DE102010022551A1 - Roller bearing e.g. main rotor bearing, for wind-power plant, has inner and outer rings and rolling members comprising different material compositions, so that rings and members have same service life for different mechanical loads - Google Patents
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Abstract
Description
Gebiet der ErfindungField of the invention
Die Erfindung betrifft ein Wälzlager mit zwischen einem Außenring und einem Innenring angeordneten Wälzkörpern, wobei wenigstens eines der Bauteile Innenring, Außenring oder Wälzkörper eine Materialzusammensetzung aufweist, welche von der Materialzusammensetzung eines der jeweils anderen Bauteile Innenring, Außenring oder Wälzkörper unterschiedlich ist.The invention relates to a roller bearing arranged between an outer ring and an inner ring rolling elements, wherein at least one of the components inner ring, outer ring or rolling element has a material composition which is different from the material composition of one of the other components inner ring, outer ring or rolling elements.
Hintergrund der ErfindungBackground of the invention
Wälzlager, insbesondere durchmessergroße Kegelrollenlager, wie sie beispielsweise als Rotorlagerung von Windkraftanlagen verwendet werden, unterliegen hohen und höchsten Beanspruchungen, welche zum Ausfall einzelner Bauteile des Wälzlagers und damit zum Ausfall des gesamten Wälzlagers führen können. Dabei wurde beobachtet, dass aufgrund unterschiedlicher Krümmungen, Durchmesser und Breiten der hauptsächlich beanspruchten Bauteile Außenring, Innenring und Wälzkörper besonders der Innenring den höchsten und die Wälzkörper den geringsten mechanischen Beanspruchungen unterliegen.Rolling, especially large diameter tapered roller bearings, as used for example as rotor bearings of wind turbines, are subject to high and high stresses, which can lead to failure of individual components of the bearing and thus the failure of the entire bearing. It was observed that due to different curvatures, diameters and widths of the main components claimed outer ring, inner ring and rolling elements in particular the inner ring and the highest and the rolling elements are subject to the lowest mechanical stresses.
Es sind bereits Vorschläge gemacht worden, eine höhere Gebrauchsdauer von Wälzlagern dadurch zu erreichen, dass besonders verschleißfeste Materialien für den stationären Lagerring verwendet werden, so beispielsweise in der
Aus der
Es sind auch bereits Lösungen bekannt geworden, bei denen die Wälzkörper aus einem anderen Material bestehen, als das des Innenrings und des Außenrings. So ist aus der
Die genannten Vorschläge ermöglichen eine gewisse Steigerung der Gebrauchsdauer von Einzelkomponenten und ein gewisses Maß an Abstimmung der Gebrauchsdauer der Bauteile, sie können jedoch das Grundproblem nicht lösen, dass der Innenring – auch bei etwas höherer Gebrauchsdauer – sehr viele eher das Ende seiner Gebrauchsdauer erreicht, als der Außenring bzw. die Wälzkörper.The above proposals allow a certain increase in the service life of individual components and a degree of coordination of the service life of the components, but they can not solve the basic problem that the inner ring - even with a slightly higher service life - many more reaches the end of its service life than the outer ring or the rolling elements.
Aufgabe der ErfindungObject of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Wälzlager vorzuschlagen, das die geschilderten Nachteile unterschiedlich langer Gebrauchsdauern der Lagerbauteile nicht aufweist, und daher eine optimierte Gebrauchsdauer aufweist.The invention has for its object to provide a rolling bearing, which does not have the disadvantages of different lengths of service life of the bearing components, and therefore has an optimized service life.
Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich die maximale Gebrauchsdauer eines Wälzlagers an der maximalen Gebrauchsdauer des in dieser Hinsicht stärksten Lagerbauteils orientieren sollte, und dass die in dieser Hinsicht schwächeren Lagerbauteile so ausgebildet sein sollten, dass deren maximale Gebrauchsdauer die Gebrauchsdauer des stärksten Lagerbauteils erreicht.The invention is based on the finding that the maximum service life of a roller bearing should be based on the maximum service life of the strongest in this respect bearing component, and that the weaker in this respect bearing components should be designed so that their maximum service life reaches the service life of the strongest bearing component ,
Weiter liegt der Erfindung die Erkenntnis zugrunde, dass sich die gestellte Aufgabe lösen lässt, wenn insbesondere die Wälzkörper des Kegelrollenlagers so ausgebildet sind, dass diese hinsichtlich ihrer maximalen Gebrauchsdauer konstruktiv an die Gebrauchsdauer der Lagerringe angepasst sind.Further, the invention is based on the finding that the task can be solved if in particular the rolling elements of the tapered roller bearing are designed so that they are structurally adapted to the service life of the bearing rings in terms of their maximum service life.
Die Erfindung geht daher aus von einem Wälzlager mit zwischen einem Außenring und einem Innenring angeordneten Wälzkörpern, wobei wenigstens eines der Bauteile Innenring, Außenring oder Wälzkörper eine Materialzusammensetzung aufweist, welche von der Materialzusammensetzung eines der jeweils anderen Bauteile Innenring, Außenring oder Wälzkörper unterschiedlich ist. Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist vorgesehen, dass der Außenring, der Innenring und die Wälzkörper derartig ausgebildet sind, dass diese trotz der unterschiedlichen mechanischen Betriebsbelastungen jeweils weitgehend die gleiche Gebrauchsdauer aufweisen.The invention is therefore based on a rolling bearing arranged between an outer ring and an inner ring rolling elements, wherein at least one of the components inner ring, outer ring or rolling element has a material composition which is different from the material composition of one of the other components inner ring, outer ring or rolling elements. To achieve the object, it is provided that the outer ring, the inner ring and the rolling elements are designed such that they each have largely the same service life despite the different mechanical operating loads.
Durch diese Vorgehensweise kann entweder die Gebrauchsdauer des gesamten Wälzlagers auf die maximale Gebrauchsdauer des in dieser Hinsicht stärksten Lagerbauteils angehoben werden, oder es kann, bei geringen Anforderungen an die Gesamtgebrauchsdauer des Wälzlagers, dasjenige Lagerbauteil Kosten und/oder Bauraum sparend geschwächt werden, welches aufgrund der üblichen Betriebsbelastungen und/oder aufgrund seiner Geometrie an sich Vorteile hinsichtlich seiner maximalen Lebensdauer gegenüber den anderen Lagerbauteilen aufweist.By this procedure, either the service life of the entire bearing can be raised to the maximum service life of the strongest in this respect bearing component, or it can, with low demands on the total service life of the bearing, that bearing component costs and / or space to be weakened weakened, which due to usual operating loads and / or due to its geometry in itself has advantages in terms of its maximum life compared to the other bearing components.
In Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Außenring, der Innenring und die Wälzkörper jeweils aus abgestimmt derartig unterschiedlichen Materialzusammensetzungen bestehen, dass die Gebrauchsdauer dieser Lagerbauteile zumindest weitgehend identisch ist.In a further development of the invention can be provided that the outer ring, the inner ring and the rolling elements each consist of coordinated such different material compositions that the service life of these bearing components is at least largely identical.
Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung können deren Vorteile auch dadurch erreicht werden, dass der Außenring, der Innenring und die Wälzkörper konstruktiv so ausgebildet sind, dass die Gebrauchsdauer dieser Lagerbauteile zumindest weitgehend identisch ist. According to another embodiment of the invention, its advantages can also be achieved in that the outer ring, the inner ring and the rolling elements are structurally designed so that the service life of these bearing components is at least largely identical.
