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Die Erfindung betrifft eine zylindrische Halbschale für eine radial verspannbare Lagerbuchse gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, insbesondere für eine radial verspannbare Lagerbuchse zur Verwendung in Windenergieanlagen.
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Lagerbuchsen der zuvor genannten Art sind seit langem bekannt und werden z.B. zur federnden Lagerung der Getriebelager in Windenergieanlagen eingesetzt. Diese weisen üblicherweise einen Turm mit einer darauf horizontal drehbaren Gondel auf, die im Wesentlichen aus dem Maschinenhaus und dem daran angeordneten Rotor besteht. Der Rotor ist über einen Triebstrang mit einem Generator zur Erzeugung von elektrischer Energie verbunden ist. Meist ist dabei zwischen der langsam aber stark beanspruchten Rotorwelle und dem Generator ein Getriebe zwischengeschaltet, welches die Drehzahl von der Rotorwelle hin zum Generator erhöht. Die Lagerung des Triebstrangs kann zum Teil über ein Rotorlager der Rotorwelle und über Lagerblöcke erfolgen, die das Getriebe aufnehmen. Ein solcher Lagerblock ist mit reibschlüssigen Verbindungsmitteln wie z.B. eine Schraubenverbindung an einem Maschineträger befestigbar.
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Beispielsweise kann die den Rotor tragende Welle durch ein Stehlager laufen und in dem Getriebe münden. Der Getriebeblock ist dann mittels der Getriebe-Drehmomentstützen beidseitig des Getriebeblocks mit dem Maschinenträger verbunden. In der Regel ist eine Getriebe-Drehmomentstütze auf jeder Seite vorhanden, die an ihren Enden Bohrungen aufweisen. In diesen Bohrungen befinden sich die eigentlichen Lagerbuchsen, durch die wiederum eine Achse oder Welle geführt ist. Alternativ kann jedoch auch die Achse oder Welle fest in die Bohrung der Getriebe-Drehmomentenstütze eingepresst sein.
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In beiden Fällen ist die jeweilige Achse auf jeder Seite der Getriebe-Drehmomentenstütze ihrerseits über jeweils zwei Ständer oder Lagerblöcke mit dem Maschinenträger verbunden. Die Befestigung der Achse an den Ständern oder Lagerblöcken kann in einem aus zwei verspannten Halbschalen gebildeten Auge erfolgen. Dabei kann ein einteiliger Ständer oder Lagerblock verwendet werden, in den die beiden Halbschalen nach einander unter Zuhilfenahme einer Montagevorrichtung eingefügt und verspannt werden. Bei einem zweiteiligen Ständer oder Lagerblock können hingegen die unverspannten Halbschalen um die Achse herum auf dem unteren Teil des Ständers oder Lagerblock vorgesehen und dann gemeinsam durch das Zusammenfügen des oberen Teils des Ständers oder Lagerblocks verspannt werden.
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In beiden Fällen lagert jeweils die Achse oder Welle der Getriebe-Drehmomentenstütze in den beiden zylindrischen Hohlräumen der Lagerbuchsen der jeweiligen beiden Ständer oder Lagerblöcke. Die Lagerbuchse der Ständer oder Lagerblöcke selbst ist aus Materialien gefertigt, die auch elastische Eigenschaften aufweisen und so in der Lage sind, die angreifenden Kräfte und Momente auszugleichen und abzufedern.
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Insbesondere bei Windenergieanlagen werden besondere Anforderungen an die Lagerungen gestellt, da diese im besonderen Maße hohen und unterschiedlich gerichteten Kräften standhalten müssen. Durch die Unregelmäßigkeiten des Windes hinsichtlich seiner Stärke und Richtung, die sich innerhalb kurzer Zeit ändern können, treten permanent Kräfte unterschiedlicher Stärke in Zug-, Druck- und Querrichtung auf, die um so größer sind, je stärker der Wind und je größer die Windenergieanlage ist. Bei Stürmen oder Orkanen müssen Windenergieanlagen sogar extremen Belastungen standhalten. Die Lagerungen von Windenergieanlagen haben überdies die Aufgabe, die durch die einwirkenden Kräfte bedingten und durch Schwingungen der Anlage erzeugten Geräusche abzuschwächen.
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Die Bauteile müssen dabei die Beanspruchungen über eine lange Betriebszeit unbeschädigt aushalten, insbesondere bei Off-Shore-Anlagen, da deren Wartung deutlich aufwendiger und damit teurer ist als bei an Land aufgestellten Windenergieanlagen. Jedoch sind die Lagerungen trotz moderner Materialien und Bautechniken einem beträchtlichen Verschleiß ausgesetzt, so dass sie i.A. während ihrer Lebensdauer zumindest einmal ausgewechselt werden müssen. Dazu müssen bei einteiligen Ständern oder Lagerblöcken die abgenutzten Lagerbuchsen z.B. unter erheblichen Aufwand ausgepresst und die neuen Lagerbuchsen entsprechend in das Lagerauge neu eingepresst werden. Bei zweigeteilten Ständern oder Lagerblöcken muss die Achse oder Welle der Getriebe-Drehmomentenstütze entlastet werden, um die untere Lagerbuchse austauschen zu können. In beiden Fällen ist für diese Tätigkeiten des Ein- und Ausbaus neuer und gebrauchter Lagerbuchsen in der Regel schweres Gerät notwendig, das auf den Turm der Windenergieanlage transportiert werden muss. Oft muss dabei auch die komplette Gondel vom Turm entfernt und wieder aufgesetzt werden.
