DE102011080647A1 - Bearing assembly for ship propulsion system, comprises tensioning unit that is provided for applying tension to bearing outer rings of outer ring, where outer ring raceways of outer ring are concentric with respect to bearing axis - Google Patents
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Abstract
Description
Gebiet der ErfindungField of the invention
Die Erfindung bezieht sich auf eine Lageranordnung, insbesondere für einen Schiffsantrieb, mit einer Außenringeinrichtung deren Innenwandung eine erste und eine zweite jeweils konkave und zu einer Lagerachse konzentrische, sowie dieser zugewandte Außenringlauffläche bildet, einer Innenringeinrichtung deren Außenwandung eine erste und eine zweite wiederum konkave und zur Lagerachse konzentrische, jedoch der Lagerachse abgewandte Innenringlauffläche bildet, Wälzkörpern die in einem zwischen der Außenringeinrichtung und der Innenringeinrichtung gebildeten Wälzkörperbahnraum aufgenommen sind und hierbei eine erste Wälzkörperlaufreihe und eine hiervon axial beabstandete zweite Wälzkörperlaufreihe bilden, wobei die Wälzkörper als Tonnen ausgebildet sind und einen zu einer Wälzkörperachse konzentrischen Tonnenmantel aufweisen dessen Krümmung im Axialschnitt im wesentlichen der Krümmung der Außenringbahn im Axialschnitt entspricht und wobei die erste und die zweite Außenringlauffläche jeweils eine Kugelringfläche bildet, deren Kugelflächenzentren im wesentlichen deckungsgleich auf der Lagerachse liegen, so dass die Innenringeinrichtung um ein Kippzentrum kippbar ist, das im wesentlichen mit den Kugelflächenzentren übereinkommt.The invention relates to a bearing assembly, in particular for a marine propulsion system, with an outer ring device whose inner wall forms a first and a second concave and concentric to a bearing axis, as well as this facing outer ring raceway, an inner ring means whose outer wall a first and a second concave and the Bearing axis concentric, but the bearing axis facing away from the inner ring raceway, rolling elements are housed in a Wälzkörperbahnraum formed between the outer ring means and the inner ring means and form a first Wälzkörperlaufreihe and axially spaced therefrom second Wälzkörperlaufreihe, wherein the rolling elements are designed as tons and one to a Wälzkörperachse concentric barrel shell whose curvature in axial section substantially corresponds to the curvature of the outer ring track in axial section and wherein the first and the second outer ring running surface in each case forms a spherical ring surface, the spherical surface centers are substantially congruent on the bearing axis, so that the inner ring means is tiltable about a tilting center, which substantially coincides with the spherical surface centers.
Derartige, allgemein als Pendelrollenlager bezeichnete Lageranordnungen werden in großer Breite zur Lagerung von Wellen eingesetzt und ermöglichen ein Verkippen des Innenringes um ein auf der Lagerachse liegendes Kippzentrum, wodurch statische Überbestimmungen vermieden und für den Leistungstransfer unmaßgebliche Verlagerungen der Getriebeglieder, Rundlauffehler und elastische Bauteilsverformungen zugelassen, bzw. kompensiert werden können. Such, generally referred to as spherical roller bearings bearing arrangements are widely used for the storage of waves and allow tilting of the inner ring to a lying on the bearing axis tilting center, thereby avoiding static overdeterminations and allowed for the power transfer unimportant displacements of the gear members, concentricity errors and elastic component deformations, or can be compensated.
Aus
Aufgabe der ErfindungObject of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lageranordnung zu schaffen, durch welche das mechanische Betriebsveralten von bislang unter Einschluss von Pendelrollenlagern gebildeten Lagerstellen verbessert werden kann. The invention has for its object to provide a bearing assembly by which the mechanical Betriebsveralten can be improved from previously formed with the inclusion of spherical roller bearings bearings.
