DE102010008945A1

DE102010008945A1 - Kegelrollenlager

Info

Publication number: DE102010008945A1
Application number: DE201010008945
Authority: DE
Inventors: Armin Necker; Rainer Messerschmidt; Hamed Ramezanali
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-02-23
Filing date: 2010-02-23
Publication date: 2011-10-06

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kegelrollenlager (1; 1'), bestehend aus einem Lageraußenring (2) und einem Lagerinnenring (3) sowie aus einer Anzahl von zwischen den Lagerringen (2, 3) abrollenden, durch Käfigtaschen (17) eines Lagerkäfigs (6) in gleichmäßigen Abständen zueinander gehaltenen Wälzkörpern (4) in Form von Kegelrollen (5) mit einer durchmesserkleinen Rollenstirn (15) und einer durchmessergroßen Rollenstirn (16), wobei wenigstens eine Rollenstirn (15; 16) in Kontakt mit einem Schmierstoffelement (18; 19; 26; 27) bringbar ist. Um die Versorgung von Schmiermittel zu verbessern ist vorgesehen, dass beide Rollenstirne (15, 16) jeweils einer Kegelrolle (5) in Kontakt mit jeweils einer Stirnseite (22, 23; 30, 31) eines Schmierstoffelements (18, 19; 26, 27) bringbar sind, wobei die Schmierstoffelemente (18, 19; 26, 27) im Inneren des Kegelrollenlagers (1; 1') wenigstens an einem der Lagerringe (2; 3) befestigt sind.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Kegelrollenlager, bestehend aus einem Lageraußenring und einem Lagerinnenring sowie aus einer Anzahl von zwischen den Lagerringen abrollenden, durch Käfigtaschen eines Lagerkäfigs in gleichmäßigen Abständen zueinander gehaltenen Wälzkörpern in Form von Kegelrollen mit einer durchmesserkleinen Rollenstirn und einer durchmessergroßen Rollenstirn, wobei wenigstens eine Rollenstirn in Kontakt mit einem Schmierstoffelement bringbar ist.
Hintergrund der Erfindung
Kegelrollenlager, beispielsweise solche, die für die Hauptrotorlagerung einer Windkraftanlage verwendet werden, müssen über ihre gesamte Lebensdauer mit Schmiermitteln oder Schmierstoffen versorgt werden, da derartige Lager besonders hohen Belastungen ausgesetzt sind und eine intensive Schmierstoffversorgung notwenig ist, um ein Einlaufen der Kegelrollen zu vermeiden. Dabei sind derartige Lager vornehmlich radialen, aber auch axial wirkenden Kräften ausgesetzt. Insbesondere ein gleitender Kontakt zwischen den Rollenstirnen und den Käfigtaschen des Lagerkäfigs bzw. zwischen den Bordwänden von Borden des Lagerinnenrings führt zur Notwendigkeit, auch die Rollenstirne mit Schmiermitteln zu versorgen.
Aus der EP 2 119 924 A1 ist ein gattungsgemäßes Kegelrollenlager bekannt, bei dem einseitig auf einer Seite des Käfigs Schmierstoffelemente vorgesehen sind, welche Schmierstoff an die Kegelrollen abgeben. Dabei ist es von Nachteil, dass nur eine Rollenstirn mit Schmierstoff versorgt werden kann, während die andere Rollenstirn nicht mit Schmiermittel benetzt wird.
Aus der DE 695 34 033 T2 ist ein Pendelrollenlager bekannt, dessen Käfig mit einer Schmiermittelbeschichtung versehen ist, wobei sich die Beschichtung rund um die Käfigtaschen des Lagerkäfigs befinden kann.
Aus der DE 601 25 646 T2 ist ein Wälzlagerkäfig aus einem Kunstharzmaterial bekannt, in welchen Schmierstoffpartikel eingelagert sind.
Schließlich ist es aus der DE 32 18 145 A1 bekannt, Führungsborde von Kegelrollenlagern mit einem schmierstoffhaltigen Gleitlack zu überziehen. Ein Kontakt mit den Rollenstirnen ist hiermit nicht möglich. Zudem stellt ein Lacküberzug eine äußerst dünne Beschichtung dar, welche nicht geeignet ist, über einen längeren Zeitraum wirksam zu sein.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kegelrollenlager zu schaffen, das die geschilderten Nachteile nicht aufweist. Insbesondere sollen die Schmiermittelversorgung des Kegelrollenlagers und das Anlaufverhalten sowie die Geräuschdämpfung des Lagers signifikant verbessert werden.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich diese Aufgabe lösen lässt, wenn jeder Rollenstirn der Wälzkörper wenigstens ein Schmierstoffelement zugeordnet ist, wobei das Schmierstoffelement jeweils an einem der Lagerringe angebracht ist.
