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Doppellager
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Die Erfindung betrifft ein Doppellager für die Lagerung eines drehbeweglichen
Elements an einem drehfesten Element unter Zwischenschaltung eines schwimmend gelagerten
Zwischenrings, der für die beiden Teillager des Doppellagers jeweils eine Lagerfläche
bildet.
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Es sind bereits Doppellager für die Lagerung von drehbeweglichen Elementen
an drehfesten Elementen bekannt, bei denen jeweils ein Zwischenring zwischen den
Lagerflächen des drehbeweglichen und des drehfesten Elements angeordnet ist und
für beide Teillager je eine Lagerfläche bildet. Grund für die Verwendung derartiger
Doppellager ist die Tatsache, daß die bekannten Wälzlager zwar sehr gut für geringe
Drehzahlen geeignet sind, jedoch nur bedingt für extreme Anwendungsfälle geeignet
w weil Schmierprobleme, Vibrationen und andere ähnliche Beschränkungen dies verhindern.
Andererseits weisen die bekannten dynamischen Gleitlager zwar erhebliche Vorteile
bei
höheren Drehzahlen auf, doch sind diese Gleitlager bei relativ
niedrigen Drehzahlen im allgemeinen nicht verwendbar. Das liegt ganz einfach an
der Tatsache, daß bei niedrigen Drehzahlen der bei Gleitlagern unbedingt notwendige
Schmierfilm zwischen den beiden lAgerflächen, der die unmittelbare Berührung und
damit Reibund dieser Flächen verhindern soll, sich nicht genügend ausbilden kann.
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Aus diesem Grunde sind schon Doppellager bekannt geworden, bei denen
ein Wälzlager bei relativ niedrigen Drehzahlen wirksam ist, während beim Erreichen
höherer Drehzahlen das Wälzlager stillgelegt wird und die Lagerbelastungen von einem
dynamischen Gleitlager übernommen werden (DE-PS 20 42 0777. Das Stillegen des Wälzlagers
und die Inbetriebnahme des Gleitlagers kann beispielsweise dabei durch eine Fliehkraftkupplung
bewirkt werden.
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Diese bekannten Doppellager sind sehr gut geeignet, die Probleme zu
lösen, die bei sehr unterschiedlichen Drehzahlen eines drehbeweglichen gegenüber
einem drehfesten Element auftreten. Sie sind jedoch nicht geeignet für den Fall,
daß ein drehbewegliches Element an einem drehfesten Element gelagert werden soll,
wobei die auftretenden Drehzahlen extrem niedrig liegen bzw. die überhaupt erforderlichen
Drehbewegungen gegeneinander extrem klein sind, also nur wenige Winkelgrade umfassen,
und gegensinnig erfolgen. In diesem Falle ist nämlich ein Gleitlager überhuapt nicht
verwendbar aus den gleichen Gründen, die bereits bei den bekannten Doppellagern
zu einer Verbindung eines Gleitlagers mit einem Wälzlager geführt haben. Andererseits
ist aber auch ein Wälzlager nicht in der Lage, die zusätzlichen Forderungen, die
unter den geschilderten Bedingungen auftreten, zu erfüllen. Einmal treten dann auch
bei Wälzlagern Schmierungsprobleme auf, andererseits aber graben sich die
Wälzkörper
bei den geringfügigen Drehbewegungen von nur wenigen Graden auf die Dauer in die
Lagerflächen eins so daß kein runder Lauf auf die Dauer mehr möglich ist.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es daher unter Zuhilfenahme der Idee
von dem Doppellager, ein Lager zu schaffen, das auch bei extrem niedrigen Drehzahlen
bzw. extrem geringfügigen Drehbewegungen der beiden gegeneinander beweglichen Teile
sowohl eine aucreichende Lagerschmierung gewährleistet wie auch verhindert, daß
sich die Wälzkörper in die Lagerflächen eingraben. Die Aufgabe wird durch ein Doppellager,
wie es in den Ansprüchen beschrieben ist, gelöst.
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Durch die parallel zu dem Wälzlager zwischen dem drehbeweglichen Element
und dem Zwischenring angeordnete Freilaufkupplung wird nämlich dafür gesorgt, daß
bei jeder Bewegung des drehbeweglichen Teils gegenüber dem drehfesten Teil die Wälzkörper
der beiden Teillager mit anderen Bereichen der Lagerflächen der das Doppellager
bildenden Teile in Kontakt kommen. Dabei wird bei einer Bewegung des drehbeweglichen
Elements in einer Richtung gegenüber dem drehfesten Element stets nur das eine Teillager,
bei einer Bewegung des drehbeweglichen Elements in umgekehrter Richtung das andere
Teillager benutzt.
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Das führt dazu, daß die Wälzkörper zwischen den Lagerflächen jeweils
nur in einer Bewegungsrichtung in Anspruch genommen werden und sich deswegen auch
nur in dieser einen Richtung auf den zugehörigen Lagerflächen vorwärts bewegen können.
