NL2003946C2 - Lagerconstructie, alsmede schroef voorzien van een dergelijke lagerconstructie. - Google Patents

Description

Lagerconstructie. alsmede schroef voorzien van een dergelijke lagerconstructie

De uitvinding heeft betrekking op een lagerconstructie tussen een rotor en een mantel, zoals in een asloze schroefinrichting, omvattende tenminste een axiaal lager en 5 een radiaal lager die elk omvatten een in omtreksrichting zich uitstrekkende reeks kantelkussens die elk aan een kussenophanggebied van één van de rotor en de mantel zijn opgehangen door middel van kanteling toelatende kussenbevestigingen, welke kantelkussens elk een contactoppervlak bezitten, alsmede een zich tegenover de reeks kantelkussens bevindend en met de contactoppervlakken daarvan samenwerkende 10 lagerring die door middel van lagerringbevestigingen is opgehangen aan een lagerringophanggebied van de ander van de rotor en de mantel. Het axiale lager neemt de axiale belasting op, welke gericht is volgens de rotatiehartlijn van de lagerconstructie. Het radiale lager neemt de radiale belasting op, welke dwars op de rotatiehartlijn is gericht.

15 Een dergelijke lagerconstructie is bekend uit EP-A-1739007 en is geschikt voor vele verschillende toepassingen, onder andere in de voortstuwingsinrichting van een schip. Verwezen wordt naar een op zich bekende schroefinrichting waarbij de schroefbladen vanaf de rotor naar binnen steken en die aan hun binnenste eind al of niet verbonden zijn met een centraal stromingslichaam. De binnenwand van de rotor vormt 20 in dat geval een deel van een straalpijp, die zoals bekend een gunstige invloed heeft op het rendement van de schroef.

Een dergelijke lagerconstructie met kantelkussens is watergesmeerd, hetgeen het voordeel heeft dat lagerafdichtingen afwezig kunnen blijven. Dit levert een eenvoudige, betrouwbare lagerconstructie op. De lagerkussens zijn kantelbaar 25 verbonden met de mantel, en stellen zich in afhankelijk van de rotatie van de rotor. Omdat zich in het water verontreinigingen kunnen bevinden, is het van belang om de met elkaar samenwerkende oppervlakken van de kantelkussens en van de rotor materialen daarop af te stemmen. Bekend is om voor het lageroppervlak van de mantel een relatief hard materiaal, zoals een metaal te kiezen. In combinatie daarmee wordt 30 dan het lageroppervlak van de kantelkussens uitgevoerd in een relatief zacht materiaal, zoals een kunststof. In het bijzonder is bekend om daarvoor hogedichtheidspolyethyleen (HDPE) te gebruiken, hoewel andere kunststoffen ook geschikt zijn.

2

Het voordeel van een dergelijke combinatie is dat eventuele verontreinigingen opgenomen kunnen worden in het relatief zachte kunststofmateriaal van de rotor. Daardoor wordt voorkomen dat de relatief harde verontreinigingen beschadigingen zouden kunnen veroorzaken zoals krassen en dergelijke. Verder is van belang dat een 5 dergelijke rotor, in stilstand, bestand is tegen permanente vervormingen die zouden kunnen optreden onder invloed van de zwaartekracht. Dergelijke vervormingen worden grotendeels voorkomen doordat over de levensduur van de rotor gezien, deze steeds in verschillende posities in rotatierichting gezien tot stilstand komt, zodanig dat het gehele oppervlak van de rotor gelijkmatig belast wordt.

10 Hoewel een dergelijke lagerconstructie op zich goede resultaten oplevert, kunnen niettemin problemen optreden als gevolg van de relatief grote uitzettingscoëffïciënt van het kunststofmateriaal. Daarbij spelen zowel de temperatuur van het omgevingswater een rol, als de opwarming van de lagerconstructie onder invloed van de rotatie daarvan. Het vervormen van de kunststofdelen van de rotor doet 15 echter afbreuk aan de juiste lagering van de schroef. Indien de oppervlakken van de kantelkussens en van de rotor een afwijkende stand ten opzichte van elkaar gaan innemen, kan niet langer verzekerd worden dat tijdens het roteren daarvan een waterfïlm wordt opgebouwd tussen deze onderdelen. Het gevolg is dat dan de lagerconstructie aan verhoogde slijtage bloot komt te staan en uiteindelijk faalt.

