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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung für mit niedriger Geschwindigkeit rotierende Maschinen. Die Lageranordnung weist eine Welle und zumindest ein zweireihiges Pendelrollenlager auf.
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Hintergrund der Erfindung
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Lageranordnungen, die zweireihige Pendelrollenlager (SRB) aufweisen, werden in Anwendungen verwendet, in denen es verschiedene Lasten auf die Welle und Fehlausrichtungen der Welle gibt. In diesen Lageranordnungen können sich die Ringe in Bezug aufeinander bewegen und die Rollen werden ihre axiale Position entlang der Laufflächen anpassen, um die Fehlausrichtungen zu korrigieren. Die Pendelrollenlager in diesen Lageranordnungen haben Mittel, um die Rollen in den zwei Rollenreihen voneinander zu trennen, häufig entweder durch einen Mittelflansch des inneren Rings oder einen getrennten führenden Führungsring. Diese Mittel beeinflussen die Rollenposition erzwungenermaßen, was verhindert, dass die Rollen die Last optimal aufnehmen. In dem Fall eines Mittelflanschs fügt dieser eine Reibung zu den Ringen hinzu und belastet diese, da er die Rollen an ihren Stirnflächen drückt, und induziert auch eine Hitzeerzeugung, die zu einer Schmiermitteldegeneration und anderen hitzeerzeugten Schäden an dem Lager führt. In dem Fall eines getrennten Führungsrings zwischen den Rollen wird eine Reihe der Wälzkörper auf den Führungsring drücken, welcher im Gegenzug die andere Reihe von Rollen beeinflusst, was diese beispielsweise aufgrund der unterschiedlichen Form und Reibungskoeffizienten der Ringe und Rollen daran hindert, optimal geführt zu werden. Dies wird auch mehr Reibung, Hitzeerzeugung hinzufügen und Schäden an den Laufflächen verursachen, wie beispielsweise Rutschen und Anschmieren. Daher gibt es ein Bedürfnis, eine Lösung zu finden, die ein erhöhtes Führen der Rollen durch die Laufflächen erlaubt, ohne dass diese durch andere Mittel in Position gezwungen werden.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Ein Ziel der Erfindung ist es, zumindest manche der oben identifizierten Bedürfnisse zu milder.
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Ein Ziel der Erfindung wurde erreicht, indem eine Lageranordnung für eine mit niedriger Geschwindigkeit rotierende Maschinenanordnung bereitgestellt wird, welche eine Welle und zumindest ein doppelreihiges Pendelrollenlager aufweist. Das Lager bietet einen inneren Ring, der eine radial äußere Umfangsfläche hat. Die äußere Umfangsfläche bietet eine erste und eine zweite innere Lauffläche und einen ringförmigen Bereich, der die erste und zweite innere Lauffläche in einer axialen Richtung trennt. Des Weiteren bietet das Lager einen äußeren Ring, der eine radial innere Umfangsfläche hat. Die radial innere Umfangsfläche bietet zumindest eine äußere Lauffläche. Pendelrollen sind in einer ersten und einer zweiten Rollenreihe angeordnet. Die erste und zweite Rollenreihe sind zwischen der zumindest einen äußeren Lauffläche der radial inneren Umfangsfläche des äußeren Rings und der ersten und zweiten jeweiligen inneren Lauffläche der radial äußeren Umfangsfläche des inneren Rings eingefügt. Des Weiteren bietet das Lager zumindest einen Käfig, der einen mittleren Bereich aufweist, der zwischen den Rollenreihen angeordnet ist. Mit zumindest einem Käfig ist gemeint, dass der Käfig ein massiver Käfig oder segmentiert sein kann, beispielsweise als zwei oder mehr ringförmige Teile, die miteinander verbunden sind, oder mehrere Segmente, die ringförmig verbunden sind. Die Segmente müssen nicht notwendiger Weise miteinander verbunden sein, da sie auch der Art sein können, bei der die Segmente zwischen jede zweite Rolle in den Rollenreihen platziert werden. Der Käfig kann eine Fensterform, Kammform oder irgendeine andere Form haben, die dem Fachmann bekannt ist. Der mittlere Bereich des Käfigs bietet eine radial innere Umfangsfläche und axiale Auskragungen, um zumindest zwei Rollen in den jeweiligen ersten und/oder zweiten Rollenreihen voneinander zu trennen. Das Lager bietet zumindest einen ersten durchgängigen ringförmigen Freiraum, der von der ersten und zweiten Rollenreihe und von der radial inneren Umfangsfläche des zentralen Bereichs des Käfigs und dem ringförmigen Bereich des inneren Rings begrenzt ist. In dem Fall eines segmentierten Käfigs, bei dem Segmente mit einigem Abstand zueinander platziert sind, sollte der ringförmige Freiraum so verstanden werden, dass er durch den länglichen Teilkreisdurchmesser der Käfigsegmente definiert.
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Durch die Bereitstellung dieses Lagers können sich die Rollen freier bewegen, was ermöglicht, dass die Führung der Rollen durch die Form der Pendelrollen und Laufflächen effizienter durchgeführt wird. Das Führen kann auch ausgeführt werden, indem unterschiedliche Reibungskoeffizienten an unterschiedlichen Teilen der Rollen und Laufflächen vorgesehen sind, was ein im Wesentlichen verdrehungsfreies Führen der Rollen bereitstellt.