Damit wird die letztenendes zu einem Eingraben der Wälzkörper in die Lagerflächen
führende Hin- und Herbewegung auf kleinstem Raum vermieden. Außerdem wird durch
die immer erneute Inanspruchnahme eines noch nicht benutzten Teils der Oberfläche
der Wälzkörper sowohl wie der Lagerflächen immer wieder Schmiermittel an die Berührungsstellen
gefördert.
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In den beigefügten Zeichnungen sind zwei Ausführungsbeispiele für
Doppellager nach der Erfindung sowie ein Anwendungsbeispiel dargestellt.
Und
zwar zeigen: Fig. 1 ein Doppellager mit zwei radial hintereinander geschalteten
Wälzlagern, Fig. 2 ein Doppellager mit zwei axial nebeneinander liegenden Wälzlagern
und Fig. 3 die Lagerung von verstellbar angeordneten Propellerblättern an der Nabe
des Propellers.
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In Fig. 1 ist auf dem drehfesten Teil 1 der Außenring 2 des Doppellagers
nach der Erfindung mittels Bolzen 3 befestigt. Das drehbewegliche Element 4 ist
mit dem Innenring 5 des Doppellagers mittels Bolzen 6 verbunden. Zwischen den beiden
Laufflächen der Lagerringe 2 bzw. 5 ist schwimmend ein Lagerring 7 angeordnet, dessen
beide Oberflächen als Lagerflächen für die Wälzkörper 8 des äußeren und Wälzkörper
9 des inneren Teillagers dienen. Der obere Rand des Lagerrings 7 ist als Zahnkranz
10 ausgebildet, in den eine am drehbeweglichen Element 4 befestigte Sperrklinke
11 eingreift. Das drehbewegliche Element 4 kann beispielsweise ein Propellerblatt
sein, das drehbar an der Nabe, dem drehfesten Teil 1 gelagert ist.
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In der Fig. 2 trägt das drehfeste Teil 21 den durch Bolzen 23 mit
ihm verbundenen Lagerring 22. Der Lagerring 22 bildet zusammen mit den Wälzkörpern
28 und der schwimmend gelagerten Lagerbuchse 27 das eine Teillager des Doppellagers.
Das zweite Teillager des Dop pellagers ist von der Lagerbuchse 27, den Wälzkörper
29 und der Lagerfläche des mit dem drehbeweglichen Elements 24 mittels Bolzen 26
verbundenen Lagerrings 25 gebildet. In diesem Falle sind also die beiden Teillager
axial nebeneinander angeordnet, wobei die Lagerbuchse 27 nur auf ihrer Innenseite
zwei Laufflächen aufweist, die
die Lagerflächen der beiden Lagerringe
22 und 25 übergreift.
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An der Lagerbuchse 27 ist wiederum auf ihrem oberen Rand ein Zahnkranz
30 vorgesehen, in den eine am drehbeweglichen Teil 24 befestigte Sperrklinke 31
eingreift.
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Die Fig. 3 zeigt die Achse 40 eines Propellers, auf der die Nabe 41
befestigt ist. In dieser Nabe 41 sind die beiden Propellerblätter 42 bzw. 43 drehbar
gelagert. Als Lager 44 bzw. 45 sind dabei Doppellager nach Fig. 1 oder Fig. 2 verwendet.
Die Drehbarkeit der Propellerblätter in der Nabe ist erforderlich, um die beiden
Propellerblätter der Relativgeschwindigkeit zwischen dem Propeller und dem den Propeller
umströmenden Fluid anpassen zu können. Beispielsweise sind die Blätter des Propeller
eines Windkraftwerks entsprechend der jeweiligen Windgeschwindigkeit einzustellen,
um einerseits einen möglichst hohen Wirkungsgrad zu erzielen3 andererseits aber
auch das Windkraftwerk gegebenenfalls stillsetzen zu können. Die Drehbewegungen
der Propellerblätter betragen dabei ledz gleich beim An- und Abstellen des Windkraftwerks
etwa 100°, während beim Betrieb des Kraftwerks die Verstellwinkel, die durch geringfügige
Änderungen der Windgeschwindigkeit bedingt sind, nur 10 bis 20 betragen. Diese sehr
kleinen Verstellwinkel führen aber gerade dazu, daß bei Verwendung üblicher Wälzlager
die Wälzkörper sich im Grunde genommen immer nur auf derselben Stelle der Lagerflächen
hin und her bewegen, was auf die Dauer zu einem Eingraben dieser Wälzkörper in die
Lagerflächen führt, zumal auch die Lagerschmierung natürlich äußerst schlecht ist.
Diese Nachteile lassen sich durch ein erfindungsgemäßes Doppellager in vollem Umfang
vermeiden.
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Die Verwendung von je einer Freilaufkupplung zwischen dem Zwischenring
einerseits und dem drehfesten bzw. drehbeweglichen Element
andererseits
ist eine zusätzliche Sicherung, um garantieren zu können, daß je nach Drehrichtung
jeweils nur eines der Lager des Doppellagers wirksam ist.