DE60206425T2 - Axial-Radial- Kegelrollenlager - Google Patents

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Description

  • Die Erfindung betrifft Lager mit sich verjüngenden Rollen (Kegelrollenlager) mit der Fähigkeit, mit Schubkräften in beiden axialen Richtungen umzugehen.
  • Rollenlager, um mit Schubkräften in beiden axialen Richtungen umzugehen, sind in der Technik wohl bekannt und werden manchmal als bidirektionale Kegelrollengegenlager bezeichnet. Eine Anwendung solcher Lager ist als Hauptwellenlager für eine Gasturbinenmaschine. Haupt- oder "Primär"-Lagerschubkräfte einer Gasturbinenmaschine sind entweder in der Vorwärts- oder der Rückwärtsrichtung, es gibt jedoch Umstände, in denen die Lager mit erheblichen, aber kleineren "Neben"-Lagerschubkräften in der entgegengesetzten oder umgekehrten Richtung der Primärkräfte zurechtkommen müssen. (Hierin im Anschluss meint "Umkehr"-Schubkräfte Schubkräfte, die in der entgegengesetzten Richtung der Primärschubkräfte sind.) Ein bidirektionales Kegelrollenlager ist in der Lage, sowohl mit Haupt- als auch mit Nebenschubkräften umzugehen, wodurch der Bedarf an einem kostenintensiven, energieverbrauchenden Schubausgleichsmechanismus eliminiert wird oder der Bedarf an einem zweiten, kleineren Gebenlager zum Aufnehmen der Nebenumkehrschubkräfte eliminiert wird.
  • Ein solches bidirektionales Rollengegenlager ist in US-Patent 5 735 612 "Single Row Tapered Roller Bearing" von G.P. Fox und J.R. Dietric gezeigt und beschrieben. In seiner grundlegenden Form hat das bidirektionale Kegelrollengegenlager einen inneren ringförmigen kegelförmigen Laufring an seinem Konus und einen äußeren ringförmigen kegelförmigen Laufring an seiner Schale, wobei kegelförmige Rollenelemente umfangsmäßig in dem Raum dazwischen angeordnet sind für rollenden Kontakt zwischen den kegelförmigen Oberflächen der Rollenelemente und dem inneren und dem äußeren Laufring. Am Ende großen Durchmessers des Schalenlaufrings erstreckt sich eine Schalenrippenfläche radial einwärts benachbart den Enden großen Durchmessers der Rollenelemente; und an dem Ende kleinen Durchmessers des Konuslaufrings erstreckt sich eine Konusrippenfläche radial auswärts benachbart den Enden kleinen Durchmessers der Rollenelemente. Während Primärschubbetriebs pressen die Enden großen Durchmessers der Rollenelemente gegen die Schalenrippenfläche; aber das meiste der Hauptschubkräfte wird von dem Konus in die Schale (und damit in die die Schale haltende Struktur) durch die Rollenelemente über die Kontaktlinie zwischen den kegelförmigen Rollflächen der Rollenelemente und den Laufringen übertragen. Dies liegt an der Tatsache, dass die Rollen unter Primärschubkräften zwischen den Laufringen "eingekeilt" sind.
  • Andererseits sind die Rollenelemente während der Umkehrschubkraft im Wesentlichen von dem Kontakt mit den Laufringen unbelastet. Die Konusrippenfläche presst gegen die Enden kleinen Durchmessers an den Rollenelementen, und die Schalenrippenfläche presst gegen die Enden großen Durchmessers der Rollenelemente und überträgt so die Umkehrschubkraft durch die Rollenelemente von der Konusrippe auf die Schalenrippe in einer Richtung im Allgemeinen senkrecht zu den Endflächen der Rollenelemente.
  • Der Nachteil der herkömmlichen bidirektionalen Kegelrollenlager tritt während Primärschubkraft auf, nicht Umkehrschubkraft. Wenn Primärschubkräfte erfahren werden, haben sich die Kontaktkräfte zwischen den Lagerlaufringen und den kegelförmigen Rollflächen der Rollenelemente für einige Anwendungen als zu groß herausgestellt, wie z.B. dann, wenn Raum ein Hauptanliegen ist und niedriges Gewicht gekoppelt mit langer Lebensdauer erforderlich sind. Eine solche Anwendung sind Gasturbinenflugzeugtriebwerke. Wenn z.B. ein herkömmliches bidirektionales Kegelrollenlager mit der erforderlichen Lebenserwartung zu groß ist für den zur Verfügung stehenden Raum, kann es nicht verwendet werden. Oder, wenn der Raum zur Verfügung steht, kann der Gewichtsnachteil inakzeptabel sein. Auf jeden Fall stünden die Vorteile des bidirektionalen Kegelrollenlagers für diese Anwendung nicht zur Verfügung. Es ist erwünscht, ein bidirektionales Kegelrollenlager zu haben, das den zuvor genannten Nachteil nicht aufweist.
