DE102021213234A1

DE102021213234A1 - Ein Schräglager mit selbstausrichtenden toroidalen Wälzkörpern

Info

Publication number: DE102021213234A1
Application number: DE102021213234.0A
Authority: DE
Inventors: Arne Lars Jonas Kullin; Andreas LOFQVIST
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2021-11-24
Filing date: 2021-11-24
Publication date: 2023-05-25
Also published as: WO2023094168A1

Abstract

Ein winkelförmiges, selbstausrichtendes Wälzkörper-Lager, das Folgendes umfasst- einen Innenring,- einem Außenring, und- einen Satz von Wälzkörpern, die als Rollen gebildet sind, die zwischen dem Innenring und dem Außenring angeordnet sind, und- einen Käfig, der Taschen umfasst, wobei jede Tasche zur Aufnahme einer Rolle des Satzes von Wälzkörpern dient. Jede Rolle hat eine gekrümmte Laufbahnkontaktfläche, die so angeordnet ist, dass sie in lasttragendem Kontakt mit einer gekrümmten Innenlaufbahn des Innenrings und in lasttragendem Kontakt mit einer gekrümmten Außenlaufbahn des Außenrings steht. Ein Kontaktwinkel zwischen jeder Rolle und der inneren und/oder äußeren Laufbahn ist geneigt, und jede Rolle ist so angeordnet, dass sie sich während des Betriebs in ihrer axialen Richtung in Bezug auf den Innen- und Außenring in einer belasteten Zone selbst ausrichtet. Zumindest eine der Taschen weist einen Neigungswinkel in Bezug auf eine Umlaufbahn der Wälzkörper während des Betriebs auf.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Wälzlager.
Genauer gesagt, bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Schräglager mit selbstausrichtenden Toroidalrollen, das einen Innenring, einen Außenring, einen Satz von Wälzkörpern, die aus Rollen gebildet sind, die in einer Zwischenanordnung zwischen dem Innen- und dem Außenring angeordnet sind, und einen Käfig mit Taschen zur Aufnahme der Wälzkörper aufweist. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf eine Maschine, die ein Schräglager mit selbstausrichtenden Toroidalrollen umfasst. Die vorliegende Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zur Herstellung eines Schräglagers mit selbstausrichtenden Toroidalrollen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
In einer typischen Anwendung kann eine Wälzlageranordnung so gestaltet werden, dass sie Fehlausrichtungen, Wellendurchbiegungen und eine Wärmeausdehnung der Welle ausgleicht. Zur Bewältigung von Fehlausrichtungen und Wellendurchbiegungen verwenden Konstrukteure üblicherweise eine selbstausrichtende Lageranordnung, die aus zwei selbstausrichtenden Kugellagern oder zwei Pendelrollenlagern besteht. Die Wärmeausdehnung der Welle ist jedoch ein komplexes Problem, und eines der Lager wird häufig als „Festlager“ und das andere als „Loslager“ angeordnet. Beispielsweise kann das Festlager im Gehäuse und auf der Welle befestigt sein, während das Loslager so angeordnet ist, dass es sich axial auf seinem Sitz im Gehäuse bewegen kann. Die Bewegung des Loslagers in Bezug auf das Gehäuse erzeugt jedoch in der Regel eine beträchtliche Reibung, die zu Vibrationen, axialen Kräften im Lagersystem und Wärme führt - all dies kann die Lebensdauer des Lagers erheblich verringern.
Eine bekannte Lösung für verschiedene Anwendungen ist die Verwendung eines Wälzlagers mit toroidalen Wälzkörpern, das ein selbstausrichtendes Radiallager mit einem Innenring, der sich unabhängig vom Außenring bewegt, ist, wodurch z. B. eine thermische Dehnung und Kontraktion der Welle oder der Struktur aufgrund von Temperaturschwankungen möglich ist, ohne dass interne axiale Lasten entstehen. Da der Innen- und der Außenring eines Toroidalrollenlagers mit einer Presspassung befestigt werden können, lassen sich außerdem Probleme vermeiden, die mit einem losen Außenring verbunden sind, wie z. B. Passungsrost und Verformung des Rings.
Bei Anwendungen mit Axiallasten müssen die Konstrukteure jedoch mit hohen axialen Lasten, Fehlausrichtungen und Wellendurchbiegungen fertig werden. Eine bekannte Lösung ist die Verwendung von toroidalen Lagern mit schrägem Kontakt, den so genannten Schräglagern mit selbstausrichtenden Wälzkörpern. Bei diesen Lagern werden die Wälzkörper durch die innere Geometrie, wie z. B. die Form der Wälzkörper und die Krümmung der Laufbahnen, gesteuert, um eine optimale Position auf der Grundlage der aktuellen Lastbedingungen zu finden. Bei größeren Kontaktwinkeln kann jedoch ein Führungsflansch erforderlich sein, um zu verhindern, dass sich die Wälzkörper zu weit außerhalb ihrer vorgesehenen Spur bewegen, und um die Wälzkörper in ihrer Position zu halten. Die Verwendung eines Führungsflansches beeinträchtigt die beabsichtigte Funktion, die Rolle durch die innere Geometrie in ihrer Position zu führen, und führt zu Reibung und Verschleiß des Lagers, folglich zu Leistungsverlusten und einer kürzeren Lebensdauer der Maschine, in die es eingebaut ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
In Anbetracht der obigen Ausführungen ist es eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Schräglager mit selbstausrichtenden toroidalen Wälzkörpern bereitzustellen, das zumindest teilweise einige der Probleme des Standes der Technik überwindet. Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines Schräglagers mit selbstausrichtenden toroidalen Wälzkörpern bereitzustellen.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, eine verbesserte Maschine bereitzustellen, die ein Schräglager mit selbstausrichtenden toroidalen Wälzkörpern umfasst.
Diese und andere Zwecke werden durch die Gegenstände, die in den unabhängigen Ansprüchen bereitgestellt sind, erfüllt. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen dargestellt.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung betrifft die vorliegende Erfindung ein Schräglager mit selbstausrichtenden toroidalen Wälzkörpern, umfassend

- einen Innenring,
- einem Außenring, und
- einen Satz von Wälzkörpern, die als Rollen gebildet sind, die zwischen dem Innenring und dem Außenring angeordnet sind, und
- einen Käfig, der Taschen umfasst, wobei jede Tasche zur Aufnahme einer Rolle des Satzes von Wälzkörpern dient. Jede Rolle hat eine gekrümmte Laufbahnkontaktfläche, die so angeordnet ist, dass sie in lasttragendem Kontakt mit einer gekrümmten Innenlaufbahn des Innenrings und in lasttragendem Kontakt mit einer gekrümmten Außenlaufbahn des Außenrings steht. Ein Kontaktwinkel zwischen jeder Rolle und der inneren und/oder äußeren Laufbahn ist geneigt, und jede Rolle ist so angeordnet, dass sie sich während des Betriebs in ihrer axialen Richtung in Bezug auf den Innen- und Außenring in einer belasteten Zone selbst ausrichtet.

