-
Die Erfindung betrifft ein Großwälzlager für eine Windkraftanlage, welches einen ersten Innenring, einen zweiten Innenring und einen Außenring aufweist, wobei radial zwischen den beiden Innenringen und dem Außenring in zwei Wälzkörperreihen Wälzkörper angeordnet sind, wobei die Wälzkörper der ersten Wälzkörperreihe auf einer nach radial außen weisenden Laufbahn des ersten Innenrings und einer nach radial innen weisenden ersten Laufbahn des Außenrings abwälzen, wobei die Wälzkörper der zweiten Wälzkörperreihe auf einer nach radial außen weisenden Laufbahn des zweiten Innenrings und einer nach radial innen weisenden zweiten Laufbahn des Außenrings abwälzen, und bei dem die Wälzkörper beider Wälzkörperreihen in wenigstens einem Wälzkörperkäfig angeordnet sind. Ein solches Großwälzlager ist auch als einreihiges Wälzlager ausbildbar.
-
Bei Windkraftanlagen mit einem Momentenlager als Hauptlager kommen üblicherweise Kegelrollenlager mit beidseits am Innenring angeordneten Borden zum Einsatz. Derartige Windkraftanlagen sind in der Regel für eine Betriebsdauer von bis zu 20 Jahren ausgelegt. In diesem Zeitraum kann ein Ausfall eines Hauptlagers einer Windkraftanlage nicht ausgeschlossen werden. Eine Ursache für einen Ausfall eines Hauptlagers einer Windkraftanlagen können Materialrisse in den Lagerringen sein, die als sogenannte "White Etching Cracks" = WEC bekannt geworden sind. Durch Untersuchungen an derart defekten Wälzlagern sind verschiedene Einflussfaktoren ermittelt worden, die zu diesen Schäden führen können. Diese sind unter anderem betriebsdynamikbedingte Trägheitskräfte, eine hohe innere Reibung, welche zu einem Schlupf führt, sowie dynamische Belastungswechsel im Lager. Eine erhöhte innere Reibung wird durch Wälzkörper hervorgerufen, die an den Borden des sich in Bezug zu den Wälzkörpern nicht mitdrehenden Innenrings abgebremst werden. Demzufolge wird bei den bekannten Großwälzlagern der Schlupf zwischen den Wälzkörpern und dem ausfallkritischen Innenring des Wälzlagers nachteilig gefördert.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Großwälzlager vorzustellen, bei dem die Gefahr von Lagerausfällen, insbesondere aufgrund von WEC-Lagerschäden, vermindert ist.
-
Die Lösung dieser Aufgabe wird mit einem Großwälzlager mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und des Anspruchs 7 erreicht. Vorteilhafte Weiterbildungen dieser Großwälzlager sind in den Unteransprüchen genannt.
-
Die Erfindung geht in einer ersten Ausführungsform aus von einem Großwälzlager für eine Windkraftanlage, welches einen ersten Innenring, einen zweiten Innenring und einen Außenring aufweist, wobei radial zwischen den beiden Innenringen und dem Außenring in zwei Wälzkörperreihen Wälzkörper angeordnet sind, wobei die Wälzkörper der ersten Wälzkörperreihe auf einer nach radial außen weisenden Laufbahn des ersten Innenrings und einer nach radial innen weisenden ersten Laufbahn des Außenrings abwälzen, wobei die Wälzkörper der zweiten Wälzkörperreihe auf einer nach radial außen weisenden Laufbahn des zweiten Innenrings und einer nach radial innen weisenden zweiten Laufbahn des Außenrings abwälzen, und bei dem die Wälzkörper beider Wälzkörperreihen in wenigstens einem Wälzkörperkäfig angeordnet sind. Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass die beiden Laufbahnen des Außenrings durch jeweils einen axial außen angeordneten und nach radial einwärts weisenden Außenbord begrenzt sind, und dass die beiden Innenringe bordlos ausgebildet sind. Infolge der bordfreien Ausgestaltung der Innenringe wird die Reibung im Großwälzlager reduziert, die Neigung zu so genannten WEC-Lagerschäden vermindert, und damit einhergehend die Gebrauchsdauer des Großwälzlagers verlängert.