  • Die vorliegende Erfindung sieht ein bidirektionales Kegelrollenlager mit einer ersten Konusrippenringgegenfläche (Fläche "C" für zukünftige Bezugnahme) benachbart den und gerichtet auf die Endflächen kleinen Durchmessers der Rollenelemente, einer zweiten Konusrippenringgegenfläche (Fläche "B" für zukünftige Bezugnahme) benachbart den und gerichtet auf die Endflächen großen Durchmessers der Rollenelemente, und eine Schalenrippenringgegenfläche (Fläche "A" für zukünftige Bezugnahme) benachbart den und gerichtet auf die Endflächen großen Durchmessers der Rollenelemente, wobei die Lagerkomponenten derart konstruiert und ausgelegt sind, dass es während eines Primärschubkraftbetriebs einen Spalt zwischen der Gegenfläche C und den Endflächen kleinen Durchmessers der Rollenelemente und einen Spalt zwischen der Gegenfläche A und den Endflächen großen Durchmessers der Rollenelemente gibt und dass es gleichzeitig Kontakt zwischen der Gegenfläche B und den Endflächen großen Durchmessers der Rollenelemente gibt.
  • Beim herkömmlichen bidirektionalen Kegelrollenlageraufbau aus US-Patent 5 735 612, wie oben genannt, gibt es nur Gegenflächen, die den Gegenflächen A und C entsprechen. Es gibt keine Gegenfläche B. Wie oben diskutiert, drückten bei dem herkömmlichen Lager die Primärschubkräfte die Endflächen großen Durchmessers der Rollenelemente gegen die Gegenfläche A. Durch Hinzufügen eines Schubrippenrings (mit seiner Gegenfläche B) zu dem Lager an dem Ende großen Durchmessers des Konuslaufrings und durch Aufrechterhalten eines Spalts zwischen der Gegenfläche A und den Endflächen großen Durchmessers der Rollenelemente während Primärschubbetriebs drücken in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung die Primärschubkräfte nun die Rollenelementendflächen gegen die Gegenfläche B. Das Ergebnis ist, dass die Lager der vorliegenden Erfindung erheblich geringere Kontaktkräfte zwischen den Rollenelementen und den Laufringen haben, verglichen mit den Laufringkontaktkräften an den bidirektionalen Kegelrollenlagern des Stands der Technik gleicher Größe. Der Grund für die niedrigere Kontaktkraft an den Laufringen ist, dass die durch die Rollenelemente während Primärschubkraftbetriebs erzeugten Zentrifugalkräfte zu den Kontaktkräften gegen den Schalenlaufring des herkömmlichen Designs hinzukommen, sich aber von den Kontaktkräften gegen den Konuslaufring der vorliegenden Erfindung subtrahieren.
  • Bei Anwendungen, bei denen hohe Kontaktkräfte zwischen den Rollenelementen und den Laufringen eines herkömmlichen bidirektionalen Lagers die Verwendung eines Lagers, das unerwünscht groß ist, um eine bestimmte gewünschte Lebenserwartung zu erreichen, nötig machen, ermöglicht die vorliegende Erfindung die Verwendung eines kleineren Lagers. Alternativ führt der Ersatz eines herkömmlichen bidirektionalen Lagers mit einem Lager der vorliegenden Erfindung der gleichen Größe zu einer längeren Lagerlebensdauer. Wie bereits vorher angemerkt, ist das Lager der vorliegenden Erfindung besonders nützlich bei Flugzeuggasturbinentriebwerken, bei denen das Gewicht kritisch ist und der Raum begrenzt ist. Für eine spezielle Gasturbinentriebwerkanwendung wurde abgeschätzt, dass die vorliegende Erfindung die Lagerlebensdauer um einen Faktor von vier oder mehr, verglichen mit dem herkömmlichen bidirektionalen Kegelrollenlagerdesign gleicher Größe, steigern könnte.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun lediglich beispielhaft unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, wobei:
  • 1 eine fragmentarische, vereinfachte Querschnittsansicht einer Gasturbinenmaschine mit einem darin eingebauten Lager gemäß der vorliegenden Erfindung ist.
  • 2 ist eine vergrößerte Schnittansicht des in 1 gezeigten Lagers der vorliegenden Erfindung.
  • Unter Bezugnahme auf 1 ist eine Außenansicht eines Flugzeuggasturbinentriebwerks 99 im unteren Bereich der Figur veranschaulicht. Vergrößerte, vereinfachte Querschnittsansichten innerer Triebwerksbereiche sind oberhalb der Außenansicht veranschaulicht, wobei ihre Positionen innerhalb des Triebwerks durch gestrichelte Linien angegeben sind.