Mindestens eine der Taschen weist einen Neigungswinkel der Käfigtasche in Bezug auf eine Umlaufbahn der Rotation des Satzes von Wälzkörpern während des Betriebs auf.
Bei toroidalen Schräglager ist jede Rolle so angeordnet, dass sie sich in ihrer axialen Richtung in Bezug auf den Innen- und Außenring entsprechend den wechselnden Laufbedingungen des Lagers ausrichtet. Zum Beispiel während der sich ändernden Laufbedingungen, die eine Fehlausrichtung der strukturellen Elemente des Lagers, Laständerungen, z. B. Eintritt und Austritt aus der belasteten/unbelasteten Zone, oder Ringverformungen, Verschiebungen oder Verdrehungen usw. beinhalten. Durch die axiale Selbstausrichtung der Rollen wird ein Selbstbalancieren erreicht, die zu symmetrischen Spannungsverteilungen und zur Vermeidung ungünstiger Rollenkantenbelastungen unter typischen Laufbedingungen führt.
Durch die Bereitstellung des hier offenbarten Schräglager mit selbstausrichtenden toroidalen Wälzkörpern ist ein verbessertes Lager bereitgestellt, das besser mit wechselnden Betriebsbedingungen umgehen kann, die höhere axiale Lasten beinhalten, jedoch ohne die Verwendung eines Führungsflansches.
Insbesondere wurde festgestellt, dass, wenn eine Käfigtasche einen Neigungswinkel in Bezug auf eine orbitale Rotationsbahn des Wälzkörpersatzes bereitstellt, anstatt symmetrisch dazu zu sein, die Käfigtasche dazu beitragen kann, die Rolle in der unbelasteten Zone zu führen, so dass sie in die belastete Zone mit einem vorteilhafteren Neigungswinkel eintreten und ihre optimale Position auf der Grundlage der gegenwärtigen Lagerlaufbedingungen schneller finden kann.
So kann die Käfigtasche die Rolle in der unbelasteten Zone, in der die Kräfte geringer sind, lenken und in der belasteten Zone, in der die Kräfte größer sind, weniger oder gar nicht lenken. Dementsprechend werden die zwischen dem Käfig und den Wälzkörpern erzeugten Kräfte reduziert, was die erzeugte Reibung und den Verschleiß des Lagers verringert. Da der Neigungswinkel der Käfigtasche die Rolle in der unbelasteten Zone lenken kann, hilft er der Rolle ferner, einen stabilen Schrägstellungswinkel und ihre optimale Position auf der Grundlage der Lastbedingungen des Lagers schneller zu finden, wenn sie in die belastete Zone eintritt, wodurch die Leistung des Lagers erhöht wird. Da die Rolle außerdem schneller einen stabilen Schrägstellungswinkel findet und sich schneller in axialer Richtung des Lagers verschieben kann, haben die Erfinder erkannt, dass ein Führungsflansch bei der Konstruktion des Lagers weggelassen werden kann. Dadurch wird das Lager insofern verbessert, als es die Rolle in einem stabilen Schrägstellungswinkel positionieren und ihre optimale Position basierend auf den Lastbedingungen des Lagers schneller finden kann, ohne dass ein Führungsflansch stört. Da der Führungsflansch weggelassen werden kann, ist ferner ein kostengünstigeres Lager bereitgestellt.
Belastete und unbelastete Zonen eines Lagers sind im Bereich der Lager wohlbekannte Begriffe. So hat ein Lager, das eine Welle trägt, typischerweise einen belasteten Bereich unterhalb der Welle, der die Last der Welle aufnimmt, während der Bereich oberhalb der Welle der unbelastete Bereich ist. So wird das Lager in der belasteten Zone zusammengedrückt, kann aber in der unbelasteten Zone einen Spalt zwischen den Wälzkörpern und den Ringen umfassen. Die Zonen können je nach Art des Lagers und der Anwendung, in der es befestigt ist, unterschiedlich sein. Die belastete Zone kann auch in ein und demselben Lager variieren, wenn sich die Betriebsbedingungen der Anwendung, in der es eingebaut ist, ändern. Die Belastungszone kann auch 360° um die Drehachse des Lagers betragen, so dass alle Rollen belastet sind und es keine unbelastete Zone gibt, d. h. kein Spalt zwischen den Laufbahnen und den Rollen vorhanden ist. In diesem Fall kann die belastete Zone als die Zone definiert werden, in der die Rollen durch die Laufbahnen gelenkt werden.
Unter der Umlaufbahn des Wälzkörpersatzes ist die Bahn zu verstehen, die der Wälzkörpersatz um die Drehachse des Lagers hat, wenn das Lager in Betrieb ist. Mit dem Betrieb des Lagers ist gemeint, dass sich die Lagerringe relativ zueinander drehen und die Wälzkörper sich dazwischen bewegen, begrenzt durch die Form der Innen- und Außenringlaufbahnen, wodurch sie eine kreisförmige Rotationsbahn aufweisen. Es versteht sich von selbst, dass die einzelnen Wälzkörper sich auf leicht unterschiedlichen Bahnen drehen können, wenn sie beispielsweise eine belastete und eine unbelastete Zone durchlaufen. Dennoch sollte die kreisförmige Rotationsbahn als die Bahn verstanden werden, die der gesamte Satz von Wälzkörpern hat, wenn sie sich um die Drehachse des Lagers bewegen, wenn das Lager in Betrieb ist.
Unter dem axialen Mittelabschnitt eines Wälzkörpers ist der Abschnitt entlang der axialen Drehachse des Wälzkörpers zu verstehen, ab dem die axialen Abstände zu den beiden Stirnflächen gleich sind. Unter der radialen Drehachse eines Wälzkörpers versteht man eine Achse, die sich radial durch den axialen Mittelabschnitt erstreckt, d.h. senkrecht zur axialen Achse des Wälzkörpers im axialen Mittelabschnitt verläuft.