In diesem Zusammenhang kann vorgesehen sein, dass der Außenring und der Innenring des Wälzlagers eine an die vorausberechnete Gebrauchsdauer der Wälzkörper ausgerichtete maximale Gebrauchsdauer aufweisen. Dies kann derartig erfolgen, dass die vorausberechnete Gebrauchsdauer des Innenringes etwa dem Zehnfachen der Gebrauchsdauer üblicher gattungsgemäßer Innenringe entspricht, und dass die vorausberechnete Gebrauchsdauer des Außenringes etwa dem vierfachen der Gebrauchsdauer üblicher gattungsgemäßer Außenringe von Wälzlagern entspricht.In this context, it may be provided that the outer ring and the inner ring of the rolling bearing have a maximum service life aligned with the predicted useful life of the rolling elements. This can be done in such a way that the predicted service life of the inner ring corresponds approximately to ten times the service life of conventional generic inner rings, and that the predicted service life of the outer ring corresponds approximately to four times the service life of common generic outer rings of rolling bearings.
Durch diesen Aufbau wird vorteilhaft erreicht, dass die Gebrauchsdauer des Wälzlagers insgesamt deutlich erhöht wird, da beispielsweise die Gebrauchsdauer des sonst als erstes ausfallenden Innenrings der Gebrauchsdauer der Wälzkörper entspricht. Anders formuliert sind die Gebrauchsdauerwerte durch unterschiedliche Materialauswahl auf das stärkste Bauteil abgestimmt, so dass nunmehr auch das schwächste Bauteil – bei dem es sich durchweg um den Innenring handelt – die gleiche Gebrauchsdauererwartung aufweist wie das stärkste Bauteil, bei dem es sich üblicherweise um die Wälzkörper handelt.By this construction is advantageously achieved that the service life of the rolling bearing is significantly increased overall, since, for example, the service life of the otherwise first failing inner ring corresponds to the service life of the rolling elements. In other words, the service life values are matched to the strongest component by different choice of material, so that now even the weakest component - which is consistently the inner ring - has the same service life expectancy as the strongest component, which is usually the rolling elements ,
Die Erfindung geht in einer Variante aus von einem als Kegelrollenlager ausgebildeten Wälzlager mit zwischen einem Außenring und einem Innenring angeordneten Wälzkörpern in Form von Kegelrollen, wobei wenigstens eines der Bauteile Innenring, Außenring oder Wälzkörper eine Materialzusammensetzung aufweist, welche von der Materialzusammensetzung wenigstens eines der jeweils anderen Bauteile Innenring, Außenring oder Wälzkörper unterschiedlich ist. Bei diesem Kegelrollenlager ist gemäß der Erfindung vorgesehen, dass die Kegelrollen eine differenzierte Materialstruktur aufweisen, derart, dass diese durch ihre Konstruktion bezüglich ihrer maximalen Gebrauchsdauer an die maximale Gebrauchsdauer des Innenringes und/oder des Außenring angepasst sind.The invention is based on a variant of a rolling bearing designed as a tapered roller bearing with arranged between an outer ring and an inner ring rolling elements in the form of tapered rollers, wherein at least one of the components inner ring, outer ring or rolling element has a material composition, which of the material composition of at least one of the other Components inner ring, outer ring or rolling element is different. In this tapered roller bearing is provided according to the invention that the tapered rollers have a differentiated material structure, such that they are adapted by their construction with respect to their maximum service life to the maximum service life of the inner ring and / or the outer ring.
Durch diesen Aufbau wird die Gebrauchsdauer des Kegelrollenlagers optimiert, da beispielsweise die Gebrauchsdauer des sonst als erstes ausfallenden Innenrings nun der Gebrauchsdauer auch der Wälzkörper entspricht. Anders formuliert sind die Gebrauchsdauerwerte auf das schwächste Lagerbauteil abgestimmt, so dass nunmehr auch das schwächste Lagerbauteil, bei dem es sich üblicherweise um den Innenring handelt, die gleiche Gebrauchsdauererwartung aufweist wie das stärkste Bauteil, bei dem es sich durchweg um die Wälzkörper handelt. Dies wird insbesondere durch die Struktur bzw. den konstruktiven Aufbau der Kegelrollen erreicht, welche von der Struktur bzw. dem Werkstoff des Innenrings und des Außenrings abweicht.By this construction, the service life of the tapered roller bearing is optimized because, for example, the service life of the otherwise first failing inner ring now corresponds to the service life of the rolling elements. In other words, the service life values are matched to the weakest bearing component, so that now even the weakest bearing component, which is usually the inner ring, has the same service life expectancy as the strongest component, which is consistently the rolling elements. This is achieved in particular by the structure or structural design of the tapered rollers, which deviates from the structure or the material of the inner ring and the outer ring.