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In der
DE 199 18 379 A1 wird eine Lagerung mittels radial verspannter Lagerbuchsen für Windenergieanlagen beschrieben. Dabei ist die Lagerbuchse als eine geteilte Konstruktion ausgeführt, so dass sie im geschlossenen Lagerauge auf einfache Art radial verspannt werden kann. Die Lagerbuchse besteht aus einer unteren und einer oberen zylindrischen Halbschale, die, aufeinanderliegend, eine zylindrische Vollschale mit einem zylindrischen Hohlraum zur Aufnahme der Lagerbuchsenachse oder -welle bilden, die ihrerseits wiederum durch ein Auge einer Getriebe-Drehmomentenstütze geführt ist. Jede Halbschale ist aus mindestens einer äußeren Halbschale und einer inneren Halbschale zusammengesetzt und weist zwischen diesen weitestgehend mit Elastomermaterial gefüllte Zwischenräume auf. In der Mitte jeder Halbschale sowie an den Enden der Halbschalen sind im unverspannten Zustand jeweils eine Aussparung bzw. ein Fenster oder auch eine Tasche im Elastomermaterial der Halbschale bzw. zwischen dem Elastomermaterial der beiden Halbschalen vorgesehen, die der Beeinflussung der Steifigkeitsverhältnisse dienen. In diese Aussparung, Fenster oder auch Taschen kann ferner das Elastomermaterial im verspannten Zustand hineingedrückt werden.
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Der Mittelpunkt A des Radius R der jeweiligen inneren Halbschale ist identisch mit dem Mittelpunkt A des Radius R der Buchsenachse A und der Mittelpunkt A‘ des Radius R‘ der jeweiligen äußeren Halbschale ist exzentrisch versetzt entlang einer Achse B. Hierdurch nimmt der Mittelpunktversatz ΔB der entsprechenden Radien R, R‘ von innerer zu äußerer Halbschale zu und ist bezüglich zur jeweils anderen unteren und oberen Halbschale entgegengesetzt, so dass die vertikale Schalendicke bzw. der Durchmesser der Lagerbuchse in vertikaler Richtung B größer ist als die horizontale Schalendicke bzw. der Durchmesser der Lagerbuchse in horizontaler Richtung C, C‘.
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Diese Ausgestaltung bzw. Anordnung bewirkt, dass im eingebauten Zustand aufgrund der Verspannung die jeweilige äußere Halbschale gegenüber der entsprechenden inneren Halbschale im Wesentlichen in Umfangsrichtung, d. h. senkrecht zur radialen Richtung R, R‘, verschoben wird. Hierdurch wird das Elastomermaterial durch das Verspannen Spannungen ausgesetzt, die das Elastomermaterial belastet und sich negativ auf die Lebensdauer des Elastomermaterials auswirkt. Genauer gesagt treten Spannungen zwischen der jeweiligen inneren Halbschale und der entsprechenden äußeren Halbschale auf, die teilweise in Umfangsrichtung mit einem Schubanteil wirken und teilweise in radialer Richtung R, R‘ mit einem Druckanteil. Dabei tritt das Maximum dieser Spannung im Elastomermaterial im mittleren Bereich der Halbschalen auf, da die Verspannung der beiden Halbschalen zur zylindrischen Lagerbuchse in Richtung der vertikalen Achse B erfolgt. Da die beiden Halbschalen in Richtung der vertikalen Achse B zusammengepresst werden, ist der Druckanteil in radialer Richtung R, R‘ dieser maximalen Spannung auch sehr viel größer als der Schubanteil in Umfangsrichtung, welcher eher in den jeweiligen Randbereichen der Halbschalen in den dort jeweils vergleichsweise geringen Spannungen überwiegt.
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Somit werden die Halbschalen zum Einen durch hohe Spannungen insgesamt stark belastet, die sich verringernd auf die Lebensdauer der Elastomermaterialien zwischen den inneren und äußeren Halbschalen auswirken. Zum Anderen sind die Spannungen sehr ungleichmäßig verteilt, da im mittleren Bereich der Halbschalen, d. h. im Bereich der vertikalen Achse B, die größten Spannungen auftreten, die sich ferner weitestgehend als Druckspannungen in radialer Richtung R, R‘ äußern. Somit tritt gleichzeitig eine sehr ungleichmäßig und einseitige Belastung des Elastomermaterials in radialer Richtung R, R‘ im Bereich der vertikalen Achse B auf, so dass die Lebensdauer des Elastomermaterials gerade in diesem Bereich verringert wird.
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Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, die zylindrische Halbschale für eine radial verspannbare Lagerbuchse gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, dass die Spannungen in dem Elastomermaterial insgesamt reduziert und gleichmäßiger über das Elastomermaterial verteilt werden und hierdurch eine höhere Lebensdauer der zylindrischen Halbschale erreicht wird.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Somit betrifft die Erfindung eine zylindrische Halbschale für eine radial verspannbare Lagerbuchse mit einer ersten Halbschale und wenigstens zwei durch einen Freiraum in Umfangsrichtung beabstandeten Teilschalen, die gemeinsam eine zweite, geteilte Halbschale bilden, die in radialer Richtung R, R‘ von der ersten Halbschale beabstandet vorgesehen ist, wobei die Zwischenräume in radialer Richtung R, R‘ zwischen der ersten Halbschale und der zweiten, geteilten Halbschale weitestgehend mit Elastomermaterial von gleich oder verschieden dicken Schichten ausgefüllt sind.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch eine Teilung einer der beiden Halbschalen in dem dazwischen liegenden Elastomermaterial sowohl eine Reduzierung der Spannung insgesamt, insbesondere der maximalen Spannung, als auch eine Verschiebung der Anteile der Spannung, d. h. den Druck- und Schub- bzw. Zuganteilen der Spannung, erreicht werden kann. Genauer gesagt wird erfindungsgemäß die maximale Spannung an sich deutlich reduziert und gleichzeitig das Maximum der verbleibenden Spannung von dem mittleren Bereich der Halbschalen um die vertikale Achse B in Umfangsrichtung so in Richtung der Kanten, d. h. in Richtung der Achsen C, C‘, verschoben, dass der Druckanteil innerhalb der Spannung verringert und der Schub- bzw. Zuganteil erhöht wird. Hierdurch wird die in radialer Richtung R, R‘ wirkende Spannung weiter reduziert und eine ausgeglichenere Verteilung zwischen Druck- und Schub- bzw. Zuganteilen als bei herkömmlichen Lagerbuchsen erreicht.
