DE102010005684A1

DE102010005684A1 - Baueinheit zur Sicherung und/oder Vorspannung eines sich auf der Welle befindlichen Lagers, Windkraftanlage mit dieser Baueinheit sowie Verfahren

Info

Publication number: DE102010005684A1
Application number: DE102010005684A
Authority: DE
Inventors: Rudolf 97440 Zeidlhack
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-01-26
Filing date: 2010-01-26
Publication date: 2011-07-28

Abstract

Es ist die Aufgabe der vorliegende Erfindung, eine Baueinheit zur axialen Sicherung eines Lagers auf einer Welle vorzuschlagen. Es ist ferner Aufgabe der Erfindung eine Windkraftanlage mit der Baueinheit vorzuschlagen. Hierzu wird eine Baueinheit 1 mit einer Welle 2 offenbart, wobei die Welle 2 mindestens eine Kopplungsgeometrie 8 aufweist, mit einer Ringeinheit 9, die über einen Kopplungsabschnitt 10 mit der Kopplungsgeometrie 8 in axialer Richtung der Welle 2 formschlüssig verbunden ist, und mit einer Überwurfmutter 12, die mit einem Formschlussabschnitt 13 mit der Ringeinheit 9 formschlüssig verbunden ist, wobei die Überwurfmutter 12 zur Sicherung und/oder Vorspannung eines sich auf der Welle 2 befindlichen Lagers 4 durch einen Kraftübertrag von der Überwurfmutter 12 auf das Lager ausgebildet und/oder angeordnet ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Baueinheit mit einer Welle, wobei die Welle mindestens eine Kopplungsgeometrie aufweist, mit einer Ringeinheit, die über einen Kopplungsabschnitt mit der Kopplungsgeometrie in axialer Richtung der Welle formschlüssig verbunden ist, und mit einer Überwurfmutter, die mit einem Formschlussabschnitt mit der Ringeinheit formschlüssig verbunden ist. Die Erfindung betrifft auch eine Windkraftanlage mit dieser Baueinheit sowie ein entsprechendes Verfahren.
Bei Lageranordnungen kann man prinzipiell zwischen einem Festlager und einem Loslager unterscheiden. Bei einem Wälzlager in Festlageranordnung ist das Wälzlager gegenüber einer Verschiebung entlang der gelagerten Welle oder Achse gesichert, bei einem Wälzlager in Loslageranordnung kann das Wälzlager entlang der Achse zumindest über einen kleinen Bereich verschoben werden. Bei der Lagerung einer Welle wird sehr oft eine Kombination aus einem Festlager und einem Loslager verwendet, wobei das Festlager die Welle an ihrer Position hält und das Loslager zum Beispiel eine Wärmedehnung der Welle in Längsrichtung zulässt. Derartige Festlager-Loslager-Anordnungen werden beispielsweise bei der Lagerung von Rotoren von Windkraftanlagen verwendet.
Als Sicherung der axialen Position eines Lagers auf der Welle sind verschiedene Lösungen bekannt. Beispielhaft ist es bekannt, eine Lagersicherung mittels eines aufgeschrumpften Ringes zu erreichen. Dabei wird ein Metallring im erwärmten und somit ausgedehnten Zustand auf die Welle aufgepresst. Beim Abkühlen schrumpft dieser Ring wieder und geht somit eine verschiebefeste Verbindung mit der Welle ein.
Eine andere Möglichkeit der Fixierung des Lagers im Lagersitz ist durch das Aufbringen einer Büchse auf die Welle. Diese Büchse hat als Länge den Abstand des Lagersitzes zum Wellenende. Die Buchse wird über die Welle in axialer Richtung geschoben und gegen die Lagerstirnseite mittels einer Abschlusskappe auf dem Wellenende fixiert. Diese Möglichkeit erscheint für lange Wellen oder große Abstände zwischen den einzelnen zu fixierenden Lagern aufwendig.
