DE102009054198B4

DE102009054198B4 - Rotationslageranordnung mit erleichterter Wartung

Info

Publication number: DE102009054198B4
Application number: DE102009054198.5A
Authority: DE
Inventors: Tim Löschner; Wolfgang Scholz
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2009-11-21
Filing date: 2009-11-21
Publication date: 2019-07-04
Anticipated expiration: 2029-11-22
Also published as: DE102009054198A1

Abstract

Rotationslageranordnung mit wenigstens zwei drehbar gegeneinander gelagerten Bauteilen (1,5) zwischen denen ein Spalt gebildet ist, der mittels einer Lagerdichtung mit einem ersten Lagerdichtring (12, 12', 12") abgedichtet ist, welcher mit einem der relativ zueinander rotierenden Bauteile verbunden ist und an dem anderen der Bauteile gleitet, wobei wenigstens ein Ersatzdichtring (13, 13', 13", 14,15,16) vorgesehen ist, der von dem ersten Lagerdichtring axial beabstandet ist, jedoch von seiner Reserverposition aus ohne eine Demontage der Lageranordnung an die Position der ersten Lagerdichtung geschoben werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Ersatzdichtring (13,13',13",14,15,16) auf eine mittels des Lagers geführte Welle (1) oder einen mit der Welle verbundenen Ring geschoben (21) ist und dort mit der Welle rotiert und dass die Welle (1) in dem Bereich, in dem sie einen oder mehrere Ersatzdichtringe (13, 13', 14, 15, 16) trägt, einen geringeren Durchmesser aufweist als in den übrigen axialen Bereichen.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung liegt auf dem Gebiet des Maschinenbaus, spezieller auf dem Gebiet der Rotationslager und befasst sich insbesondere mit der Erleichterung beziehungsweise Verbesserung von deren Wartung.
Rotationslager sind in vielfältigen Ausführungen bekannt zur drehbaren Führung verschiedener Bauteile gegeneinander. Üblicherweise weisen derartige Lager verschiedene Lagerringe auf, die entweder direkt aufeinander gleiten, wozu spezielle Oberflächenbeschaffenheiten oder besondere Schmiermittel erforderlich oder zumindest hilfreich sind oder es sind zwischen den Lagerringen Wälzkörper in Form von Kugeln oder Walzen vorgesehen, um gleichzeitig eine Last aufzunehmen und die Lagerringe gegeneinander drehbar mit geringer Reibung zu lagern. Die Lagerringe ihrerseits sind mit den drehbar gegeneinander zu führenden Teilen verbunden.
Es sind verschiedene Lagerbauformen zur radialen oder axialen oder einer kombinierten radial-axialen Lagerung bekannt.
Oft ergibt sich die Notwendigkeit, die eigentliche Lagerfläche zwischen den Lagerringen vor dem Einfluss störender Stoffe von außen wie beispielsweise kleiner Partikel oder aggressiver Fluide zu schützen um die Standzeit zu verlängem und die Reibung gering zu halten. Aus diesem Grund sind üblicherweise Lagerdichtungen mit Lagerdichtringen vorgesehen, die den/die Spalte zwischen den gegeneinander rotierenden Bauteilen so weit wie möglich verschließen. Ein derartiger Lagerdichtring ist typischerweise mit einem der gegeneinander drehbaren Bauteile, beispielsweise direkt mit einem Lagerring oder mit einer drehbar gelagerten Welle verbunden oder in der Lagerbohrung befestigt, wobei der Lagerdichtring oft an dem jeweils anderen Bauteil gleitend anliegt um eine optimierte Dichtung zu schaffen.
Diese gleitende Berührung bringt jedoch unvermeidlich Verschleiß mit sich, der dazu führt, dass der Lagerdichtring von Zeit zu Zeit ausgewechselt werden muss.
