DE102014104599B4

DE102014104599B4 - Wälzlager

Info

Publication number: DE102014104599B4
Application number: DE102014104599.8A
Authority: DE
Inventors: Gunther Elfert
Original assignee: ThyssenKrupp AG; ThyssenKrupp Rothe Erde GmbH
Current assignee: ThyssenKrupp AG; ThyssenKrupp Rothe Erde Germany GmbH
Priority date: 2014-04-01
Filing date: 2014-04-01
Publication date: 2018-04-26
Anticipated expiration: 2034-04-02
Also published as: CN206668764U; DE102014104599B8; WO2015150161A1; DE102014104599A1

Abstract

Wälzlager (100) mit Wälzkörpern (102) und wenigstens einem zwischen zwei Wälzkörpern (102) angeordneten Formteil (202a, 202b), wobei das Formteil (202a, 202b) Rollflächen zweier benachbarter Wälzkörper (102) zumindest teilweise umschließt, wobei das Formteil (202a, 202b) dazu ausgebildet ist, einen Schmierstoff zu deponieren und/oder einen Schmierstoff den Wälzkörpern (102) fortlaufend zur Verfügung zu stellen, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil (202a, 202b) auf seiner dem Innenring (108) und/oder dem Außenring (106) zugewandten Oberfläche mindestens eine keilförmige Schabkante (206) aufweist, wobei die mindestens eine keilförmige Schabkante (206) dazu ausgebildet ist, an dem Innenring (108) und/oder dem Außenring (106) anhaftenden Schmierstoff abzuschaben und wobei das Formteil (202a, 202b) für einen Transport des den Walzkörpern (102) zur Verfügung gestellten Schmierstoffs Kanäle (204) aufweist, welche erste Öffnungen an der dem Innenring (108) und/oder dem Außenring (106) zugewandten Oberfläche und zweite Öffnungen an der den Wälzkörpern (102) zugewandten Oberfläche aufweisen, wobei das Wälzlager (100) einen Käfig (104) mit Aussparungen (110) zur Aufnahme der Walzkörper (102) aufweist, wobei das Formteil (202a, 202b) in seiner Form so ausgeprägt ist, auf einer oder beiden Seiten des Käfigs (104) zwischen zwei Aussparungen (110) des Käfigs (104) angeordnet zu werden.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Wälzlager mit einem zwischen zwei Walzkörpern angeordneten Formteil, welches den Wälzkörpern kontinuierlich und in dosierter Form Schmierstoff zur Verfügung stellt.
Üblicherweise werden Wälzlager auf Wellen oder Achsen montiert. Großwälzlager werden u.a. in Offshore-Windenergieanlagen als Blattlager (Pitch-Lager) zur Verbindung der jeweiligen Blattwurzel mit der Rotornabe eingesetzt. Darüber hinaus dient ein solches Blattlager zur Anpassung des Blattwinkels der Rotorblätter an die jeweilige Windrichtung und - geschwindigkeit, um durch eine präzise Positionierung der Rotorblätter einen maximalen Energieertrag der Windenergieanlage zu erzielen. Übliche Bauformen für Blattlager sind ein- und zweireihige Vierpunktlager mit einem Außen- und Innenring. Blattlager von Windkraftanlagen stehen durch zunehmend größere Rotoren und einem Trend zu häufigerem Pitchen vor immer größeren Herausforderungen. Schmierung und Wartung sind daher wichtig für die zuverlässige Funktion und lange Gebrauchsdauer der Wälzlager.
Aus dem Stand der Technik sind bereits einige Methoden zur Schmierung der Kontaktflächen der Wälzkörper als auch der Außenlaufbahn und der Innenlaufbahn der Wälzkörperlaufbahn bekannt, wie beispielsweise ein mit einem Strömungsmittel geschmierter elastischer Wälzkörper ( DE 43 37 466 A1 ). Als Strömungsmittel wird dabei vorzugsweise ein inkompressibles flüssiges Schmieröl verwendet, so dass die Gefahr besteht, dass das Schmieröl aus dem Wälzlager austritt, was sich negativ auf das Betriebsverhalten und die Lebensdauer des Wälzlagers auswirkt und die Arbeitsqualität negativ beeinflusst. Demgegenüber weist das in DE 102 59 003 A1 gelehrte Wälzlager schon insoweit eine Verbesserung auf, als dass eine Feststoffschmierung vorgeschlagen wird, wobei ein fester Schmierstoff auf ein oder mehreren Stützschichten eines Grundkörpers als Schicht aufliegt und bei Reibung mit einem weiteren gegenüberliegenden Grundkörper auf diesen übertragen wird (siehe 4 in DE 102 59 003 A1 ). Dabei ermöglichen die Stützschichten einen Druckausgleich (vgl. [0061] in DE 102 59 003 A1 ), d.h. axial oder radial gerichtete Kräfte, die im Inneren eines Wälzlagers wirken, werden auf das Trägermaterial des Schmierstoffs ungemindert übertragen. Dies wiederum beeinträchtigt in negativer Weise das Zusammenwirken der einzelnen Schichten und wirkt sich negativ auf die Schmierfähigkeit aus (vgl. [0061] in DE 102 59 003 A1 ). Insofern besteht auch hier ein Bedarf zur Verbesserung des Schmierungskonzepts für ein Wälzlager. Der Stand der Technik kennt ferner die Verwendung von Formteilen, welche am Walzkörper kontaktiert ( DE 10 2012 006 027 A1 ) und mit einem Schmierstoffdepot ausgestattet sind ( JP 2000 - 291 668 A , FR 2 325 847 A1 ). Öffnungen und Schabkanten an Wälzlagern sind ebenfalls bereits aus dem Stand der Technik bekannt ( JP 2013 - 139 879 A , DE 100 17 009 A1 ).
