JP2018185045A - 滑り軸受ブッシュを形成する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、滑り軸受ブッシュを形成する方法に関する。【解決手段】平坦な支持金属層（８）が準備され、この支持金属層（８）の上に、平坦な複合材料を形成するために、滑り層（９）が配置され、その後、平坦な複合材料が滑り軸受ブッシュの形状に次のように、すなわち滑り軸受ブッシュ（４）内で支持金属層（８）が径方向に滑り層（９）の下方に配置されているように、ロール状に巻かれる。本発明は、さらに、この方法に従って形成された滑り軸受ブッシュ（４）に関する。【選択図】図３

Description

本発明は、滑り軸受ブッシュを形成する方法に関するものであって、その方法によれば平坦な支持金属層が準備され、この支持金属層上に平坦な複合材料を形成するために滑り層が配置され、かつその後に平坦な複合材料が滑り軸受ブッシュの形状になるように巻かれる。

本発明は、さらに、支持金属層と滑り層とを有する複合材料を巻いて形成した滑り軸受ブッシュに関する。

本発明は、滑り軸受ブッシュを有する軸、特に、風力設備伝動機構のためのプラネットホィールピンにも関する。

さらに、本発明は、少なくとも１つの歯車を有する風力設備伝動機構に関するものであって、その歯車が軸上に軸承されており、その場合に歯車と軸の間に、滑り軸受ブッシュを備えた軸受箇所が配置されている。

滑り軸受ブッシュは、一般に、軸受材料がブッシュ内側に設けられるように形成されている。それによって、ブッシュは軸上に焼き嵌めされることはなく、軸受収容部内に圧入されることが定められている。

しかし、風力エネルギー部門では、特許文献１から、滑り軸受ブッシュが軸と相対回動不能に結合されていることも、知られている。この特許文献１においては、少なくとも１つの太陽歯車、リングギア及び遊星歯車支持体を有し、その遊星歯車支持体内に複数の遊星歯車が軸承されている、風力設備用の遊星歯車伝動機構が記載されている。遊星歯車を軸承するために複数のラジアル滑り軸受が設けられており、それらはそれぞれ滑り軸受材料からなるスリーブを有しており、そのスリーブがインナーリングとして遊星歯車軸上に固定されており、その場合に付属の軸受アウターリングが遊星歯車の孔によって形成されている。滑り軸受材料として、銅−亜鉛合金、銅−錫合金及びアルミニウム−錫合金が記載されている。さらに、滑り軸受材料がそれぞれ鋼支持ボディ上にロールクラッディングされていると、コスト的に好ましい滑り軸受の実現化をもたらすことが記載されている。しかし、この特許文献１は、どのような径方向順序で個々の層が配置されているか、について何ら指摘を有していない。特に、当業者にとって図面からは、滑り軸受ブッシュの多層の構造が明らかにされず、一層材料のみである。したがって、当業者にとって明らかなのは、前もって略述されている一般的な専門知識を考慮して、滑り軸受材料の滑り軸受ブッシュは、種々の実施変形例で、径方向内側の層を多層に形成することである。

特許文献２からは、軸上に軸承されている少なくとも１つの歯車を有する風力設備伝動機構が知られており、その場合に歯車と軸の間には滑り軸受を有する軸受箇所が配置されている。滑り軸受は、特に滑り軸受ブッシュとして形成されており、かつ軸又は歯車と相対回動不能に結合することができる。さらに、滑り軸受ブッシュは、多層滑り軸受として形成されている。

欧州特許出願公開第２３８３４８０（Ａ１）号明細書 オーストリア特許出願公開第５１３７４３（Ａ４）号明細書

本発明の課題は、軸上に相対回動不能に配置されている滑り軸受ブッシュにおけるクリープ現象を、特に風力機械伝動機構内で使用する場合に、減少させ、もしくは回避することである。