  • Ein bidirektionales Kegelrollengegenlager 100 gemäß der vorliegenden Erfindung ist als das einzige Gegenlager gezeigt, das das vordere Ende einer Welle 102 hält, die den Niederkompressor und die Niederturbine des Triebwerks 99 verbindet. Die Rotationsachse der Welle 102 ist durch das Bezugszeichen 103 bezeichnet. Ein herkömmliches Rollenlager 104 hält das hintere Ende der Welle 102. Falls erwünscht, kann das bidirektionale Kegelrollenlager der vorliegenden Erfindung an dem hinteren Teil der Welle platziert werden mit dem herkömmlichen Rollenlager an dem vorderen Teil. Die Lager vereinfachen eine Rotation der Welle und sind an der Welle und an der nicht-rotierenden Triebwerkstruktur durch wohl bekannte Einrichtungen befestigt (wie z.B. die angeflanschten Konusse 106, 108, 109, die zwischen Gehäusestrebe 110, die Turbinenausgangleitschaufel 112 und das Gehäuse 114) und schließlich an einem Triebwerkmontagesystem (nicht gezeigt), das das Triebwerk an dem Flugzeug befestigt. Eine Mehrzahl von Kompressorscheiben 116 ist fest mit dem vorderen Ende der Welle 102 durch geeignete Mittel, wie z.B. einer Flansch- und Bolzenanordnung, die allgemein durch das Bezugszeichen 118 wiedergegeben ist, und eine Keilverbindung 120 zwischen dem Wellenstumpf 122 und der Welle 102 verbunden. Eine Mehrzahl von Turbinenscheiben 124 ist fest an dem hinteren Ende der Welle 102 befestigt, wie z.B. durch ein angeflanschtes konisches Element 101. Schubkräfte in jeder Richtung sowie Radialkräfte werden von der Welle 102 durch das bidirektionale Kegelrollenlager 100 und in die nicht-rotierende Struktur übertragen. Zum Zwecke dieser Beschreibung wird angenommen, dass die Primärtriebwerkschubkraft eine Rückwärtsschubkraft ist und die Umkehrschubkraft (d.h. die Nebenschubkraft) eine Vorwärtsschubkraft ist.
  • Details der Mittel und der Art und Weise der Befestigung des Kompressors und der Turbinenkomponenten an der Welle sowie die Dichtanordnungen zwischen rotierenden und nicht-rotierenden Komponenten sind nicht Teil der vorliegenden Erfindung und sind, in dem Maß, wie sie gezeigt und beschrieben sind, nur zu Referenzzwecken.
  • Die vorliegende Erfindung wird am besten mit Bezugnahme auf die vergrößerte Zeichnung des bidirektionalen Kegelrollenlagers 100 in 2 verstanden. Das Lager weist eine äußere ringförmige Schale 126, einen inneren ringförmigen Konus 128 und eine Mehrzahl von Kegelrollenelementen 130 auf, von denen nur eines in der Zeichnung gezeigt ist. Jedes Rollenelement 130 hat eine Rolloberfläche 131. Eine nach innen gerichtete ringförmige Oberfläche 132 der Schale ist konzentrisch mit der Wellenachse 103 und ist der äußere Laufring (oder Schalenlaufring) des Lagers. Der äußere Laufring verjüngt sich von einem größeren Durchmesser an seinem vorderen Ende hin zu einem kleineren Durchmesser an seinem hinteren Ende und umgibt die nach außen gerichtete ringförmige Oberfläche 134 des Konus 128 und ist von dieser radial beabstandet. Die Oberfläche 134 ist der innere Laufring (oder Konuslaufring) des Lagers und ist auch konzentrisch mit der Wellenachse 103. Wie der äußere Laufring verjüngt sich der innere Laufring von einem größeren Durchmesser an seinem vorderen Ende hin zu einem kleineren Durchmesser an seinem hinteren Ende. Eine nach innen gerichtete Oberfläche 135 des Konus passt eng über die nach außen gerichtete zylindrische Oberfläche des Wellenstumpfs 122 und ist axial durch einen Stapel von Teilen zwischen einer ringförmig angeordneten Rippe 136 (1) an dem Wellenstumpf 122 und einer Ringmutter 138 angeordnet. Der Konus 128 ist nicht in der Lage, relativ zu der Welle 102 zu rotieren. Die Kegelrollen, gefangen in einem Käfig 140, der einen gleichmäßigen Abstand zwischen ihnen aufrechterhält, sind umfangsmäßig in einer einzelnen Reihe innerhalb des ringförmigen Raums zwischen der inneren und der äußeren Ringfläche angeordnet. Jede der Rollen verjüngt sich von einer Endfläche 142 größeren Durchmessers, die nach vorne gerichtet ist, zu einer Endfläche 144 kleineren Durchmessers, die nach hinten gerichtet ist.