Um eine sichere Funktion der Wälzlager zu gewährleisten und z.B. eine Tribokorrosion der beteiligten Komponenten eines Wälzlagers, verursacht durch deren ständige Rollreibung relativ zueinander, zu verhindern, ist somit heutzutage noch eine relativ kurze Frist zur wiederholten Wartung mit einer involvierten Nachschmierung der Wälzkörper im Zwischenraum zwischen dem Innen- und dem Außenring des Wälzlagers einzuhalten. Dabei ist eine Bestimmung der optimalen Frist zur Nachschmierung nicht ohne eine regelmäßige Prüfung des Fettzustands in regelmäßigen Zeitabständen und ohne Versuche unter Anwendungsbedingungen über einen ausreichend langen Beobachtungszeitraum aus nicht möglich.
Der Stand der Technik kennt nur Wälzlager, bei welchen aus Gründen der Betriebssicherheit eine Nachschmierfrist einzuhalten ist, welche die Jahresfrist unterschreitet, sodass eine Erstwartung und wiederholte Wartungen in einem relativ kurzen zeitlichen Abstand zu erfolgen haben. Darüber hinaus besteht bei den Wälzlagern aus dem Stand der Technik das Problem, dass Schmierstoff an den Dichtungen austreten kann, wobei es nicht nur zu einer ungewollten Verschmutzung der Außenseite der Wälzlagerkomponenten oder anliegenden Komponenten kommt, sondern zudem eine innere Schmierung des Wälzlagers nicht sichergestellt ist, wodurch wiederum die Ausfallsicherheit des Betriebs des Wälzlagers nicht sichergestellt ist. Zudem weisen heutige Wälzlager im Lager selbst einen relativ hohen Anteil an überschüssigem dispersiv verteiltem Schmierstoff auf, welcher für eine Rollreibung der Wälzkörper an dem Außen- und Innenring nicht gebraucht wird. Die äußere Verschmutzung des Wälzlagers und ein überschüssiger Verschmierungsgrad im Inneren des Wälzlagers verkürzen die Lebensdauer des Wälzlagers, was wiederum eine nachteilige Verkürzung des Zeitraums zwischen dessen Wartungen zu Folge hat.
Offenbarung der Erfindung
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Wälzlager zur Verfügung zu stellen, welches einen geringen Wartungsbedarf und somit eine geringe Wartungsfrequenz aufweist, wobei insbesondere der zeitliche Abstand zwischen erstmaliger Inbetriebnahme und Erstwartung der Wälzlager mehrere Jahre umfasst.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird gelöst durch ein Wälzlager nach Anspruch 1.
Gegenüber dem Stand der Technik hat die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung dabei den Vorteil, dass Kontaktflächen zwischen den Wälzkörpern und der von dem Innen- und Außenring gebildeten Wandung der Walzkörperlaufbahn in bedarfsgerechtem Maße mit einem ausreichend tragfähigen Schmierfilm bedeckt werden. Denn nur bei einer Reibung eines Teils der Rollfläche eines Wälzkörpers, wird der im Formteil deponierte Schmierstoff an diesen Teil der Rollfläche des Wälzkörpers abgegeben. Dadurch dass der dem Formteil zugewandte Teil der Rollfläche des Wälzkörpers ständig wechselt, wird ein gleichmäßiger Schmierstofffilm auf der Rollfläche eines Wälzkörpers erzeugt. Dadurch wird einem vorzeitigen durch Rollreibung verursachten Verschleiß, durch beispielsweise eine Tribokorrosion, sowie einer vorzeitigen Ermüdung des Materials der genannten Komponenten entgegengewirkt.
Weiterhin wird dabei in vorteilhafter Weise durch eine dosierte und dem Bewegungsgrad angepasste Dosierung des an die Wälzkörper abgegebenen Schmierstoffs verhindert, dass zu viel Schmierstoff in die Wälzkörperlaufbahn zwischen dem Innen- und Außenring des Wälzlagers gelangt. Einer unerwünschten Schmierstoffansammlung und ungewollten Ablagerung von Schmierstoff an den Außenwandungen der Wälzkörperlaufbahn wird damit entgegengewirkt.