Unter der axialen Richtung eines Lagers versteht man die Richtung, die mit der Drehachse des Lagers übereinstimmt. Unter der radialen Richtung eines Lagers versteht man eine Richtung senkrecht zur Drehachse des Lagers. Wenn der Wälzkörper so angeordnet ist, dass er sich in seiner axialen Richtung selbst ausrichtet, bedeutet dies, dass er sich entlang der axialen Ausdehnung der Rolle selbst positioniert. Das heißt, entlang einer axialen Drehachse, die durch die Mitte der beiden Stirnseiten der Rolle verläuft, wenn die Wälzkörper die Form einer Rolle haben. Mit Bezug auf 1 kann die gestrichelte Linie, die in einem Winkel D von der Drehachse des Lagers durch die Rolle verläuft, als Beispiel dafür dienen, was mit der axialen Richtung eines Wälzkörpers gemeint ist. Unter der radialen Richtung eines Wälzkörpers versteht man eine Richtung, die senkrecht zur axialen Richtung des Wälzkörpers steht. Wenn der Wälzkörper so angeordnet ist, dass er sich in seiner axialen Richtung selbst ausrichtet, positioniert sich die Rolle dadurch in der axialen und radialen Richtung des Lagers, wie oben definiert, vorausgesetzt, es besteht ein winkelförmiger Kontaktwinkel zwischen den Kontaktflächen der Rollen und den Laufbahnoberflächen in einem Schräglager mit selbstausrichtenden toroidalen Wälzkörpern. Der Berührungswinkel kann definiert werden als der Winkel der Linie, entlang der die resultierende Last über einen Wälzkörper von einer Laufbahn auf eine andere übertragen wird, typischerweise entlang eines axialen mittleren Abschnitts des Wälzkörpers, in Bezug auf die Normalrichtung der Drehachse des Lagers. Der Kontaktwinkel ist in 1 als gestrichelte Linie senkrecht zur axialen Richtung des Wälzkörpers zu sehen, die durch die Kontaktflächen der Ringe und des Wälzkörpers verläuft. Der Kontaktwinkel ist entscheidend dafür, dass eine ausreichend hohe axiale Tragfähigkeit des Lagers bereitgestellt wird.
Die Funktion, bei der die Wälzkörper so angeordnet sind, dass sie sich in ihrer axialen Richtung selbst ausrichten, wird manchmal als „Seifeneffekt“ bezeichnet. Der Begriff „Seifeneffekt“ spielt auf den Effekt an, wenn man ein keilförmig gebildetes Seifenstück mit den Händen anfasst, d. h. es neigt dazu, sich selbst auszurichten, je nachdem, wie man Lasten mit den Händen aufbringen würde. Der Seifeneffekt bedeutet in dieser Einstellung, dass die Form der Ringlaufbahnen den Wälzkörper in seine optimale Position zwischen den Laufbahnen drückt, um eine optimale Lastverteilung durch die Rolle auf der Grundlage der aktuellen Lastbedingungen zu erreichen.
Wenn die Lagerbedingungen bekannt sind, z. B. die Drehrichtung der Ringe und die innere Geometrie des Lagers, wird die Rolle beim Eintritt in die belastete Zone in einem bestimmten Winkel schräg gestellt. Der Vorteil einer Käfigtasche mit einem Neigungswinkel in der Richtung, in die sich die Rolle neigt, ist, dass Reibung und Verschleiß stark reduziert werden können, wenn Rolle und Käfig in der belasteten Zone in Kontakt kommen.
Optional entspricht der Neigungswinkel der Käfigtasche im Wesentlichen einem Schrägstellungswinkel der Rollen in der belasteten Zone in Bezug auf die Umlaufbahn des Satzes der Wälzkörper während des Betriebs. Der optimale Schrägstellungswinkel der Rolle kann bei fester Drehrichtung der Ringe und den Laufbedingungen des Lagers auf der Grundlage der Anwendung, in der sie befestigt ist, abgeschätzt werden. Durch eine entsprechende Ausrichtung des Neigungswinkels der Käfigtasche kann die Reibung zwischen Käfig und Wälzkörpern erheblich reduziert werden.
Optional liegt der Neigungswinkel der Käfigtasche im Bereich von 0,1 Milliradiant bis 20 Milliradiant oder von -0,1 Milliradiant bis -20 Milliradiant in Ansicht der Umlaufbahn des Satzes von Wälzkörpern. Der Wälzkörper kann einen positiven oder einen negativen Schrägstellungswinkel haben, wenn man ihn von einer Rollrichtung des Wälzkörpers aus betrachtet. Der Neigungswinkel der Käfigtasche kann auf der Grundlage dieses positiven oder negativen Schrägwinkels gewählt werden.
Optional beträgt der Kontaktwinkel 5 Grad oder mehr, vorzugsweise 10 Grad oder mehr, noch stärker bevorzugt 20 Grad oder mehr. Weiter optional liegt der Kontaktwinkel zwischen 10 und 45 Grad, oder zwischen 15 und 35 Grad. Die Erfinder haben erkannt, dass die Lösung gemäß einer der hier genannten Ausführungsformen besonders vorteilhaft ist, wenn die Kontaktwinkel größer sind, da die Wälzkörper eine effizientere Steuerung benötigen, wenn die Wälzkörper stärker von der Schwerkraft beeinflusst werden.
Optional handelt es sich bei dem Schräglager mit selbstausrichtenden toroidalen Wälzkörpern um ein groß dimensioniertes Lager, z. B. ein Lager mit einem Außendurchmesser von 500 mm oder mehr.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Maschine bereitgestellt, die ein Schräglager mit selbstausrichtenden toroidalen Wälzkörpern gemäß einer der hier vorgestellten Ausführungsformen umfasst.
Optional handelt es sich bei der Maschine um eine Maschine, die abwechselnd radialen und axialen Lasten ausgesetzt ist, wie z. B. eine Windkraftanlage. Die Drehrichtung einer Hauptwelle einer Windkraftanlage kann auch so gesteuert werden, dass sie sich immer in einer bestimmten Drehrichtung dreht, indem der Schwenkwinkel der Flügel eingestellt wird, was die Windkraftanlage gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu einer geeigneten Anwendung für ein Schrägkugellager macht, da der Schrägwinkel der Wälzkörper zuverlässig abgeschätzt werden kann. Obwohl eine Windturbine besonders erwähnt wird, sollte es verstanden werden, dass auch andere Anwendungen und/oder Maschinen, bei denen die Drehrichtung der Welle bekannt ist, für ein Schräglager mit selbstausrichtenden toroidalen Wälzkörpern gemäß einer der hier vorgestellten Ausführungsformen geeignet sind.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Schräglagers mit selbstausrichtenden toroidalen Wälzkörpern bereitgestellt. Das Lager umfasst:

- einen Innenring,
- einen Außenring,
- einen Satz von Wälzkörpern, die als Rollen gebildet sind, die zwischen dem Innenring und dem Außenring angeordnet sind, und

- Bereitstellen eines Schräglagers mit selbstausrichtenden toroidalen Wälzkörpern, und
- ferner Bereitstellen eines Käfigs, der Taschen umfasst, wobei jede Tasche zum Halten einer Rolle des Satzes von Wälzkörpern dient, wobei zumindest eine der Taschen einen Käfigtaschen-Neigungswinkel in Bezug auf eine orbitale Rotationsbahn des Satzes von Wälzkörpern während des Betriebs aufweist.

Optional umfasst das Verfahren das Bereitstellen eines Käfigtaschen-Neigungswinkels, der im Wesentlichen einem Schrägstellungswinkel der Rollen in der belasteten Zone in Bezug auf die orbitale Rotationsbahn des Satzes von Wälzkörpern während des Betriebs entspricht.
Optional umfasst das Verfahren das Bereitstellen eines Neigungswinkels der Käfigtasche im Bereich von 0,1 Milliradiant bis 20 Milliradiant oder von -0,1 Milliradiant bis -20 Milliradiant.
Das Schräglager mit selbstausrichtenden toroidalen Wälzkörpern gemäß einer der hier vorgestellten Ausführungsformen hat den Vorteil, dass es sowohl radiale Lasten als auch axiale Lasten aufnehmen kann und gleichzeitig die erzeugte Reibung reduziert. Dies ist auf die optimierte Auslegung des Käfigtaschenneigungswinkels in Verbindung mit der Kenntnis des Rollenverhaltens in Ansicht der inneren Lagergeometrien und der geschätzten Lastbedingungen zurückzuführen. Optional kann eine Mehrzahl von Schräglagern mit toroidalen Wälzkörpern verwendet werden, um eine Lageranordnung zur Lagerung einer rotierenden Welle zu bilden. Sie können z. B. in einer gegenüberliegenden oder Rücken-an-Rücken-Anordnung verwendet werden, wobei ein weiteres Lager die axiale Last in der anderen Richtung aufnimmt. Aufgrund ihrer robusten Bauweise können Toroidallager zum Beispiel kleine Verformungen und Bearbeitungsfehler des Lagersitzes verkraften. Die Ringe nehmen diese kleinen Unebenheiten auf, ohne dass die Gefahr von Kantenspannungen der Rollen besteht. Die hohe Tragfähigkeit und die Möglichkeit, kleine Fertigungs- oder Einbaufehler zu kompensieren, sind mit Möglichkeiten zur Steigerung der Maschinenproduktivität und der Betriebszeit versehen. Zusammen mit der hohen axialen Tragfähigkeit des Schräglagers mit toroidalen Wälzkörpern bedeutet dies, dass bei gleicher Lagergröße in einer Anwendungsanordnung die Leistung erhöht und/oder die Lebensdauer verlängert werden kann. Außerdem können neue Maschinenkonstruktionen kompakter hergestellt werden, um die gleiche oder sogar eine bessere Leistung bereitzustellen.
Generell sind weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung, wie sie sich aus der nachfolgenden ausführlichen Offenbarung, den beigefügten abhängigen Ansprüchen sowie den Zeichnungen ergeben, im Rahmen der Erfindung ebenfalls möglich.
Figurenliste
Ausführungsformen der Erfindung werden nun beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei:

1 eine schematische Querschnittsansicht einer beispielhaften Ausführungsform eines Schräglagers mit selbstausrichtenden toroidalen Wälzkörpern gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
2a eine schematische Ansicht einer beispielhaften Ausführungsform eines Schräglagers mit selbstausrichtenden toroidalen Wälzkörpern mit einer Rolle ist, die einen negativen Schrägstellungswinkel aufweist;
2b eine Ansicht von oben auf eine beispielhafte Ausführungsform eines Wälzkörper mit negativem Schrägstellungswinkel ist;
2c eine Ansicht von oben auf eine beispielhafte Ausführungsform eines Wälzkörpers mit negativem Schrägstellungswinkel zusammen mit einem Käfig ist, der gemäß dem Stand der Technik symmetrische Käfigtaschen hat;
2d eine Ansicht von oben auf eine beispielhafte Ausführungsform eines Wälzkörpers mit negativem Neigungswinkel zusammen mit einem Käfig ist, der Taschen mit einem Neigungswinkel gemäß der vorliegenden Erfindung hat;
3a eine schematische Ansicht einer beispielhaften Ausführungsform eines Schräglagers mit selbstausrichtenden toroidalen Wälzkörpern mit einer Rolle ist, die einen positiven Schrägstellungswinkel aufweist;
3b eine Ansicht von oben auf einen beispielhaften Wälzkörper mit positivem Schrägstellungswinkel ist;
3c eine Ansicht von oben auf eine beispielhafte Ausführungsform eines Wälzkörpers mit positivem Schrägstellungswinkel zusammen mit einem Käfig ist, der gemäß dem Stand der Technik symmetrische Käfigtaschen hat;
3d eine Ansicht von oben auf eine beispielhafte Ausführungsform eines Wälzkörpers mit positivem Neigungswinkel zusammen mit einem Käfig ist, der Taschen mit einem Neigungswinkel gemäß der vorliegenden Erfindung hat;
4 eine schematische Ansicht einer Maschine ist, die ein Schräglager mit selbstausrichtenden toroidalen Wälzkörpern gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst;
5 ein schematisches Flussdiagramm einer beispielhaften Ausführungsform eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung ist; und
6 eine schematische Ansicht einer Torusform in Kombination mit einem Wälzlager ist.