本発明の課題は、冒頭で挙げた滑り軸受ブッシュによって解決され、それにおいて支持金属層は径方向において滑り層の下方に配置されている。

さらに、本発明の課題は、冒頭で挙げた軸によって解決され、それにおいて滑り軸受ブッシュは、本発明に従って形成されている。

本発明の課題は、冒頭で挙げた風力設備伝動機構によっても解決され、それにおいて軸が本発明に従って形成されている。

さらに、本発明の課題は、冒頭で挙げた方法によって解決され、それによれば平坦な複合材料が、滑り軸受ブッシュ内で支持金属材料が滑り層の径方向下方に配置されるように、巻かれる。

その場合に、好ましくは、平坦な複合材料を滑り軸受ブッシュになるように逆に巻くことによって、軸上にコスト的に比較的好ましく、鋼−硬い裏面金属層、特に鋼という材料の組み合わせが得られる。したがって滑り軸受ブッシュを軸と相対回動不能に結合する領域内のクリープ現象もしくは緩和現象を簡単に阻止し、もしくは減少させることができる。それによってさらに、複合材料のもっとも硬い材料を介して平坦な複合材料を巻くことが行われ、それによって滑り軸受ブッシュの後加工を減少させることができる、という利点が得られる。したがって風力設備伝動機構内の滑り軸受ブッシュにおける修理作業もより簡単に実施することができる。というのは、伝動機構の軸はより簡単に接近できるからである（伝動機構の歯車の構造に比較して）。それによって、滑り軸受ブッシュの１つ又は複数のより柔らかい層内に場合によっては発生するクリープをより簡単に補正し、もしくは対処することが可能である。

滑り軸受ブッシュは、軸方向に溶接継目を有することができる。ロール状に巻かれた複合材料の両方の開放した端部を材料結合で結合することによって、滑り軸受ブッシュの形状安定性を改良することができる。かみ合わせる形態に比較して、材料による結合によって、滑り軸受ブッシュのより均質な滑り面を提供することができる。

それに対する実施変形例によれば、滑り軸受ブッシュは溶接継目と並んで、軸方向に延びるオイル溝を有することができる。オイル溝を少なくとも部分的に溶接継目内に形成することは、それによって、滑り層の表面に溶接によってもたらされる材料変化が除去され、かつ溶接継目の後加工それ自体が１つの作業工程内で対処できるので、それ自体容易に想到されることではあるが、オイル溝を溶接継目と並べて配置することは、次のような利点、すなわち溶接継目を形成するために、滑り層全体と場合によっては、溶接が行われる溝を形成するための支持金属層の一部をより簡単に除去することができる、という利点を、提供する。その場合にオイル溝自体は、「閉成された溝」として形成することができ、すなわちオイル溝は滑り軸受ブッシュの軸方向の幅全体にわたって延びておらず、したがって側方の端面まで延びていない。したがって側方の出口によるオイル損失は、より良好に回避することができる。

上述した理由から、滑り軸受ブッシュは軸と相対回動不能に結合されており、特に軸上に焼き嵌めされている。

さらに、軸内に潤滑剤供給導管を形成することができ、かつ滑り軸受ブッシュの支持金属層内に孔を形成することができ、その孔が滑り層内の軸方向に延びるオイル溝内へ連通している。軸を介して潤滑剤供給することによって、軸受箇所のための潤滑剤供給システムを簡略化することができ、それによって風力設備伝動機構をよりコンパクトに構成することができる。

本発明をさらによく理解するために、以下の図を用いて本発明を詳細に説明する。
図は、それぞれ著しく簡略化された図式的な表示である。

風力設備伝動機構の一部を示す横断面図である。 軸を示す斜視図である。 滑り軸受ブッシュを示す断面図である。

最初に記録しておくが、異なるように記載される実施形態において、同一の部分には同一の参照符号ないし同一の構成部分名称が設けられており、その場合に説明全体に含まれる開示は、同一の参照符号ないし同一の構成部分名称を有する同一の部分へ意味に従って移し替えることができる。また、説明内で選択される、たとえば上、下、側方などのような位置記載は、直接説明され、かつ示される図に関するものであって、この位置記載は位置が変化した場合には意味に従って新しい位置へ移し替えられる。