Erfindungsgemäße LösungInventive solution
Die vorangehend genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Lageranordnung, mit:
- – einer Außenringeinrichtung die eine erste und eine zweite jeweils im Axialschnittkonkave und zu einer Lagerachse konzentrische, sowie dieser zugewandte Außenringlauffläche bildet,
- – einer Innenringeinrichtung die eine erste und eine zweite wiederum im Axialschnittkonkave und zur Lagerachse konzentrische, jedoch der Lagerachse abgewandte Innenringlauffläche bildet,
- – Wälzkörpern die in einem zwischen der Außenringeinrichtung und der Innenringeinrichtung gebildeten Wälzkörperbahnraum aufgenommen sind und hierbei eine erste Wälzkörperlaufreihe und eine hiervon axial beabstandete zweite Wälzkörperlaufreihe bilden, wobei
- – die Wälzkörper als Tonnen ausgebildet sind und einen zu einer Wälzkörperachse konzentrischen Tonnenmantel aufweisen dessen Krümmung im Axialschnitt im wesentlichen der Krümmung der ersten bzw. der zweiten Außenringlauffläche im Axialschnitt entspricht,
- – die erste und die zweite Außenringlauffläche jeweils Kugelringflächen von Kugeln bilden, deren Kugelzentren auf der Lagerachse liegen und die Innenringeinrichtung um ein Kippzentrum kippbar ist, das im Bereich der Kugelzentren liegt,
- – die Außenringeinrichtung ein erstes Lageraußenringelement umfasst, dessen Innenumfangsfläche die erste Außenringlauffläche bildet,
- – die Außenringeinrichtung ein zweites Lageraußenringelement umfasst, dessen Innenumfangsfläche die zweite Außenringlauffläche bildet, und
- – eine Spanneinrichtung vorgesehen ist, zur Aufbringung einer die beiden Lageraußenringelemente auf einander zu drängenden Spannkraft.
- - An outer ring means forming a first and a second concentric in each case in the Axialschnittkonkave and to a bearing axis, and this facing outer raceway surface,
- - An inner ring means which forms a first and a second in turn in the Axialschnittkonkave and the bearing axis concentric, but facing away from the bearing axis inner raceway surface,
- - Rolling bodies which are received in a Wälzkörperbahnraum formed between the outer ring means and the inner ring means and in this case form a first Wälzkörperlaufreihe and an axially spaced therefrom second Wälzkörperlaufreihe, wherein
- The rolling elements are designed as barrels and have a barrel shell concentric with a rolling body axis whose curvature in axial section substantially corresponds to the curvature of the first and the second outer ring rolling surface in axial section,
- - The first and the second outer ring raceway each form ball ring surfaces of balls whose ball centers are on the bearing axis and the inner ring means is tiltable about a tilting center, which is in the range of the ball centers,
- The outer ring device comprises a first bearing outer ring element whose inner circumferential surface forms the first outer ring raceway,
- - The outer ring means comprises a second bearing outer ring member whose inner peripheral surface forms the second outer raceway surface, and
- - A clamping device is provided for applying a the two bearing outer ring elements on each other to be urged clamping force.
Dadurch wird es auf vorteilhafte Weise möglich, die erste Außenringlauffläche und die zweite Außenringlauffläche axial gegeneinander zu verlagern und dabei die innere Vorspannung der Lageranordnung definiert zu erhöhen, wobei die Vorspannungserhöhung durch diese Weise mit derart geringen Stellwegen erreicht werden kann, dass auch im axial gespannten Zustand noch hinreichend korrekte geometrische Abwälzverhältnisse gegeben sind. This advantageously makes it possible to displace the first outer raceway surface and the second outer raceway surface axially relative to one another while defining the inner preload of the bearing assembly in a defined manner, wherein the preload increase can be achieved with such small adjustment travel in this way that even in the axially tensioned state still sufficiently correct geometrical Abwälzverhältnisse are given.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine Rückstelleinrichtung vorgesehen, zur Aufbringung einer zwischen den beiden Lageraußenringelementen wirksamen Lagerrückstellkraft. Diese Rückstelleinrichtung kann insbesondere als relativ steife Feder ausgeführt sein, die zwischen den einander zugewandten inneren Stirnflächen der beiden Lageraußenringelemente sitzt. Diese Feder kann hierbei insbesondere als Teller- oder Wellenfeder ausgeführt sein deren Federweg z.B. nur etwa 5% der Lagerbreite beträgt.According to a particularly preferred embodiment of the invention, a restoring device is provided for applying an effective between the two bearing outer ring elements bearing restoring force. This restoring device can be designed in particular as a relatively stiff spring, which sits between the mutually facing inner end faces of the two bearing outer ring elements. This spring can in particular as Plate or wave spring be executed whose spring travel, for example, only about 5% of the bearing width.