Zur Sicherung eines Wälzlagers in Festlageranordnung sind aus dem druckschriftlichen Stand der Technik verschiedene Möglichkeiten bekannt:
Die Druckschrift DE 103 187 51 A1 betrifft beispielsweise eine Wellen-Naben-Verbindung zum Sichern von Lagern. Auf der einen axialen Seite wird ein Wälzlager durch einen Anschlagring gehalten, welcher in einem Einstich mit in einem Längsschnitt rechteckigen Querschnitt eingelegt ist. Auf der dem Anschlagring abgewandten Seite ist eine Sicherungshülse vorgesehen, die gegen die andere Axialfläche des Wälzlagers wirkt. Die Sicherungshülse wird bei der Montage auf die Welle aufgeschoben und anschließend durch plastisches Verformen auf der Welle festgesetzt. Bei einer anderen Ausführungsform erfolgt die Festlegung der Sicherungshülse durch Eintreiben von Verstemmstempeln in radialer Richtung, welche in dem eingetriebenen Zustand in eine Nut der Welle eingreifen.
Die Druckschrift DE 41 173 34 A1 betrifft eine Lageranordnung für die angetriebenen Räder eines Kraftfahrzeuges, wobei ein Wälzlager von der einen Seite von einem Gehäuse gehalten wird und von der anderen Seite durch einen Sicherungsring gesichert ist, welcher in eine Sicherungsnut in dem Gehäuse eingreift.
Die Druckschrift DE10110668A1 betrifft einen Kurvennuttrieb, bei dem eine Welle für zwei Wälzlager gelagert ist, wobei die Wälzlager mittels einer Wellenmutter, die unmittelbar auf die Welle aufgeschraubt wird, in axialer Richtung festgelegt sind.
Beschreibung
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Baueinheit zur axialen Sicherung eines Lagers auf einer Welle vorzuschlagen. Es ist ferner Aufgabe der Erfindung eine Windkraftanlage mit der Baueinheit vorzuschlagen.
Diese Aufgabe wird durch eine Baueinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine Windkraftanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 14 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
Erfindungsgemäß wird eine Baueinheit vorgeschlagen, welche eine Welle umfasst, auf der über eine Ringeinheit eine Überwurfmutter zur Sicherung eines Lagers angeordnet ist. Das Lager kann als ein beliebiges Lager, vorzugsweise als ein Wälzlager, insbesondere als ein Radialwälzlager und im speziellen als ein Kugel- und/oder Rollenlager ausgebildet sein.
Die Welle bezeichnet in der allgemeinsten Ausführungsform einen Bereich eines Maschinenbauteils, welches im Betrieb um eine eigene Drehachse rotiert. Vorzugsweise ist die Welle als eine Welle in einem Antriebs- oder Abtriebsstrang ausgebildet.
Die Welle weist in der erfindungsgemäßen Ausführung mindestens eine Kopplungsgeometrie auf. Die Kopplungsgeometrie kann in einer möglichen Ausführungsform umlaufend und/oder im Verlauf koaxial und/oder konzentrisch zur Achse der Welle angeordnet und/oder ausgebildet sein. In dieser Ausführungsform kann die Kopplungsgeometrie die Welle vollständig umlaufen oder in Umlaufrichtung nur abschnittsweise realisiert sein. In einer anderen möglichen konstruktiven Ausführung ist auch eine Anordnung der Kopplungsgeometrie mit einem Verlauf gewinkelt oder senkrecht zur Achse der Welle möglich.
An oder in die Kopplungsgeometrie der Welle greift ein Kopplungsabschnitt ein. Der Kopplungsabschnitt ist der Ringeinheit zugeordnet, die bevorzugt koaxial und/oder konzentrisch zur Achse der Welle, auf der Welle angeordnet, insbesondere aufgesetzt ist. In möglichen Ausführungsformen kann der Kopplungsabschnitt als integrierter und/oder einstückiger Teil der Ringeinheit, oder als ein geometrisch getrennter Teil der Ringeinheit, insbesondere als separate Baueinheit ausgeführt sein. Der Kopplungsabschnitt ist insbesondere so ausgebildet, dass sich die Ringeinheit über den Kopplungsabschnitt an der Kopplungsgeometrie derart abstützt, dass die Ringeinheit in axialer Richtung und vorzugsweise in beide axiale Richtungen der Welle formschlüssig fixiert und/oder gesichert ist.
Auf der Ringeinheit wird eine Überwurfmutter angeordnet. Die Überwurfmutter weist in Ihrer allgemeinsten Ausführung einen Formschlussabschnitt auf, womit eine formschlüssige Verbindung zur Ringeinheit ausgeführt wird. Diese formschlüssige Verbindung fixiert die Überwurfmutter gegen eine Verschiebung in axialer Richtung der Welle.
