DE102011088692A1 - Roller bearing for wind power plant, has outer and inner rim portions whose contact surfaces are arranged at preset angle in longitudinal section so that cylindrical roller tilting moment generated due to axial load is counteracted - Google Patents
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- F16C2360/31—Wind motors
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Zylinderrollenlager mit einem Innenlaufbahnträger, welcher eine innere Laufbahn bereitstellt, mit einem Außenlaufbahnträger, welcher eine äußere Laufbahn bereitstellt, mit einer Mehrzahl von Zylinderrollen, wobei die Zylinderrollen in einem Wälzkörperraum zwischen der inneren und der äußeren Laufbahn abwälzend angeordnet sind, so dass der Innenlaufbahnträger und der Außenlaufbahnträger relativ zueinander um eine Drehachse rotieren können, und mit mindestens einem Außenbord und mit mindestens einem Innenbord, welche in einem Längsschnitt durch die Drehachse des Zylinderrollenlagers in Bezug auf den Wälzkörperraum diagonal zueinander angeordnet sind und welche die Zylinderrollen über Anlaufflächen in axialer Richtung führen.The invention relates to a cylindrical roller bearing with an inner race carrier, which provides an inner race, with an outer race carrier, which provides an outer race, with a plurality of cylindrical rollers, wherein the cylindrical rollers are arranged in a Wälzkörperraum rolling between the inner and the outer race, so that the inner race carrier and the outer race carrier can rotate relative to each other about an axis of rotation, and with at least one outboard and at least one inboard, which are arranged in a longitudinal section through the axis of rotation of the cylindrical roller bearing with respect to the Wälzkörperraum diagonally to each other and which the cylindrical rollers on thrust surfaces in axial Lead direction.
Zylinderrollenlager in üblicher Bauweise umfassen einen Innenring, einen Außenring sowie eine Mehrzahl dazwischen angeordnete Zylinderrollen, welche bei einer Relativverdrehung von Innenring und Außenring auf den Laufbahnen der Ringe abwälzen. Zylinderrollenlager dienen primär dazu, radiale Lasten von dem Innenring auf den Außenring oder in Gegenrichtung zu übertragen. Axiale Belastungen können über Zylinderrollenlager aufgrund der Bauart deutlich schlechter übertragen werden. Es ist jedoch durchaus üblich, dass Innenring und Außenring jeweils Borde aufweisen, welche die Zylinderrollen in axialer Richtung stützen, so dass zumindest eine gewisse axiale Belastung über das Zylinderrollenlager abgetragen werden kann.Cylindrical roller bearings in conventional construction comprise an inner ring, an outer ring and a plurality of cylindrical rollers arranged therebetween, which roll on the raceways of the rings in a relative rotation of inner ring and outer ring. Cylindrical roller bearings serve primarily to transmit radial loads from the inner ring to the outer ring or in the opposite direction. Axial loads can be significantly worse transmitted via cylindrical roller bearings due to the design. However, it is quite common that inner ring and outer ring each have ribs which support the cylindrical rollers in the axial direction, so that at least a certain axial load can be removed via the cylindrical roller bearing.
Die Druckschrift
Die Druckschrift
Gebiet der ErfindungField of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Zylinderrollenlager vorzuschlagen, welches axiale Belastungen besonders gut aufnehmen kann. Der Erfindung liegt auch die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Auslegung eines derartigen Zylinderlagers zu offenbaren. The invention has for its object to propose a cylindrical roller bearing, which can absorb axial loads particularly well. The invention is also based on the object to disclose a method for the design of such a cylinder bearing.
Diese Aufgabe wird durch ein Zylinderrollenlager mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.This object is achieved by a cylindrical roller bearing with the features of claim 1 and by a method having the features of
Im Rahmen der Erfindung wird ein Zylinderrollenlager, insbesondere ausgebildet als Radialwälzlager, vorgeschlagen. Besonders bevorzugt ist das Zylinderrollenlager einreihig ausgebildet. Das Zylinderrollenlager weist einen Innenlaufbahnträger, welcher eine innere Laufbahn, und einen Außenlaufbahnträger, welcher eine äußere Laufbahn bereitstellt, auf. Innenlaufbahnträger und/oder Außenlaufbahnträger können jeweils als ein Wälzkörperring ausgebildet sein. Es ist jedoch auch möglich, dass einer oder beide als Teil einer anderen, komplexeren Struktur, wie z.B. einer Welle, einer Achse oder einer Aufnahmegeometrie ausgebildet ist bzw. sind.In the context of the invention, a cylindrical roller bearing, in particular designed as a radial rolling bearing proposed. Particularly preferably, the cylindrical roller bearing is formed in a single row. The cylindrical roller bearing has an inner race which has an inner race and an outer race which provides an outer race. Inner raceway carrier and / or outer raceway carrier may each be formed as a Wälzkörperring. However, it is also possible that one or both may form part of another, more complex structure, such as e.g. a shaft, an axis or a receiving geometry is or are formed.
