DE112009002624T5

DE112009002624T5 - Rollenlager, Hauptwellen-Stützkonstruktion eines Windkraftgenerators und Verfahren zur Justierung des Umfangsspiels zwischen Käfigsegmenten des Rollenlagers

Info

Publication number: DE112009002624T5
Application number: DE112009002624T
Authority: DE
Inventors: Tatsuya Omoto; Eiichi Nakamizo
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2008-09-30
Filing date: 2009-09-01
Publication date: 2011-09-29
Anticipated expiration: 2029-09-02
Also published as: US20110249931A1; CN102165204A; WO2010038571A1; DE112009002624B4; JP2010084835A; CN102165204B; JP5457004B2

Abstract

Ein Schrägrollenlager (31) hat Aufnahmeöffnungen zum Aufnehmen von Schrägrollen (34) und enthält mehrere Käfigsegmente (11a) bis (11d), die so angeordnet sind, dass sie kontinuierlich in einer Umfangsrichtung zwischen einem Außenring (32) und einem Innenring (33) aufeinander ausgerichtet sind. Die Käfigsegmente (11a) bis (11d) enthalten mindestens ein erstes Käfigsegment mit einer ersten Umfangslänge und ein zweites Käfigsegment mit einer zweiten Umfangslänge, die sich von der ersten Umfangslänge unterscheidet. Nachdem die Käfigsegmente (11a) bis (11d) in der Umfangsrichtung ohne Zwischenräume angeordnet wurden, ist ein Umfangsspiel (39) zwischen dem Käfigsegment (11a), das als erstes angeordnet ist, und dem Käfigsegment (11d), das als letztes angeordnet ist, vorhanden. Ein Umfangsbereich des Spiels ist bei Raumtemperatur größer als 0,08% und kleiner als 0,10% des Umfangs eines Kreises, der durch eine Mitte des Käfigsegments verläuft.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hauptwellen-Stützkonstruktion eines Windkraftgenerators und ein Verfahren zur Justierung eines Umfangsspiels zwischen Käfigsegmenten eines Rollenlagers und insbesondere ein Rollenlager, das mehrere Käfigsegmente enthält, die in einer Umfangsrichtung angeordnet sind, um einen einzelnen Käfig zu bilden, eine Hauptwellen-Stützkonstruktion eines Windkraftgenerators, die das Rollenlager enthält, und ein Verfahren zur Justierung eines Umfangsspiels zwischen den Käfigsegmenten des Rollenlager.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Im Allgemeinen besteht ein Rollenlager aus einem Außenring, einem Innenring, mehreren Rollen, die zwischen dem Außenring und dem Innenring angeordnet sind, und einem Käfig zum Halten der mehreren Rollen. Der Käfig besteht normalerweise aus einer integralen, das heißt ringförmigen, Komponente.
Da ein Rollenlager zum Stützen einer Hauptwelle eines Windkraftgenerators, der mit einem Windrad zum Auffangen von Wind bestückt ist, eine hohe Last aufnehmen muss, ist das Rollenlager selbst sehr groß. Dementsprechend ist jedes Einzelteil, wie zum Beispiel eine Rolle oder ein Käfig zum Zusammenhalten des Rollenlagers, ebenfalls sehr groß, so dass es schwierig ist, das Element herzustellen oder zu montieren. Wenn es in diesem Fall möglich ist, jedes Element zu teilen, so kann die Komponente auf einfache Weise hergestellt oder montiert werden.
In diesem Zusammenhang ist eine Technik für einen geteilten Käfig, bei der ein Käfig in einem Rollenlager durch eine Teilungslinie geteilt ist, die in einer Richtung entlang einer Drehachse des Lagers verläuft, in dem europäischen Patent Nr. 1408248 A2 (Patentdokument 1) offenbart. 10 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Käfigsegment des geteilten Käfigs zeigt, der in dem Patentdokument 1 offenbart ist. Wie in 10 zu sehen, hat ein Käfigsegment 101a mehrere Stege 103a, 103b, 103c, 103d und 103e, die sich in der Richtung entlang der Drehachse des Lagers erstrecken, so dass mehrere Aufnahmeöffnungen 104 gebildet werden, um Rollen aufzunehmen; sowie Verbindungsteile 102a und 102b, die sich in einer Umfangsrichtung erstrecken, so dass die mehreren Stege 103a bis 103e miteinander verbunden werden.
11 ist eine Querschnittsansicht, die einen Teil eines Schrägrollenlagers zeigt, das das in 10 gezeigte Käfigsegment 101a enthält. Es wird nun eine Konfiguration eines Schrägrollenlagers 111, das das Käfigsegment 101a enthält, anhand der 10 und 11 beschrieben. Das Schrägrollenlager 111 hat einen Außenring 112, einen Innenring 113, mehrere Schrägrollen 114 und mehrere Käfigsegmente 101a, 101b und 101c zum Halten der mehreren Schrägrollen 114. Die Schrägrollen 114 werden durch die Käfigsegmente 101a und dergleichen in der Nähe eines TKD (Teilkreisdurchmessers) 105 gehalten, in dem das Rollenverhalten am stabilsten ist. Das Käfigsegment 101a zum Halten der Schrägrollen 114 ist kontinuierlich auf die benachbarten Käfigsegmente 101b und 101c, die die gleiche Form haben, in einer solchen Weise ausgerichtet, dass die Stege 103a und 103e, die an den äußersten Seiten angeordnet sind, jeweils an ihnen anliegen. Die Käfigsegmente 101a, 101b, 101c und dergleichen sind aufeinander ausgerichtet und in dem Schrägrollenlager 111 montiert, wodurch ein einzelner, ringförmiger Käfig in dem Schrägrollenlager 111 gebildet wird.
DOKUMENT DES STANDES DER TECHNIK
PATENTDOKUMENT

Patentdokument 1: Europäisches Patent Nr. 1408248 A2

KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDE PROBLEME
Gemäß dem Patentdokument 1 ist ein Umfangsspiel, das zwischen dem ersten Käfigsegment und dem letzten Käfigsegment entsteht, nachdem die aus einem Harz hergestellten Käfigsegmente so angeordnet wurden, dass sie in der Umfangsrichtung kontinuierlich aufeinander ausgerichtet sind, auf mindestens 0,15% und weniger als 1% des Umfangs eines Kreises eingestellt, der durch eine Mitte des Käfigsegments verläuft. In dieser Konfiguration wird das Entstehen eines Kollisionsgeräusches zwischen den Käfigsegmenten vermieden, und die Käfigsegmente werden aufgrund der Wärmeausdehnung an einem Zusammenziehen gehindert.
Darüber hinaus besteht das Käfigsegment gemäß dem Patentdokument 1 aus Polyphenylensulfid (im Weiteren als „PPS” bezeichnet) oder Polyether-Ether-Keton (im Weiteren als „PEEK” bezeichnet).
Doch selbst dann, wenn das Umfangsspiel auf den oben genannten Wertebereich beschränkt wird, kann das folgende Problem, auf das sich der Erfinder konzentrierte, nicht gelöst werden. 12 ist eine schematische Querschnittsansicht, die einen Teil des Schrägrollenlagers 111 in einem Fall zeigt, wo das Schrägrollenlager 111 als ein Lager zum Stützen einer Hauptwelle eines Windkraftgenerators verwendet wird. Des Weiteren ist zum besseren Verständnis ein zwischen den Käfigsegmenten 101a und 101c erzeugtes Umfangsspiel 115 überzeichnet dargestellt.
Wie in 12 zu sehen, wird eine Hauptwelle 110 des Windkraftgenerators, die durch das Schrägrollenlager 111 gestützt wird, horizontal verwendet. Während des Betriebes des Schrägrollenlagers 111 vollführen die Käfigsegmente 101a bis 101c eine Umdrehungsbewegung in einer Richtung, die in 12 durch Pfeile gezeigt ist. Die Umdrehungsbewegung der Käfigsegmente 101a bis 101c wird in einer solchen Weise ausgeführt, dass die jeweiligen Käfigsegmente 101a bis 101c nacheinander die benachbarten Käfigsegmente 101a bis 101c in die durch die Pfeile gezeigte Richtung schieben. In diesem Fall gehen die Schrägrolle und das Käfigsegment 101a an einem Teil, der in 12 durch XII bezeichnet ist, in den freien Fall über. In diesem Fall kollidieren die Käfigsegmente 101a mit dem Käfigsegment 101c, was zu Verformung, Endflächenabnutzung und Kollisionsgeräuschen zwischen den Käfigsegmenten 101a und 101c führt und dementsprechend eine erhebliche Funktionsverschlechterung des Schrägrollenlagers 111 zur Folge haben kann.