Die Überwurfmutter ist zur Sicherung und/oder Vorspannung eines auf der Welle befindlichen Lagers ausgebildet, wobei die Sicherung bzw. Vorspannung des Lagers erfindungsgemäß durch einen Kraftübertrag von der Überwurfmutter auf das Lager erfolgt. Durch die Überwurfmutter wird somit ein axialer Anschlag und/oder eine axiale Anstellung des Lagers umgesetzt. Der Kraftübertrag kann unmittelbar und/oder kontaktierend von der Überwurfmutter auf das Lager, insbesondere auf eine Stirnseite des Lagers, im speziellen auf einen Ring, Außenring oder Innenring, des Lagers erfolgen, oder über ein oder mehrere zwischengeschaltete Kopplungselemente. Ein derartiges Kopplungselement kann in einem einfachen Fall beispielsweise als eine Hülse oder eine Buchse ausgebildet sein.
Es ist eine Überlegung der Erfindung, dass durch die erfindungsgemäße Ausführung der Baueinheit eine vereinfachte Montage zu erreichen ist, da die Überwurfmutter in einfacher Weise an die Ringeinheit mechanisch zu koppeln ist. Zudem bleibt eine große Freiheit bei der Wahl der axialen Länge der Komponenten der Baueinheit, so dass die Baueinheit in einfacher Weise auf verschiedene Anwendungen ausgelegt werden kann. Weitere, nutzbare Vorteile der Erfindung sind die leichte Austauschbarkeit des Kopplungsabschnitts im Verschleiß- und/oder Schadensfall.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Kopplungsgeometrie als ein Steg ausgebildet, der auf der Welle umlaufend ausgebildet die Kopplung zu der Ringeinheit bildet. In einem Querschnitt senkrecht zur Umlaufrichtung des Stegs kann dieser rechteckig, mit gekrümmten Abschnitten oder auch als Halbrund ausgebildet sein. In einer möglichen Ausführungsform der Erfindung ist der Steg auf der Welle nur abschnittsweise ausgeformt. In einer konstruktiven Ausführung sind die Abschnitte des Steges als Stegabschnitte, z. B. auch zylinderförmig oder stiftförmig ausgebildet.
In einer möglichen Weiterbildung ist die Kopplungsgeometrie als Aussparung ausgebildet. Die Aussparung kann im Querschnitt senkrecht zu ihrer Umlaufrichtung als eine Nut oder ein Nutenkanal ausgebildet sein. Der Querschnitt der Aussparung senkrecht zu deren Verlauf kann rechteckig, einseitig abgerundet, im Profil abgerundet oder als Halbrundnut ausgebildet sein. Insbesondere ist die Nut im Querschnitt teilkreisförmig mit einem über den gesamten Verlauf konstanten Krümmungsradius ausgebildet. Vorteilhaft bei einer halbrunden oder teilkreisförmigen Nut ist es, dass die Einleitung der Kräfte von der Ringeinheit über den Eingreifabschnitt in die Welle gleichmäßiger abgetragen werden und insbesondere eine die Welle schädigende Kerbwirkung verringert wird. Der Vorteil dieser Ausgestaltung ist also insbesondere darin zu sehen, dass durch die gewählte Formung der Kopplungsgeometrie die zulässige Beanspruchbarkeit der Welle verbessert wird. Für eine einfache Fertigbarkeit sind diese Ausführungsformen der Nut durchgängig und umlaufend auf dem Umfang der Welle ausgebildet. In einer besonderen Ausführungsform kann die Nut auch als zwei- und/oder mehrteilige Abschnitte auf der Welle ausgeführt werden. Insbesondere ist es auch möglich die Abschnitte und/oder die Aussparung als eine oder mehrere Bohrungen auf dem Umfang der Welle einzubringen.
In der allgemeinsten Ausführungsform der Erfindung ist der Kopplungsabschnitt integraler und/oder einstückiger Teil der Ringeinheit. Der Kopplungsabschnitt kann aus der Ringeinheit ausgeformt oder mit dieser dauerhaft und/oder untrennbar verbunden sein. In dieser Ausführungsform ist die Baueinheit besonders einfach zu montieren. In einer anderen konstruktiven Ausführungsform kann der Kopplungsabschnitt jedoch auch gesondert von der Ringeinheit ausgebildet sein und somit eine separate oder unabhängige Komponente darstellen. Durch die Teilung von Ringeinheit und Kopplungsabschnitt können die Einzelteile weniger komplex ausgebildet sein und daher kostengünstiger gefertigt werden. Es ist auch möglich, dass die Ringeinheit als ein ein- oder mehrfach in Umlaufrichtung unterbrochener Ring ausgebildet ist, der an der radialen Innenseite den Kopplungsabschnitt und an der Außenseite den Formschlussabschnitt trägt.