20 Het doel van de uitvinding is daarom een lagerconstructie van het vooraf beschreven type te verschaffen die beter bestand is tegen temperatuurschommelingen. Dat doel wordt bereikt doordat de lagerringbevestigingen krimp- respectievelijk uitzettingsverplaatsingen van de lagerring ten opzichte van het lagerringophanggebied toelaten.

25 Bij de lagerconstructie volgens de uitvinding wordt rekening gehouden met de gevoeligheid van het kunststofmateriaal voor uitzetting onder invloed van temperatuurverschillen doordat de lagerringbevestigingen een zekere verplaatsing van de lagerring ten opzichte van het lagerringophanggebied toelaten. Daardoor wordt voorkomen dat het met de kantelkussens samenwerkende oppervlak van de lagerring 30 zodanig zou gaan vervormen dat de gewenste samenwerking tussen die onderdelen verloren zou gaan.

In het bijzonder kan daarbij zijn voorzien dat de lagerringbevestigingen axiale en/of radiale verplaatsingen toelaten. Een verplaatsing in axiale richting van het 3 materiaal van de lagerring levert geen vervorming op die afbreuk doet aan de werking van de lagerconstructie omdat ook het oppervlak van de lagerkussens van het radiale lager zich in die axiale richting uitstrekt. Hetzelfde geldt voor radiale verplaatsingen van de lagerring ter plaatse van radiaal gerichte lagerkussens. Een dergelijke axiale of 5 radiale verplaatsingsmogelijkheid van de lagerring kan op verschillende wijzen tot stand worden gebracht, bijvoorbeeld door de toepassing van slobgaten waardoorheen zich bouten of pennen uitstrekken. De voorkeur gaat uit naar een uitvoeringsvorm waarbij de lagerring in langsdoorsnede een haakvormige rand bezit en het lagerringophanggebied in langsdoorsnede een neus bezit waar omheen zich de 10 haakvormige rand van de lagerring uitstrekt. De langsdoorsnede is bepaald door de doorsnede welke samenvalt met de rotatiehartlijn van de lagerconstructie.

De haakvorm van de rand van de lagerring maakt verplaatsingen in axiale of radiale richting mogelijk ten opzichte van het lagerringophanggebied, waarbij door de samenwerking van de haakvorm en de neus van dat lagerringophanggebied verzekerd is 15 dat de lagerring in stabiele positie wordt vastgehouden. Afhankelijk van de temperatuur van de lagerring als gevolg van rotatie en/of watertemperatuur kan de lagerring meer of minder ver uitzetten. Het contactoppervlak van de lagerring blijft daarbij de gewenste vorm behouden, zodanig dat de werking van de lagerconstructie behouden blijft.

Volgens een verdere uitvoeringsvorm kunnen de haakvormige rand en de neus 20 met elkaar samenwerken door middel van een axiale respectievelijk radiale verplaatsingen toelatende pen-gat verbinding.

Volgens een andere mogelijkheid kan de lagerring ten minste een gat bezitten waar doorheen zich een al of niet in een montagebus opgenomen bevestigingsbout uitstrekt. Een eventuele montagebus is ingeklemd tussen de kop van de bout en het 25 lagerringophanggebied. De aanligging van de kop van de bout tegen de montagebus, die op zijn beurt afsteunt op de rotor, verzekert een stevige, betrouwbare bevestiging van de lagerring aan de rotor. Anderzijds wordt voorkomen dat het relatief zachte kunststofmateriaal van de lagerring te sterk zou worden samengedrukt en eventueel onder invloed van de te hoge drukkracht zou gaan vloeien.

