DE102011118137A1

DE102011118137A1 - Welle

Info

Publication number: DE102011118137A1
Application number: DE102011118137A
Authority: DE
Inventors: Dietmar Weist; Eduard Aul; Raphael Stumpp
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2011-11-10
Filing date: 2011-11-10
Publication date: 2013-05-16

Abstract

Welle 10, die in einem Festlager 14 gelagert ist, wobei beabstandet zu dem Festlager 14 ein Loslager 13 mit der Welle 10 zusammenwirkt, und wobei eine Vorrichtung zur radialen Vorspannung der Welle 10 im Bereich des Loslagers 13 vorgesehen ist. Erfindungsgemäß wird eine in einem Festlager 14 und einem Loslager 13 gelagerte Welle 10 bereitgestellt, deren Loslagerung robustheitsgesteigert ist. Erreicht wird dies dadurch, dass die Vorrichtung eine drehfest mit der Welle 10 verbundene Einrichtung zur Einleitung einer Gewichtskraft 12 in die Welle 10 ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Welle, die auf einer Wellenseite in einem Festlager gelagert ist, wobei beabstandet zu dem Festlager auf einer zweiten Wellenseite ein Loslager mit der Welle zusammenwirkt, und wobei eine Vorrichtung zur radialen Vorspannung der Welle im Bereich des Loslagers vorgesehen ist.
Eine derartige Welle ist aus der DE 10 2008 024 049 A1 bekannt. Diese Welle weist ein in einem Gehäuse gelagertes Festlager auf, während auf einer gegenüberliegenden Seite der Welle ein Loslager vorgesehen ist, mit dem die Welle in dem Gehäuse gelagert ist. Zwischen den beiden Lagern ist ein Zahnrad auf der Welle angeordnet. Außen anschließend an das Loslager ist ein Vorspannlager angeordnet, das auf die Welle eine definierte radiale Kraft oder Last aufbringt. Eine definierte Last soll auf die Welle bzw. das Loslager aufgebracht werden, um insbesondere im lastfreien Betrieb oder zumindest im Niedriglastbetrieb Schlupf zwischen den Wälzkörpern und den Lagerschalen des Loslagers zu vermeiden, da der Schlupf zu einem abrasiven Verschleiß in dem Loslager führen kann. Ein derartiger Schaden kann auch bei starker Beschleunigung der Welle auftreten, sofern die Wälzkörper sowie der Wälzkörperkäfig aufgrund der Massenträgheit der Wellenbeschleunigung nicht folgen können beziehungsweise kann. Durch den abrasiven Verschleiß wird die erreichbare Betriebsdauer derartiger Lagerungen stark reduziert, so dass es im Extremfall zu einem frühzeitigen Ausfall der Lagerung kommen kann. Das zur Ausschaltung dieser Nachteile vorgesehene Vorspannlager beinhaltet eine nicht unerhebliche Anzahl von zusätzlichen Bauteilen und zusätzlichen Bearbeitungsschritten zur Anbringung des Vorspannlagers an der Welle. Zudem muss die über einen Bolzen aufgebrachte Vorspannung genau eingestellt werden und die eingestellte Vorkraft beim Betrieb der Welle auch zumindest im Rahmen von Wartungsarbeiten überprüft werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine in einem Festlager und einen Loslager gelagerte Welle bereitzustellen, insbesondere deren Loslagerung robustheitsgesteigert ist.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Vorrichtung eine drehfest mit der Welle verbundene Einrichtung zur Einleitung einer Gewichtskraft in die Welle ist. Durch diese Ausbildung der Vorrichtung kann auf ein Vorspannlager mit den durch ein solches Vorspannlager hervorgerufenen Problemen verzichtet werden. Darüber hinaus wird die durch ein solches Vorspannlager verursachte Reibleistung vermieden. Die mit der Welle drehfest verbundene Vorrichtung ist so bemessen, dass eine so definierte Gewichtskraft in die Welle eingeleitet wird, die ausreicht beziehungsweise bewirkt, dass kein Schlupf zwischen den Wälzkörpern und den Lagerschalen des Loslagers auftritt Dabei ist die Gewichtskraft so bemessen, dass das Loslager nicht unnötig radial belastet wird.
In Weiterbildung der Erfindung ist die Einrichtung eine Scheibe. Eine solche Scheibe kann einfach auf die Welle aufgesetzt und mit dieser drehfest verbunden werden.