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Es wird eine Entlastung des Elastomermaterials erreicht, da sich die Teilschalen der geteilten, zweiten Halbschale in Umfangsrichtung von einander weg (bei Teilung der inneren Halbschale) bzw. auf einander zu (bei Teilung der äußeren Halbschale) verschieben können. Da das Elastomermaterial, welches in radialer Richtung R, R‘ zwischen den Halbschalen vorgesehen und mit diesen durch Vulkanisieren verbunden ist, durch diese Beweglichkeit der Teilschalen in Umfangsrichtung weniger mit Spannungen belastet wird als bei ungeteilt ausgeführten Halbschalen, kann durch die Teilung der zweiten Halbschale eine Entlastung des Elastomermaterials erreicht werden, die sich positiv auf die Lebensdauer des Elastomermaterials auswirkt.
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Dabei ist unter dem Begriff „zylindrische Halbschale“ im Sinne dieser Schrift zu verstehen, dass zwei erfindungsgemäße Halbschalen zu einer vollständigen zylindrischen Lagerbuchse zusammengesetzt werden können. Eine Halbschale entspricht somit einem Körper, welcher ein Teilstück von etwa 180° eines Zylinders ausmacht. Dabei kann jedoch eine Halbschale im Sinne der Erfindung auch geringer oder größer als 180° ausgebildet sein, um z.B. die Steifigkeit der zusammengesetzten Lagerbuchse zu beeinflussen oder die Montage zu vereinfachen. So sind auch zwei Halbschalen möglich, bei denen eine Halbschale kleiner als 180° in Umfangsrichtung ausgebildet ist und die andere über 180°.
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Ebenso ist von der Erfindung umfasst, zwei Halbschalen zu einer zylindrischen Lagerbuchse zusammenzusetzen, die jeweils kleiner als 180° in Umfangsrichtung ausgebildet sind, d. h. in Umfangsrichtung deutlich zueinander beabstandete Kanten im Bereich der Achsen C, C‘ aufweisen. Auch ist es denkbar, mehr als zwei Halbschalen zu verwenden und zu einer zylindrischen Lagerbuchse zusammenzusetzen. Derartige „Halbschalen“ könnten z.B. jeweils ungefähr ein Drittel eines Umfangs, d. h. etwa 120° in Umfangsrichtung, ausmachen, wodurch die „Halbschalen“ gleichmäßig über den Umfang ausgebildet wären. Jedoch sind auch in diesem Fall ungleichmäßige Verteilungsverhältnisse denkbar wie z.B. eine etwa über 180° ausgebildete Halbschale und zwei etwa über 90° ausgebildete „Halbschalen“, d. h. Viertelschalen.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung sind die erste Halbschale als in radialer Richtung R, R‘ äußere Halbschale und die wenigstens zwei Teilschalen als in radialer Richtung R, R‘ innere, geteilte Halbschale vorgesehen. Der Mittelpunkt A des Radius R der äußeren Halbschale ist identisch mit dem Mittelpunkt A des Radius R der Buchsenachse A. Der Mittelpunkt A‘ des Radius R‘ der inneren Teilschalen ist exzentrisch versetzt entlang einer Achse B, die senkrecht zur Buchsenachse A und senkrecht zu einer Achse C, C‘ ausgerichtet ist. Hierdurch wird ein Mittelpunktversatz ΔB der entsprechenden Radien R, R‘ von der inneren, geteilten Halbschale zur äußeren Halbschale bewirkt, so dass das radiale Abmaß der zylindrischen Halbschale in Richtung der Achse B größer ist als das radiale Abmaß der zylindrischen Halbschale in Richtung der Achse C, C‘.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung sind die erste Halbschale als in radialer Richtung R, R‘ innere Halbschale und die wenigstens zwei Teilschalen als in radialer Richtung R, R‘ äußere, geteilte Halbschale vorgesehen. Der Mittelpunkt A des Radius R der inneren Halbschale ist identisch mit dem Mittelpunkt A des Radius R der Buchsenachse A. Der Mittelpunkt A‘ des Radius R‘ der äußeren Teilschalen ist exzentrisch versetzt entlang einer Achse B, die senkrecht zur Buchsenachse A und senkrecht zu einer Achse C, C‘ ausgerichtet. Hierdurch wird ein Mittelpunktversatz ΔB der entsprechenden Radien R, R‘ von der inneren Halbschale zur äußeren, geteilten Halbschale bewirkt, so dass das radiale Abmaß der zylindrischen Halbschale in Richtung der Achse B größer ist als das radiale Abmaß der zylindrischen Halbschale in Richtung der Achse C, C‘.
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Durch diese beiden bevorzugten Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Halbschale hinsichtlich der Anordnung der Mittelpunkt A, A‘ der Radien R. R‘ wird der erfindungsgemäßen Halbschale eine Geometrie gegeben, dass bei Teilung der inneren bzw. äußeren Halbschale eine Entlastung der Elastomermaterialien besonders wirkungsvoll erfolgt.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist die Halbschale wenigstens ein in Umfangsrichtung ausgebildetes Versteifungselement auf, welches in radialer Richtung R, R‘ zwischen der ersten Halbschale und der zweiten, geteilten Halbschale vorgesehen ist. Die Zwischenräume zwischen der ersten Halbschale, dem Versteifungselement und der zweiten, geteilten Halbschale sind weitestgehend mit dem Elastomermaterial ausgefüllt. Dabei ist der Mittelpunkt des Radius des Versteifungselements analog zu der Anordnung der ersten und zweiten, geteilten Halbschalen exzentrisch versetzt.