Das Zylinderrollenlager umfasst eine Mehrzahl von Zylinderrollen, wobei die Zylinderrollen zwischen der inneren und der äußeren Laufbahn in einem Wälzkörperraum abwälzend angeordnet sind. Dadurch wird es ermöglicht, dass der Innenlaufbahnträger und der Außenlaufbahnträger relativ zueinander um eine Drehachse rotieren können. Insbesondere sind die Zylinderrollen in der Form eines geraden Zylinders ausgebildet. Besonders bevorzugt sind die die Rotationsachsen der Zylinderrollen mit der Drehachse des Zylinderrollenlagers gleichgerichtet oder sogar parallel ausgerichtet.The cylindrical roller bearing comprises a plurality of cylindrical rollers, wherein the cylindrical rollers between the inner and the outer raceway are arranged rolling in a Wälzkörperraum. This makes it possible for the inner race carrier and the outer race carrier to rotate relative to each other about a rotation axis. In particular, the cylindrical rollers are formed in the shape of a straight cylinder. Particularly preferably, the axes of rotation of the cylindrical rollers with the axis of rotation of the cylindrical roller bearing rectified or even aligned in parallel.
Bei möglichen Ausführungsformen weist das Zylinderrollenlager einen Käfig auf, welcher ausgebildet ist, die Zylinderrollen voneinander in Umlaufrichtung zu beabstanden. Es ist jedoch besonders bevorzugt, insbesondere um ein sehr tragfähiges Zylinderrollenlager zu erhalten, dass die Zylinderrollen vollrollig in dem Zylinderrollenlager angeordnet sind, so dass dieses käfigfrei ausgebildet ist.In possible embodiments, the cylindrical roller bearing has a cage, which is designed to space the cylindrical rollers from each other in the direction of rotation. However, it is particularly preferred, in particular in order to obtain a very stable cylindrical roller bearing, that the cylindrical rollers are arranged fully rolling in the cylindrical roller bearing, so that this is cage-free.
Das Zylinderrollenlager umfasst mindestens einen Außenbord und mindestens einen Innenbord, wobei die beiden Borde im Längsschnitt durch die Drehachse des Zylinderrollenlagers in Bezug auf den Wälzkörperraum diagonal zueinander angeordnet sind. Legt man somit eine Schnittebene durch das Zylinderrollenlager, wobei die Drehachse in der Schnittebene liegt, so ergibt sich der Wälzkörperraum in Anlehnung an die Form der Zylinderrollen als ein rechteckiger oder quaderförmiger Aufnahmeraum. Der Außenbord ist dem Außenlaufbahnträger zugeordnet und bevorzugt einstückig mit diesem, insbesondere mit der äußeren Laufbahn verbunden. Der Innenbord ist dem Innenlaufbahnträger zugeordnet und vorzugsweise einstückig mit diesem, insbesondere mit der inneren Laufbahn verbunden. Durch die diagonale Anordnung von Außenbord und Innenbord ist es möglich, axiale Belastungen über die Zylinderrollen von einem Träger auf den anderen Träger zu übertragen. Das Zylinderrollenlager kann auf den Innenbord und den Außenbord beschränkt eins, optional können Innenlaufbahnträger oder Außenlaufbahnträger weitere Borde aufweisen.The cylindrical roller bearing comprises at least one outboard and at least one inboard, wherein the two rims in longitudinal section through the axis of rotation of the cylindrical roller bearing with respect to the Wälzkörperraum are arranged diagonally to each other. If one thus sets a cutting plane through the cylindrical roller bearing, wherein the axis of rotation lies in the cutting plane, then the rolling body space is based on the shape of the cylindrical rollers as a rectangular or cuboid receiving space. The outboard is associated with the outer raceway carrier and preferably integrally connected thereto, in particular with the outer raceway. The inboard is associated with the inner raceway carrier and preferably integrally connected thereto, in particular with the inner raceway. Due to the diagonal arrangement of outboard and inboard, it is possible to transmit axial loads on the cylindrical rollers from one carrier to the other carrier. The cylindrical roller bearing may be limited to the inboard and outboard one, optionally, inner raceway carriers or outer raceway carriers may include additional rims.
Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Anlaufflächen des Außenbords und des diagonal gegenüberstehenden Innenbords für die Zylinderrollen in dem Längsschnitt gegenüber Radialebenen zu der Drehachse des Zylinderrollenlagers jeweils einen Bordwinkel aufweisen. Diese konstruktive Ausgestaltung hat die Wirkung, dass einem bei einer axialen Belastung entstehenden Kippmoment der Zylinderrolle entgegengewirkt wird. Der Bordwinkel wird in dem Längsschnitt zwischen der Radialebene und der Anlauffläche des jeweiligen Bords gemessen und ist größer als 0°, vorzugsweise größer als 5° und insbesondere größer als 10° bemessen. In the context of the invention it is proposed that the contact surfaces of the outboard and the diagonally opposite inboard for the cylindrical rollers in the longitudinal section relative to radial planes to the axis of rotation of the cylindrical roller bearing each have an on-board angle. This structural design has the effect of counteracting a tilting moment of the cylindrical roller which is produced during an axial load. The on-board angle is measured in the longitudinal section between the radial plane and the contact surface of the respective shelf and is greater than 0 °, preferably greater than 5 ° and in particular greater than 10 ° dimensioned.
Die Anlaufflächen sind bevorzugt in dem genannten Längsschnitt gerade ausgebildet. Bei abgewandelten Ausführungsformen können eine oder beide Anlaufflächen auch gekrümmt ausgebildet sein, wobei der Bordwinkel in diesem Fall durch eine angenäherte Gerade durch die Anlaufflächen, z.B. über ein Least Square Algorithmus, bestimmt wird. The contact surfaces are preferably formed straight in said longitudinal section. In modified embodiments, one or both contact surfaces may also be curved, wherein the board angle in this case by an approximate straight line through the contact surfaces, e.g. via a least square algorithm, is determined.
Es ist dabei eine Überlegung der Erfindung, dass bei einer axialen Belastung des Zylinderrollenlagers die Zylinderrollen ohne einen Bordwinkel an den Anlaufflächen in der Ebene des Längsschnittes zur Verkippung neigen und dadurch eine asymmetrische Flächenpressung an der Laufbahn erzeugen. Diese asymmetrische Flächenpressung ist eine die zulässige Axialkraft des Zylinderrollenlagers begrenzende Einflussgröße. Durch ein Abschrägen der Anlaufflächen des Außenbords und des Innenbords wird bei der axialen Belastung ein Gegenkippmoment hervorgerufen, welches in einem idealen Fall das durch die axiale Belastung entstehende Kippmoment der Zylinderrollen kompensiert. Somit führt der Bordwinkel der Anlaufflächen des Außenbords und des diagonal gegenüberliegenden Innenbords dazu, dass trotz einer axialen Belastung des Zylinderrollenlagers eine symmetrische oder homogene Flächenpressung entlang der Zylinderrollen an der inneren und äußeren Laufbahn erreicht werden und damit die Tragfähigkeit des Zylinderrollenlagers für axiale Belastungen erhöht wird. It is a consideration of the invention that at an axial load of the cylindrical roller bearing, the cylindrical rollers incline without an on-board angle to the contact surfaces in the plane of the longitudinal section for tilting and thereby produce an asymmetric surface pressure on the track. This asymmetrical surface pressure is an influencing variable which limits the permissible axial force of the cylindrical roller bearing. By chamfering the contact surfaces of the outboard and the inboard a Gegenkippmoment is caused in the axial load, which compensates in an ideal case, resulting from the axial load overturning moment of the cylindrical rollers. Thus, the on-board angle of the contact surfaces of the outboard and the diagonally opposite inboard results in that despite an axial load of the cylindrical roller bearing a symmetrical or homogeneous surface pressure along the cylindrical rollers on the inner and outer raceway can be achieved and thus the load capacity of the cylindrical roller bearing for axial loads is increased.
