DE102010012473A1 - Wire sleeve bearing e.g. single-row skew-angle roller bearing, for use in ocean current power plant, has cage made of high performance plastic, and rolling members made from group containing ceramic material, plastic and hard metal - Google Patents
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Abstract
Description
Gebiet der ErfindungField of the invention
Die Erfindung betrifft ein Draht-Wälzlager mit einem äußeren und einem inneren, jeweils aus mehreren in Lagerachsenrichtung hintereinander angeordneten, ringförmig gebogenen Rohr- oder Stangenprofilen gebildeten Lagerring, ferner mit wenigstens einem am Innenumfang des äußeren Lagerringes angeordneten und am Außenumfang des inneren Lagerringes angeordneten Draht-Laufring, und mit wenigstens einer in einem Käfig geführten Wälzkörperreihe, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Lagers.The invention relates to a wire rolling bearing with an outer and an inner, each of a plurality of bearing axis direction arranged behind one another, annularly curved tube or rod profiles formed bearing ring, further arranged with at least one arranged on the inner circumference of the outer bearing ring and arranged on the outer circumference of the inner bearing ring wire Running ring, and with at least one guided in a cage rolling element row, and a method for producing such a bearing.
Hintergrund der ErfindungBackground of the invention
Draht-Wälzlager haben sich ganz allgemein in vielen technischen Bereichen seit längerer Zeit bewährt. Sie gelten als leicht bauend, leise laufend und preiswert in der Herstellung. Kennzeichnend für Draht-Wälzlager ist, dass nur die Draht-Laufringe aus einem hochbelastbaren, gehärteten Material bestehen, während die die Laufringe abstützenden Lagerringe im Sinne einer ”adjusted performance” aus einem an den jeweiligen Verwendungszweck angepassten Material bestehen können.Wire rolling bearings have generally been proven in many technical fields for quite some time. They are considered to be easy to build, quietly running and inexpensive to manufacture. Characteristic of wire rolling bearings is that only the wire races of a heavy-duty, hardened material, while the bearing rings supporting the rings in the sense of an "adjusted performance" can consist of a customized to the particular application material.
Ein besonders anspruchsvoller Anwendungsbereich für Wälzlager allgemein ist deren Betrieb in einem aggressiven Medium, beispielsweise im Meerwasser. Meeresströmungskraftwerke mit Horizontal- oder Vertikalrotoren weisen in der Regel Lagerstellen unterhalb des Meeresspiegels auf. Derartige Lager sind durch große Bohrungsdurchmesser (> 1 m) und kleine Lagerquerschnitte gekennzeichnet. Lagerlösungen für diesen Einsatz verwenden im Allgemeinen so genannte Dünnringlager, deren Lagerringe unter Einsatz einer spanenden Fertigung aus korrosionsbeständigen, martensitischen Werkstoffen hergestellt werden. Eine spanende Fertigung großer Lagerringe ist wegen der dafür benötigten maschinentechnischen Ausstattung für die Bearbeitung und Handhabung sehr aufwendig und teuer. Außerdem ist die Bereitstellung des Ausgangsmaterials (Rohlinge für die Lagerringe) mit vergleichsweise großen Kosten verbunden. Die bekannten Lager sind in der Regel abgedichtet und verwenden konventionelle Schmierstoffe. Bei großen Durchmessern und entsprechenden Dichtlippenlängen ist jedoch ein nicht unerheblicher Austritt von Schmierstoff unvermeidlich, so dass in aufwendiger Weise eine regelmäßige Schmierstoffergänzung unter Wasser erforderlich ist, um einen gefährlichen Trockenlauf zu vermeiden.A particularly demanding area of application for rolling bearings in general is their operation in an aggressive medium, for example in seawater. Marine current power plants with horizontal or vertical rotors usually have bearings below sea level. Such bearings are characterized by large bore diameter (> 1 m) and small bearing cross sections. Bearing solutions for this application generally use so-called thin-ring bearings, the bearing rings of which are produced by machining from corrosion-resistant, martensitic materials. A machining large bearing rings is very complicated and expensive because of the required mechanical equipment for processing and handling. In addition, the provision of the starting material (blanks for the bearing rings) is associated with relatively high costs. The known bearings are usually sealed and use conventional lubricants. For large diameters and corresponding sealing lip lengths, however, a significant leakage of lubricant is inevitable, so that in a complex manner a regular lubricant supplement under water is required to avoid a dangerous dry running.
