DE102010014453A1

DE102010014453A1 - Lageranordnung und Getriebe einer Windkraftanlage

Info

Publication number: DE102010014453A1
Application number: DE201010014453
Authority: DE
Inventors: Roland Harich; Udo Krug; Arno Stubenrauch
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2010-04-09
Filing date: 2010-04-09
Publication date: 2011-06-09

Abstract

Eine Lageranordnung weist wenigstens zwei Lagerringe, sowie zwischen den Lagerringen angeordnete kegelstumpfartige Wälzkörper, wobei wenigstens einer der Lagerringe einen Bord zur Führung der Wälzkörper auf. Es ist wenigstens ein Stellelement vorgesehen, das derart ausgebildet ist, dass eine in Richtung des Bords wirkende Kraft auf die Wälzkörper ausgeübt wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung aufweisend wenigstens zwei Lagerringe, sowie zwischen den Lagerringen angeordnete kegelstumpfartige Wälzkörper, wobei wenigstens einer der Lagerringe einen Bord zur Führung der Wälzkörper aufweist und ein Getriebe einer Windkraftanlage.
In Planetengetrieben von Windkraftanlagen werden oftmals zur Aufnahme hoher axialer und radialer Belastungen Kegelrollenlagerungen eingesetzt. Diese zeichnen sich durch kegelstumpfartige Wälzkörper aus, die auf entsprechend schräg ausgebildeten Laufbahnen im Innen- und Außenring laufen. Zur Führung der Wälzkörper ist es bekannt, einen so genannten Bord vorzusehen, also ein axial zur Stirnseite der Wälzkörper benachbartes, radial aus einem der Lagerringe auskragendes Element, an dem die Wälzkörper während des Betriebs des Kegelrollenlagers entlanglaufen. Der Bord kann beispielsweise am Innenring angeordnet sein. Dabei wird er bevorzugt demjenigen Ende der Wälzkörper zugeordnet, das den größeren Rollendurchmesser aufweist.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Lageranordnung anzugeben, bei der die Wälzkörper sicher am Bord geführt werden und die leicht montierbar ist. Zudem ist es Aufgabe der Erfindung ein entsprechendes Getriebe anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch eine Lageranordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 bzw. 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Unteransprüche.
Gemäß Patentanspruch 1 wird eine Lageranordnung aufweisend wenigstens zwei Lagerringe, sowie zwischen den Lagerringen angeordnete kegelstumpfartige Wälzkörper angegeben, wobei wenigstens einer der Lagerringe einen Bord zur Führung der Wälzkörper aufweist. Zudem ist wenigstens ein Stellelement vorgesehen, das derart ausgebildet ist, dass eine in Richtung des Bords wirkende Kraft auf die Wälzkörper ausgeübt wird.
Der Erfindung liegt unter Anderem die Erkenntnis zugrunde, dass es beim Montieren von Kegelrollenlagerungen, insbesondere bei größeren Lagerdurchmessern beim Einsatz in Windkraftanlagen, oft dazu kommt, dass die lagerseitige Vorspannung aufgrund von Schwankungen in der Axialluft schwierig einzustellen ist. Aufgrund der Geometrie von Kegelrollenlagerungen ist es erforderlich, den Innenring gegenüber dem Außenring axial vorzuspannen, um den Kontakt der Wälzkörper zu den Laufflächen sicherzustellen. Dies erfolgt bei stehendem Lager. Dabei wird im Allgemeinen ein Spannelement axial gegen einen der Lagerringe gedrückt, so dass die Anordnung axial unter Spannung steht. Die Wälzkörper weichen der Spannung derart aus, dass sie entlang der Laufbahnen gleiten und sich so der Raum zwischen den Lagerringen verkleinert. Sobald jedoch die Wälzkörper an den Bord stoßen wird bei weiterem Druckaufbau der Kontakt der Wälzkörper mit den Laufbahnen intensiviert, da sie nicht mehr weiter ausweichen können.
Aufgrund von Fertigungstoleranzen kommt es im Allgemeinen zu Schwankungen in der Axialluft der gesamten Anordnung. Daher ist es zunächst erforderlich, die Wälzkörper an den Führungsbord zu bringen, damit die Vorspannung in der Lageranordnung gezielt eingestellt werden kann. Eine Möglichkeit hierzu ist, die Spannkraft derart zu erhöhen, dass die Wälzkörper wie oben beschrieben ausweichen bis sie den Bord erreichen. Allerdings ist die hierzu notwendige Kraft deutlich höher, als die erforderliche Vorspannkraft zum Betrieb des Lagers. Die Wälzkörper würden folglich durch den hohen Druck übermäßig belastet und evtl. geschädigt.
Alternativ lassen sich die Lagerringe bei geringer Vorspannung von Hand drehen, wodurch die Rollen an den Führungsbord laufen, sodass danach die axiale Positionierung von Innenring und Außenring relativ zueinander fixiert werden kann und die Vorspannung des Innen- bzw. Außenrings endgültig eingestellt werden kann. Insbesondere im Fall von Lagerungen für Windkraftanlagen ist das Drehen von Hand schwer zu bewerkstelligen, da die Zahnräder und Lagerungen aufgrund ihrer Größe ein vergleichsweise hohes Gewicht haben. Dadurch ist es zudem schwierig festzustellen, ob die Rollen bereits am Führungsbord anliegen.