Vorzugsweise ist eine Anschlageinrichtung vorgesehen, zur Festlegung des maximalen axialen Stauchgrades der Außenringeinrichtung. Hierdurch wird vermieden, dass durch Aufbringung überhöhter axialer Spannkräfte die Wälzkörper und die Laufflächen überlastet werden. Diese Anschlageinrichtung kann in vorteilhafter Weise im Zusammenspiel mit der Federeinrichtung bewerkstelligt werden. So kann insbesondere bei der Ausführung der Federeinrichtung als Teller- oder Wellenfeder deren Blocklänge so abgestimmt werden, dass die Feder bei Erreichen maximaler Vorspannung ihre maximale axiale Stauchung erreicht und damit selbst als axial hochsteifer Anschlag wirksam wird ohne hierbei Schaden zu nehmen.Preferably, a stop device is provided for determining the maximum axial degree of compression of the outer ring device. This avoids that the rolling elements and the running surfaces are overloaded by applying excessive axial clamping forces. This stop device can be accomplished in an advantageous manner in interaction with the spring device. Thus, especially in the execution of the spring device as a plate or wave spring whose block length be tuned so that the spring reaches its maximum axial compression when reaching maximum bias and thus even as an axially highly rigid stop is effective without this being damaged.
Gemäß einem besonderen Aspekt der vorliegenden Erfindung sind die Wälzkörper der beiden Laufreihen über einen gemeinsamen Käfig geführt. Dieser Käfig kann insbesondere als sog. Doppelkammkäfig, oder auch als zweireihiger Fensterkäfig ausgeführt sein. Der Käfig ist vorzugsweise so gestaltet, dass dieser die Wälzkörper mit hohem Umschließungsgrad führt. Vorzugsweise ist der Käfig auch so gestaltet, dass dieser sowohl in Umfangsrichtung, als auch in axialer Richtung, d.h. zwischen den Wälzkörperlaufreihen eine hohe Stützwirkung entfaltet. According to a particular aspect of the present invention, the rolling elements of the two rows of runs are guided over a common cage. This cage can be designed in particular as a so-called. Double comb cage, or as a double-row window cage. The cage is preferably designed so that it leads the rolling elements with a high degree of enclosure. Preferably, the cage is also designed so that it is in the circumferential direction, as well as in the axial direction, i. developed between the Wälzkörperlaufreihen a high support effect.
Alternativ zu der vorgenannten Variante ist es auch möglich, den Käfig als axial geteilte Struktur auszubilden, so dass die Wälzkörper jeder Laufreihe in einem eigenen Käfigabschnitt geführt sind. Vorzugsweise sind die beiden Käfigabschnitte hierbei derart gestaltet, dass diese einander zugewandte Stirnflächen bilden über welche sich die beiden Käfigabschnitte kontaktieren und axial stützen können. As an alternative to the aforementioned variant, it is also possible to form the cage as an axially divided structure, so that the rolling elements of each row of rollers are guided in a separate cage section. Preferably, the two cage sections are in this case designed such that they form mutually facing end faces via which the two cage sections can contact and support axially.