In Weiterbildung der Erfindung ist die Scheibe als ein Verbindungsmittel ausgebildet. Es ist bekannt, zum Verbinden von zwei Wellen ein entsprechendes Verbindungsmittel vorzusehen, das so ausgelegt sind, dass das zu übertragende Moment beziehungsweise die zu übertragende Leistung sicher übertragen wird. Erfindungsgemäß wird nun dieses Verbindungsmittel so dimensioniert, dass eine zusätzliche radiale Gewichtskraft auf die Welle ausgeübt wird, die den beschriebenen Schlupf zwischen den Wälzkörpern und den Lagerschalen des Loslagers unterbindet. Im Ergebnis wird somit durch das neu dimensionierte Verbindungsmittel ohne zusätzlichen Aufwand die Robustheit des Loslagers dauerhaft und wartungsfrei erhöht.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Scheibe auf die Welle aufgeschrumpft. Diese Befestigung ist ohne großen Aufwand herzustellen und hat sich als besonders zuverlässig erwiesen. Im Rahmen der Erfindung sind aber auch andere kraftschlüssige und formschlüssige Verbindungen der Scheibe mit der Welle, beispielsweise in Form einer Nut-Feder-Verbindung oder einer Keilwellen-Verbindung vorgesehen.
In Weiterbildung der Erfindung ist das Festlager eine Wälzlagerung in Form eines gepaarten Kegelrollenlagers. Ein solches gepaartes Kegelrollenlager hat sich als besonders geeignet für den Einsatz als Festlager herausgestellt. Dabei ist das gepaarte Kegelrollenlager so angeordnet, dass die die Wälzkörper darstellenden Kegelrollen nach außen geneigt sind und somit V-förmig angeordnet sind.
In Weiterbildung der Erfindung ist das Loslager ein Wälzlager in Form eines Zylinderrollenlagers. Dabei ist das Zylinderrollenlager bevorzugt in einer N-Bauform oder einer NU-Bauform ausgebildet. Bei einer N-Bauform ist an der äußeren Lagerschale kein seitlicher Seitenboard vorgesehen, während an der inneren Lagerschale auf beiden Seiten ein Seitenboard angeordnet ist. Ein Zylinderrollenlager der NU-Bauform zeichne sich dadurch aus, dass die äußere Lagerschale zwei Seitenboarde aufweist, während an der inneren Lagerschale kein Seitenboard vorgesehen ist. Beide Bauformen der Zylinderrollenlager lassen sich gut montieren.
In Weiterbildung der Erfindung ist die Welle eine Abtriebswelle eines Strömungskraftanlagengetriebes, insbesondere eines Meeresströmungskraftanlagengetriebes oder eines Windkraftanlagengetriebes. Bei solchen Strömungskraftanlagengetrieben ist die Erfindung besonders vorteilhaft umsetzbar, weil es bei den hier verbauten großen Getrieben auf eine besondere Robustheit der verbauten Teile ankommt.
Zusammenfassend ist durch die erfindungsgemäß mit einer Einrichtung zur Einleitung einer radialen Gewichtskraft ausgebildete Welle unter Einbezug der angegebenen Lagerung eine einfache Einstellbarkeit der Mindestbelastung gegeben. Die Mindestbelastung rührt insbesondere als Rückstellkraft und/oder Moment aus dem angeschlossenen Verbindungsmittel ohne großen Zusatzaufwand her. Dadurch ist im Ergebnis ein optimierter Betrieb, beispielsweise einer Windkraftanlage durch das verschleißfreie Verhalten des Loslagers gegeben. Insbesondere wird ein sogenanntes Anschmieren, bei dem die Wälzkörper zunächst nicht mitdrehen und dann erst bei hoher Drehzahl der Welle beschleunigt (und beschädigt) werden, vermieden. Dadurch bestehen Vorteile in der Betriebsführung insbesondere hinsichtlich des Anfahrverhaltens einer solchen Windkraftanlage. Auch kann die Zugänglichkeit, die Positionierbarkeit und das Gewicht der Scheibe beziehungsweise des Verbindungsmittels durch eine Variation der Einbaulage der Abtriebswelle beispielsweise gegenüber einem anzutreibenden Generator variiert oder erhöht werden.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind der Zeichnungsbeschreibung zu entnehmen, in der ein in den Figuren dargestelltes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben ist.
Es zeigen:
1 eine Seitenansicht einer Windkraftanlage mit einer erfindungsgemäß gelagerten Welle in Form einer Abtriebswelle,
2a eine schematische Schnittdarstellung einer erfindungsgemäß durch eine Gewichtskraft belastete Welle, und
