28.09.2006 | Redakteur:
Wälzlagereinheit ersetzt hydrodynamische Lagerung und verbessert die Zuverlässigkeit von großen elektrischen Maschinen. Traditionell werden große elektrische Maschinen mit hydrodynamischen...
Traditionell werden große elektrische Maschinen mit hydrodynamischen Gleitlagern ausgestattet. Diese Technik hat sich im Allgemeinen bewährt. Man muss jedoch die mit einem Ölumlaufsystem verbundenen Nachteile wie Leckagen und zusätzlichen Kosten in Kauf nehmen. In Zusammenarbeit mit Siemens Berlin, Unternehmensbereich A&D, hat SKF eine Wälzlagereinheit, bestehend aus Flanschlagergehäuse, Dichtungen und Lagern entwickelt, mit der die Kosten gegenüber hydrodynamischen Lösungen deutlich reduziert und die Ölumlaufschmierung substituiert werden konnte. Gerade bei großen Radialbelastungen in Verbindung mit wechselnden Axialbelastungen und bei reversierendem Betrieb bietet diese kompakte und zuverlässige Lagerlösung Vorteile gegenüber den herkömmlichen hydrodynamischen Lösungen.Bei hydrodynamischen Gleitlagern baut sich der notwendige Öldruck im Lagerspalt durch die Relativbewegung des Rotors zur stehenden Lagerschale auf. Die Tragfähigkeit des Schmierfilms hängt somit unmittelbar von der Rotordrehzahl ab. Daraus ergibt sich, dass außerhalb ausreichender Rotordrehzahlen kein tragfähiger Schmierfilm aufgebaut werden kann, sodass das Lager im Mischreibungsgebiet betrieben wird. Die Folge ist Verschleiß. In Anwendungsfällen, in denen niedrige Geschwindigkeiten, häufige Anfahrvorgänge unter hohen Anfahrlasten, wechselnde Drehrichtungen oder sehr langwierige Stoppvorgänge auftreten, müssen deshalb unterstützende hydrostatische Lager eingesetzt werden. Bei hydrostatischen Lagern wird das Schmieröl unter Druck gesetzt, bevor es in den Lagerspalt gefördert wird. Dadurch erfolgt im Stillstand eine Trennung der Gleitflächen, wodurch die Tragfähigkeit des Lagers von der Rotordrehzahl unabhängig ist. Hydrodynamische Lagerung hat NachteileUm die Reibungs- und Fremdwärme aus dem Lagerbereich zu fördern und mögliche Ölverluste auszugleichen, muss das hydrodynamische Lager mit einer Ölumlaufschmierung betrieben werden. Wie beim hydrostatischen Lager bedeutet das einen zusätzlichen Aufwand an Ölleitungen, Filter und Kühler. Ein weiterer Nachteil von hydrodynamischen Lösungen ist, dass bei hohen axialen Lasten ein zusätzliches hydrodynamisches Axiallager eingesetzt werden muss. Bei der Ausrüstung von großen elektrischen Maschinen mit hydrodynamischen Lagern müssen demnach je nach Anwendungsfall folgende Nachteile in Kauf genommen werden:- Es treten zusätzliche Kosten durch das Ölumlaufsystem auf.- Es können Ölleckagen auftreten.- Es sind zusätzliche hydrostatische Lager notwendig.- Es sind zusätzliche hydrodynamische Axiallager notwendig.- Es sind häufige Wartungs- und Instandhaltungsarbeiten notwendig.Diese Nachteile der hydrodynamischen Lagerlösungen konnten durch die SKF-Wälzlagereinheit beseitigt werden. Sie besteht aus zwei speziell entwickelten Flanschlagergehäusen, einem Pendelrollenlager als Festlager und einem Carb-Lager oder Pendelrollenlager als Loslager. Das kompakte Design des Flanschlagergehäuses ist mit Ölbadschmierung ausgestattet, wodurch die Ölumlaufschmierung der hydrodynamischen Lösungen ersetzt werden konnte. Start- und Stoppvorgänge, niedrige Geschwindigkeiten und reversierender Betrieb stellen im Allgemeinen für Wälzlager kein Problem dar. Um Durchbiegungen der langen Motorwellen ausgleichen zu können, werden für große Antriebe üblicherweise winkelbewegliche Lager (Pendelrollenlager und Carb-Lager) als Fest- und Loslager eingesetzt.Das häufig bestehende Problem der Abdichtung der hydrodynamischen Lagereinheiten, insbesondere Leckagen zum Motorinneren, tritt nicht auf. Auf der zum Motorinneren liegenden Seite des Gehäuses hat SKF in Zusammenarbeit mit Siemens ein spezielles Dichtungskonzept entwickelt, während das Flanschlagergehäuse nach außen hin mit einer