Die Spanneinrichtung ist gemäß einem besonderen Aspekt der vorliegenden Erfindung vorzugsweise als ölhydraulische Spanneinrichtung ausgeführt. Die Spanneinrichtung kann als eigenständige Baugruppe axial an die Außenringeinrichtung angesetzt werden. Vorzugsweise jedoch ist die Spanneinrichtung derart in die Lageranordnung eingebunden, dass die Lageranordnung als die Spanneinrichtung umfassende Baugruppe gehandhabt werden kann. Die Spanneinrichtung kann so gestaltet sein, dass diese einen Ringkolben umfasst, welcher in einem Ringnutträger abgedichtet geführt und unter dem Druck eines Fluides axial ausrückbar ist. Alternativ zu einer Gestaltung der Spanneinrichtung als Kolbenmechanik ist es auch möglich, diese durch zumindest partiell elastisch verformbare Elemente, beispielsweise einen dünnwandigen, Rohrring zu fertigen der unter einem in dessen inneren herrschenden Öldruck axial weitbar ist. Die Spanneinrichtung kann auch im Zusammenspiel mit Strukturen gefertigt werden die durch die Außenringelemente bereitgestellt werden. The tensioning device is preferably designed according to a particular aspect of the present invention as an oil-hydraulic tensioning device. The clamping device can be recognized as an independent assembly axially to the outer ring device. Preferably, however, the clamping device is integrated into the bearing arrangement in such a way that the bearing arrangement can be handled as an assembly comprising the clamping device. The clamping device can be designed so that it comprises an annular piston, which is guided sealed in a Ringnutträger and axially disengageable under the pressure of a fluid. As an alternative to a design of the clamping device as a piston mechanism, it is also possible to manufacture these by at least partially elastically deformable elements, such as a thin-walled, tubular ring which is axially expandable under a prevailing oil pressure in its inner. The tensioning device can also be manufactured in interaction with structures which are provided by the outer ring elements.
Die Lageranordnung kann weiterhin auch derart ausgebildet werden, dass bei Erreichen der maximalen axialen Vorspannung die Kugelzentren der beiden Außenringlaufflächen aufeinander liegen. Hierdurch wird erreicht, dass in einem Zustand des Lagers mit höchster Vorspannung, oder bei Ausschaltung der Lagerluft und Unterdrückung von Schlupf, ideale geometrische Abwälzverhältnisse bestehen. The bearing assembly can also be designed such that upon reaching the maximum axial preload the ball centers of the two outer raceway surfaces lie on each other. This ensures that exist in a state of the bearing with the highest bias, or on elimination of the clearance and suppression of slip, ideal geometric Abwälzverhältnisse.
Durch das erfindungsgemäße Lösungskonzept wir es möglich, eine Lageranordnung zu schaffen die ähnlich wie ein Pendelrollenlager ein Kippen des La-gerinnenringes gegenüber dem Lageraußenring ermöglicht und zudem auch ein dynamisches Vorspannen der nunmehr radial geteilten Pendelrollenlager-Außenringe ermöglicht. Die erfindungsgemäße Lageranordnung eignet sich insbesondere für Schiffsantriebe.The solution according to the invention, it is possible to provide a bearing arrangement similar to a spherical roller bearings allows tilting of the La-gerinnenringes relative to the bearing outer ring and also allows dynamic biasing the now radially split spherical roller bearings outer rings. The bearing assembly according to the invention is particularly suitable for marine propulsion.
