleitsegmenten 3.1 auf, von denen eines in Querschnittsansicht dargestellt ist. Die Gleitfläche des Gleitlagersegments 4.1 besteht vorliegend aus einem

seewasserfesten Gleitlagerwerkstoff auf Polymerbasis. Die Gleitfläche des

Gleitlagersegments 4.1 wird von einem Sockel 5.1 getragen und weist bevorzugt eine im Einzelnen nicht dargestellte Vorrichtung zur Lageeinstellung und

Befestigung am Gehäuseteil 6.1 auf. Zusätzlich ist es möglich, das

Gleitlagersegment 3.1 mit einer gewissen Bewegungsfähigkeit am Gehäuseteil 6.1 zu haltern.

Die zweite Gleitlagerschale 13.1 ist für das vorliegende Gleitlager 1.1 als Teil einer Spurscheibe 7 ausgebildet. Demgemäß ist der Tragkörper 9.1 ein

Spurscheibenträger 18, in den eine Nut 19 eingedreht ist. Auf dem Grund der Nut 19 befindet sich eine Zwischenschicht 15.1 , auf der das Ablaufelement 10.1 in Form einer Laufscheibe 11 angeordnet ist. Bevorzugt wird eine solche

Materialstärke für die Zwischenschicht 15.1 gewählt, dass die Laufscheibe 11 zum Teil in die Nut 19 hineinragt, sodass zum einen eine verbesserte seitliche Führung der Laufscheibe 11 bewirkt wird und zum anderen zwischen dem Rand der Laufscheibe 11 und der angrenzenden Wandung der Nut 19 nur eine geringe Spaltbreite verbleibt, die so gewählt ist, dass die Zwischenschicht 15.1 in der Nut 19 auch im Zustand hoher plastischer Verformbarkeit weitgehend in der Nut gehalten wird.

Für eine erste, bevorzugte Ausgestaltung besteht die Zwischenschicht 15.1 aus einem Thermoplast. Dabei kann bevorzugt der Thermoplast aus der Gruppe gewählt werden, die durch Polymethylmethacrylat (PMMA), Polyamide (PA), Polycarbonat (PC), Polyethylenterephthalat (PET), Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polystyrol (PS), Polyvinylchlorid und Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) gebildet wird. Durch ein Aufheizen, das beispielsweise durch die in Figur 1 skizzierte elektrische Heizeinrichtung 33 bewirkt werden kann, wird der Plastomer in einen Zustand hinreichend großer plastischer Verformbarkeit überführt. In diesem Zustand, der bei der Erstmontage zur Justage oder im Falle eines

Services für das erneute Einrichten des Ablaufelements 10.1 dient, wird die Lage des Ablaufelements 10.1 mit einer in den Figuren nicht im Einzelnen dargestellten Mess- und Führeinrichtung im Verhältnis zu den Ablaufflächen des weiteren Axiallagers 31.1 sowie der Radiallager 30.1 , 30.2 ausgerichtet. Wird hierzu der Wellenstutzen 23 der umlaufenden Einheit präzise eingespannt und in eine Drehbewegung versetzt, kann mittels genau eingerichteter Anschläge eine

Selbstzentrierung der Ablaufelemente der Gleitlager vorgenommen werden.

Figur 2 zeigt anhand eines vergrößert dargestellten Ausschnitts des Radiallagers 30.1 eine alternative Gestaltung der Erfindung. Dabei weist das gattungsgemäße Gleitlager 1.2 wiederum eine erste Lagerschale 2.2 auf, für die ein

Gleitlagersegment 3.2 mit einem Sockel 5.2 und einer Gleitfläche des

Gleitlagersegments 4.2 dargestellt ist, das an einem Gehäuseteil 6.2 befestigt wird.

Die zweite Gleitlagerschale 13.2 des erfindungsgemäßen Gleitlagers 1.2 weist ein separates Ablaufelement 10.2 in Form eines Laufrings 12 auf. Der

Innendurchmesser des Laufrings 12 ist gegenüber dem Außendurchmesser der Welle 8, die für das vorliegende Ausführungsbeispiel den Tragkörper 9.2 darstellt, mit einem Übermaß gefertigt. Entsprechend kann der Laufring 12 zur Montage über die Welle 9 geführt werden. Der sich so bildende Zwischenraum zwischen dem Laufring 12 und der Welle 8 wird durch die Zwischenschicht 15.2 aufgefüllt. Hierzu werden die Lagerkomponenten auf Temperatur gebracht und ein im heißen Zustand fließfähiger Schmelzklebstoff wird über die Durchgangsöffnung 17 in der Welle 8 in den Zwischenraum eingefüllt. Als Basispolymer für den

Schmelzklebstoff wird bevorzugt Polyamid, Polyethylen, amorphe Polyalphaolefine, Ethylenvinylacetat, Polyester-Elastomere, Polyurethan- Elastomere, Copolyamid-Elastomere oder eine Mischung dieser Polymere verwendet.