  • Benachbart dem vorderen Ende der Schale 126 und relativ zu dieser fest ist ein vorderer Schalenring 146. In dieser Ausführungsform sind der Schalenring und die Schale zwei separate Ringe, die an einer Grenzfläche 148 zueinander passen; sie können jedoch auch integral miteinander sein, falls dies erwünscht ist und solange das Lager in anderer Weise aufgebaut ist, so dass ein Zusammenbauen möglich ist. Die radial nach außen gerichteten Zylinderoberflächen 149a und 149b jeweils des vorderen Schalenrings 146 und der Schale 126 passen eng an die radial nach innen gerichteten zylindrischen Oberflächen 150a und 150b jeweils stationärer, ringförmiger Lageraufnahmeelemente 152a, 152b. Die Aufnahmeelemente halten den Schalenring 146 und die Schale 126 in angrenzender Beziehung und verhindern deren axiale Bewegung. Der Schalenring 146 weist eine ringförmige Gegenfläche (A) auf, die sich radial einwärts von dem vorderen Ende größeren Durchmessers des äußeren Laufrings 132 erstreckt, das benachbart einem Bereich der Endfläche 142 großen Durchmessers der Rollenelemente ist und auf diesen gerichtet ist. Ein Spalt "d" existiert zwischen der Gegenfläche A und den Endflächen 132 der Rollenelemente, wenn die primäre, rückwärtige Schubkraft die Rollenelemente 130 nach hinten drückt.
  • Am radial äußersten Ende der inneren Laufringoberfläche 134 und integral mit dem Konus 128 ist ein vorderer Konusring 154 mit einer ringförmigen Gegenfläche "B", die sich radial einwärts benachbart einem Bereich der Endflächen 142 größeren Durchmessers der Rollenelemente erstreckt und auf diesen gerichtet ist. Falls gewünscht, muss der vordere Konusring 154 nicht integral mit dem Konus 128 sein, sondern könnte ein separater, axial relativ zu dem Konus 128 befestigter Ring sein.
  • Am radial innersten Ende der inneren Laufringoberfläche 134 weist das Lager einen hinteren Konusring 156 auf mit einer ringförmigen Gegenfläche "C", die sich radial einwärts benachbart einem Bereich der Endflächen 144 kleineren Durchmessers der Rollenelemente erstreckt und auf diesen gerichtet ist. Der Ring 156 passt eng an eine zylindrische Oberfläche 158 des Konus 128 und ist auch axial gegen die nach hinten gerichtete Oberfläche 159 des Konus 128 durch die Ringmutter 138 gepresst. Der Abstand zwischen den Gegenflächen B und C ist größer als die Länge der Rollenelemente um einen Betrag "e", der in 2 als ein Spalt zwischen den Endflächen 144 des Rollenelements und der Gegenfläche C gezeigt ist.
  • Radiale Öllöcher 160a, 160b und 160c sind als sich jeweils durch den Gegenring 154, den Konus 128 und den Gegenring 156 erstreckend gezeigt. Geeignete Durchgänge (nicht gezeigt) sind zwischen der radial nach außen gerichteten Oberfläche 161 des Wellenstumpfs 122 und den radial nach innen gerichteten
  • Oberflächen des Konus 128 und des Konusrings 156 vorgesehen, um zu gewährleisten, dass Öl die Öllöcher erreicht; das Lagerölungssystem ist jedoch nicht Teil der vorliegenden Erfindung.
  • Das Lager 100 arbeitet wie folgt: Primärtriebwerkschubkräfte auf das Lager 100 sind in 2 durch die großen mit "P" bezeichneten Pfeile wiedergegeben. Die Kraft P wirkt, um die Welle 102 in einer rückwärtigen Richtung relativ zu der stationären Triebwerkstruktur, wie z.B. den äußeren Lageraufnahmeelementen 152a und 152b, zu bewegen. Genauer ausgedrückt wirkt die Kraft P durch die Gegenfläche B und den Konuslaufring 134, um die Rollenelemente 130 nach hinten zu drücken, was die Kontaktkraft der Rollenelemente gegen die Laufringoberflächen 132, 134 erhöht, wenn sich die Laufringoberflächen hin zueinander bewegen. Während fast die gesamte Primärschubkraft P durch die Rollenelemente in die stationäre Struktur über Kontakt zwischen den Rollenelementen und den Laufringoberflächen verläuft, gibt es eine resultierende Kontaktkraft "F" (in der Zeichnung nicht dargestellt), die auf die Endflächen 142 der Rollenelemente und die Gegenfläche B wirkt, wenn diese Oberflächen aneinander reiben. Zur gleichen Zeit existiert ein Spalt e zwischen den Endflächen 144 der Rollenelemente und der Gegenfläche C, und ein Spalt d existiert zwischen den Endflächen 142 der Rollenelemente und der Gegenfläche A.
