DE20306899U1

DE20306899U1 - Wälzlager mit wenigstens einem segmentierten Lagerring

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Publication number: DE20306899U1
Application number: DE20306899U
Authority: DE
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2003-05-05
Filing date: 2003-05-05
Publication date: 2004-09-09
Anticipated expiration: 2013-05-06

Abstract

Wälzlager mit wenigstens einem Lagerring (3), der aus mehreren Segmenten (4) zusammengesetzt ist, die in Umfangsrichtung an ihren Endflächen (17) aneinandergereiht sind, und mit Wälzkörpern (5), die auf dem Lagerring (3) abrollen, wobei in wenigstens einem axialen Endbereich des Lagerrings (3) ein entsprechend dem Lagerring (3) segmentierter Flansch (8) ausgebildet ist, der eine Anlauffläche (9) für die Stirnflächen (7) der Wälzkörper (5) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlauffläche (9) des Flansches (8) bei jedem Segment in der Nähe der Endflächen (17) jeweils die Form eines Übergangsprofils (18) annimmt, gemäß dem sich die Anlauffläche (9) jeweils mit Annäherung an die Endflächen (17) der Segmente (4) zunehmend von den Stirnflächen (7) der Wälzkörper (5) entfernt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Wälzlager mit wenigstens einem Lagerring, der aus mehreren Segmenten zusammengesetzt ist, die in Umfangsrichtung an ihren Endflächen aneinander gereiht sind.
Derartige Wälzlager werden beispielsweise eingesetzt, wenn die Lagerstelle sehr schwer zugänglich ist und daher ein geschlossener Lagerring nicht montiert werden kann oder wenn die Lagerabmessungen so groß sind, dass ein Handling der vollständigen Lagerringe kaum noch möglich ist. Letzteres trifft beispielsweise auf die Lager von Windenergieanlagen zu, die typischerweise einen Durchmesser von einigen Metern besitzen können. Häufig werden Wälzlager mit segmentierten Lagerringen auch dann eingesetzt, wenn für einen Austausch eines einteilig ausgebildeten Lagerrings umfangreiche Demontagearbeiten erforderlich wären.
Ein Wälzlager mit wenigstens einem segmentierten Lagerring ist beispielsweise aus der DE 201 16 649 U bekannt. Dort ist als ein Ausführungsbeispiel ein zweireihiges Kegelrollenlager offenbart, das einen Außenring und zwei axial neben einander angeordnete Innenringe aufweist. Alle Lagerringe bestehen aus jeweils vier Segmenten, die jeweils einen Umfangsabschnitt von 90 Grad bilden.
Die Vorteile, die ein segmentierter Lagerring bei der Montage und Demontage bietet, werden durch eine Beeinträchtigung der Laufbahn erkauft, auf denen die Wälzkörper abrollen. Im Gegensatz zu einem einteiligen Lagerring ist diese Laufbahn nicht endlos ausgebildet, sondern weist in den Übergangsbereichen zweier benachbarter Segmente jeweils eine Trennstelle auf, durch die das Abwälzverhalten der Wälzkörper in der Regel nachteilig beeinflusst wird. In diesem Zusammenhang ist es bereits bekannt, die Laufbahn im Übergangsbereich zu modifizieren.
So offenbart die DE 363 532 C ein Rollen- oder Kugellager, bei dem die Rollen bzw. Kugeln an einer oder mehreren Fugen oder andern Kanten der Laufbahn vorüber laufen. Um eine übermäßig starke Beanspruchung des Lagerrings durch die Kugeln bzw. Rollen im Bereich der Fugen oder Kanten zu vermeiden, wird die Laufbahn in diesem Bereich vertieft ausgebildet, so dass die Kugeln bzw. Rollen entlastet werden. Dadurch sollen sowohl Beschädigungen des Lagerrings als auch Beschädigungen der Kugeln bzw. Rollen vermieden werden.
Weiterhin ist es aus der DE 71 25 850 U bekannt, bei einem gesprengten Außenring eines Wälzlagers in der Lauffläche des Außenrings beiderseits der Spreng- oder Trennfuge eine Quernut vorzusehen. Dadurch soll verhindert werden, dass die Wälzkörper mit der durch die Sprengfuge gebildete Kanten in Berührung kommen.
Die DE 39 20 689 A1 offenbart ein Wälzlager, bei dem zwischen dem Innenring und den Wälzkörpern ein an einer V-förmigen Stoßstelle offener Ring eingelegt ist. Die den Wälzkörpern zugewandten Seite des Ringes weist an den Stoßstellen Abschrägungen auf, um ein Anlaufen der Wälzkörper zu verhindern.
Bei einigen Anwendungen lässt sich mit den bekannten Maßnahmen bereits ein zufriedenstellender Kompromiss zwischen den durch die Segmentierung erlangten Montagevorteilen und den durch die Beeinträchtigung der Laufbahn auftretenden Nachteilen erzielen. Bei einer Reihe von Anwendungen ist die mit segmentierten Wälzlagern bekannter Bauart erzielbare Lebensdauer allerdings nicht ausreichend.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Wälzlager mit wenigstens einem Lagerring, der aus mehreren Segmenten zusammengesetzt ist, so auszubilden, dass sich eine möglichst lange Lebensdauer erreichen lasst.