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Durch dieses zusätzliche Versteifungselement kann die Steifigkeit und Verspannbarkeit der Halbschale und damit auch der Lagerbuchse beeinflusst werden. Das Versteifungselement kann auch als Zwischenmetall, Zwischenblech bezeichnet werden. Weist eine zylindrische Halbschale lediglich in einem Teilbereich in Umfangsrichtung ein Versteifungselement auf, so kann dies bei entsprechender Ausgestaltung auch als Viertelblech bezeichnet werden. Dabei können beide Halbschalen der Lagerbuchse identisch oder verschieden ausgestaltet sein. So kann jede Halbschale überhaupt oder eine unterschiedliche Anzahl von Versteifungselementen enthalten, wodurch sich unterschiedlich steife Halbschalen vorsehen lassen. Hierzu können alternativ oder zusätzlich auch verschiedene Elastomermaterialien mit unterschiedlichen Eigenschaften in Bezug auf ihre Elastizität bzw. Steifigkeit in den beiden Halbschale verwendet werden. So können z.B. zwischen dem Versteifungselement und der ersten Halbschale das gleiche oder ein unterschiedliches Elastomermaterial verwendet werden im Vergleich zu dem Bereich zwischen dem Versteifungselement und der zweiten geteilten Halbschale. Auch können zwischen dem Versteifungselement und den Teilschalen der zweiten Halbschale die gleichen oder unterschiedliche Elastomermaterialien verwendet werden. Bevorzugt ist es dabei, wenn bei allen vorstehend beschriebenen Konstellationen die gleichen Elastomermaterialien mit unterschiedlichen Härten z.B. nach Shore verwendet werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist die zylindrische Halbschale wenigstens ein erstes Versteifungselement und ein zweites Versteifungselement auf, welche durch eine Aussparung in Umfangsrichtung beabstandet sind. Vorzugsweise befinden sich solche Aussparungen in der Mitte der Halbschale im Bereich der vertikalen Achse B. Die Aussparungen bieten weitere Möglichkeiten, die Steifigkeit der Lagerbuchse zu beeinflussen und diese so z.B. auf spezielle Erfordernisse abzustimmen, ohne auf andere Elastomermaterialien oder konstruktive Änderungen der Halbschale wie z.B. eine Variation der Anzahl der mittleren Halbschalen zurückgreifen zu müssen.
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Zwei Ausführungsbeispiele und weitere Vorteile der Erfindung werden nachstehend im Zusammenhang mit den folgenden Figuren erläutert. Darin zeigt:
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1 eine schematische Seitenansicht durch eine erfindungsgemäße zylindrische Halbschale einer Lagerbuchse gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
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2 eine perspektivische schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen zylindrischen Halbschale einer Lagerbuchse gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
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3 eine schematische Seitenansicht durch eine Lagerbuchse mit zwei erfindungsgemäßen zylindrischen Halbschalen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in einem unverspannten Zustand,
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4 eine perspektivische schematische Darstellung eines einteiligen Maschinenlagers mit einer Lagerbuchse mit zwei erfindungsgemäßen zylindrischen Halbschalen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
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5a einen schematischen Querschnitt durch ein einteiliges Maschinenlager mit einer Lagerbuchse mit einer erfindungsgemäßen zylindrischen Halbschale gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in einem unverspannten Zustand,
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5b einen Ausschnitt des schematischen Querschnitts der 5a,
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6a einen schematischen Querschnitt durch ein einteiliges Maschinenlager mit einer Lagerbuchse mit zwei erfindungsgemäßen zylindrischen Halbschalen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in einem verspannten Zustand,
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6b einen Ausschnitt des schematischen Querschnitts der 6a,
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7 eine schematische Seitenansicht durch eine erfindungsgemäße zylindrische Halbschale einer Lagerbuchse gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
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8 eine perspektivische schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen zylindrischen Halbschale einer Lagerbuchse gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel,
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9 eine schematische Seitenansicht durch eine Lagerbuchse mit zwei erfindungsgemäßen zylindrischen Halbschalen gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel in einem unverspannten Zustand,
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10a einen schematischen Querschnitt durch ein zweiteiliges Maschinenlager mit einer Lagerbuchse mit zwei erfindungsgemäßen zylindrischen Halbschalen gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel in einem unverspannten Zustand,
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10b einen Ausschnitt des schematischen Querschnitts der 10a,
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11a einen schematischen Querschnitt durch ein zweiteiliges Maschinenlager mit einer Lagerbuchse mit zwei erfindungsgemäßen zylindrischen Halbschalen gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel in einem verspannten Zustand, und
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11b einen Ausschnitt des schematischen Querschnitts der 11a.
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1 zeigt eine schematische Seitenansicht durch eine erfindungsgemäße zylindrische Halbschale 1 einer Lagerbuchse gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Die zylindrische Halbschale 1 weist als zweite Halbschale 10 eine innere, geteilte Halbschale 10 und als erste Halbschale 14 eine äußere Halbschale 14 auf, die radial zueinander beabstandet sind. Dabei ist in dem ersten Ausführungsbeispiel die äußere Halbschale 14 auf einem Umfang in der radialen Richtung R um eine Achse A vorgesehen, die auch die Mittelachse A der Lagerbuchse ist. Die innere, geteilte Halbschale 10 ist auf einem Umfang in der radialen Richtung R‘ um eine Achse A‘ vorgesehen. Hierbei ist zu beachten, dass der Versatz der Achsen A‘, C‘ gegenüber den Achsen A, C von der zylindrischen Halbschale 1 weg erfolgt, d. h. die Achsen A‘, C‘ relativ zu der zylindrischen Halbschale 1 jenseits der Achsen A, C (von diesen abgewandt) angeordnet sind.
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In dem zweiten Ausführungsbeispiel (vgl. 7 ff.) ist die innere Halbschale 10 als erste Halbschale 10 auf einem Umfang in der radialen Richtung R um eine Achse A vorgesehen, die auch die Mittelachse A der Lagerbuchse ist. In diesem Fall ist die äußere, geteilte Halbschale 14 als zweite Halbschale 14 auf einem Umfang in der radialen Richtung R‘ um eine Achse A‘ vorgesehen, die gegenüber der Achse A versetzt ist. Hierbei erfolgt der Versatz der Achsen A‘, C‘ gegenüber den Achsen A, C zu der zylindrischen Halbschale 1 hin, d. h. die Achsen A‘, C‘ sind zwischen der zylindrischen Halbschale 1 und den Achsen A, C angeordnet (vgl. z.B. 7).
