DE102024207177B3

DE102024207177B3 - Pendelrollenlager mit separaten Käfigen

Info

Publication number: DE102024207177B3
Application number: DE102024207177.3A
Authority: DE
Inventors: Stefan Manfred Weigand; Sabine Hofmann; Johan Sahlgren
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2024-07-30
Filing date: 2024-07-30
Publication date: 2025-10-23
Anticipated expiration: 2044-07-31
Also published as: CN121429721A; EP4686848A1

Abstract

Offenbart wird ein Pendelrollenlager (1), insbesondere zum Stützen einer Windturbinen-Hauptwelle, umfassend mindestens einen Außenring (4) und einen Innenring (6), wobei der Innenring (6) einen Durchmesser von mindestens 499 mm aufweist, zwei Sätze von Tonnenrollen (8), die auf Laufbahnen entlang rollen, die an dem Außen- und dem Innenring (4, 6) ausgebildet sind, wobei ein erster und ein zweiter Käfig (2-1, 2-2) jeweils dazu eingerichtet sind, einen Satz von Tonnenrollen (8) zurückzuhalten, wobei jeder des ersten und des zweiten Käfigs (2-1, 2-2) einen ersten Käfigring (10-1, 10-2) umfasst, der sich in einer Umfangsrichtung des Pendelrollenlagers (1) erstreckt, einen zweiten Käfigring (12-1, 12-2) umfasst, der von dem ersten Käfigring (10-1, 10-2) auf einer axialen Seite beabstandet ist und durch mehrere Käfigstege (14) mit ihm verbunden ist, wodurch geschlossene Taschen (16) gebildet werden, wobei jede Tasche (16) dazu eingerichtet ist, eine einzelne Tonnenrolle (8) eines Satzes von Tonnenrollen aufzunehmen.

Description

Technisches Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Pendelrollenlager. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung eine Lageranordnung, die ein Pendelrollenlager umfasst.
Hintergrund der Erfindung
Wälzlager sind übliche mechanische Komponenten für viele verschiedene Anwendungen. Es gibt verschiedene Arten von Wälzlagern, die dafür ausgelegt sind, unterschiedliche Anforderungen zu erfüllen. Je nach den Bedingungen der konkreten Anwendung, das heißt dem Grad der Belastung, der Rotationsgeschwindigkeit, der Temperatur usw., gibt es verschiedene Arten von geeigneten Wälzlagern.
Ein üblicher Lagertyp ist ein Pendelrollenlager, wie es beispielsweise in den Druckschriften DE 10 2015 225 678 A1 oder DE 694 02 507 T2 beschrieben ist. Das Lager ist dafür ausgelegt, große Radiallasten und Axiallasten aufzunehmen, und es ist auch dafür ausgelegt, ein Durchbiegen einer Welle aufzunehmen, die von den Lagern gestützt ist, das heißt, die Lagerringe können relativ fehlausgerichtet sein. Daher sind solche Lager besonders für anspruchsvollere industrielle Anwendungen wie zum Beispiel Maschinen in Windturbinen und dergleichen geeignet.
Bei den meisten anspruchsvollen industriellen Anwendungen für Pendelrollenlager stehen die meisten Lagerausfälle gewöhnlich mit einer erhöhten an der Oberfläche beginnenden Ermüdung im Zusammenhang. Ein Grund für das Auftreten einer erhöhten an der Oberfläche beginnenden Ermüdung kann eine unzureichende Schmierung des Lagers sein. Gewöhnlich werden die Pendelrollenlager im Betrieb nachgeschmiert. Das Pendelrollenlager kann allgemein zwei Sätze von Rollen umfassen, und die Nachschmierung kann an einer speziellen Bohrung im Außenring in der Mitte zwischen beiden Sätzen von Rollen erfolgen, um gleichzeitig beide Sätze von Rollen zu schmieren. Außerdem kann es durch die Zugabe von frischem Schmiermittel möglich sein, eventuelle Partikel aus dem Lager zu spülen, die anderenfalls das Risiko einer an der Oberfläche beginnenden Ermüdung erhöhen könnten. Jedoch sind in den meisten Pendelrollenlagern die Tonnenrollen in einem Käfig zurückgehalten, der in der Regel ein mittiges Ringelement aufweist, das als ein Hindernis für das zugegebene Schmiermittel wirken kann.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Nachschmierung eines Pendelrollenlagers, sowie seine Tragfähigkeit zu verbessern.
Kurzdarstellung der Erfindung
Diese Aufgabe wird durch ein Pendelrollenlager nach Anspruch 1 erfüllt.
Im Folgenden wird ein Pendelrollenlager bereitgestellt. Das Pendelrollenlager kann zum Stützen einer Windturbinen-Hauptwelle verwendet werden.
Das Pendelrollenlager umfasst mindestens einen Außenring und einen Innenring und zwei Sätze von Tonnenrollen, die an Laufbahnen entlang rollen, die in dem Außen- und dem Innenring ausgebildet sind. Der Innenring weist eine Bohrung mit einem Durchmesser von mindestens 499 mm, bevorzugt mindestens 699 mm und besonders bevorzugt mindestens 899 mm. Die Bohrung kann dafür ausgelegt sein, eine Komponente einer anderen Maschine, zum Beispiel einer Welle einer Windturbine, aufzunehmen.
Der Innenring kann mit Flanschen oder ohne Flansche an einer axialen Innenseite und/oder einer axialen Außenseite ausgebildet sein. Falls der Innenring mit Flanschen versehen ist, können Flansche als Führungsflansche für die Wälzkörper verwendet sein. Darüber hinaus können sie auch als Rückhalteflansche dienen, um ein Herausfallen der Rollen aus den Lagern zu verhindern.
