DE20306897U1

DE20306897U1 - Wälzlager mit wenigstens einem segmentierten Lagerring

Info

Publication number: DE20306897U1
Application number: DE20306897U
Authority: DE
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2003-05-05
Filing date: 2003-05-05
Publication date: 2004-09-09
Anticipated expiration: 2013-05-06

Abstract

Wälzlager mit wenigstens einem Lagerring (3), der aus mehreren Segmenten (4) zusammengesetzt ist, die in Umfangsrichtung an ihren Endflächen (17) aneinandergereiht sind, und mit Wälzkörpern (5), die auf dem Lagerring (3) abrollen, wobei in wenigstens einem axialen Endbereich des Lagerrings (3) ein entsprechend dem Lagerring (3) segmentierter Flansch (8) ausgebildet ist, der eine Anlauffläche (9) für die Stirnflächen (7) der Wälzkörper (5) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlauffläche (9) des Flansches (8) in Umfangsrichtung gestuft ausgebildet ist, wobei sämtliche Stufen (18) gleichsinnig orientiert sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Wälzlager mit wenigstens einem Lagerring, der aus mehreren Segmenten zusammengesetzt ist, die in Umfangsrichtung an ihren Endflächen aneinander gereiht sind.
Derartige Wälzlager werden beispielsweise eingesetzt, wenn die Lagerstelle sehr schwer zugänglich ist und daher ein geschlossener Lagerring nicht montiert werden kann oder wenn die Lagerabmessungen so groß sind, dass ein Handling der vollständigen Lagerringe kaum noch möglich ist. Letzteres trifft beispielsweise auf die Lager von Windenergieanlagen zu, die typischerweise einen Durchmesser von einigen Metern besitzen können. Häufig werden Wälzlager mit segmentierten Lagerringen auch dann eingesetzt, wenn für einen Austausch eines einteilig ausgebildeten Lagerrings umfangreiche Demontagearbeiten erforderlich wären.
Ein Wälzlager mit wenigstens einem segmentierten Lagerring ist beispielsweise aus der DE 201 16 649 U bekannt. Dort ist als ein Ausführungsbeispiel ein zweireihiges Kegelrollenlager offenbart, das einen Außenring und zwei axial nebeneinander angeordnete Innenringe aufweist. Alle Lagerringe bestehen aus jeweils vier Segmenten, die jeweils einen Umfangsabschnitt von 90 Grad bilden.
Die Vorteile, die ein segmentierter Lagerring bei der Montage und Demontage bietet, werden durch eine Beeinträchtigung der Laufbahn erkauft, auf denen die Wälzköper abrollen. Im Gegensatz zu einem einteiligen Lagerring ist diese Laufbahn nicht endlos ausgebildet, sondern weist in den Übergangsbereichen zweier benachbarter Segmente jeweils eine Trennstelle auf, durch die das Abwälzverhalten der Wälzkörper in der Regel nachteilig beeinflusst wird.
In diesem Zusammenhang ist es bereits aus der DE 655 023 C bekannt, für jedes Segment auf der Laufbahn ein oder mehrere ineinandergreifende Leisten- oder Lippenpaare auszubilden, die derart ansteigen und divergieren, dass der Rollkörper bereits vor dem Ende des einen Leistenpaares mit zwei tiefer gelegenen Berührungspunkten auf das nächsten Leistenpaar überläuft.
Bei einigen Anwendungen lässt sich mit den bekannten Maßnahmen bereits ein zufriedenstellender Kompromiss zwischen den durch die Segmentierung erlangten Montagevorteilen und den durch die Beeinträchtigung der Laufbahn auftretenden Nachteilen erzielen. Bei einer Reihe von Anwendungen ist die mit segmentierten Wälzlagern bekannter Bauart erzielbare Lebensdauer allerdings nicht ausreichend.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Wälzlager mit wenigstens einem Lagerring, der aus mehreren Segmenten zusammengesetzt ist, so auszubilden, dass sich eine möglichst lange Lebensdauer erreichen lässt.
