WO2008061503A1 - Radialwälzlager, insbesondere zur lagerung von wellen in windkraftgetrieben - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to a radial rolling bearing according to the preamble of forming features of claim 1, and it is particularly advantageous to at least temporarily under very light loads running bearings, such as the storage of waves in wind power transmissions, realized.
  • FR 2 479 369 therefore a generic radial rolling bearing has been proposed, which consists essentially of an outer bearing ring with an inner raceway and a coaxial with this arranged inner bearing ring with an outer raceway and from a variety between the bearing rings on their careers rolling and by a bearing cage in the circumferential direction at regular intervals held each other rolling elements, in which to avoid the described slip effect and the resulting disadvantages between the rolling elements and the bearing rings several evenly distributed on the circumference rolling elements are replaced by hollow rollers.
  • These hollow rollers which are also slightly shorter than the rest of the rolling elements, have a slightly larger diameter and a smaller modulus of elasticity than the other rolling elements. per, so that they have a constant contact with the bearing rings in the load-free state of the radial roller bearing and thus ensure a steady drive of the bearing cage and thus the other rolling elements with kinematic speed.
  • the invention is therefore based on the object, a radial rolling bearing, in particular special for the storage of waves in wind power transmissions to design, which is under the greatest extent retaining its original features, such as load capacity, space and life, to prevent slippage between the rolling elements and the bearing rings is equipped with hollow rollers, which withstand the bearing loads occurring at any time and an overload avoid the remaining rolling elements and thus increase the service life of the radial roller bearing.
  • this object is achieved in a radial roller bearing according to the preamble of claim 1 such that the hollow rollers have the same or approximately the same load-bearing capacity as the other rolling elements by a defined design of its inner diameter relative to its outer diameter in the design point of the radial roller bearing.
  • the invention is thus based on the finding that it is already possible by targeted interpretation of the ratio between the inner diameter and the outer diameter of the hollow rollers, both to avoid the peak loads on the hollow rollers themselves and the premature wear of the remaining rolling elements and thus the load capacity and to significantly increase the life of such radial rolling bearings.
  • the hollow rollers when the hollow rollers have the same axial length as the other rolling elements and the size of its inner diameter between 60% and 80%, preferably 70 ⁇ 3%, the size of its outer diameter is.
  • the design of the hollow rollers with the same axial length as the other rolling elements is thereby a further contribution to approximating the load capacity of the hollow rollers to the load capacity of the other rolling elements of the radial rolling bearing, while the size ih- Res inner diameter of 70 ⁇ 3% of the size of its outer diameter is an optimum in terms of all occurring in continuous operation of the radial rolling bearing load conditions.
  • the inventively embodied radial roller bearing thus has the advantage over the known from the prior art radial rolling bearings that it is equipped with largely retaining its original performance characteristics, such as load capacity, space and life, to prevent slippage between the rolling elements and the bearing rings with hollow rollers which by a targeted adjustment of the ratio between its inner diameter and its outer diameter to withstand the bearing loads occurring at any time and at the same time avoid overloading of the remaining Wälz- body.
  • These advantages also occur when the rolling elements are not guided by a bearing cage, but lead themselves as in full complement bearings.
  • FIG. 1 shows a side view of a radial rolling bearing designed according to the invention
  • FIG. 2 shows the cross-section A - A through the radial rolling bearing according to FIG. 1 designed according to the invention. Detailed description of the drawings
  • the hollow rollers 8 are continuing in accordance with the invention by a defined design its inner diameter d ⁇ with respect to its outer diameter d A in the design point of the radial rolling bearing 1 with the same or approximately the same load capacity as the other rolling elements 6 is formed.
  • the hollow rollers 8 have the same axial length as the other rolling elements 6 and the size of its inner diameter d ⁇ preferably 70 ⁇ 3%, the size of its outer diameter d A.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Radialwälzlager, insbesondere zur Lagerung von Wellen in

Description

Schaeffler KG
Bezeichnung der Erfindung
Radialwälzlager, insbesondere zur Lagerung von Wellen in Windkraftgetrieben
Beschreibung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Radialwälzlager nach den oberbegriffsbildenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 , und sie ist insbesondere vorteilhaft an zumin- dest zeitweise unter sehr geringer Last laufenden Lagerungen, wie beispielsweise der Lagerung von Wellen in Windkraftgetrieben, realisierbar.