Üblicherweise ist hierzu das Lager zu demontieren beziehungsweise ein neuer Lagerdichtring über die Welle zu schieben, wenn nicht radial teilbare Lagerdichtringe verwendet werden.
Dies bringt insbesondere bei großen Lagern sehr aufwendige Wartungsarbeiten und damit verbunden Kosten und Ausfallzeiten mit sich.
In diesem Zusammenhang ist beispielsweise aus der DE 43 23 470 C2 eine Dichtungsanordnung zur Abdichtung einer Wellendurchführung an der Schottwand eines Schiffes bekannt, bei der eine Dichtung in einem Dichtungsgehäuse angeordnet ist, wobei die Dichtung aus radial geteilten Dichtungssegmenten besteht, die in dem ebenfalls radial teilbaren Dichtungsgehäuse gelagert sind.
Aus US 5820132 A ist es bekannt, an einem Dichtspalt zumindest zwei Dichtungen vorzusehen, von denen eine erste Dichtung den Dichtspalt zwischen einem stationären Teil und einer rotierenden Welle dichtend verschließt, indem diese am stationären Teil festgelegt ist und mit ihrer Dichtlippe an der Welle anliegt, und zumindest einer weiteren Dichtung, die der im dichtenden Eingriff stehenden ersten Dichtung axial nebengeordnet ist und wie diese am stationären Teil festgelegt ist, aber mit ihrer Dichtlippe einen geringen radialen Abstand zur Welle einhält. Um die im dichtenden Eingriff stehende erste Dichtung gegen eine andere Dichtung austauschen zu können ist ein Ring vorgesehen, von welchem sich die Dichtungen in Richtung der Welle erstrecken, der drehfest, aber axial verschiebbar in einer Bohrung des stationären Teils angeordnet ist und der bei Axialbewegung die erste Dichtung aus dem und eine weitere Dichtung in den dichtenden Eingriff zwischen Welle und stationären Teil verbringt. Abgesehen davon, dass diese Art der Realisierung durch das Vorsehen eines Rings und weiterer Dichtungen, die den Ring gegen den stationären Teil abdichten, sehr aufwändig ist, erfordert diese Art der Realisierung beiderseits zur Dichtstelle sehr viel axialen Bauraum, weil nicht nur Platz zur Verfügung gestellt werden muss, der die unverbrauchten, sondern auch die verschlissenen, aus dem Dichtspalt herausbewegten Dichtung aufnimmt.
Der vorliegenden Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine Rotationslageranordnung zu schaffen, die eine vereinfachte Wartung auch für ungeteilte Dichtringe zulässt.
Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und des Anspruchs 7 gelöst.
Der erste Lagerdichtring deckt dabei im Betrieb einen Spalt zwischen zwei drehbar gegeneinander gelagerten Bauteilen, beispielsweise einer Welle und einer Lagerbohrung oder einer Welle und einem Lageraußenring ab und ist dabei mit einem der Bauteile verbunden während er an dem anderen der Bauteile gleitend dichtet. Der Lagerdichtring kann zu diesem Zweck wenigstens teilweise aus einem elastischen Material wie einem Federstahl bestehen, ebenso aus einem stabilen, elastischen Kunststoff oder einem Elastomer oder er kann wenigstens eine Dichtlippe aus einem solchen Material aufweisen.
Um den Ersatz des ersten Lagerdichtrings nach seinem Verschleiß zu erleichtem ist vorgesehen, dass wenigstens ein Ersatzdichtring in axialem Abstand von der Position des ersten Lagerdichtrings bereits vorgehalten wird. Der Ersatzlagerdichtring kann beispielsweise mit der Welle rotieren oder, je nach dem, an welcher Stelle der erste Lagerdichtring eingesetzt ist, auch in der Lagerbohrung festgelegt sein. Der Ersatzdichtring kann ebenso auf einem der Lagerringe liegen und je nach dem, welcher der Lagerringe rotiert, mit diesem rotieren oder mit dem jeweils anderen Lagerring still stehen. Sobald ein Austausch des ersten Lagerrings notwendig ist, kann dieser durch Auftrennen entfernt werden und der Ersatzlagerdichtring kann in die Position des ersten Lagerdichtrings nachgeschoben und dort befestigt werden.