Die Erfindung geht daher aus von einem Kegelrollenlager, bestehend aus einem Lageraußenring und einem Lagerinnenring sowie aus einer Anzahl von zwischen den Lagerringen abrollenden, durch Käfigtaschen eines Lagerkäfigs in gleichmäßigen Abständen zueinander gehaltenen Wälzkörpern in Form von Kegelrollen mit einer durchmesserkleinen Rollenstirn und einer durchmessergroßen Rollenstirn, wobei wenigstens eine Rollenstirn in Kontakt mit einem Schmierstoffelement bringbar ist. Zudem ist vorgesehen, dass beide Stirnseiten der Kegelrollen in Kontakt mit jeweils einer Stirnseite eines Schmierstoffelements bringbar sind, wobei die Schmierstoffelemente im Inneren des Kegelrollenlagers wenigstens an einem der Lagerringe befestigt sind.
Durch diesen Aufbau wird vorteilhaft erreicht, dass sich die Schmierstoffsituation im Kegelrollenlager deutlich verbessert. Durch die erfindungsgemäße Konstruktion lässt sich zudem das Geräuschverhalten aufgrund der Dämpfungseigenschaften der Schmierstoffelemente positiv beeinflussen.
Außerdem kann vorgesehen sein, dass die Schmierstoffelemente mit ihren radialen Außenseiten an der radial inneren Mantelfläche des Lageraußenrings angeordnet sind.
In einer anderen praktischen Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass die Schmierstoffelemente mit ihren radialen Innenseiten auf dem kleinen Bord und auf dem großen Bord des Lagerinnenrings befestigt sind.
Eine andere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Schmierstoffelemente mit ihren radialen Außenseiten an der radial inneren Mantelfläche des Lageraußenrings angeordnet sind. Gemäß einer anderen Variante ist vorgesehen, dass die Schmierstoffelemente mit ihren radialen Innenseiten auf dem kleinen Bord und auf dem großen Bord des Lagerinnenrings befestigt sind.
Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung vorzusehen, dass Schmierstoffelemente an den Käfigtaschen angeordnet sind.
In einer besonders praktischen Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Schmierstoffelemente als Ring ausgebildet sind. Alternativ dazu kann vorgesehen sein, dass die Schmierstoffelemente als eine Mehrzahl von Segmenten ausgebildet sind. Letztere Ausgestaltung lässt sich auch noch dadurch ergänzen, dass die Anzahl der Segmente der Anzahl der Kegelrollen entspricht.
Andere praktische Varianten der Erfindung zeichnen sich dadurch aus, dass die Schmierstoffelemente aus einem textilen Filz oder aus einem mit Schmierstoffen gefüllten polymeren Material bestehen.
Besonders vorteilhaft ist schließlich eine Ausgestaltung der Erfindung, die sich dadurch auszeichnet, dass die Dicke der Schmierstoffelemente zwischen 2 mm und 25 mm beträgt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt
1 eine Radialschnittansicht durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines Kegelrollenlagers gemäß der Erfindung in hälftiger Darstellung,
2 das Kegelrollenlager aus 1 von der einen Seite,
3 das Kegelrollenlager aus 1 von der anderen Seite,
4 eine Radialschnittansicht durch ein zweites Ausführungsbeispiel eines Kegelrollenlagers gemäß der Erfindung in hälftiger Darstellung,
5 das Kegelrollenlager aus 4 von der einen Seite, und
6 das Kegelrollenlager aus 4 von der anderen Seite.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnung
In den 1 und 4 ist jeweils ein einreihiges Kegelrollenlager 1 bzw. 1' in hälftiger Radialschnittansicht dargestellt, wobei nachfolgend für gleiche Teile gleiche Bezugsziffern verwendet werden. Beide Kegelrollenlager 1, 1' dienen beispielsweise als Festlager einer nicht dargestellten Rotorhauptlagerung einer Windkraftanlage. Das Kegelrollenlager 1 bzw. 1' besteht im Wesentlichen aus einem Lageraußenring 2 und einem Lagerinnenring 3 sowie aus einer Anzahl von zwischen den Lagerringen 2, 3 abrollenden Wälzkörpern 4 in Form von Kegelrollen 5, die durch einen Lagerkäfig 6 in gleichmäßigen Abständen zueinander gehalten sind. Der Lagerinnenring 3 und der Lageraußenring 2 sind jeweils einteilig ausgebildet.