Hintergrund der Erfindung
Dem Fachmann in der Wälzlagertechnik ist es allgemein bekannt, dass Radialwälzlager bei ausreichender Belastung einen optimalen kinematischen Betriebszustand aufweisen, bei dem die Wälzkörper ohne zu gleiten auf den Laufbahnen des inneren und des äußeren Lagerrings abrollen. Desweiteren ist es von zumindest zeitweise niedrig belasteten Radialwälzlagern bekannt, dass sich der aus den Wälzkörpern und deren Lagerkäfig bestehende Wälzkörpersatz aufgrund der Reibung im Lager beziehungsweise aufgrund der hohen Massenkraft des Wälzkörpersatzes und der zeitweise geringen Kontaktkraft zwischen den Wälzkörpern und den Laufbahnen nicht mit der kinematischen Drehzahl dreht. Die Drehzahl des Wälzkörpersatzes bleibt folglich gegenüber der kinematischen Drehzahl zurück, so dass sich die Wälzkörper in einem ki- nematisch nicht optimalen Zustand befinden, durch den zwischen diesen Wälzkörpern und mindestens einer Laufbahn Schlupf vorliegt. Dabei kann sich an den Kontaktflächen zwischen den Wälzkörpern und der Laufbahn ein Schmierfilm aufbauen, der jedoch bei plötzlicher Drehzahl- oder Belastungsänderung zerstört wird, so dass an den schlupfbehafteten Kontaktstellen innerhalb kür- zester Zeit kein ausreichender Schmierfilm mehr vorliegt. Dies hat zur Folge, dass es zu einer metallischen Berührung der Laufbahn mit den Wälzkörpern kommt und diese auf der Laufbahn gleiten, bis die Wälzkörper auf die kinematische Drehzahl beschleunigt sind. Diese große Differenzgeschwindigkeit zwischen der Laufbahn und den Wälzkörpern sowie das Fehlen eines trennenden Schmierfilms ist somit ursächlich dafür, dass es in den Oberflächen der Laufbahn und der Wälzkörper zu hohen Tangentialspannungen kommt, die mit stärksten Verschleißerscheinungen, wie Aufrauhungen der Laufbahnen, Mate- rialaufreißungen und Anschmierungen zumeist in Verbindung mit Mikropittings verbunden sind und zum vorzeitigen Ausfall des Radialwälzlagers führen.
Durch die FR 2 479 369 wurde deshalb ein gattungsbildendes Radialwälzlager vorgeschlagen, welches im Wesentlichen aus einem äußeren Lagerring mit einer inneren Laufbahn und aus einem koaxial zu diesem angeordneten inneren Lagerring mit einer äußeren Laufbahn sowie aus einer Vielzahl zwischen den Lagerringen auf deren Laufbahnen abrollender und durch einen Lagerkäfig in Umfangsrichtung in gleichmäßigen Abständen zueinander gehaltener Wälzkörper besteht, bei dem zur Vermeidung des beschriebenen Schlupfeffektes und der daraus resultierenden Nachteile zwischen den Wälzkörpern und den Lagerringen mehrere gleichmäßig auf dem Umfang verteilte Wälzkörper durch Hohlrollen ersetzt sind. Diese zudem axial etwas kürzer als die übrigen Wälzkörper ausgebildeten Hohlrollen weisen dabei einen geringfügig größeren Durchmesser und einen geringeren Elastizitätsmodul als die übrigen Wälzkör- per auf, so dass diese im lastfreien Zustand des Radialwälzlagers einen ständigen Kontakt zu den Lagerringen aufweisen und somit einen stetigen Antrieb des Lagerkäfigs und damit der übrigen Wälzkörper mit kinematischer Drehzahl gewährleisten.
In der Praxis hat es sich jedoch gezeigt, dass die durch ihre permanente Verformung einer stetigen Biegewechselbeanspruchung unterliegenden Hohlrollen derartiger Radialwälzlager hinsichtlich ihrer Belastbarkeit potentielle Schwachstellen darstellen, die für eine verringerte Tragfähigkeit und eine verkürzte Lebensdauer des Wälzlagers ursächlich sind. So wurde beispielsweise ermittelt, dass es bei zu großer Auslegung des Innendurchmessers gegenüber dem Außendurchmesser der Hohlrollen, also bei zu geringen Wandstärken der Hohlrollen, im Auslegungspunkt des Radialwälzlagers zu einer starken Abnahme der Tragfähigkeit der Hohlrollen und somit zu einer Zunahme der Last auf die übrigen Wälzkörper kommt, die zu einem vorzeitigen Verschleiß dieser Wälzkörper und damit zu einer Verkürzung der Gebrauchsdauer des Radialwälzlagers führte. Wird der Innendurchmesser gegenüber dem Außendurchmesser der Hohlrollen dagegen zu klein ausgelegt, die Wandstärke der Hohlrollen also zu groß gewählt, kommt es im Auslegungspunkt des Radialwälzlagers zu Spitzenlasten auf den Hohlrollen, die im Dauerbetrieb des Lagers zu Anrissen und schließlich zum Bruch der Hohlrollen und damit ebenfalls zu einer Verkürzung der Gebrauchsdauer des Radialwälzlagers führten. Eine naheliegende Maßnahme zur Vermeidung solcher Fehl- dimensionierungen wäre es zwar, sowohl die Hohlrollen als auch die übrigen Wälzkörper insgesamt stärker zu dimensionieren, dies würde jedoch zwangsläu- fig eine nachteilige Vergrößerung des gesamten Lagerbauraums sowie eine Erhöhung der Herstellungskosten für das Wälzlager zur Folge haben.