Hierzu ist keine Demontage der Rotationslageranordnung notwendig, wodurch sich der Wartungsvorgang erheblich vereinfacht und beschleunigt.
In dem Fall, dass der erste Lagerdichtring nicht direkt an den Lagerringen angeordnet ist sondern an zusätzlichen, den Lagerringen vorgelagerten Ringen oder Absätzen der Welle beziehungsweise der Lagerbohrung, kann auch der Ersatzlagerdichtring an dem jeweiligen Absatz oder Vorsatzring positioniert sein.
Vorteilhaft kann vorgesehen sein, dass die Welle oder das Bauteil, auf dem der Ersatzlagerdichtring in der Reserveposition liegt, derart dimensioniert ist, dass der Ersatzlagerdichtring dort mit mechanischem Spiel verschoben werden kann. Ist der Ersatzlagerdichtring auf der Welle befestigt, so kann dies bedeuten, dass die Welle in der Reserveposition einen verringerten Durchmesser aufweist.
Auf diese Weise ist die Verschiebung des Ersatzlagerdichtrings zur Position des ersten Lagerdichtrings erleichtert.
Vorteilhaft können zwei, drei, vier oder mehr als vier Ersatzdichtringe vorgesehen sein, je nach der prognostizierten Standzeit der Rotationslageranordnung und der Lebensdauer der Lagerdichtringe. Die verschiedenen Lagerdichtringe können baugleich ausgeführt sein, sie können jedoch auch unterschiedlich ausgeführt sein, um beispielsweise bei veränderten Umgebungsbedingungen einen Lagerdichtring der gewünschten Beschaffenheit auswählen zu können. Zu diesem Zweck müssen dann alle dem gewünschten Lagerdichtring vorgelagerten Ersatzlagerdichtringe aufgetrennt und entfernt werden.
Üblich wird jedoch der Fall sein, dass eine Anzahl baugleicher Ersatzlagerdichtringe vorgesehen sind.
Die Ersatzlagerdichtringe können vorteilhaft in einem Vorratsraum mit einem Deckel positioniert sein, der sie während ihrer Lagerung im Betrieb der Rotationslageranordnung schützt. Der Deckel des Vorratsraums sollte radial teilbar sein, damit er möglichst einfach entfernbar ist, um Zugang zu den Ersatzlagerdichtringen zu schaffen, damit diese einfach verschoben werden können.
Der Vorratsraum kann mit einem Konservierungsmedium gefüllt sein, um die Ersatzlagerdichtringe beispielsweise vor Korrosion zu schützen. Ein solches Konservierungsmedium kann beispielsweise ein Lagerfett oder Öl sein.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Wartung einer Lageranordnung sieht vor, dass ein erster Dichtungsring aufgetrennt und entfernt wird und dass danach ohne eine Demontage einer Welle oder der Lagerbauteile ein Ersatzdichtring von einer Reserveposition an die Stelle des ersten Dichtungsrings verschoben wird.
Dieses Verfahren kann besonders dann mit Vorteil eingesetzt werden, wenn die Rotationslageranordnung eine große Baugröße aufweist, die an sich die Demontage schon erschwert oder an einer unzugänglichen Stelle angeordnet ist, die zusätzlichen Aufwand bei der Demontage mit sich bringt. Beispielsweise ist eine Anwendung bei großen Rotationslagern von Windkraftmaschinen von großem Nutzen.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand einer Zeichnung dargestellt und nachfolgend erläutert.
Dabei zeigt