Diese Aufgabe wird durch ein Wälzlager mit der Merkmalskombination des Anspruchs 1 gelöst.
Das erfindungsgemäße Wälzlager weist wenigstens einen Lagerring auf, der aus mehreren Segmenten zusammengesetzt ist, die in Umfangsrichtung an ihren Endflächen aneinander gereiht sind. Weiterhin weist das erfindungsgemäße Wälzlager Wälzkörper auf, die auf dem Lagerring abrollen, wobei in wenigstens einem axialen Endbereich des Lagerrings ein entsprechend dem Lagerring segmentierter Flansch ausgebildet ist, der eine Anlauffläche für die Stirnflächen der Wälzkörper aufweist. Die Besonderheit des erfindungsgemäßen Wälzlagers besteht darin, dass die Anlauffläche des Flansches in Umfangsrichtung gestuft ausgebildet ist, wobei sämtliche Stufen gleichsinnig orientiert sind.
Die Erfindung hat den Vorteil, dass die Wälzkörper auch in den Übergangsbereichen zwischen benachbarten Segmenten sehr schonend am Flansch anlaufen, so dass der Verschleiß und das Risiko einer Beschädigung in vertretbaren Grenzen gehalten werden können. Dadurch lässt sich die Lebensdauer verglichen mit einem herkömmlichen segmentierten Wälzlager erheblich erhöhen. Es hat sich nämlich gezeigt, dass dem Anlaufen der Wälzkörper am Flansch bei einem segmentierten Wälzlager im Hinblick auf die Lebensdauer des Wälzlagers eine große Bedeutung zukommt. Bislang wurde in dieser Hinsicht lediglich dem Abrollvorgang der Wälzkörper auf der Laufbahn Beachtung geschenkt.
Insbesondere ist bei jedem Übergang zwischen benachbarten Segmenten je eine Stufe ausgebildet. Dadurch wird erreicht, dass sämtliche Stöße zwischen benachbarten Segmenten durch die erfindungsgemäße Stufung ein akzeptables Anlaufverhalten zeigen. Die Anlauffläche kann zwischen zwei aufeinander folgenden Stufen wenigstens bereichsweise entgegen der Steigung der Stufen abfallen oder ansteigen. Auf diese Weise wird der durch die Stufung entstehende Höhenversatz der Anlauffläche wieder kompensiert.
Die Stufen können jeweils durch ein Übergangsprofil gebrochen sein, gemäß dem sich die Anlauffläche jeweils mit Annäherung an die Endfläche des Segments zunehmend von den Stirnflächen der Wälzkörper entfernt. Durch diese zusätzliche Maßnahme kann das Anlaufverhalten der Wälzkörper im Übergangsbereich benachbarter Segmente noch weiter verbessert werden, was sich wiederum positiv auf das Verschleißverhalten und die Lebensdauer auswirkt. Vorzugsweise wird das Übergangsprofil so ausgebildet, dass es sich ausgehend von der Endfläche des Segments in Umfangsrichtung wenigstens über eine Entfernung von 0,2 mm erstreckt. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn sich das Übergangsprofil wenigstens bis in eine Tiefe von 0,05 mm erstreckt. Außerhalb dieser Mindestmaße kommt der positive Effekt des Übergangsprofil bei üblichen Anwendungen kaum mehr zur Geltung. Das Übergangsprofil weist in der Regel eine abgerundete Form auf, um den Übergang möglichst sanft zu gestalten.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Wälzkörper an ihren Stirnflächen, die an der Anlauffläche anlaufen, ballig ausgebildet. Dies trägt zu einer weiteren Verbesserung des Anlaufverhaltens insbesondere in den Übergangsbereichen zwischen benachbarten Segmenten bei.
Das erfindungsgemäße Wälzlager ist in der Regel ausschließlich für eine Drehrichtung vorgesehen, bei der die Wälzkörper mit ihren Stirnseiten an den Stufen in Abwärtsrichtung vorübergleiten und kann beispielsweise als Kegelrollenlager ausgebildet sein. Dabei eignet sich das erfindungsgemäße Wälzlager insbesondere zum Einsatz bei einer Windenergieanlage.