Die Ringeinheit und/oder der Kopplungsabschnitt kann in Umlaufrichtung mindestens einfach geteilt und/oder unterbrochen sein, so dass diese bzw. dieser im Umfang geöffnet ist. Diese Ausbildungsform bietet sich zur Vereinfachung der Montage an. Die Ringeinheit und/oder der Kopplungsabschnitt können auch mehrteilig, oder in einer bevorzugten Ausführungsform zweigeteilt, insbesondere hälftig geteilt sein.
In einer möglichen Ausführungsform ist der Kopplungsabschnitt als eine Vielzahl von Kugeln ausgebildet, die von der Ringeinheit in axialer und/oder radialer Richtung formschlüssig gehalten werden. Kugeln sind als Standardbauteile gut und kostengünstig verfügbar und erlauben eine einfache Montage. Beispielsweise kann die Montage durch ein Befüllen der Kugeln über eine oder mehrere Öffnungen in der Ringeinheit und zwar durch die Ringeinheit erfolgen. Die Öffnungen) kann bzw. können nach der Befüllung blockiert oder verschlossen werden. Ein möglicher Vorteil einer derartigen Ausführungsform ist auch die leichte Demontage im Verschleiß- und/oder Schadensfall.
Bei einer anderen Ausführungsform ist der Eingreifabschnitt als ein Einlegering ausgebildet, wobei in der Ringeinheit eine komplementär dazu geformte Aussparung vorgesehen ist, so dass der Einlegering zum Teil in die Aussparung eingreift und zu einem anderen Teil von der Ringeinheit umgriffen wird. Beispielsweise kann der Einlegering als ein Ringstahlring ausgebildet sein, welcher senkrecht zur Umlaufrichtung einen kreisrunden Querschnitt zeigt. Auch bei dieser Ausführungsform ist es bevorzugt, dass der Einlegering in Umlaufrichtung ein-, zwei- oder mehrfach geteilt und/oder unterbrochen ist.
Die formschlüssige Verbindung der Überwurfmutter zur Ringeinheit kann in verschiedenen Ausführungen umgesetzt werden: Beispielhaft sei hier ein Bajonettverschluss oder eine Innenverzahnung der Überwurfmutter erwähnt. In einer besonders bevorzugten Umsetzung ist die Innenverzahnung als ein Gewinde ausgeführt. Der Formschlussabschnitt der Ringeinheit ist als der dazu passende Gewindepartner ausgebildet und trägt eine Außenverzahnung. Ein Vorteil dieser möglichen Ausgestaltung der Erfindung ist eine leichte Herstellung der beiden formschlüssigen Abschnitte. In der Ausführungsform als Gewinde ist ein weiterer Vorteil, dass solche Ausführungen unter allgemeingültigen Normen und Toleranzen universell umsetzbar und/oder dokumentierbar sind.
Bei der Ausführung des Formschlussabschnitts als Gewinde insbesondere als Gewinde ist eine Möglichkeit für eine stufenlose und/oder spielfreie Einstellung ggfs. mit axialer Vorspannung des Lagers zur Welle gegeben.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist einer der Gewindepartner, insbesondere die Überwurfmutter, einen radial ausgerichteten und in Umlaufrichtung verlaufenden Schlitz auf, welcher sich jedoch nur über einen Teilwinkelbereich, wie zum Beispiel kleiner als 90° erstreckt. Die Weite des Schlitzes ist durch eine in axialer Richtung ausgerichtete Schraube, welche von einer Stirnseite des Gewindepartners eingeführt wird und in ein Gewinde des Gewindepartners eingreift, welches in axialer Richtung betrachtet nach dem Schlitz eingebracht ist, veränderbar. Durch die Schraube kann somit der Schlitz in der Weite derart verändert werden, dass die Überwurfmutter auf den tragenden Gewindepartner geklemmt ist. Auch andere Möglichkeiten der Sicherung der Überwurfmutter gegen ein Lösen sind denkbar.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung weist die Baueinheit das Lager als ein Festlager auf. Auf der der Baueinheit abgewandten Seite des Festlagers liegt dieses beispielsweise an einer Wellenschulter oder an einem anderen Anschlag an. Es ist aber auch möglich, dass eine erfindungsgemäße Sicherung auf beiden Seiten des Lagers, ausgebildet als Festlagerstelle oder Loslagerstelle, auf der Welle angeordnet ist.
