Die Erfindung betrifft eine Gleitlageranordnung zur radialen Lagerung eines Zapfens bzw. eines Kolbens bzw. eines Ringes in einem Stahlgehäuse. Dabei ist der Begriff Gehäuse sehr weit zu fassen, d.h. ein solches Gehäuse kann eine beliebige Struktur aus Stahl sein, in der ein Zapfen, Kolben oder ein Ring radial gelagert wird. Zwischen dem Gehäuse und dem gelagerten Element ist eine metallische Lagerschicht aus einem tribologisch günstigen Lagerwerkstoff angeordnet. Als Beispiel für einen solchen Lagerwerkstoff sei hier CuAI genannt. Dabei kann der Zapfen, Kolben oder Ring in der Lageranordnung sowohl bzgl. einer Dreh- als auch bzgl. einer Axialbewegung gelagert sein.

Bei der Herstellung einer solchen Lageranordnung muss die Lagerschicht mit dem Gehäuse verbunden werden. In diversen Anwendungen ist es zudem notwendig, dass diese Verbindung dichtend ausgeführt wird. Als erstes Beispiel einer solchen Anwendung sei die Lagerung der Laufschaufelflügel im Nabengehäuse eines Kaplan- Turbinenlaufrades genannt (siehe beispielsweise die US 3 822 104 B). Als zweites Beispiel einer solchen Anwendung sei die axiale Lagerung der Dichtungsringe in großen Kugelschiebern für Wasserkraftanlagen genannt (vgl. CH 685 833 A5, siehe die verschiebbar geführten Ringe 11 und 20 in Fig. 2).

Zur Verbindung der Lagerschicht mit dem Gehäuse sind verschiedene Verfahren bekannt geworden. Ein mögliches Verfahren sieht dabei vor die Lagerschicht als Buchse auszuführen, welche anschließend um etwa 100°C bis 250°C unter Raumtemperatur abgekühlt wird. Aufgrund der dadurch verursachten Kontraktion kann die Buchse in das Gehäuse eingebracht werden. Die Verbindung zwischen Gehäuse und Lagerschicht ergibt sich durch die anschließende Erwärmung der Buchse und der dadurch verursachten Ausdehnung derselben. Ein solches Verfahren wird in der DE 10 2016 101 709 B4 offenbart. Alternativ kann auch das Gehäuse vor der Verbindung erwärmt werden (siehe die GB 1 181 472). Ein anderes Verfahren sieht vor, dass die Lagerschicht durch Auftragsschweißen oder Auftragslöten aufgebracht wird (DE 102004018921 A1). Ein weiteres Verfahren sieht vor, die Lagerschicht mittels eines thermischen Spritzverfahrens aufzubringen (DE 43 03592 A1).

Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein alternatives Verfahren zur Herstellung einer Gleitlageranordnung anzugeben, das sich dadurch auszeichnet, dass die Verbindung zwischen Gehäuse und Lagerschicht den für die oben genannten Anwendungen notwendigen Dichtigkeitsanforderungen genügt.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren entsprechend dem unabhängigen Anspruch gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung finden sich in den Unteransprüchen.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren erläutert. Die Figuren zeigen im Einzelnen:

Fig.1 Lageranordnung in einer ersten Ausführungsform Fig.2 Lageranordnung in einer zweiten Ausführungsform

Fig.3 Schweißvorgang

Figur 1 zeigt eine Lageranordnung in einer ersten Ausführungsform in stark schematischer Darstellung. Bei der dargestellten Lageranordnung handelt es sich um eine Lageranordnung zur radialen Lagerung eines Elementes in einem Gehäuse aus Stahl. Es ist klar, dass das gelagerte Element eine entsprechende Kontur aufweisen muss, da eine radiale Lagerung eine radialsymmetrische Außenkontur des gelagerten Elementes erfordert - wenigstens in Bezug auf den Bereich der Außenkontur des Elementes, welcher mit der Lagerung interagiert. Mit anderen Worten muss das gelagerte Element also einen Bereich mit zylindrischer Außenkontur umfassen. Das gelagerte Element kann also beispielsweise einen Bereich umfassen, welcher als Zapfen oder als Kolben oder als Ring ausgebildet ist. Figur 1 zeigt einen Schnitt durch die Lageranordnung, wobei der Schnitt so ausgeführt ist, dass die Symmetrieachse des gelagerten Elementes in der Schnittebene liegt. In Figur 1 ist die Symmetrieachse durch die gestrichelte Linie angedeutet. In der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform umfasst das gelagerte Element einen Bereich, welcher als massiver Zapfen ausgebildet ist. Dabei ist das gelagerte Element mit 2 bezeichnet. Das Gehäuse, in welchem das Element 2 gelagert ist, ist mit 1 bezeichnet. Zwischen dem Gehäuse 1 und dem gelagerten Element 2 ist eine metallische Lagerschicht aus einem tribologisch günstigen Lagerwerkstoff angeordnet Als Lagerwerkstoff kommen diverse Metalllegierungen in Frage, z.B. CuAI oder andere als Bronzen bezeichnete Legierungen. Die Lagerschicht ist als Hohlzylinder ausgebildet und mit 3 bezeichnet. Ein solcher Hohlzylinder aus Lagermaterial wird gewöhnlich auch als Lagerbüchse bezeichnet. Die Lageranordnung dient dazu eine Relativbewegung des gelagerten Elementes 2 in Bezug auf das Gehäuse 1 zu ermöglichen. Dabei kann es sich um eine Rotation des Elementes 2 um die Symmetrieachse handeln. Es kann sich auch um eine Translationsbewegung entlang der Symmetrieachse oder um eine Kombination der beiden genannten Bewegungsarten handeln.