In dem Fall, wo das Schrägrollenlager 111 als das Lager zum Stützen der Hauptwelle 110 des Windkraftgenerators verwendet wird, sind die Käfigsegmente 101a bis 101c selbst sehr groß, so dass das Problem, das durch die Kollision im Moment des freien Falls hervorgerufen wird, sehr schwerwiegend ist. Darum ist das Umfangsspiel, das auf die oben genannten Werte eingestellt ist, unbefriedigend, und das Umfangsspiel muss noch weiter verkleinert werden. Um das Umfangsspiel auf einen kleineren Bereich als den oben genannten zu verringern, ist es hier erforderlich, eine Umfangslänge des Käfigsegments genauestens zu kontrollieren. Jedoch ist das Rollenlager, das ein solches Käfigsegment enthält, schwierig herzustellen, und das Umfangsspiel wird groß, was zu einer Funktionsverschlechterung führt.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Rollenlager bereitzustellen, bei dem eine Funktionsverschlechterung auf einfache Weise verhindert werden kann.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Hauptwellen-Stützkonstruktion eines Windkraftgenerators bereitzustellen, bei der eine Funktionsverschlechterung auf einfache Weise verhindert werden kann.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Justierung eines Umfangsspiels zwischen Käfigsegmenten bereitzustellen, wodurch ein Umfangsspiel auf einfache Weise justiert werden kann.
MITTEL ZUR LÖSUNG DES PROBLEMS
Ein Rollenlager gemäß der vorliegenden Erfindung enthält einen Außenring, einen Innenring, mehrere Rollen, die zwischen dem Außenring und dem Innenring angeordnet sind, und Aufnahmeöffnungen zum Aufnehmen der Rollen, und enthält des Weiteren mehrere Käfigsegmente, die so angeordnet sind, dass sie kontinuierlich in einer Umfangsrichtung zwischen dem Außenring und dem Innenring aufeinander ausgerichtet sind. Die mehreren Käfigsegmente enthalten mindestens ein erstes Käfigsegment mit einer ersten Umfangslänge und ein zweites Käfigsegment mit einer zweiten Umfangslänge, die sich von der ersten Umfangslänge unterscheidet. Ein Umfangsspiel ist zwischen dem Käfigsegment, das als erstes angeordnet ist, und dem Käfigsegment, das als letztes angeordnet ist, vorhanden, nachdem die mehreren Käfigsegmente in der Umfangsrichtung ohne Zwischenräume angeordnet wurden. Ein Umfangsbereich des Spiels ist bei Raumtemperatur größer als 0,08% und kleiner als 0,10% des Umfangs eines Kreises, der durch eine Mitte des Käfigsegments verläuft.
Die Einzelteile des Lagers, wie zum Beispiel der Außenring, der Innenring oder die Rollen, die in dem Rollenlager angeordnet sind, bestehen im Allgemeinen aus Stahl, wie zum Beispiel einsatzgehärtetem Stahl. Die Einzelteile des Lagers, wie zum Beispiel der Außenring, unterliegen außerdem infolge der Temperaturveränderung einer Wärmeausdehnung. Hier kann, unter Berücksichtigung eines linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten des Käfigsegments und eines linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten der Lager-Einzelteile, der Umfangsbereich des Spiels bei Raumtemperatur auf 0,08% des Umfangs des Kreises verkleinert werden, der unter tatsächlichen Nutzungsbedingungen durch die Mitte des Käfigsegments verläuft. Das heißt, wenn der Umfangsbereich des Spiels auf einen größeren Wert als 0,08% des Umfangs eingestellt wird, so wird verhindert, dass das Umfangsspiel negativ wird, so dass die Käfigsegmente nicht mehr geschoben werden und verklemmen können.
Darüber hinaus hat bei dem Rollenlager, das in der oben beschriebenen Weise verwendet wird, der aus den Käfigsegmenten zusammengesetzte Käfig bevorzugt einen hohen Sicherheitsfaktor, um die Langlebigkeit und Zuverlässigkeit zu verbessern. Der Sicherheitsfaktor des Käfigs steigt in dem Maße, wie das Umfangsspiel verkleinert wird. Der Sicherheitsfaktor des Käfigs muss im Hinblick auf die Ermüdungsfestigkeit des Käfigsegmentmaterials und der an dem Käfigsegment hervorgerufenen mechanischen Beanspruchung mindestens 4,0 betragen. Hier kann der Sicherheitsfaktor mit Sicherheit mindestens 4,0 betragen, indem man den Umfangsbereich des Spiels bei Raumtemperatur auf weniger als 0,10% des Umfangs des Kreises, der durch die Mitte des Käfigsegments verläuft, einstellt. Somit kann ein Festigkeitsdefekt, der durch die Kollision zwischen den Käfigsegmenten verursacht wird, einschließlich des oben beschriebenen Problems, verhindert werden.
Hier kann das zwischen den Käfigsegmenten erzeugte Umfangsspiel justiert werden, indem man mindestens das erste Käfigsegment, das die erste Umfangslänge hat, und das zweite Käfigsegment, das die zweite Umfangslänge hat, die sich von der ersten Umfangslänge unterscheidet, so kombiniert, dass das Umfangsspiel auf einfache Weise verkleinert werden kann. Somit kann das Umfangsspiel zwischen den Käfigsegmenten auf den oben genannten Bereich eingestellt werden, indem man mindestens das erste Käfigsegment, das die erste Umfangslänge hat, und das zweite Käfigsegment, das die zweite Umfangslänge hat, die sich von der ersten Umfangslänge unterscheidet, so kombiniert, dass ein Festigkeitsdefekt, der durch die Kollision zwischen den Käfigsegmenten verursacht wird, vermieden werden kann und eine Verformung, die durch einen Umfangsdruck zwischen den Käfigsegmenten verursacht wird, vermieden werden kann. Darum kann eine Funktionsverschlechterung in dem Rollenlager, das die oben beschriebenen Käfigsegmente aufweist, auf einfache Weise verhindert werden. Darüber hinaus enthalten die Käfigsegmente mindestens das erste Käfigsegment, das die erste Umfangslänge hat, und das zweite Käfigsegment, das die zweite Umfangslänge hat, die sich von der ersten Umfangslänge unterscheidet, was bedeutet, dass, wie weiter unten noch beschrieben wird, die Käfigsegmente ein drittes Käfigsegment mit einer dritten Umfangslänge, die sich von der ersten und der zweiten Umfangslänge unterscheidet, enthalten können und des Weiteren ein Käfigsegment mit einer Umfangslänge enthalten können, die sich von der Umfangslänge des ersten, zweiten und dritten Käfigsegments unterscheidet.
Hier ist das Käfigsegment ein Einheitskorpus, der durch Teilen eines einzelnen ringförmigen Käfigs entlang einer Teilungslinie erhalten wird, die sich so in einer Richtung entlang einer Drehachse des Lagers erstreckt, dass mindestens eine Aufnahmeöffnung zum Aufnehmen der Rolle gebildet wird. Darüber hinaus meint das erste Käfigsegment das Käfigsegment, das in der sequenziellen Anordnung der Käfigsegmente in der Umfangsrichtung als erstes angeordnet ist, und das letzte Käfigsegment meint das Käfigsegment, das als letztes unter den Käfigsegmenten angeordnet ist, die so angeordnet sind, dass sie kontinuierlich auf das benachbarte Käfigsegment ausgerichtet sind. Somit sind die Käfigsegmente kontinuierlich in der Umfangsrichtung aufeinander ausgerichtet und in dem Rollenlager montiert, wodurch der einzelne ringförmige Käfig zusammengesetzt wird.