Um die Nachschmierung des Pendelrollenlagers zu verbessern, umfasst das Pendelrollenlager einen ersten und einen zweiten Käfig, die jeweils dazu eingerichtet sind, einen Satz von Rollen zurückzuhalten, wobei jeder des ersten und des zweiten Käfigs einen ersten Käfigring umfasst, der sich in einer Umfangsrichtung des Pendelrollenlagers erstreckt, und einen zweiten Käfigring umfasst, der auf einer axialen Seite von dem ersten Käfigring beabstandet ist und durch mehrere Käfigstege mit ihm verbunden ist, wodurch geschlossene Taschen gebildet werden, wobei jede Tasche dazu eingerichtet ist, eine einzelne Tonnenrolle des einen Satzes von Rollen aufzunehmen.
Weiterhin sind, um die dynamische Tragzahl des Pendelrollenlagers zu erhöhen, möglichst viele Tonnenrollen in dem Pendelrollenlager angeordnet. Dies wird ermöglicht, indem die Tonnenrollen gleich beabstandet sind, wobei eine Minimumdistanz Dm in der Umfangsrichtung zwischen den Laufbahnen zweier benachbarter Tonnenrollen (8) mindestens eines Satzes von Tonnenrollen (8) gleich einem oder kleiner als ein Wert ist, der durch die folgende Gleichung erhalten wird: $Dm \leq 0,0064 mm \cdot {(ln (P \cdot Dw + Dw))}^{3},$ wenn die Tonnenrollen (8) des mindestens einen Satzes von Tonnenrollen (8) in der Umfangsrichtung gleichmäßig beabstandet sind, wobei P der Teilkreisdurchmesser ist und Dw der maximale Rollendurchmesser ist, wobei die Millimeterwerte von P und Dw als dimensionslose Variablen zu verwenden sind
Der erste und der zweite Käfig können voneinander getrennt sein.
Zwei separate Käfige können es erlauben, dass ein Satz von Rollen eine andere Rotationsgeschwindigkeit hat als die andere Reihe. Dies kann die Kräfte, die auf jeden Käfig wirken, im Vergleich zu einem Käfig, der die beiden Sätze von Rollen koppelt, verringern. Alternativ können der erste und der zweite Käfig voneinander getrennt, aber auch so nahe beieinander angeordnet sein, dass es möglich sein kann, dass sich der erste und der zweite Käfig gegenseitig stützen und dennoch in der Lage sind, eine Relativbewegung auszuführen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform können der erste und/oder der zweite Käfig aus Blech sein.
Die Verwendung von Blech als dem Grundmaterial für den ersten und/oder den zweiten Käfig kann den Vorteil haben, die Kosten für den ersten und/oder den zweiten Käfig zu reduzieren.
Alternativ kann der Käfig auch aus einem Gussmaterial hergestellt oder aus einem vollen Material herausgearbeitet sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform können die Taschen durch Pressen und Prägen und/oder Fräsen hergestellt sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform können die Käfigstege mindestens teilweise an einer Position in einer radialen Richtung angeordnet sein, die mindestens teilweise zu einem Teilkreisdurchmesser versetzt ist.
Der Begriff „Teilkreisdurchmesser“ kann den Durchmesser beschreiben, auf dem sich die Mittelpunkte der Tonnenrollen während des Betriebes entlang bewegen.
Zum Beispiel können die Käfigstege mindestens teilweise in einer Distanz von der Laufbahn des Innen- oder des Außenrings in der radialen Richtung angeordnet sein, die 10 bis 40 % eines Durchmessers einer Tonnenrolle bzw. 60 bis 90 % des Durchmessers der Tonnenrolle entspricht.
Darüber hinaus kann der mindestens eine Käfigsteg so angeordnet sein, dass mehr als die Hälfte einer Käfigsteglänge in der axialen Richtung oder sogar die gesamte axiale Käfigsteglänge zu dem Teilkreisdurchmesser versetzt angeordnet ist. Zum Beispiel kann der mindestens eine Käfigsteg so angeordnet sein, dass sich mehr als die Hälfte seiner axialen Länge oder sogar seine gesamte axiale Länge auf einer radial inneren Seite oder einer radial äußeren Seite des Teilkreisdurchmessers befindet. Darüber hinaus können mehrere der Käfigstege oder sogar alle Käfigstege so angeordnet sein, dass sich mehr als die Hälfte ihrer axialen Länge oder sogar ihre gesamte axiale Länge auf einer radial inneren Seite oder einer radial äußeren Seite des Teilkreisdurchmessers befindet.
Das Anordnen der Käfigstege an einer Position in einer radialen Richtung, die zu einem Teilkreisdurchmesser versetzt ist, kann es erlauben, eine Distanz zwischen zwei benachbarten Rollen so zu verringern, dass es möglich sein kann, die Anzahl von Rollen in einem Satz von Rollen zu erhöhen. Darüber hinaus kann das Anordnen der Käfigstege an einer Position in einer radialen Richtung, die mindestens teilweise zu einem Teilkreisdurchmesser versetzt ist, das Vergrößern einer Breite des Käfigsteges selbst bei sehr kleinen nominalen Rollendistanzen erlauben. Insbesondere kann das Erhöhen der Anzahl von Rollen in dem Satz von Rollen den Vorteil haben, dass die dynamische Tragzahl des Pendelrollenlagers erhöht werden kann, ohne dass es notwendig ist, den Außenring und/oder den Innenring des Lagers anzupassen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Innenring nicht mit einem Flansch versehen, der zum Zurückhalten und/oder Führen der Tonnenrollen eingerichtet ist.