Bei der erfindungsgemäßen Lageranordnung wird diese Problematik durch Vorsehung des Stellelements vermieden. Das Stellelement steht mit den Wälzkörpern derart in Wirkkontakt, dass diese an den Bord gedrückt werden, was auch im Stillstand der Fall ist. Sie befinden sich folglich bereits bei der Montage des Lagers in der Position, die sie auch bei Betrieb des Lagers einnehmen sollen. Folglich lässt sich die Vorspannung der Lageranordnung ohne vorheriges Positionieren der Wälzkörper am Bord durchführen. Insbesondere die Endmontage der Lager ist dadurch wesentlich erleichtert.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind das Stellelement und der Bord am selben Lagerring angeordnet. Dies ermöglicht eine besonders einfache und platzsparende Ausführung. Zudem lassen sich die im Wesentlichen axial wirkenden Kräfte des Stellelements optimal auf den jeweiligen Bord einstellen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Stellelement als Feder ausgeführt, die weiter bevorzugt an einem der Lagerringe gestützt wird und an der dem Bord axial gegenüberliegenden Stirnseite der Wälzkörper anliegt. Die Feder ist bevorzugt als umlaufende Tellerfeder ausgeführt. Durch das Stützen der Feder am Bord lässt sich auf einfache Weise eine axial in Richtung des Bords wirkende Kraft auf den Wälzkörper ausüben, durch die der Wälzkörper an den Bord gedrückt wird. Aufwändige Spannvorrichtungen, wie sie beispielsweise zum Vorspannen von Lagerringen bekannt sind, sind nicht erforderlich.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein Stützelement vorgesehen, das mit der Feder derart zusammenwirkt, dass die in Richtung des Bords wirkende Kraft auf die Wälzkörper ausübbar ist. Durch Vorsehung des Stützelements lässt sich der entsprechende Lagerring vergleichsweise einfach ausüben, da die Kraft zur Halterung der Feder hierdurch verwirklicht wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Stellelement an einem mit den Wälzkörpern in Wirkkontakt stehenden Ende ein verrundetes Profil auf. Da die Wälzkörper beim Betrieb der Lageranordnung in Umfangsrichtung umlaufen kommt es zu schleifendem Kontakt mit dem Stellelement. Hier muss sichergestellt werden, dass kein erhöhter Verschleiß bei den Wälzkörpern auftritt, oder durch den Wirkkontakt mit dem Stellelement Schmiermittel von diesen entfernt wird. Durch ein optimiertes verrundetes Profil am Ende des Stellelements, das mit den Wälzkörpern in Wirkkontakt steht wird diese Problematik effektiv vermieden.
Gemäß Patentanspruch 10 wird ein Getriebe einer Windkraftanlage angegeben, aufweisend wenigstens eine Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9. Die erfindungsgemäße Lageranordrnmg lässt sich besonders vorteilhaft in Anwendungen einsetzen, bei denen große Lagerdurchmesser erforderlich sind und somit das händische Positionieren der Wälzkörper nur schwer möglich ist.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich in den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den beigefügten Figuren. Dabei zeigen die 1 bis 3 verschiedene Ausführungsformen der Erfindung.
In der 1 ist als ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung ein Kegelrollenlager 1 dargestellt. Es weist einen Außenring 3 und einen Innenring 5 auf. Zwischen dem Außenring 3 und dem Innenring 5 sind Kegelrollen 7 angeordnet, die auf entsprechenden Laufbahnen abrollen. Die Kegelrollen 7 sind durch einen Käfig 9 beabstandet. Am Innenring 5 ist ein Bord 11 ausgebildet, der eine Anlauffläche 13 für die axial zugewandte Stirnseite der Kegelrollen 7 aufweist. Auf der axial gegenüberliegenden Seite ist eine Tellerfeder 15 angeordnet. Diese wird über einen Stützring 17, der am Innenring 5 fixiert ist axial gehaltert. Die Tellerfeder 15 steht axial endseitig mit einer Stirnseite der Kegelrollen 7 in Wirkkontakt. In der 1 ist die Tellerfeder 15 in entspanntem Zustand dargestellt. In einer realen Anordnung würde sie auf die in der 1 links liegende Stirnseite der Kegelrolle 7 drücken und somit eine in Richtung des Bords 11 wirkende Kraft auf die Kegelrolle 7 ausüben. Dadurch wird auch im Stillstand des Kegelrollenlagers 1 sichergestellt, dass die Kegelrollen 7 am Bord 11 anliegen. Eine Verschiebung der Kegelrollen entlang der Laufbahn der Lagerringe ist nach der Montage der Tellerfeder 15 nicht mehr möglich. Am mit der Stirnseite der Kegelrollen 7 in Wirkkontakt stehenden Ende der Tellerfeder 15 weist diese ein verrundetes Profil 19 auf. Dadurch wird zum einen die Stirnseite der Kegelrolle 7 beim Betrieb des Lagers geschont und andererseits verhindert, dass zu viel Schmiermittel von der Kegelrolle 7 entfernt wird.
Alternativ ließe sich das Ende der Tellerfeder 15 auch umgebogen verwirklichen, wodurch die Kontaktfläche zur Stirnseite der Kegelrolle 7 vergrößert wird. So wird bei vergleichbarer Kraft der Druck auf die Stirnseite geringer.
In der 2 ist ein alternatives Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Ein Kegelrollenlager 101 weist einen Außenring 103 und einen Innenring 105 auf. Zwischen dem Außenring 103 und dem Innenring 105 sind Kegelrollen 107 vorgesehen, die in einem Käfig 109 beabstandet sind. Analog zum Ausführungsbeispiel der 1 weist der Innenring 105 einen Bord 111 mit einer Anlauffläche 113 für die Kegelrollen 107 auf. Analog zum Ausführungsbeispiel der 1 ist eine Tellerfeder 115 vorgesehen. Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel der 1 ist die Tellerfeder in einer Nut 117 am Innenring 105 gehaltert.
In der 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Ein Kegelrollenlager 201 weist einen Außenring 203 und einen Innenring 205 auf. Zwischen dem Außenring 203 und dem Innenring 205 sind Kegelrollen 207 vorgesehen, die durch einen Käfig 209 beabstandet sind. Analog zu den vorherigen Ausführungsbeispielen ist am Innenring 205 ein Bord 211 vorgesehen, der eine Lauffläche 213 für die Kegelrollen 207 aufweist. Axial gegenüberliegend ist ebenfalls eine Tellerfeder 215 vorgesehen. Im Ausführungsbeispiel der 3 ist zum axialen und radialen Abstützen der Tellerfeder ein Sprengring 217 vorgesehen, der wiederum in einer Nut 219 am Innenring 205 gehaltert wird.
Prinzipiell lässt sich an Stelle der Tellerfeder ein andersartiges Federelement oder Fixierelement zur Aufbringung der in Richtung des Bords wirkenden Kraft auf die Kegelrollen einsetzten. Ebenfalls ist eine Stützung der Tellerfeder bzw. des Federelements an einem Gehäuse möglich, in das die Lageranordnung eingebaut wird.
Bezugszeichenliste