Es versteht sich von selbst, dass die Zeichnungen nicht maßstabsgetreu sind und dass, wie ein Fachmann leicht erkennen kann, auch andere als die in den Zeichnungen dargestellten Abmessungen im Rahmen der Erfindung möglich sind.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
In den Zeichnungen werden ähnliche oder gleiche Elemente durch gleiche Bezugsziffern bezeichnet.
1 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer beispielhaften Ausführungsform eines Schräglagers 1 mit selbstausrichtenden toroidalen Wälzkörpern gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Ansicht ist durch eine Ebene definiert, die sich entlang einer Drehachse C des Lagers 1 erstreckt.
Das in 1 dargestellte Lager 1 umfasst einen Innenring 2, einen Außenring 3 und einen Satz von Wälzkörpern 4, die als Rollen 7 ausgelegt sind, die in einer Zwischenkonfiguration zwischen den Innen- und Außenringen 2 und 3 angeordnet sind. Jede Rolle 7 des Schräglagers 1 mit selbstausrichtenden toroidalen Wälzkörpern ist als axialsymmetrische Lagerrolle 7 dargestellt. Optional können die Rollen 7 auch axial asymmetrisch sein. Ein Käfig 5 ist dargestellt, der die Rollen 7 des Satzes von Wälzkörpern 4 festhält. Wie dargestellt, ist das Lager 1 ein einreihiges Wälzlager 1.
Außerdem hat jede Rolle 7 eine gekrümmte Laufbahnkontaktfläche 7a, die in Kontakt mit einer gekrümmten Innenlaufbahn 2a des Innenrings 2 und in Kontakt mit einer gekrümmten Außenlaufbahn 3a des Außenrings 3 steht. Wie dargestellt, ist der Kontaktwinkel zwischen jeder Rolle 7 und der inneren Laufbahn 2a und der äußeren Laufbahn 3a in Bezug auf eine Drehachse C des Lagers geneigt, wie mit D angegeben. Die torusförmige Krümmung der gekrümmten Laufbahnkontaktfläche 7a jeder Rolle 7 und die torusförmige Krümmung der inneren und äußeren Laufbahnen 2a und 3a sind so ausgelegt, dass sie eine Selbstausrichtung der Rollen 7 in axialer Richtung der Rollen 7 ermöglichen. Die torusförmige Krümmung der gekrümmten Laufbahnberührungsfläche 7a jeder Rolle 7 entspricht der torusförmigen Krümmung der inneren und äußeren Laufbahnen 2a und 3a.
Das in 1 dargestellte Lager 1 ist ein einreihiges Rollenlager 1 mit relativ langen, leicht balligen Rollen 7. Die Laufbahnen des Innenrings 2 und des Außenrings 3 2a und 3a sind entsprechend konkav und symmetrisch. Die Laufbahngeometrie des Außenrings 3 basiert auf einem Torus, wie in 6 schematisch dargestellt, daher die Bezeichnung Toroidalrollenlager 1. Das toroidale Schrägrollenlager 1 ist als Festlager 1 konzipiert, das eine Selbstausrichtungsfähigkeit, ähnlich der eines Pendelrollenlagers, und die Fähigkeit ermöglicht, Verdrehungen zuzulassen, wie z. B. die Verdrehung eines oder beider Ringe und/oder der Gehäusestruktur. Die Fähigkeit, sich selbst auszurichten und eine Verdrehung zuzulassen, ist zum Beispiel besonders wichtig bei Anwendungen, bei denen es infolge von Wellendurchbiegungen zu Fehlausrichtungen kommt. Um diese Bedingungen zu kompensieren, kann das Lager 1 beispielsweise so eingerichtet werden, dass es Fehlausrichtungen bis zu 0,5 Grad zwischen den Lagerringen 2 und 3 ohne nachteilige Auswirkungen auf das Lager 1 oder die Lebensdauer des Lagers aufnehmen kann. Weitere Vorteile sind, dass das Lager 1 kühler läuft, das Schmiermittel länger hält und die Wartungsintervalle deutlich verlängert werden können.
2a zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer beispielhaften Ausführungsform eines Schräglagers 1 mit selbstausrichtenden toroidalen Wälzkörpern mit einer Rolle 7, die einen negativen Schrägstellungswinkel B aufweist. Hier ist zu erkennen, dass das Lager 1 einen Innenring 2 und einen Außenring 3 aufweist, die sich relativ zueinander um die Drehachse C des Lagers 1 drehen. Der Außenring 3 bewegt sich relativ zum Innenring 2 auf den Betrachter zu, was durch die Markierung eines Kreises mit einem Punkt angezeigt wird. Die Rolle 7 ist um ihre Drehachse verdreht dargestellt, da nur eine Stirnseite gezeigt wird. Weiter ist die Radialachse mit Doppelpfeilen dargestellt, die radial zur Drehachse C des Lagers entlang der zentralen Radialachse der Rolle 7 zeigen. Es wird auf die daneben befindliche x, y, z-Koordinatentabelle verwiesen, die zeigt, dass die x-Achse auf den Schnittpunkt der z-Achse mit der y-Achse zeigt und die negative Schrägstellung in Bezug auf die x, y, z-Koordinaten.
2b zeigt eine Ansicht von oben auf einen beispielhaften Wälzkörper mit negativem Schrägstellungswinkel B. Der Wälzkörper wird von einer zentralen radialen Drehachse des Wälzkörpers 7 aus betrachtet. Bei dem Wälzkörper handelt es sich um eine Rolle 7. Man sieht, dass die Rolle 7 eine Richtung hat, die durch den Blockpfeil dargestellt ist. Weiter ist eine kreisförmige Rotationsbahn E dargestellt. Mit der Umlaufbahn E des Satzes von Wälzkörpern 4 ist der durchschnittliche Winkel gemeint, den die Wälzkörper 7 des Satzes von Wälzkörpern 4 haben, wenn sie von einer zentralen radialen Drehachse aus gesehen werden, die sich durch einen axialen mittleren Abschnitt der Wälzkörper 7 erstreckt, während sie eine volle Runde um die Drehmittelachse C des Lagers 1 drehen. Es ist zu verstehen, dass die einzelnen Wälzkörper schräg stehen und sich in leicht unterschiedliche Richtungen drehen können, während sie sich durch die belastete und unbelastete Zone bewegen, wodurch sie einen anderen Winkel aufweisen, wenn sie von einer radialen Achse aus gesehen werden, die sich von einem axialen mittleren Abschnitt des Wälzkörpers aus erstreckt. Hier ist eine Rolle 7 aus dem Lager 1 in 2a von ihrer Drehachse aus gesehen mit einer negativen Schrägstellung B zu sehen, wenn sie sich in einer belasteten Zone des Lagers 1 befindet.
2c zeigt eine Ansicht einer beispielhaften Ausführungsform eines Wälzkörpers mit negativem Schrägstellungswinkel B zusammen mit einem Käfig 5, der gemäß dem Stand der Technik symmetrische Käfigtaschen 6 hat. Man sieht, dass die Rollen 7 eine Richtung haben, die durch den Blockpfeil dargestellt ist. Weiter ist eine orbitale Rotationsbahn E dargestellt. Hier ist der Wälzkörper aus 2a und 2b in einer belasteten Zone eines Lagers 1 (nicht dargestellt) in Bezug auf einen Käfig 5 des Standes der Technik mit symmetrischen Käfigtaschen 6 zu sehen. Mit symmetrischer Tasche 6 ist eine Käfigtasche 6 gemeint, die sich symmetrisch in einer Richtung senkrecht zur Umlaufbahn E erstreckt. Wie man sieht, weist die Rolle 7 einen Schrägstellungswinkel B auf und die symmetrische Käfigtasche 6 umfasst nicht die Bewegung der Rolle 7, was zu Reibung und Verschleiß in den Kontaktbereichen der Rolle 7 und des Käfigs 5 führt. Weiter behindert die Käfigtasche 6 die Fähigkeit der Rolle 7, sich während des Betriebs in einer belasteten Zone in ihrer axialen Richtung in Bezug auf den Innenring 2 und den Außenring 3 selbst auszurichten, um eine optimale Position in Abhängigkeit von den aktuellen Lastbedingungen einzunehmen. Dadurch wird die Leistung des Lagers 1 in Bezug auf seine Lastaufnahmefähigkeit weiter beeinträchtigt, was zu einer höheren Reibung des Lagers 1 insgesamt führt und die Leistung der Maschine 11, in die das Lager 1 eingebaut ist, verringert.