Besonders bevorzugt kann die Baueinheit in Verbindung mit einem Großlager als das Lager mit einem freien Durchmesser und/oder Teilkreisdurchmesser größer als z. B. 500 mm eingesetzt werden.
Eine mögliche Verwendung der Baueinheit stellt die Sicherung des Lagers für eine Antriebswelle, insbesondere einer Rotorwelle einer Windkraftanlage dar, so dass ein weiterer Gegenstand der Erfindung eine Windkraftanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 14 betrifft.
Ein letzter Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Feineinstellung der axialen Abstützung des Lagers durch die Baueinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche und/oder wie sie zuvor beschrieben wurde. Die Feineinstellung, insbesondere eine stufenlose und/oder mehrfach gestufte Einstellung, der Überwurfmutter zum Lager wird in ihrer allgemeinsten Ausführungsform durch den Formschlussabschnitt zwischen Überwurfmutter und Ringeinheit erreicht. Eine weitere Ausgestaltung des Formschlussabschnitts als Gewinde ermöglicht eine stufenlose Einstellung der Anpressung der Baueinheit gegen das Lager.
Zusammenfassend gesagt sind – abhängig von der Ausführungsform – folgende vorteilhafte Aspekte umgesetzt: Es wird eine axiale Sicherung von Lagerringen auf der Welle z. B. mittels zweier Hülsen umgesetzt, wobei sich die innere Hülse konstruktiv über die Welle axial abstützt. Die geometrischen Voraussetzungen sind bei manchen Ausführungsformen optimiert, um einen möglichst geringen Kerbeinfluß und somit nur einen kleinen Einfluss auf die Festigkeit der Welle zu erzielen. Die zweite vorzugsweise ungeteilte Hülse umfasst und stabilisiert die innere evtl. geteilte Hülse. Die Verbindung der äußeren mit der inneren Hülse kann über eine axiale Verschraubung oder über ein Gewinde zwischen den Teilen erfolgen. Die Sicherung der verschraubten Verbindung kann z. B. über ein axiales Verklemmen der Gewindegänge (evtl. nur über Segment oder über den gesamten Umfang) erfolgen. Die Sicherung dient zur spielfreien axialen Anstellung von z. B. Lagerinnenringen auch auf relativ langen Wellen. Die Baueinheit weist als mögliche konstruktive Ausgestaltung an der Welle zur axialen Abstützung – z. B. eine umlaufende Rechteck- oder Halbrundnut – und an der Ringeinheit einen radialen Schenkel oder eine Wulst nach innen, welche in die Aussparung an der Welle eingreift und sich dadurch axial abstützt. Auch andere geometrische Varianten sind möglich. Die Sicherung kann auch auf beiden Seiten eines Lagers auf der Welle angeordnet sein und kann zur axialen Sicherung eines Lagers auf der Welle sowohl an einer Festlagerstelle als auch an einer Loslagerstelle eingesetzt werden.
Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung sowie der Figuren eines Ausführungsbeispiels der Erfindung. Dabei zeigt:
1 eine schematische, teilgeschnittene Darstellung einer Baueinheit für die Sicherung eines Lagers auf einer Welle;
2 einen Detailausschnitt in der 2 im Bereich der Konstruktion zur axialen Sicherung des Wälzlagers 4;
3 eine Abwandlung der Lageranordnung 1 in der 2;
4 eine weitere Abwandlung in gleicher Darstellung wie in den 2 und 3;
5 die Überwurfmutter der vorhergehenden Figuren in einer Längsschnittdarstellung.
Die 1 zeigt eine Lageranordnung 1, wie sie zum Beispiel bei einem Antriebsstrang einer Windkraftanlage, insbesondere einer Windkraftanlage in der Multi-Mega-Watt-Klasse, eingesetzt werden kann. Die Lageranordnung 1 umfasst eine Welle 2, insbesondere eine Rotorwelle, welche über zwei Wälzlager 3, 4 drehbar gelagert ist. Im Fall der Rotorwelle dient diese zur Übertragung des Drehmoments von einem Rotorkopf zu einem Generator. Die Lageranordnung 1 bildet die Hauptlagerung für die Rotorwelle.