Die Kegelrollen 5 rollen mit ihren Mantelflächen 7 an einer Laufbahn 8 des Lageraußenrings 2 und an einer Laufbahn 9 des Lagerinnenrings 3 ab. Während die Laufbahn 8 des Lageraußenrings 2 durch dessen radial innere Mantelfläche 10 gebildet ist und keine axiale Begrenzung aufweist, ist die Laufbahn 9 des Lagerinnenrings 2 axial durch ein kleines Bord 11 und durch ein großes Bord 12 begrenzt. Die Borde 11, 12 liegen mit Bordwänden 13, 14 an der durchmesserkleineren Rollenstirn 15 bzw. an der durchmessergrößeren Rollenstirn 16 der Kegelrollen 5 an.
Im Betrieb des Kegelrollenlagers 1 bzw. 1' ist dieses radialen und auch axialen Belastungen ausgesetzt, wobei die höchsten Belastungen im Bereich der Laufbahnen 8, 9 auftreten. Diese werden mit einem Schmiermittel gegen vorzeitigen Verschleiß geschützt. Aber auch die Rollenstirne 15, 16 der Kegelrollen 5 unterliegen insbesondere bei axialer Belastung einem Verschleiß, vor allem dadurch, dass die Rollenstirne 15, 16 an die Bordwände 13, 14 und an nur angedeutete Käfigtaschen 17 des Lagerkäfigs 6 anlaufen bzw. an diesen Flächen in Wälzkontakt geraten. Um dieses Phänomen zumindest abzumildern, sind die Kegelrollenlager 1, 1' in besonderer Weise ausgebildet.
In 1 ist die hälftige Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Kegelrollenlagers 1 im Radialschnitt und in 2 sowie in 3 in Seitenansicht dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind Schmierstoffelemente 18, 19 an der inneren Mantelfläche 10 des Lageraußenrings 2 befestigt. Jedes Schmierstoffelement 18, 19 ist mit seiner radialen Außenseite 20, 21 fest mit der Mantelfläche 10 des Lageraußenrings 2 verbunden, beispielsweise durch eine Klebeverbindung. Eine axial innere Stirnseite 22, 23 der Schmierelemente 18, 19 ist jeweils gegen die Stirnflächen 15, 16 der Kegelrollen 5 gerichtet. In einer bevorzugten Ausführungsform berühren die Stirnseiten 22, 23 der Schmierelemente 18, 19 die Stirnseiten 15, 16 der Kegelrollen 5 sowohl im Stillstand als auch im Normalbetrieb.
Die axiale Länge der Schmierelemente 18, 19 kann aber so ausgebildet sein, dass die Kegelrollen 5 im Stillstand mit ihrer kleineren Rollenstirn 15 die gegenüber liegende Stirnseite 22 des Schmierelements 18 berühren und die größere Rollenstirn 16 die gegenüber liegende Stirnseite 23 des Schmierelements 19 nicht berührt. Im Betrieb wandern dann die Kegelrollen 5 in Richtung zum großen Bord 12 und geraten so recht schnell mit ihrer größeren Rollenstirn 16 in Kontakt mit der gegenüber liegenden Stirnseite 23 des Schmierelements 19.
Die Schmierelemente 18, 19 bestehen aus einem mit Schmiermittel getränkten Material bzw. aus einem Material, in welchem Schmierstoff gespeichert ist. Beispielsweise bestehen die Schmierelemente aus einem textilen Filz oder aus einem Polymermaterial, in dem Schmierstoffpartikel eingelagert ist. Als Schmiermittel kann übliches Lagerfett verwendet werden. Diesem können verschleißmindernde Stoffe zugesetzt werden, beispielsweise solche auf Basis von Graphit oder MoS₂.
Bei Kontakt der Rollenstirne 15, 16 mit den Schmierstoffelementen 18, 19 geben diese Schmiermittel an die Rollenstirne ab, welches durch Rotation der Kegelrollen 5 im Kegelrollenager 1 verteilt wird, so dass sowohl die Käfigtaschen 17, als auch die Bordwände 13, 14 des Lagerinnenrings 3 mit Schmiermittel benetzt werden, wodurch der Verschleiß des Kegelrollenlagers 1 deutlich reduziert wird. Das an die Rollenstirne 15, 16 abgegebene Schmiermittel gelangt aber auch in den Bereich der Laufbahnen 8 und 9, so dass auch diese verschleißintensiven Flächen mit einem Schmiermittelfilm versehen werden.