  • Während des Auftretens einer Umkehrschubkraft, wie dies auftreten kann, wenn es ein Kompressorpumpen gibt, wirkt die Schubkraft auf das Lager in der durch die kleinen, mit "R" bezeichneten Pfeile wiedergegebenen Weise. Die Umkehrschubkraft R ist viel kleiner als die Primärschubkraft P. Die Schubkraft R wirkt, um den Konus und die Konuslaufringoberflächen auseinander zu bewegen, wobei die Rollenelemente entlastet werden und die Gegenflächen A und C in Kontakt mit jeweils den Endflächen 142 und 144 gebracht werden.
  • Das Nachfolgende ist ein Vergleich der erzeugten Lagerlaufringkontaktkräfte bei einem herkömmlichen bidirektionalen Kegelrollenlager (wie z.B. dem in US-Patent 5 735 612 gezeigten und beschriebenen) und bei einem bidirektionalen Kegelrollenlager gemäß der vorliegenden Erfindung unter der Annahme von Lagern gleicher Größe unter denselben Arbeitsbedingungen. Herkömmliches Lager: Wie hierin oben erklärt, gibt es bei den herkömmlichen bidirektionalen Kegelrollenlagern keine Gegenfläche, die der Gegenfläche B der vorliegenden Erfindung entspricht. Während Primärschubbelastung werden die nach vorne gerichteten Endflächen 142 der Rollenelemente, ohne Gegenfläche B, durch die Schubkraft P gegen die Gegenfläche A gedrückt. Außerdem wirkt eine axiale Komponente der Rollenelementzentrifugalkräfte auf die Schale in derselben Richtung, wie die Schubkraft auf die Schale wirkt. Die resultierenden Kräfte auf die Lagerlaufringwege sind deshalb größer als die Kräfte, die lediglich durch die Schubkraft erzeugt sind. Lager der vorliegenden Erfindung: Bei der vorliegenden Erfindung kontaktieren die Rollenelemente die Gegenfläche B während Primärschubbelastung. In dieser Situation wirkt die Axialkomponente der Rollenelementzentrifugalkräfte auf den Konus in einer Richtung entgegengesetzt der Richtung der Schubkraft auf den Konus. Die resultierenden Kräfte auf die Lagerlaufringwege sind daher geringer als die lediglich durch die Schubkraft erzeugten Kräfte. Theoretisch gibt es eine Lagerdrehzahl, bei der sich die axiale Komponente der Zentrifugalkräfte exakt mit der Schubkraft ausgleicht, was das Lager virtuell entlastet.
  • Aus dem Vorangehenden ist klar, dass für Lager derselben Größe, die unter denselben Primärschubkraftbedingungen arbeiten, die Laufringkontaktkräfte in einem Lager der vorliegenden Erfindung wesentlich geringer sind als die Laufringkontaktkraft in einem herkömmlichen bidirektionalen Kegelrollenlager. Wie zuvor angemerkt, wurde für eine spezielle Anwendung abgeschätzt, dass aufgrund der reduzierten Laufringkontaktkräfte unter Primärschubkraftbedingungen ein Lager der vorliegenden Erfindung dahingehend geschätzt wurde, dass es eine Lebensdauererwartung hat, die mindestens vier Mal länger ist als ein herkömmliches bidirektionales Kegelrollenlager ähnlicher Größe.
  • Obwohl die Erfindung mit Bezug auf eine exemplarische Ausführungsform davon beschrieben und veranschaulicht wurde, soll von den mit dem Stand der Technik vertrauten Fachleuten verstanden werden, dass Änderungen, Weglassungen und Hinzufügungen gemacht werden können, ohne vom Umfang der Erfindung, wie er in den begleitenden Ansprüchen definiert ist, abzuweichen.