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Die Rollen werden üblicherweise durch Verwendung von Kraftbeaufschlagungsmitteln auf die Rollen voneinander getrennt, was verhindert, dass sich die Rollen zueinander bewegen. Mit Kraftbeaufschlagungsmittel ist alles gemeint, was die Rollen an ihren Stirnflächen drückt, wie beispielsweise ein Mittelflansch oder ein führender Führungsring, was bekannte Begriffe für den Fachmann sind. Mit Rollenstirnfläche ist die Fläche der axialen Enden der Rolle gemeint. Kraftbeaufschlagungsmittel sind beim Auftreten von axialen Kräften notwendig, üblicherweise, wenn die axiale Kraft 30% der radialen Last (Fa > Fr ~30%) überschreitet. Mit axialer Richtung ist die Richtung der Welle der Lageranordnung gemeint. Mit radialer Richtung ist die Richtung gemeint, die im Wesentlichen rechtwinklig zu der axialen Erstreckung der Welle ist. Kraftbeaufschlagungsmittel sind auch notwendig, wenn die Rotationsgeschwindigkeit die Rollen zentrifugalen Kräften aussetzt, die die Rollen in den unbelasteten Zonen aufeinander zu drücken. Die Kraftbeaufschlagungsmittel sind auch mit bestimmten Nachteilen verbunden. Sie verhindern, dass die Rollen während Fehlausrichtungen Kräfte optimal durch die Mitte der Rolle aufnehmen, was Randspannungen verursacht und die Lastfähigkeiten sowie die Lebensdauer reduziert. Die Kraftbeaufschlagungsmittel verursachen auch mehr Reibung, entweder dadurch, dass die Rollen verdreht sind, wie in dem Fall eines separaten Führungsrings, bei dem eine Reihe von Wälzkörpern die Rollen in der anderen Reihe beeinflussen kann, und/oder wenn die Kraftbeaufschlagungsmittel auf die Stirnfläche der Rolle drücken, wie in dem Fall eines Mittelflanschs.
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Reibung erzeugt Hitze, die im Gegenzug einen nachteiligen Effekt auf die Schmiermittellebensdauer hat. Die Betriebslebensdauer eines Lagers wird häufig durch die Lebensdauer des Schmiermittels bestimmt, weshalb es entscheidend für die Betriebslebensdauer eines Lagers ist, das Schmiermittel darin nicht zu degenerieren.
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Ein innerer Ringflansch, der auf die Rollen drückt, verursacht eine Belastung in dem Flansch sowie dem Ring, was im Gegenzug einen nachteiligen Effekt auf die Lagerlebensdauer hat. Der innere Ring mit einem Mittelflansch ist teuer herzustellen, da er eine gute Qualität haben muss und so ausgestaltet sein muss, dass er die Belastungen, denen er ausgesetzt ist, aushält, sowie nicht zu viel Hitze erzeugt. Ein Bespiel dafür ist es, den Mittelflansch und/oder den Ring aus einem hochqualitativen Material herzustellen. Ein anderes Beispiel kann sein, den Mittelflansch einem spezifischen Hitzebehandlungsverfahren auszusetzen. Der Mittelflansch kann auch auf unterschiedliche Weisen ausgestaltet und hergestellt werden, um die Belastungen besser auszuhalten, beispielsweise kann er eine umlaufende Aussparung entlang des Schnittpunkts zwischen der Lauffläche und dem Flansch haben, so dass die Kante keine Belastung aufnimmt und Risse in dem Ring erzeugt. Der Erfinder hat erkannt, dass Kraftbeaufschlagungsmittel unnötig sind und in vielen Anwendungen mit niedriger Geschwindigkeit weggelassen werden können, wodurch die oben beschriebenen Probleme gelöst werden. Dies macht das Lager auch leichter und günstiger herstellbar. In dem Fall, dass der führende Führungsring weggelassen wird, kann das Lager leichter zusammengebaut werden und wird robuster, da es weniger Teile gibt, die sich verklemmen können.
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Mit durchgängigem ringförmigen Freiraum ist gemeint, dass der ringförmige Bereich des inneren Rings und der Käfig weder direkt noch durch irgendein anderes massives Objekt, wie einem Führungsring, in radialem Kontakt miteinander sind. Der durchgängige ringförmige Freiraum kann nach wie vor Öl, Fett oder Sensoren enthalten und kann als ein durchgängiger ringförmiger Freiraum betrachtet werden, solange es nicht der Zweck ist, den Käfig oder Rollen zu führen, indem auf ihre Stirnflächen gedrückt wird. Indem es den durchgängigen ringförmigen Freiraum gibt, gibt es Möglichkeiten, die Größe der verwendeten Rollen zu erhöhen, wodurch die Lastaufnahmefähigkeit erhöht wird.