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In beiden Ausführungsbeispielen stehen die Achsen A und A‘ jeweils senkrecht auf einer Achse B, die ihrerseits wiederum senkrecht auf der Achse C bzw. C‘ steht. Dabei schneiden sich die Achsen A, B und C rechtwinklig ebenso wie sich die Achsen A‘, B und C‘ rechtwinklig schneiden. Die Achsen A und C sind gegenüber den Achsen A‘ und C‘ in Richtung der Achse B um ΔB zueinander versetzt. Die äußere Halbschale 14 ist in beiden Ausführungsbeispielen auf einem größeren Radius als die innere Halbschale 10 und im Wesentlichen um diese herum vorgesehen.
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Zwischen der inneren Halbschale 10 und der äußeren Halbschale 14 ist in den beiden beschriebenen Ausführungsbeispielen eine mittlere Halbschale 12 als Verstärkungselement 12 vorgesehen, auf die jedoch zur Realisierung der vorliegenden Erfindung auch verzichtet werden kann bzw. es können auch mehrere Halbschalen 12 vorgesehen sein. Die Halbschale 12 ist vorzugsweise zweigeteilt ausgeführt und weist zwei Teilschalen 12a, 12b bzw. zwei Verstärkungselemente 12a, 12b auf, die durch eine Aussparung 17 in Umfangsrichtung beabstandet sind.
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In beiden Ausführungsbeispielen sind zwischen der inneren Halbschale 10, der mittleren Halbschale 12a, 12b und der äußeren Halbschale 14 Zwischenräume 11, 13 vorhanden, die im Wesentlichen mit einem Elastomermaterial gefüllt sind. Dabei bilden sich zwischen den inneren Halbschalen 10, den mittleren Halbschalen 12a, 12b und den äußeren Halbschalen 14 an den beiden äußeren Rändern der zylindrischen Halbschale 1 jeweils eine Aussparung 19 sowie in der Mitte der zylindrischen Halbschale 1 die Aussparung 17 aus, in die das Elastomermaterial der Zwischenräume 11, 13 gedrückt werden kann, wenn die Lagerbuchse belastet bzw. verspannt wird. Die Dicke der Elastomermaterialien in radialer Richtung R, R‘ kann bei den Zwischenräumen 11, 13 gleich oder auch verschieden sein, um die Steifigkeit der erfindungsgemäßen zylindrischen Halbschale 1 beeinflussen zu können. Auch können zu diesem Zweck die gleichen oder unterschiedliche Arten von Elastomermaterialien, vorzugsweise mit unterschiedlichen Härten (z.B. Shore-Härten) für die Zwischenräume 11, 13 verwendet werden.
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In dem ersten Ausführungsbeispiel der 1 bis 6a ist die innere Halbschale 10 als zweite Halbschale 10 zweigeteilt ausgeführt, d. h. sie weist zwei Teilschalen 10a, 10b auf, die mittels einer Lücke 15 oder eines Freiraums 15 in Umfangsrichtung beabstandet sind. Dabei ist die Lücke 15 in der Mitte der zylindrischen Halbschale 1 im Bereich der Aussparung 17 vorgesehen und liegt etwa auf der Achse B, so dass die beiden Teilschalen 10a, 10b in Umfangsrichtung etwa gleich groß ausgebildet sind. Hierdurch kann eine gleichmäßige Belastung der beiden Teilschalen 10a, 10b erreicht werden. Diese Lücke 15 vergrößert sich in Umfangsrichtung, wenn die erfindungsgemäße zylindrische Halbschale 1 in einer Lagerbuchse eingebaut und belastet wird, vgl. auch 5b und 6b.
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2 zeigt eine perspektivische schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen zylindrischen Halbschale 1 einer Lagerbuchse gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
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3 zeigt eine schematische Seitenansicht durch eine Lagerbuchse mit zwei erfindungsgemäßen zylindrischen Halbschalen 1a, 1b gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in einem unverspannten Zustand. Diese obere zylindrische Halbschale 1a und untere zylindrische Halbschale 1b sind in Richtung der Gravitationskraft G übereinander angeordnet, so dass sie zusammen eine zylindrische Vollschale mit einem zylindrischen Hohlraum bilden, der eine Welle 2 oder Lagerbuchsenachse 2 (siehe z.B. 4) aufnehmen kann. Dabei zeigt die 3 die beiden zylindrischen Halbschalen 1a, 1b übereinander liegend in einem unbelasteten und nichteingebauten Zustand angeordnet, so dass keine Spannungen zwischen den jeweiligen inneren, geteilten Halbschalen 10a, 10b und äußeren Halbschalen 14 auftreten. Die Kanten der jeweiligen inneren, geteilten Halbschalen 10a, 10b sind dabei beinahe aneinander anliegend, d. h. sich fast berührend, dargestellt, so dass ersichtlich wird, dass im eingebauten Zustand die jeweiligen zweigeteilten inneren Halbschalen 10a, 10b und die einteilig ausgebildete äußere Halbschalen 14 die geschlossene zylindrische Vollschale ausbilden. Der Abstand zwischen den beiden inneren, geteilten Halbschalen 10a, 10b und den beiden äußeren Halbschalen 14 in Umfangsrichtung bleibt auch im verspannten Zustand jeweils bestehen, d. h. die Kanten der beiden inneren, geteilten Halbschalen 10a, 10b und der beiden äußeren Halbschalen 14 berühren sich auch im verspannten Zustand nie. Aufgrund der zueinander auf der Achse B versetzten Mittelpunkte A, A‘ der Radien R, R‘ weist diese Vollschale in Richtung der Achse B ein größeres radialen Abmaß, eine größere Dicke bzw. einen größeren Durchmesser auf als in Richtung der Achse C, C‘.