Diese Aufgabe wird durch ein Wälzlager mit der Merkmalskombination des Anspruchs 1 gelöst.
Das erfindungsgemäße Wälzlager weist wenigstens einen Lagerring auf, der aus mehreren Segmenten zusammengesetzt ist, die in Umfangsrichtung an ihren Endflächen aneinander gereiht sind. Weiterhin weist das erfindungsgemäße Wälzlager Wälzkörper auf, die auf dem Lagerring abrollen, wobei in wenigstens einem axialen Endbereich des Lagerrings ein entsprechend dem Lagerring segmentierter Flansch ausgebildet ist, der eine Anlauffläche für die Stirnflächen der Wälzkörper aufweist. Die Besonderheit des erfindungsgemäßen Wälzlagers besteht darin, dass die Anlauffläche des Flansches bei jedem Segment in der Nähe der Endflächen jeweils die Form eines Übergangsprofils annimmt, gemäß dem sich die Anlauffläche jeweils mit Annäherung an die Endflächen der Segmente zunehmend von den Stirnflächen der Wälzkörper entfernt.
Die Erfindung hat den Vorteil, dass die Wälzkörper auch in den Übergangsbereichen zwischen benachbarten Segmenten sehr schonend am Flansch anlaufen, so dass der Verschleiß und das Risiko einer Beschädigung in vertretbaren Grenzen gehalten werden können. Dadurch lässt sich die Lebensdauer verglichen mit einem herkömmlichen segmentierten Wälzlager erheblich erhöhen. Es hat sich nämlich gezeigt, dass dem Anlaufen der Wälzkörper am Flansch bei einem segmentierten Wälzlager im Hinblick auf die Lebensdauer des Wälzlagers eine große Bedeutung zukommt. Bislang wurde in dieser Hinsicht lediglich dem Abrollvorgang der Wälzkörper auf der Laufbahn Beachtung geschenkt.
Das Übergangsprofil der Anlauffläche kann jeweils abhängig von fertigungs- und/oder einbaubedingten Toleranzen für den Versatz der Anlauffläche zwischen benachbarten Segmenten vorgegeben werden. Dadurch kann das Übergangsprofil jeweils optimal für den jeweiligen Anwendungsfall ausgebildet werden. Insbesondere kann die Ausprägung des Übergangsprofils auf ein notwendiges Minimum reduziert werden und dadurch ein optimales Anlaufverhalten erzielt werden.
Vorzugsweise wird das Übergangsprofil so ausgebildet, dass es sich ausgehend von der Endfläche des Segments in Umfangsrichtung wenigstens über eine Entfernung von 0,2 mm erstreckt. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn sich das Übergangsprofil wenigstens bis in eine Tiefe von 0,05 mm erstreckt. Außerhalb dieser Mindestmaße ist es bei üblichen Anwendungen sehr schwierig, ein zufriedenstellendes Anlaufverhalten der Wälzkörper an den Flansch zu erreichen. Das Übergangsprofil weist in der Regel eine abgerundete Form auf, um den Übergang möglichst sanft zu gestalten.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Wälzkörper an ihren Stirnflächen, die an der Anlauffläche anlaufen, ballig ausgebildet. Dies trägt zu einer weiteren Verbesserung des Anlaufverhaltens insbesondere in den Übergangsbereichen zwischen benachbarten Segmenten bei.
Das erfindungsgemäße Wälzlager kann beispielsweise als Kegelrollenlager ausgebildet sein und eignet sich insbesondere zum Einsatz bei einer Windenergieanlage.
Die Erfindung wird nachstehend anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigen:
1 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Wälzlagers im eingebauten Zustand in Schnittdarstellung,
2 eine schematische Darstellung eines Ausschnitts aus dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel und
3 eine schematische Darstellung eines Ausschnitts eines Innenringsegments.
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Wälzlagers in Schnittdarstellung. Das Wälzlager ist als ein zweireihiges Kegelrollenlager 1 ausgebildet und weist einen Außenring 2 sowie zwei Innenringe 3 auf, die axial nebeneinander angeordnet sind und in Umfangsrichtung jeweils aus Innenringsegmenten 4 zusammengesetzt sind. Das Kegelrollenlager 1 kann beispielsweise zur Lagerung einer Rotorwelle einer Windenergieanlage eingesetzt werden. Zwischen dem Außenring 2 und den Innenringen 3 rollen zwei Sätze von Kegelrollen 5 ab, die in Käfigen 6 geführt werden. Die Kegelrollen 5 laufen mit ihren größeren Stirnflächen 7 axial an Flanschen 8 der Innenringe 3 an. Hierzu sind an den Flanschen 8 entsprechende Anlaufflächen 9 für die Stirnflächen 7 der Kegelrollen 5 ausgebildet. Die Innenringe 3 sind auf einer Hohlwelle 10 angeordnet, und in einer Axialrichtung durch eine Schulter 11 der Hohlwelle 10 fixiert. Zur anderen Axialrichtung hin sind die Innenringe 3 durch einen Seitenring 12 fixiert, der mittels Schrauben 13 mit der Hohlwelle 10 verschraubt ist. Der Außenring 2 ist mittels weiterer Schrauben 14 mit einem Gehäuse 15 verschraubt.