Aus der
Aus der
Aufgabe der ErfindungObject of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Draht-Wälzlager der im Oberbegriff des Anspruchs 1 beschriebenen Art so zu verbessern, dass es bei kostengünstiger Leichtbauweise und der Möglichkeit einer Medienschmierung beständig gegen aggressive Medien, insbesondere Meerwasser, und dabei verschleißfest sowie trockenlaufsicher ist.The invention has for its object to improve a wire roller bearing described in the preamble of claim 1 way that it is cost-effective lightweight construction and the possibility of media lubrication resistant to aggressive media, especially seawater, while wear resistant and dry running safe.
Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass Draht-Wälzlager der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art schon einige die Lösung der vorliegenden Aufgabe begünstigende Merkmale aufweisen, d. h. sie ermöglichen eine Leichtbauweise und eine kostengünstige Herstellung auch bei großen Bohrungsdurchmessern.The invention is based on the finding that wire rolling bearings referred to in the preamble of claim 1 already have some of the solution of the present invention favors features, d. H. They allow lightweight construction and cost-effective production even with large bore diameters.
Die Erfindung geht daher aus von einem Draht-Wälzlager mit einem äußeren und einem inneren, jeweils aus mehreren in Lagerachsenrichtung hintereinander angeordneten, ringförmig gebogenen Rohr- oder Stangenprofilen gebildeten Lagerring, ferner mit wenigstens einem am Innenumfang des äußeren Lagerringes angeordneten und am Außenumfang des inneren Lagerringes angeordneten Draht-Laufring, und mit wenigstens einer in einem Käfig geführten Wälzkörperreihe. Gemäß der Erfindung ist zur Lösung der Aufgabe vorgesehen, dass die Rohr- oder Stangenprofile für die Lagerringe aus einem Faserverbundwerkstoff gebildet sind, dass die Laufringe jeweils aus einem austenitischen Werkstoff gebildet sind, dass der Käfig aus einem Hochleistungskunststoff gebildet ist, und dass die Wälzkörper aus einem Material aus der Gruppe Keramik, Hochleistungskunststoff, Hartmetall bestehen.The invention is therefore based on a wire rolling bearing with an outer and an inner, each of several arranged in the bearing axis direction one behind the other, annularly curved pipe or rod profiles formed bearing ring, further arranged with at least one on the inner circumference of the outer bearing ring and the outer circumference of the inner bearing ring arranged wire race, and with at least one guided in a cage rolling element row. According to the invention is provided for solving the problem that the pipe or rod profiles are formed for the bearing rings of a fiber composite material, that the races are each formed of an austenitic material, that the cage is formed of a high performance plastic, and that the rolling elements of a material from the group ceramic, high-performance plastic, hard metal consist.
Die erfindungsgemäße Auswahl der einzelnen Materialien und Materialpaarungen ermöglicht es, das Draht-Wälzlager als nicht abgedichtetes Lager mit einer so genannten Medienschmierung zu nutzen, so dass es auf anfällige Lippendichtungen und konventionelle Schmierstoffe verzichten kann.The inventive selection of the individual materials and material pairings makes it possible to use the wire roller bearing as a non-sealed bearing with a so-called media lubrication, so that it can dispense with vulnerable lip seals and conventional lubricants.