図１は、風力設備伝動機構１の一部を横断面で示している。風力設備伝動機構１は、特に（シングルの）遊星歯車伝動機構の形式で形成されている。

既知のように、風力設備はタワーを有しており、その上方の端部にゴンドラが配置されており、その中にロータブレードを有するロータが軸承されている。このロータは、伝動機構を介して、同様にゴンドラ内にあるジェネレータと作用結合されており、その場合に伝動機構を介してロータの低い回転数がジェネレータロータの高い回転数に変換される。風力設備のこのような形態は、従来技術に属するので、ここではそれについての周知の文献を参照するよう指示する。

風力設備伝動機構１は、少なくとも１つの歯車２を有している。この歯車２は、風力設備伝動機構１内で第２と第３の歯車（両方とも図示せず）の間に歯合するように配置されている。そのために、少なくとも１つの歯車２は、外歯車３を有している。

遊星歯車伝動機構としての、特に風力設備の主伝動機構としての、風力設備伝導機構１の実施形態において、第２の歯車は外歯車を有する太陽歯車として形成されており、その太陽歯車が、ジェネレータロータへ通じる軸と相対回動不能に結合されている。太陽歯車は、通常、複数の歯車２、遊星歯車、たとえば２つ、好ましくは３つ又は４つの、遊星歯車によって包囲されている。

第３の歯車は、リングギアとして形成されており、そのリングギアは少なくとも１つの歯車２もしくは複数の歯車２を径方向に包囲し、かつ内側の表面に同様に、少なくとも部分的に歯車を有しており、その歯車が１つの歯車２もしくは複数の歯車２の外歯車３と歯合する。リングギアは、風力設備のロータのロータ軸と相対回動不能に、あるいは風力設備伝動機構１のハウジングと相対回動不能に結合されている。

風力設備伝動機構１内の歯車は、直線の歯筋を有する平歯車又は螺旋の歯筋を有するはすば歯車として形成することができる。

少なくとも１つの歯車２（以下においては１つの歯車２についてのみ記述し、その場合にこの説明は、すべての歯車２もしくは複数の歯車にも移し替えることができる）は、複数の滑り軸受ブッシュ４を介して軸５上に、したがって、たとえば遊星ボルト（いわゆる遊星軸）上に軸承されている。図２においてさらによくわかる、この軸５は、歯車支持体６の孔内に保持することができる。

指摘しておくが、本発明の枠内でこの種の風力設備伝動機構１の１段階の形態のみでなく、多段階、たとえば２段又は３段の形態も可能であり、そのために少なくとも１つの歯車２、特に遊星歯車内に、他の平歯車段を組み込むことができる。さらに、本発明の枠内で、パラレル伝動機構も示すことができ、それはこの範囲において、具体的な説明に属する。したがって風力設備伝導機構１は、シングルの遊星歯車伝動機構とパラレルの２段又は多段の遊星歯車伝動機構あるいは一般的に複数の遊星歯車伝動機構を有することができる。

さらに記録しておくが、本発明は、風力設備の遊星歯車伝動機構内での適用が、好ましいことではあるが、それのみではなく、一般に風力設備のための伝動機構内で、特に風力設備のロータの低速の回転数をより高い回転数に変換するために、使用することができる。以下で詳細に説明する滑り軸受ブッシュ４の他の適用も、本発明の枠内で可能である。

滑り軸受ブッシュ４は、間隙７を形成しながら、軸方向に互いに離隔して配置されている。

滑り軸受ブッシュ４は、軸５と相対回動不能に結合されている。相対回動不能に結合するために、滑り軸受ブッシュ４は、特に軸５上に焼き嵌めされている（プレス嵌め）。しかし相対回動不能の結合を形成するための、他の方法も可能である。たとえば滑り軸受ブッシュ４は、軸５と溶接し、あるいはピンを介して結合することができる。したがって滑り軸受ブッシュ４は、形状結合及び／又は力結合及び／又は材料結合で軸５と結合することができる。

