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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lageranordnung und ein Getriebe.
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Beim Einsatz in Getrieben werden bei Auftreten hoher Lasten oftmals Kegelrollenlager eingesetzt. Dies ist insbesondere bei Windenergieanlagen der Fall. Da die dortigen Planetengetriebe ständig wechselnden Belastungen aus axialen und radialen Lastanteilen ausgesetzt sind, haben Kegelrollenlagerungen hier besondere Vorteile, da beide Belastungen über dieselben Wälzkörper aufgenommen werden können. Bekannt sind beispielsweise Lagerungen mit zwei Reihen von Kegelrollen, die in der so genannten X- oder O-Anordnung angeordnet sein können.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Lageranordnung und ein Getriebe anzugeben, die bei hoher Tragzahl vergleichsweise einfach und kostengünstig herzustellen sind.
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Diese Aufgabe wird durch eine Lageranordnung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs und ein Getriebe mit den Merkmalen des nebengeordneten Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Unteransprüche.
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Gemäß Hauptanspruch wird eine Lageranordnung angegeben, aufweisend folgende Merkmale:
- – einen Außenring,
- – wenigstens zwei Innenringe,
- – der Außenring und die Innenringe weisen Laufbahnen für Wälzkörper auf,
- – jeweils eine Reihe kegelstumpfartiger Wälzkörper, die zwischen dem Außenring und jeweils einem der Innenringe angeordnet sind, und
- – wenigstens eine Reihe zylindrischer Wälzkörper, die axial zwischen den kegelstumpfartigen Wälzkörpern angeordnet ist.
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Durch das Vorsehen von zylindrischen Wälzkörpern lassen sich mit der Lageranordnung ebenfalls hohe radiale Lasten tragen. Im Vergleich zu Lager mit lediglich kegelstumpfartigen Wälzkörpern lassen sich die Lasten besser verteilen und die kegelstumpfartigen Wälzkörper mit geringerem Durchmesser ausführen. Durch die Ausbildung des Außenrings als gemeinsamen Außenring (d. h. es ist genau ein Außenring vorgesehen), auf dem die Wälzkörper abrollen lässt sich die Gestaltung im Vergleich zu bekannten Lageranordnungen deutlich vereinfachen. Zudem bewirken die zylindrischen Wälzkörper eine Versteifung der Lageranordnung, was wiederum die Stabilität und Laufruhe erhöht.
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Die Laufbahnen des Außenrings lassen sich grundsätzlich einfach in andere Bauteile integrieren, beispielsweise, wenn der Außenring gleichzeitig als Zahnrad mit einer Verzahnung ausgebildet ist. Umgekehrt betrachtet sind die Laufbahnen in einem Zahnrad ausgebildet. Hier wirkt sich insbesondere die versteifende Wirkung der zylindrischen Wälzkörper positiv aus, da sie zu einer erhöhten Stabilität des Zahnrades unter Last führt. Dies ist insbesondere deshalb der Fall, weil alle äußeren Laufbahnen in einem gemeinsamen Außenring ausgebildet sind. Der Effekt wird noch erhöht, wenn die Laufbahnen, wie bereits beschrieben, direkt in ein Zahnrad eingebracht sind. Allerdings tritt er ebenfalls bei Anordnungen auf, bei denen die Lageranordnung inklusive dem Außenring in das Zahnrad eingeschoben wird.