Dadurch wird in vorteilhafter Weise die Ausfallsicherheit eines Betriebs des Wälzlagers sowie dessen effektive Lebensdauer erhöht. Gleichzeitig wird ein Bedarf des Wälzlagers zur Wartung verringert und eine erforderliche Wartungsfrequenz innerhalb dessen effektiver Lebensdauer reduziert. Insbesondere wird der Zeitraum zwischen einer erstmaligen Inbetriebnahme des Wälzlagers und einer erstmaligen mit einer Nachschmierung verbundenen Wartung des Inneren des Wälzlagers verlängert. Insbesondere ist dabei anvisiert, diesen Zeitraum auf etwa fünf Jahre zu verlängern.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.
In einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass das Formteil mindestens eine konkav ausgeprägte Oberfläche aufweist, mit welcher das Formteil die Rollfläche mindestens eines der zwei benachbarten Wälzkörper teilweise umschließt.
Dadurch, dass das Formteil einen Wälzkörper formschlüssig umgibt, wird zunächst auf kürzestem Wege einem Wälzkörper Schmierstoff zur Verfügung gestellt, wodurch die Funktionsweise des Wälzlagers verbessert wird. Durch Minimierung des Abstandes zwischen Wälzkörper und Formteil und dadurch wirkende Adhäsionskräfte, wird erreicht, dass sich ein dünner gleichmäßiger Schmierstofffilm zwischen Wälzkörper und Formteil ausbildet, welcher zudem noch frei von störenden Luftkammern ist. Zudem verhindert der quasi formschlüssige Überzug des Wälzkörpers durch das Formteil eine willkürliche Dispersion des Schmierstoffs innerhalb der Wälzkörperlaufbahn. Einer unerwünschten Klumpenbildung von Schmierstoff und einem Anhaftem von überschüssig frei gesetztem Schmierstoff an der durch den Innen- und Außenring gebildeten Wandung der Wälzkörperlaufbahn wird präventiv vorgebeugt.
Erfindungsgemäß weist das Wälzlager ferner einen Käfig mit Aussparungen zur Aufnahme der Walzkörper auf, wobei das Formteil in seiner Form so ausgeprägt ist, auf einer oder beiden Seiten des Käfigs zwischen zwei Aussparungen des Käfigs angeordnet zu werden.
Dadurch lässt sich in vorteilhafter Weise erreichen, dass das Formteil während einer Rollbewegung des Wälzkörpers in seiner Wälzkörperlaufbahn diese nicht berührt und somit die Rollbewegung des Wälzkörpers nicht stört. Dadurch, dass das Formteil fix auf dem Käfig angebracht ist, in dessen Aussparungen die einzelnen Wälzkörper positioniert sind, bleibt die relative Lage von Formteil und jeweiligem Wälzkörper bei jedem Scherwinkel des Wälzlagers, d.h. bei jeder Rollbewegung des Wälzkörpers konstant, wodurch eine kontinuierliche Versorgung des jeweiligen Wälzkörpers mit Schmierstoff gewährleistet ist.
In vorteilhafter Weise wird darüber hinaus gewährleistet, dass im Wälzlager wirkende axiale oder radiale Kräfte weiterhin von dem Käfig und nicht von dem Zwischenstückaufgenommen werden. Eine homogene Schmierstoffverteilung innerhalb der Wälzlagerlaufbahn kann durch das Formteil realisiert werden. Zudem bleibt nicht gebrauchter Schmierstoff weiterhin im Formteil deponiert.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass das Wälzlager einen Außenring und einen konzentrisch innerhalb des Außenrings angeordneten Innenring aufweist, wobei zwischen einer Laufbahnoberfläche am Außenring und einer Laufbahnoberfläche am Innenring eine Walzkörperbahn ausgebildet ist, wobei die Wälzkörper in der Wälzkörperbahn angeordnet sind und wobei das Formteil sich entlang einer Transversalrichtung zur Wälzkörperlaufbahn von der Laufbahnoberfläche am Außenring bis zur Laufbahnoberfläche am Innenring erstreckt.
Dadurch lässt sich auf einfache Weise die Wahrscheinlichkeit einer Bildung von unerwünschten Luftkammern innerhalb der Walzkörperlaufbahn reduzieren und gleichzeitig eine Optimierung der kontinuierlichen Schmierstoffversorgung der sich innerhalb der Wälzkörperlaufbahn ständig reibenden Kontaktflächen realisieren.
Erfindungsgemäß ist das Wälzlager, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil auf seiner dem Innenring und/oder dem Außenring zugewandten Oberfläche mindestens eine keilförmige Schabkante aufweist, wobei die mindestens eine keilförmige Schabkante dazu ausgebildet ist, an dem Innenring und/oder dem Außenring anhaftenden Schmierstoff abzuschaben.