滑り軸受ブッシュ４は、特に図３からも明らかなように、多層滑り軸受として形成されている。

滑り軸受ブッシュ４は、支持金属層８と、支持層８上に設けられた滑り層９とからなる。その場合に滑り層９は、歯車２もしくは軸承すべき構成部品のための走行面を形成する。従来の滑り軸受ブッシュにおけるのとは異なり、支持金属層８は径方向において滑り層９の下方にあるので、その支持金属層は、自らが添接し、もしくはそれと相対回動不能に結合される軸５の表面と直接接触する。したがって滑り層９は、径方向もっとも外側の層である。

滑り軸受ブッシュ４のこの２層の仕様の他に、図３に破線で示唆されるように、滑り層９と支持金属層８の間に中間層、たとえば、軸受金属層１０、が配置される可能性もある。さらに、支持金属層８と滑り層９の間及び／又は軸受金属層１０と滑り層９の間及び／又は支持金属層８と軸受金属層１０の間に、少なくとも１つの結合層及び／又は少なくとも１つの拡散層を配置することができる。さらに、滑り層９上に摩耗層又は進入層を配置する可能性があり、この場合においてその層が径方向もっとも外側の層を形成する。

それぞれの層は、互いに直接結合することができるので、したがってたとえば支持金属層８が直接滑り層９又は軸受金属層１０又は結合層又は拡散層と結合されている。上で挙げた滑り軸受ブッシュ４の層の枠内で、層順序が異なる場合においても、同じことが当てはまる。

支持金属層２は、特にスチールバックからなる。しかし支持金属層は、滑り軸受ブッシュ４に必要な形状安定性を与える、他の材料からなることもできる。

場合によっては、設けられる軸受金属層１０は、たとえば（鉛を含まない）銅合金又はアルミニウム合金あるいは錫合金からなることができる。その例は、ＡｌＳｎ６ＣｕＮｉ、ＡｌＳｎ２０Ｃｕ、ＡｌＳｉ４Ｃｄ、ＡｌＣｄ３ＣｕＮｉ、ＡｌＳｉ１１Ｃｕ、ＡｌＳｎ６Ｃｕ、ＡｌＳｎ４０、ＡｌＳｎ２５ＣｕＭｎ、ＡｌＳｉ１１ＣｕＭｇＮｉ、ＣｕＳｎ１０、ＣｕＡｌ１０Ｆｅ５Ｎｉ５、ＣｕＺｎ３１Ｓｉ１、ＣｕＰｂ２４Ｓｎ２、ＣｕＳｎ８Ｂｉ１０、ＳｎＳｂ８Ｃｕ４、ＳｎＳｂ１２Ｃｕ６Ｐｂである。

滑り層９は、たとえば銅−鉛合金、たとえばＣｕＰｂ２２Ｓｎ２．５あるいは銅−錫合金、たとえばＣｕＳｎ５Ｚｎあるいはアルミニウムベース合金、たとえばＡｌＳｎ２０Ｃｕ、ＡｌＳｎ２５Ｃｕ１．５Ｍｎ０．６からなり、あるいは、たとえばＭｏＳ_２を有するポリアミドイミドベースの滑り樹脂、及び／又はグラファイトからなることができる。

摩耗層５は、たとえば錫、鉛、ビスマス又はビスマス合金あるいは、たとえばＭｏＳ_２を有するポリアミドイミドベースの滑り樹脂及び／又はグラファイトからなることができる。

拡散層及び／又は結合層は、たとえばＡｌ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｍｏ、Ｐｄ及びＮｉＳｎ合金又はＣｕＳｎ合金からなることができる。