Bevorzugt besteht das Käfigsegment aus einem Harz. Um die Produktivität bei der Herstellung des Käfigsegments zu verbessern, weil die mehreren Käfigsegmente für ein und dasselbe Rollenlager verwendet werden, kann das Käfigsegment in dieser Konfiguration auf einfache Weise durch Spritzgießen oder dergleichen massenproduziert werden.
Des Weiteren handelt es sich bei dem Harz bevorzugt um Polyether-Ether-Keton (PEEK). Das Material PEEK hat im Vergleich zu anderen Harzen einen niedrigen linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten, und sein linearer Wärmeausdehnungskoeffizient kann auf einfache Weise verkleinert werden, indem man dem Harz ein Füllmaterial beimengt.
Des Weiteren enthält das Harz bevorzugt ein Füllmaterial zum Verkleinern des linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten. Weil also das Käfigsegment aus einem Harz besteht, welches das Füllmaterial zum Verkleinern des linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten enthält, kann der Unterschied der linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem Käfigsegment und den Einzelteilen des Lagers, wie zum Beispiel dem Außenring in dem Rollenlager, gering sein, wodurch eine Veränderung des Umfangsspiels infolge einer Temperaturänderung verringert wird.
Des Weiteren enthält das Füllmaterial bevorzugt Kohlefaser und/oder Glasfaser. In diesem Fall kann das Füllmaterial, weil es aus diesen Fasern besteht, effizient den linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten verkleinern.
Es ist des Weiteren bevorzugt, dass der lineare Wärmeausdehnungskoeffizient des Harzes im Bereich von 1,3 × 10^–5/°C bis 1,7 × 10^–5/°C liegt. Die Lagerkomponenten, wie zum Beispiel der Außenring in dem Lager, bestehen im Allgemeinen aus Stahl, wie zum Beispiel einsatzgehärtetem Stahl. Der lineare Wärmeausdehnungskoeffizient von Stahl beträgt etwa 1,12 × 10^–5/°C. Das heißt, wenn der lineare Wärmeausdehnungskoeffizient des Harzes auf den oben genannten Bereich eingestellt wird, so ist der Unterschied der linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem Käfigsegment und den Lagerkomponenten, wie zum Beispiel dem Außenring, während des tatsächlichen Betriebes zulässig. Darüber hinaus beträgt der lineare Wärmeausdehnungskoeffizient von PEEK etwa 4,7 × 10^–5/°C, und der lineare Wärmeausdehnungskoeffizient von PPS beträgt etwa 5,0 × 10^–5/°C
Des Weiteren ist der lineare Wärmeausdehnungskoeffizient des Käfigsegments bevorzugt gleich den linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten des Außenrings und/oder des Innenrings.
Des Weiteren liegt die Füllrate des Füllmaterials in dem Harz bevorzugt im Bereich von 20 Gewichts-% bis 40 Gewichts-%. Wenn die Füllrate des Füllmaterials in dem Harz auf den oben genannten Bereich eingestellt wird, so kann der lineare Wärmeausdehnungskoeffizient des Harzes beträchtlich verkleinert werden, ohne dass ein weiterer Defekt verursacht wird, weil das Füllmaterial enthalten ist.
Des Weiteren ist die Rolle bevorzugt eine Schrägrolle. Das Rollenlager, das an der Hauptwelle des oben erwähnten Windkraftgenerators zum Einsatz kommt, muss hohe Momentlasten, Axiallasten und Radiallasten aufnehmen. Das heißt, wenn eine Schrägrolle als die Rolle verwendet wird, so können diese hohen Momentlasten aufgenommen werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung hat eine Hauptwellen-Stützkonstruktion eines Windkraftgenerators ein Windrad zum Aufnehmen von Windkraft, eine Hauptwelle, die mit einem Ende an dem Windrad befestigt ist und sich zusammen mit dem Windrad dreht, und ein Rollenlager, das in einem festen Element angeordnet ist, um die Hauptwelle drehbar zu stützen. Das Rollenlager enthält einen Außenring, einen Innenring, mehrere Rollen, die zwischen dem Außenring und dem Innenring angeordnet sind, und Aufnahmeöffnungen zum Aufnehmen der Rollen, und enthält mehrere Käfigsegmente, die so angeordnet sind, dass sie kontinuierlich in einer Umfangsrichtung zwischen dem Außenring und dem Innenring aufeinander ausgerichtet sind. Die mehreren Käfigsegmente enthalten mindestens ein erstes Käfigsegment mit einer ersten Umfangslänge und ein zweites Käfigsegment mit einer zweiten Umfangslänge, die sich von der ersten Umfangslänge unterscheidet. Ein Umfangsspiel ist zwischen dem Käfigsegment, das als erstes angeordnet ist, und dem Käfigsegment, das als letztes angeordnet ist, vorhanden, nachdem die mehreren Käfigsegmente in der Umfangsrichtung ohne Zwischenräume angeordnet wurden. Ein Umfangsbereich des Spiels ist bei Raumtemperatur größer als 0,08% und kleiner als 0,10% des Umfangs eines Kreises, der durch eine Mitte des Käfigsegments verläuft.
Da die Hauptwellen-Stützkonstruktion des Windkraftgenerators das Rollenlager enthält, bei dem eine Funktionsverschlechterung in dem Lager auf einfache Weise verhindert werden kann, kann eine Funktionsverschlechterung in der Hauptwellen-Stützkonstruktion des Windkraftgenerators selbst auf einfache Weise verhindert werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung werden – gemäß einem Verfahren zur Justierung eines Umfangsspiels zwischen Käfigsegmenten eines Rollenlagers, das einen Außenring, einen Innenring, mehrere Rollen, die zwischen dem Außenring und dem Innenring angeordnet sind, und Aufnahmeöffnungen zum Aufnehmen der Rollen aufweist und mehrere Käfigsegmente enthält, die so angeordnet sind, dass sie kontinuierlich in einer Umfangsrichtung zwischen dem Außenring und dem Innenring aufeinander ausgerichtet sind – ein erstes Käfigsegment mit einer ersten Umfangslänge und ein zweites Käfigsegment mit einer zweiten Umfangslänge, die sich von der ersten Umfangslänge unterscheidet, gebildet, und mindestens das erste Käfigsegment und das zweite Käfigsegment werden kombiniert, um das Umfangsspiel zwischen den Käfigsegmenten zu justieren.
Durch das Verfahren zur Justierung des Umfangsspiels zwischen den Käfigsegmenten des Rollenlager kann das Umfangsspiel auf einfache Weise justiert werden.
AUSWIRKUNG DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann das zwischen den Käfigsegmenten erzeugte Umfangsspiel justiert werden, indem man mindestens das erste Käfigsegment, das die erste Umfangslänge hat, und das zweite Käfigsegment, das die zweite Umfangslänge hat, die sich von der ersten Umfangslänge unterscheidet, so kombiniert, dass das Umfangsspiel auf einfache Weise verkleinert werden kann. Somit kann das Umfangsspiel zwischen den Käfigsegmenten auf den oben genannten Bereich eingestellt werden, indem man mindestens das erste Käfigsegment, das die erste Umfangslänge hat, und das zweite Käfigsegment, das die zweite Umfangslänge hat, die sich von der ersten Umfangslänge unterscheidet, so kombiniert, dass ein Festigkeitsdefekt, der durch die Kollision zwischen den Käfigsegmenten verursacht wird, vermieden werden kann und eine Verformung, die durch einen Umfangsdruck zwischen den Käfigsegmenten verursacht wird, vermieden werden kann. Darum kann eine Funktionsverschlechterung in dem Rollenlager, das die oben beschriebenen Käfigsegmente aufweist, auf einfache Weise verhindert werden.
Darüber hinaus kann, da die Hauptwellen-Stützkonstruktion des Windkraftgenerators das Rollenlager enthält, bei dem eine Funktionsverschlechterung in dem Lager auf einfache Weise verhindert werden kann, eine Funktionsverschlechterung in der Hauptwellen-Stützkonstruktion des Windkraftgenerators selbst auf einfache Weise verhindert werden.