-
Wegen der vollständig bordlosen Innenringe können die Wälzköper nicht mehr wie bisher in reibungserhöhender Weise axial an die Borde des in Bezug zu den Wälzkörpern stillstehenden Innenrings anlaufen, wodurch der Schlupf als eine Mitursache für das Auftreten von WEC-Lagerschäden reduziert wird.
-
Das Großwälzlager ist bevorzugt als Kegelrollenlager ausgeführt, wobei die Laufbahnen des Innenrings und die Laufbahnen des Außenrings jeweils näherungsweise V-förmig zueinander geneigt ausgerichtet sind. Als ein Großwälzlager wird im Kontext der Beschreibung ein Wälzlager mit einem Außendurchmesser des Lageraußenrings von mindestens 0,5 m verstanden.
-
Wenngleich es für ein günstiges Betriebsverhalten eines erfindungsgemäßen Großwälzlagers ausreicht, dieses am Außenring mit nur einem axial außen sowie radial einwärts gerichteten Bord auszubilden, kann es die Montage eines solchen Großwälzlagers erleichtern, wenn die beiden Laufbahnen des Außenrings zusätzlich auch axial innen durch jeweils einen Bord begrenzt sind. Diese beiden Innenborde weisen nach radial einwärts und halten die Wälzkörper beim Zusammenbau des Großwälzlagers in der für sie vorgesehen Montageposition.
-
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung eines erfindungsgemäßen Großwälzlagers ist vorgesehen, dass axial zwischen den beiden Innenringen ein hohlzylindrischer Zwischenring angeordnet ist. Wegen des Zwischenrings ist eine verhältnismäßig einfache Montage beziehungsweise Demontage des Großwälzlagers auf einer vorhandenen Welle oder Achse möglich. Darüber hinaus ist insbesondere bei vergleichsweise axial schmalen Innenringen durch den Zwischenring ein ausreichender axialer Abstand der beiden Wälzkörperreihen zueinander gewährleistet.
-
Gemäß einer diesbezüglichen Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Zwischenring einen ersten axialen Endabschnitt und einen zweiten axialen Endabschnitt aufweist, wobei der erste Endabschnitt mit einer axial einwärts gerichteten Stirnfläche des ersten Innenrings und der zweite Endabschnitt mit einer axial einwärts gerichteten Stirnfläche des zweiten Innenrings zur Schaffung eines Lagerinnenrings in Kontakt ist oder fest verbunden ist. Hierdurch sind die beiden Innenringe sowie der Zwischenring zuverlässig zu einem zu Montage- und Demontagezwecken zerlegbaren Lagerinnenring miteinander fest verbunden. Die axiale Verbindung zwischen dem Zwischenring und den beidseits zu diesem positionierten Innenringen kann mittels einer Vielzahl geeigneter, bevorzugt umfangsseitig gleichmäßig zueinander beabstandeter Verbindungselemente, wie beispielsweise Stifte, Bolzen, Schrauben oder dergleichen realisiert sein.
-
Die Längsachse der Wälzkörper der beiden Wälzkörperreihen zu einer radialen Mittenebene des Großwälzlagers sind unter einem Winkel α1, α2 von > 0° und < 90° ausgerichtet. Infolgedessen ist das Großwälzlager in einer X-Anordnung realisierbar, welches die Aufnahme radialer und beidseitig axialer wirkender Lasten ermöglicht. Alternativ dazu kann das Großwälzlager gegebenenfalls auch in einer O-Anordnung ausgebildet sein.
-
Bei dem erfindungsgemäßen Großwälzlager kann vorgesehen sein, dass der Außenring einteilig ausgebildet ist, oder dass der Außenring aus zwei Außenringteilen besteht.
-
Das Konzept der Erfindung ist bei einem einreihigen Kegelrollenlager oder einem als zweireihiges Kegelrollenlager ausgebildeten Großwälzlager vorteilhaft anwendbar.