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Der ringförmige Bereich hat eine zylindrische Form und ist so ausgebildet, dass sich die Rollen der ersten und zweiten Rollenreihe in axialer Richtung aufeinander zubewegen können, ohne durch irgendein in Verbindung mit dem Ring stehendes Kraftbeaufschlagungsmittel, wie beispielsweise einem inneren Ringflansch oder einem führenden Führungsring, daran gehindert zu werden. Der Käfig kann dennoch die Rollen in einem variierenden Ausmaß abhängig von der Art daran hindern, sich aufeinander zuzubewegen. Die Taschen des Käfigs sollten daher groß genug sein, um eine Bewegung der Rollen zu erlauben, so dass der mittlere Bereich des Käfigs die Rollen in den jeweiligen Reihen nicht in einer wesentlichen Weise beeinflusst.
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In einer Ausführungsform der Lageranordnung bietet der mittlere Bereich des Käfigs eine radial äußere Umfangsfläche. Das Lager bietet einen zweiten durchgängigen ringförmigen Freiraum, der zwischen den Rollenreihen und zwischen der radial äußeren Umfangsfläche des zentralen Bereichs des Käfigs und der radial inneren Umfangsfläche des äußeren Rings angeordnet ist. Dies kann weiter vorteilhaft sein, um es den Rollen zu ermöglichen, sich frei in axialer Richtung aufeinander zuzubewegen. Der Raum kann nach wie vor für andere Dinge verwendet werden, die keine Last aufnehmen oder die Bewegung der Rollen behindern oder den Käfig führen, er kann beispielsweise mit einem Schmiermittel befüllt sein oder mit einer Zustandsüberwachungsausrüstung, wie beispielsweise Sensoren, Energieerzeugungsausrüstung oder Datenübertragungsvorrichtungen, ausgestattet sein.
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In einer Ausführungsform der Lageranordnung ist der Käfig durch die Pendelrollen zentriert, was bedeutet, dass der Käfig nur durch die Bewegung der Rollen und nicht direkt durch die Bewegung des Rings oder durch einen Führungsring beeinflusst wird. Dies ist bei Lasten vorteilhaft, die die Welle fehlstellen, wobei, wenn der Käfig durch die Ringe geführt wird, der Käfig aufgrund der Fehlausrichtung der Ringe fehlausgerichtet sein kann.
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In einer Ausführungsform der Lageranordnung sind die Pendelrollen symmetrisch. Ein symmetrisches und asymmetrisches Pendelrollenelement ist etwas, was dem Fachmann gut bekannt und in der Literatur beschrieben ist (zum Beispiel „Rolling Bearing Analyses" von Patrick A. Harris, ISBN 0-471-79979-3). Symmetrische Rollen haben den Vorteil der Lastaufnahmefähigkeit. Sie können aufgrund ihrer Form auch einen positiven Effekt auf die Leistung der Laufflächenführung haben, in den Fällen, in denen eine Laufflächenführung verwendet wird.
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In einer Ausführungsform der Lageranordnung werden die Pendelrollen von den Laufflächen geführt. Mit Rollen, die von den Laufflächen geführt werden, ist gemeint, dass die konkave Form der Lauffläche und die konvexe Form der Rolle die Rolle in ihre axiale Position führt, um die Lastaufnahmefähigkeit zu optimieren. Die Rolle und die Lauffläche können auch unterschiedliche Reibungskoeffizienten haben, um dieses Merkmal weiter zu verbessern, sowie um zu helfen, die Richtung der Rolle zu führen, um ein Verdrehen zu verhindern, wodurch die Reibung reduziert wird.
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In einer Ausführungsform der Lageranordnung enthält der erste ringförmige Freiraum 20 ein Schmiermittel, wie beispielsweise Fett. Der Vorteil, den ersten mit einem Schmiermittel befüllten ringförmigen Freiraum 20 vorzusehen, besteht darin, dass das Schmiermittel nahe an den Laufflächen des inneren Rings angeordnet ist, wo es am meisten benötigt wird. Normalerweise wird das Schmiermittel durch Nuten an der Außenseite des äußeren Rings über Durchgangslöcher in den äußeren Ring des Lagers gefüllt. Viel von dem Schmiermittel endet aufgrund der Gravitation schließlich in dem Bereich des zweiten ringförmigen Freiraums, ohne dass viel von ihm in die Laufflächen des inneren Rings oder die inneren Kanten der Rollen eintritt, an denen das Drehmoment und die Reibung normalerweise am meisten vorhanden ist. Die Verwendung einer gleichmäßigen Übergangsphase von der radial äußeren Umfangsfläche des inneren Rings zwischen den Pendelrollenreihen ermöglicht mehr Raum für das Schmiermittel, um näher an den Rollenkanten angeordnet zu sein, und das Schmiermittel kann aufgrund der Gravitationskraft über die Laufflächen zu dem untersten Teil des zweiten ringförmigen Freiraums transportiert werden. Die Form des ringförmigen Bereichs, der die zwei Laufflächen voneinander trennt, kann dazu ausgebildet sein, so viel Schmiermittel wie möglich zu enthalten, und beispielsweise in der Form einer Nut sein. Er kann auch derart geformt sein, dass dem Schmiermittel geholfen wird, zu den Rollen transportiert zu werden, und beispielsweise eine sich radial erstreckende dreieckige Form zu haben, die sich nach außen zuspitzt, um dem Schmiermittel zu helfen, aufgrund der Gravitationskraft zu den Rollen zu gleiten. Er könnte auch einen Gewindebereich haben, um das Schmiermittel aufgrund der Rotationsbewegung des Rings zu den Rollen zu transportieren.