Das Ausstatten des ersten und des zweiten Käfigs mit geschlossenen Taschen für die Rollen kann den Vorteil haben, dass eine axiale Bewegung der Rolle gestoppt wird. Dies erlaubt es, auf jegliche Führungs- und/oder Rückhalteflansche an dem Innenring zu verzichten. Darüber hinaus kann die Herstellungszeit verkürzt werden, da keine maschinelle Bearbeitung der Flansche erforderlich ist. Außerdem können die Spannungen in dem Innenring reduziert werden, da keine Hinterschneidung in dem Innenring ausgebildet werden muss, um den Rückhalteflansch zu bilden. So können die Kosten und/oder die benötigte Menge an Rohmaterial für den Innenring reduziert werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Pendelrollenlager nicht mit einem Führungsring ausgestattet.
Gewöhnlich wird ein Führungsring oder Mittelrippenflansch verwendet, um einen Rollenschräglauf in einer unbelasteten Zone des Pendelrollenlagers so zu begrenzen, dass die Rollen in die belastete Zone des Pendelrollenlagers mit einem begrenzten Schräglauf eintreten. Dies ist insbesondere bei einer Hochgeschwindigkeitsanwendung erforderlich. Windturbinen-Hauptwellenanwendungen sind gewöhnlich Niedriggeschwindigkeitsanwendungen mit einer Drehzahl von 15 U/min oder weniger. Dies erlaubt den Verzicht auf einen Führungsring.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der mindestens eine Käfig frei von jeglichen Mitteln zum Zurückhalten mindestens einer Tonnenrolle in dem mindestens einen Käfig und/oder in einer Tasche des mindestens einen Käfigs sein.
Insbesondere können der mindestens eine Käfig und/oder Teile des Käfigs, wie zum Beispiel der erste Käfigring, der zweite Käfigring, die Käfigstege oder dergleichen, frei von jeglichen Mitteln zum Halten oder Zurückhalten der Tonnenrollen, so dass diese nicht verloren gehen können, sein. Mit anderen Worten: Der mindestens eine Käfig braucht weder Mittel zum Einschnappen der Tonnenrollen in den mindestens einen Käfig noch Vertiefungen, die an den axialen Endflächen der Taschen ausgebildet sind, um mit Aussparungen in Eingriff zu kommen, die an Endflächen der Tonnenrollen ausgebildet sind, zu umfassen. Aufgrund des Fehlens von Rückhaltemitteln können die Herstellungskosten für den mindestens einen Käfig reduziert werden. Da der mindestens eine Käfig frei von jeglichen Mitteln zum Zurückhalten mindestens einer Tonnenrolle in dem Käfig sein kann, kann es außerdem möglich sein, einzelne Tonnenrollen, zum Beispiel während Wartungsarbeiten, auszutauschen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform können der mindestens eine Käfig und/oder die Tonnenrollen ohne elastische und/oder plastische Verformung des mindestens einen Käfigs und/oder ohne Demontage des mindestens einen Käfigs in das Pendelrollenlager montierbar sein. Insbesondere kann sich die Formulierung „Verformung des mindestens einen Käfigs und/oder Demontage des mindestens einen Käfigs“ auf ein Verfahren zum Verbiegen, Verdrehen, Verziehen, Zerschneiden oder ein sonstiges Zerlegen des mindestens einen Käfigs, um den mindestens einen Käfig und/oder eine der Tonnenrollen in das Pendelrollenlager zu montieren, beziehen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist ein Verhältnis Dm/Dw einer Minimumdistanz Dm in der Umfangsrichtung zwischen den Laufbahnen zweier benachbarter Tonnenrollen mindestens eines Satzes von Tonnenrollen zu einem maximalen Rollendurchmesser Dw gleich oder kleiner als 0,11, bevorzugt 0,09 und besonders bevorzugt 0,075, wenn die Tonnenrollen des mindestens einen Satzes von Tonnenrollen in der Umfangsrichtung gleichmäßig beabstandet sind.
Das Verringern der Distanz zwischen zwei Rollen in der Umfangsrichtung erlaubt es, die Anzahl von Rollen in dem Satz von Rollen zu erhöhen. Zum Beispiel kann es möglich sein, die Anzahl von Rollen in dem Satz von Rollen um mindestens eins zu erhöhen. Dies kann es erlauben, die dynamische Tragzahl des Pendelrollenlagers zu erhöhen. Darüber hinaus kann das Erhöhen der Anzahl von Rollen in dem Satz von Rollen um mindestens eins den Vorteil haben, dass die Lebensdauer des Pendelrollenlagers signifikant verlängert wird. Darüber hinaus kann das Verhältnis Dm/Dw der Minimumdistanz Dm in der Umfangsrichtung zwischen den Laufbahnen zweier benachbarter Tonnenrollen des ersten Satzes von Rollen zu dem maximalen Rollendurchmesser Dw, wenn die Tonnenrollen des ersten Satzes von Rollen in der Umfangsrichtung gleichmäßig beabstandet sind, gleich sein wie, oder anders sein als, das Verhältnis Dm/Dw der Minimumdistanz Dm in der Umfangsrichtung zwischen den Laufbahnen zweier benachbarter Tonnenrollen des zweiten Satzes von Rollen zu dem maximalen Rollendurchmesser Dw, wenn die Tonnenrollen des zweiten Satzes von Rollen in der Umfangsrichtung gleichmäßig beabstandet sind.