In 2 ist zu erkennen, dass das Schmierstoffelement 19 als Ring 24 ausgebildet ist, während das in 3 von der Seite zu erkennende Schmierstoffelement 18 aus einer Vielzahl einzelner Segmente 25 besteht, deren Anzahl der Anzahl der im Kegelrollenlager 1 angeordneten Kegelrollen 5 entspricht. Es ist jedoch auch möglich, beide Schmierstoffelemente 18, 19 jeweils als Ring 24 oder als eine Mehrzahl getrennter Segmente 25 auszubilden.
In 4 ist die hälftige Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Kegelrollenlagers 1' im Radialschnitt und in 5 und 6 in Seitenansicht dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind Schmierstoffelemente 26, 27 auf den Borden 11, 12 des Lagerinnenrings 3 angeordnet. Jedes Schmierelement 26, 27 ist mit einer radialen Innenseite 28, 29 fest mit einem Bord 11 bzw. 12 verbunden, beispielsweise durch eine Klebeverbindung. Eine axial innere Stirnseite 30, 31 der Schmierstoffelemente 26, 27 ist jeweils gegen die Rollenstirnen 15, 16 der Kegelrollen 5 gerichtet. Im Normalbetrieb besteht zwischen den Stirnseiten 30, 31 und den Rollenstirnen 15, 16 ein Abstand. Verschieben sich die Kegelrollen 5 im Betrieb axial, so berührt die kleinere Rollenstirn 15 die Stirnseite 30 des Schmierelements 26 bzw. berührt die größere Rollenstirn 16 die Stirnseite 31 des Schmierelements 27.
Die Schmierelemente 26, 27 bestehen wie die Schmierelemente 18, 19 aus den 1 bis 3 aus einem mit Schmiermittel getränkten Material bzw. aus einem Material, in welchem Schmierstoff gespeichert ist. Beispielsweise bestehen die Schmierelemente 26, 27 aus textilem Filz oder aus einem Polymermaterial, in dem Schmierstoffpartikel eingelagert ist. Als Schmiermittel kann übliches Lagerfett verwendet werden. Diesem kann ein Verschleiß mindernder Stoff zugesetzt sein, beispielsweise solche auf Basis von Graphit oder MoS₂.
Bei einem Kontakt der Rollenstirne 15, 16 der Kegelrollen 5 mit den Schmierelementen 26, 27 geben diese Schmiermittel an die Rollenstirne 15, 16 ab, welches durch Rotation der Kegelrollen 5 im Kegelrollenager 1' verteilt wird, so dass sowohl die Käfigtaschen 17, als auch die Bordwände 13, 14 des Lagerinnenrings 3 mit Schmiermittel benetzt werden, wodurch der Verschleiß des Kegelrollenlagers 1 deutlich reduziert wird. Das an die Rollenstirne 15, 16 abgegebene Schmiermittel gelangt aber auch in den Bereich der Laufbahnen 8 und 9, so dass auch diese verschleißintensiven Flächen mit einem Schmiermittelfilm versehen werden.
In 5 ist zu erkennen, dass das Schmierstoffelement 27 als Ring 32 ausgebildet ist, während das in 6 von der Seite zu erkennende Schmierstoffelement 26 aus einer Vielzahl einzelner Segmente 33 besteht, deren Anzahl der Anzahl der im Kegelrollenlager 1' angeordneten Kegelrollen 5 entspricht. Es ist jedoch auch möglich, beide Schmierstoffelemente 26, 27 jeweils als Ring 32 oder als eine Mehrzahl getrennter Segmente 33 auszubilden.
Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, sowohl den Lageraußenring 2 als auch den Lagerinnenring 3 in der zuvor beschriebenen Weise mit Schmierstoffelementen 18, 19 und 26, 27 zu versehen. Ebenso ist es möglich, nicht dargestellte Schmierstoffelemente, welche in ihrem Aufbau den zuvor beschriebenen Schmierstoffelementen 18, 19, 26, 27 entsprechen, an den Käfigtaschen 17 anzuordnen. Möglich ist es ferner, auch ein mehrreihiges Kegelrollenlager mit den zuvor beschriebenen Schmierstoffelementen 18, 19 und 26, 27 zu versehen.
Die Dicke der Schmierstoffelemente 18, 19, 26, 27 ist so bemessen, dass sie möglichst viel Schmiermittel aufnehmen und entsprechend über einen möglichst langen Zeitraum dosiert an die Rollenstirne 15, 16 abgegeben können. Bewährt hat sich ein filzartiges Material mit einer Dicke von 2 mm bis 25 mm, je nach Größe des entsprechend ausgerüsteten Kegelrollenlagers 1, 1'.
Bezugszeichenliste