Die Erfindung ermöglicht eine dynamische Nachstellung in Abhängigkeit von Lastrichtung und Lastfall. Die Erfindung macht es möglich, für den Bereich der Schiffsantriebstechnik ein Pendelrollenlager zu schaffen bei welchem von einer Vermessung der Lagerluft im eingebauten Zustand einer Schiffswelle abgesehen werden kann. Erfindungsgemäß wird mittels eines Regelsystems der auf die Hydraulikmutter wirkende Öldruck gemessen und reguliert, so dass die zum Zeitpunkt eines auftretenden Lastfalles nötige Vorspannung vorherrscht. Mit dieser definierten Vorspannung können Schädigungen durch Schlupf vermieden werden. Die zur Einstellung der Lagerluft herangezogenen Hydraulikelemente können in vorteilhafter Weise in die Lageranordnung integriert werden. Die Regelung der Lagervorspannung bzw. des Lagerspiels erfolgt dynamisch über eine Regeleinheit. Die Außenringeinrichtung der Lageranordnung umfasst zwei separate Außenringelemente die gemeinsame sphärische Laufflächen bilden. Zwischen diesen Außenringelementen sind Federpackungen aufgenommen die entsprechende Rückstellkräfte generieren. Weiterhin ist eine Regeleinheit für den Steuerdruck zur axialen Verspannung vorgesehen. Anstelle eines statischen Vorspannens wird erfindungsgemäß ein Pendelrollenlager eines Schiffsantriebs mittels eines Regelsystems dynamisch vorgespannt, um insbesondere auf wechselnde Betriebsbedingungen reagieren zu können. Erfindungsgemäß wird ein Pendelrollenlager-Außenring in zwei über Federn axial beabstandete Einzelringe geteilt, wobei eine separate oder eine in einen Einzelring integrierte Hydraulikmutter entgegen der Federkraft wirken kann.The invention enables a dynamic adjustment depending on the load direction and load case. The invention makes it possible to provide for the field of marine propulsion technology a spherical roller bearing in which can be apart from a measurement of the bearing clearance in the installed state of a ship's shaft. According to the invention, the hydraulic pressure acting on the hydraulic nut oil pressure is measured and regulated by means of a control system, so that prevails at the time of a load case occurring bias. Damage caused by slippage can be avoided with this defined preload. The hydraulic elements used to adjust the bearing clearance can be integrated into the bearing arrangement in an advantageous manner. The control of the bearing preload or the bearing clearance is done dynamically via a control unit. The outer ring means of the bearing assembly comprises two separate outer ring members forming common spherical raceways. Between these outer ring elements spring packs are added to generate the corresponding restoring forces. Furthermore, a control unit for the control pressure for axial clamping is provided. Instead of static prestressing, according to the invention, a spherical roller bearing of a marine propulsion system is dynamically prestressed by means of a control system in order in particular to be able to react to changing operating conditions. According to the invention, a spherical roller bearing outer ring is divided into two axially separated by springs single rings, with a separate or integrated into a single ring hydraulic nut can act against the spring force.
Kurzbeschreibung der Figuren Brief description of the figures
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigt:Further details and features of the invention will become apparent from the following description taken in conjunction with the drawings. It shows:
In
Die erste und die zweite Außenringlauffläche
Die Außenringeinrichtung AR umfasst ein erstes Lageraußenringelement AR1, dessen Innenumfangsfläche die erste Außenringlauffläche
Die Lageranordnung umfasst weiterhin eine Spanneinrichtung T, zur Aufbringung einer der beiden Lageraußenringelemente AR1, AR2 auf einander zu drängenden Spannkraft, sowie eine Rückstelleinrichtung R, zur Aufbringung einer zwischen den beiden Lageraußenringelementen AR1, AR2 wirksamen Lagerrückstellkraft. Die Rückstelleinrichtung R umfasst hier zwei in Reihe angeordnete Federn
Die Wälzkörper