-
Die Erfindung betrifft daher auch ein Großwälzlager für eine Windkraftanlage, welches einen Innenring und einen Außenring aufweist, zwischen denen in nur einer Wälzkörperreihe Wälzkörper angeordnet sind, welche auf einer nach radial außen weisenden Laufbahn des Innenrings und auf einer nach radial innen weisenden Laufbahn des Außenrings abwälzen, und bei dem die Wälzkörper in einem Wälzkörperkäfig angeordnet sind. Bei diesem Großwälzlager ist gemäß der Erfindung außerdem vorgesehen, dass die Laufbahn des Außenrings durch einen axial außen angeordneten und nach radial einwärts weisenden Außenbord sowie einen radial innen angeordneten sowie nach radial einwärts weisenden Innenbord begrenzt ist, und dass der Innenring bordlos ausgebildet ist.
-
Zum besseren Verständnis der Erfindung ist der Beschreibung eine Zeichnung beigefügt. In dieser Zeichnung zeigt
-
1 einen Teillängsschnitt durch ein erfindungsgemäß ausgebildetes zweireihiges Großwälzlager mit einem einteiligen und zweibordigen Außenring,
-
2 ein zweireihiges Großwälzlager mit einem einteiligen und vierbordigen Außenring,
-
3 ein zweireihiges Großwälzlager mit einem zweiteiligen und zweibordigen Außenring, sowie
-
4 ein einreihiges Großwälzlager mit einem zweibordigen Außenring.
-
Das in 1 dargestellte Großwälzlager 10 ist beispielhaft als ein Kegelrollenlager 12 in einer X-Anordnung ausgebildet. Das Kegelrollenlager 12 weist unter anderem einen ersten Innenring 14 und einen zweiten Innenring 16 auf, die koaxial von einem einteiligen Außenring 18 umgeben sind. Die beiden Innenringe 14, 16 sowie der Außenring 18 sind rotationssymmetrisch zu einer Längsachse 20 des Kegelrollenlagers 12 ausgebildet und angeordnet. Der erste Innenring 14 verfügt über eine nach radial außen weisende erste Laufbahn 22 und der zweite Innenring 16 hat eine zweite, ebenfalls nach radial außen zeigende zweite Laufbahn 24. Der Außenring 18 verfügt über zwei nach radial innen weisende Laufbahnen 26, 28. Zwischen den gegenüberliegenden Laufbahnen 22, 26 des ersten Innenrings 14 und des Außenrings 18 sind kegelstumpfförmige Wälzkörper 32 in einer ersten Wälzkörperreihe 30 angeordnet. Außerdem sind zwischen den gegenüberliegenden Laufbahnen 24, 28 des zweiten Innenrings 16 und des Außenrings 18 Wälzkörpern 36 einer zweiten Wälzkörperreihe 34 angeordnet. Die Wälzkörper 32, 36 der beiden Wälzkörperreihen 30, 34 sind in wenigstens einem Käfig 38 aufgenommen und geführt.
-
Die Laufbahn 22 des ersten Innenrings 14 und die Laufbahn 24 des zweiten Innenrings 16 sowie die beiden zugeordneten Laufbahnen 26, 28 des Außenrings 18 sind jeweils im Wesentlichen V-förmig zueinander geneigt ausgerichtet. Erfindungsgemäß sind die Laufbahnen 22, 24 der beiden Innenringe 14, 16 vollständig bordfrei ausgebildet, während an der ersten Laufbahn 26 und der zweiten Laufbahn 28 des Außenrings 18 jeweils axial außen ein nach radial innen weisender Außenbord 40, 42 zur axialen Führung der Wälzkörper 32, 36 ausgebildet ist. Die Laufbahn 22 des ersten Innenrings 14 und die erste Laufbahn 26 des Außenrings 18 verlaufen aufgrund der kegelstumpfförmigen Wälzkörper 32 nicht parallel zu einander. Dasselbe gilt für die Laufbahnen 24, 28 der zweiten Wälzkörperreihe 34.
-
Aufgrund der an den Innenringen 14, 16 völlig fehlenden Borde wird ein stirnseitiges Anlaufen der Wälzkörper 32, 36 an die in Bezug zu diesen stillstehenden Innenringe 14, 16 vermieden sowie die Lagerreibung vermindert, wodurch die Gefahr des Auftretens von WEC-Lagerschäden beträchtlich reduziert ist.