Dadurch wird auf einfache und damit in vorteilhafter Weise ein unerwünschtes Anhaften von Schmierstoff an den durch den Innenring und/oder dem Außenring gebildeten Wandungen der Wälzkörperlaufbahn und insbesondere ein Anhaften des Schmierstoffes in der Fettnut der Walzkörperlaufbahn verhindert. Störender überschüssiger Schmierstoff, welcher sich in den Fettnuten der Walzkörperlaufbahn abgelagert hat, kann wieder den Wälzkörpern für deren Rollbewegung zur Verfügung gestellt werden. Die Funktionsweise des Wälzlagers wird nicht durch Schmierstoffablagerungen beeinträchtigt und der effektive wartungsfreie Zeitraum des Wälzlagers verlängert.
Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass das Wälzlager dadurch gekennzeichnet ist, dass das Formteil für einen Transport des den Walzkörpern zur Verfügung gestellten Schmierstoffs Kanäle aufweist, welche erste Öffnungen an der dem Innenring und/oder dem Außenring zugewandten Oberfläche und zweite Öffnungen an der den Wälzkörpern zugewandten Oberfläche aufweisen.
Dadurch wird in vorteilhafter Weise eine ziemlich homogene Verteilung des Schmierstoffs innerhalb der Walzkörperlaufbahn erreicht. Durch den Schmierungseinfluss eintretenden Schäden wie Grübchen, Fressen oder Graufleckigkeit wird effektiv entgegengewirkt.
In einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass das Wälzlager dadurch gekennzeichnet ist, dass die für den Transport des den Walzkörpern zur Verfügung gestellten Schmierstoffs Kanäle dazu ausgebildet sind, den Transport des den Walzkörpern zur Verfügung gestellten Schmierstoffs in einer ersten Richtung von den ersten Öffnungen zu den zweiten Öffnungen und/oder in einer zweiten Richtung von den zweiten Öffnungen zu den ersten Öffnungen zu ermöglichen.
Dadurch wird in vorteilhafter Weise eine bedarfsgerechte Verteilung des Schmierstoffs zwischen allen an der Rollreibung beteiligten Komponenten erreicht. Insbesondere kann an der Peripherie der Walzkörperlaufbahn sich angesammelter Schmierstoff wieder den Wälzkörpern zugeführt werden. Umgekehrt kann eine Unterversorgung der durch den Innenring und/oder Außenring gebildeten Wandung der Walzkörperlaufbahn, insbesondere bei einer hohen Drehzahl, vermieden werden.
In einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass das Wälzlager dadurch gekennzeichnet ist, dass das Formteil aus einer Kombination eines Trägermaterials und des Schmierstoffes besteht, wobei das Trägermaterial dazu ausgebildet ist, unabhängig von einer Form des Aggregatzustandes des Schmierstoffs den Schmierstoff an sich zu binden und/oder bei einer Reibung mit dem jeweils wechselnden Teil von Rollflächen der Wälzkörper den Schmierstoff den Walzkörpern dosiert zur Verfügung zu stellen.
Durch die Fähigkeit des Trägermaterials, den Schmierstoff zu binden, wird in vorteilhafter Weise einer Verunreinigung der Wälzlagerlaufbahn mit überflüssigem Schmierstoff vorgebeugt. Die Wahrscheinlichkeit eines Auslaufens des Schmierstoffs, insbesondere eines flüssigen Schmierstoffs, wie beispielsweise Öl, aus der Wälzkörperlaufbahn heraus wird drastisch reduziert. Gleichzeitig wird der Schmierstoff im Wesentlichen nur den Wälzkörpern zur Verfügung gestellt, so dass durch die bedarfsgerechte Steuerung ein einmal den Wälzkörpern zur Verfügung gestellter Schmierstoff eine längere Lebensdauer hat. Dadurch wiederum verlängert sich das wartungsfreie Zeitfenster des Wälzlagers.
In einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass das Wälzlager dadurch gekennzeichnet ist, dass das Trägermaterial eine matrixähnliche Struktur aufweist, wobei die matrixähnliche Struktur dazu ausgebildet ist, den Schmierstoff zu deponieren, wobei der Schmierstoff in einem flüssigen Aggregatzustand vorliegt, wobei die matrixähnliche Struktur ferner dazu ausgebildet ist, bei einer Reibung der matrixähnlichen Struktur mit dem wechselnden Teil von Rollflächen der Wälzkörper den Schmierstoff an diesen jeweiligen wechselnden Teil dosiert abzugeben.
Durch die matrixähnliche Struktur wird in vorteilhafter Weise die Oberfläche des Trägermaterials zur Bindung des Schmierstoffs vergrößert, sodass die Speicherkapazität des Trägermaterials für den Schmierstoff erhöht wird. Einem Auslaufen von Schmierstoff wird noch effektiver entgegen gewirkt. Die Wahrscheinlichkeit eines Auslaufens von Schmierstoff aus dem Wälzlager noch mehr verringert. Das wartungsfreie Zeitfenster des Wälzlagers wird noch mehr vergrößert.
In einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass das Wälzlager dadurch gekennzeichnet ist, dass die matrixähnliche Struktur ferner dazu ausgebildet ist, bei einem Stillstand der Wälzkörper den Schmierstoff zu binden.