Claims (7)

  1. Bidirektionales Lager (100) zum Vereinfachen einer Rotation um eine Achse, die die Lagerachse ist, wobei das Lager derart aufgebaut und angeordnet ist, um unter sowohl Primäraxialschubkräften als auch Umkehraxialschubkräften zu arbeiten, und wobei das Lager aufweist: eine Schale (126) mit einem ringförmigen Laufring (132), der derart verjüngt ist, dass der Laufring (132) ein Ende großen Durchmessers und ein Ende kleinen Durchmessers hat; einen Konus (128) mit einem ringförmigen Laufring (134), der von dem Schalenlaufring (132) radial einwärts beabstandet ist, wobei der Konuslaufring (134) derart verjüngt ist, dass der Konuslaufring (134) ein Ende großen Durchmessers und ein Ende kleinen Durchmessers hat; eine Mehrzahl von sich verjüngenden Rollenelementen (130), die jedes eine Rollfläche (131), eine Endfläche (144) kleinen Durchmessers an einem Ende der Rollfläche und eine Endfläche (142) großen Durchmessers an dem anderen Ende der Rollfläche haben, wobei die Rollenelemente umfangsmäßig in einer einzelnen Reihe zwischen dem Schalenlaufring (132) und dem Konuslaufring (134) voneinander beabstandet sind und die Laufringe entlang der Rollflächen (131) kontaktieren; einen Schalengegenrippenring (146), der relativ zu der Schale (126) fest ist, um Umkehraxialschubkräfte aufzunehmen, wobei der Schalengegenrippenring eine ringförmige Gegenfläche (A) an dem Ende großen Durchmessers des Schalenlaufrings (132) hat und sich von diesem radial einwärts erstreckt, wobei die Endfläche großen Durchmessers jedes der Rollenelemente (130) benachbart der Gegenfläche (A) angeordnet ist und auf diese gerichtet ist; einen ersten Konusgegenrippenring (154), der relativ zu dem Konus (128) fest ist, um Primäraxialschubkräfte aufzunehmen, wobei der erste Konusgegenrippenring (154) eine ringförmige Gegenfläche (B) an dem Ende großen Durchmessers des Konuslaufrings (134) hat und sich radial auswärts von diesem erstreckt, wobei die Endfläche (142) großen Durchmessers jedes der Rollenelemente (130) benachbart der Gegenfläche (B) angeordnet ist und auf diese gerichtet ist; einen zweiten Konusgegenrippenring (156), der relativ zu dem Konus (128) fest ist, um Umkehraxialschubkräfte zu tragen, wobei der zweite Konusgegenrippenring (156) eine ringförmige Gegenfläche (C) an dem Ende kleinen Durchmessers des Konuslaufrings hat und sich radial auswärts von diesem erstreckt, wobei die Endfläche (144) kleinen Durchmessers jedes der Rollenelemente (130) benachbart der Gegenfläche (C) angeordnet ist und auf diese gerichtet ist; wobei (i) während Primärschubkraftbetriebs mit einer Axialschubkraft, die wirkt, um den Schalenlaufring (132) und den Konuslaufring (134) näher zusammenzubewegen, ein Spalt (d) zwischen der Gegenfläche (A) und den Endflächen (142) großen Durchmessers der Rollenelemente (130) und zwischen der Gegenfläche (C) und den Endflächen (144) kleinen Durchmessers der Rollenelemente (130) existiert und wobei Kontakt zwischen der Gegenfläche (B) und den Endflächen (142) großen Durchmessers der Rollenelemente (130) besteht; und (ii) während Umkehrschubkraftsbetriebs mit einer Axialschubkraft, die wirkt, um den Schalenlaufring (132) und den Konuslaufring (134) weiter voneinander weg zu drücken, die Gegenfläche (A) in Kontakt mit den Endflächen (142) großen Durchmessers der Rollenelemente (130) ist und die Gegenfläche (C) in Kontakt mit den Endflächen (144) kleinen Durchmessers der Rollenelemente (130) ist.
  2. Lager nach Anspruch 1, wobei während des Betriebs des Lagers (100) die Schale (126) nicht rotiert und der Konus (128) und die Rollenelemente (130) um die Lagerachse rotieren.
  3. Lager nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Lager (100) ein Hauptwellengegenlager in einer Gasturbinenmaschine ist.
  4. Lager nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der erste Konusgegenrippenring (154) integral mit dem Konus (128) ist.