Wie oben erwähnt ist, wenn die Tonnenrollen mindestens eines Satzes von Tonnenrollen in der Umfangsrichtung gleichmäßig beabstandet sind, die Minimumdistanz Dm in der Umfangsrichtung zwischen den Laufbahnen zweier benachbarter Tonnenrollen des mindestens einen Satzes von Tonnenrollen gleich einem oder kleiner als ein Wert, der durch die folgende Gleichung erhalten wird: $D m \leq 0,0064 m m \cdot {(l n (P \cdot D w + D w))}^{3}$ wobei P der Teilkreisdurchmesser ist und Dw der maximale Rollendurchmesser ist, wobei die Millimeterwerte von P und Dw als dimensionslose Variablen zu verwenden sind. Darüber hinaus kann die Minimumdistanz Dm in der Umfangsrichtung zwischen den Laufbahnen zweier benachbarter Tonnenrollen des ersten Satzes von Rollen, wenn die Tonnenrollen des ersten Satzes von Rollen in der Umfangsrichtung gleichmäßig beabstandet sind, gleich sein wie, oder anders sein als, die Minimumdistanz Dm in der Umfangsrichtung zwischen den Laufbahnen zweier benachbarter Tonnenrollen des zweiten Satzes von Rollen, wenn die Tonnenrollen des zweiten Satzes von Rollen in der Umfangsrichtung gleichmäßig beabstandet sind.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann jeder Satz von Tonnenrollen die gleiche Anzahl von Tonnenrollen umfassen. Bevorzugt kann jeder Satz von Tonnenrollen die maximale Anzahl von Tonnenrollen umfassen.
Das Ausstatten des Pendelrollenlagers mit der maximalen Anzahl von Tonnenrollen kann es erlauben, die dynamische Tragzahl des Pendelrollenlagers zu erhöhen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der erste Käfigring jedes Käfigs auf einer axial inneren Seite des Pendelrollenlagers so angeordnet, dass ein Spalt mindestens teilweise zwischen dem ersten Käfigring des ersten Käfigs und dem ersten Käfigring des zweiten Käfigs gebildet wird.
Vorteilhafterweise können die ersten Käfigringe des ersten und des zweiten Käfigs wie ein Trichter wirken, der ein Schmiermittel zu dem Innenring des Pendelrollenlagers transportiert.
Bevorzugt kann eine Größe des Spalts in der axialen Richtung mindestens 0,5 mm, bevorzugt mindestens 1 mm sein. Insbesondere kann die Größe des Spalts in einem Zustand bestimmt werden, in dem sich die Tonnenrollen, der erste Käfig und der zweite Käfig des Pendelrollenlagers in einer nominalen Position befinden. Genauer gesagt, kann eine nominelle Rollenposition eine Position sein, in der ein Kontaktwinkel des Pendellagers erfüllt ist, und eine nominelle Käfigposition kann eine Position sein, in der eine Rotationsachse der ersten und der zweiten Käfigachse mit der Rotationsachse des Innenrings übereinstimmt und ein axiales Spiel der Käfigtaschen gleichmäßig so verteilt ist, dass das gleiche Spiel zwischen der Rollenseitenfläche und der Käfigtaschenseitenfläche sowohl an der axialen Innenseitenfläche als auch an der axialen Außenseitenfläche jedes Käfigs vorhanden ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weisen der erste Käfigring und/oder mindestens einer der zweiten Käfigringe ein Flanschelement auf, das sich radial nach innen oder radial nach außen erstreckt.
Das Vorhandensein eines Flanschelements, das sich radial nach innen oder radial nach außen erstreckt, kann es erlauben, Käfigverformungen zu begrenzen, falls starke Kräfte auf den ersten und/oder den zweiten Käfig wirken, die eine Verformung des Käfigs verursachen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weisen der erste Käfigring und mindestens einer der zweiten Käfigringe ein sich radial erstreckendes Flanschelement auf, wobei sich beide Flanschelemente radial nach innen oder radial nach außen erstrecken.
Beide Käfigringe mit einem sich radial erstreckenden Flanschelement auszustatten, kann zu einer zusätzlichen Erhöhung der Steifigkeit des Käfigs führen. Die Nutzeffekte sind eine geringere Verformung des Käfigs und ein besseres Betriebsverhalten des Käfigs.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform können der erste Käfigring und mindestens einer der zweiten Käfigringe ein sich radial erstreckendes Flanschelement aufweisen, wobei sich ein Flanschelement radial nach innen erstreckt und das andere Flanschelement sich radial nach außen erstreckt.
Wenn sich ein Flanschelement radial nach innen erstreckt und das andere Flanschelement sich radial nach außen erstreckt, so kann dies zu einer signifikanten Erhöhung der Steifigkeit führen. Dies erlaubt es, die Verformung des Käfigs noch weiter verringern, und kann ein besseres Betriebsverhalten des Käfigs erlauben.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist ein freies Ende des Flanschelements der ersten Käfigringe in Richtung der Tonnenrolle geneigt. Bevorzugt können die freien Enden des Flanschelements der ersten Käfigringe einen Öffnungswinkel im Bereich zwischen 2° und 40° aufweisen. Dies kann den Vorteil haben, dass ein Schmiermittelfluss in Richtung des Innenrings weiter verbessert werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist ein Schulterspiel größer als ein radiales Käfigspiel.
Insbesondere kann das Schulterspiel als die Differenz zwischen einem Bohrungsdurchmesser des Käfigrings und einem Durchmesser des Innenrings an einer Position des Käfigrings definiert werden. Durch Konstruieren des Käfigs in einer solchen Weise, dass das Schulterspiel größer ist als das radiale Käfigspiel, ist es möglich, den Käfig rollengeführt zu gestalten.
Zum Beispiel kann das Schulterspiel so ausgelegt werden, dass es zwischen 1 und 15 mm größer ist als das radiale Käfigspiel, falls der Käfigbohrungsdurchmesser bis zu 1200 mm ist. Falls der Käfigbohrungsdurchmesser größer als 1200 mm ist, kann das Schulterspiel so ausgelegt werden, dass es zwischen 1 und 20 mm größer als das radiale Käfigspiel ist.
Darüber hinaus kann das radiale Käfigspiel im Bereich von 0,2 bis 5 mm, bevorzugt zwischen 0,5 und 3 mm liegen. Das radiale Käfigspiel kann anhand der maximalen Radialbewegung des ersten und/oder des zweiten Käfigs im Inneren des Lagers gemessen werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der erste und/oder der zweite Käfig überwiegend rollengeführt.