Darüber hinaus kann durch das Verfahren zur Justierung des Umfangsspiels zwischen den Käfigsegmenten des Rollenlagers das Umfangsspiel auf einfache Weise justiert werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, die ein Umfangsspiel zwischen einem ersten Käfigsegment und einem letzten Käfigsegment in einem Schrägrollenlager gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist eine perspektivische Ansicht des Käfigsegments, das in dem Schrägrollenlager gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthalten ist.
3 ist eine Querschnittsansicht in einem Fall, wo das in 2 gezeigte Käfigsegment durch eine Ebene geteilt ist, die durch eine Linie III-III in 2 und senkrecht zu einer Drehachse des Lagers verläuft.
4 ist eine Querschnittsansicht in einem Fall, wo das in 2 gezeigte Käfigsegment durch eine Ebene geschnitten ist, die durch die Mitte eines Steges und senkrecht zu einer Umfangsrichtung verläuft.
5 ist eine schematische Querschnittsansicht des Schrägrollenlagers, bei dem die Käfigsegmente in der Umfangsrichtung angeordnet sind.
6 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, die die benachbarten Käfigsegmente zeigt.
7 ist ein Kurvendiagramm, das eine Beziehung zwischen einem Sicherheitsfaktor des Käfigs und einem Umfangsspiel zeigt.
8 ist eine Ansicht, die ein Beispiel einer Hauptwellen-Stützkonstruktion eines Windkraftgenerators zeigt, in dem das Schrägrollenlager gemäß der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommt.
9 ist eine schematische Seitenansicht der in 8 gezeigten Hauptwellen-Stützkonstruktion des Windkraftgenerators.
10 ist eine perspektivische Ansicht eines herkömmlichen Käfigsegments.
11 ist eine Querschnittsansicht in einem Fall, wo ein Teil eines Schrägrollenlagers, das das in 10 gezeigte Käfigsegment enthält, durch eine Ebene senkrecht zu einer Rollachse des Lagers geschnitten ist.
12 ist eine schematische Querschnittsansicht in einem Fall, wo das Schrägrollenlager, das das in 10 gezeigte Käfigsegment enthält, durch eine Ebene senkrecht zu der Rollachse des Lagers geschnitten ist.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben. 2 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Käfigsegment 11a zeigt, das sich in einem Schrägrollenlager gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung befindet. 3 ist eine Querschnittsansicht in einem Fall, wo das in 2 gezeigte Käfigsegment 11a durch eine Ebene geschnitten ist, die durch eine Linie III-III in 2 und senkrecht zu einer Drehachse des Lagers verläuft. 4 ist eine Querschnittsansicht in einem Fall, wo das in 2 gezeigte Käfigsegment 11a durch eine Ebene geschnitten ist, die durch die Mitte eines Steges 14a und senkrecht zu einer Umfangsrichtung verläuft. Zum besseren Verständnis der Darstellung sind mehrere Schrägrollen 12a, 12b und 12c, die durch das Käfigsegment 11a gehalten werden, in den 3 und 4 durch gepunktete Linien gezeigt. Darüber hinaus ist ein TKD 22 durch eine Strich-Punkt-Strich-Linie gezeigt. Dieses Käfigsegment 11a findet größtenteils in einem großen Rollenlager Anwendung, bei dem der Außendurchmesser eines Außenrings mindestens 1000 mm beträgt und ein Innendurchmesser eines Innenrings mindestens 750 mm beträgt.
Zuerst wird das Käfigsegment 11a des Schrägrollenlagers anhand der 2 bis 4 beschrieben. Das Käfigsegment 11a wird gebildet, indem ein ringförmiger Käfig durch eine Teilungslinie, die sich entlang der Drehachse des Lagers erstreckt, so geteilt wird, dass mindestens eine Aufnahmeöffnung zum Aufnehmen der Rolle entsteht. Das Käfigsegment 11a enthält vier Stege 14a, 14b, 14c und 14d, die sich entlang der Drehachse des Lagers erstrecken, und ein Paar Verbindungsteile 15a und 15b, die an beiden axialen Enden positioniert sind und sich so in der Umfangsrichtung erstrecken, dass die vier Stege 14a bis 14d so verbunden werden, dass Aufnahmeöffnungen 13a, 13b und 13c zum Aufnehmen der Schrägrollen 12a, 12b und 12c gebildet werden. Hier ist das Käfigsegment 11a so konfiguriert, dass die Stege 14a und 14d an umfänglich äußeren Enden positioniert sind.
Das Paar Verbindungsteile 15a und 15b hat einen vorgegebenen Umfangskrümmungsradius, dergestalt, dass die mehreren Käfigsegmente 11a umfänglich verbunden sind, um den ringförmigen Käfig zu bilden, nachdem sie in das Schrägrollenlager eingesetzt wurden. Von dem Paar Verbindungsteile 15a und 15b ist der Krümmungsradius des Verbindungsteils 15a, das auf der Seite mit kleinem Durchmesser der Schrägrollen 12a bis 12c positioniert ist, auf einen kleinen Wert eingestellt als der Krümmungsradius des Verbindungsteils 15b, das auf der Seite mit großem Durchmesser der Schrägrollen 12a bis 12c positioniert ist.
Bezüglich der Stege 14a und 14b, die auf umfänglich beiden Seiten der Aufnahmeöffnung 13a positioniert sind, und der Stege 14c und 14d, die auf umfänglich beiden Seiten der Aufnahmeöffnung 13c positioniert sind, sind innendurchmesserseitige Führungssperren 17a, 17b, 17c und 17d auf der Innendurchmesserseite der Seitenwandflächen der Stege 14a bis 14d angeordnet, um die Bewegung des Käfigsegments 11a in Richtung der radialen Außenseite zu regeln. Die Führungssperren 17a bis 17d stehen mit den Schrägrollen 12a und 12c in Kontakt, die in den Aufnahmeöffnungen 13a und 13c auf der Innendurchmesserseite aufgenommen sind. Bezüglich der Stege 14b und 14c, die auf umfänglich beiden Seiten der Aufnahmeöffnung 13b positioniert sind, sind außendurchmesserseitige Führungssperren 18b und 18c auf der Außendurchmesserseite der Seitenwandflächen der Stege 14b und 14c angeordnet, um die Bewegung des Käfigsegments 11a in Richtung der radialen Innenseite zu regeln. Die Führungssperren 18b und 18c stehen mit der Schrägrolle 12b in Kontakt, die in der Aufnahmeöffnung 13b auf der Außendurchmesserseite aufgenommen ist. Die jeweiligen Führungssperren 17a bis 17d, 18b und 18c haben Formen, die in Richtung der jeweiligen Aufnahmeöffnungen 13a bis 13c hervorstehen. Darüber hinaus haben in dem in 3 gezeigten Querschnitt die jeweiligen Führungssperren 17a bis 17d, 18b und 18c Führungsflächen, die einen solchen kreisförmigen Querschnitt aufweisen, dass sie den Rollflächen der jeweiligen Schrägrollen 12a bis 12c folgen. Weil also die Führungssperren 17a bis 17d, 18b und 18c auf der Innendurchmesserseite und der Außendurchmesserseite angeordnet sind, wird das Käfigsegment 11a durch die Rollen geführt, die mit den Führungsflächen der Führungssperren 17a bis 17d, 18b und 18c in Kontakt stehen. Darüber hinaus sind Endflächen 21a und 21b, die auf den umfänglich äußeren Seiten der Stege 14a und 14d positioniert sind, flach.
Weil mehrere Käfigsegmente 11a in dem einen Schrägrollenlager benötigt werden, muss darüber hinaus ihre Produktivität hoch sein. Darum können in dieser Konfiguration gleich geformte Käfigsegmente in großen Stückzahlen durch ein Verfahren wie zum Beispiel Spritzgießen hergestellt werden.
Weil darüber hinaus das Käfigsegment 11a aus einem Harz besteht, das ein Füllmaterial enthält, um den linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten zu verkleinern, ist der Unterschied der linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem Käfigsegment und den Einzelteilen des Lagers, wie zum Beispiel dem Außenring in dem Schrägrollenlager, klein, wodurch eine Veränderung der Umfangslänge des Spiels infolge einer Temperaturänderung reduziert wird.