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Hierbei ist zu beachten, dass die Achsen A‘, C‘ der oberen zylindrischen Halbschale 1a in Richtung der unteren zylindrischen Halbschale 1b versetzt sind und zwischen den Achsen A, C und der unteren zylindrischen Halbschale 1b liegen. Umgekehrt sind die Achsen A‘, C‘ der unteren zylindrischen Halbschale 1b in Richtung der oberen zylindrischen Halbschale 1a versetzt und liegen zwischen den Achsen A, C und der oberen zylindrischen Halbschale 1b.
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4 zeigt eine perspektivische schematische Darstellung eines einteiligen Maschinenlagers mit einer Lagerbuchse mit zwei erfindungsgemäßen zylindrischen Halbschalen 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Die Lagerbuchse ist um eine Welle 2 oder Lagerbuchsenachse 2 herum angeordnet, die ihrerseits z.B. über zwei Ständer (Gehäuseträger bzw. Maschinenträger der z.B. Getriebe-Drehmomentenstütze) mit dem Maschinenträger der z.B. Gondel einer Windenergieanlage verbunden sein kann (nicht dargestellt). Die Lagerbuchse selbst ist im Auge eines Motorlagers 3 wie z.B. einer Getriebe-Drehmomentstütze 3 vorgesehen, um so angreifende Kräfte und Momente von dem Maschinenlager 3 gegenüber der Lagerbuchsenachse 2 auszugleichen und abzufedern.
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5a zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein einteiliges Maschinenlager mit einer Lagerbuchse mit einer erfindungsgemäßen zylindrischen Halbschale 1b gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in einem unverspannten Zustand. 5b zeigt einen Ausschnitt X1 des schematischen Querschnitts der 5a. Diese Darstellungen entsprechen einem Schritt beim Einbau einer Lagerbuchse mit zwei erfindungsgemäßen zylindrischen Halbschalen 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, bei dem zunächst eine untere zylindrische Halbschale 1b unterhalb der Welle 2 in Richtung der Gravitationskraft G zwischen Welle 2 und Maschinenlager 3 vorgesehen wird. In diesem Zustand ist die Ebene der Achsen A‘ und C‘ gegenüber der Ebene der Achsen A und C um den Versatz ΔB auf der Achse B entgegen der Richtung der Schwerkraft G versetzt. Die äußeren Kanten der beiden inneren Halbschalen 10a, 10b der unteren zylindrischen Halbschale 1b enden in etwa auf der Achse C. Die Lücke 15 zwischen den inneren Kanten der beiden inneren Halbschalen 10a, 10b der unteren zylindrischen Halbschale 1b ist vergleichsweise gering ausgebildet (vgl. 6b).
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6a zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein einteiliges Maschinenlager mit einer Lagerbuchse mit zwei erfindungsgemäßen zylindrischen Halbschalen 1a, 1b gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in einem verspannten Zustand. 6b zeigt einen Ausschnitt X2 des schematischen Querschnitts der 6a. Diese Darstellungen entsprechen einem weiteren Schritt beim Einbau der Lagerbuchse mit zwei erfindungsgemäßen zylindrischen Halbschalen 1a, 1b gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, bei dem die obere zylindrische Halbschale 1a oberhalb der Welle 2 in Richtung der Gravitationskraft G zwischen Welle 2 und Maschinenlager 3 eingefügt worden ist. Hierzu werden üblicherweise Montagevorrichtungen verwendet, welche die Welle 2 derart in Richtung der Gravitationskraft G belasten, d. h. niederdrücken, dass oberhalb der Welle 2, d. h. entgegen der Richtung der Gravitationskraft G, ein Spalt entsteht, in den die obere zylindrische Halbschale 1a eingefügt werden kann. Danach wird die Welle 2 wieder entlastet und die Montagevorrichtung entfernt, so dass die Welle 2 zwischen den beiden zylindrischen Halbschalen 1a, 1b federnd gelagert ist. Hierdurch werden die beiden zylindrischen Halbschalen 1a, 1b zu einer zylindrischen Vollschale vervollständigt. Dabei fallen im verspannten Zustand die Achsen C und C‘ bzw. A und A‘ aufeinander, wodurch sich beide Radien R, R‘ von der gemeinsamen Buchsenachse A ausgehend erstrecken.
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Durch die Verspannung der beiden Halbschalen 1a, 1b in im Wesentlichen vertikaler Richtung der Achse B werden die äußeren Kanten der jeweils inneren, geteilten Halbschalen 10a, 10b der unteren zylindrischen Halbschale 1b und oberen zylindrischen Halbschale 1a zueinander hin gedrückt, ohne sich dabei zu berühren. Insgesamt werden die beiden zylindrischen Halbschalen 1a, 1b in radialer Richtung R, R‘ zusammengepresst, so dass sich Spannungen in den jeweiligen Elastomermaterialien der Zwischenräume 11, 13 ausbilden. Hierdurch wird das Elastomermaterial der Zwischenräume 11, 13 in die Aussparungen 17, 19 gedrückt (nicht dargestellt). Die sich durch die Verspannung ausbildenden Spannungen in den Elastomermaterialien weisen dabei eine Druckanteil in radialer Richtung R, R‘ und einen Schub- bzw. Zuganteil in Umfangsrichtung senkrecht zur radialen Richtung R, R‘ auf. Dabei werden bei dem Verspannen gleichzeitig – erfindungsgemäß – die jeweiligen Teilschalen 10a, 10b der beiden inneren Halbschalen 10 auseinander gedrückt, so dass sich die Lücke 15 gegenüber dem nicht-eingebauten, unverspannten Zustand (vgl. 5b) vergrößert.