Die Fähigkeit der matrixähnlichen Struktur, bei einem Stillstand der Wälzkörper den Schmierstoff reversibel zu binden, verstärkt in vorteilhafter Weise die bereits beschriebenen Effekte, durch die erhöhte Speicherkapazität des Trägermaterials die Lebensdauer sowohl des Schmierstoffs als auch des Wälzlagers bei einer Minimierung der Wartungsfrequenz zu erhöhen. Ein Wälzlager in einer solchen Ausführungsform kann auch in einer sehr empfindlichen Außenumgebung des Wälzlagers eingesetzt werden.
In einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass das Wälzlager dadurch gekennzeichnet ist, dass das Trägermaterial ein Polymer und/oder ein Polymergraphit ist.
Dies hat den Vorteil, dass das Trägermaterial und somit der Schmierstoff in seiner Formgebung an die jeweiligen räumlichen Ausmaße eines Wälzlagers beliebig angepasst werden kann. Insbesondere sind Spritzgussteile als Trägermaterial möglich.
In einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass das Wälzlager, dadurch gekennzeichnet ist, dass das Polymer aus Polyamid und/oder Polyoxymethylen und/oder Polyetheretherketon besteht.
Dies hat den Vorteil, dass der Trägerstoff eine hohe Festigkeit, Steifigkeit und Zähigkeit bei guter Chemikalienbeständigkeit sowie einen hohen Verschleißwiderstand, niedrige Reibwerte, ein gutes Dämpfungsvermögen, eine ausgeprägte Temperaturresistenz und gute Gleiteigenschaften aufweist. Durch Faserverbunde mit Glas- oder Kohlefasern lassen sich die mechanischen Eigenschaften weiter verbessern, so dass zum Beispiel Festigkeiten und Schlagzähigkeit auf den Anwendungsfall abgestimmt werden können, und gleichzeitig das Gewicht sowie die Herstellungskosten für das Trägermaterial gesenkt werden können.
In einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass das Wälzlager dadurch gekennzeichnet ist, dass das Formteil vollständig aus einem Festschmierstoff besteht.
Dies hat den Vorteil, dass das Formteil vollständig als Schmierstoff dienen kann.
In einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass der Außenring und/oder der Innenring des Wälzlagers eine verschließbare Aussparung aufweist, wobei das Wälzlager dadurch gekennzeichnet ist, dass das Formteil dazu ausgebildet ist, von der verschließbaren Aussparung des Außenrings und/oder des Innenrings aufgenommen zu werden und durch diese hindurch auf und/oder unter dem Käfig jeweils zwischen den Wälzkörpern angeordnet zu werden.
Dies hat den Vorteil, dass eine Änderung der Konstruktion herkömmlicher Wälzlager nicht erforderlich ist. Die Formteile können durch die herkömmlichen ‚Füllstopfen‘ der Wälzlager in die Wälzkörperlaufbahn stückweise eingeführt werden und auf und/oder unter dem Käfig positioniert werden.
In einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass das Wälzlager dadurch gekennzeichnet ist, dass die Wälzkörper Kugeln und/oder Zylinder und/oder Kegel sind.
Hierin zeigt sich in vorteilhafter Weise, dass Ausführungsformen der Formteile unabhängig von der Form der Wälzkörper sind.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Zeichnungen, sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen anhand der Zeichnungen. Die Zeichnungen illustrieren dabei lediglich beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung, welche den wesentlichen Erfindungsgedanken nicht einschränken.
Figurenliste

1 zeigt ein Wälzlager mit Wälzkörpern gemäß dem Stand der Technik.
2 zeigt einen Ausschnitt eines Käfigs des Wälzlagers mit zwischen zwei benachbarten Wälzkörpern angeordnetem Formteil gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer perspektivischen Ansicht.
3 zeigt in einer weiteren Ausführungsform die Einbausituation von Kä104, Wälzkörpern 102 und Formteil 202a bzw. 202b in einer Wälzkörperlaufbahn 112 mit einer Ausbildung des erfindungsgemäßen Wälzlagers als Doppelvierpunktlager 300.
4 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wälzlagers als mehrreihiges Wälzlager mit zwei parallel angeordneten Wälzkörperlaufbahnen.

Ausführungsformen der Erfindung
In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt.
In 1 ist ein Wälzlager 100 aus dem Stand der Technik dargestellt. In einer Wälzkörperlaufbahn 112, welche von einem Außenring 106 und einem Innenring 108 (hier nicht abgebildet) gebildet wird, befindet sich ein frei rotierbar angeordneter Kä104 mit Aussparungen 110, in welche Wälzkörper 102 in einem jeweils definierten Abstand angeordnet sind.