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In einer anderen Ausführungsform enthält der zweite ringförmige Freiraum in einer ähnlichen Weise ein Schmiermittel. Dies kann insbesondere vorteilhaft sein, um die Lebensdauer des Lagers aufgrund einer reduzierten Schmiermitteldegeneration in dem Fall zu erhöhen, indem es begrenzte Möglichkeiten gibt, Fett von der Außenseite zu befüllen, beispielsweise, wie oben erwähnt, durch die Schmiermittelnuten auf der Außenseite des äußeren Rings. In einer weiteren Ausführungsform ist sowohl der erste als auch der zweite ringförmige Freiraum mit einem Schmiermittel befüllt, um die Lagerlebensdauer und die Betriebsdauer aufgrund einer Schmiermitteldegeneration zu erhöhen.
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In einer Ausführungsform der Lageranordnung wird einer der ersten oder zweiten ringförmigen Freiräume für eine Zustandsüberwachungs- oder Energieerzeugungsausrüstung verwendet. Dies ist ein vorteilhafter Raum, um verwendet zu werden, da die Ausrüstung in die ISO-Standardabmessung des Lagers eingepasst werden kann. Der Bereich kann auch vorteilhafterweise für unterschiedliche Sensoren verwendet werden, um genaue Sensorauslesungen zu detektieren, wie beispielsweise Sensoren, um Schallemissionen, Rauschen, Temperatur, Position der Rollen etc. zu detektieren.
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In einer Ausführungsform der Lageranordnung rotiert die bei niedriger Geschwindigkeit rotierende Maschine während eines normalen Betriebs mit einer derartigen Geschwindigkeit, dass die Pendelrollen einer zentrifugalen Kraft (Fc) ausgesetzt werden, die geringer ist als die Gravitationskraft (Fg). Bei dieser Betriebsgeschwindigkeit ist die Verwendung eines ringförmigen Freiraums besonders vorteilhaft, da kein Führungsring oder Führungsflansch benötigt wird, um die Rollen zu trennen, das sie in der unbelasteten Zone des Lagers nicht zusammengezwungen werden, sondern aufgrund der Gravitationskraft getrennt gehalten werden und daher kontinuierlich geführt und durch die Laufflächen gelenkt werden.
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In einer Ausführungsform der Lageranordnung rotiert die mit niedriger Geschwindigkeit rotierende Maschine mit einer Geschwindigkeit von weniger als 50 Umdrehungen pro Minute (rpm). In einer weiteren Ausführungsform rotiert die mit niedriger Geschwindigkeit rotierende Maschine mit einer Geschwindigkeit von weniger als 40 rpm, aber es könnten auch weniger als 30 rpm oder 20 rpm sein.
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In einer Ausführungsform der Lageranordnung ist die mit niedriger Geschwindigkeit rotierende Maschine eine Hauptwelle einer Windturbine. Der Erfinder hat realisiert, dass aufgrund der Umstände einer Windturbine diese erfinderische Lageranordnung mit besonders guten Ergebnissen einsetzbar ist. In dieser Anwendung ist die Lageranordnung aufgrund der Kraft von den rotierenden Rotorblättern und der unterschiedlichen Kräfte, die abhängig von der Stärke des Winds aufgebracht werden, vielen verschiedenen axialen Kräften und Biegungskräften ausgesetzt. Durch das Vorsehen eines Käfigs, der nicht direkt durch irgendetwas anderes als die Rollen geführt ist, wird ein Verklemmen des Käfigs aufgrund einer Ringfehlstellung vermieden. In dieser Anordnung ist auch die Rotationsgeschwindigkeit so niedrig wie nötig.
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In einer Ausführungsform der Lageranordnung ist die mit niedriger Geschwindigkeit rotierende Maschine eine Turbine. In wiederum einer anderen Ausführungsform ist die Anwendung eine Pumpe.
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In einer Ausführungsform der Lageranordnung weist der innere Ring einen Bord auf der axial äußeren Seite von einer der Rollenreihen auf. In einer anderen Ausführungsform weist der innere Ring Borde an der axial äußeren Seite von beiden Rollenreihen auf. Die Borde sind vorteilhaft, um die Rollen daran zu hindern, zu viel aus ihren optimalen Positionen herauszugleiten, insbesondere in dem Fall, wenn die Laufflächen nicht im Wesentlichen horizontal sind, sondern einen Winkel haben, der sich nach außen neigt, so dass sich die Rollen in diese Richtung aufgrund der Gravitationskraft bewegen können. Der Bord oder die Borde können auch den Zusammenbau des Lagers vereinfachen, da sie die Bewegung der Rollen während des Zusammenbauverfahrens kontrollieren.