Labyrinth-Dichtung versehen ist. Dieses Dichtungskonzept hat sich bereits über einen längeren Zeit-raum in der Praxis bewährt. Vervollständigt wird dieses Konzept durch fünf große Druckausgleichsbohrungen im inneren Dichtungsbereich des Gehäuses, um einen effizienten Druckausgleich zwischen den Gehäusen und dem Motorinneren zu ermöglichen. Anderenfalls würde durch eventuelle Druckunterschiede Öl aus den Gehäusen ins Motorinnere gezogen. Während der In- und Außerbetriebnahme, aber auch bei Änderung der Betriebsbedingungen, wie etwa durch den Reversierbetrieb, treten temperaturbedingte Längenänderungen der langen Motorwelle im Vergleich zum Motorgehäuse auf. Diese Längenänderungen müssen im Allgemeinen durch die Verschiebung des Loslagers im Gehäuse ausgeglichen werden. Dies kann zu ungleichmäßiger Lastverteilung auf die Lager und die einzelnen Wälzkörperreihen und zu Verschleiß am Lagersitz führen, der mit zunehmender Betriebsdauer die Loslagerverschiebung erschwert und zusätzliche axiale Verspannungen des Systems zur Folge hat. Durch den Einsatz von Carb-Lagern als Loslager konnten diese Probleme beseitigt und somit die Funktion der Motorlagerung verbessert und die Betriebssicherheit wesentlich erhöht werden. Carb-Lager sind einreihige Lager mit langen, leicht balligen Rollen, die über einen sehr großen Belastungsbereich eingesetzt werden können. Die aufeinander abgestimmten Laufbahnprofile stellen eine vorteilhafte Spannungsverteilung im Lager sicher und sorgen für reibungsarmen Lauf. Toroidal-Rollenlager vereinigen die Winkelbeweglichkeit des Pendelrollenlagers mit der zwangsfreien axialen Verschiebbarkeit eines Zylinderrollenlagers. Sie gleichen intern Längenänderungen (Temperaturunterschiede) und Schiefstellungen der Welle annähernd reibungsfrei aus. Die damit verbundenen Vorteile sind:- eine gleichmäßige Lastverteilung auf die Lager und die einzelnen Wälzkörperreihen,- keine axiale Verspannung der Lagerung durch innere Zusatzkräfte,- eine längere Gebrauchsdauer der Lager und - eine höhere Betriebssicherheit.Lagerungen von Walzmotoren wurden bei Siemens im Jahr 1998 erstmals mit SKF-Carb-Toroidal-Rollenlagern als Loslager und einem Pendelrollenlager als Festlager ausgeführt und haben die Erwartungen voll erfüllt. Siemens setzt seitdem bei allen Wälzlagerlösungen für große elektrische Maschinen auf dieses zwangsfreie Lagerungssystem.Aus den Ergebnissen und den Erfahrungen, die man durch die gemeinsame Entwicklung mit Siemens sammeln konnte, entstand bei SKF eine Serie von Flanschlagergehäusen. Zu dieser Serie, die die werkseigene Bezeichnung AFC trägt, gehören 13 Gehäusegrößen in Standard-Ausführung. Jedes dieser Standard-Gehäuse besteht aus dem Gehäusekörper und dem Gehäusedeckel. Es ist ausgelegt für durchgehende Wellen sowie für Varianten mit Wel-lenenden und verfügt über eine partielle Strom-Isolierung am Gehäuse. Die Abdichtung des Flanschlagergehäuses erfolgt durch das bereits erwähnte Dichtungskonzept. Entlüfter und Füllstutzen sind ebenso vorgesehen wie Bohrungen für das Druckausgleichssystem, Temperaturfühler und Körperschallsensoren. Zur Kontrolle des Ölstands sind Ölstandsanzeigen mit Ausgleichsrohr vorgesehen. Die Abstufung der Baugrößen richtet sich nach der Höhe der Wellenlage und geht von 630 bis 1250 mm sowie nach dem Durchmesser der Welle, und zwar von 180 bis 420 mm.Maßgeschneiderte Lösungen sind möglichAußer der AFC-Standard-Reihe können auch maßgeschneiderte Systeme für bestimmte Anwendungen angeboten werden. So wird beispielsweise bei hohen wechselseitigen Axiallasten ein von der Standardreihe abweichendes, angepasstes Gehäusedesign für die Festlagerseite eingesetzt. Das System kann optional durch den SKF-Ölstandswächter LHD ergänzt werden, um die Betriebssicherheit zu erhöhen. Sie halten den vorgesehenen Ölstand in den Flanschlagergehäusen mit Ölbadschmierung durch automatische Ergänzung der Ölmenge konstant.
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