WO2011120833A1 - Mehrreihiges kegelrollenlager und getriebe mit einem solchen lager - Google Patents

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WO2011120833A1
WO2011120833A1 PCT/EP2011/054203 EP2011054203W WO2011120833A1 WO 2011120833 A1 WO2011120833 A1 WO 2011120833A1 EP 2011054203 W EP2011054203 W EP 2011054203W WO 2011120833 A1 WO2011120833 A1 WO 2011120833A1
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rolling elements
raceway
tapered rollers
rows
bearing
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PCT/EP2011/054203
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Joachim Sommer
Armin Ohlschewski
Rainer Spies
Arno Stubenrauch
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Aktiebolaget Skf
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    • F16C2361/61—Toothed gear systems, e.g. support of pinion shafts

Definitions

  • the present invention relates to a bearing assembly and a transmission.
  • tapered roller bearings When used in gearboxes, tapered roller bearings are often used when heavy loads occur. This is the case in particular with wind turbines. Since the local planetary gear are exposed to constantly changing loads from axial and radial load shares, tapered roller bearings have special advantages here, since both loads can be absorbed via the same rolling elements. For example, bearings are known with two rows of tapered rollers, which can be arranged in the so-called X or O arrangement.
  • roller bearings with two rows for example, with tapered rollers used, the rollers have a correspondingly high diameter.
  • Bearing arrangements with four or more rows of tapered rollers are already known from the prior art.
  • a tapered roller bearing is known which has up to six rows of tapered rollers.
  • the inner ring of the tapered roller bearing is integrally formed and has a separate incorporated raceway for each row of tapered rollers.
  • the outer ring is split in each case, so that the mounting of the tapered roller bearing is guaranteed.
  • the tapered rollers are arranged side by side in different orientations, so that the tapered roller bearing can be designed according to the specific application. Basically left the individual rows of tapered rollers of the bearing also run as a separate, axially adjacent tapered roller bearings.
  • a bearing assembly comprising the following features:
  • raceway elements are arranged axially one behind the other and in each case radially opposite to the third raceway element
  • the third raceway element has a first raceway on which the rolling elements of the two rows roll together
  • the third raceway element has a second career, on which the
  • the bearing arrangement By providing at least three rows of rolling elements, high loads can be borne by the bearing arrangement according to the invention.
  • the rolling elements can be compared with bearing arrangements with two rows with the same load rating with smaller diameter finished, which reduces the manufacturing cost.
  • the rows may, for example, be arranged axially one behind the other, with the rolling elements of adjacent rows being able to touch each other. Also, the rows may be spaced.
  • An embodiment of the invention is advantageous in that the two rows of rolling elements are arranged in the X or O arrangement with respect to the third row of rolling bodies.
  • the use of the common third raceway element is advantageous, since there are always manufacturing tolerances with respect to the axial dimensions when using separate raceway elements, which must be taken into account when mating the components.
  • only axial tolerances of the first and second raceway element are to be considered.
  • the rows of rolling elements can first be pre-assembled on the first and second raceway element, optionally with a cage leading the rolling elements and then inserted axially from the outside into the third raceway in the.
  • the first and second raceway element respectively has raceways on which the respective rolling elements arranged between it and the third raceway element roll. Consequently, the first raceway element has two raceways for the rolling elements of the two rows and the second raceway element at least one raceway for the rolling elements of the third row.
  • the third raceway element is designed as an outer ring and the first and second raceway element in each case as an inner ring for easy mounting of the bearing assembly.
  • the third raceway element designed as an inner ring and the first and second raceway element in each case as an outer ring.
  • a fourth row of rolling elements is arranged axially next to the third row of rolling elements, so that, for example, with respect to the first and second row of the rolling elements and the axial center of the bearing assembly results in a symmetrical arrangement of the rolling elements.
  • the rolling elements of the fourth row roll together on the second raceway of the third raceway element.
  • raceway elements are integrally formed in the region of common raceways, so that the two rows of rolling elements can roll, for example, directly next to one another on the common raceway.
  • the common career having region of the respective raceway element is integrally formed, that is executed axially uninterrupted.
  • a common cage for guiding the rolling elements is provided for the two rolling on the common career rows of rolling elements.
  • the raceways on the first and / or second raceway element are axially spaced and / or bounded by a respective board.