Bei einer bevorzugten Realisierung der Erfindung sind die Zylinderrollen an der Stirnseite gekrümmt, vorzugsweise torusballig ausgebildet. Besonders bevorzugt ist der Torus als ein so genannter Donut realisiert. Eine torusballige Stirnfläche ist eine rotationssymmetrische Zylinderrolle, die eine konvex nach außen gekrümmte Stirnfläche in einem an die Mantelfläche angrenzenden Bereich der Stirnseite aufweist, wobei der gedachte Krümmungsradius einen Abstand von der Drehachse der Zylinderrolle einhält, und wobei zwischen den gekrümmten Randbereichen der Stirnseiten ein flacher oder ebener Bereich vorgesehen ist, durch den die Drehachse der Zylinderrolle tritt. Die Krümmung kann dabei sphärisch sein oder ein anderes Profil aufweisen, beispielsweise ein logarithmisches Profil. Derartige Zylinderrollen mit torusballiger Stirnfläche sind aus den Schriften
In einer ersten möglichen Ausgestaltung der Erfindung, insbesondere bei einer statischen Auslegung, sind die Bordwinkel für die Anlaufflächen des Außenbords und des Innenbords so gewählt, dass in dem Längsschnitt eine Normale, also eine Senkrechte, der Anlauffläche des Außenbords und eine Normale, also eine Senkrechte, der Anlauffläche des Innenbords eine gemeinsame Gerade bilden, welche durch einen Mittelpunkt der Zylinderrolle verläuft. Der Mittelpunkt der Zylinderrolle ist dabei der Mittelpunkt der Rotationsachse der Zylinderrolle. Diese Ausgestaltung bei einer statischen Auslegung ist einfach zu realisieren und führt dazu, dass die beiden wirkenden Bordkräfte im Wesentlichen direkt gegeneinander wirken, also weitgehend auf einer Wirklinie liegen. Somit besteht zwischen den beiden Bordkräften kein Hebelarm und somit auch kein Kippmoment mehr.In a first possible embodiment of the invention, in particular in a static design, the board angle for the contact surfaces of the outboard and inboard are selected so that in the longitudinal section a normal, ie a vertical, the contact surface of the outboard and a normal, ie a vertical in that the leading surface of the inboard forms a common straight line passing through a center of the cylindrical roller. The center of the cylindrical roller is the center of the axis of rotation of the cylindrical roller. This configuration in a static design is easy to implement and causes the two acting on-board forces act substantially directly against each other, so are largely on a line of action. Thus, there is no lever arm between the two airborne forces and thus no more tilting moment.
Bei einer möglichen Konkretisierung der Erfindung ist der Fußpunkt der Normalen der Anlauffläche des Außenbords und/oder der Fußpunkt der Normalen der Anlauffläche des Innenbords in einem Kontakt der Zylinderrolle mit der jeweiligen Anlauffläche, wobei sich das Zylinderrollenlager in einem axial unbelasteten Zustand befindet. Mit dieser Auslegungsrichtlinie können die Bordwinkel in einfacher Weise bestimmt und umgesetzt werden.In a possible concretization of the invention, the base of the normal of the approach surface of the outboard and / or the base of the normal of the contact surface of the inboard in a contact of the cylindrical roller with the respective contact surface, wherein the cylindrical roller bearing is in an axially unloaded state. With this design guideline, the on-board angles can be determined and implemented in a simple manner.
Prinzipiell ist es möglich, dass die beiden Bordwinkel unterschiedlich groß sind, um eine optimale Abstimmung zu erreichen. Um jedoch eine Fertigung möglichst einfach umzusetzen, ist es bevorzugt, dass der Bordwinkel der beiden Anlaufflächen gleich groß gewählt ist.In principle, it is possible that the two on-board angles are different in size in order to achieve optimum tuning. However, one To implement manufacturing as simple as possible, it is preferred that the board angle of the two contact surfaces is the same size.
Bei einer zweiten Möglichkeit der Erfindung, insbesondere bei einer dynamischen Auslegung, sind die Bordwinkel, so gewählt, dass die von dem Innenbord und dem Außenbord auf die Zylinderrollen in axialer Richtung übertragenen Kräfte auf einer gemeinsamen Wirklinie liegen. Eine derartige dynamische Auslegung wird üblicherweise durch Modellrechnungen, insbesondere FEM-Rechnungen, durchgeführt, wobei die Bordwinkel bei gleich bleibender Geometrie des Zylinderrollenlagers und gegebenenfalls der Krümmungsradius der Stirnseiten der Zylinderrollen variiert werden, bis ein lokales oder globales Maximum bei der Optimierung erreicht ist.In a second possibility of the invention, in particular in a dynamic design, the on-board angles are selected so that the forces transmitted from the inboard and outboard to the cylindrical rollers in the axial direction lie on a common line of action. Such a dynamic design is usually carried out by model calculations, in particular FEM calculations, whereby the on-board angles are varied while the geometry of the cylindrical roller bearing remains constant and, if appropriate, the radius of curvature of the end faces of the cylindrical rollers until a local or global maximum is reached in the optimization.