Bevorzugt werden elastische Dichtelemente 16.1 , 16.2 in ringförmigen

Spaltöffnungen des Zwischenraums zwischen dem Laufring 12 und der Welle vorgesehen, um ein Austreten des Schmelzklebstoffes zu verhindern. Nach dem Anbringen des Schmelzklebstoffs erfolgt die Justage des Laufrings 12 relativ zur Welle 8. Durch diese Maßnahme werden Unrundheiten und

Zentrierungenauigkeiten soweit ausgeglichen, dass eine separate

Nachbearbeitung des Laufrings nicht notwendig ist. Nachfolgend erfolgt die Abkühlung des Gleitlagers 1.2 zur Verfestigung des Schmelzklebstoffes.

In Figur 2 ist eine Ausgestaltung dargestellt, für die das Ablaufelement 10.2 eine Hartschicht 14 trägt. Diese kann ein glasartiges Material oder eine Keramik sein, die bevorzugt mittels eines Beschichtungsverfahrens auf dem Laufring 12 aufgebracht ist. Für eine solche Ausgestaltung ist es möglich, den Laufring aus einem gegenüber der Gleitfläche weicheren Material herzustellen. Auch die Verwendung eines nicht metallischen Werkstoff kommt in Frage. Denkbar ist auch eine gusstechnische Herstellung mittels eines Epoxidharzes, beispielsweise mittels Epocast®. Des Weiteren besteht die Möglichkeit, das Ablaufelement 10.1 , 0.2 so anzulegen, dass dies eine gewisse Elastizität zur Formanpassung aufweist. Die gewünschte präzise Kontur der Gleitfläche wird dann erst im

Verfahrensschritt der Justage eingerichtet, bei dem die hinterlegte

Zwischenschicht 15.1 , 15.2 hinreichend plastisch verformbar ist. Mit abnehmender plastischer Verformbarkeit wird die so eingerichtete Kontur der Gleitfläche stabilisiert, sodass im Betrieb des Gleitlagers eine hinreichend belastbare und präzise Gleitfläche zur Verfügung steht. Dabei ist die Gleitfläche vorzugsweise nachjustierbar und erlaubt, beispielsweise über eine Spurscheibe, den

Taumelschlag durch nicht präzise zueinander eingestellte umlaufende

Komponenten dadurch zu verringern, dass die Zwischenschicht ein Mindestmaß an plastischer Verformbarkeit beibehält und so das Ablaufelement ständig einen Minimalabstand zum engsten Punkt der gegenüberliegenden Gleitfläche aufrechterhält.

Die Erfindung kann vom einem Fachmann im Rahmen der nachfolgenden Schutzansprüche variiert werden. Dabei besteht die Möglichkeit, dass ein erfindungsgemäßes Gleitlager mehrere, unter Umständen zur Bildung einer Gleichfläche zusammengesetzte Ablaufelemente 10.1 , 10.2 aufweist, die entsprechend eines einteiligen Ablaufelements über eine Zwischenschicht 15.1 , 15.2 mit einer einstellbaren plastischen Verformbarkeit mit dem Tragkörper 9,1 , 9.2 in Verbindung stehen und relativ zueinander justiert werden können.

Bezugszeichenliste

I.1,1.2 Gleitlager

2.1 , 2.2 erste Gleitlagerschale

3.1 , 3.2 Gleitlagersegment

4.1 , 4.2 Gleitfläche des Gleitlagersegments

5.1,5.2 Sockel

6.1, 6.2 Gehäuseteil

7 Spurscheibe

8 Welle

9.1,9.2 Tragkörper

10.1, 10.2 Ablaufelement

II, 11.1,11.2 Laufscheibe

12,12.1, 12.2 Laufring

13.1, 13.2 zweite Gleitlagerschale

14 Hartschicht

15.1, 15.2 Zwischenschicht

16.1, 16.2 Dichtelement

17 Durchgangsöffnung

18 Spurscheibenträger

19 Nut

20 Unterwasserkraftwerk

21 Wasserturbine

22 Haube

23 Wellenstutzen

24 Maschinengondel

25.1 erstes Segment

25.2 zweites Segment

25.3 drittes Segment

25.4 viertes Segment

26 elektrischer Generator

27 Stator Läufer

Wellenteil

Radiallager

Axiallager

Stützstruktur

elektrische Heizeinrichtung Rotationsachse