Im Betrieb, d. h. wenn der Außenring 2 und die Innenringe 3 relativ zueinander verdreht werden, werden die Kegelrollen 5 jeweils mit einer gewissen Kraft gegen die Flansche 8 gepresst und gleiten mit ihren Stirnflächen 7 über die Anlaufflächen 9 der Flansche 8. Da die Innenringe 3 in Umfangsrichtung jeweils aus mehreren Innenringsegmenten 4 zusammengesetzt sind, besteht die Gefahr, dass es beispielsweise in Folge von Fertigungstoleranzen beim Übergang zwischen benachbarten Innenringsegmenten 4 zu einem Höhenversatz der Anlaufflächen 9 kommt. Mit anderen Worten, die Anlaufflächen 9 können bei benachbarten Innenringsegmenten 4 jeweils in Axialrichtung der Kegelrollen 5 gegeneinander versetzt angeordnet sein, so dass im Übergangsbereich zwischen den benachbarten Innenringsegmenten 4 eine Stufe ausgebildet wird. Dies ist im Einzelnen in 2 dargestellt.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausschnitts aus dem Kegelrollenlager 1 zur Veranschaulichung der Anlaufbewegung der Kegelrollen 5 an einem der Flansche 8. Die Darstellung entspricht einer schematisierten Aufsicht auf das Kegelrollenlager 1, wobei ein Blickwinkel parallel zur Anlauffläche 9 des Flansches 8 gewählt wurde und für die Erläuterung nicht benötigte Einzelheiten weggelassen wurden. Die Bewegungsrichtung der dargestellten Kegelrolle 5 ist durch einen Pfeil angedeutet. Die Darstellung ist nicht maßstäblich. Insbesondere ist der Versatz der Anlauffläche 9 zwischen den benachbarten Innenringsegmenten 4 stark übertrieben dargestellt. Zur Verdeutlichung dieses Versatzes sind die Konturen, die die Innenringsegmente 4 ohne die erfindungsgemäßen Maßnahmen aufweisen würden, als gestrichelte Linien angedeutet. Durch die gestrichelt dargestellten Konturen wird eine schroffe Stufe im Bereich des Übergangs zwischen den beiden benachbarten Innenringsegmenten 4 ausgebildet, die durch einen Spalt 16 voneinander beabstandet sind. Beim Gleiten der Stirnflächen 7 der Kegelrollen 5 über diese Stufe kann es zu Verschleißerscheinungen oder sogar zu Beschädigungen kommen. Aus diesem Grund sind die den umfangsseitigen Endflächen 17 der Innenringsegmente 4 benachbarten Abschnitte der Anlauffläche 9 jeweils gemäß einem Übergangsprofil 18 ausgebildet, durch das der Übergang zwischen den Innenringsegmenten 4 geglättet wird. Dabei ist die Anlauffläche 9 so ausgebildet, dass sie sich im Übergangsbereich zwischen benachbarten Innenringsegmenten 4 jeweils mit Annäherung an die umfangsseitigen Endflächen 17 der Innenringsegmente 4 zunehmend von den Stirnflächen 7 der Kegelrollen 5 entfernt. Einzelheiten des Übergangsprofils 18 der Anlauffläche 9 sind der 3 entnehmbar.
Als eine weitere Maßnahme im Sinne einer möglichst verschleißfreien Überwindung des Übergangsbereichs zwischen benachbarten Innenringsegmenten 4 sind die Stirnflächen 7 der Kegelrollen 5 ballig ausgebildet.
3 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausschnitts eines der Innenringsegmente 4. Der Blickwinkel wurde dabei entsprechend 2 gewählt. Außerdem wurde wiederum die ohne die erfindungsgemäßen Maßnahmen vorliegende Kontur des Innenringsegments 4 durch eine gestrichelte Linie angedeutet. Das eingezeichnete Übergangsprofil 18 der Anlauffläche 9 ist so ausgebildet, dass seine Erstreckung X0 in Umgangsrichtung wesentlich größer ist als seine Tiefe Y0. Insbesondere beträgt die Erstreckung X0 in Umfangsrichtung wenigstens 0,2 mm und die Tiefe Y0 wenigstens 0,05 mm. Diese Asymmetrie bedeutet, dass ein sehr weicher Übergang zwischen den benachbarten Innenringsegmenten 4 ausgebildet wird. Die konkreten Werte für X0 und Y0 hängen vom jeweiligen Anwendungsfall ab. Dabei ist es insbesondere von Bedeutung, welche Toleranzen bei dem jeweiligen Anwendungsfall auftreten, da durch diese Toleranzen der maximal zu erwartende Versatz der Anlauffläche 9 zwischen den benachbarten Innenringsegmenten 4 vorgegeben wird. Je größer dieser Versatz ist, desto größer werden auch die Maße X0 und Y0 des Übergangsprofils 18 gewählt. Von besonderer Relevanz ist dabei die Toleranz im Hinblick auf den Abstand der Anlauffläche 9 von der Fläche des Innenringsegments 4, die an der Schulter 11 bzw. am Seitenring 12 angeschlagen wird. Ebenso sind auch die Toleranzen bei der Ausbildung der Anschlagflächen der Schulter 11 und des Seitenrings 12 von Bedeutung. Weiterhin ist bei der Vorgabe des Profils noch zu berücksichtigen, wie stark die Anlauffläche 9 im Betrieb durch das Anlaufen der Kegelrollen 5 zurückfedert, da auch dies Einfluss auf den Versatz der Anlauffläche 9 zwischen benachbarten Innenringsegmenten 4 hat.