念のために記録しておくが、個々の層は少なくとも量的に、特に質的にも、様々な組成を有している。

軸方向の推移において、それぞれ滑り軸受ブッシュ４と並んで、それぞれ滑り軸受ブッシュ４もしくは歯車２と歯車支持体６との間に始動ディスク１１を設けることができる。

図１からは、さらに、滑り軸受ブッシュ４の走行面の潤滑剤供給の好ましい実施変形例が明らかである。そのために軸５の孔１２もしくは通路状の切り欠きを介して、図示されない潤滑剤リザーバと接続されている潤滑剤入口１３から潤滑剤、特に潤滑油が、滑り軸受ブッシュ４の走行面の領域１４内へ供給される、そこから潤滑剤はその後少なくともほぼ走行面全体にわたって分配される。孔１３もしくは切り欠きは、好ましくは複数の部分を有しており、それらは径方向外側を向くか、あるいは軸方向の推移を有している。

図１から明らかなように、孔１２もしくは切り欠きは、すべての軸受箇所へ潤滑剤を分配するために、少なくとも１つの分岐を有しているので、したがって２つの滑り軸受ブッシュ４の各々は、少なくとも１つの専用の潤滑剤供給を有している。場合によっては、滑り軸受ブッシュ４の周面にわたって分配して、軸受箇所への複数の、たとえば２つ又は３つ又は４つなどの、潤滑剤出口を配置することができる。

潤滑剤供給は、軸５を介してのみ行うことができる。

少なくともほぼ走行面全体にわたって潤滑剤をより良好に分配するために、中間室７は好ましくは少なくとも１つの接続導管１５を介して周囲外気と接続されている。好ましくは、図１に示すように、接続導管１５は軸５内に延びている。

軸受領域から潤滑剤を排出するために、専用の排出導管（図示せず）を設けることができる。しかし、潤滑剤の少なくとも一部は、軸５内の接続導管１５を介して排出することもできる。

なお、特に滑り軸受ブッシュ４の風力設備への様々な使用に関して、２つの滑り軸受ブッシュ４の代わりに、１つだけ、又は２つより多い軸受ブッシュ４を使用することもできる。

滑り軸受ブッシュ４を形成するために、平坦な（すなわちフラットな）支持金属層８もしくはそれに応じた平坦な支持金属ブランクが準備される。この平坦な支持金属層８上に、平坦な複合材料を形成するために、滑り層９が配置され、かつ、中間層が配置されない限りにおいて、支持金属層８と結合される。中間層が使用される場合には、正しい順序に従って平坦な支持金属層８上に中間層が次々と配置される。

１つ（複数）の層、特に滑り層９と軸受金属層８との結合は、特に圧延によって行うことができ、そのために他の１つ（複数）の層のための材料からなる適切な細片が使用される。しかし又、他のセパレーション方法、たとえばガルバニックセパレーション又はＰＶＤ方法あるいはＣＶＤ方法によるセパレーションも可能である。

平坦な複合材料の形成後に、この複合材料は圧延機内で次のように、すなわち滑り軸受ブッシュ内で支持金属材料８が滑り層９の径方向下方に配置され、かつ滑り層９が走行面を形成するための径方向外側の層を形成するように、滑り軸受ブッシュ４の形状に巻かれる。

他の実施変形例によれば、滑り軸受ブッシュ４は溶接継目１６を有することができる。巻いた後に、滑り軸受ブッシュ４は軸方向端面の領域内でまだ開放して形成されている。この２つの端面を互いに結合するために、これらは好ましくは互いに、あるいは付加材料なしで互いに、溶接される。その場合に好ましくは溶接の前に、滑り層９が厚さ全体にわたって径方向に、そして場合によっては支持金属層８の一部が、溝を形成するために除去される。その後この溝内で、結合溶接が行われ、この場合において支持金属層８のみが溶接される。

しかしまた、他の結合方法も可能であって、たとえば２つの軸方向の端面を互いにかみ合わせることができる。

他の実施変形例によれば、溶接継目１６の他に、軸方向に延びる少なくとも１つのオイル溝が形成されており、もしくは形成される。好ましくはオイル溝１７は、溶接継目１６に対して間隔をもって配置されており、その間隔は、滑り層９の走行面の外周の０．５％と１０％から２０％の領域内の間（軸方向に見て）である。