1 eine Seitenansicht einer Welle mit einer Rotationslageranordnung;
2 ein vergrößertes Detail aus 1 mit dem Rotationslager und der Welle;
3 im Detail aus 2 einen ersten Lagerdichtring und weitere Lagerdichtringe;
4 einen Querschnitt wie in 3 angedeutet und
5 eine weitere Ausgestaltung der Erfindung mit einigen Ersatzlagerdichtringen.

1 zeigt eine Welle 1, wie sie bei Windkraftmaschinen eingesetzt wird mit einem Rotationslager 2 sowie einem Getriebe 3. Auf der dem Getriebe 3 gegenüber liegenden Seite des Lagers 2 kann ein Rotor mit Propellerblättern zum Antrieb der Welle 1 angeschlossen werden.
In der 2 ist vergrößert das Lager dargestellt, mit einem Außenring 4, der in der Lagerbohrung eines Lagerbocks 5 befestigt ist sowie einem Lagerinnenring 6, der auf der Welle 1 sitzt. Zwischen den Lagerringen 4, 6 sind Wälzkörper in Form von tonnenförmigen Walzen 7 vorgesehen. Das Lager ist dazu geeignet, sowohl radiale als auch axiale Belastungen aufzunehmen.
An dem Lagerbock 5 ist ein erster Deckelring 8 befestigt, der mit einem zweiten Deckelring 9, welcher an der Welle 1 befestigt ist, als Lagerdeckel zusammen wirkt. Der zweite Deckelring 9 dreht sich somit gegenüber dem ersten Deckelring 8. Diese beiden Deckelringe greifen labyrinthartig ineinander, um das Lagerinnere von der Umgebung abzuschotten.
Auf der gegenüberliegenden Seite des Lagers 2 ist ein dritter Deckelring 10 sowie ein vierter Deckelring 11 vorgesehen, die ähnlich zusammenwirken wie der erste und der zweite Deckelring 8, 9.
Auf dem dritten Deckelring 11 ist eine Dichtungseinrichtung in Form eines Lagerdichtrings 12 dargestellt, der auf dem dritten Deckelring 11 befestigt ist und an dem vierten Deckelring 12 gleitend anliegt. Auf der anderen Lagerseite ist zwischen dem ersten und dem zweiten Deckelring 8, 9 ein ähnlicher Lagerdichtring vorgesehen.
Da die Lagerdichtringe durch die gleitende Anlage an einen der Deckelringe verschleißen, ist der Ersatz vor Ende der Standzeit des Lagers nicht untypisch.
3 zeigt als Ersatz für den ersten Lagerdichtring 12 eine Anzahl von vier Ersatzlagerdichtringen 13, 14, 15, 16, die sukzessive, beginnend beim Ersatzlagerdichtring 13 an die Stelle des ersten Lagerdichtrings 12 geschoben werden können wenn dieser verschlissen ist. Auf diese Weise können Lagerdichtringe ersetzt werden, ohne die Lageranordnung selbst zu demontieren oder zusätzliche Lagerdichtringe über ein Ende der Welle ziehen zu müssen.
Zu diesem Zweck ist nach Verschleiß eines im Einsatz befindlichen Lagerdichtrings dieser aufzutrennen oder anderweitig zu zerstören und abzunehmen, worauf der nächste Ersatzlagerdichtring an die Stelle des ursprünglich verwendeten Lagerdichtrings geschoben wird.
Bis zu ihrem Einsatz werden die Ersatzlagerdichtringe in axialem Abstand von dem ersten Lagerdichtring in einer Reserveposition innerhalb eines Vorratsraumes 17 gelagert, der mit einem Konservierungsmittel, beispielsweise in Form eines Lagerfettes zum Schutz der Ersatzdichtringe gefüllt sein kann.
Das Gehäuse 18 des Vorratsraums ist, wie in 4 in einem Querschnitt dargestellt, aus zwei halbzylindrischen Hälften in radialer Teilung hergestellt, so dass die beiden Halbschalen um die Rotationslageranordnung herum zusammengefügt und mittels Schraubverbindungen 19 verbunden werden können.
Zur Verschiebung der Ersatzlagerdichtringe muss das Gehäuse 18 vorübergehend geöffnet und abgenommen werden.
Ein entsprechender Vorratsraum mit Ersatzlagerdichtringen kann zu beiden Seiten der Lageranordnung, wie sie in 3 dargestellt ist, vorgesehen sein, an den mit 12 und 20 bezeichneten Stellen.
In der 5 sind weitere mögliche Positionen für Lagerdichtringe und Ersatzdichtringe gezeigt. Dort ist eine Welle mit 1 und ein Lagebock mit 5 bezeichnet, wobei zwischen der Welle und dem Lagerbock ein Rotationslager mit einem Innenring 6' und einem Außenring 4' sowie Wälzkörpern 7' in Form von Kugeln dargestellt sind. Ein erster Lagerdichtring ist mit 12' bezeichnet und sitzt auf einem Ring 21, der auf der Welle 1 sitzt und dem Innenring 6' vorgelagert ist.
In axialem Abstand von dem ersten Lagerdichtring 12' ist ein Ersatzdichtring 13' ebenfalls auf dem Ring 21 angeordnet.
Auf der gegenüberliegenden Seite des Lagers 4', 6', 7' ist ein Lagerdichtring 12" angeordnet, der in der Lagerbohrung des Lagerbocks 5 befestigt ist. Neben diesem ebenfalls in der Lagerbohrung des Lagerbocks 5 gehalten ist ein Ersatzdichtring 13" vorgesehen, der nach Verschleiß des Lagerdichtrings 12" an dessen Stelle geschoben werden kann.
Durch das Einplanen und die Vorbereitung der Ersatzdichtringe werden die Wartungen für die Rotationslageranordnungen erheblich vereinfacht und eine Demontage wird zum Austausch der Lagerdichtringe überflüssig. Damit wird der Wartungsaufwand insgesamt gesenkt und der Nutzen des Lagers wesentlich erhöht.
Bezugszeichenliste