1: Kegelrollenlager
2: Außenring
3: Innenring
4: Innenringsegment
5: Kegelrolle
6: Käfig
7: Stirnfläche
8: Flansch
9: Anlauffläche
10: Hohlwelle
11: Schulter
12: Seitenring
13: Schraube (Seitenring 12)
14: Schraube (Außenring 2)
15: Gehäuse
16: Spalt
17: Endfläche
18: Übergangsprofil

Claims

Wälzlager mit wenigstens einem Lagerring (3), der aus mehreren Segmenten (4) zusammengesetzt ist, die in Umfangsrichtung an ihren Endflächen (17) aneinandergereiht sind, und mit Wälzkörpern (5), die auf dem Lagerring (3) abrollen, wobei in wenigstens einem axialen Endbereich des Lagerrings (3) ein entsprechend dem Lagerring (3) segmentierter Flansch (8) ausgebildet ist, der eine Anlauffläche (9) für die Stirnflächen (7) der Wälzkörper (5) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlauffläche (9) des Flansches (8) bei jedem Segment in der Nähe der Endflächen (17) jeweils die Form eines Übergangsprofils (18) annimmt, gemäß dem sich die Anlauffläche (9) jeweils mit Annäherung an die Endflächen (17) der Segmente (4) zunehmend von den Stirnflächen (7) der Wälzkörper (5) entfernt.
Wälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Übergangsprofil (18) der Anlauffläche (9) jeweils abhängig von fertigungs- und/oder einbaubedingten Toleranzen für den Versatz der Anlauffläche (9) zwischen benachbarten Segmenten (4) vorgegeben wird.
Wälzlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Übergangsprofil (18) ausgehend von der Endfläche (17) des Segments (4) in Umfangsrichtung wenigstens über eine Entfernung von 0,2 mm erstreckt.
Wälzlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Übergangsprofil (18) wenigstens bis in eine Tiefe von 0,05 mm erstreckt.
Wälzlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Übergangsprofil (18) eine abgerundete Form aufweist.
Wälzlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörper (5) an ihren Stirnflächen (7), die an der Anlauffläche (9) anlaufen, ballig ausgebildet sind.
Wälzlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es als Kegelrollenlager ausgebildet ist.
Wälzlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch seinen Einsatz bei einer Windenergieanlage.