2d zeigt eine Ansicht von oben auf eine beispielhafte Ausführungsform eines Wälzkörpers mit negativem Schrägstellungswinkel B zusammen mit einem Käfig 5, der Taschen 6 mit einem Neigungswinkel A gemäß der vorliegenden Erfindung hat. Hier sind die Wälzkörper aus 2c in einer belasteten Zone eines Lagers 1 (nicht dargestellt) zu sehen. Die Käfigtasche 6 weist einen Neigungswinkel A auf, wodurch der Schrägstellungswinkel B der Rolle 7 in höherem Maße abgedeckt wird. Dadurch werden die in 2c erläuterten Probleme mit Reibung und Verschleiß deutlich verringert. Weiter trägt der Neigungswinkel A der Käfigtaschen 6 dazu bei, die Rollen 7 in der unbelasteten Zone in einen Schrägstellungswinkel B zu lenken, damit sie beim Eintritt in die belastete Zone schneller ihre optimale axiale Position finden. Der Käfig 5 und die Rollen 7 können sich in der unbelasteten Zone natürlich berühren, wenn die Käfigtaschen 6 die Rolle 7 lenken, aber die dabei entstehenden Kräfte und der Verschleiß sind deutlich geringer, als wenn sich die Rollen 7 in der belasteten Zone befinden. Der Käfig 5 und die Rollen 7 können sich auch in der belasteten Zone berühren, doch der Neigungswinkel A verringert die oben erläuterten Probleme mit Reibung und Verschleiß im Vergleich zu symmetrischen Käfigtaschen 6. Optional entspricht der Neigungswinkel A der Tasche 6 dem geschätzten Schrägstellungswinkel B der Rolle 7 in 2b.
3a zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer beispielhaften Ausführungsform eines Schräglagers 1 mit selbstausrichtenden toroidalen Wälzkörpern mit einer Rolle 7, die einen positiven Schrägstellungswinkel B aufweist. Hier ist zu erkennen, dass das Lager 1 einen Innenring 2 und einen Außenring 3 aufweist, die sich relativ zueinander um die Drehachse C des Lagers 1 drehen. Der Außenring 3 bewegt sich relativ zum Innenring 2 auf den Betrachter zu, was durch die Markierung eines Kreises mit einem Punkt angedeutet wird. Die Rolle 7 ist um ihre Drehachse verdreht dargestellt, da nur eine Stirnseite gezeigt wird. Weiter ist die Radialachse mit Doppelpfeilen dargestellt, die radial von der Drehachse C des Lagers entlang der zentralen Radialachse der Rolle 7 weg zeigen. Es wird auf die danebenstehende x, y, z-Koordinatentabelle verwiesen, die zeigt, dass die x-Achse auf den Schnittpunkt der z-Achse mit der y-Achse zeigt, und dass die positive Schrägstellung in Bezug auf die x, y, z-Koordinaten dargestellt ist.
3b zeigt eine Ansicht von oben auf einen beispielhaften Wälzkörper 7 mit positivem Schrägstellungswinkel B. Der Wälzkörper wird von einer radialen Mittelachse des Wälzkörpers 7 aus betrachtet. Bei dem Wälzkörper 7 handelt es sich um eine Rolle 7. Die Rolle 7 hat die durch den Blockpfeil dargestellte Richtung der Rolle 7. Weiter ist eine kreisförmige Rotationsbahn E dargestellt. Mit der Umlaufbahn E des Satzes von Wälzkörpern 4 ist der durchschnittliche Winkel gemeint, den die Wälzkörper 7 des Satzes von Wälzkörpern 4 haben, wenn sie von einer zentralen radialen Drehachse aus gesehen werden, die sich durch einen axialen mittleren Abschnitt der Wälzkörper 7 erstreckt, während sie eine volle Runde um die Drehmittelachse C des Lagers 1 drehen. Es ist zu verstehen, dass die einzelnen Wälzkörper 7 schräg stehen und sich in leicht unterschiedliche Richtungen drehen können, während sie sich durch die belastete und unbelastete Zone bewegen, wodurch sie einen anderen Winkel aufweisen, wenn sie von einer radialen Achse aus gesehen werden, die sich von einem axialen mittleren Abschnitt des Wälzkörpers aus erstreckt. In diesem Fall ist eine Rolle 7 aus dem Lager 1 in 2a von ihrer Drehachse aus gesehen mit einer positiven Schrägstellung B zu sehen, wenn sie sich in einer belasteten Zone des Lagers 1 befindet.
3c zeigt eine Ansicht einer beispielhaften Ausführungsform eines Wälzkörpers mit positivem Schrägstellungswinkel B zusammen mit einem Käfig 5, der gemäß dem Stand der Technik symmetrische Käfigtaschen 6 hat. Man sieht, dass die Rollen 7 eine Richtung haben, die durch den Blockpfeil dargestellt ist. Weiter ist eine orbitale Rotationsbahn E dargestellt. Hier ist der Wälzkörper aus 2a und 2b in einer belasteten Zone eines Lagers 1 (nicht dargestellt) in Bezug auf einen Käfig 5 des Standes der Technik mit symmetrischen Käfigtaschen 6 zu sehen. Mit symmetrischer Tasche 6 ist eine Käfigtasche 6 gemeint, die sich symmetrisch in Richtung senkrecht zur Umlaufbahn E erstreckt. Wie man sieht, weist die Rolle 7 einen Schrägwinkel B auf und die symmetrische Käfigtasche 6 umfasst nicht die Bewegung der Rolle 7, was zu Reibung und Verschleiß in den Kontaktbereichen der Rolle 7 und des Käfigs 5 führt. Weiter behindert die Käfigtasche 6 die Fähigkeit der Rolle 7, sich während des Betriebs in einer belasteten Zone in ihrer axialen Richtung in Bezug auf den Innenring 2 und den Außenring 3 selbst auszurichten, um eine optimale Position in Abhängigkeit von den aktuellen Lastbedingungen einzunehmen. Dadurch wird die Leistung des Lagers 1 in Bezug auf seine Lastaufnahmefähigkeit weiter beeinträchtigt, was zu einer höheren Reibung des Lagers 1 insgesamt führt und die Leistung der Maschine 11, in die das Lager 1 eingebaut ist, verringert.
3d zeigt eine Ansicht von oben auf eine beispielhafte Ausführungsform eines Wälzkörpers mit positivem Schrägstellungswinkel B zusammen mit einem Käfig 5, der Taschen 6 mit einem Neigungswinkel A gemäß der vorliegenden Erfindung hat. Hier sind die Wälzkörper aus 2c in einer belasteten Zone eines Lagers 1 (nicht dargestellt) zu sehen. Die Käfigtasche 6 weist einen Neigungswinkel A auf, wodurch der Schrägstellungswinkel B der Rolle 7 in höherem Maße abgedeckt wird. Dadurch werden die in 2c erläuterten Probleme mit Reibung und Verschleiß deutlich verringert. Weiter trägt der Neigungswinkel A der Käfigtaschen 6 dazu bei, die Rollen 7 in der unbelasteten Zone in einen Schrägstellungswinkel B zu lenken, damit sie beim Eintritt in die belastete Zone schneller ihre optimale axiale Position finden. Der Käfig 5 und die Rollen 7 können sich in der unbelasteten Zone natürlich berühren, wenn die Käfigtaschen 6 die Rolle 7 lenken, aber die dabei entstehenden Kräfte und der Verschleiß sind deutlich geringer, als wenn sich die Rollen 7 in der belasteten Zone befinden. Der Käfig 5 und die Rollen 7 können sich auch in der belasteten Zone berühren, doch der Neigungswinkel A verringert die oben erläuterten Probleme mit Reibung und Verschleiß im Vergleich zu symmetrischen Käfigtaschen 6. Optional entspricht der Neigungswinkel A der Tasche 6 dem geschätzten Schrägstellungswinkel B der Rolle 7 in 2b.
4 zeigt eine schematische Ansicht einer Maschine 11, die ein Schräglager 1 mit selbstausrichtenden toroidalen Wälzkörpern gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst. Typischerweise handelt es sich bei der Maschine 11 um eine Maschine 11, die abwechselnd radialen und axialen Lasten ausgesetzt ist, wie z.B. eine Windkraftanlage. Die Drehrichtung einer Hauptwelle einer Windkraftanlage kann auch so gesteuert werden, dass sie sich immer mit einer bestimmten Drehrichtung dreht, indem der Drehwinkel der Flügel eingestellt wird. Dies stellt eine geeignete Anwendung für ein winkelförmiges Lager 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung her, da der Schrägstellungswinkel B der Wälzkörper zuverlässig abgeschätzt werden kann. Es sollte jedoch klar sein, dass auch andere Anwendungen und/oder Maschinen 11, bei denen die Drehrichtung der Welle bekannt ist, für ein Schräglager 1 mit selbstausrichtenden toroidalen Wälzkörpern gemäß einer der hier vorgestellten Ausführungsformen geeignet sind.
Obwohl das Schräglager 1 mit selbstausrichtenden toroidalen Wälzkörpern hauptsächlich in Bezug auf eine eigenständige Konfiguration ausgelegt wurde, kann es in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Turbinen, Mühlen und andere Maschinen mit rotierenden Wellen mit axialen und radialen Lagerungsanforderungen, bei denen die beabsichtigte Drehrichtung der Welle bekannt ist.
5 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm einer beispielhaften Ausführungsform eines Verfahrens 12 gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren 12 ist ein Verfahren 12 zur Herstellung eines Schräglagers 1 mit selbstausrichtenden toroidalen Wälzkörpern gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren 12 umfasst die folgenden Schritte:

- Bereitstellen 12a eines Schräglagers 1 mit selbstausrichtenden toroidalen Wälzkörpern, das einen Innenring 2, einen Außenring 3 und einen Satz von Wälzkörpern 4 umfasst,
- weiterhin Breitstellen 12b eines Käfigs 5 mit Käfigtaschen 6, wobei jede Käfigtasche 6 zum Halten eines Wälzkörpers des Wälzkörpersatzes 4 dient, wobei zumindest eine Käfigtasche 6 während des Betriebs einen Neigungswinkel A in Bezug auf eine orbitale Rotationsbahn E des Wälzkörpersatzes 4 aufweist.

Bei dem Käfig 5 kann es sich um einen Fensterkäfig, einen Kronenkäfig oder einen anderen Käfigtyp handeln, der zum Halten des Satzes von Wälzkörpern 4 geeignet ist. Der Käfig 5 kann aus einem Stück hergestellt werden, ein segmentierter Käfig 5 sein oder durch Zusammenfügen verschiedener Käfigelemente oder Kombinationen davon.
Optional umfasst das Verfahren 12 weiter das Bereitstellen eines Neigungswinkels Ader Käfigtasche 6, der im Wesentlichen einem Schrägstellungswinkel B der Rollen 7 in der belasteten Zone in Bezug auf die orbitale Rotationsbahn E des Satzes von Wälzkörpern 4 während des Betriebs entspricht.
Der Schrägstellungswinkel B der Rolle kann für eine bestimmte Anwendung anhand von Regeln für die Lagerauslegung abgeschätzt werden, um das Verhalten des Lagers 1 zu simulieren. Unter Verwendung von Daten wie der Drehrichtung der Welle, den geschätzten Lastbedingungen des Lagers 1 in Abhängigkeit von der Anwendung oder der Maschine 11, in die es eingebaut ist, und der Innengeometrie des Lagers 1 kann ein optimaler Schrägstellungswinkel B der Rolle in der belasteten Zone abgeschätzt werden. Als solcher kann ein optionaler weiterer Schritt darin bestehen, 12c einen Schrägstellungswinkel B der Rolle unter Verwendung von Konstruktionsregeln für das Lager 1 abzuschätzen. Der weitere Schritt des Bereitstellens 12b eines Käfigs 5 mit Käfigtaschen 6, wobei jede Käfigtasche 6 zur Aufnahme eines Wälzkörpers des Wälzkörpersatzes 4 vorgesehen ist, wobei zumindest eine Käfigtasche 6 während des Betriebs einen Neigungswinkel A in Bezug auf eine orbitale Rotationsbahn E des Wälzkörpersatzes 4 aufweist, wobei der Neigungswinkel A derselbe sein kann wie für den geschätzten optimalen Rollenschrägstellungswinkel B in der belasteten Zone. Dies kann insbesondere für kundenspezifische Anwendungen relevant sein, die dem Hersteller des Lagers 1 oder dem Eigentümer der Maschine 11 noch nicht bekannt sind und bei denen die Betriebsbedingungen noch nicht bekannt sind. Bei typischen Anwendungen, die dem Hersteller des Lagers 1 oder dem Eigentümer der Maschine 11 oder einem anderen am Einbau des Lagers 1 beteiligten Akteur bereits bekannt sind, kann dieser Schritt natürlich entfallen.
Optional umfasst das Verfahren 12 ferner das Bereitstellen eines Neigungswinkels Ader Käfigtasche im Bereich von 0,1 Milliradiant bis 20 Milliradiant oder von -0,1 Milliradiant bis -20 Milliradiant. Der Neigungswinkel Ader Käfigtasche kann von 0,1 Milliradiant bis 10 Milliradiant oder von -0,1 Milliradiant bis -10 Milliradiant reichen. Der Neigungswinkel der Käfigtasche kann auch zwischen 5 und 20 Milliradiant oder zwischen -5 und -20 Milliradiant liegen. Der Neigungswinkel Ader Käfigtasche kann auch zwischen 10 Milliradiant und 20 Milliradiant oder zwischen -10 Milliradiant und -20 Milliradiant liegen. Der Neigungswinkel Ader Käfigtasche kann auch zwischen 15 Milliradiant und 20 Milliradiant oder zwischen -15 Milliradiant und -20 Milliradiant liegen.
6 zeigt eine schematische Ansicht einer Torusform in Kombination mit einem Wälzlager 1. Wie dargestellt, bildet die Krümmung der Laufbahnen des Lagers 1 eine Torusgeometrie. Das dargestellte Lager 1 ist ein Toroidallager 1 mit einem Druckwinkel von Null.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Erfindung vor allem mit Bezug auf einige wenige Ausführungsformen beschrieben worden ist. Wie ein Fachmann jedoch leicht erkennen kann, sind andere Ausführungsformen als die oben offenbart sind ebenso möglich innerhalb des Anwendungsbereichs der Erfindung, wie durch die beigefügten Patentansprüche definiert.
Obwohl das Schräglager 1 mit selbstausrichtenden toroidalen Wälzkörpern hauptsächlich in Bezug auf eine eigenständige Konfiguration ausgelegt wurde, kann es in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Turbinen, Mühlen und andere Maschinen mit rotierenden Wellen, die eine axiale und radiale Lagerung erfordern.
In den Ansprüchen schließt das Wort „umfassend“ andere Elemente oder Schritte nicht aus, und der unbestimmte Artikel „ein“ oder „an“ schließt eine Mehrzahl nicht aus. Ein einzelnes Gerät oder eine andere Einheit kann die Funktionen mehrerer in den Ansprüchen aufgeführter Elemente erfüllen. Die bloße Tatsache, dass bestimmte Merkmale oder Verfahrensschritte in voneinander abhängigen Ansprüchen aufgeführt sind, bedeutet nicht, dass eine Kombination dieser Merkmale oder Schritte nicht vorteilhaft sein kann.