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Es ist zudem vorteilhaft, dass sich die Toleranzkette bei der Herstellung von Lageranordnungen gemäß der vorliegenden Ausführung der Erfindung optimieren lässt. Beim Aufbau von mehrreihigen Lagerungen aus einzelnen Ringen summieren sich die Toleranzen unter Umständen negativ, was insbesondere bei der Festlegung der Vorspannung für Kegelrollenlager zu Schwierigkeiten führen kann. Bei der Verwendung einer möglichst geringen Anzahl von Ringelementen, wie es bei der vorliegenden Erfindung beispielsweise beim gemeinsamen Außenring, auf dem die Wälzkörper abrollen der Fall ist, lässt sich die Lagerluft und damit die Vorspannung optimal einstellen, da sich nicht die Fertigungstoleranzen mehrerer Bauteile im ungünstigen Fall nachteilig aufsummieren können. Im Außenring ist jeweils eine Laufbahn für jede Reihe von Wälzkörpern ausgebildet.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Außenring eine gemeinsame Laufbahn für die zylindrischen Wälzkörper auf. Dies reduziert den Fertigungsaufwand der Lageranordnung, da weniger Bearbeitungsschritte des Außenrings erforderlich sind.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen die an den Innenringen ausgebildeten Laufbahnen Borde zur Führung der jeweiligen Wälzkörper auf. Der Außenring weist bevorzugt keine Borde oder sonstige Elemente zur Führung der Wälzkörper auf. Dadurch ist die Montage vereinfacht, da die Wälzkörper zunächst komplett auf den Innenringen montiert werden können und dann aufgrund der bordfreien Lauffläche am Außenring einfach in diesen eingeschoben werden können.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind wenigstens drei Innenringe vorgesehen, wobei die axial außen angeordneten Innenringe jeweils eine Laufbahn für eine Reihe der kegelstumpfartigen Wälzkörper und der dritte Innenring eine Laufbahn für die zylindrischen Wälzkörper aufweist. In dieser Ausführungsform lassen sich beispielsweise Innenringe verwenden, die auch in anderen Lageranordnungen einsetzbar sind verwenden. Es müssen also für die Lageranordnung weniger speziell angepasste Bauteile hergestellt werden. Zudem lässt sich über die Abmessungen der Innenringe die Vorspannung auf die kegelstumpfartigen Wälzkörper gezielt festlegen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind auf einer gemeinsamen Laufbahn abrollende Wälzkörper unmittelbar benachbart angeordnet. Dies reduziert den Fertigungsaufwand des entsprechenden Innenrings. Bevorzugt sind zudem unmittelbar benachbart angeordnete Wälzkörper durch einen gemeinsamen Käfig geführt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist jeder der Innenringe eine Laufbahn für jeweils eine Reihe der zylindrischen Wälzkörper und der kegelstumpfartigen Wälzkörper auf. Hier sind beispielsweise nur zwei Innenringe vorgesehen, die jeweils zwei Reihen der Wälzkörper tragen. Es sind folglich vergleichsweise wenige Bauteile erforderlich. Zudem ist hier die Toleranzkette optimiert, da sich lediglich die Toleranzen der beiden Innenringe addieren und je nach Anwendungsfall keine zu hohen Anforderungen an die Fertigungsgenauigkeit gestellt werden müssen.
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Gemäß einer Ausführung der Erfindung wird ebenfalls ein Getriebe zum Einsatz in einer Windkraftanlage angegeben, aufweisend wenigstens eine Lageranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche. Die erfindungsgemäße Lageranordnung und ihre Ausführungsformen lassen sich besonders vorteilhaft beispielsweise in Planetengetrieben von Windkraftanlagen einsetzen, da hier besonders hohe Tragzahlen bei gleichzeitig begrenztem Bauraum erforderlich sind.
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Besonders vorteilhaft ist die Anwendung einer Lageranordnung gemäß den Patentansprüchen in einem Zahnrad. Folglich wird als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ein Zahnrad angegeben, aufweisend wenigstens eine Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9. Das Zahnrad kann beispielsweise Teil einer Windkraftanlage, insbesondere Teil eines Getriebes einer Windkraftanlage, beispielsweise eines Planetengetriebes sein. In dieser Einsatzumgebung sind die Zahnräder hohen Lasten ausgesetzt, so dass die vorteilhaften Eigenschaften der Lageranordnung zu einer deutlichen Verbesserung der Laufeigenschaften und der Lebensdauer führen.