1: Kegelrollenlager
3: Außenring
5: Innenring
7: Kegelrollen
9: Käfig
11: Bord
13: Anlauffläche
15: Tellerfeder
17: Stützring
19: verrundetes Profil
101: Kegelrollenlager
103: Außenring
105: Innenring
107: Kegelrollen
109: Käfig
111: Bord
113: Anlauffläche
115: Tellerfeder
117: Nut
201: Kegelrollenlager
203: Außenring
205: Innenring
207: Kegelrollen
209: Käfig
211: Bord
213: Lauffläche
215: Tellerfeder
217: Sprengring
219: Nut

Claims

Lageranordnung aufweisend wenigstens zwei Lagerringe, sowie zwischen den Lagerringen angeordnete kegelstumpfartige Wälzkörper, wobei wenigstens einer der Lagerringe einen Bord zur Führung der Wälzkörper aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Stellelement vorgesehen ist, das derart ausgebildet ist, dass eine in Richtung des Bords wirkende Kraft auf die Wälzkörper ausgeübt wird.
Lageranordnung nach Anspruch 1, wobei das Stellelement und der Bord am selben Lagerring angeordnet sind.
Lageranordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Stellelement an einem mit den Wälzkörpern in Wirkkontakt stehenden Ende ein verrundetes Profil aufweist.
Lageranordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei das Stellelement als Feder ausgeführt ist.
Lageranordnung nach Anspruch 4, wobei die Feder an einem der Lagerringe gestützt wird und an der dem Bord axial gegenüberliegenden Stirnseite der Wälzkörper anliegt.
Lageranordnung nach Anspruch 4 oder 5, wobei ein Stützelement vorgesehen ist, das mit der Feder derart zusammenwirkt, dass die in Richtung des Bords wirkende Kraft auf die Wälzkörper ausübbar ist.
Lageranordnung nach Anspruch 6, wobei das Stützelement als Sprengring ausgeführt ist, der in einer am Lagerring ausgebildeten Nut gehaltert ist.
Lageranordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei die Feder als Tellerfeder ausgeführt ist.
Lageranordnung nach Anspruch 8, wobei die Tellerfeder in einer an einem der Lagerringe ausgebildeten Nut gehaltert ist.
Getriebe einer Windkraftanlage mit einer Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9.