Darüber hinaus enthält das Harz mindestens eines aus folgender Gruppe: Polyamid (PA), Polyacetal (POM), Polybutylen-Terephthalat (PBT), Polyethylen-Terephthalat (PET), syndiotaktisches Polystyrol (SPS), Polyphenylensulfid (PPS), Polyether-Ether-Keton (PEEK), Flüssigkristallpolymer (LCP), Fluorharz, Polyethernitril (PEN), Polycarbonat (PC), modifiziertes Polyphenylenether (PPO), Polysulfon (PES), Polyethersulfon (PES), Polyarylat (PAR), Polyamidimid (PAI), Polyetherimid (PEI) und thermoplastisches Polyimid (PI). Wenn das oben angesprochene Harz das Füllmaterial in zweckmäßigen Mengen enthält, so kann sein linearer Wärmeausdehnungskoeffizient in den oben genannten Bereich hinein verkleinert werden. Darüber hinaus können mehrere Arten der oben angesprochenen Harze kombiniert werden.
Hier ist das Harz bevorzugt PEEK. Der lineare Wärmeausdehnungskoeffizient von PEEK selbst beträgt etwa 4,7 × 10^–5/°C, und der lineare Wärmeausdehnungskoeffizient ist kleiner als der der anderen Harze, so dass der lineare Wärmeausdehnungskoeffizient des Harzes, das das Füllmaterial enthält, auf einfache Weise verkleinert werden kann.
Darüber hinaus enthält das Füllmaterial mindestens eines aus folgender Gruppe: Kohlefaser, Glasfaser, Graphit, Ruß, Aluminiumpulver, Eisenpulver und Molybdändisulfid. Da das oben angesprochene Füllmaterial eine hohe Affinität mit dem Harz hat, kann es effizient den linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten verkleinern. Darüber hinaus können die mehreren Arten der oben angesprochenen Füllmaterialien kombiniert werden.
Hier enthält das Füllmaterial bevorzugt Kohlefaser und/oder Glasfaser. Wenn das Füllmaterial die Fasern enthält, so kann es effizient den linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten verkleinern.
Darüber hinaus liegt der lineare Wärmeausdehnungskoeffizient des Harzes bevorzugt im Bereich von 1,3 × 10^–5/°C bis 1,7 × 10^–5/°C. Die Einzelteile des Lagers, wie zum Beispiel der Außenring in dem Lager, bestehen im Allgemeinen aus Stahl, wie zum Beispiel einsatzgehärtetem Stahl. Der lineare Wärmeausdehnungskoeffizient von Stahl beträgt etwa 1,12 × 10^–5/°C. Das heißt, wenn der lineare Wärmeausdehnungskoeffizient des Harzes auf den oben genannten Bereich eingestellt wird, so ist der Unterschied der linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem Harz und den Lagerkomponenten, wie zum Beispiel dem Außenring, während des tatsächlichen Betriebes zulässig.
Darüber hinaus liegt die Füllrate des Füllmaterials in dem Harz bevorzugt im Bereich von 20 Gewichts-% bis 40 Gewichts-%. In diesem Fall wird ein weiterer Defekt, der durch den Füllmaterialgehalt verursacht wird, wie zum Beispiel Festigkeitsverlust infolge eines zu hohen Füllmaterialgehalts, vermieden, und der lineare Wärmeausdehnungskoeffizient des Harzes kann beträchtlich verkleinert werden.
Genauer gesagt, ist es bevorzugt, dass das aus PEEK hergestellte Käfigsegment 11a 30 Gewichts-% Kohlefaser als das Füllmaterial enthält und einen linearen Ausdehnungskoeffizienten von 1,5 × 10^–5/°C hat. In diesem Fall hat das Käfigsegment 11a einen extrem hohen Unterschied beim linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten gegenüber einem aus PEEK hergestellten Käfigsegment, dessen linearer Wärmeausdehnungskoeffizient 4,7 × 10^–5/°C beträgt, und einem aus PPS hergestellten Käfigsegment, dessen linearer Wärmeausdehnungskoeffizient 5,0 × 10^–5/°C beträgt.
Hier ist unter den oben angesprochenen Käfigsegmenten 11a das Käfigsegment 11a mit einer anderen Umfangslänge in dem Schrägrollenlager enthalten. Das heißt, die Käfigsegmente 11a in dem Schrägrollenlager enthalten mindestens ein erstes Käfigsegment mit einer ersten Umfangslänge und ein zweites Käfigsegment mit einer zweiten Umfangslänge. Hier meint die Umfangslänge eine Umfangslänge eines Kreises, der durch die Mitte des Käfigsegments 11a verläuft, oder einen Abschnitt, der in 3 mit L bezeichnet ist. Genauer gesagt, beträgt die erste Umfangslänge 100 mm, und die zweite Umfangslänge beträgt 101 mm. Das heißt, das Schrägrollenlager, das im Folgenden beschrieben wird, enthält mindestens das erste Käfigsegment mit der Umfangslänge von 100 mm und mindestens das zweite Käfigsegment mit der Umfangslänge von 101 mm.
Die Umfangslänge des Käfigsegments 11a wird so justiert, dass zum Beispiel die Dicken der Stege 14a und 14d, die auf den umfänglich äußeren Seiten positioniert sind, verringert werden. Genauer gesagt, wird das Käfigsegment 11a mit der anderen Umfangslänge so hergestellt, dass Formwerkzeuge mit verschiedenen Umfangslängen für die Stege 14a und 14d beim Formen des Käfigsegments 11a verwendet werden, oder die Endflächen 21a und 21b der Stege 14a und 14d auf den umfänglich äußeren Seiten werden beschnitten. Hier wird das Käfigsegment 11a mit der anderen Umfangslänge in einer solchen Weise hergestellt, dass Umfangsabmessungen der Stege 14a und 14d, die auf den umfänglich äußeren Seiten positioniert sind, justiert werden, währen die Anzahl der Aufnahmeöffnungen 13a bis 13c und die Anzahl der Stege 14a bis 14d in jedem Käfigsegment 11a gleich sind.
Als nächstes wird eine Konfiguration des Schrägrollenlagers, das das Käfigsegment 11a enthält, beschrieben. 5 ist eine schematische Querschnittsansicht, die ein Schrägrollenlager 31 zeigt, das die mehreren Käfigsegmente 11a, 11b, 11c und 11d aufweist, die in der Umfangsrichtung angeordnet sind und aus einer axialen Richtung betrachtet werden. Des Weiteren ist 6 eine vergrößerte Querschnittsansicht, die einen Teil VI in 5 zeigt. Da die Käfigsegmente 11b, 11c und 11d die gleiche Konfiguration wie das Käfigsegment 11a, mit Ausnahme der Umfangslängen, haben, wird auf ihre Beschreibung verzichtet. Hier enthalten die Käfigsegmente 11a bis 11d je nach einem Umfangsspiel dasjenige mit der anderen Umfangslänge, wie im Folgenden beschrieben wird. Darüber hinaus ist in 5 die Schrägrolle, die in dem Käfigsegment 11a gehalten wird, weggelassen. Hier wird, unter den Käfigsegmenten 11a bis 11d, angenommen, dass das Käfigsegment, das als erstes angeordnet ist, das Käfigsegment 11a ist und das Käfigsegment, das als letztes angeordnet ist, das Käfigsegment 11d ist.
Wie in den 5 und 6 zu sehen, enthält das Schrägrollenlager 31 einen Außenring 32, einen Innenring 33, mehrere Schrägrollen 34 und die mehreren Käfigsegmente 11a bis 11d. Hier wird angenommen, dass eine Außendurchmesserabmessung des Außenrings 32 2500 mm beträgt und eine Innendurchmesserabmessung des Innenrings 33 2000 mm beträgt. Die Käfigsegmente 11a bis 11d sind so angeordnet, dass sie in der Umfangsrichtung kontinuierlich ohne Zwischenräume aufeinander ausgerichtet sind. Genauer gesagt, ist das Käfigsegment 11a als erstes angeordnet, und dann ist das Käfigsegment 11b so angeordnet, dass es an dem Käfigsegment 11a anliegt, das heißt dergestalt, dass die Endfläche 21a des Käfigsegments 11a an einer Endfläche 21c des Käfigsegments 11b anliegt. Dann ist das Käfigsegment 11c so angeordnet, dass es an dem Käfigsegment 11b anliegt, das heißt dergestalt, dass eine Endfläche 21d des Käfigsegments 11b an einer Endfläche 21e des Käfigsegments 11c anliegt. Somit sind die Käfigsegmente kontinuierlich angeordnet, und das Käfigsegment 11d ist als letztes angeordnet. Auf diese Weise sind die Käfigsegmente 11a bis 11d so angeordnet, dass sie in der Umfangsrichtung aufeinander ausgerichtet sind. In diesem Fall ist ein Umfangsspiel 39 zwischen dem ersten Käfigsegment 11a und dem letzten Käfigsegment 11d vorhanden.