In 2 ist in einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Ausschnitt 200 eines Käfigs 104 mit zwei benachbarten Wälzkörpern 102, welche in den Aussparungen 110 platziert sind, dargestellt. Ein Formteil 202a ist auf dem Kä104 zwischen zwei Wälzkörpern 102 angeordnet, ein Formteil 202 ist unter dem Kä104 zwischen zwei Wälzkörpern 102 angeordnet. Beide Formteile 202a und 202b weisen jeweils eine konkav ausgeprägte Oberfläche auf, mit welcher sie formschlüssig und lippenähnlich den jeweiligen Wälzkörper 102 umschließen. Es ist dadurch in vorteilhafter Weise möglich, den Schmierstoff auf kürzestem Wege und in quasi direktem Kontakt zu den Wälzkörpern diesen zur Verfügung zu stellen. Durch die unmittelbare Nähe zwischen den Wälzkörpern 102 und dem Formteil 202a bzw. 202b wirken Adhäsionskräfte, welche bewirken, dass sich ein gleichmäßiger Schmierstofffilm auf den Wälzkörpern 102 ausbildet, wobei eine unerwünschte Bildung von Luftkammern gleichzeitig unterbunden wird.
Durch den unmittelbaren und ständigen Kontakt des Schmierstoffs mit dem auf den Wälzkörpern gebildeten Schmierstofffilm bekommt das Formteil 202a bzw. 202b ständig eine Information darüber, ob es Schmierstoff an die Wälzkörper 102 abgeben soll, eine Abgabe von Schmierstoff unterlassen soll oder ob Schmierstoff wieder zurück in das Formteil 202a bzw. 202b gebunden werden soll. Somit wird sowohl eine überschüssige als auch eine unterschüssige Versorgung der Wälzkörper 102 mit Schmierstoff verhindert.
In erfindungsgemäßer Ausführungsform weist das Formteil 202a bzw. 202b eine Schabkante 206 auf, welche auf dem Formteil 202a dem Außenring 106 bzw. auf dem Formteil 202b dem Innenring 108 zugewandt ist, und dazu ausgebildet ist, Schmierstoff, welcher an der von dem Außenring 106 gebildeten Wandung der Walzkörperlaufbahn 112 bzw. an der von dem Innenring 108 gebildeten Wandung der Walzkörperlaufbahn 112 anhaftet, bei einer Rotation des Käfigs 104 bzw. der Wälzkörper 102 in der Walzkörperlaufbahn 112 abzuschaben. Dadurch wird in vorteilhafter Weise eine Ablagerung von überschüssig abgesetztem Schmierstoff in der Wälzkörperlaufbahn 112 verhindert.
Durch Kanäle 204, welche erste Öffnungen an der dem Innenring 108 und/oder dem Außenring 106 zugewandten Oberfläche und zweite Öffnungen an der den Wälzkörpern 102 zugewandten Oberfläche aufweisen, kann beispielsweise der überschüssige Schmierstoff von den Wandungen der Wälzkörperlaufbahn 112 wieder den Wälzkörpern 102 zugeführt werden bzw. von dem Formteil 202a bzw. 202b, wenn dieses die Fähigkeit einer reversiblen Bindung von Schmierstoff besitzt, selbst wieder resorbiert werden. Anderseits kann bei einem Transport von Schmierstoff in umgekehrter Richtung von den Wälzkörpern 102 in Richtung Wandungen der Walzkörperlaufbahn, d.h. in Richtung Innenring 108 und/oder Außenring 106 eine bedarfsgerechte Abgabe von Schmierstoff an den Innenring 108 und/oder Außenring 106 erfolgen. Daher ist es vorgesehen, dass sich das Formteil 202a bzw. 202b in einer Transversalrichtung zur Laufrichtung der Walzkörper 102 maximal und die Wälzkörperlaufbahn möglichst raumausfüllend erstreckt, ohne eine Rollreibung der Wälzkörper 102 störend zu beeinträchtigen. Durch wiederum quasi direkten Kontakt zu dem Innenring 108 und/oder dem Außenring 106, bekommt das Formteil 202a bzw. 202b auch hier wieder eine Rückmeldung, ob ein Über- oder Unterschuss einer Versorgung von Innenring 108 und/oder Außenring 106 mit Schmierstoff vorliegt. Eine bedarfsgerechte Schmierstoffkonzentration und eine gleichmäßige Schmierstoffverteilung innerhalb der Wälzkörperlaufbahn werden hierdurch in vorteilhafter Weise erzielt.
In einer Ausführungsform ist es vorgesehen, dass das Formteil 202a bzw. 202b ein Trägermaterial aufweist, welches den Schmierstoff in fester Form aufnimmt. Dabei kann das Trägermaterial aus einem Polymer und/oder ein Polymergraphit angefertigt sein. Als Polymer kann beispielsweise Polyamid und/oder Polyoxymethylen und/oder Polyetheretherketon verwendet werden. Das Trägermaterial kann dadurch in seiner Form dem jeweiligen Bauraum angepasst werden und weist einen niedrigen Verschleiß bei hoher Temperaturbeständigkeit auf.