Aufgabe der Erfindung
Ausgehend von den dargelegten Nachteilen des bekannten Standes der Technik liegt der Erfindung deshalb die Aufgabe zu Grunde, ein Radialwälzlager, insbe- sondere zur Lagerung von Wellen in Windkraftgetrieben, zu konzipieren, welches unter weitestgehender Beibehaltung seiner ursprünglichen Leistungsmerkmale, wie Tragzahl, Bauraum und Lebensdauer, zur Vermeidung von Schlupf zwischen den Wälzkörpern und den Lagerringen mit Hohlrollen ausgestattet ist, welche den auftretenden Lagerbelastungen jederzeit standhalten und eine Überbelastung der übrigen Wälzkörper vermeiden und damit die Gebrauchsdauer des Radialwälzlagers erhöhen.
Beschreibung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Radialwälzlager nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart gelöst, dass die Hohlrollen durch eine definierte Auslegung ihres Innendurchmessers gegenüber ihrem Außendurchmes- ser im Auslegungspunkt des Radialwälzlagers die gleiche oder annähernd gleiche Tragfähigkeit wie die übrigen Wälzkörper aufweisen.
Der Erfindung liegt somit die Erkenntnis zugrunde, dass es durch gezielte Auslegung des Verhältnisses zwischen dem Innendurchmesser und dem Außen- durchmesser der Hohlrollen bereits möglich ist, sowohl die Spitzenlasten auf den Hohlrollen selbst als auch den vorzeitigen Verschleiß der übrigen Wälzkörper zu vermeiden und damit die Tragfähigkeit und die Lebensdauer derartiger Radialwälzlager entscheidend zu erhöhen.
Gemäß Anspruch 2 ist es darüber hinaus eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäß ausgebildeten Radialwälzlagers, wenn die Hohlrollen die gleiche axiale Länge wie die übrigen Wälzkörper aufweisen und die Größe ihres Innendurchmessers zwischen 60% und 80%, vorzugsweise 70 ± 3%, der Größe ihres Außendurchmessers beträgt. Die Ausbildung der Hohlrol- len mit der gleichen axialen Länge wie die übrigen Wälzkörper ist dabei ein weiterer Beitrag dazu, die Tragfähigkeit der Hohlrollen an die Tragfähigkeit der übrigen Wälzkörper des Radialwälzlagers anzunähern, während die Größe ih- res Innendurchmessers von 70 ± 3% der Größe ihres Außendurchmessers ein Optimum hinsichtlich aller im Dauerbetrieb des Radialwälzlagers auftretender Lastbedingungen darstellt.