Nun wird das Umfangsspiel zwischen dem ersten Käfigsegment 11a und dem letzten Käfigsegment 11d beschrieben. 1 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, die einen Teil I in 5 zeigt. Hier ist eine Umfangsabmessung R des Umfangsspiels 39 auf größer als 0,08% und kleiner als 0,10% des Umfangs eines Kreises, der durch die Mitten der Käfigsegmente 11a bis 11d verläuft, eingestellt.
Im Folgenden wird ein Verfahren zur Justierung des Umfangsspiels 39 zwischen den Käfigsegmenten 11a und 11d des Schrägrollenlagers 31 beschrieben. Hier wird angenommen, dass das eine Schrägrollenlager 31 zwanzig Käfigsegmente hat. Zuerst werden die mehreren ersten und zweiten Käfigsegmente, die die verschiedenen Umfangslängen aufweisen, hergestellt. Dann werden die zwanzig ersten Käfigsegmente mit der kürzesten Umfangslänge angeordnet. Dann wird das Umfangsspiel 39 gemessen. Wenn das Umfangsspiel 39 zu groß ist, das heißt, wenn der Umfangsbereich des Spiels 39 größer als 0,10% des Umfangs des Kreises ist, der durch die Mitten der Käfigsegmente 11a bis 11d verläuft, so werden die mehreren ersten Käfigsegmente durch die zweiten Käfigsegmente ersetzt, die die zweite Umfangslänge haben, die länger als die erste Umfangslänge ist. Das heißt, die Anzahl der Käfigsegmente mit der anderen Umfangslänge, die zu ersetzen sind, wird so justiert, dass der Umfangsbereich des Spiels 39 größer als 0,08% und kleiner als 0,10% sein kann. Somit wird das Umfangsspiel zwischen den Käfigsegmenten justiert. Wie oben beschrieben, werden die ersten Käfigsegmente, die die erste Umfangslänge haben, und die zweiten Käfigsegmente, die die zweite Umfangslänge haben, die sich von der ersten Umfangslänge unterscheidet, hergestellt, und mindestens das erste Käfigsegment und das zweite Käfigsegment werden kombiniert, um das Umfangsspiel zwischen den Käfigsegmenten zu justieren.
Gemäß dem oben angesprochenen Verfahren kann das Umfangsspiel 39 auf einfache Weise auf die vorgegebene Abmessung justiert werden, indem man die Käfigsegmente mit den verschiedenen Umfangslängen kombiniert. Somit kann das Umfangsspiel 39 auf einfache Weise auf einen kleinen Bereich justiert werden. Das heißt, das Umfangsspiel 39 kann auf einfache Weise justiert werden, indem man die verschiedenen Käfigsegmente mit den verschiedenen Umfangslängen kombiniert. Darum kann das Umfangsspiel 39 auf einfache Weise justiert werden.
Hier werden mindestens das erste Käfigsegment und das zweite Käfigsegment kombiniert, was bedeutet, dass zusätzlich zu dem ersten Käfigsegment, das die erste Umfangslänge hat, und dem zweiten Käfigsegment, das die zweite Umfangslänge hat, ein drittes Käfigsegment mit einer dritten Umfangslänge, die sich von der ersten und der zweiten Umfangslänge unterscheidet, kombiniert werden kann, und ein Käfigsegment mit einer Umfangslänge, die sich von den Umfangslängen der ersten, zweiten und dritten Käfigsegmente unterscheidet, kann ebenfalls kombiniert werden, um das Umfangsspiel 39 zu justieren.
7 ist ein Kurvendiagramm, die eine Beziehung zwischen dem Umfangsspiel 39 und einem Sicherheitsfaktor des Käfigs zeigt. Wie in den 1 bis 7 zu sehen, muss der Sicherheitsfaktor des aus den Käfigsegmenten 11a bis 11d zusammengesetzten Käfigs vom Standpunkt der Ermüdungsfestigkeit des Materials der Käfigsegmente 11a bis 11d und der in den Käfigsegmenten 11a bis 11d wirkenden mechanischen Beanspruchung mindestens 4,0 betragen. Wenn das Umfangsspiel 39 0,10% des Umfangs beträgt, so beträgt der Sicherheitsfaktor hier etwa 4,6, so dass der Sicherheitsfaktor mit Sicherheit mindestens 4,0 betragen kann, wenn das Umfangsspiel 39 auf weniger als 0,10% des Umfangs eingestellt wird. Somit kann ein Festigkeitsdefekt vermieden werden, der durch die Kollision zwischen den Käfigsegmenten 11a bis 11d verursacht wird.
Hier beträgt der lineare Ausdehnungskoeffizient Kb des Käfigsegments 11a etwa 1,5 × 10^–5/°C. Die Einzelteile des Lagers, wie zum Beispiel der Außenring, bestehen aus einsatzgehärtetem Stahl, und ihr linearer Ausdehnungskoeffizient Ka beträgt etwa 1,12 × 10^–5/°C. Somit wird der Unterschied beim Ausdehnungsbetrag durch die folgende Formel 1 ausgedrückt, bei der Δt einen Temperaturanstieg darstellt und δ den Unterschied beim Ausdehnungsbetrag zwischen den Elementen nach dem Temperaturanstieg darstellt.
[Formel 1]

δ = 2πr·(Kb – Ka)·Δt

In diesem Fall beträgt selbst dann, wenn nur das Käfigsegment 11a auf 50°C ansteigt, die Differenz δ beim Ausdehnungsbetrag 0,08%. Darüber hinaus beträgt selbst dann, wenn das Schrägrollenlager so erwärmt wird, dass Δt = 100°C bei einer Schrumpfpassung, die Differenz δ beim Ausdehnungsbetrag 0,035%. Das heißt, wenn das Umfangsspiel auf einen größeren Wert als 0,08% eingestellt wird, so ist die Differenz bei der Wärmeausdehnung zwischen den Lagerkomponenten, wie zum Beispiel dem Außenring 32 oder dem Innenring 33 und den Käfigsegmenten 11a bis 11d, während des tatsächlichen Betriebes zulässig. Somit wird verhindert, dass das Umfangsspiel 39 negativ wird, und es kann vermieden werden, dass sich die Käfigsegmente 11a bis 11d gegenseitig schieben. Infolge dessen kann vermieden werden, dass die Käfigsegmente 11a bis 11d infolge eines Schiebedrucks verformt werden.
Wie oben beschrieben, wird das zwischen den Käfigsegmenten erzeugte Umfangsspiel justiert, indem man mindestens die ersten Käfigsegmente, die die erste Umfangslänge haben, und die zweiten Käfigsegmente, die die zweite Umfangslänge haben, die sich von der ersten Umfangslänge unterscheidet, so kombiniert, dass das Umfangsspiel auf einfache Weise verkleinert werden kann. Somit wird das Umfangsspiel zwischen den Käfigsegmenten auf den oben genannten Bereich eingestellt, indem man mindestens die ersten Käfigsegmente, die die erste Umfangslänge haben, und die zweiten Käfigsegmente, die die zweite Umfangslänge haben, die sich von der ersten Umfangslänge unterscheidet, kombiniert, wodurch ein Festigkeitsdefekt, der durch die Kollision zwischen den Käfigsegmenten verursacht wird, und eine Verformung der Käfigsegmente 11a bis 11d infolge eines umfänglichen Schiebens vermieden werden. Darum kann eine Funktionsverschlechterung in dem Rollenlager, das die oben beschriebenen Käfigsegmente aufweist, auf einfache Weise verhindert werden.