Die Formulierung „überwiegend rollengeführt“ bezieht sich auf einen Fall, in dem der Käfig gewöhnlich rollengeführt ist, aber in Fällen, in denen der Käfig verformt wird, zum Beispiel aufgrund hoher Kräfte, die auf den Käfig wirken, kann die Verformung durch die Käfigbohrung begrenzt werden. Dies kann die extremen Belastungen auf den Käfig begrenzen. Dieses Führungsprinzip kann auch als „gemischte Führung“ bezeichnet werden. Alternativ brauchen der erste und/oder der zweite Käfig auch nur rollengeführt zu sein. Mit anderen Worten: Selbst wenn sich der Käfig verformt, ist der Käfig so konstruiert, dass kein Kontakt zwischen den Käfigringen und dem Innen- oder Außenring eintritt. Rollengeführte und/oder überwiegend rollengeführte Käfige können den Vorteil haben, dass sie im Vergleich zu schultergeführten Käfigen weniger Verschleiß unterliegen können. Dies kann weniger Partikel in dem Lager bedeuten, was zu einer verlängerten Lebensdauer führen kann.
In einer weiteren alternativen Bauform können der erste und/oder der zweite Käfig überwiegend an der Käfigbohrung schultergeführt sein und/oder an einem Mittelrippen- oder Führungsflansch des Innenrings gestützt sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist jede Tasche des ersten und/oder des zweiten Käfigs dafür ausgelegt, einen Schräglauf der in der Tasche aufgenommenen Tonnenrolle zu begrenzen.
Das Begrenzen des Schräglaufs der Tonnenrolle in der Tasche kann eine Kontaktkraft verringern, die durch den Kontakt der Rolle mit dem Käfig generiert wird. Dies kann des Weiteren zu einem geringeren Verschleiß des ersten und/oder des zweiten Käfigs führen.
Zum Beispiel kann der Schräglauf der Rolle in der Tasche durch ein radiales Käfigspiel begrenzt werden. Zusätzlich oder alternativ kann der Rollenschräglauf durch ein axiales Käfigtaschenspiel begrenzt werden. Insbesondere kann das axiale Käfigtaschenspiel zwischen 0,2 und 2,5 mm, bevorzugt zwischen 0,5 und 2 und besonders bevorzugt zwischen 0,7 und 1,5 mm sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann jeder Käfigsteg mit einer Kontaktfläche versehen sein, die dazu eingerichtet ist, die Tonnenrolle zu kontaktieren, wobei die Kontaktfläche an einer Umfangsseitenfläche jedes Käfigsteges positioniert sein kann.
Darüber hinaus kann die Kontaktfläche mit einem Radius versehen sein. Dies erlaubt es, dass im Fall eines Schräglaufs und/oder einer Bewegung der Rolle in der axialen Richtung der Kontakt zwischen der Rolle und der Kontaktfläche immer noch tangential mit reduzierten Kontaktlasten stattfinden kann. Dies kann zu einem verringerten Verschleißrisiko führen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann eine Umfangsseitenfläche jedes Käfigsteges in der axialen Richtung mit einem einzelnen Kontaktbereich versehen sein.
Zum Beispiel kann die Umfangsseitenfläche jedes Käfigsteges mit einer Oskulation zwischen dem Käfigsteg und der Rolle versehen sein. Die Oskulation, die der Radius an dem Käfigsteg geteilt durch den Balligkeitsradius der Rolle ist, kann zwischen 100 % und 104 % sein. Dies kann zu einer Verringerung der Kontaktspannungen im Vergleich zu einem geraden Käfigsteg führen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann eine Umfangsseitenfläche jedes Käfigsteges in der axialen Richtung mit mindestens zwei Kontaktbereichen versehen sein, die dazu eingerichtet sind, die Rolle zu kontaktieren.
Bevorzugt können sich die Kontaktbereiche neben den Seitenflächen der Rolle befinden. Das Vorhandensein mindestens zweier Kontaktbereiche kann den Rollenschräglauf reduzieren. Darüber hinaus können mindestens zwei Kontaktbereiche den Vorteil haben, dass eine Spannung an dem ersten und/oder dem zweiten Käfig reduziert werden kann. Insbesondere kann, wenn ein Kontaktpunkt zwischen der Rolle und dem Käfigsteg so nahe wie möglich an den Käfigringen liegt, ein Biegemoment des Käfigsteges reduziert werden, was zu einer geringeren Spannung innerhalb des ersten und/oder des zweiten Käfigs führt.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Lageranordnung für eine Windturbinen-Hauptwelle bereitgestellt, wobei die Lageranordnung mindestens ein Pendelrollenlager, wie oben beschrieben, aufweist.
Alle Merkmale, die oben in Bezug auf das Pendelrollenlager beschrieben wurden, gelten - separat oder in Kombination - für das in der Lageranordnung verwendete Pendelrollenlager.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen sowie in der Beschreibung und in den Figuren definiert. Dabei können Elemente, die in Kombination mit anderen Elementen beschrieben oder gezeigt sind, allein oder in Kombination mit anderen Elementen vorhanden sein, ohne den Schutzumfang zu verlassen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung in Bezug auf die Zeichnungen beschrieben, wobei die Zeichnungen lediglich beispielhaft sind und den Schutzumfang nicht einschränken sollen. Der Schutzumfang wird ausschließlich durch die beigefügten Ansprüche definiert.