Das erfindungsgemäß ausgebildete Radialwälzlager weist somit gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Radialwälzlagern den Vorteil auf, dass es unter weitestgehender Beibehaltung seiner ursprünglichen Leistungsmerkmale, wie Tragzahl, Bauraum und Lebensdauer, zur Vermeidung von Schlupf zwischen den Wälzkörpern und den Lagerringen mit Hohlrollen ausgestattet ist, die durch eine gezielte Einstellung des Verhältnisses zwischen ihrem Innendurchmesser und ihrem Außendurchmesser den auftretenden Lagerbelastungen jederzeit standhalten und gleichzeitig eine Überbelastung der übrigen Wälz- körper vermeiden. Diese Vorteile treten dabei auch dann ein, wenn die Wälzkörper nicht durch einen Lagerkäfig geführt werden, sondern sich wie bei vollrolligen Lagern selbst führen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäß ausgebildeten Radialwälzlagers wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
Figur 1 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäß ausgebildeten Ra- dialwälzlagers;
Figur 2 den Querschnitt A - A durch das erfindungsgemäß ausgebildete Radialwälzlager nach Figur 1. Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Aus den Darstellungen der Figuren 1 und 2 geht deutlich ein zur Lagerung von Wellen in Windkraftgetrieben geeignetes Radialwälzlager 1 hervor, welches in bekannter Weise aus einem äußeren Lagerring 2 mit einer inneren Laufbahn 3 und einem koaxial zu diesem angeordneten inneren Lagerring 4 mit einer äußeren Laufbahn 5 sowie aus einer Vielzahl zwischen den Lagerringen 2, 4 auf deren Laufbahnen 3, 5 abrollender Wälzkörper 6 besteht, die durch einen Lagerkäfig 7 in Umfangsrichtung in gleichmäßigen Abständen zueinander gehal- ten werden. Ebenso ist aus den Zeichnungen klar ersichtlich, dass bei dem dargestellten Radialwälzlager 1 zur Vermeidung von Schlupf zwischen den Wälzkörpern 6 und den Lagerringen 2, 4 drei gleichmäßig auf dem Umfang verteilte Wälzkörper 6 durch Hohlrollen 8 ersetzt sind, die einen geringfügig größeren Durchmesser und einen geringeren Elastizitätsmodul als die übrigen Wälzkörper 6 aufweisen, um im lastfreien Zustand des Radialwälzlagers 1 einen ständigen Kontakt zu den Lagerringen 2, 4 und somit einen stetigen Antrieb des Lagerkäfigs 7 und damit der übrigen Wälzkörper 6 mit kinematischer Drehzahl gewährleisten.
Damit an den Hohlrollen 8 selbst keine Spitzenlasten mehr auftreten, die im Dauerbetrieb des Radialwälzlagers 1 zum Bruch der Hohlrollen 8 führen könnten, sowie zur Vermeidung von vorzeitigen Verschleiß verursachenden Überbelastungen der übrigen Wälzkörper 6, sind die Hohlrollen 8 weiterführend in erfindungsgemäßer Weise durch eine definierte Auslegung ihres Innendurch- messers dι gegenüber ihrem Außendurchmesser dA im Auslegungspunkt des Radialwälzlagers 1 mit der gleichen oder annähernd gleichen Tragfähigkeit wie die übrigen Wälzkörper 6 ausgebildet. Dies wird erreicht, indem die Hohlrollen 8 die gleiche axiale Länge wie die übrigen Wälzkörper 6 aufweisen und die Größe ihres Innendurchmessers dι vorzugsweise 70 ± 3%, der Größe ihres Außen- durchmessers dA beträgt. Bezugszahlenliste
1 Radialwälzlager
2 äußerer Lagerring
3 innere Laufbahn
4 innerer Lagerring
5 äußere Laufbahn
6 Wälzkörper
7 Lagerkäfig
8 Hohlrollen d, Innendurchmesser dA Außendurchmesser

Claims

Patentansprüche
1. Radialwälzlager, insbesondere zur Lagerung von Wellen in Windkraftgetrieben, welches im Wesentlichen aus einem äußeren Lagerring (2) mit einer inneren Laufbahn (3) und einem koaxial zu diesem angeordneten inneren Lagerring (4) mit einer äußeren Laufbahn (5) sowie aus einer Vielzahl zwischen den Lagerringen (2, 4) auf deren Laufbahnen (3, 5) abrollender Wälzkörper (6) besteht, die durch einen Lagerkäfig (7) in Umfangsrichtung in gleichmäßigen Abständen zueinander gehalten werden, wobei zur Vermeidung von Schlupf zwischen den Wälzkörpern (6) und den Lagerringen (2, 4) mehrere gleichmäßig auf dem Umfang verteilte Wälzkörper (6) durch Hohlrollen (8) ersetzt sind, die einen geringfügig größeren Durchmesser und einen geringe- ren Elastizitätsmodul als die übrigen Wälzkörper (6) aufweisen, um im lastfreien Zustand des Radialwälzlagers (1) einen ständigen Kontakt zu den Lagerringen (2, 4) und somit einen stetigen Antrieb des Lagerkäfigs (7) und damit der übrigen Wälzkörper (6) mit kinematischer Drehzahl gewährleisten, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlrollen (8) durch eine definierte Aus- legung ihres Innendurchmessers (dι) gegenüber ihrem Außendurchmesser (OA) im Auslegungspunkt des Radialwälzlagers (1) die gleiche oder annähernd gleiche Tragfähigkeit wie die übrigen Wälzkörper (6) aufweisen.
2. Radialwälzlager nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Hohl- rollen (8) die gleiche axiale Länge wie die übrigen Wälzkörper (6) aufweisen und die Größe ihres Innendurchmessers (dι) zwischen 60% und 80%, vorzugsweise 70 ± 3%, der Größe ihres Außendurchmessers (dA) beträgt.
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