1: Kegelrollenlager
2: Lageraußenring
3: Lagerinnenring
4: Wälzkörper
5: Kegelrolle
6: Lagerkäfig
7: Mantelfläche einer Kegelrolle 5
8: Laufbahn des Lageraußenrings
9: Laufbahn, Mantelfläche des Lagerinnenrings
10: Mantelfläche des Lageraußenrings
11: Kleines Bord
12: Großes Bord
13: Bordwand
14: Bordwand
15: Kleine Rollenstirn
16: Große Rollenstirn
17: Käfigtasche
18: Schmierstoffelement
19: Schmierstoffelement
20: Außenseite
21: Außenseite
22: Stirnseite
23: Stirnseite
24: Ring
25: Segment
26: Schmierstoffelement
27: Schmierstoffelement
28: Innenseite
29: Innenseite
30: Stirnseite
31: Stirnseite
32: Ring
33: Segment

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

EP 2119924 A1 [0003]
DE 69534033 T2 [0004]
DE 60125646 T2 [0005]
DE 3218145 A1 [0006]

Claims

Kegelrollenlager (1; 1'), bestehend aus einem Lageraußenring (2) und einem Lagerinnenring (3) sowie aus einer Anzahl von zwischen den Lagerringen (2, 3) abrollenden, durch Käfigtaschen (17) eines Lagerkäfigs (6) in gleichmäßigen Abständen zueinander gehaltenen Wälzkörpern (4) in Form von Kegelrollen (5) mit einer durchmesserkleinen Rollenstirn (15) und einer durchmessergroßen Rollenstirn (16), wobei wenigstens eine Rollenstirn (15; 16) in Kontakt mit einem Schmierstoffelement (18; 19; 26; 27) bringbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass beide Rollenstirne (15, 16) jeweils einer Kegelrolle (5) in Kontakt mit jeweils einer Stirnseite (22, 23; 30, 31) eines Schmierstoffelements (18, 19; 26, 27) bringbar sind, wobei die Schmierstoffelemente (18, 19; 26, 27) im Inneren des Kegelrollenlagers (1; 1') wenigstens an einem der Lagerringe (2; 3) befestigt sind.
Kegelrollenlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmierstoffelemente (18, 19) mit ihren radialen Außenseiten (20, 21) an der radial inneren Mantelfläche (10) des Lageraußenrings (2) angeordnet sind.
Kegelrollenlager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmierstoffelemente (26, 27) mit ihren radialen Innenseiten (28; 29) auf dem kleinen Bord (11) und auf dem großen Bord (12) des Lagerinnenrings (3) befestigt sind.
Kegelrollenlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Schmierstoffelemente (18, 19) mit ihren radialen Außenseiten (20, 21) an der radial inneren Mantelfläche (10) des Lageraußenrings (2) angeordnet sind, und/oder dass Schmierstoffelemente (26 27) mit ihren radialen Innenseiten (28; 29) auf dem kleinen Bord (11) und auf dem großen Bord (12) des Lagerinnenrings (3) befestigt sind.
Kegelrollenlager wenigstens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Schmierstoffelemente an den Käfigtaschen (17) angeordnet sind.
Kegelrollenlager wenigstens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmierstoffelemente (19, 27) als Ring (24, 32) ausgebildet sind.
Kegelrollenlager wenigstens nach einem der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmierstoffelemente (18, 26) als eine Mehrzahl von Segmenten (25, 33) ausgebildet sind.
Kegelrollenlager nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Segmente (25, 33) der Anzahl der Kegelrollen (5) entspricht.
Kegelrollenlager wenigstens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmierstoffelemente (18, 19, 26, 27) aus einem textilen Filz oder aus einem mit Schmierstoffen gefüllten polymeren Material bestehen.
Kegelrollenlager nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Schmierstoffelemente (18, 19, 26, 27) zwischen 2 mm und 25 mm beträgt.