Die Figuren zeigen:

1: zeigt einen schematischen Querschnitt eines Pendelrollenlagers gemäß einer ersten Ausführungsform,
2: zeigt einen schematischen Querschnitt einer Tonnenrolle an einem maximalen Durchmesser der Tonnenrolle in einem Käfig des Pendelrollenlagers gemäß der ersten Ausführungsform,
3: zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines ersten Käfigs des Pendelrollenlagers gemäß der ersten Ausführungsform,
4: zeigt einen Schnitt einer Seitenansicht des Pendelrollenlagers gemäß der ersten Ausführungsform und
5: zeigt einen schematischen Querschnitt eines Käfigs eines Pendelrollenlagers gemäß einer zweiten Ausführungsform.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Im Folgenden werden gleiche oder ähnliche Funktionselemente mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
1 bis 4 zeigen ein Pendelrollenlager 1 zum Stützen einer Windturbinen-Hauptwelle sowie einen ersten Käfig 2-1 des Pendelrollenlagers 1.
Das Pendelrollenlager 1 umfasst einen Außenring 4 und einen Innenring 6, zwei Sätze von Tonnenrollen 8, die auf Laufbahnen 9, die an dem Außenring 4 ausgebildet sind, und auf Laufbahnen 11, die an dem Innenring 6 ausgebildet sind, entlang rollen. Der Außenring 4 umfasst eine Öffnung 5, durch die dem Pendelrollenlager 1 Schmiermittel zugeführt werden kann. Insbesondere kann der Außenring ortsfest sein, während sich der Innenring um eine Rotationsachse A drehen kann. Darüber hinaus kann der Innenring 6 dazu eingerichtet sein, an einer Hauptwelle einer Windturbine montiert zu werden.
Der Innenring 6 kann mit Flanschen oder ohne Flansche an einer axialen Innenseite und/oder einer axialen Außenseite ausgebildet sein. Das in 1 gezeigte Pendelrollenlager ist sowohl an der axialen Innenseite als auch an der axialen Außenseite des Innenrings 6 ohne Flansche ausgebildet.
Darüber hinaus umfasst das Pendelrollenlager einen ersten Käfig 2-1, der dazu eingerichtet ist, den ersten Satz von Tonnenrollen 8 zurückzuhalten, und einen zweiten Käfig 2-2, der dazu eingerichtet ist, den zweiten Satz von Tonnenrollen 8 zurückzuhalten. Der erste und der zweite Käfig 2-1, 2-2 haben eine identische Form. 2 zeigt den ersten Käfig 2-1 im Detail.
Außerdem sind sowohl der erste Käfig 2-1 als auch der zweite Käfig 2-2 frei von jeglichen Mitteln zum Zurückhalten mindestens einer Tonnenrolle 8 entweder in dem ersten Käfig 2-1 oder dem zweiten Käfig 2-2 oder in einer Tasche 16 des ersten und/oder des zweiten Käfigs 2-1, 2-2. Mit anderen Worten: Der erste Käfig 2-1 und der zweite Käfig 2-2 umfassen weder Mittel zum Einschnappen der Tonnenrollen 8 in die Käfige 2-1, 2-2 noch Vertiefungen, die an den axialen Endflächen der Taschen 16 ausgebildet sind, um mit Aussparungen in Eingriff zu kommen, die an Endflächen der Tonnenrollen 8 ausgebildet sind.
Darüber hinaus können der erste und der zweite Käfig 2-1, 2-2 in das Pendelrollenlager 1 montiert oder installiert werden, ohne den ersten und den zweiten Käfig 2-1, 2-2 elastisch und/oder plastisch zu verformen und/oder ohne den ersten und den zweiten Käfig 2-1, 2-2 zu demontieren oder zu zerschneiden.
Jeder Käfig 2-1, 2-2 umfasst einen ersten Käfigring 10-1, 10-2, der sich in einer Umfangsrichtung des Lagers erstreckt, einen zweiten Käfigring 12-1, 12-2, der axial von dem ersten Käfigring 10-1, 10-2 beabstandet ist und durch mehrere Käfigstege 14 mit ihm verbunden ist, wodurch geschlossene Taschen 16 gebildet werden. Jede Tasche 16 ist dazu eingerichtet, eine einzelne Tonnenrolle 8 aufzunehmen. Insbesondere kann jeder Käfig 2-1, 2-2 integral ausgebildet sein.
Der erste Käfigring 10-1, 10-2 weist ein Flanschelement 18 radial nach außen auf, und der zweite Käfigring 12-1, 12-2 weist ein Flanschelement 20 auf, das sich radial nach innen erstreckt.
Die freien Enden der Flanschelemente 18 der ersten Käfigringe 10-1, 10-2 sind in Richtung der Tonnenrolle 8 so geneigt, dass die freien Enden einen Öffnungswinkel α bilden. Bevorzugt liegt der Öffnungswinkel α im Bereich zwischen 2° und 40°.
Darüber hinaus sind die Käfigstege 14 mindestens teilweise an einer Position angeordnet, die zu der radialen Innenseite eines Teilkreisdurchmessers P des Pendelrollenlagers 1 versetzt ist. Bevorzugt entspricht die Position 10 bis 40 % des maximalen Durchmessers Dw der in dem Pendelrollenlager 1 verwendeten Tonnenrolle 8. In der gezeigten Ausführungsform ist der Käfigsteg 14 so angeordnet, dass ein Kontakt zwischen der Tonnenrolle 8 und dem Käfigsteg 14 an einer Position stattfindet, die etwa 30 % eines maximalen Durchmessers Dw (wie durch die gestrichelte Linie 17 angedeutet) der Tonnenrolle 8 entspricht. Der maximale Durchmesser Dw der Tonnenrolle 8 ist in 4 angedeutet.
Das Anordnen der Käfigstege 14 in einem Versatz zu dem Teilkreisdurchmesser P kann es erlauben, eine Minimumdistanz Dm (4) zwischen den Laufbahnen zweier benachbarter Rollen 8 so zu verringern, dass es möglich sein kann, die Anzahl von in einem Satz von Rollen 8 verwendeten Rollen zu erhöhen. Die Minimumdistanz Dm wird in einem Zustand bestimmt, in dem die Tonnenrollen 8 in der Umfangsrichtung gleichmäßig beabstandet sind.