  5. Gasturbinenmaschine, aufweisend eine nicht-rotierende Struktur und mit einer Welle (102), die von der Struktur gehalten wird und innerhalb dieser rotierbar ist, wobei die Welle (102) mindestens eine Kompressorscheibe (116) hat, die fest an einem Ende der Welle befestigt ist, und mindestens eine Turbinenscheibe, die fest an dem anderen Ende der Welle (102) befestigt ist, wobei ein bidirektionales Kegelrollenlager (100) an einem Ende der Welle (102) angeordnet ist, um die Rotation der Welle zu vereinfachen und um sowohl Primär- als auch Umkehraxialschubkräfte auf die Struktur zu übertragen, wobei das Rollenlager aufweist: (a) eine Schale (126) mit einem ringförmigen Laufring (132), der derart verjüngt ist, dass der Schalenlaufring (132) ein Ende großen Durchmessers und ein Ende kleinen Durchmessers hat; (b) einen Konus (128) mit einem ringförmigen Laufring (134), der radial einwärts von dem Schalenlaufring (132) beabstandet ist, wobei der Konuslaufring (134) derart verjüngt ist, dass der Konuslaufring (134) ein Ende großen Durchmessers und ein Ende kleinen Durchmessers hat; (c) eine Mehrzahl von sich verjüngenden Rollenelementen (130), die jedes eine Rollfläche (131), eine Endfläche (144) kleinen Durchmessers an einem Ende der Rollfläche (131) und eine Endfläche großen Durchmessers (142) an dem anderen Ende der Rollfläche (131) hat, wobei die Rollenelemente (130) umfangsmäßig in einer einzelnen Reihe zwischen dem Schalenlaufring (132) und dem Konuslaufring (134) voneinander beabstandet sind und die Laufringe entlang der Rolloberflächen (131) kontaktieren; (d) einen Schalengegenrippenring (146), der relativ zu der Schale (126) fest ist, um Umkehraxialschubkräfte aufzunehmen, wobei der Schalengegenrippenring (146) eine ringförmige Gegenfläche (A) an dem Ende großen Durchmessers des Schalenlaufrings (132) hat und sich von diesem radial einwärts erstreckt, wobei die Endfläche (142) großen Durchmessers jedes der Rollenelemente (130) benachbart der Gegenfläche (A) angeordnet ist und auf diese gerichtet ist; (e) einen ersten Konusgegenrippenring (154), der relativ zu dem Konus (128) fest ist, um Primäraxialschubkräfte aufzunehmen, wobei der erste Konusgegenrippenring (154) eine ringförmige Gegenfläche (B) an dem Ende großen Durchmessers des Konuslaufrings (134) hat und sich von diesem radial nach außen erstreckt, wobei die Endfläche (142) großen Durchmessers jedes der Rollenelemente (130) benachbart der Gegenfläche (B) angeordnet ist und auf diese gerichtet ist; und (f) einen zweiten Konusgegenrippenring (156), der relativ zu dem Konus (128) fest ist, um Umkehraxialschubkräfte aufzunehmen, wobei der zweite Konusgegenrippenring eine ringförmige Gegenfläche (C) an dem Ende kleinen Durchmessers des Konuslaufrings (134) hat und sich von diesem radial auswärts erstreckt, wobei die Endfläche (144) kleinen Durchmessers jedes der Rollenelemente (130) benachbart der Gegenfläche (C) angeordnet ist und auf diese gerichtet ist; wobei die Schale (126), der Konus (136), der Schalengegenrippenring (146), der erste (154) und der zweite (156) Konusgegenrippenring und die Rollenelemente (130) derart angeordnet sind, dass während des Betriebs der Maschine (i) mit der Maschinenprimäraxialschubkraft wirkend, um den Schalenlaufring (132) und den Konuslaufring (134) näher zusammenzubewegen, die Gegenfläche (B) in lasttragendem Kontakt mit den Endflächen (142) großen Durchmessers der Rollenelemente (130) ist, und die Endflächen (A) und (C) beide von den Endflächen (142, 144) der Rollenelemente beabstandet sind, und (ii) mit der Maschinenumkehraxialschubkraft wirkend, um den Schalenlaufring (132) und den Konuslaufring (134) weiter auseinander zu bewegen, die Gegenflächen (A) und (C) in lasttragendem Kontakt mit jeweils den Endflächen (142) großen Durchmessers der Rollenelemente (130) und den Endflächen (144) kleinen Durchmessers der Rollenelemente (130) sind.
  6. Gasturbinenmaschine nach Anspruch 5, wobei der Konus (126) relativ zu der Welle (102) befestigt ist und mit der Welle rotiert.
  7. Gasturbinenmaschine nach Anspruch 5 oder 6, wobei der erste Konusgegenrippenring (154) integral mit dem Konus (128) ist.
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Families Citing this family (33)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ATE538307T1 (de) * 2003-07-02 2012-01-15 Timken Co Schrägverzahnung enthaltendes getriebe und lageranordnung dafür
US20060002648A1 (en) * 2004-07-01 2006-01-05 Patrick Tibbits Tapered roller thrust bearing with favorable load distribution
EP2118503B1 (de) 2007-02-28 2012-11-14 The Timken Company Bidirektionale und kegelförmige kugellageranordnung mit erhöhter verschleissresistenz
DE102007011633A1 (de) 2007-03-09 2008-11-13 The Timken Co. Selbsthaltende Wälzlageranordnung
US7931436B2 (en) * 2007-09-12 2011-04-26 United Technologies Corp. Roller bearings, and struts and gas turbine engines having such bearings
US9605560B2 (en) * 2007-11-13 2017-03-28 United Technolgies Corporation Fan shaft retention