Faserverbundwerkstoffe, wie beispielsweise glasfaserverstärkter Kunststoff (GFK), kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff (CFK), aramidfaserverstärkter Kunststoff und naturfaserverstärkter Kunststoff (NFK) zeichnen sich durch ehe sehr gute Beständigkeit gegenüber aggressiven Medien, insbesondere Meerwasser aus und weisen eine geringe Dichte und damit ein geringes Gewicht bei höchster Festigkeit auf. Rohr- oder Stangenprofile aus den genannten Verbundwerkstoffen sind in den unterschiedlichsten Abmessungen am Markt verfügbar oder mit relativ einfachen Verfahren herstellbar. Lagerringdrähte aus austenitischen Stählen werden als gezogene Profildrähte ebenfalls in unterschiedlichen Abmessungen und Querschnittsformen zur Verfügung gestellt. Ähnliches gilt für Kugeln aus den genannten Werkstoffen. Es hat sich überdies gezeigt, dass die genannten Materialpaarungen beispielsweise durch Meerwasser ausreichend geschmiert werden, jedoch auch ausgezeichnete Trockenlaufeigenschaften haben. Insgesamt ergibt sich ein meerwasserbeständiges, verschleißfestes, für den Trockenlauf geeignetes Drahtlager in Leichtbauweise.Fiber composites, such as glass fiber reinforced plastic (GRP), carbon fiber reinforced plastic (CFRP), aramid fiber reinforced plastic and natural fiber reinforced plastic (NFK) are characterized by their very good resistance to aggressive media, especially seawater and have a low density and thus a low weight at highest Strength on. Pipe or bar profiles made from the above-mentioned composite materials are available in a wide variety of dimensions on the market or can be produced with relatively simple methods. Austenitic steel bearing ring wires are also provided in different dimensions and cross-sectional shapes as drawn profile wires. The same applies to balls made of the materials mentioned. It has also been shown that the mentioned material pairings are sufficiently lubricated, for example by seawater, but also have excellent dry-running properties. Overall, there is a seawater resistant, wear-resistant, suitable for dry running wire bearings in lightweight construction.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Draht-Wälzlager als einreihiges Schrägkugellager ausgebildet ist, welches sowohl axiale als auch radiale Kräfte aufnehmen kann.According to one embodiment of the invention, it is provided that the wire roller bearing is designed as a single-row angular contact ball bearing, which can accommodate both axial and radial forces.
Die Ausgestaltung des einreihigen Schrägkugellagers wird vorzugsweise so getroffen, dass auch mehrere derartige Lager in Tandemanordnung hintereinander zu einem mehrreihigen Tandem-Schrägkugellager zusammengesetzt werden können, wie anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert wird.The design of the single-row angular contact ball bearing is preferably made so that a plurality of such bearings can be assembled in tandem in a row to form a multi-row tandem angular contact ball bearings, as will be explained in more detail using an exemplary embodiment.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Draht-Wälzlager als ebenfalls für die Aufnahme von axialen und radialen Kräften geeignetes einreihiges Vierpunktlager ausgebildet ist.A further embodiment of the invention provides that the wire roller bearing is designed as also suitable for receiving axial and radial forces single-row four-point bearing.
Wie bereits weiter vorne dargelegt wurde, sind Rohr- oder Stangenprofile aus einem Faserverbundwerkstoff in den unterschiedlichsten Abmessungen und Profilen am Markt erhältlich. Um jedoch ein für einen ganz bestimmten Anwendungsfall optimiertes Profil zur Verfügung zu haben, ist gemäß der Erfindung vorgesehen, die die Lagerringe bildenden Rohr- oder Stangenprofile mittels eines Pultrusionsverfahrens als Endlosprofile herzustellen, ringförmig zu biegen und entsprechend der erforderlichen Länge abzulängen. Es ist aber auch möglich, das Ablängen vor dem ringförmigen biegen durchzuführen. Die freien Enden der ringförmig gebogenen Profile können dann in geeigneter Weise miteinander verbunden werden, oder, etwa wenn die einen Lagerring bildenden Profile so miteinander verbunden werden, dass die offenen Enden der Profile in Umfangsrichtung versetzt angeordnet sind, auch offen bleiben.As stated earlier, tube or bar profiles made of a fiber composite material in a wide variety of dimensions and profiles are available on the market. However, in order to have a profile optimized for a very specific application, it is provided according to the invention to produce the tubular or rod profiles forming the bearing rings by means of a pultrusion process as endless profiles, to bend annularly and cut to length according to the required length. But it is also possible to perform the cutting to length before the annular bending. The free ends of the annularly bent profiles can then be suitably connected to one another, or, for example, when the profiles forming a bearing ring are connected to one another in such a way that the open ends of the profiles are offset in the circumferential direction, they also remain open.
Gemäß einem anderen Verfahren ist vorgesehen, dass die die Lagerringe bildenden endlosen Rohr- oder Stangenprofile entsprechend dem erforderlichen Durchmesser aufgewickelt werden und der Wickel längs einer Mantellinie aufgeschnitten wird, womit sich eine der Anzahl der Wicklungen entsprechende Anzahl von fertig gebogenen Profilen ergibt.According to another method it is provided that the bearing rings forming endless tube or rod profiles are wound according to the required diameter and the winding is cut along a surface line, which results in a number of windings corresponding number of finished bent profiles.