Die Erfindung wird nachstehend anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigen:
1 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Wälzlagers im eingebauten Zustand in Schnittdarstellung,
2 eine schematische Darstellung eines Ausschnitts aus dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel und
3 eine schematische Darstellung eines Ausschnitts eines Innenringsegments.
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Wälzlagers in Schnittdarstellung. Das Wälzlager ist als ein zweireihiges Kegelrollenlager 1 ausgebildet und weist einen Außenring 2 sowie zwei Innenringe 3 auf, die axial nebeneinander angeordnet sind und in Umfangsrichtung jeweils aus Innenringsegmenten 4 zusammengesetzt sind. Das Kegelrollenlager 1 kann beispielsweise zur Lagerung einer Rotorwelle einer Windenergieanlage eingesetzt werden. Zwischen dem Außenring 2 und den Innenringen 3 rollen zwei Sätze von Kegelrollen 5 ab, die in Käfigen 6 geführt werden. Die Kegelrollen 5 laufen mit ihren größeren Stirnflächen 7 axial an Flanschen 8 der Innenringe 3 an. Hierzu sind an den Flanschen 8 entsprechende Anlaufflächen 9 für die Stirnflächen 7 der Kegelrollen 5 ausgebildet. Die Innenringe 3 sind auf einer Hohlwelle 10 angeordnet, und in einer Axialrichtung durch eine Schulter 11 der Hohlwelle 10 fixiert. Zur anderen Axialrichtung hin sind die Innenringe 3 durch einen Seitenring 12 fixiert, der mittels Schrauben 13 mit der Hohlwelle 10 verschraubt ist. Der Außenring 2 ist mittels weiterer Schrauben 14 mit einem Gehäuse 15 verschraubt.
Im Betrieb, d. h. wenn der Außenring 2 und die Innenringe 3 relativ zueinander verdreht werden, werden die Kegelrollen 5 jeweils mit einer gewissen Kraft gegen die Flansche 8 gepresst und gleiten mit ihren Stirnflächen 7 über die Anlaufflächen 9 der Flansche 8. Um zu verhindern, dass es infolge eines beispielsweise aus Fertigungstoleranzen resultierenden Höhenversatzes der Anlaufflächen 9 zwischen benachbarten Innenringsegmenten 4 zu einem schädigenden Kontakt zwischen den Stirnflächen 7 der Kegelrollen 5 und den Anlaufflächen 9 der Flansche 8 kommt, sind die Anlaufflächen 9 in Umfangsrichtung gezielt gestuft ausgebildet. Wie aus 2 im einzelnen hervorgeht, wird durch diese Maßnahme erreicht, dass der Höhenversatz der Anlaufflächen 9 zwischen benachbarten Innenringsegmenten 4 stets das gleiche Vorzeichen hat, d. h. dass für eine Drehrichtung des Kegelrollenlagers 1 die Anlaufflächen 9 beim Übergang von einen auf das nächste Innenringsegment stets zurückversetzt sind.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausschnitts aus dem Kegelrollenlager 1 zur Veranschaulichung der Anlaufbewegung der Kegelrollen 5 an einem der Flansche 8. Die Darstellung entspricht einer schematisierten Aufsicht auf das Kegelrollenlager 1, wobei ein Blickwinkel parallel zur Anlauffläche 9 des Flansches 8 gewählt wurde und für die Erläuterung nicht benötigte Einzelheiten weggelassen wurden. Die Bewegungsrichtung der dargestellten Kegelrolle 5 ist durch einen Pfeil angedeutet. Dabei ist es für die Erfindung von wesentlicher Bedeutung, dass sich die Kegelrolle 5 für die dargestellte Ausbildung der Anlauffläche 9 tatsächlich in Pfeilrichtung bewegt. Eine Bewegung entgegen der Pfeilrichtung ist nicht zulässig und würde nach relativ kurzer Zeit zu einer Schädigung des Kegelrollenlagers 1 führen. Aus Gründen der Anschaulichkeit ist die Darstellung nicht maßstäblich. Insbesondere ist der Versatz der Anlauffläche 9 zwischen den benachbarten Innenringsegmenten 4 stark übertrieben dargestellt.