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Dies bedeutet, dass die beiden Teilschalen 10a, 10b durch den Druck des Verspannens, der aufgrund der Verspannung in vertikaler Richtung B in der Mitte der zylindrischen Halbschalen 1a, 1b am größten ist, in Umfangsrichtung auseinander gedrückt werden. Die beiden Teilschalen 10a, 10b der jeweiligen Halbschalen 1a, 1b geben somit erfindungsgemäß dem Druck des Verspannens in vertikaler Richtung B nach, indem sie sich in Umfangsrichtung verschieben, wodurch sich die Lücke 15 zwischen ihnen vergrößert. Durch das Nachgeben überhaupt wird die Spannung in den Elastomermaterialien verringert. Ferner wird durch das Verschieben der Teilschalen 10a, 10b in Umfangsrichtung der Anteil der Schubspannung an der Gesamtspannung, d. h. der Spannung der Elastomermaterialien insgesamt, gegenüber der in radialer Richtung R, R‘ wirkenden Druckspannung vergrößert, d. h. die Druckspannung wird weiter verringert. Dabei verschiebt sich gleichzeitig das Maximum der verringerten Gesamtspannung in Umfangsrichtung von der Mitte der jeweiligen Halbschale 1a, 1b, d. h. von der vertikalen Achse B, weg hin zu den Kanten der Halbschalen 1a, 1b, d. h. zu der Achse C, C‘. Hierdurch treten in dem Elastomermaterialien der Zwischenräume 11, 13, insbesondere in der Mitte der jeweiligen Halbschale 1a, 1b, geringe Belastungen als bisher bekannt auf.
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7 zeigt eine schematische Seitenansicht durch eine erfindungsgemäße zylindrische Halbschale 1 einer Lagerbuchse gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Die Elemente und Bezugszeichen des zweiten Ausführungsbeispiels entsprechen denen des ersten Ausführungsbeispiels mit dem Unterschied, dass im zweiten Ausführungsbeispiel die äußere Halbschale 14 zweigeteilt ausgeführt ist, d. h. zwei Teilschalen 14a, 14b aufweist, die mittels einer Lücke 15 oder eines Freiraums 15 in Umfangsrichtung beabstandet sind. Auch in diesem Ausführungsbeispiel ist die Lücke 15 in der Mitte der zylindrischen Halbschale 1 im Bereich der Aussparung 17 vorgesehen und liegt etwa auf der Achse B, so dass die beiden Teilschalen 14a, 14b in Umfangsrichtung etwa gleich groß ausgebildet sind.
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Ferner unterscheiden sich die beiden Ausführungsbeispiele dadurch, dass bei dem zweiten Ausführungsbeispiel die innere Halbschale 10 auf einem Umfang in der radialen Richtung R um eine Achse A vorgesehen ist, die auch die Mittelachse A der Lagerbuchse ist, und die äußere Halbschale 14 bzw. ihre zwei Teilschalen 14a, 14b auf einem Umfang in der radialen Richtung R‘ um eine Achse A‘ vorgesehen sind. Hierbei erfolgt der Versatz ΔB der Achsen A‘, C‘ gegenüber den Achsen A, C zu der zylindrischen Halbschale 1 hin, d. h. die Achsen A‘, C‘ sind zwischen der zylindrischen Halbschale 1 und den Achsen A, C angeordnet.
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8 zeigt eine perspektivische schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen zylindrischen Halbschale 1 einer Lagerbuchse gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel.
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9 zeigt eine schematische Seitenansicht durch eine Lagerbuchse mit zwei erfindungsgemäßen zylindrischen Halbschalen 1a, 1b gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel in einem unverspannten Zustand. Diese untere zylindrische Halbschale 1b und obere zylindrische Halbschale 1a sind in Richtung der Gravitationskraft G übereinander angeordnet, so dass sie zusammen eine zylindrische Vollschale mit einem zylindrischen Hohlraum bilden, der eine Welle 2 oder Lagerbuchsenachse 2 (siehe z.B. 10a) aufnehmen kann. Dabei zeigt die 9 die beiden zylindrischen Halbschalen 1a, 1b übereinander liegend in einem unbelasteten und nicht-eingebauten Zustand angeordnet, so dass keine Spannungen zwischen den jeweiligen inneren Halbschalen 10 und äußeren Halbschalen 14a, 14b auftreten. Die Kanten der jeweiligen inneren Halbschalen 10 liegen dabei beinahe aneinander an, d. h. sie berühren sich fast, so dass die beiden Halbschalen 1a, 1b gemeinsam eine Vollschale darstellen. Aufgrund der zueinander auf der Achse B versetzten Mittelpunkte A, A‘ der Radien R, R‘ weist diese Vollschale in Richtung der Achse B ein größeres radialen Abmaß, eine größere Dicke bzw. einen größeren Durchmesser auf als in Richtung der Achse C, C‘.
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10a zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein zweiteiliges Maschinenlager mit einer Lagerbuchse mit zwei erfindungsgemäßen zylindrischen Halbschalen 1a, 1b gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel in einem unverspannten Zustand. 10b zeigt einen Ausschnitt X3 des schematischen Querschnitts der 10a. Diese Darstellungen entsprechen einem Schritt beim Einbau einer Lagerbuchse mit zwei erfindungsgemäßen zylindrischen Halbschalen 1a, 1b gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel, bei dem die untere zylindrische Halbschale 1b und obere zylindrische Halbschale 1a zunächst lose, d. h. unverspannt, zwischen einer oberen Hälfte 3a eines zweigeteilt ausgeführten Maschinenlagers 3, einer Welle 2 und einer unteren Hälfte 3b des zweigeteilt ausgeführten Maschinenlagers 3 in Richtung der Gravitationskraft G vorgesehen werden. In diesem Zustand ist die Ebene der Achsen A‘ und C‘ der unteren zylindrischen Halbschale 1b gegenüber der Ebene der Achsen A und C um den Versatz ΔB auf der Achse B in der Richtung der Schwerkraft G versetzt; die Ebene der Achsen A‘ und C‘ der oberen zylindrischen Halbschale 1a ist gegenüber der Ebene A und C um den Versatz ΔB auf der Achse B entgegen der Richtung der Schwerkraft G versetzt. Die äußeren Kanten der beiden inneren Halbschalen 10 enden jeweils in etwa auf der Achse C, berühren sich jedoch nicht, weder im unverspannten noch im verspannten Zustand. Die Lücke 15 zwischen den inneren Kanten der beiden jeweiligen äußeren Halbschalen 14a, 14b in der Mitte der jeweiligen zylindrischen Halbschale 1a, 1b ist vergleichsweise groß ausgebildet (vgl. 11b).