Durch die Positionierung des Formteils 202a bzw. 202b auf dem Kä104 und zwischen den Walzkörpern 102 nimmt das Trägermaterial im Gegensatz zu den im Stand der Technik offenbarten Schmierungskonzepten unter Einsatz von festen Schmierstoffen jedoch keine axial oder radial wirkenden Kräfte auf und ist somit keinem unnötigen Druck ausgesetzt. Das Trägermaterial erfährt somit keine ungewünschte Verformung, wodurch die Schmierungsfähigkeit negativ beeinträchtigt würde.
In einer weiteren Ausführungsform ist das Formteil 202a bzw. 202b frei von einem Trägermaterial und stellt selbst vollständig einen Festschmierstoff dar. Hier beschränkt sich das Formteil 202a bzw. 202b nur auf seine Schmierungsfunktion und übernimmt keinerlei Stützfunktion.
In einer Ausführungsform ist es vorgesehen, dass das Formteil 202a bzw. 202b eine matrixähnliche Struktur aufweist, welche die Fähigkeit hat, einen Schmierstoff in flüssiger Form, z.B., Öl, zu deponieren, dosiert abzugeben oder auch wieder reversibel aufzunehmen. Das Formteil 202a bzw. 202b besitzt somit eine Fähigkeit zur Selbst-Regulation. Das hier offenbarte Schmierungskonzept wird dadurch effektiv unterstützt.
3 zeigt in einer weiteren Ausführungsform die Einbausituation von Kä104, den Wälzkörpern 102 und dem Formteil 202a bzw. 202b in einer Wälzkörperlaufbahn 112 mit einer Ausbildung des erfindungsgemäßen Wälzlagers als Doppelvierpunktlager 300. Es wird deutlich, dass durch ein Positionieren des Formteils 202a bzw. 202b auf dem Kä104 zwischen den Wälzkörpern 102 keine Umbaumaßnahmen oder sonstige Änderungen von Konstruktionen von herkömmlichen Wälzlagern notwendig ist. Durch eine Verwendung von Polymerkunststoffen wie Polyamid und/oder Polyoxymethylen und/oder Polyetheretherketon ist eine an die jeweilige Konstruktion des Wälzlagers angepasste Formgebung des Formteils 202a bzw. 202b möglich.
Es ist weiterhin vorgesehen, dass das Formteil 202a bzw. 202b durch die herkömmlichen Füllstopfenbohrungen von heutzutage eingesetzten Wälzlagern in die Wälzkörperlaufbahn 112 auf bzw. unter dem Kä104 einsetzbar sind. Dies hat den Vorteil, dass bisher eingesetzte Wälzlager nachträglich mit dem beschriebenen Formteil 202a bzw. 202b aufrüstbar sind. Dadurch kann das hier offenbarte Schmierungskonzept auch in bisher eingesetzten Wälzlagern im Rahmen einer Wartung gegen das bisherige Schmierungskonzept ausgetauscht werden. Dadurch kann nicht nur das wartungsfreie Zeitfenster verlängert, sondern auch die Arbeitsqualität verbessert sowie die effektive Lebensdauer des Wälzlagers verlängert werden.
4 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wälzlagers als mehrlageriges Wälzlager 400 mit zwei parallel angeordneten Wälzkörperlaufbahnen 112. Es wird deutlich, dass das Formteil 202a bzw. 202b keinen zusätzlichen Bauraum beansprucht. Eine Mehrreihigkeit eines Wälzlagers potenziert die positiven Effekte des verbesserten, hier offenbarten, Schmierungskonzepts. Dabei sollte die jeweilige Anzahl der parallel angeordneten Lager den jeweiligen Anforderungen des jeweiligen Wälzlagers angepasst sein. Im Falle von in Offshore-Windenergieanlagen, wo Großwälzlager als Blattlager (Pitch-Lager) zur Verbindung der jeweiligen Blattwurzel mit der Rotornabe und zunehmend größere Rotoren eingesetzt werden, wobei ein genereller Trend zu häufigerem Pitchen besteht, können ein Einsatz von mehrreihigen Wälzlagern und dem hier offenbarten Schmierungskonzept einen positiv synergistischen Effekt zur Bewältigung der gestiegenen Anforderungen leisten. Beispielsweise ist es vorgesehen, dass Blattlager nach ihrer ersten Installation in den ersten fünf Jahren wartungsfrei bleiben.