Die Lageranordnung 1 ist in einer Festlager-Loslageranordnung umgesetzt, wobei das rechte Wälzlager 3 als ein Loslager und das linke Wälzlager 4 als ein Festlager ausgebildet ist. Das Wälzlager 3 wird von Seiten eines Gehäuses 5 als Gehäuseloslagerstelle so gehalten, dass es sich in axialer Richtung der Welle 2 bewegen kann, um beispielsweise Toleranzen oder Wärmeausdehnungen der Welle 2 auszugleichen. Von dem Wälzlager 3 beabstandet ist das andere Wälzlager 4 in dem Gehäuse 5 als Festlager oder Gehäusefestlagerstelle aufgenommen, so dass es in axialer Richtung kein Spiel hat oder sogar vorgespannt ist.
Auf der Welle 2 liegt das Wälzlager 4 mit seiner linker Seite an einer Wellenschulter 6, welche einstückig in der Welle 2 ausgebildet ist und mit der rechten Seite an einer Konstruktion an, die im Zusammenhang mit der 2 näher dargelegt wird. Das Wälzlager 4 stützt sich in axialer Richtung jeweils mit einer Stirnseite, insbesondere im Bereich eines Innenrings, ab. Die Wälzlager 3, 4 sind als Großwälzlager ausgebildet und weisen einen freien Durchmesser, durch den die Welle 2 geführt ist, von größer 500 mm, vorzugsweise größer 1.000 mm auf, wobei das rechte Wälzlager 3 einen kleineren Durchmesser oder Teilkreisdurchmesser als das linke Wälzlager 4 hat. Die vorzugsweise einstückig ausgebildete Welle 2 ist vom Durchmesser betrachtet von dem Wälzlager 4 in Richtung des Wälzlagers 3 monoton absteigend ausgebildet, so dass eine Montage der Wälzlager 3, 4 möglich ist. Das Wälzlager 3 ist beispielsweise über eine Wellenmutter 7 in axialer Richtung gesichert.
Die 2 zeigt einen Detailausschnitt in der 2 im Bereich der Konstruktion zur axialen Sicherung des Wälzlagers 4. In die Welle 2 ist eine umlaufende, nutartige Aussparung 8 oder Rille eingebracht, welche in dem gezeigten Längsschnitt einen rechteckförmigen Verlauf zeigt. In der Aussparung 8 ist eine Ringeinheit 9 abgestützt, welche – insbesondere aus Montagezwecken – in Umlaufrichtung mindestens einfach geteilt ist oder aus mehreren Teilen, zum Beispiel aus zwei Halbschalen, besteht. An der Ringeinheit 9 ist ein Eingreifabschnitt 10 einstückig angeformt, welcher komplementär zur der Aussparung 8 als eine Rechtecksteg realisiert ist und in der Aussparung 8 angeordnet ist. Mittels des Eingreifabschnitts 10 stützt sich die Ringeinheit 9 beidseitig in axialer Richtung an der Welle 2 an Abstützungsbereichen 11 in der Aussparung 8 ab und legt damit die Ringeinheit in axialer Richtung formschlüssig fest. Die Abstützungsbereiche 11 sind als Nutwände parallel zu einer Radialebene zu der Welle 2 ausgebildet.
Zur Sicherung der Ringeinheit 9 wird auf dieser eine Überwurfmutter 12 formschlüssig befestigt. Die formschlüssige Befestigung erfolgt beispielsweise dadurch, dass die Ringeinheit 9 ein radial nach außen weisendes Außengewinde 13 und die Überwurfmutter 12 ein damit zusammenwirkendes Innengewinde 14 aufweist. Bei der Montage wird die Überwurfmutter 12 auf die Ringeinheit 9 aufgeschraubt.