さらに、オイル溝１７が滑り軸受ブッシュ４の軸方向の端面１８の前で、かつそれに対して距離をおいて終了しており、従ってこのオイル溝が軸方向において走行面全体にわたってつながって延びていないと、効果的である。軸方向の端面１８からのオイル溝の間隔は、滑り軸受ブッシュ４の軸方向の全長の２％と２０％の領域から選択することができる。

少なくとも１つのオイル溝１７を形成する場合に、潤滑剤供給導管、従ってその径方向の部分が、このオイル溝１７内に連通し、そのために支持金属層８内と、場合によっては滑り層９内にしかるべき孔１９が形成されており、それを通して塵滑剤が供給される。

実施例は、可能な実施変形例を示し、もしくは記述するものであって、その場合にここに記録しておくが、個々の実施変形例の互いに対する様々な組み合わせも可能である。

最後に形式的に指摘しておくが、滑り軸受ブッシュ４もしくは風力設備伝動機構１の構造をよりよく理解するために、これらは必ずしも縮尺通りには示されていない。

１ 風力設備伝動機構
２ 歯車
３ 外歯車
４ 滑り軸受ブッシュ
５ 軸
６ 歯車支持体
７ 中間室
８ 支持金属層
９ 滑り層
１０ 軸受金属層
１１ 始動ディスク
１２ 孔
１３ 潤滑剤入口
１４ 領域
１５ 接続導管
１６ 溶接継目
１７ オイル溝
１８ 端面
１９ 孔

Claims (8)

1. 滑り軸受ブッシュ（４）を形成する方法であって、
   平坦な支持金属層（８）を準備し、
   該支持金属層（８）の上に、平坦な複合材料を形成するために滑り層（９）を配置し、 その後、平坦な複合材料を前記滑り軸受ブッシュ（４）にロール状に巻く、方法において、
   前記平坦な複合材料を、前記滑り軸受ブッシュ（４）内で前記支持金属層（８）が径方向に滑り層（９）の下方に配置されるように巻く、ことを特徴とする滑り軸受ブッシュを形成する方法。
2. 支持金属層（８）と滑り層（９）とを有する複合材料からなるロール状に巻かれた滑り軸受ブッシュ（４）において、
   前記支持金属層（８）が径方向において前記滑り層（９）の下方に配置されている、ことを特徴とするロール状に巻かれた滑り軸受ブッシュ。
3. 軸方向に溶接継目（１６）を有している、ことを特徴とする請求項２に記載の滑り軸受ブッシュ（４）。
4. 前記溶接継目（１６）と並んで、軸方向に延びるオイル溝（１７）が形成されている、ことを特徴とする請求項３に記載の滑り軸受ブッシュ（４）。
5. 滑り軸受ブッシュ（４）を有する、軸（５）であって、特に風力設備伝動機構用のプラネットホィールピンである軸において、
   前記滑り軸受ブッシュ（４）が請求項２〜４の何れか一項に従って形成されている、ことを特徴とする軸（５）。
6. 前記滑り軸受ブッシュ（４）が軸（５）上に焼き嵌めされている、ことを特徴とする請求項５に記載の軸（５）。
7. 前記軸（５）内に潤滑剤供給導管が形成されており、
   前記滑り軸受ブッシュ（４）の前記支持金属層（８）内に孔（１９）が形成されており、該孔（１９）が前記滑り層（９）内で軸方向に延びるオイル溝（１７）内へ連通している、ことを特徴とする請求項５又は６に記載の軸（５）。
8. 少なくとも１つの歯車（２）を有する風力設備伝動機構（１）であって、
   前記歯車が軸（５）上に軸承されており、歯車（２）と軸（５）の間に、滑り軸受ブッシュ（４）を有する軸受箇所が配置されている、風力設備伝動機構（１）において、
   前記軸（５）が請求項５〜７の何れか一項に従って形成されている、ことを特徴とする風力設備伝動機構。

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