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11a zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein zweiteiliges Maschinenlager mit einer Lagerbuchse mit zwei erfindungsgemäßen zylindrischen Halbschalen 1a, 1b gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel in einem verspannten Zustand. 11b zeigt einen Ausschnitt X4 des schematischen Querschnitts der 11a. Diese Darstellungen entsprechen einem weiteren Schritt beim Einbau einer Lagerbuchse mit zwei erfindungsgemäßen zylindrischen Halbschalen 1a, 1b gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel, bei dem die beiden zylindrischen Halbschalen 1a, 1b in Richtung der Gravitationskraft G zwischen der Welle 2 und den beiden Hälften 3a, 3b des Maschinenlagers 3 verspannt werden. Dabei fallen die Achsen C und C‘ bzw. A und A‘ aufeinander.
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Durch die Verspannung werden die äußeren Kanten der jeweiligen inneren Halbschale 10 der unteren zylindrischen Halbschale 1b und oberen zylindrischen Halbschalen 1a zueinander hin gedrückt, ohne sich dabei zu berühren. Ferner werden die beiden zylindrischen Halbschalen 1a, 1b insbesondere in der Mitte, d. h. im Bereich der vertikalen Achse B, in radialer Richtung R, R‘ zusammen gepresst, so dass sich Spannungen in den jeweiligen Elastomermaterialien der Zwischenräume 11, 13 ausbilden, die jeweils Druckanteile in radialer Richtung R, R‘ und Schubanteile in Umfangsrichtung, d. h. senkrecht zur radialen Richtung R, R‘, aufweisen (vgl. Erläuterung zu 6a, 6b). Hierdurch wird das Elastomermaterial der Zwischenräume 11, 13 in die Aussparungen 17, 19 gedrückt (nicht dargestellt). Dabei werden gleichzeitig – erfindungsgemäß – die jeweiligen Teilschalen 14a, 14b der beiden äußeren Halbschalen 14 in Umfangsrichtung verschoben und in Umfangsrichtung zusammen gedrückt, so dass sich die Lücke 15 gegenüber dem vormontierten, unverspannten Zustand (vgl. 10b) verringert. Hierdurch treten in dem Elastomermaterialien der Zwischenräume 11, 13, insbesondere in der Mitte der jeweiligen zylindrischen Halbschale 1a, 1b, geringe Belastungen als bisher bekannt auf.
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Durch diese Möglichkeit der Verschiebung der Teilschalen 10a, 10b bzw. 14a, 14b in Umfangsrichtung, die durch die Zweiteilung der inneren Halbschale 10 im ersten Ausführungsbeispiel bzw. der äußeren Halbschale 14 im zweiten Ausführungsbeispiel bewirkt wird, wird erfindungsgemäß eine Entlastung der Elastomermaterialien der jeweiligen Zwischenräume 11, 13 erreicht. Hierdurch treten insbesondere in der Mitte der jeweiligen Halbschale 1a, 1b der beiden Ausführungsbeispiele absolut geringere Spannungen im Elastomermaterial auf als bei herkömmlichen, ungeteilt ausgeführten zylindrischen Halbschalen 1a, 1b, so dass die Belastung insgesamt geringer ausfällt. Ferner werden die verbleibenden Spannungen gleichmäßiger zwischen dem radial wirkenden Druckanteilen und den in Umfangsrichtung wirkenden Schubanteilen der Gesamtspannung verteilt, so dass hierdurch die maximale verbleibende Spannung relativ zu den verbleibenden Spannungen insgesamt, d. h. der Summe aller verbleibenden Spannungen, weiter reduziert werden kann. Dies erhöht die Lebensdauer der jeweiligen Halbschalen 1a, 1b.
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Bezugszeichenliste
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- A
- Mittelachse der Lagerbuchse bzw. Buchsenachse
- A‘
- versetzte Mittelachse der Lagerbuchse bzw. versetzte Buchsenachse
- B
- Achse senkrecht zur Achse A, A‘ und senkrecht zur Achse C, C‘
- ΔB
- Versatz zwischen den Achsen A und A‘ bzw. C und C‘ in Richtung der Achse B
- C
- Achse senkrecht zur Achse A und senkrecht zur Achse B
- C‘
- Achse senkrecht zur Achse A‘ und senkrecht zur Achse B
- R
- Radius um Mittelachse A
- R‘
- Radius um versetzte Mittelachse A‘
- 1
- Halbschale
- 1a
- obere Halbschale
- 1b
- untere Halbschale
- 10
- innere Halbschale der Halbschale 1; 1a, 1b
- 10a
- erster Teil der geteilten inneren Halbschale 10 (erste Teilschale)
- 10b
- zweiter Teil der geteilten inneren Halbschale 10 (zweite Teilschale)
- 11
- innerer Zwischenraum, mit Elastomermaterial gefüllt
- 12
- mittlere Halbschale der Halbschale 1; 1a, 1b
- 12a
- erster Teil der geteilten mittleren Halbschale 12 (erste Teilschale)
- 12b
- zweiter Teil der geteilten mittleren Halbschale 12 (erste Teilschale)
- 13
- äußerer Zwischenraum, mit Elastomermaterial gefüllt
- 14
- äußere Halbschale der Halbschale 1; 1a, 1b
- 14a
- erster Teil der geteilten äußeren Halbschale 14 (erste Teilschale)
- 14b
- zweiter Teil der geteilten äußeren Halbschale 14 (zweite Teilschale)
- 15
- Freiraum oder Lücke zwischen Halbschalenteilen 10a, 10b bzw. 14a, 14b
- 17
- Aussparung bzw. Fenster mittig innerhalb einer Halbschale 1
- 19
- Aussparung bzw. Fenster am Rande zwischen zwei Halbschalen 1
- 2
- Welle bzw. Lagerbuchsachse
- 3
- Maschinenlager
- 3a
- obere Hälfte des zweigeteilten Maschinenlagers 3
- 3b
- untere Hälfte des zweigeteilten Maschinenlagers 3
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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