Eine andere Verfahrensweise sieht vor, dass die die Lagerringe bildenden Rohr- oder Stangenprofile mittels eines so genannten Radius-Pultrusionsverfahrens als gebogene Endlosprofile hergestellt und entsprechend der erforderlichen Länge abgelängt werden. Dabei ist ein gesonderter Biegevorgang nicht erforderlich.Another procedure provides that the tubular or rod profiles forming the bearing rings are produced by means of a so-called radius pultrusion method as curved endless profiles and cut to length according to the required length. In this case, a separate bending process is not required.
Das die Laufringe bildende Drahtmaterial wird gemäß der Erfindung vorzugsweise mittels eines Drahtziehverfahrens bei gleichzeitiger Kaltverfestigung als Endlosmaterial hergestellt, ringförmig gebogen und entsprechend der erforderlichen Länge abgelängt.The wire material forming the races is preferably produced by means of a wire drawing method with simultaneous work hardening as continuous material, bent annularly and cut to length according to the required length.
In ähnlicher Weise wird das den Käfig bildende Kunststoffmaterial als Endlosmaterial hergestellt, ringförmig gebogen und entsprechend der erforderlichen Länge abgelängt bzw. abgeschnitten. Dieses den Käfig bildende Kunststoffmaterial besteht aus Polyetheretherketone (PEEK), Polyamidimid (PAI), Polyimid (PI), Polyphenylensulfit (PPS) oder aus einem Werkstoff auf der Basis von Polytetrafluorethylen (PTFE) oder Phenolharz.Similarly, the plastic material forming the cage is made as a continuous material, bent annularly and cut to the required length. This cage-forming plastic material consists of polyetheretherketone (PEEK), polyamide-imide (PAI), polyimide (PI), polyphenylene sulphite (PPS) or a material based on polytetrafluoroethylene (PTFE) or phenolic resin.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen an einigen Ausführungsformen näher erläutert. Darin zeigen:The invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings of some embodiments. Show:
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen Detailed description of the drawings
Das in
Der äußere Lagerring
Der innere Lagerring
Die beiden Laufringe
Der Käfig
Die Wälzkörper (Kugeln) bestehen beispielsweise aus Keramik (z. B. Siliziumnitrid Si3N4), aus einem Hochleistungskunststoff auf der Basis von Polyamidimid (PAI) oder Polyetheretherketone (PEEK), oder aus einem Hartmetall (z. B. DZ10).The rolling elements (balls) are made, for example, of ceramic (eg silicon nitride Si 3 N 4 ), of a high-performance plastic based on polyamide-imide (PAI) or polyether-ether-ketone (PEEK), or of a hard metal (eg DZ10).
Die Materialien der den äußeren Lagerring
Es sei an dieser Stelle bemerkt, dass anstelle der in den
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 22
- Draht-WälzlagerWire Rolling
- 44
- Äußerer LagerringOuter bearing ring
- 66
- Innerer LagerringInner bearing ring
- 88th
- Draht-LaufringWire race
- 1212
- KäfigCage
- 1414
- Wälzkörperrolling elements
- 1616
- Rohrprofiltube profile
- 1717
- Rohrprofiltube profile
- 1818
- Rohrprofiltube profile
- 1919
- Rohrprofiltube profile
- 2020
- Berührungsliniecontact line
- 2222
- SchrägkugellagerAngular contact ball bearings
- 2424
- SchrägkugellagerAngular contact ball bearings
- 2626
- Berührungsliniecontact line
- 2828
- Berührungsliniecontact line
- 3030
- Äußerer LagerringOuter bearing ring
- 3232
- Äußerer LagerringOuter bearing ring
- 3434
- Lagerringbearing ring
- 3636
- Lagerringbearing ring
- 3838
- VierpunktlagerFour point contact bearings
- 4040
- Äußerer LagerringOuter bearing ring
- 4242
- Innerer LagerringInner bearing ring
- 4444
- Draht-LaufringWire race
- 4646
- Draht-LaufringWire race
- 48 48
- Draht-LaufringWire race
- 5050
- Draht-LaufringWire race
- 5252
- KäfigCage
- 5454
- Wälzkörperrolling elements
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 20200241 U1 [0004] DE 20200241 U1 [0004]
- DE 102008026202 A1 [0005] DE 102008026202 A1 [0005]
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