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Eine Lageranordnung, wobei der Käfig ein kammförmiger Käfig ist. Ein kammförmiger Käfig kann im Vergleich zu einem fensterartigen Käfig sowohl billiger als auch einfacher während des Zusammenbauverfahrens verwendbar sein. Die Verwendung eines kammförmigen Käfigs ist insbesondere in dem Fall anwendbar, in dem der innere Ring Borde hat, um die Rollen daran zu hindern, sich nach außen zu bewegen, da der Käfig das Einschränken dieser Bewegung nicht in irgendeiner Weise unterstützen muss.
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In einer Ausführungsform ist die Lageranordnung eine Einpunktaufhängungsanordnung. In wiederum einer anderen Ausführungsform ist die Lageranordnung ein Teil einer Dreipunktaufhängungsanordnung.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Beispielhafte Ausführungen werden nun detaillierter mit Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, wobei
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1a zeigt einen Querschnitt einer Lageranordnung gemäß der Erfindung.
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1b zeigt einen Querschnitt einer Lageranordnung gemäß der Erfindung.
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1c zeigt einen Querschnitt einer Lageranordnung gemäß der Erfindung.
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1d zeigt einen Querschnitt einer Lageranordnung gemäß der Erfindung.
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1a zeigt einen Querschnitt einer Lageranordnung gemäß der Erfindung.
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2a zeigt einen Querschnitt einer Lageranordnung gemäß der Erfindung.
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2b zeigt einen Querschnitt einer Lageranordnung gemäß der Erfindung.
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2c zeigt einen Querschnitt einer Lageranordnung gemäß der Erfindung.
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3 zeigt eine Windturbine, die die Lageranordnung gemäß der Erfindung aufweist.
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4a zeigt einen Querschnitt einer Lageranordnung gemäß dem Stand der Technik.
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4b zeigt einen Querschnitt einer Lageranordnung gemäß dem Stand der Technik.
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Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
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1a zeigt einen Querschnitt einer Lageranordnung 1 gemäß der Erfindung. Die Lageranordnung 1 weist eine Welle 2 und ein zweireihiges Pendelrollenlager 3 auf. Ein innerer Ring 4 bietet eine radial äußere Umfangsfläche 5 mit einer ersten 6 und einer zweiten inneren Lauffläche 7 mit einem ringförmigen Bereich 8 dazwischen. Ein äußerer Ring 9 bietet eine radial innere Umfangsfläche 10, die zumindest eine äußere Lauffläche 11 aufweist. Pendelrollen 12 sind in einer ersten 13 und einer zweiten Rollenreihe 14 angeordnet, die zwischen den Laufflächen 6, 7, 11 angeordnet sind. Ein Käfig 15 weist einen mittleren Bereich 16 auf, der zwischen den Rollenreihen 13, 14 angeordnet ist. Der mittlere Bereich 16 des Käfigs 19 bietet eine radial innere Umfangsfläche 17 und eine radial äußere Umfangsfläche 21, sowie axiale Auskragungen 18, um zumindest zwei Rollen 12 in den Rollenreihen 13, 14 voneinander zu trennen. Der Käfig 15 in der Zeichnung ist ein fensterartiger Käfig, aber es könnte auch ein kammartiger Käfig oder irgendeine andere Art von Käfig sein, die dem Fachmann gut bekannt sind. Der Käfig 15 kann in einem Stück oder in Segmente unterteilt hergestellt sein, beispielsweise aus zwei oder mehr ringförmigen Teilen, die, wie in der Zeichnung zu sehen ist, zusammengesetzt sind, oder aus Segmenten, die zusammengesetzt sind, um einen ringförmigen Ring zu bilden. Die Käfigsegmente können auch zwischen jedem Rollenpaar platziert werden, ohne miteinander verbunden zu sein. Die Zeichnung zeigt des Weiteren einen ersten durchgängigen ringförmigen Freiraum 19, der von der ersten und zweiten Rollenreihe 13, 14 und von der radial inneren Umfangsfläche 17 des zentralen Bereichs 16 des Käfigs 15 und dem ringförmigen Bereich 8 des inneren Rings 14 begrenzt ist. In dem Fall von radialen Käfigsegmenten, die nicht miteinander verbunden sind, wird der ringförmige Raum stattdessen durch den gedachten erweiterten Teilkreisdurchmesser des zentralen Bereichs 16 des Käfigs 15 definiert. Der ringförmige Bereich 8 ist so ausgebildet, dass die Rollen 12 in der ersten und zweiten Rollenreihe 13, 14 in axialer Richtung aufeinander zubewegt werden können. Wenn aus dieser Querschnittsperspektive