2b eine Welle gemäß 2a, wobei hier die Gewichtskraft von einem Verbindungsmittel aufgebracht wird.
1 zeigt eine Seitenansicht einer Windkraftanlage 1 mit ihren wesentlichen Baugruppen. Die Windkraftanlage 1 weist einen Turm 2 auf, auf dem eine um eine Vertikalachse drehbar gelagerte Gondel 3 in Form eines Maschinengehäuses angeordnet ist. In der Gondel 3 ist ein Getriebe 4 drehfest befestigt, wobei das Getriebe 4 eine Antriebswelle 5 und eine Abtriebswelle 6, die die erfindungsgemäß ausgebildete und gelagerte Welle 10 und die in den 2a, 2b näher erläutert wird, ist. Die Antriebswelle 5 des Getriebes 4 ist mit einer Nabe 7 eines mehrere Rotorblätter 8 aufweisenden Rotors verbunden. Die Abtriebswelle 6 beziehungsweise die Welle 10 ist mit einer anzutreibenden Antriebsvorrichtung in Form eines Generators 9 drehverbunden. Das Getriebe 4 ist so ausgelegt, dass es eine langsame Drehbewegung der Antriebswelle 5 in eine schnelle Drehbewegung der Abtriebswelle 6 beziehungsweise der Welle 10 umsetzt. Mittels der Windkraftanlage 1 wird elektrische Energie erzeugt, indem der von dem Wind in Drehbewegung versetzte Rotor die Drehbewegung über die Antriebswelle 5 in das Getriebe einleitet. Das Getriebe 4 setzt die Drehbewegung in eine schnellere Drehbewegung um und schließlich wird über die Abtriebswelle 6 beziehungsweise die Welle 10 die schnelle Drehbewegung zur Erzeugung von Strom auf den Generator 9 übertragen.
2a zeigt die Abtriebswelle 6, die konkret als Welle 10 ausgebildet ist. Die Welle 10 ist in dem Gehäuse des Getriebes 4 gelagert und ragt mit einem freien Ende 11 aus dem Getriebe 4 hinaus. Auf dieses freie Ende 11 der Welle 10 wird eine Gewichtskraft 12 aufgebracht, die bewirkt, dass die Welle 10 mit einer definierten Mindestbelastung auf ein Loslager 13 gedrückt wird. Diese eingeleitete Gewichtskraft 12 bewirkt, dass die Wälzkörper des Loslagers 13 an der inneren Lagerschale und der äußeren Lagerschale zumindest über eine Teilumfang des Loslagers 13 anliegen und somit insbesondere bei einer Anfahrbewegung der Welle 10 kein Schlupf zwischen den Lagerschalen und den Wälzkörpern des Loslagers 13 auftritt. Das Loslager 13 ist insbesondere als Zylinderrollenlager in N-Bauform oder NU-Bauform ausgebildet.
Auf dem gegenüberliegenden Endbereich zu dem freien Ende 11 der Welle 10 ist diese in einem Festlager 14, das aus zwei gepaarten Kegelrollenlagern 15a, 15b besteht, gelagert. Die Kegelrollenlager 15a, 15b sind ebenfalls in dem Gehäuse 16 des Getriebes 4 gelagert. Die Kegelrollenlager 15a, 15b sind so zueinander angeordnet, dass deren schrägstehende Wälzkörper in Form von Kegelrollen nach außen zueinander geneigt V-förmig angeordnet sind.
Zwischen dem Loslager 13 und dem Festlager 14 ist ein Zahnrad 17 auf der Welle 10 drehfest angeordnet, wobei das Zahnrad ein Stirnrad oder ein Ritzel sein kann. Das Zahnrad 17 kämmt mit der letzten, insbesondere als Summierstufe ausgebildeten, Stufe des Getriebes 4 und überträgt die entsprechende Drehbewegung der Summierstufe auf die Welle 10.
Ausweislich der 2b ist mit der Welle 10 eine Generatorwelle 18 des Generators 9 über eine als Verbindungsmittel 19 ausgebildete Scheibe verbunden. Das Verbindungsmittel 19 ist beispielsweise als mit einer Innenkeilverzahnung versehene Kupplung ausgebildet, die mit einer entsprechenden Außenverzahnung der Generatorwelle 18 und des freien Endes 11 der Welle 10 zusammenwirkt. Um die gewünschte Gewichtskraft 12 auf die Welle 11 aufzubringen, weist das Verbindungsmittel 19 einen scheibenförmigen Ring 20 auf, der beispielsweise einstückig mit dem Verbindungsmittel 19 gefertigt ist. Anstelle der Ausgestaltung mit dem scheibenförmigen Ring 20 kann das Verbindungsmittel 19 aber auch eine beliebige andere Ausbildung aufweisen. Auch kann ein zusätzlicher scheibenförmiger Ring beabstandet zu dem Verbindungsmittel 19 vorgesehen sein, wobei der Ring und das Verbindungsmittel 19 zusammen die Gewichtskraft 12 aufbringen.
Bezugszeichenliste