30 In het bijzonder kan de montagebus een uitwendige kraag bezitten terwijl het gat in de lagerring een vernauwing kan hebben die is bedekt door de kraag. Door deze uitwendige kraag wordt de lagerring in de gewenste positie gehouden ten opzichte van de rotor. In het bijzonder kan de vernauwing van de lagerring zijn ingeklemd tussen de 4 kraag en het lagerringophanggebied. Daardoor is de lagerring goed beveiligd tegen verplaatsingen loodrecht op het lagerringophanggebied.

Op bekende wijze kan de lagerring in langsdoorsnede L-vormig zijn uitgevoerd. In dat geval kan een der benen van de lagerring axiaal zijn gericht terwijl het andere 5 been radiaal is gericht. Ook het lagerringophanggebied kan dan overeenkomstig L-vormig zijn gevormd met een axiale en/of radiale sectie waarvan het vrije eind de neus vormt. De haakvorm bevindt zich in dat geval aan het uiteinde van het zich in axiale respectievelijk radiale richting uitstrekkende been van de lagerring. Als alternatief kan de verplaatsingsmogelijkheid ook worden verkregen indien het hiervoor genoemde gat 10 in het axiale been en/of in het radiale been is uitgevoerd als een slobgat. In dat geval zijn axiale of radiale verplaatsingen mogelijk. Indien de montagebus nauwsluitend is opgenomen in het gat in de lagerring worden verplaatsingen evenwijdig aan het lagerringophanggebied echter tegengegaan. Volgens een verdere variant kan een der benen van de lagerring verplaatsbaar zijn opgehangen door middel van de haakrand en 15 neus, terwijl het andere been verplaatsbaar kan zijn opgehangen door middel van een bevestigingsbout of bevestigingspen die samenwerkt met een slobgat. Overigens kan in plaats van een slobgat ook een gat met overmaat ten opzichte van de bevestigingsbout of bevestigingspen worden toegepast. Verder kan bijvoorbeeld ook een kleminrichting worden toegepast om de gewenste verplaatsingsmogelijkheid te verkrijgen.

20 De lagerring kan in omtreksrichting meerdere lagerringdelen omvatten. Elk van deze lagerringdelen is in dat geval op de hierboven beschreven wijze bevestigd aan de rotor.

De uitvinding betreft verder een schroefinrichting, omvattende een mantel alsmede een rotor voorzien van schroefbladen die door middel van een lagerconstructie 25 zoals hiervoor beschreven draaibaar is opgehangen ten opzichte van de mantel, waarbij de mantel is voorzien van de stator van een elektrische motor en de rotor van de bijbehorende permanente magneten.

De uitvinding zal vervolgens worden beschreven aan de hand van een in de figuren weergegeven uitvoeringsvoorbeeld.

30 Figuur 1 toont een aanzicht in perspectief en in langsdoorsnede van een schroef met een lagerconstructie volgens de uitvinding.

Figuur 2 toont een vooraanzicht van de schroef volgens liguur 1.

Figuur 3 toont de langsdoorsnede volgens III-III van figuur 2.

5

Figuur 4 toont de langsdoorsnede volgens IV-IV van figuur 2.

Figuur 5 toont de langsdoorsnede volgens V-V van figuur 2.

De in figuren 1 en 2 weer gegeven schroef volgens de uitvinding bestaat uit de in zijn geheel met 2 aangeduide mantel waarin zich een cirkelvormige opening 3 5 bevindt. In deze opening 3 is de rotor 4 gelagerd. Deze rotor 4 bezit een ringvormig rotorlichaam 6 alsmede vanaf dat de ringvormige rotorlichaam 6 naar binnen uitstekende schroefbladen 5. Het ringvormige rotorlichaam 6 is aan de omtrek voorzien van permanente magneten 7 die kunnen samenwerken met de rondom de opening 3 van de mantel 2 zich bevinden de statorwikkelingen 8 voor het aandrijven van de rotor 4.