Bezugszeichenliste

100: Wälzlager
102: Wälzkörper
104: Käfig
106: Außenring
108: Innenring
110: Aussparung
112: Wälzkörperlaufbahn
200: Ausschnitt eines Käfigs Wälzkörpern
202a: Formteil, dem Außenring zugewandt
202b: Formteil, dem Innenring zugewandt
204: Kanal
206: Schabkante
300: Doppelvierpunktlager
400: mehrreihiges Wälzlager

Claims

Wälzlager (100) mit Wälzkörpern (102) und wenigstens einem zwischen zwei Wälzkörpern (102) angeordneten Formteil (202a, 202b), wobei das Formteil (202a, 202b) Rollflächen zweier benachbarter Wälzkörper (102) zumindest teilweise umschließt, wobei das Formteil (202a, 202b) dazu ausgebildet ist, einen Schmierstoff zu deponieren und/oder einen Schmierstoff den Wälzkörpern (102) fortlaufend zur Verfügung zu stellen, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil (202a, 202b) auf seiner dem Innenring (108) und/oder dem Außenring (106) zugewandten Oberfläche mindestens eine keilförmige Schabkante (206) aufweist, wobei die mindestens eine keilförmige Schabkante (206) dazu ausgebildet ist, an dem Innenring (108) und/oder dem Außenring (106) anhaftenden Schmierstoff abzuschaben und wobei das Formteil (202a, 202b) für einen Transport des den Walzkörpern (102) zur Verfügung gestellten Schmierstoffs Kanäle (204) aufweist, welche erste Öffnungen an der dem Innenring (108) und/oder dem Außenring (106) zugewandten Oberfläche und zweite Öffnungen an der den Wälzkörpern (102) zugewandten Oberfläche aufweisen, wobei das Wälzlager (100) einen Käfig (104) mit Aussparungen (110) zur Aufnahme der Walzkörper (102) aufweist, wobei das Formteil (202a, 202b) in seiner Form so ausgeprägt ist, auf einer oder beiden Seiten des Käfigs (104) zwischen zwei Aussparungen (110) des Käfigs (104) angeordnet zu werden.
Wälzlager (100) nach Anspruch 1, wobei das Formteil (202a, 202b) mindestens eine konkav ausgeprägte Oberfläche aufweist, mit welcher das Formteil (202a, 202b) die Rollfläche mindestens eines der zwei benachbarten Wälzkörper (102) teilweise umschließt.
Wälzlager (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Wälzlager (100) einen Außenring (106) und einen konzentrisch innerhalb des Außenrings (106) angeordneten Innenring (108) aufweist, wobei zwischen einer Laufbahnoberfläche am Außenring (106) und einer Laufbahnoberfläche am Innenring (108) eine Walzkörperbahn (112) ausgebildet ist, wobei die Wälzkörper (102) in der Wälzkörperbahn (112) angeordnet sind und wobei das Formteil (202a, 202b) sich entlang einer Transversalrichtung zur Wälzkörperlaufbahn (112) von der Laufbahnoberfläche am Außenring (106) bis zur Laufbahnoberfläche am Innenring (108) erstreckt.
Wälzlager (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die für den Transport des den Walzkörpern (102) zur Verfügung gestellten Schmierstoffs Kanäle (204) dazu ausgebildet sind, den Transport des den Walzkörpern (102) zur Verfügung gestellten Schmierstoffs in einer ersten Richtung von den ersten Öffnungen zu den zweiten Öffnungen und/oder in einer zweiten Richtung von den zweiten Öffnungen zu den ersten Öffnungen zu ermöglichen.
Wälzlager (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei das Formteil (202a, 202b) aus einer Kombination eines Trägermaterials und des Schmierstoffes besteht, wobei das Trägermaterial dazu ausgebildet ist, unabhängig von einer Form des Aggregatzustandes des Schmierstoffs den Schmierstoff an sich zu binden und/oder bei einer Reibung mit dem jeweils wechselnden Teil von Rollflächen der Wälzkörper (102) den Schmierstoff den Walzkörpern (102) dosiert zur Verfügung zu stellen.
Wälzlager (100) nach Anspruch 5 wobei das Trägermaterial eine matrixähnliche Struktur aufweist, wobei die matrixähnliche Struktur dazu ausgebildet ist, den Schmierstoff zu deponieren, wobei der Schmierstoff in einem flüssigen Aggregatzustand vorliegt, wobei die matrixähnliche Struktur ferner dazu ausgebildet ist, bei einer Reibung der matrixähnlichen Struktur mit dem wechselnden Teil von Rollflächen der Wälzkörper (102) den Schmierstoff an diesen jeweiligen wechselnden Teil dosiert abzugeben.
Wälzlager (100) nach Anspruch 6, wobei die matrixähnliche Struktur ferner dazu ausgebildet ist, bei einem Stillstand der Wälzkörper (102) den Schmierstoff zu binden.
Wälzlager (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche 5 bis 7, wobei das Trägermaterial ein Polymer und/oder ein Polymergraphit ist.
Wälzlager (100) nach Anspruch 8, wobei das Polymer aus Polyamid und/oder Polyoxymethylen und/oder Polyetheretherketon besteht.
Wälzlager (100) nach Anspruch 5, wobei das Formteil (202a, 202b) vollständig aus einem Festschmierstoff besteht.
Wälzlager (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei der Außenring (106) und/oder der Innenring (108) des Wälzlagers (100) eine verschließbare Aussparung aufweist, wobei das Formteil (202a, 202b) dazu ausgebildet ist, von der verschließbaren Aussparung des Außenrings (106) und/oder des Innenrings (108) aufgenommen zu werden und durch diese hindurch auf und/oder unter dem Käfig (104) jeweils zwischen den Wälzkörpern (102) angeordnet zu werden.
Wälzlager (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Wälzkörper (102) Kugeln und/oder Zylinder und/oder Kegel sind.