Außerdem kann vorgesehen sein, dass die Kegelrollen jeweils als Verbund-Rolle mit einem Verbund unterschiedlicher Materialien ausgebildet sind.In addition, it can be provided that the tapered rollers are each formed as a composite role with a composite of different materials.
In einer anderen praktischen Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kegelrollen jeweils als Hohlrolle ausgebildet sind. Diese Variante lässt sich noch dadurch ergänzen, die Hohlrolle aus zumindest zwei koaxial ineinander gepressten Rohren besteht, wobei eine innere Mantelfläche eines radial äußeren Rohres vollflächig an einer äußeren Mantelfläche eines radial inneren Rohrs anliegt, und bei der das radial innere Rohr eine axiale Bohrung aufweist.In another practical embodiment of the invention it is provided that the tapered rollers are each formed as a hollow roller. This variant can be supplemented by the hollow roller consists of at least two coaxially pressed tubes, wherein an inner circumferential surface of a radially outer tube over its entire surface on an outer circumferential surface of a radially inner tube, and in which the radially inner tube has an axial bore.
Besonders vorteilhaft ist schließlich eine Ausgestaltung der Erfindung, die sich dadurch auszeichnet, dass das Kegelrollenlager als Hauptrotorlagerung einer Windkraftanlage eingesetzt ist.Finally, an embodiment of the invention is particularly advantageous, which is characterized in that the tapered roller bearing is used as the main rotor bearing a wind turbine.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt die einzige Figur eine Radialschnittansicht durch ein Ausführungsbeispiel eines Kegelrollenlagers gemäß der Erfindung.The invention will be explained in more detail below with reference to the accompanying drawings. Therein, the single figure shows a radial section through an embodiment of a tapered roller bearing according to the invention.
Detaillierte Beschreibung der ZeichnungDetailed description of the drawing
Das Kegelrollenlager
Das Kegelrollenlager
Aufgrund unterschiedlicher Krümmungen durch die angestellten Kegelrollen
Um zu erreichen, dass diese Bauteile eine etwa gleich lange Gebrauchsdauer aufweisen, wird durch den konstruktiven Aufbau der Kegelrollen
Auf diese Weise ist ein Kegelrollenlager
Hierzu weisen die Kegelrollen
Möglich ist aber auch eine in der Figur nicht dargestellte, an sich aus der
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- KegelrollenlagerTapered roller bearings
- 22
- Einreihiges KegelrollenlagerSingle row tapered roller bearing
- 33
- Außenringouter ring
- 44
- Innenringinner ring
- 55
- Wälzkörperrolling elements
- 66
- KegelrolleTapered roller
- 77
- KäfigCage
- 88th
- AußenlaufbahnOuter race
- 99
- InnenlaufbahnInner raceway
- BB
- Breite des InnenringsWidth of the inner ring
- CC
- Breite des AußenringsWidth of the outer ring
- dd
- Innendurchmesser des InnenringsInner diameter of the inner ring
- d1d1
- Innendurchmesser des InnenringsInner diameter of the inner ring
- TT
- Gesamtbreite des KegellagersOverall width of the tapered bearing
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- DE 19729450 A1 [0005] DE 19729450 A1 [0005]
- DE 102006057874 A1 [0028] DE 102006057874 A1 [0028]
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