10 De rotor 4 is in de mantel 2 opgehangen door middel van een lagerconstructie die een axiaal lager 9 en een radiaal lager 10 aan elk axiaal eind bezit. De axiale lagers 9 kunnen tegengestelde axiale krachten opnemen, zodanig dat de schroef geschikt is voor aandrijving in beide richtingen. In de figuren 3-5 zijn deze lagers 9, 10 op grotere schaal weergegeven, en wel volgens de langsdoorsneden zoals weergegeven in figuur 15 2.

Een paar bestaande uit een axiaal lager 9 en een radiaal lager 10 bezit de in langsdoorsnede L-vormige lagerring 15 alsmede de in omtreksrichting zich uitstrekkende reeksen kantelkussens 11 met een radiaal zich uitstrekkend contactoppervlak 14 en kantelkussens 11 ’ met een axiaal zich uitstrekkend 20 contactoppervlak 14’. Elk axiaal lager 9 bestaat derhalve uit de radiale kantelkussenlagers 11 en het radiale been 28 van de lagerring 15. Elk radiaal lager 10 bestaat op zijn beurt uit de axiale kantelkussenlagers 11’ en het axiale been 27 van de lagerring 15. De kantelkussens 11, 11’ zijn elk door middel van een kussenbevestiging 13 opgehangen aan het kussenophanggebied 12, en wel zodanig dat de kantelkussens 25 enigszins kunnen kantelen ten opzichte van dat kussenophanggebied 12. Een dergelijke ophanging is op zich bekend, en zal daarom verder niet in detail worden beschreven.

Het contactoppervlak 14, 14’ van de kantelkussens 11, 11’ bestaat uit een relatief hard materiaal, zoals een metaal. Door middel van dat contactoppervlak 14, 14’ werken de kantelkussens 11, 11’ samen met de respectievelijke oppervlakken van de 30 benen 28, 27 van de lagerring 15. Deze lagerring 15 bestaat uit een relatief zacht materiaal, in het bijzonder hogedichtheidspolyethyleen. Zoals bekend bezit een dergelijk materiaal een verhoudingsgewijze hoge uitzettingscoëfïïciënt, zodanig dat bij temperatuurwisselingen de lagerring 15 relatief sterk zal uitzetten respectievelijk 6 krimpen. Om te vermijden dat de lagerring daardoor op ongewenste wijze zou vervormen, en de lagerconstructie zou falen, zijn maatregelen genomen die een zekere verplaatsing van de lagerring 15 toelaten.

Volgens een eerste maatregel kan het axiale been 27 van de lagerring 15 5 enigszins uitzetten respectievelijk krimpen in axiale richting. Om dat te bereiken is aan dat axiale been 27 van de lagerring 15 een haakvormig rand 18 gevormd die is gehaakt om de neus 19 van het lagerringophanggebied 17 van de rotor 4. Bij het uitzetten van het axiale been 27 kan deze haakvormig rand 18 in axiale richting zich enigszins verplaatsen over de neus 19, zonder dat evenwel de ondersteuning van de lagerring 15 10 daardoor verloren gaat. In dat verband kunnen ook nog de pen-gatverbindingen 20 op die plaats zijn aangebracht, zoals weergegeven in de langsdoorsnede van figuur 4.

Hoewel het weergegeven uitvoeringsvoorbeeld geschikt is voor het toelaten van axiale verplaatsingen, is ook een (niet getoonde) uitvoering mogelijk waarbij radiale verplaatsingen mogelijk zijn. In dat geval bevindt de neus zich aan de radiale sectie van 15 het lagerringophanggebied en de haakvormige rand zich aan het radiale been. Combinaties van deze twee uitvoeringen zijn ook mogelijk.