US9181981B2 (en) * 2008-02-20 2015-11-10 United Technologies Corporation Bearing system and method for lubrication
US8235599B2 (en) 2008-02-25 2012-08-07 United Technologies Corp. Hydrodynamic tapered roller bearings and gas turbine engine systems involving such bearings
US9121303B2 (en) * 2008-06-10 2015-09-01 United Technologies Corporation Bearing system
US20100086247A1 (en) * 2008-10-08 2010-04-08 Brady Walker Roller bearing
DE102009055657A1 (de) * 2009-11-24 2011-05-26 Schaeffler Technologies Gmbh & Co. Kg Radlagereinheit mit funktionskombiniertem Wälznietbund
US8777793B2 (en) 2011-04-27 2014-07-15 United Technologies Corporation Fan drive planetary gear system integrated carrier and torque frame
EP3456940B8 (de) 2011-12-30 2020-11-04 Raytheon Technologies Corporation Gasturbinenmotorschmierung
US20130186058A1 (en) * 2012-01-24 2013-07-25 William G. Sheridan Geared turbomachine fan and compressor rotation
US10400629B2 (en) 2012-01-31 2019-09-03 United Technologies Corporation Gas turbine engine shaft bearing configuration
US8402741B1 (en) 2012-01-31 2013-03-26 United Technologies Corporation Gas turbine engine shaft bearing configuration
US8863491B2 (en) 2012-01-31 2014-10-21 United Technologies Corporation Gas turbine engine shaft bearing configuration
US9038366B2 (en) 2012-01-31 2015-05-26 United Technologies Corporation LPC flowpath shape with gas turbine engine shaft bearing configuration
CN102606620A (zh) * 2012-03-07 2012-07-25 中国航空动力机械研究所 双向圆锥滚子轴承
US9410427B2 (en) * 2012-06-05 2016-08-09 United Technologies Corporation Compressor power and torque transmitting hub
US10054109B2 (en) * 2012-06-10 2018-08-21 Vestas Wind Systems A/S Main bearing arrangement for a wind turbine
US20140314541A1 (en) * 2012-09-26 2014-10-23 United Technologies Corporation Turbomachine thrust balancing system
US9103375B2 (en) * 2012-12-14 2015-08-11 Aktiebolaget Skf Cartridge bearing assembly
US10066504B2 (en) 2013-03-15 2018-09-04 United Technologies Corporation Turbofan engine main bearing arrangement
WO2014197155A1 (en) 2013-06-03 2014-12-11 United Technologies Corporation Turbofan engine bearing and gearbox arrangement
US8869504B1 (en) 2013-11-22 2014-10-28 United Technologies Corporation Geared turbofan engine gearbox arrangement
DE102015212311A1 (de) * 2015-07-01 2017-01-05 Aktiebolaget Skf Lageranordnung
GB201900382D0 (en) * 2019-01-11 2019-02-27 Rolls Royce Plc Gas turbine engine
FR3098560B1 (fr) * 2019-07-10 2021-06-18 Safran Power Units Recirculation de lubrifiant dans un palier a elements roulants de turbomachine
WO2021126314A1 (en) 2019-12-19 2021-06-24 The Timken Company Stacked thrust tapered dissimilar series roller bearing
CN112431853A (zh) * 2020-12-04 2021-03-02 洛阳新强联回转支承股份有限公司 一种不需扩张收缩筐型保持架的特大型圆锥滚子轴承
CN112443573A (zh) * 2020-12-04 2021-03-05 洛阳新强联回转支承股份有限公司 一种风力发电机组独立变桨的三排圆柱滚子变桨轴承
CN112443572A (zh) * 2020-12-04 2021-03-05 洛阳新强联回转支承股份有限公司 一种可拆解小挡边的特大型圆锥滚子转盘轴承

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1194918A (en) * 1916-08-15 of port dover
US1992682A (en) * 1931-11-21 1935-02-26 Tyson Roller Bearing Corp Tapered roller bearing
US1961134A (en) * 1932-09-06 1934-06-05 Timken Roller Bearing Co Antifriction bearing
US3578831A (en) * 1969-02-13 1971-05-18 Hudson B Scheifele Composite tapered roller bearing and method of making the same
US3951483A (en) * 1972-12-26 1976-04-20 Nippon Seiko Kabushiki Kaisha Conical roller bearing
US4086759A (en) * 1976-10-01 1978-05-02 Caterpillar Tractor Co. Gas turbine shaft and bearing assembly
US4136916A (en) * 1977-06-27 1979-01-30 The Timken Company Unitized single row tapered roller bearing
JPS60208626A (ja) * 1984-03-30 1985-10-21 Koyo Seiko Co Ltd 腐食環境下で使用する回転部材支持装置
DE3566714D1 (en) * 1984-09-05 1989-01-12 Skf Gmbh Cylinder bearing
US5009523A (en) * 1989-07-20 1991-04-23 The Timken Company Double row bearing assembly
US5494358A (en) * 1994-02-09 1996-02-27 The Timken Company Package bearing
US5735612A (en) 1994-11-15 1998-04-07 The Timken Company Single row tapered roller bearing
US6239704B1 (en) * 2000-03-31 2001-05-29 Professional Security Corporation Alarm device for physically challenged individuals

Also Published As

Publication number Publication date
EP1227255B1 (de) 2005-10-05
US6464401B1 (en) 2002-10-15
EP1227255A2 (de) 2002-07-31
JP3890236B2 (ja) 2007-03-07
DE60206425D1 (de) 2005-11-10
EP1227255A3 (de) 2003-03-05
JP2002286030A (ja) 2002-10-03

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