Die benachbarten Innenringsegmente 4 sind jeweils durch einen Spalt 16 zueinander beabstandet. Prinzipiell ist es auch möglich, dass wenigstens einige der jeweils benachbarten Innenringsegmente 4 mit ihren umfangsseitigen Endflächen 17 in berührenden Kontakt zueinander stehen, so dass kein Spalt 16 ausgebildet ist. In jedem Fall ist aber zwischen den benachbarten Innenringsegmenten 4 in Folge des Höhenversatzes der Anlauffläche 9 jeweils eine Stufe 18 ausgebildet. Dabei sind sämtliche Stufen 18 gleichsinnig orientiert, so dass bei der in 2 dargestellten Bewegungsrichtung der Kegelrolle 5 deren Stirnfläche fortwährend die Stufen 18 hinunter gleitet. Dies wird dadurch ermöglicht, dass das Niveau der Anlauffläche 9 zwischen zwei aufeinander folgenden Stufen 18 kontinuierlich ansteigt, d. h. die Anlauffläche 9 nähert sich zwischen zwei aufeinander folgenden Stufen kontinuierlich der Stirnfläche 7 der Kegelrolle 5 an. Die Kegelrolle 5 vollzieht somit im Betrieb des Kegelrollenlagers 1 eine Anlaufbewegung an der Anlauffläche 9, die sich durch relativ kurze Abschnitte einer abrupten Bewegung mit einer Bewegungskomponente zum Seitenring 12 hin und durch dazwischen liegende relativ lange Abschnitte einer sanften Bewegung mit einer Bewegungskomponente vom Seitenring 12 weg auszeichnet. Da es im Hinblick auf den Verschleiß relativ unkritisch ist, wenn die Kegelrolle 5 die Stufen 18 hinab gleitet, lässt sich auf diese Weise trotz der vielen Unebenheiten der Anlauffläche 9 eine relativ lange Lebensdauer erzielen. Eine zusätzliche Verbesserung kann dabei dadurch erreicht werden, dass die Stufen 18 jeweils verrundet werden. Dies ist im einzelnen in 3 dargestellt.
3 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausschnitts eines der Innenringsegmente 4. Der Blickwinkel wurde dabei entsprechend 2 gewählt. Das in 3 dargestellte Ausführungsbeispiel des Innenringsegments 4 unterscheidet sich von dem Innenringsegmenten 4 gemäß 2 dadurch, dass ein Abschnitt der Anlauffläche 9, welcher der umfangsseitigen Endfläche 17 des Innenringsegments 4 benachbart ist, gemäß einem Übergangsprofil 19 ausgebildet ist, durch das der Übergang zwischen den Innenringsegmenten 4 geglättet wird. Das Übergangsprofil 19 ist jeweils nur in der Nähe der Endfläche 17 des Innenringsegments 4 ausgebildet, die über die Endfläche 17 des benachbarten Innenringsegments 4 übersteht, d. h. im Bereich der Kante der Stufe 18. Dabei ist die Anlauffläche 9 im Bereich des Übergangsprofils 19 so ausgebildet, dass sie sich mit Annäherung an die umfangsseitige Endfläche 17 des Innenringsegments zunehmend von der Stirnfläche 7 der Kegelrolle 5 entfernt. Das in 3 eingezeichnete Übergangsprofil 19 der Anlauffläche 9 zeichnet sich zudem dadurch aus, dass seine Erstreckung X0 in Umfangsrichtung wesentlich größer ist als seine Tiefe Y0. Insbesondere beträgt die Erstreckung X0 in Umfangsrichtung wenigstens 0,2 mm und die Tiefe Y0 wenigstens 0,05 mm. Diese Asymmetrie bedeutet, dass ein relativ weicher Übergang zwischen den benachbarten Innenringsegmenten 4 ausgebildet wird. Die konkreten Werte für X0 und Y0 hängen vom jeweiligen Anwendungsfall ab. Dabei ist es insbesondere von Bedeutung, welche Toleranzen auftreten, da durch diese Toleranzen eine minimale Stufenhöhe bedingt ist, mit der sichergestellt wird, dass sämtliche