In diesem Fall kann – wenn die Käfigsegmente 11a bis 11d aus dem Harz hergestellt werden, das das Füllmaterial enthält, um den linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten zu verkleinern, und das Umfangsspiel 39 zwischen den Käfigsegmenten 11a und 11d auf den oben genannten Bereich eingestellt wird – die Differenz der linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem Käfigsegment und den Einzelteilen des Lagers, wie zum Beispiel dem Außenring 32 in dem Schrägrollenlager 31, gering sein, wodurch eine Veränderung des Umfangsspiels infolge einer Temperaturänderung reduziert wird.
Darüber hinaus wird der lineare Wärmeausdehnungskoeffizient der Käfigsegmente 11a bis 11d bevorzugt auf den gleichen Wert eingestellt wie der lineare Wärmeausdehnungskoeffizient des Außenrings 32 und/oder des Innenrings 33. Somit kann die Differenz der linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen den Käfigsegmenten 11a bis 11d und den Einzelteilen des Lagers, wie zum Beispiel dem Außenring 32 in dem Schrägrollenlager 31, gering sein, wodurch die Veränderung des Umfangsspiels 39 infolge einer Temperaturänderung reduziert wird. Somit kann das Umfangsspiel 39 zwischen den Käfigsegmenten 11a und 11d auf den oben angegebenen Bereich beschränkt werden. Darum kann eine Funktionsverschlechterung in dem Rollenlager, das die oben beschriebenen Käfigsegmente aufweist, auf einfache Weise verhindert werden.
8 und 9 zeigen ein Beispiel einer Hauptwellen-Stützkonstruktion eines Windkraftgenerators, bei der das Schrägrollenlager gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung als ein Hauptwellenstützlager 75 verwendet wird. Ein Gehäuse 73 einer Gondel 72 zum Stützen eines Hauptteils der Hauptwellen-Stützkonstruktion ist in einer hohen Position über einem Stützteller 70 angeordnet, so dass es sich horizontal drehen kann, wobei zwischen beiden ein Schwenkbasislager 71 angeordnet ist. Eine Hauptwelle 76 ist an einem Ende mit einem Windrad 77 zum Aufnehmen von Windkraft verbunden und wird drehbar durch das Hauptwellenstützlager 75 gestützt, das in einem Lagergehäuse 74 in dem Gehäuse 73 der Gondel 72 untergebracht ist. Das andere Ende der Hauptwelle 76 ist mit einem drehzahlerhöhenden Getriebe 78 verbunden, und eine Abtriebswelle des drehzahlerhöhenden Getriebes 78 ist mit einer Rotorwelle eines Stromgenerators 79 gekoppelt. Die Gondel 72 wird durch einen Verstellmotor 80 über ein drehzahlreduzierendes Getriebe 81 in einem bestimmten Winkel gedreht.
Das in dem Lagergehäuse 74 untergebrachte Hauptwellenstützlager 75 ist das Schrägrollenlager gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und hat den Außenring, den Innenring, die mehreren Schrägrollen, die zwischen dem Außenring und dem Innenring angeordnet sind, und die Aufnahmeöffnungen zum Aufnehmen der Schrägrollen, und es enthält die mehreren Käfigsegmente, die so angeordnet sind, dass sie kontinuierlich zwischen dem Außenring und dem Innenring in der Umfangsrichtung aufeinander ausgerichtet sind. Die mehreren Käfigsegmente enthalten mindestens das erste Käfigsegment, das die erste Umfangslänge hat, und das zweite Käfigsegment, das die zweite Umfangslänge hat, die sich von der ersten Umfangslänge unterscheidet. Nachdem die Käfigsegmente in der Umfangsrichtung ohne Zwischenräume angeordnet wurden, ist das Umfangsspiel zwischen dem Käfigsegment, das als erstes angeordnet ist, und dem Käfigsegment, das als letztes angeordnet ist, vorhanden. Hier ist der Umfangsbereich des Spiels bei Raumtemperatur größer als 0,08% und kleiner als 0,10% des Umfangs des Kreises, der durch die Mitte des Käfigsegments verläuft.
Da das Hauptwellenstützlager 75 die Hauptwelle stützt, die an einem Ende mit dem Windrad 77 verbunden ist, das eine große Windkraft aufnimmt, muss hohe Momentlasten, Axiallasten und Radiallasten aufnehmen. Wenn die Schrägrolle als die Rolle verwendet wird, so können hier diese hohen Momentlasten aufgenommen werden.
Weil darüber hinaus die Hauptwellen-Stützkonstruktion des Windkraftgenerators das Schrägrollenlager enthält, bei dem eine Funktionsverschlechterung auf einfache Weise verhindert werden kann, kann eine Funktionsverschlechterung der Hauptwellen-Stützkonstruktion des Windkraftgenerators selbst auf einfache Weise verhindert werden.
Obgleich in der oben angesprochenen Ausführungsform der Umfangsbereich des Spiels so eingestellt ist, dass er bei Raumtemperatur größer als 0,08% und kleiner als 0,10% des Umfangs des Kreises ist, der durch die Mitte des Käfigsegments verläuft, kann des Weiteren sein oberer Grenzwert kleiner sein; das heißt, er kann kleiner als 0,10% sein. In diesem Fall kann eine Verformung, die durch die Kollision verursacht wird, zusätzlich vermieden werden.
Darüber hinaus kann, wie oben beschrieben, das Schrägrollenlager das Käfigsegment mit der dritten Umfangslänge, die sich von der ersten und der zweiten Umfangslänge unterscheidet, enthalten. Genauer gesagt, beträgt die dritte Umfangslänge 102 mm. Das heißt, das Schrägrollenlager kann die mehreren Käfigsegmente enthalten, welche die ersten, zweiten und dritten Umfangslängen aufweisen. Darüber hinaus kann es des Weiteren ein Käfigsegment mit einer anderen Umfangslänge enthalten.
Darüber hinaus besteht das Käfigsegment in der oben angesprochenen Ausführungsform zwar aus dem Harz, aber die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt. Sie kann ebenso auf ein Käfigsegment aus Eisen angewendet werden.
Des Weiteren kann das oben besprochene Schrägrollenlager als eine Drehwellenstützkonstruktion einer Tunnelbohrmaschine verwendet werden. Das heißt, die Drehwellenstützkonstruktion der Tunnelbohrmaschine enthält einen Schneidkopf, der mit einer Schneidvorrichtung zum Bohren in Erdreich und Sand versehen ist, eine Drehwelle, die an einem Ende mit dem Schneidkopf versehen ist und sich zusammen mit dem Schneidkopf dreht, und ein doppelreihiges Schrägrollenlager, das in einem festen Element aufgenommen ist, um die Drehwelle drehbar zu stützen. Das doppelreihige Schrägrollenlager hat einen Außenring, einen Innenring, mehrere Schrägrollen, die zwischen dem Außenring und dem Innenring angeordnet sind, und Aufnahmeöffnungen zum Aufnehmen der Schrägrollen und enthält mehrere Käfigsegmente, die so angeordnet sind, dass sie kontinuierlich in der Umfangsrichtung zwischen dem Außenring und dem Innenring aufeinander ausgerichtet sind. Die Käfigsegmente enthalten mindestens ein erstes Käfigsegment mit einer ersten Umfangslänge und ein zweites Käfigsegment mit einer zweiten Umfangslänge, die sich von der ersten Umfangslänge unterscheidet. Nachdem die Käfigsegmente in der Umfangsrichtung ohne Zwischenräume angeordnet wurden, ist ein Umfangsspiel zwischen dem Käfigsegment, das als erstes angeordnet ist, und dem Käfigsegment, das als letztes angeordnet ist, vorhanden. Hier ist bei Raumtemperatur ein Umfangsbereich des Spiels größer als 0,08% und kleiner als 0,10% des Umfangs eines Kreises, der durch die Mitte des Käfigsegments verläuft.
Auch in dieser Konfiguration kann eine Funktionsverschlechterung in der Drehwellenstützkonstruktion der Tunnelbohrmaschine auf einfache Weise verhindert werden. In diesem Fall kann eine Dichtung angeordnet werden, um das Eindringen von Fremdkörpern in das Lager zu verhindern.