Die in Figur 1 dargestellte Ausführungsform kann in einem Turbinenlaufrad vom Typ Kaplan zur Anwendung kommen. Dabei wäre das Gehäuse 1 das Nabengehäuse des Turbinenlaufrades und das gelagerte Element 2 wäre ein Zapfen, welcher mit einer Laufschaufel des Laufrades verbunden ist. Die Lageranordnung gewährleistet dabei die Verstellbarkeit der Laufschaufeln durch eine Drehbewegung der Zapfen um ihre Symmetrieachse.

Figur 2 zeigt eine Lageranordnung in einer zweiten Ausführungsform in analoger Darstellung zu Figur 1. Im Unterschied zu Figur 1 ist das gelagerte Element 2 als Hohlzylinder bzw. Ring ausgeführt. Ansonsten gilt das, was zu Figur 1 gesagt wurde, auch für Figur 2. Die in Figur 2 dargestellte Ausführungsform kann in einem Kugelschieber für eine Wasserkraftanlage zur Anwendung kommen. Dabei wäre das Gehäuse 1 das Gehäuse des Kugelschiebers und das gelagerte Element 2 wäre ein axial verschiebbarer Ring, welcher mit einer Dichtung des Kugelschiebers verbunden ist. Die Lageranordnung gewährleistet dabei die Verschiebung eines Dichtungsringes durch eine Axialbewegung des gelagerten Rings entlang seiner Symmetrieachse.

Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren umfasst folgende Schritte: S1 : Bereitstellung des Gehäuses 1 ;

S2: Bereitstellung der Lagerbüchse 3;

S3: Einschieben der Lagerbüchse 3 in das Gehäuse 1;

S4: Verschweißen der Lagerbüchse 3 mit dem Gehäuse 1. Dabei umfasst der Schritt S2 die folgenden Unterschritte:

S2A: Bereitstellen von Lagermaterial in Stangenform;

S2B: Rollen des in Schritt S2A bereitgestellten Lagermaterials zu einem Ring, welcher die Lagerbüchse 3 bildet; S2C: Verschweißen der Ringnaht;

S2D: Bearbeitung des Ringes bzgl. Außen- und Innenkontur.

Dabei wird im Schritt S2D die Außenkontur der Lagerbüchse 3 so bearbeitet, dass die Lagerbüchse 3 in Schritt S3 problemlos bei Raumtemperatur in das Gehäuse 1 eingeschoben werden kann.

Das Verschweißen der Lagerbüchse 3 mit dem Gehäuse 1 in Schritt S4 erfolgt dabei mittels Elektronenstrahlschweißens, wobei beim Schweißvorgang das Material des Gehäuses 1 aufgeschmolzen wird. Das Gehäuse 1 besteht aus Stahl, welcher eine Schmelztemperatur von ungefähr 1500 °C aufweist. Gängiges Lagermaterial (z.B. CuAI) hat hingegen eine Schmelztemperatur von ungefähr 950 °C. Der Schweißvorgang wird außerdem so ausgeführt, dass zwischen der Innenkontur des Gehäuses 1 und der Außenkontur der Lagerbüchse 3 eine vollflächige Verbindung hergestellt wird.

Figur 3 zeigt den Vorgang des Verschweißens der Lagerbüchse 3 mit dem Gehäuse 1. Dabei wird der Elektronenstrahl durch die gestrichelte Linie angedeutet. Die Elektronenstrahlquelle ist mit 4 bezeichnet. Die dargestellte Anordnung ist dabei rein schematisch zu verstehen. In der Regel wird man die Elektronenstrahlquelle viel näher an die zu verschweißenden Bauteile (Gehäuse 1 und Lagerbüchse 3) heranführen. Der Elektronenstrahl wird beim Verscheißen so geführt, dass er den gesamten Spalt zwischen Gehäuse 1 und Lagerbüchse 3 überstreicht.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine sehr feste und gleichzeitig dichte Verbindung zwischen Gehäuse 1 und Lagerbüchse 3, welches daher bestens für die beschriebenen Anwendungsfälle geeignet ist. Das erfindungsgemäße Verfahren kann jedoch auch für andere Anwendungsfälle vorteilhaft verwendet werden, insbesondere wenn die betreffenden Anwendungsfälle ähnliche Anforderungen stellen, wie die beschriebenen Anwendungsfälle.

Bezugszeichenliste

1 Gehäuse

2 Gelagertes Element 3 Lagerbüchse

4 Elektronenstrahlquelle