1: Windkraftanlage
2: Turm
3: Gondel
4: Getriebe
5: Antriebswelle
6: Abtriebswelle
7: Nabe
8: Rotorblatt
9: Generator
10: Welle
11: Freies Ende
12: Gewichtskraft
13: Loslager
14: Festlager
15a, 15b: Kegelrollenlager
16: Gehäuse
17: Zahnrad
18: Generatorwelle
19: Verbindungsmittel
20: Scheibenförmiger Ring

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102008024049 A1 [0002]

Claims

Welle (10), die in einem Festlager (14) gelagert ist, wobei beabstandet zu dem Festlager (14) ein Loslager (13) mit der Welle (10) zusammenwirkt, und wobei eine Vorrichtung zur radialen Vorspannung der Welle (10) im Bereich des Loslagers (13) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung durch eine drehfest mit der Welle (10) verbundene Einrichtung zur Einleitung einer Gewichtskraft (12) in die Welle (10) ist.
Welle (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung eine Scheibe ist.
Welle (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibe als ein Verbindungsmittel (19) ausgebildet ist.
Welle (10) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibe auf die Welle (10) aufgeschrumpft ist.
Welle (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Festlager (14) eine Wälzlagerung in Form eines gepaarten Kegelrollenlagers (15a, 15b) ist.
Welle (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Loslager (13) eine Wälzlagerung in Form eines Zylinderrollenlagers ist.
Welle (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Zylinderrollenlager ein Zylinderrollenlager in N-Bauform oder NU-Bauform ist.
Welle (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (10) eine Abtriebswelle (6) eines Strömungskraftanlagengetriebes, insbesondere eines Meeresströmungskraftanlagengetriebes oder eines Windkraftanlagengetriebes ist.
Windkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8.