Die Spanneinrichtung T ist als ölhydraulische Spanneinrichtung ausgeführt und umfasst einen Ringkolben
Die hier gezeigte Lageranordnung ist derart ausgebildet, dass bei einer für den Dauerbetrieb geeigneten axialen Vorspannung die Kugelzentren Z1, Z2 der beiden Außenringlaufflächen
Die Lagerinnenringeinrichtung IR ist hier als einteiliger Lagerinnenring gestaltet und bildet die beiden konkave Innenringlaufflächen
Zwischen den beiden Laufreihen ist an der Lagerinnenringeinrichtung IR ein Mittelbord M ausgebildet welcher die Wälzkörper
In
Die erste und die zweite Außenringlauffläche
Die Außenringeinrichtung AR umfasst ein erstes Lageraußenringelement AR1, dessen Innenumfangsfläche die erste Außenringlauffläche
Die Lageranordnung umfasst weiterhin eine Spanneinrichtung T, zur Aufbringung einer der beiden Lageraußenringelemente AR1, AR2 auf einander zu drängenden Spannkraft, sowie eine Rückstelleinrichtung R, zur Aufbringung einer zwischen den beiden Lageraußenringelementen AR1, AR2 wirksamen Lagerrückstellkraft. Die Rückstelleinrichtung R umfasst hier eine Wellenfeder
Die Spanneinrichtung T umfasst eine Buchse T. Diese Buchse T1 bildet eine Ringschulter T2 die als Axialanschlag, sowie als Zylinderboden fungiert. Die Buchse T1 bildet weiterhin eine Innenumfangsfläche in welcher das erste Lageraußenringelement AR1 axial verschiebbar geführt ist. Die Buchse T1 umgreift weiterhin auch das zweite Lageraußenringelement AR2 und ist mit diesem starr gekoppelt. Diese starre Koppelung wird hier durch einen Gewindeabschnitt T3 erreicht, der mit einem komplementären Gewindeabschnitt am Außenumfang des zweiten Lageraußenringelementes AR2 in Eingriff steht. An der Buchse T1 sind mehrere Dichtringnuten ausgebildet in welchen jeweils Dicht-, insbesondere O-Ringe O1, O2, O3, O4 sitzen. Durch die Dichtringe O3, O4 wird eine Druckölkammer C abgedichtet. Diese Druckölkammer kann über Kanalabschnitte c1, 2c, c3, c4 mit einer Druckölquelle
Unter dem Druck des in Druckölkammer C anstehenden Öles wird das Außenringelement AR1 axial belastet und in eine Richtung zu dem zweiten Außenringelement hin verlagert. Hierbei erhöht sich die radiale Pressung der zwischen der Außenringeinrichtung AR und der Innenringeinrichtung aufgenommenen Wälzkörper
Über die Buchse T wird die Außenringeinrichtung AR und damit die Lageranordnung insgesamt zu einer Baugruppe zusammengefasst. Die Buchse T ist derart gestaltet, dass diese die beiden Außenringelemente AR1, AR2 in einer Grundfunktionsstellung zueinander positioniert in welcher eine allenfalls geringe, hier über die das Buchsengewinde T3 einstellbare Lagerpressung herrscht. Diese Lagerpressung kann dann nach Maßgabe des über die Steuereinrichtung
Die Lageranordnung kann über die Buchse T in eine Aufnahmebohrung
Die erfindungsgemäße Lageranordnung eignet sich insbesondere für Schwerlastanwendungen, insbesondere zu Lagerung von Schiffswellen, Walzen und Bohrköpfen. The bearing assembly according to the invention is particularly suitable for heavy duty applications, in particular for storage of ship shafts, rollers and drill heads.
Die O-Ringe O1, O2 können um die Buchse T herumgeführt sein. Insbesondere bei großen Lagerdurchmessern ist es auch möglich, das Lager in einer definierten Umfangsposition zu montieren und die Abdichtung der Druckölkanäle durch eine kleinere Dichtungsstruktur abzudichten. Obgleich hier nicht dargestellt ist vorzugsweise das verschiebbare Lageringelement AR1 gegen Verdrehung in Umfangsrichtung gesichert. Dies kann z.B. durch eine Passfeder oder anderweitige Linearführung erfolgen. The O-rings O1, O2 can be guided around the bushing T. Especially with large bearing diameters, it is also possible to mount the bearing in a defined circumferential position and to seal the seal of the pressure oil passages by a smaller sealing structure. Although not shown here, the displaceable bearing ring element AR1 is preferably secured against rotation in the circumferential direction. This can e.g. done by a feather key or other linear guide.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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