Die Überwurfmutter 12 nimmt eine Doppelfunktion ein, wobei diese zum einen die Ringeinheit 9 umlaufend umschließt und damit sichert und zum anderen stirnseitig an dem Wälzlager 4 als Anstellring anliegt, um dieses zu sichern und/oder axial vorzuspannen. Bei der Montage der Lageranordnung 1 wird zunächst das Wälzlager 4 eingesetzt, dann die Ringeinheit 9 eingelegt, die in einem nächsten Schritt durch die Überwurfmutter 12 gesichert wird. Durch Drehen der Überwurfmutter 12 relativ zu der orts- oder wellenfesten Ringeinheit 9 kann der Abstand zwischen der Überwurfmutter 12 und dem Lager 4 verändert werden, wobei die Überwurfmutter 12 bei der Montage an das Lager 4 herangefahren wird. Hierdurch ergibt sich eine Konstruktion, die einen Kraftübertrag von dem Wälzlager 4 über die Überwurfmutter 12, der Ringeinheit 9 auf den Eingreifabschnitt 10 und dann über die Abstützungsbereiche 11 in der Aussparung 8 auf die Welle 2 ermöglicht, so dass das Wälzlager 4 axial angestellt ist.
Somit kann mit der Lageranordnung 1 die Sicherung und/oder die axiale Vorspannung oder Anstellung des Lagers 4 beliebig, insbesondere spielfrei eingestellt oder im Betrieb nachgestellt werden. Bei einem Versagen der Gewinde 13 oder 14 können die jeweiligen Trägerteile kostengünstig ausgetauscht werden.
Zwischen der Überwurfmutter 12 und der Welle 2 befindet sich in dem Bereich zwischen der Ringeinheit 9 und dem Lager 4 ein Ringspalt 15, so dass der Abstützwinkel verbessert ist.
Die 3 zeigt eine Abwandlung der Lageranordnung 1 in der 2, wobei im Folgenden nur auf die Unterschiede eingegangen wird. Statt einer Aussparung 8 mit einem recheckigen Querschnitt zeigt die Abwandlung in der Figur eine Aussparung mit einer Halbrundnut als Aussparung 8, wobei besonders bevorzugt der Krümmungsradius der Aussparung 8 über den gesamten Verlauf konstant ist. Die Abwandlung mit gekrümmten Abstützungsbereichen 11 bzw. die als Halbrundnut ausgebildete Aussparung 8 verkleinert die Kerbwirkung, welche durch einen Kraftübertrag von der Ringeinheit 9 über den Eingreifabschnitt 10 auf die Welle 2 eingeleitet wird. Durch diese konstruktive Besonderheit wird somit die Belastbarkeit der Welle 2 erhöht.
Die 4 zeigt eine weitere Abwandlung in gleicher Darstellung wie in den 2 und 3, wobei im Folgenden wieder nur auf die Unterschiede eingegangen wird. Statt einem einstückig angeformten Eingreifabschnitt 10 wird eine Mehrzahl von Kugeln 16 eingesetzt, welche in die Aussparung 8 eingelegt sind. Die Ringeinheit 9 weist gegenüberliegend zu der Aussparung 8 eine umlaufende Halbrundnut 17 auf, wobei sich die Halbrundnut 17 und die Aussparung 8 in dem gezeigten Längsschnitt zu einem Kreis (bis auf den Bereich des Ringspalts 15) nahezu vollständig ergänzen und die Kugeln 16 in dem gezeigten Längsschnitt nahezu vollständig umlaufend umschließen. Zum Einfüllen der Mehrzahl der Kugeln 16 kann zum einen vorgesehen sein, dass die Ringeinheit 9 in Umlaufrichtung geteilt oder als Halbschalen ausgebildet ist. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass die Ringeinheit 9 in Umlaufrichtung durchgängig ist und die Kugeln 16 über einen Einfüllstutzen in die Ringeinheit 9 eingefüllt werden, welcher nachfolgend durch einen Stopfen oder dergleichen verschlossen wird
In einem weiteren, nicht gezeigten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Eingreifabschnitt 10 als ein Rundstahlring ausgebildet, welcher zwecks der einfachen Montage in Umlaufrichtung einfach geteilt sein kann. Auch der Rundstahlring kann in seinem Querschnitt senkrecht zur Umlaufrichtung kreisrund ausgebildet sein, so dass die Aussparung 8 und die Halbrundnut 17 analog wie soeben beschrieben ausgeführt sind.
Die 5 zeigt die Überwurfmutter 12 der vorhergehenden Figuren in einer Längsschnittdarstellung durch die Drehachse der Welle 2 in einer axial verkürzten Darstellung. Wie man der 5 entnehmen kann ist ein Schlitz 18 als Nut umlaufend um die Welle 2 und radial nach innen geöffnet in den Hülsenkörper 11 eingebracht. Durch eine oder in Umlaufrichtung verteilte, mehrere Schrauben 19 kann die Weite des Schlitzes 18 in axialer Richtung verringert werden, so dass das Innengewinde 14 auf dem Außengewinde 13 klemmend verriegelt wird. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann der Schltz 18 nur über einen Teilwinkelbereich, z. B. 90° eingebracht sein.