-
Die Längsachse 64 der Wälzkörper 32 der ersten Wälzkörperreihe 30 ist unter einem ersten Winkel α1 in Bezug zur Mittelebene 50 ausgerichtet, während die Längsachse 66 der Wälzkörper 36 der zweiten Wälzkörperreihe 34 unter einem zweiten Winkel α2 zur Mittelebene 50 ausgerichtet sind, so dass die Wälzkörper 32, 36 gemäß einer X-Anordnung zur Aufnahme von radialen und beidseitig axial wirkenden Lasten gegeneinander angestellt sind. Die beiden Winkel α1, α2 sind hier exemplarisch gleich groß und weisen beispielhaft einen Wert von jeweils etwa 45° auf. In Abhängigkeit von den mechanischen Anforderungen, die an das Großwälzlager 10 gestellt werden, können die Winkel α1, α2 auch ungleich groß sein. Die beiden Winkel α1, α2 betragen jedoch mehr als 0° und weniger als 90°.
-
In den Außenring 18 des abgebildeten Kegelrollenlagers 12 sind ferner durchgehende und umfangsbezogen gleichmäßig zueinander beabstandet angeordnete Gewindebohrungen 70 ausgebildet, in die nicht gezeigte Befestigungsschrauben einschraubbar sind. Diese Befestigungsschrauben verbinden beispielsweise eine Rotornabe einer Windenergieanlage mit dem Außenring 18 des Kegelrollenlagers 12.
-
Die beiden Innenringe 14, 16 sind mittels eines hohlzylindrischen Zwischenrings 44 fest miteinander verbunden. Dieser Zwischenring 44 verfügt über einen ersten axialen Endabschnitt 46 und einen zweiten axialen Endabschnitt 48. Eine gedachte radiale Mittenebene 50 des Großwälzlagers 10 verläuft senkrecht zur Längsachse 20 des Kegelrollenlagers 12 sowie mittig zwischen beiden Endabschnitten 46, 48 des Zwischenrings 44.
-
Der erste axiale Endabschnitt 46 des Zwischenrings 44 ist mit einer axial einwärts gerichteten Stirnfläche 52 des ersten Innenrings 14 und der zweite axiale Endabschnitt 48 des Zwischenrings 44 ist gemäß dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel mit einer axial einwärts gerichteten Stirnfläche 54 des zweiten Innenrings 16 zur Schaffung eines dreiteiligen Lagerinnenrings 60 mittels einer Vielzahl von Verbindungselementen 56, 58 verbunden. Von den bevorzugt umfangsbezogen gleichmäßig zueinander beabstandet angeordneten Verbindungselementen 56, 58 sind in der Schnittdarstellung der 2 lediglich zwei Verbindungselemente 56, 58 erkennbar. Die beiden Innenringe 14, 16 sowie der Zwischenring 44 bilden hierbei eine durchgehende, zylindrische Innenfläche 62 des mehrteiligen Lagerinnenrings 60 zur Aufnahme einer nicht dargestellten Welle oder Achse aus (siehe auch 1).
-
2 zeigt weiter, dass zur Erleichterung der Montage des zweireihigen Kegelrollenlagers 12 an dem Außenring 18 zusätzlich zu den beiden axial außen ausgebildeten und nach radial einwärts ragenden Außenborden 40, 42 zwei weitere nach radial einwärts weisende Innenborde 72, 74 ausgebildet sind, die etwa im Bereich der axialen Mitte des Außenrings 18 axial innen angeordnet sind. Diese beiden Innenborde 72, 74 halten beim Zusammenbau des Kegelrollenlagers 12 die in jeweils einem Käfis 38 angeordneten kegelförmigen Wälzkörper 32, 36 am Außenring 18.
-
Bei dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel des Großwälzlagers 10 beziehungsweise zweireihigen Kegelrollenlagers 12 besteht der Außenring aus zwei Außenringteilen 18a, 18b, die bei der Lagermontage fest miteinander verbunden werden. Die Zweiteiligkeit des Außenrings (18a, 18b) erleichtert dessen Transport sowie den Zusammenbau des Wälzlagers. Erkennbar ist bei dieser Ausführungsform der Außenring (18a, 18b) so wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 lediglich mit zwei Außenborden 40, 42 versehen, welche die beiden Außenringlaufbahnen 26, 28 nach axial außen begrenzen.
