DE102015212955A1 - Gleitlager eines WKA-Getriebes - Google Patents

Abstract

Es wird ein Gleitlager eines WKA-Getriebes beschrieben. Das Gleitlager umfasst den Werkstoff CuSn12Ni2.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gleitlager eines WKA-Getriebes.
• Die Drehzahlen in einem Getriebe für Windkraftanlagen können sich windabhängig in einem weiten Bereich ändern. Temporär, beim sogenannten „Trudeln“, können sogar äußerst niedrige Rotationsgeschwindigkeiten bei gleichzeitiger Extrembeanspruchung der Lager vorliegen. Da sich herkömmliche Gleitlager vor allem für Einsatzbedingungen mit hohen bis sehr hohen Drehzahlen eignen, kann ihr Einsatz bei WKA problematisch sein (WKA = Windkraftanlage). Aus diesem Grund werden für Lagerstellen in Windkraftgetrieben überwiegend Wälzlager verwendet.
• Daneben existieren aber auch WKA-Getriebe, welche mit Gleitlagern ausgestattet sind. Bisher geht man davon aus, dass Gleitlager mit Standardwerkstoffen nach VDI Richtlinie 2204 „Auslegung von Gleitlagerungen" oder nach DIN ISO 4381 „Gleitlager – Zinn-Gusslegierungen für Verbundgleitlager (ISO 4381:2011)" und DIN ISO 4382 „Gleitlager; Kupferlegierungen; Kupfer-Gusslegierungen für dickwandige Massiv- und Verbundgleitlager; Kupfer-Knetlegierungen für Massivgleitlager (ISO 4382:1991)" in Windkraftanlagen rein hydrodynamisch nicht betriebssicher betrieben werden können, weil Mischreibungsbedingungen vorliegen, welche zu Verschleiß führen können. Aus diesem Grund werden die Gleitlager mit Ölzuführungen ausgestattet, welche eine Druckschmierung der Gleitlager ermöglichen. Aus EP 2 383 480 B1 (Winergy AG) 02.11.2011 ist ein Planetengetriebe für eine Windkraftanlage mit mehreren Radial- und Axialgleitlagern zur Lagerung der Planetenräder bekannt, wobei zur Druckschmierung der Gleitlager eine Ölzuführung zu den Gleitlagern vorhanden ist.
• Will man Sondermaßnahmen wie separate Ölzuführungen zum Gleitlager vermeiden, kommen in der Regel nur Bronzelegierungen mit einem hohen Bleianteil oder Bleilegierungen zum Einsatz. Der Einsatz von Blei ist aus Gründen des Umweltschutzes unerwünscht. Des Weiteren ertragen diese bleihaltigen Legierungen die hohen Lasten im Windbereich nur bedingt, es kann zum Kriechen dieser Werkstoffe kommen. Bei kleinen Lasten ist auch der Einsatz von Zinnbasislegierungen möglich, jedoch bieten diese keinen Verschleißschutz.
• Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Gleitlager bzw. einen Gleitlagerwerkstoff anzugeben, welches bzw. welcher für den Einsatz in einem WKA geeignet ist.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Gleitlager mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
• Das Gleitlager ist das eines WKA-Getriebes, d.h. es dient der Lagerung eines Bauteils wie einer Welle oder eines Zahnrads in einem WKA-Getriebe. Das Gleitlager umfasst den Werkstoff CuSn12Ni2.
• Die Zinnbronze CuSn12Ni2, Werkstoff-Nr. CC484K, ist bekannt aus der Anwendung bei Schneckenradgetrieben und zeichnet sich durch eine sehr hohe Verschleißfestigkeit unter Mischreibungsbedingungen aus. Diese Eigenschaft wird für die Anwendung in WKA für das Trudeln der Anlage sowie Betriebssituationen mit hohem Mischreibungsanteil benötigt, um Verschleißfreiheit zu garantieren. Der Werkstoff CuSn12Ni2 kann im Schleuderguss, Strangguss- oder Standgussverfahren hergestellt werden.
• Die Kupfer-Zinn-Legierung CuSn12Ni2 verfügt über eine Feinkörnigkeit, bedingt durch den 2%-Nickelgehalt. Aus der Anwendung des Bronzewerkstoffs CuSn12Ni2 bei Schneckenradgetrieben ist bekannt, dass ein Nickel-Gehalt von 2% zu einer hohen Verschleißfestigkeit und sehr guten Notlaufeigenschaften führt, ohne Blei zu enthalten. Somit ist dieser Werkstoff bei hohen Lasten und kleinen Gleitgeschwindigkeiten und Mischreibungsbedingungen, d.h. in der WKA-Anwendung, gut einsetzbar.