Besonders bevorzugt erfolgt die dynamische Auslegung bei einer maximalen Axialbelastung des Zylinderrollenlagers. Diese maximale Axialbelastung kann dann zu einem späteren Zeitpunkt als Grundlage für eine nominale maximale Axialbelastung des Zylinderrollenlagers herangezogen werden.Particularly preferably, the dynamic design is carried out at a maximum axial load of the cylindrical roller bearing. This maximum axial load can then be used at a later time as the basis for a nominal maximum axial load of the cylindrical roller bearing.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Auslegung bzw. Fertigung des Zylinderrollenlagers, wie es zuvor beschrieben wurde bzw. nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die beiden Bordwinkel und optional ergänzend der Krümmungsradius der Stirnseiten der Zylinderrollen bei gleich bleibender Geometrie des Zylinderrollenlagers so lange variiert werden, bis eine Verkippung der Zylinderrollen bei einer minimiert und/oder eine Flächenpressung der Zylinderrollen auf den Laufbahnen bei einer vorgebbaren Axialbelastung homogenisiert oder symmetrisiert ist.Another object of the invention relates to a method for designing or manufacturing the cylindrical roller bearing, as described above or according to one of the preceding claims, wherein the two board angles and optionally complementing the radius of curvature of the end faces of the cylindrical rollers with the same geometry of the cylindrical roller bearing as long be varied until a tilting of the cylindrical rollers is minimized and / or a surface pressure of the cylindrical rollers on the raceways at a predetermined axial load homogenized or symmetrized.
Besonders bevorzugt ist das Zylinderrollenlager als ein Großwälzlager mit einem Teilkreisdurchmesser von größer als 500 mm, vorzugsweise größer als 1.000 mm ausgebildet. Ferner ist es bevorzugt, dass das Zylinderrollenlager für langsam drehende Anwendungen, also für Anwendungen mit Rotationsgeschwindigkeiten kleiner als 10 Umdrehungen/s und insbesondere kleiner als 5 Umdrehungen/s ausgebildet ist. Particularly preferably, the cylindrical roller bearing is designed as a large roller bearing with a pitch circle diameter of greater than 500 mm, preferably greater than 1,000 mm. Furthermore, it is preferred that the cylindrical roller bearing for slow-rotating applications, ie for applications with rotational speeds less than 10 revolutions / s and in particular less than 5 revolutions / s is formed.
Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung sowie der beigefügten Figuren. Dabei zeigen:Further features, advantages and effects of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments of the invention and the accompanying figures. Showing:
Die
Der Innenring
Allerdings führt die Übertragung der Axialkraft F bzw. F' zu einem Kippmoment der Zylinderrollen
Um dieses Kippmoment bei einer Axialbelastung zu kompensieren, sind sowohl die Stirnseiten der Zylinderrollen
Die Stirnseiten
Die Anlaufflächen von Außenbord
Die in
Die
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Zylinderrollenlager Cylindrical roller bearings
- 22
- Drehachse axis of rotation
- 33
- Innenring inner ring
- 44
- Außenring outer ring
- 55
- Zylinderrollen cylindrical rollers
- 66
- innere Laufbahn inner career
- 77
- äußere Laufbahn outer career
- 88th
- Innenbord inboard
- 99
- Außenbord outboard
- 10a10a
- Stirnseite front
- 10b10b
- Stirnseite front
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102007058824 A1 [0003] DE 102007058824 A1 [0003]
- DE 1818601 [0004] DE 1818601 [0004]
- DE 102005061103 A1 [0014] DE 102005061103 A1 [0014]
- DE 102005061102 A1 [0014] DE 102005061102 A1 [0014]
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DE201110088692 DE102011088692A1 (en) | 2011-12-15 | 2011-12-15 | Roller bearing for wind power plant, has outer and inner rim portions whose contact surfaces are arranged at preset angle in longitudinal section so that cylindrical roller tilting moment generated due to axial load is counteracted |
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2011
- 2011-12-15 DE DE201110088692 patent/DE102011088692A1/en not_active Withdrawn
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R081 | Change of applicant/patentee |
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