In het weergegeven uitvoeringsvoorbeeld is het radiale been 28 van de lagerring 15 voorzien van een gat 21, waarin zich de vernauwing 26 bevindt. In het gat 21 is een montagebus 22 aangebracht, voorzien van een radiaal naar buiten wijzende kraag 25 20 die zich uitstrekt over de vernauwing 26. In de montagebus 22 is de bevestigingsbout 23 aangebracht, die door middel van een schroefdraadverbinding is geschroefd in het lagerringophanggebied 17. De kop 24 van de bevestigingsbout 23 rust daarbij op de kraag 25, zodanig dat een stevige bevestiging is verzekerd. Anderzijds verhindert de montagebus, die steunt op het lagerringophanggebied 17, dat het materiaal van de 25 lagerring 15 te sterk wordt samengedrukt. In aanvulling op de boutverbinding zijn ook nog de pennen 30 aangebracht, zoals weergegeven in de langsdoorsnede van figuur 3, die steken in de overeenkomstige uitsparingen 31 van het radiale been 28 van de lagerring 15.

De gaten 21 en 31 kunnen ook als slobgaten of als overmaat gaten met grotere 30 tolerantie zijn uitgevoerd, zodanig dat verplaatsingen van het radiale been 28 van de lagerring 15 in radiale richting ten opzichte van de radiale sectie 32 van het lagerringophanggebied mogelijk zijn. Verder behoort het tot de mogelijkheden om op 7 deze wijze zowel de axiale verplaatsing op deze wijze mogelijk te maken; ook combinaties van deze twee uitvoeringen zijn mogelijk.

Lijst van verwijzingstekens 5 1. Schroef 2. Mantel 3. Opening 4. Rotor 5. Schroefblad 10 6. Rotor lichaam 7. Permanente magneet 8. Statorwikkeling 9. Axiale lager 10. Radiale lager 15 11. Kantelkussen (axiaal lager) 11’. Kantelkussen (radiaal lager) 12. Kussenophanggebied 13. Kussenbevestiging 14. Contactoppervlak kantelkussen 11 20 14’. Contactoppervlak kantelkussen 11 ’ 15. Lagerring 16. Lagerringbe vestiging 17. Lagerringophanggebied 18. Haakvormig rand van lagerring 25 19. Neus van lagerringophanggebied 20. Pen-gatverbinding 21. Gat in lagerring 22. Montagebus 23. Bevestigingsbout 30 24. Kop van bevestigingsbout 25. Kraag van montagebus 26. Vernauwing van gat 27. Axiaal been van lagerring 8 28. Radiaal been van lagerring 29. Axiale sectie van lagerringophanggebied 30. Pen 31. Gat voor pen 5 32. Radiale sectie van lagerringophanggebied 10

Claims (20)

1. Lagerconstructie tussen een rotor (4) en een mantel (2), zoals in een schroefinrichting, omvattende tenminste een axiaal lager (9) en een radiaal lager (10) 5 die elk omvatten een in omtreksrichting zich uitstrekkende reeks kantelkussens (11, 11 ’) die elk aan een kussenophanggebied (12) van een van de rotor (4) en de mantel (2) zijn opgehangen door middel van kanteling toelatende kussenbevestigingen (13), welke kantelkussens (11, 11’) elk een contactoppervlak (14, 14’) bezitten, alsmede een zich tegenover de reeks kantelkussens (11, 11’) bevindend en met de contactoppervlakken 10 (14,14’) daarvan samenwerkende lagerring (15) die door middel van lagerringbevestigingen (16) is opgehangen aan een lagerringophanggebied (17) van de ander van de rotor (4) en de mantel (2), met het kenmerk dat de lagerringbevestigingen (16) krimp- respectievelijk uitzettingsverplaatsingen van de lagerring (15) ten opzichte van het lagerringophanggebied (17) toelaten. 15

2. Lagerconstructie volgens conclusie 1, waarbij de lagerringbevestigingen (16) axiale en/of radiale verplaatsingen toelaten.

3. Lagerconstructie volgens conclusie 1 of 2, waarbij de lagerring (15) in 20 langsdoorsnede een haakvormige rand (18) bezit en het lagerringophanggebied (17) in langsdoorsnede een neus (19) bezit waar omheen zich de haakvormige rand (18) van de lagerring (15) uitstrekt.

4. Lagerconstructie volgens conclusie 3, waarbij de haakvormige rand (18) en 25 de neus (19) met elkaar samenwerken door middel van een pen-gat verbinding (20) die verplaatsingen toelaat volgens de hartlijn van die verbinding (20).