1: Welle
2: Rotationslager
3: Getriebe
4,4': Außenring
5: Lagerbock
6, 6': Lagerinnenring
7, 7': Walzen
8, 9, 10, 11: Deckelring
12, 12', 12": Lagerdichtring
13, 13', 13", 14, 15, 16: Ersatzlagerdichtringe
17: Vorratsraum
18: Gehäuse des Vorratsraums
19: Schraubverbindungen
20: vorgesehener Ort für den Vorratsraum
21: Ring

Claims

Rotationslageranordnung mit wenigstens zwei drehbar gegeneinander gelagerten Bauteilen (1,5) zwischen denen ein Spalt gebildet ist, der mittels einer Lagerdichtung mit einem ersten Lagerdichtring (12, 12', 12") abgedichtet ist, welcher mit einem der relativ zueinander rotierenden Bauteile verbunden ist und an dem anderen der Bauteile gleitet, wobei wenigstens ein Ersatzdichtring (13, 13', 13", 14,15,16) vorgesehen ist, der von dem ersten Lagerdichtring axial beabstandet ist, jedoch von seiner Reserverposition aus ohne eine Demontage der Lageranordnung an die Position der ersten Lagerdichtung geschoben werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Ersatzdichtring (13,13',13",14,15,16) auf eine mittels des Lagers geführte Welle (1) oder einen mit der Welle verbundenen Ring geschoben (21) ist und dort mit der Welle rotiert und dass die Welle (1) in dem Bereich, in dem sie einen oder mehrere Ersatzdichtringe (13, 13', 14, 15, 16) trägt, einen geringeren Durchmesser aufweist als in den übrigen axialen Bereichen.
Rotationslageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lager mit einem Innenring (6,6') und einem Außenring (4,4'), zur drehbaren Führung einer Welle (1) in einer Lagerbohrung vorgesehen ist.
Rotationslageranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei, Ersatzdichtringe (13,13',13",14,15,16) vorgesehen sind.
Rotationslageranordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Vorratsraum (17) mit einem Deckel (18) vorgesehen ist, der die Ersatzdichtungen (13,13',13",14,15,16) während ihrer Lagerung schützt.
Rotationslageranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel (18) radial geteilt ist.
Rotationslageranordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorratsraum (17) mit einem Konservierungsmedium gefüllt ist.
Verfahren zur Wartung einer Lageranordnung, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Dichtring (12,12',12") aufgetrennt und entfernt wird und dass danach ohne eine Demontage einer Welle (1) oder der Lagerbauteile (4,4',6,6') ein Ersatzdichtring (13,13',13",14,15,16) von einer Reserveposition an die Stelle des ersten Dichtrings verschoben wird.