gesehen, ist die Form des ringförmigen Bereichs 8 flach mit abgerundeten Kanten 27, an denen die Laufflächen 6, 7 den ringförmigen Bereich 8 schneiden, um Spannungen, die durch eine scharfe Kante hervorgerufen werden, zu vermeiden. Er könnte auch andere Formen haben, wie beispielsweise eine Nut 28 oder eine verlängerte Lauffläche 29 (wie 1b und 1c gezeigt), solange es kein Mittel aus festem Material gibt, dass den Weg der Rolle beeinflusst, in dem auf ihre Stirnfläche 30 gedrückt wird, so wie beispielsweise ein Mittelflansch 31 oder ein führender Führungsring 32 (wie in 4a oder 4b gezeigt). Wenn die Rollen 12 frei sind, um sich in axialer Richtung aufeinander zuzubewegen, ermöglicht dies durch die Form der Pendelrollen 12 und der Laufflächen 6, 7, 11 eine effizientere Führung der Rollen 12. Die Führung kann auch effizienter durchgeführt werden, indem unterschiedliche Reibungskoeffizienten an den unterschiedlichen Teilen der Rolle 12 und den Laufflächen 6, 7, 11 vorgesehen werden, wodurch das Führen der Rollen 12 im Wesentlichen ohne Verdrehen bereitgestellt wird. Des Weiteren ermöglicht es, dass die Rollen 12 die Last optimal aufnehmen und vermeidet eine Erzeugung von Reibung und einer Belastung auf die Ringe, wie es der Fall wäre, wenn ein Mittelflansch 31 vorhanden wäre, was zu einer Schmiermitteldegeneration 24 und anderen hitzeerzeugten Schäden an dem Lager führen würde. Im Vergleich mit dem Vorsehen eines separaten Führungsrings 32 zwischen den Rollenreihen 13, 14, um die Rollen 12 und den Käfig 15 zu führen, wird die Situation, in der eine Reihe von Rollenelementen 13, 14 auf den Führungsring drücken würde, was im Gegenzug die andere Reihe 13, 14 der Rollen 12 beeinflussen würde, vermieden, was mehr Reibung, Hitzeerzeugung und Schäden an den Laufflächen 6, 7, 11, wie beispielsweise Rutschen und Anschmieren, verhindert.
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1b zeigt einen Querschnitt einer Lageranordnung 1 gemäß der Erfindung. In diesem Fall ist der ringförmige Bereich 8 als eine Nut 28 geformt. Dies kann vorteilhaft sein, damit mehr Schmiermittel 24, wie beispielsweise Öl oder Fett (wie in 2a bis c zu sehen) in das Lager 3 passt. Dieses Design benötigt auch weniger Material, was das Lager leichter und billiger herstellbar macht. In der Zeichnung ist das Design der Nut 28 halbkreisförmig mit abgerundeten Kanten in dem Schnittpunkt der Laufflächen 6, 7, um Spannungen, die durch scharfe Kanten verursacht werden, zu vermeiden, aber die Nut könnte auch irgendeine andere Form, wie im Wesentlichen dreieckig oder quadratförmig, haben.
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1c zeigt einen Querschnitt einer Lageranordnung 1 gemäß der Erfindung. In diesem Fall ist der ringförmige Bereich 8 eine verlängerte Lauffläche 29. Diese ermöglicht einen gesteigerten Kontakt und Führen der Rollen 12 und der Laufflächen 6, 7, 11, was ein besseres Führen der Rollen 12 mit weniger Reibung, erhöhte Lastaufnahmefähigkeit und die Fähigkeit, erhöhte axiale Lasten aufzunehmen, ohne Kantenspannungen zu verursachen, ermöglicht. Diese konvexe dreieckige Verlängerung stellt auch einen besseren Schmiermittelfluss 24 bereit, der es ermöglicht, dass Fett zu den inneren Ringlaufflächen 6, 7 fließt, wo es am meisten benötigt wird, da dies oft die Stelle ist, an der sich die meisten Spannungen und Temperaturen entwickeln, da es schwierig ist, Schmiermittel 24 in diesen Bereich zu leiten. Wie in der Zeichnung zu sehen ist, kann das Schmiermittel 24 manchmal durch eine Umfangsschmiermittelnut 33 auf der Außenseite des Lagers über Verbindungsdurchgangslöchern 34 in das Lager wieder befüllt werden. Bei diesem Verfahren sammelt sich häufig das Meiste des Schmiermittels 24 in dem zweiten ringförmigen Freiraum 20 und läuft aufgrund der Gravitationskraft zu der Unterseite des Lagers, da es häufig durch den Käfig 15 daran gehindert wird, in einem zufriedenstellenden Umfang in den ersten ringförmigen Freiraum 19 und die inneren Ringlaufflächen 6, 7 zu entweichen. Bei diesem Design gibt es einen Raum, das Lager 3 mit dem Schmiermittel 24 während des Zusammenbaus vorzufüllen (wie in 2a bis c gesehen wird), besonders vorteilhaft in den ersten durchgängigen ringförmigen Freiraum 19. Dieses Schmiermittel 24 (wie in 2a bis c gezeigt) wird zu den Laufflächen 6, 7 des inneren Rings des Lagers 3 laufen, wo es am meisten in einem größeren Umfang benötigt wird. Die dreieckige verlängerte Lauffläche wird des Weiteren ermöglichen, dass das Schmiermittel 24 dies aufgrund der Gravitationskraft tut. Auch hier kann die dreieckige verlängerte Lauffläche 29 eine abgerundete obere Kante haben, um Spannungen zu vermeiden.