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In einer Ausführung ist das Zahnrad als Außenring ausgebildet. Die Laufbahnen für die Wälzkörper sind im Zahnrad ausgebildet, wodurch sich die Anzahl der notwendigen Bauteile reduziert.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgend erläuterten Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den beigefügten 1 und 2, die verschiedene Ausführungsformen der Erfindung zeigen.
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In der 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Eine Lageranordnung 1 umfasst einen Außenring 3 und zwei Innenringe 5a und 5b. Zwischen dem Außenring 3 und dem Innenring 5a sind axial außen liegend Kegelrollen 7a angeordnet. Zwischen dem Außenring 3 und dem Innenring 5b sind auf der axial gegenüberliegenden Seite Kegelrollen 7b angeordnet. Die Kegelrollen 7a und 7b sind relativ zueinander in der sogenannten O-Anorndung ausgerichtet. Zwischen den Kegelrollen 7a und 7b sind zwei Reihen von Zylinderrollen 9a und 9b angeordnet. Die Reihe der Zylinderrollen 9a ist zudem zwischen dem Außenring 3 und dem Innenring 5a angeordnet. Die Zylinderrollen 9b sind hingegen zwischen dem Außenring 3 und dem Innenring 5b angeordnet. Der Außenring 3 weist zwei Laufbahnen 11a und 11b auf, auf denen die Kegelrollen 7a bzw. 7b abrollen. Zudem weist der Außenring 3 eine Lauffläche 13 auf, auf der die Zylinderrollen 9a und 9b gemeinsam abrollen. Der Innenring 5a weist eine Laufbahn 15a auf, auf der die Kegelrollen 7a abrollen. Der Innenring 5a weist zudem eine Laufbahn 17a auf, auf der die Zylinderrollen 9a abrollen. Der Innenring 5b weist entsprechend eine Laufbahn 15b auf, auf der die Kegelrollen 7b abrollen, sowie eine Laufbahn 17b, auf der die Zylinderrollen 9b abrollen.
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Die Kegelrollen 7a bzw. 7b werden jeweils durch einen Käfig 19 geführt, während die Zylinderrollen 9a bzw. 9b jeweils durch einen Käfig 21 geführt werden. Die Laufbahnen 15a, 15b, 17a und 17b sind jeweils axial beiderseitig durch einen Bord 23 begrenzt. Dadurch werden die jeweiligen Wälzkörper axial geführt. Die Laufbahnen 11a, 11b und 13 am Außenring 3 sind hingegen plan auf der radial innen liegenden Fläche des Außenrings 3 eingebracht, ohne dass Borde oder ähnliche Führungselemente ausgebildet sind. Dadurch lassen sich während der Montage die Kegelrollen 7a bzw. 7b und die Zylinderrollen 9a bzw. 9b in dem jeweiligen Käfig 19 bzw. 21 auf dem Innenring 5a bzw. 5b vollständig vormontieren und dann axial gegenseitig von außen in den Außenring 3 einbringen. Durch entsprechende, hier nicht dargestellte Verspannelemente, lässt sich eine Vorspannung auf die Kegelrollen 7a und 7b erzeugen.
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Die Lageranordnung 1 weist ein System von Schmiernuten auf, mittels der sich Schmiermittel radial von innen zwischen die Zylinderrollen 9a und 9b führen lässt. Dazu weisen die Innenringe 5a und 5b an ihren einander zugewandten Stirnseiten jeweils eine Nut 25 auf, die radial nach außen verläuft und somit den Raum zwischen den Zylinderrollen 9a und 9b mit dem Raum 27 innerhalb der Innenringe 5a und 5b verbindet. Die Innenringe 5a und 5b weisen zudem jeweils eine umlaufende Nut 29 auf, die mit der jeweiligen Nut 25 verbunden ist.