Claims

Schräglager (1) mit selbstausrichtenden toroidalen Wälzkörpern, umfassend - einen Innenring (2), - einen Außenring (3), - einen Satz von Wälzkörpern (4), die als Rollen (7) gebildet sind, die zwischen dem Innenring (2) und dem Außenring (3) angeordnet sind, und - einen Käfig (5), der Taschen (6) umfasst, wobei jede Tasche (6) dazu dient, eine Rolle (7) des Satzes von Wälzkörpern (4) zu halten, wobei jede Rolle (7) eine gekrümmte Laufbahnkontaktfläche (7a) hat, die so angeordnet ist, dass sie in lasttragendem Kontakt mit einer gekrümmten Innenlaufbahn (2a) des Innenrings (2) und in lasttragendem Kontakt mit einer gekrümmten Außenlaufbahn (3a) des Au-ßenrings (3) steht, ein Berührungswinkel (D) zwischen jeder Rolle (7) und der inneren und/oder äußeren Laufbahn in Bezug auf eine Drehachse (C) geneigt ist, und wobei jede Rolle (7) so angeordnet ist, dass sie sich während des Betriebs in ihrer axialen Richtung in Bezug auf den Innenring (2) und den Außenring (3) in einer belasteten Zone selbst ausrichtet, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Taschen (6) einen Käfigtaschenneigungswinkel (A) in Bezug auf eine orbitale Rotationsbahn (E) des Satzes von Wälzkörpern (4) während des Betriebs aufweist.
Schräglager (1) mit selbstausrichtenden toroidalen Wälzkörpern gemäß Anspruch 1, wobei der Käfigtaschen-Neigungswinkel (A) im Wesentlichen einem Schrägstellungswinkel (B) der Rollen (7) in der belasteten Zone in Bezug auf die orbitale Rotationsbahn (E) des Wälzkörpersatzes (4) während des Betriebs entspricht.
Schräglager (1) mit selbstausrichtenden toroidalen Wälzkörpern gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Neigungswinkel (A) der Käfigtasche im Bereich von 0,1 Milliradiant bis 20 Milliradiant oder von -0,1 Milliradiant bis -20 Milliradiant liegt.
Schräglager (1) mit selbstausrichtenden toroidalen Wälzkörpern gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kontaktwinkel (D) 5 Grad oder mehr, vorzugsweise 10 Grad oder mehr, noch bevorzugter 20 Grad oder mehr beträgt.
Schräglager (1) mit selbstausrichtenden toroidalen Wälzkörpern gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Lager (1) ein groß dimensioniertes Lager (1) ist, wie beispielsweise ein Lager (1) mit einem Außendurchmesser von 500 mm oder mehr.
Maschine (11), umfassend ein Schräglager (1) mit selbstausrichtenden toroidalen Wälzkörpern gemäß einem der vorangehenden Ansprüche.
Maschine (11) gemäß Anspruch 7, wobei es sich bei der Maschine (11) um eine Maschine (11) handelt, die alternierenden radialen und alternierenden axialen Lasten ausgesetzt ist, wie beispielsweise eine Windturbine.
Verfahren (12) zur Herstellung eines Schräglagers (1) mit selbstausrichtenden toroidalen Wälzkörpern, wobei das Lager folgendes umfasst: - einen Innenring (2), - einen Außenring (3), - einen Satz von Wälzkörpern (4), die als Rollen (7) gebildet sind, die zwischen dem Innenring (2) und dem Außenring (3) angeordnet sind, und wobei jede Rolle (7) eine gekrümmte Laufbahnkontaktfläche (7a) hat, die so angeordnet ist, dass sie in lasttragendem Kontakt mit einer gekrümmten Innenlaufbahn (2a) des Innenrings (2) und in lasttragendem Kontakt mit einer gekrümmten Außenlaufbahn (3a) des Au-ßenrings (3) steht, ein Kontaktwinkel (D) zwischen jeder Rolle (7) und der inneren und/oder äußeren Laufbahn in Bezug auf eine Drehachse (C) geneigt ist, und wobei jede Rolle (7) so angeordnet ist, dass sie sich während des Betriebs in ihrer axialen Richtung in Bezug auf den Innenring (2) und den Außenring (3) in einer belasteten Zone selbst ausrichtet, das Verfahren (12) umfasst die folgenden Schritte: - Bereitstellen (12a) eines Schräglagers (1) mit selbstausrichtenden toroidalen Wälzkörpern, und - ferner Bereitstellen (12b) eines Käfigs (5), der Taschen (6) umfasst, wobei jede Tasche (6) zum Halten einer Rolle (7) des Satzes von Wälzkörpern (4) dient, wobei zumindest eine der Taschen (6) einen Käfigtaschen-Neigungswinkel (A) in Bezug auf eine orbitale Rotationsbahn (E) des Satzes von Wälzkörpern (4) während des Betriebs aufweist.
Verfahren (12) zur Herstellung eines Schräglagers (1) mit selbstausrichtenden toroidalen Wälzkörpern gemäß Anspruch 9, wobei der Käfigtaschenneigungswinkel (A) im Wesentlichen einem Schrägstellungswinkel (B) der Rollen (7) in der belasteten Zone in Bezug auf die orbitale Rotationsbahn (E) des Wälzkörpersatzes (4) während des Betriebs entspricht.
Verfahren (12) zur Herstellung eines Schräglagers (1) mit selbstausrichtenden toroidalen Wälzkörpern gemäß Anspruch 9 oder 10, wobei das Verfahren (12) weiter einen Schritt zum Abschätzen (12c) eines optimalen Rollenschrägwinkels (B) unter Verwendung von Konstruktionsregeln für das Lager (1) vor der Durchführung von Schritt (12b) oder vor der Durchführung von Schritt (12a) umfasst.