Bezugszeichenliste

1: Lageranordnung
2: Welle
3: Wälzlager
4: Wälzlager
5: Gehäuse
6: Wellenschulter
7: Wellenmutter
8: Aussparung
9: Ringeinheit
10: Eingreifabschnitt
11: Abstützungsbereich
12: Überwurfmutter
13: Außengewinde
14: Innengewinde
15: Ringspalt
16: Kugeln
17: Halbrundnut
18: Schlitz
19: Schrauben

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10318751 A1 [0005]
DE 4117334 A1 [0006]
DE 10110668 A1 [0007]

Claims

Baueinheit (1) mit einer Welle (2), wobei die Welle (2) mindestens eine Kopplungsgeometrie (8) aufweist, mit einer Ringeinheit (9), die über einen Kopplungsabschnitt (10) mit der Kopplungsgeometrie (8) in axialer Richtung der Welle (2) formschlüssig verbunden ist, und mit einer Überwurfmutter (12), die mit einem Formschlussabschnitt (13) mit der Ringeinheit (9) formschlüssig verbunden ist, wobei die Überwurfmutter (12) zur Sicherung und/oder Vorspannung eines sich auf der Welle (2) befindlichen Lagers (4) durch einen Kraftübertrag von der Überwurfmutter (12) auf das Lager ausgebildet und/oder angeordnet ist.
Baueinheit (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwurfmutter (12) durch unmittelbaren und/oder körperlichen Kontakt zum Lager (4) und/oder durch mindestens ein Kopplungselement zum Lager (4) dessen Kraftübertrag realisiert.
Baueinheit (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplungsgeometrie (8) in Umlaufrichtung um die Welle (2) durchgängig oder in Umlaufrichtung der Welle (2) nur abschnittsweise ausgebildet ist.
Baueinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplungsgeometrie (8) der Welle (2) als Steg, vorzugsweise mit einem abgerundeten Profil, insbesondere als Halbrundsteg, ausgebildet ist.
Baueinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplungsgeometrie der Welle als Aussparung (8), insbesondere als eine Nut, im speziellen als Halbrundnut ausgebildet ist.
Baueinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopplungsabschnitt (10) zumindest abschnittsweise mit dem Formschlussabschnitt (13) einteilig und/oder als integriertes Element oder als eine unabhängige und/oder separate Komponente ausgebildet ist.
Baueinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringeinheit (9) und/oder der Kopplungsabschnitt (10) in Umlaufrichtung mindestens einfach geöffnet und/oder ein- oder mehrteilig ausgebildet ist bzw. sind.
Baueinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopplungsabschnitt (10) als eine Mehrzahl von Kugeln (16) oder als ein Einlegering ausgebildet ist.
Baueinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwurfmutter (12) formschlüssig durch eine Innenverzahnung, vorzugsweise durch ein Gewinde (14), mit dem Formschlussabschnitt (13) der Ringeinheit (9) verbunden ist.
Baueinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass durch die formschlüssige Verbindung von Überwurfmutter (12) und Ringeinheit (9) eine stufenlose und/oder spielfreie Feineinstellung des Lagers (4) zur Welle (2) ermöglicht wird.
Baueinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Überwurfmutter (12) am inneren Umfang in radialer Richtung geschlitzt (18) ist und mittels einer oder mehrerer Schrauben (19) in axialer Richtung gegen Lösen gesichert ist.
Baueinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche gekennzeichnet durch ein Festlager als das Lager (4), wobei die Baueinheit (1) zur Sicherung und/oder zur Vorspannung des Festlagers ausgebildet ist.
Baueinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (4) zur Lagerung einer Antriebswelle einer Windkraftanlage und/oder als ein Großlager mit einem freien Durchmesser größer als 500 mm, vorzugsweise größer als 1000 mm und insbesondere größer als 1500 mm ausgebildet ist.
Windkraftanlage mit einer Baueinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Verfahren zur Sicherung und/oder Vorspannung eines Lagers in axialer Richtung durch eine Baueinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Lagerluft und/oder die Vorspannung durch Verschiebung und/oder Verdrehung der Überwurfmutter (12) relativ zu der Ringeinheit (9) eingestellt wird.