-
4 zeigt, dass das Konstruktionsprinzip der vorliegenden Erfindung auch auf ein Großwälzlager 10 in der Ausführungsform eines einreihigen Kegelrollenlagers 11 anwendbar ist. Demnach weist dieses einreihige Kegelrollenlager 11 für eine Windkraftanlage einen Innenring 80 und einen Außenring 82 auf, zwischen denen in nur einer Wälzkörperreihe 94 Wälzkörper 92 angeordnet sind, welche auf einer nach radial außen weisenden Laufbahn 90 des Innenrings 80 und auf einer nach radial innen weisenden Laufbahn 86 des Außenrings 82 abwälzen, und bei dem die Wälzkörper 92 in einem Wälzkörperkäfig 88 angeordnet sind. Zur Reduzierung der Reibung am Innenring 80 ist bei diesem einreihigen Kegelrollenlager 11 vorgesehen, dass die Laufbahn 86 des Außenrings 82 durch einen axial außen angeordneten und nach radial einwärts weisenden Außenbord 84 sowie einen radial innen angeordneten und nach radial einwärts weisenden Innenbord 85 begrenzt ist, während der Innenring 80 bordlos ausgebildet ist. Auch bei diesem einreihigen Kegelrollenlager 11 ist ein Zwischenring 96 wahlweise vorhanden, mittels dem ein axialer Abstand zu einer Umgebungskonstruktion überbrückbar ist. Erkennbar sind die Wälzkörper 92 mit ihrer Längsachse 98 unter einem Winkel von etwa 45° zur Längsachse 20 des Kegelrollenlagers 11 geneigt angeordnet.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10
- Großwälzlager
- 11
- Einreihiges Kegelrollenlager
- 12
- Zweireihiges Kegelrollenlager
- 14
- Erster Innenring
- 16
- Zweiter Innenring
- 18
- Einteiliger Außenring
- 18a
- Erstes Außenringteil
- 18b
- Zweites Außenringteil
- 20
- Längsachse des Großwälzlagers
- 22
- Laufbahn des ersten Innenrings
- 24
- Laufbahn des zweiten Innenrings
- 26
- Erste Laufbahn des Außenrings
- 28
- Zweite Laufbahn des Außenrings
- 30
- Erste Wälzkörperreihe
- 32
- Wälzkörper der ersten Wälzkörperreihe
- 34
- Zweite Wälzkörperreihe
- 36
- Wälzkörper der zweiten Wälzkörperreihe
- 38
- Käfig
- 40
- Erster Außenbord am Außenring
- 42
- Zweiter Außenbord am Außenring
- 44
- Zwischenring
- 46
- Erster axialer Endabschnitt des Zwischenrings
- 48
- Zweiter axialer Endabschnitt des Zwischenrings
- 50
- Radiale Mittenebene
- 52
- Stirnfläche am ersten Innenring
- 54
- Stirnfläche am zweiten Innenring
- 56
- Verbindungselement
- 58
- Verbindungselement
- 60
- Lagerinnenring
- 62
- Radiale Innenfläche des Lagerinnenrings
- 64
- Längsachse der Wälzkörper der ersten Wälzkörperreihe
- 66
- Längsachse der Wälzkörper der zweiten Wälzkörperreihe
- 70
- Gewindebohrung im Außenring 18
- 72
- Erster Innenbord am Außenring 18
- 74
- Zweiter Innenbord am Außenring 18
- 80
- Innenring des einreihigen Kegelrollenlagers 11
- 82
- Außenring des einreihigen Kegelrollenlagers 11
- 84
- Außenbord am Außenrings 82 des einreihigen Kegelrollenlagers 11
- 85
- Innenbord am Außenrings 82 des einreihigen Kegelrollenlagers 11
- 86
- Laufbahn des Außenrings 82 des einreihigen Kegelrollenlagers 11
- 88
- Käfig des einreihigen Kegelrollenlagers 11
- 90
- Laufbahn des Innenrings 80 des einreihigen Kegelrollenlagers 11
- 92
- Wälzkörper des einreihigen Kegelrollenlagers 11
- 94
- Wälzkörperreihe des einreihigen Kegelrollenlagers 11
- 96
- Zwischenring des einreihigen Kegelrollenlagers 11
- 98
- Längsachse der Wälzkörper 92 des einreihigen Kegelrollenlagers 11
- α1
- Erster Winkel
- α2
- Zweiter Winkel