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1d zeigt einen Querschnitt einer Lageranordnung 1 der Erfindung. In diesem Fall hat der innere Ring 4 Borde 23 und einen kammförmigen Käfig 15. Die Borde 23 sind vorteilhaft, um die Rollen 12 daran zu hindern, zu sehr aus ihren optimalen Positionen wegzugleiten, in dem Fall, in dem die Laufflächen 6, 7 des inneren Rings nicht im Wesentlichen horizontal sind, sondern statt dessen einen Winkel haben, der sich nach außen neigt, so dass die Rollen 12 sich aufgrund der Gravitationskraft in dieser Richtung bewegen können. Die Borde 23 ermöglichen es auch, das Lager 3 einfacher zusammenzubauen, da sie die Bewegungen der Rollen 12 während des Zusammenbauverfahrens kontrollieren. Die Zeichnung zeigt Borde 23 auf beiden Seiten, aber sie könnten auch nur auf einer Seite sein. Die Figur zeigt des Weiteren einen kammförmigen Käfig 15. Die Verwendung eines kammförmigen Käfigs 15 ist insbesondere in dem Fall anwendbar, in dem der innere Ring 4 Borde 23 hat, um die Rollen 12 daran zu hindern, sich nach außen zu bewegen, da der Käfig 15 das Einschränken der Bewegung nicht in irgendeiner Art unterstützen muss.
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2a zeigt einen Querschnitt einer Lageranordnung 1 gemäß der Erfindung. Der erste durchgängige ringförmige Freiraum 19 ist mit einem Schmiermittel 24, wie Öl oder Fett, gefüllt. Der Vorteil, wenn der erste kontinuierliche ringförmige Freiraum 19 mit einem Schmiermittel 24 gefüllt ist, besteht darin, dass es nahe an den Laufflächen 6, 7 des inneren Rings 4 angeordnet ist, wo es am meisten benötigt wird. Normalerweise wird das Schmiermittel 24 durch Schmiermittelnute 33 auf der Außenseite des äußeren Rings 9 über Durchgangslöchern 34 durch den äußeren Ring 9 des Lagers befüllt. Viel von dem Schmiermittel 24 endet schließlich aufgrund der Gravitation in dem Bereich des vorgesehenen zweiten durchgängigen ringförmigen Freiraums 20, ohne dass viel davon über die inneren Kanten der Rollen 12 an die Laufflächen 6, 7 tritt, an denen das Drehmoment und die Reibung normalerweise am größten sind. Die Verwendung einer gleichmäßigen Übergangsphase 36 ohne, dass ein Mittelflansch 31 oder ein führender Führungsring 32 (4a, 4b) zwischen den Rollenreihen 13, 14 benötigt wird, ermöglicht mehr Raum für das Schmiermittel 24, um nahe an den inneren Rollenendflächen 27 angeordnet zu sein, und es kann aufgrund der Gravitationskraft über die Laufflächen 6, 7 des inneren Rings zu dem unteren Teil des zweiten durchgängigen ringförmigen Freiraums 20 transportiert werden. Die Form des ringförmigen Bereichs 8, der die zwei Laufflächen 6, 7 voneinander trennt, kann dazu ausgebildet sein, so viel Schmiermittel wie möglich zu beinhalten, und beispielsweise in der Form einer Nut (1b) sein. Er kann auch dazu ausgeformt sein, dem Schmiermitte 24 zu helfen, zu den Rollen 12 transportiert zu werden, und beispielsweise eine sich radial erstreckende dreieckige Form haben, die nach außen zeigt, um dem Schmiermittel 24 zu helfen, aufgrund der Gravitationskraft zu den Rollen 12 zu gleiten (1c).
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2b zeigt einen Querschnitt einer Lageranordnung 1 gemäß der Erfindung. Hier wird auch der zweite durchgängige ringförmige Freiraum 20 für das Schmiermittel 24 in einer ähnlichen Weise wie der erste ringförmige Freiraum 19 in 3a verwendet. Dies kann insbesondere vorteilhaft in dem Fall sein, in dem es begrenzte Möglichkeiten gibt, das Schmiermittel 24 von der Außenseite einzufüllen, um die Menge an Schmiermittel 24 innerhalb des Lagers 3 zu erhöhen. Dies wird die Lagerlebensdauer erhöhen und das Bedürfnis nach Wartung aufgrund von Schmiermitteldegeneration 24.
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2c zeigt einen Querschnitt einer Lageranordnung 1 gemäß der Erfindung. Hier werden der erste und/oder der zweite durchgängige ringförmige Freiraum 19, 20 für eine Zustandsüberwachungsausrüstung 25 verwendet. Die Ausrüstung kann sich in irgendeiner Weise auf Sensoren, Energieerzeugung, Datenübertragung oder eine Kombination davon beziehen, ist aber nicht darauf beschränkt. Dies ist ein vorteilhafter zu verwendender Raum, da die Ausrüstung in die ISO Standardabmessung des Lagers 3 eingepasst werden kann. Der Bereich kann auch vorteilhafterweise für unterschiedliche Sensoren verwendet werden, um genaue Sensorauslesungen zu detektieren, wie beispielsweise Sensoren, um Schallemissionen, Rauschen, Vibration, Temperatur, Position der Rollen 12, als ein paar Beispiele, zu detektieren. Die Zeichnung zeigt das Lager 3, das mit einer Zustandsüberwachungsausrüstung 25 in Kombination mit einer Schmierung, wie in 2a und 2b, ausgestattet ist, wodurch es die Vorteile von erhöhter Schmiermittellebensdauer sowie bessere Zustandsüberwachung genießt.