Insbesondere ist ein Verhältnis Dm/Dw der Minimumdistanz in der Umfangsrichtung zwischen den Laufbahnen zweier benachbarter Tonnenrollen 8 des ersten und/oder des zweiten Satzes von Tonnenrollen zu dem maximalen Rollendurchmesser Dw gleich oder kleiner als 0,11, bevorzugt 0,09 und besonders bevorzugt 0,075 %, wenn die Tonnenrollen 8 des jeweiligen Satzes von Rollen 8 in der Umfangsrichtung gleichmäßig beabstandet sind.
Alternativ oder zusätzlich kann die Minimumdistanz Dm in der Umfangsrichtung zwischen den Laufbahnen zweier benachbarter Tonnenrollen des ersten und/oder des zweiten Satzes von Tonnenrollen gleich einem oder kleiner als ein Wert sein, der durch die folgende Gleichung erhalten wird: $D m \leq 0,0064 m m \cdot {(l n (P \cdot D w + D w))}^{3}$ wenn die Tonnenrollen 8 des jeweiligen Satzes von Rollen 8 in der Umfangsrichtung gleichmäßig beabstandet sind, wobei P der Teilkreisdurchmesser ist und Dw der maximale Rollendurchmesser ist, wobei die Millimeterwerte von P und Dw als dimensionslose Variablen zu verwenden sind.
Das Pendelrollenlager 1 ist so konstruiert, dass ein Schulterspiel größer ist als ein radiales Käfigspiel. Zum Beispiel kann das Schulterspiel zwischen 1 und 15 mm größer sein als das radiale Käfigspiel, falls der Käfigbohrungsdurchmesser bis zu 1200 mm ist. Falls der Käfigbohrungsdurchmesser größer als 1200 mm ist, kann das Schulterspiel zwischen 1 und 20 mm größer sein als das radiale Käfigspiel. Dies erlaubt es, den Käfig 2 überwiegend rollengeführt auszulegen.
Darüber hinaus ist jeder Käfigsteg 14 der Käfige 2-1, 2-2 des Pendelrollenlagers 1 gemäß der ersten Ausführungsform mit mindestens einem Kontaktbereich 24 versehen, die dazu eingerichtet ist, die Tonnenrolle 8 zu kontaktieren, wobei der Kontaktbereich 24 an einer Umfangsseitenfläche 22 jedes Käfigsteges 14 positioniert ist.
Die Kontaktfläche oder der Kontaktbereich 24 ist mindestens teilweise mit einem solchen Radius versehen, dass zwischen dem Käfigsteg 14 und der Rolle 8 entlang der Rollenachse eine Oskulation gebildet wird. Die Oskulation, die der Radius an dem Käfigsteg 14 dividiert durch einen Balligkeitsradius der Rolle ist, kann zwischen 100 % und 104 % sein. Darüber hinaus weist jeder Käfigsteg 14 des Pendelrollenlagers 1 gemäß der ersten Ausführungsform in der axialen Richtung einen einzelnen Kontaktbereich 24 auf.
5 zeigt einen Querschnitt eines Käfigs 2 für ein Pendelrollenlager 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform. Der Käfig 2 der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich von dem Käfig 2 der ersten Ausführungsform dadurch, dass eine Umfangsseitenfläche 22 jedes Käfigsteges 14 in der axialen Richtung mit zwei Kontaktbereichen 24-1, 24-2 versehen ist, die dazu eingerichtet sind, die Rolle zu kontaktieren.
Obgleich 5 eine Ausführungsform zeigt, die zwei Kontaktbereiche 24-1, 24-2 aufweist, kann es auch möglich sein, mehr als zwei Kontaktbereiche bereitzustellen.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das Bereitstellen zweier separater Käfige 2-1, 2-2 den Vorteil haben kann, dass ein Schmiermittelfluss zu dem Innenring 6 verbessert werden kann. Insbesondere kann ein Spalt, der zwischen den ersten Käfigringen 10-1, 10-2 des ersten und des zweiten Käfigs 2-1, 2-2 ausgebildet ist, wie ein Trichter wirken, der das Schmiermittel zu dem Innenring 6 des Pendelrollenlagers 1 transportiert. Darüber hinaus kann das Vorhandensein zweier separater Käfige 2-1, 2-2 es erlauben, dass die erste Reihe von Tonnenrollen 8, die in dem ersten Käfig 2-1 zurückgehalten ist, eine andere Rotationsgeschwindigkeit aufweisen kann als die zweite Reihe von Tonnenrollen 8, die durch den zweiten Käfig 2-2 zurückgehalten ist. Dies kann die auf die Käfige 2-1, 2-2 wirkenden Kräfte im Vergleich zu einer Bauform reduzieren, in der nur ein einziger Käfig verwendet ist.