Stufen 18 gleichsinnig orientiert sind. Je größer die Stufenhöhe ist, desto größer werden in der Regel auch die Maße X0 und Y0 des Übergangsprofils 19 gewählt. Von besonderer Relevanz ist dabei die Toleranz im Hinblick auf den Abstand der Anlauffläche 9 von der Fläche des Innenringsegments 4, die an der Schulter 11 bzw. am Seitenring 12 angeschlagen wird. Ebenso sind auch die Toleranzen bei der Ausbildung der Anschlagflächen der Schulter 11 und des Seitenrings 12 von Bedeutung. Weiterhin ist bei der Vorgabe des Übergangsprofils 19 noch zu berücksichtigen, wie stark die Anlauffläche 9 im Betrieb durch das Anlaufen der Kegelrollen 5 zurückfedert, da auch dies Einfluss auf die aktuelle Stufenhöhe hat.

1: Kegelrollenlager
2: Außenring
3: Innenring
4: Innenringsegment
5: Kegelrolle
6: Käfig
7: Stirnfläche
8: Flansch
9: Anlauffläche
10: Hohlwelle
11: Schulter
12: Seitenring
13: Schraube (Seitenring 12)
14: Schraube (Außenring 2)
15: Gehäuse
16: Spalt
17: Endfläche
18: Stufe
19: Übergangsprofil

Claims

Wälzlager mit wenigstens einem Lagerring (3), der aus mehreren Segmenten (4) zusammengesetzt ist, die in Umfangsrichtung an ihren Endflächen (17) aneinandergereiht sind, und mit Wälzkörpern (5), die auf dem Lagerring (3) abrollen, wobei in wenigstens einem axialen Endbereich des Lagerrings (3) ein entsprechend dem Lagerring (3) segmentierter Flansch (8) ausgebildet ist, der eine Anlauffläche (9) für die Stirnflächen (7) der Wälzkörper (5) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlauffläche (9) des Flansches (8) in Umfangsrichtung gestuft ausgebildet ist, wobei sämtliche Stufen (18) gleichsinnig orientiert sind.
Wälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei jedem Übergang zwischen benachbarten Segmenten (4) je eine Stufe (18) ausgebildet ist.
Wälzlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlauffläche (9) zwischen zwei aufeinanderfolgenden Stufen (18) wenigstens bereichsweise entgegen der Steigung der Stufen (18) abfällt oder ansteigt.
Wälzlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stufen (18) jeweils durch ein Übergangsprofil (19) gebrochen sind, gemäß dem sich die Anlauffläche (9) jeweils mit Annäherung an die Endfläche (17) des Segments (4) zunehmend von den Stirnflächen (7) der Wälzkörper (5) entfernt.
Wälzlager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Übergangsprofil (19) ausgehend von der Endfläche (17) des Segments (4) in Umfangsrichtung wenigstens über eine Entfernung von 0,2 mm erstreckt.
Wälzlager nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Übergangsprofil (19) wenigstens bis in eine Tiefe von 0,05 mm erstreckt.
Wälzlager nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Übergangsprofil (19) eine abgerundete Form aufweist.
Wälzlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörper (5) an ihren Stirnflächen (7), die an der Anlauffläche (9) anlaufen, ballig ausgebildet sind.
Wälzlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es ausschließlich für eine Drehrichtung vorgesehen ist, bei der die Wälzkörper (5) mit ihren Stirnflächen (7) an den Stufen (18) in Abwärtsrichtung vorübergleiten.
Wälzlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es als Kegelrollenlager ausgebildet ist.
Wälzlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch seinen Einsatz bei einer Windenergieanlage.