• Die Erfindung liegt in der Anwendung des bekannten Werkstoffs CuSn12Ni2 im Windbereich. Der Werkstoff CuSn12Ni2 ist kein genormter Gleitlagerwerkstoff, er ist nur allgemein als Zinnbronze genormt. Der Vorteil des Einsatzes dieser Bronze bei Lagern von WKA-Getrieben liegt in seiner hohen Verschleißfestigkeit und guten Notlaufeigenschaft, ohne Blei zu enthalten. Des Weiteren ist das Aufbringen einer Anti-Verschleiß-Schicht oder auch eines Anti-Friction-Layers nicht erforderlich. Der Werkstoff CuSn12Ni2 muss demnach nicht als Mehrschichtgleitlager bzw. als Gleitlagerverbundwerkstoff eingesetzt werden; er ist als Einschichtlagerwerkstoff einsetzbar.
• Weiter erfindungsgemäß ist die Verwendung von CuSn12Ni2 für ein Gleitlager eines WKA-Getriebes. Außerdem erfindungsgemäß ist das Betreiben eines Gleitlagers nach einem der Ansprüche 1 bis 3 in einem WKA-Getriebe unter rein hydrodynamischen Bedingungen. Rein hydrodynamische Betriebsbedingungen liegen vor, wenn das Gleitlager ohne hydrostatische Unterstützung betrieben wird. Bei einem nicht rein hydrodynamischen Betrieb wird dem Gleitlager unter Druck Schmierstoff zwischen die Gleitflächen zugeführt, so dass der hydrostatische Druck des zugeführten Schmierstoffs die Gleitflächen des Gleitlagers voneinander abhebt.
• Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
• Es ist möglich, dass mindestens eine Gleitfläche des Gleitlagers aus CuSn12Ni2 besteht. Insbesondere ist es dabei möglich, dass die Gleitfläche bis in die Stirnflächen des Gleitlagers zur Ausbildung einer Axialführung hochgezogen ist.
• Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Gleitlager ausschließlich aus dem Werkstoff CuSn12Ni2 gefertigt. Das Gleitlager weist somit keine anderen Werkstoffe auf als CuSn12Ni2.
• Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Gleitlager für einen rein hydrodynamischen Betrieb vorgesehen. Das Gleitlager kann Einrichtungen zur Schmierstoffzuführung, z.B. Bohrungen, aufweisen, allerdings sind diese nicht zur Ausbildung eines hydrostatischen Drucks zwischen den Gleitflächen des Gleitlagers geeignet.
• Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Gleitlager als Lagerbuchse ausgebildet. Auf diese Weise lässt sich die Anordnung des Gleitlagers auf einem Außenumfang einer Welle bzw. am Innenumfang einer Nabe vereinfachen. Eine Einstellung wie bei Gleitlagerhalbschalen entfällt somit; ein solches Gleitlager kann somit schneller und einfacher getauscht werden.
• Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung ist ein WKA-Getriebe mit einem Gleitlager, wie oben beschrieben.
• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• EP 2383480 B1 [0003]
• Zitierte Nicht-Patentliteratur
• VDI Richtlinie 2204 „Auslegung von Gleitlagerungen“ [0003]
• DIN ISO 4381 „Gleitlager – Zinn-Gusslegierungen für Verbundgleitlager (ISO 4381:2011)“ [0003]
• DIN ISO 4382 „Gleitlager; Kupferlegierungen; Kupfer-Gusslegierungen für dickwandige Massiv- und Verbundgleitlager; Kupfer-Knetlegierungen für Massivgleitlager (ISO 4382:1991)“ [0003]

Claims (9)

1. Gleitlager eines WKA-Getriebes, umfassend den Werkstoff CuSn12Ni2.
2. Gleitlager nach Anspruch 1, wobei zumindest eine Gleitfläche des Gleitlagers aus dem Werkstoff CuSn12Ni2 gefertigt ist.
3. Gleitlager nach Anspruch 2, wobei die Gleitfläche bis in die Stirnflächen des Gleitlagers zur Ausbildung einer Axialführung hochgezogen ist.
4. Gleitlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gleitlager ausschließlich aus dem Werkstoff CuSn12Ni2 gefertigt ist.
5. Gleitlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gleitlager für einen rein hydrodynamischen Betrieb vorgesehen ist.
6. Gleitlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gleitlager als Lagerbuchse ausgebildet ist.
7. WKA-Getriebe mit einem Gleitlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
8. Verwendung von CuSn12Ni2 für ein Gleitlager eines WKA-Getriebes.
9. Betreiben eines Gleitlagers nach einem der Ansprüche 1 bis 6 in einem WKA-Getriebe unter rein hydrodynamischen Bedingungen.