Bezugszeichenliste

1: Pendelrollenlager
2-1: erster Käfig
2-2: zweiter Käfig
4: Außenring
5: Öffnung
6: Innenring
8: Tonnenrolle
9: äußere Laufbahn
10-1, 10-2: erster Käfigring
11: innere Laufbahn
12-1, 12-2: zweiter Käfigring
14: Käfigsteg
16: Tasche
18: Flanschelement
20: Flanschelement
22: Umfangsseitenfläche
24: Kontaktbereich
α: Öffnungswinkel
A: Rotationsachse

Claims

Pendelrollenlager (1), insbesondere zum Stützen einer Windturbinen-Hauptwelle, umfassend: mindestens einen Außenring (4) und einen Innenring (6), wobei der Innenring (6) einen Durchmesser von mindestens 499 mm hat, zwei Sätze von Tonnenrollen (8), die auf Laufbahnen entlang rollen, die an dem Außen- und dem Innenring (4, 6) ausgebildet sind, gekennzeichnet durch einen ersten und einen zweiten Käfig (2-1, 2-2), die jeweils dazu eingerichtet sind, einen Satz von Tonnenrollen (8) zurückzuhalten, wobei jeder des ersten und des zweiten Käfigs (2-1, 2-2) einen ersten Käfigring (10-1, 10-2) umfasst, der sich in einer Umfangsrichtung des Pendelrollenlagers (1) erstreckt, einen zweiten Käfigring (12-1, 12-2) umfasst, der von dem ersten Käfigring (10-1, 10-2) auf einer axialen Seite beabstandet ist und durch mehrere Käfigstege (14) mit ihm verbunden ist, wodurch geschlossene Taschen (16) gebildet sind, wobei jede Tasche (16) dazu eingerichtet ist, eine einzelne Tonnenrolle (8) eines Satzes von Tonnenrollen aufzunehmen, wobei weiterhin eine Minimumdistanz Dm in der Umfangsrichtung zwischen den Laufbahnen zweier benachbarter Tonnenrollen (8) mindestens eines Satzes von Tonnenrollen (8) gleich einem oder kleiner als ein Wert ist, der durch die folgende Gleichung erhalten wird: $Dm \leq 0,0064 mm \cdot {(ln (P \cdot Dw + Dw))}^{3},$ wenn die Tonnenrollen (8) des mindestens einen Satzes von Tonnenrollen (8) in der Umfangsrichtung gleichmäßig beabstandet sind, wobei P der Teilkreisdurchmesser ist und Dw der maximale Rollendurchmesser ist, wobei die Millimeterwerte von P und Dw als dimensionslose Variablen zu verwenden sind.
Pendelrollenlager (1) nach Anspruch 1, wobei der Innenring (6) nicht mit einem Flansch versehen ist, der zum Zurückzuhalten und/oder Führen der Tonnenrollen eingerichtet ist, und/oder wobei das Pendelrollenlager (1) nicht mit einem Führungsring ausgestattet ist.
Pendelrollenlager (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein Verhältnis Dm/Dw einer Minimumdistanz Dm in der Umfangsrichtung zwischen den Laufbahnen zweier benachbarter Tonnenrollen (8) mindestens eines Satzes von Tonnenrollen (8) zu einem maximalen Rollendurchmesser (Dw) gleich oder kleiner als 0,11, bevorzugt 0,09 und besonders bevorzugt 0,075 ist, wenn die Tonnenrollen (8) des mindestens einen Satzes von Rollen (8) in der Umfangsrichtung gleichmäßig beabstandet sind.
Pendelrollenlager (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der erste Käfigring (10-1, 10-2) jedes Käfigs (2-1, 2-2) auf einer axial inneren Seite des Pendelrollenlagers (1) so angeordnet ist, dass ein Spalt mindestens teilweise zwischen dem ersten Käfigring (10-1) des ersten Käfigs (2-1) und dem ersten Käfigring (10-2) des zweiten Käfigs (2-2) gebildet wird.
Pendelrollenlager (1) nach Anspruch 4, wobei eine Größe des Spalts in der axialen Richtung mindestens 0,5 mm, bevorzugt mindestens 1 mm ist.
Pendelrollenlager (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der erste Käfigring (10-1, 10-2) und/oder mindestens einer der zweiten Käfigringe (12-1, 12-2) ein Flanschelement (18, 20) aufweist, das sich radial nach innen oder radial nach außen erstreckt, oder der erste Käfigring (10-1, 10-2) und mindestens einer der zweiten Käfigringe (12-1, 12-2) ein sich radial erstreckendes Flanschelement (18, 20) aufweist, wobei sich beide Flanschelemente (18, 20) radial nach innen oder radial nach außen erstrecken, oder der erste Käfigring (10-1, 10-2) und mindestens einer der zweiten Käfigringe (12-1, 12-2) ein sich radial erstreckendes Flanschelement (18, 20) aufweist, wobei sich ein Flanschelement (18, 20) radial nach innen erstreckt und das andere Flanschelement (18, 20) sich radial nach außen erstreckt.
Pendelrollenlager (1) nach Anspruch 6, wobei ein freies Ende des Flanschelements (18) des ersten Käfigrings (10-1, 10-2) in Richtung der Tonnenrolle (8) geneigt ist.
Pendelrollenlager (1) nach Anspruch 7, wobei die freien Enden des Flanschelements (18) der ersten Käfigringe (10-1, 10-2) einen Öffnungswinkel (α) im Bereich zwischen 2° und 40° aufweisen.
Pendelrollenlager (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der erste und/oder der zweite Käfig (2-1, 2-2) überwiegend rollengeführt sind.
Pendelrollenlager (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei ein Schulterspiel größer ist als ein radiales Käfigspiel.
Pendelrollenlager (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine Umfangsseitenfläche (22) der Käfigstege (14) in der axialen Richtung mit einem einzelnen Kontaktbereich (24) oder mindestens zwei Kontaktbereichen (24-1, 24-2) versehen ist, die dazu eingerichtet sind, die Tonnenrolle (8) zu kontaktieren.
Pendelrollenlager (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der mindestens eine des ersten und des zweiten Käfigs (2-1, 2-2) aus Blech ist.
Pendelrollenlager (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der mindestens eine Käfig (2) frei von jeglichen Mitteln zum Zurückhalten mindestens einer Tonnenrolle (8) in dem mindestens einen Käfig (2) und/oder in einer Tasche (16) des mindestens einen Käfigs (2) ist, und/oder wobei der mindestens eine Käfig (2) und/oder die Tonnenrollen (8) ohne elastische und/oder plastische Verformung des mindestens einen Käfigs (2) und/oder ohne Demontage des mindestens einen Käfigs (2) in das Pendelrollenlager (1) montierbar sind.
Lageranordnung für eine Windturbinen-Hauptwelle, wobei die Lageranordnung mindestens ein Pendelrollenlager (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche aufweist.