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In der 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Eine Lageranordnung 101 weist einen Außenring 103 auf. Zudem weist die Lageranordnung 101 Innenringe 105a, 105b und 105c auf. Es sind Kegelrollen 107a vorgesehen, die zwischen dem Außenring 103 und dem Innenring 105a angeordnet sind und auf entsprechenden Laufbahnen 111a bzw. 115a abrollen. Entsprechend sind Kegelrollen 107b zwischen dem Außenring 103 und dem Innenring 105b angeordnet und rollen auf entsprechenden Laufbahnen 111b und 115b ab. Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel der 1 sind zwei Reihen mit Zylinderrollen 109a und 109b zwischen dem Außenring 103 und dem Innenring 105c angeordnet, wobei eine Laufbahn 113 im Außenring 103 und eine gemeinsame Laufbahn 117 im Innenring 105c vorgesehen ist. Analog zum Ausführungsbeispiel der 1 weisen die Laufbahnen 111a, 111b und 113 am Außenring keine Führungselemente auf, während sämtliche Laufbahnen 115a, 115b und 117 der Innenringe 105a, 105b und 105c entsprechende Borde 123 zur Führung der Wälzkörper aufweisen. Die Zylinderrollen 109a und 109b werden in einem gemeinsamen Käfig 121 geführt. Ebenfalls weisen die Innenringe 105a, 105b und 105c axial endseitig zueinander angeordnete Schmiernuten 125 bzw. 129 auf.
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In beiden Ausführungsbeispielen bewirken die Zylinderrollen eine hohe Steifigkeit der Lageranordnung. Ebenfalls ist die Anzahl von Bauteilen durch das Vorsehen von genau einem Außenring gering, so dass die Toleranzkette optimiert ist. Insbesondere bei Kegelrollenlagerungen ist dies von Vorteil, da hier eine Vorspannung über die Lagerringe erzeugt werden muss. Daher sind besondere Anforderungen an die Fertigungsgenauigkeit gestellt. Toleranzen in axial nebeneinander angeordneten Außenringen würden sich von Einheit zu Einheit unter Umständen verschieden addieren, so dass zum Einstellen der erforderlichen Vorspannung bei jeder gefertigten Einheit entsprechende Messungen vorgenommen werden müssen. Alternativ müsste die Fertigungsgenauigkeit erhöht werden. Durch die Ausbildung aller radial außen liegenden Laufbahnen in genau einem Außenring fallen im Außenring keine Toleranzen in den axialen Abmessungen an, die für die Vorspannung relevant wären.
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In weiteren Ausführungsbeispielen kann der Außenring eine radial außen liegende Verzahnung aufweisen, also integraler Bestandteil eines Zahnrades sein. In diesem Fall wirkt sich insbesondere die hohe Steifigkeit der Lageranordnung positiv auf die Laufeigenschaften des Zahnrades aus. Dies ist beispielsweise beim Einsatz von Zahnrädern in Windkraftanlagen, dort insbesondere in Planetengetrieben der Fall, da insbesondere dort hohe Lasten auftreten, die durch entsprechende Lageranordnungen optimal aufgenommen werden können.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lageranordnung
- 3
- Außenring
- 5a, 5b
- Innenring
- 7a, 7b
- Kegelrolle
- 9a, 9b
- Zylinderrolle
- 11a, 11b
- Laufbahn
- 13
- Laufbahn
- 15a, 15b
- Laufbahn
- 17a, 17b
- Laufbahn
- 19, 21
- Käfig
- 23
- Bord
- 25, 29
- Nut
- 101
- Lageranordnung
- 103
- Außenring
- 105a, 105b
- Innenring
- 105c
- Innenring
- 107a, 107b
- Kegelrolle
- 109a, 109b
- Zylinderrolle
- 111a, 111b
- Laufbahn
- 113
- Laufbahn
- 115a, 115b
- Laufbahn
- 117
- Laufbahn
- 119, 121
- Käfig
- 123
- Bord
- 125, 129
- Nut