5. Lagerconstructie volgens een der voorgaande conclusies, waarbij de lagerring (15) ten minste een gat (21) bezit waar doorheen zich een bevestigingsbout (23) of 30 bevestigingspen uitstrekt die samenwerkt met het lagerringophanggebied (17).

6. Lagerconstructie volgens conclusie 5, waarbij de bevestigingsbout (23) of bevestigingspen met speling is opgenomen in het gat (21), zoals in een slobgat of overmaat gat.

7. Lagerconstructie volgens conclusie 5 of 6, waarbij, de bevestigingsbout (23) is opgenomen in een montagebus (22) die is ingeklemd tussen de kop (24) van de bout (23) en het lagerringophanggebied (17).

8. Lagerconstructie volgens conclusie 7, waarbij de montagebus (22) een 10 uitwendige kraag (25) bezit en het gat (21) in de lagerring (15) een vernauwing (26) heeft die is bedekt door de kraag (25).

9. Lagerconstructie volgens conclusie 7 of 8, waarbij de vernauwing (26) is ingeklemd tussen de kraag (25) en het lagerringophanggebied (17). 15

10. Lagerconstructie volgens een der conclusies 7-9, waarbij de montagebus (22) nauwsluitend is opgenomen in het gat (21) in de lagerring (15).

11. Lagerconstructie volgens een der voorgaande conclusies, waarbij de 20 lagerringbevestigingen tenminste een kleminrichting omvatten.

12. Lagerconstructie volgens een der voorgaande conclusies, waarbij de lagerring (15) in langsdoorsnede L-vormig is.

13. Lagerconstructie volgens conclusie 12, waarbij een (27) der benen van de lagerring (15) axiaal is gericht en het andere been (28) radiaal is gericht en het lagerringophanggebied (7) overeenkomstig L-vormig is gevormd.

14. Lagerconstructie volgens conclusie 13 wanneer afhankelijk van conclusie 3 of 30 4, waarbij het L-vormige lagerringophanggebied (17) een axiale sectie (29) bezit waarvan het vrije eind de neus (19) vormt en de haakvormige rand (18) van de lagerring (15) zich bevindt aan het axiale been (27).

15. Lagerconstructie volgens conclusie 13 wanneer afhankelijk van conclusie 3 of 4, waarbij het L-vormige lagerringophanggebied (17) een radiale sectie (32) bezit waarvan het vrije eind de neus (19) vormt en de haakvormige rand (18) van de lagerring (15) zich bevindt aan het radiale been (28). 5

16. Lagerconstructie volgens conclusie 13 wanneer afhankelijk van een der conclusies 5-9, waarbij het gat (21) zich bevindt in het axiale been (27) van de lagerring (15) en de bevestigingsbout (23) of bevestigingspen (30) samenwerkt met de axiale sectie (29) van het lagerringophanggebied (17). 10

17. Lagerconstructie volgens conclusie 13 wanneer afhankelijk van een der conclusies 5-9, waarbij het gat (21) zich bevindt in het radiale been (28) van de lagerring (15) en de bevestigingsbout (23) of bevestigingspen (30) samenwerkt met de radiale sectie (32) van het lagerringophanggebied (17). 15

18. Lagerconstructie volgens een der voorgaande constructies, waarbij de lagerring (15) een kunststofmateriaal, zoals HDPE, omvat.

19. Lagerconstructie volgens een der voorgaande conclusies, waarbij de 20 lagerring (15) in omtreksrichting meerdere lagerringdelen omvat.

20. Schroefïnrichting, omvattende een mantel (2) alsmede een rotor (4) voorzien van schroefbladen (5) die door middel van een lagerconstructie volgens een der voorgaande conclusies draaibaar is opgehangen ten opzichte van de mantel (2), waarbij 25 de mantel (2) is voorzien van de statorwikkelingen (8) van een elektrische motor en de rotor (4) van de bijbehorende permanente magneten (7).