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3 zeigt eine Windturbine 26, die die Lageranordnung 1 aufweist. Der Erfinder hat herausgefunden, dass es aufgrund dieser Umstände ist, dass die Lageranordnung 1 besonders geeignet ist. Die Hauptwelle 2 rotiert während des normalen Betriebs mit einer derartigen Geschwindigkeit, dass die Pendelrollen 12 einer Zentrifugalkraft (Fc) ausgesetzt sind, die auch in der unbelasteten Zone geringer ist als die Gravitationskraft (Fg). Bei dieser Betriebsgeschwindigkeit ist die Verwendung von durchgängigen ringförmigen freien Räumen 19, 20 besonders vorteilhaft, da kein Führungsring oder Führungsflansch benötigt wird, um die Rollenreihen 13, 14 voneinander zu trennen, da sie in der unbelasteten Zone des Lagers 3 nicht zusammengezwungen werden, sondern aufgrund der Gravitationskraft getrennt gehalten werden und sie daher kontinuierlich geführt und durch die Laufflächen 6, 7, 11 kontrolliert werden. Wenn die Lageranordnung 1 verwendet wird, um die Hauptwelle der Windturbine 26 zu lagern, wird das Lager 3 aufgrund der Kraft der rotierenden Rotorblätter und der unterschiedlichen Kräfte, die abhängig von der Stärke des Winds aufgebracht werden, vielen verschiedenen axialen Kräften und Biegekräften ausgesetzt. Indem ein Käfig 15 verwendet wird, der nicht direkt durch irgendetwas anders als die Rollen 12 geführt wird, wird ein Verklemmen des Käfigs 15 aufgrund einer Ringfehlstellung vermieden.
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In einer Ausführungsform der Lageranordnung 1 rotiert die mit niedriger Geschwindigkeit rotierende Maschine 22 mit einer Geschwindigkeit von weniger als 50 Umdrehungen pro Minute (rpm). In einer weiteren Ausführungsform rotiert die mit niedriger Geschwindigkeit rotierende Maschine 22 mit einer Geschwindigkeit von weniger als 40 rpm, aber es können auch weniger als 30 rpm oder 20 rpm sein.
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4a zeigt eine traditionelle Lageranordnung 1 gemäß dem Stand der Technik mit einem inneren Ringmittelflansch 31, um die Rollen 12 in der ersten und zweiten Rollenreihe 13, 14 voneinander zu trennen.
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4b zeigt eine traditionelle Lageranordnung 1 gemäß dem Stand der Technik mit einem führenden Führungsring 32, um die Rollen 12 in der ersten und zweiten Rollenreihe 13, 14 voneinander zu trennen.
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Obwohl die vorliegende Erfindung gemäß mehreren bevorzugten Ausführungsformen beschrieben wurde, sind die gegebenen Beispiele dennoch nicht erschöpfend. Es wird durch den Fachmann anerkannt werden, dass Hinzufügungen, Wegstreichungen, Modifikationen und Ersetzungen, die hier nicht speziell beschrieben sind, durchgeführt werden können, ohne von der Erfindung, die in den angehängten Ansprüchen definiert ist, abzuweichen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lageranordnung
- 2
- Welle
- 3
- Zweireihiges Pendelrollenlager
- 4
- Innerer Ring
- 5
- Radial äußere Umfangsfläche
- 6
- Erste innere Lauffläche
- 7
- Zweite innere Lauffläche
- 8
- Ringförmiger Bereich
- 9
- Äußerer Ring
- 10
- Radial innere Umfangsfläche (Ring)
- 11
- Äußere Lauffläche
- 12
- Pendelrollen
- 13
- Erste Rollenreihe
- 14
- Zweite Rollenreihe
- 15
- Käfig
- 16
- Mittlerer Bereich
- 17
- Radial innere Umfangsfläche (Käfig)
- 18
- Axiale Auskragungen
- 19
- Erster durchgängiger ringförmiger Freiraum
- 20
- Zweiter durchgängiger ringförmiger Freiraum
- 21
- Radial äußere Umfangsfläche (Käfig)
- 22
- Mit niedriger Geschwindigkeit rotierende Maschine
- 23
- Bord
- 24
- Schmiermittel
- 25
- Zustandsüberwachungsausrüstung
- 26
- Windturbine
- 27
- Abgerundete Kanten
- 28
- Nut
- 29
- Verlängerte Lauffläche
- 30
- Rollenstirnfläche
- 31
- Mittelflansch
- 32
- Lenkender Führungsring
- 33
- Schmiermittelnut
- 34
- Durchgangslöcher
- 36
- Gleichmäßige Übergangsphase
- 37
- Innere Rollenendfläche
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- „Rolling Bearing Analyses” von Patrick A. Harris, ISBN 0-471-79979-3 [0013]