Darüber hinaus wird in der oben angesprochenen Ausführungsform zwar eine Schrägrolle als die in dem Käfigsegment aufgenommene Rolle verwendet, doch die Rolle ist nicht darauf beschränkt. Es können auch eine Zylinderrolle, eine Nadelrolle oder eine Stabrolle verwendet werden.
Des Weiteren ist in der oben angesprochenen Ausführungsform zwar die Außendurchmesserabmessung des Außenrings mit 2500 mm und die Innendurchmesserabmessung des Innenrings mit 2000 mm angegeben, doch die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt und kann auch auf sehr große Rollenlager angewendet werden, bei denen die Außendurchmesserabmessung eines Außenrings mindestens 1000 mm und die Innendurchmesserabmessung eines Innenrings mindestens 750 mm beträgt. Darüber hinaus kann ein sehr großes Rollenlager, das für den oben angesprochenen Verwendungszweck genutzt wird, eines sein, das einen Außenring mit einer Außendurchmesserabmessung von maximal 5000 mm und einen Innenring mit einer Innendurchmesserabmessung von maximal 4500 mm aufweist.
Obgleich die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung oben anhand der Zeichnungen beschrieben wurden, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die oben veranschaulichten Ausführungsformen beschränkt. Verschiedene Arten von Modifizierungen und Varianten können den veranschaulichten Ausführungsformen hinzugefügt werden, ohne den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Das Rollenlager gemäß der vorliegenden Erfindung wird nutzbringend auf eine Hauptwellen-Stützkonstruktion eines Windkraftgenerators angewendet, wenn eine Funktionsverschlechterung vermieden werden muss.
Darüber hinaus kann die Hauptwellen-Stützkonstruktion des Windkraftgenerators gemäß der vorliegenden Erfindung nutzbringend verwendet werden, wenn eine Funktionsverschlechterung vermieden werden muss.
Darüber hinaus kann das Verfahren zur Justierung des Umfangsspiels zwischen den Käfigsegmenten nutzbringend verwendet werden, wenn ein Umfangsspiel auf einfache Weise justiert werden muss.
LEGENDE ZU DEN BEZUGSZEICHEN

11A, 11B, 11C, 11D KÄFIGSEGMENT, 12A, 12B, 12C, 34 SCHRÄGROLLE, 13A, 13B, 13C AUFNAHMEÖFFNUNG, 14A, 14B, 14C, 14D STEGE, 15A, 15B VERBINDUNGSTEIL, 17A, 17B, 17C, 17D, 18B, 18C FÜHRUNGSSPERRE, 21A, 21B, 21C, 21D, 21E, 21F ENDFLÄCHE, 22 TKD, 31 SCHRÄGROLLENLAGER, 32 AUßENRING, 33 INNENRING, 39 SPIEL, 70 STÜTZTELLER, 71 SCHWENKBASISLAGER, 72 GONDEL, 73 GEHÄUSE, 74 LAGERGEHÄUSE, 75 HAUPTWELLENSTÜTZLAGER, 76 HAUPTWELLE, 77 WINDRAD, 78 DREHZAHLERHÖHENDES GETRIEBE, 79 STROMGENERATOR, 80 VERSTELLMOTOR, 81 DREHZAHLREDUZIERENDES GETRIEBE

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1408248 A2 [0004, 0005]

Claims

Rollenlager, das einen Außenring, einen Innenring, mehrere Rollen, die zwischen dem Außenring und dem Innenring angeordnet sind, und Aufnahmeöffnungen zum Aufnehmen der Rollen umfasst und mehrere Käfigsegmente enthält, die so angeordnet sind, dass sie kontinuierlich in einer Umfangsrichtung zwischen dem Außenring und dem Innenring aufeinander ausgerichtet sind, wobei die mehreren Käfigsegmente mindestens ein erstes Käfigsegment mit einer ersten Umfangslänge und ein zweites Käfigsegment mit einer zweiten Umfangslänge, die sich von der ersten Umfangslänge unterscheidet, enthalten, ein Umfangsspiel zwischen dem Käfigsegment, das als erstes angeordnet ist, und dem Käfigsegment, das als letztes angeordnet ist, vorhanden ist, nachdem die mehreren Käfigsegmente in der Umfangsrichtung ohne Zwischenräume angeordnet wurden, und ein Umfangsbereich des Spiels bei Raumtemperatur größer als 0,08% und kleiner als 0,10% des Umfangs eines Kreises ist, der durch eine Mitte des Käfigsegments verläuft.
Rollenlager nach Anspruch 1, wobei das Käfigsegment aus einem Harz besteht.
Rollenlager nach Anspruch 2, wobei das Harz Polyether-Ether-Keton ist.
Rollenlager nach Anspruch 2, wobei das Harz ein Füllmaterial enthält, um den linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten zu verkleinern.
Rollenlager nach Anspruch 4, wobei das Füllmaterial Kohlefaser und/oder Glasfaser enthält.
Rollenlager nach Anspruch 2, wobei ein linearer Wärmeausdehnungskoeffizient des Harzes im Bereich von 1,3 × 10^–5/°C bis 1,7 × 10^–5/°C liegt.
Rollenlager nach Anspruch 1, wobei ein linearer Wärmeausdehnungskoeffizient des Käfigsegments gleich dem linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten des Außenrings und/oder des Innenrings ist.
Rollenlager nach Anspruch 4, wobei eine Füllrate des Füllmaterials in dem Harz im Bereich von 20 Gewichts-% bis 40 Gewichts-% liegt.
Rollenlager nach Anspruch 1, wobei die Rolle eine Schrägrolle ist.
Hauptwellen-Stützkonstruktion eines Windkraftgenerators, die Folgendes umfasst: ein Windrad zum Aufnehmen von Windkraft; eine Hauptwelle, die mit einem Ende an dem Windrad befestigt ist und sich zusammen mit dem Windrad dreht, und ein Rollenlager, das in einem festen Element angeordnet ist, um die Hauptwelle drehbar zu stützen, wobei das Rollenlager einen Außenring, einen Innenring, mehrere Rollen, die zwischen dem Außenring und dem Innenring angeordnet sind, und Aufnahmeöffnungen zum Aufnehmen der Rollen umfasst und mehrere Käfigsegmente enthält, die so angeordnet sind, dass sie kontinuierlich in einer Umfangsrichtung zwischen dem Außenring und dem Innenring aufeinander ausgerichtet sind, die mehreren Käfigsegmente mindestens ein erstes Käfigsegment mit einer ersten Umfangslänge und ein zweites Käfigsegment mit einer zweiten Umfangslänge, die sich von der ersten Umfangslänge unterscheidet, enthalten, ein Umfangsspiel zwischen dem Käfigsegment, das als erstes angeordnet ist, und dem Käfigsegment, das als letztes angeordnet ist, vorhanden ist, nachdem die mehreren Käfigsegmente in der Umfangsrichtung ohne Zwischenräume angeordnet wurden, und ein Umfangsbereich des Spiels bei Raumtemperatur größer als 0,08% und kleiner als 0,10% des Umfangs eines Kreises ist, der durch eine Mitte des Käfigsegments verläuft.
Verfahren zur Justierung eines Umfangsspiels zwischen Käfigsegmenten eines Rollenlagers, das einen Außenring, einen Innenring, mehrere Rollen, die zwischen dem Außenring und dem Innenring angeordnet sind, und Aufnahmeöffnungen zum Aufnehmen der Rollen umfasst und mehrere Käfigsegmente enthält, die so angeordnet sind, dass sie kontinuierlich in einer Umfangsrichtung zwischen dem Außenring und dem Innenring aufeinander ausgerichtet sind, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: einen Schritt des Herstellens eines ersten Käfigsegments mit einer ersten Umfangslänge und eines zweites Käfigsegments mit einer zweiten Umfangslänge, die sich von der ersten Umfangslänge unterscheidet; und einen Schritt des Kombinierens mindestens des ersten Käfigsegments und des zweiten Käfigsegments zum Justieren des Umfangsspiels zwischen den Käfigsegmenten.