  • the rolling elements can be performed. This optimizes the running properties of the bearing arrangement in particular especially at high loads in the axial and radial directions. Also in this embodiment, adjacent rows can lead to a common cage.
  • the raceways in the first raceway element on which roll the rolling elements of the two rows run as a common career. Consequently, this embodiment of the first raceway element has a raceway designed to be comparable to the third raceway element.
  • the raceways of the second raceway element can be designed accordingly.
  • raceways formed on the respective raceway element are designed to be aligned for adjacent rows of the rolling elements. Consequently, the raceways of the respective raceway element lie on the surface of the same geometric body. At the respective opposing raceway element results in relation to the common or aligned track a comparable arrangement.
  • the aligned arrangement of the individual raceways, as well as the continuous design of the common raceways has the effect that adjacent rolling elements rotate at the same angular velocity. This ensures in particular that adjacent rows of rolling elements guided in the common cage do not exert forces on the cage due to different angular speeds, so that the wear is minimized.
  • rolling elements rolling on a common track are arranged directly adjacent.
  • adjacent rolling elements are preferably arranged side by side in each case in a single pocket of the cage.
  • the raceways on the outer ring and inner ring are continuous, so run as a common career. This results in an additional utilization of the space located in other embodiments between the rolling elements to further increase the load rating the bearing arrangement.
  • the cage is particularly simple executable in this embodiment. In each cage pocket then find two of the rolling elements.
  • the mutually facing end faces of the immediately adjacent rolling elements have a planar region.
  • the rolling elements can then be arranged such that touch each two adjacent rolling elements. With predominantly flat design of the front sides, the available space can be optimally utilized. Due to the same angular velocity of adjacent rolling elements, there is no relative movement of the rolling elements, so that no friction losses occur. In addition, even with touching rolling elements wear due to increased abrasion on the front sides is excluded.
  • the end faces at the transitions to the running surfaces of the rolling elements have a slight rounding, so that no edge stresses occur when the rolling elements, for example, slightly restrict. This could be the case with completely plan trained end faces.
  • rolling elements rolling on a common track are arranged at a distance, and at least one spacer element is provided between them.
  • the spacer element can, for example, serve to guide the rolling bodies.
  • the spaced-apart rolling elements each have on the mutually facing end sides opposite blind holes and the spacer element is arranged in each case in the opposite blind holes.
  • a relatively high proportion of the available space can be used to increase the load rating.
  • the bearing assembly can be equipped with rolling elements of lower dimensional accuracy compared to the directly complained rolling elements.
  • the spacing element can be designed, for example, as a spring element that has a defined Pretension exerted on the adjacent rolling elements. These can thus be pressed, for example, against axially outboard shelves.
  • opposing rows of rolling elements are arranged in O arrangement with respect to the axial center of the bearing assembly.
  • the tapered rollers are therefore all arranged so that they taper towards the axial center of the bearing assembly.
  • the outer ring may be formed integrally, while the inner ring is in two parts.
  • the bearing arrangement can be carried out in an X arrangement, in which case the third raceway element is designed as an inner ring, while the first and second raceway element are formed as outer rings.
  • the preferred design depends on the intended use. Consequently, embodiments of the invention can be used in many ways.
  • the rows of rolling elements at least partially different cone angles.
  • the side with lower cone angle rolling elements absorbs a higher proportion of radial loads, while the side with a higher angle absorbs a higher proportion of axial forces.
  • a transmission is also specified for use in a wind power plant, having at least one bearing arrangement according to one of the claims 1 to 9.
  • the inventive bearing arrangement and its embodiments can be used particularly advantageously, for example, in planetary gears of wind turbines, since particularly high load capacities are required with limited space.
  • FIG. 1 shows a first exemplary embodiment of the invention.
  • a bearing assembly 1 comprises an outer ring 3 and two inner rings 5a and 5b. Between the outer ring 3 and the inner ring 5 a two rows of tapered rollers 7 a and 7 b are arranged. Between the outer ring 3 and the inner ring 5b, two rows of tapered rollers 7a and 7b are also arranged.
  • all tapered rollers 7a are identical in shape and size, but different from the shape and size of the tapered rollers 7b. All tapered rollers 7b are in turn identical in shape and size.
  • the one-piece design of the outer ring 3 is effectively avoided that tolerances of several components, as forcibly occur in known embodiments, add, and so the required precision would no longer be guaranteed.
  • the outer ring 3 comprises two raceways 9 and 10, on each of which roll the tapered rollers 7a and 7b.
  • the raceways 9 and 10 are each formed continuously in the outer ring 3.
  • the respectively rolling on the track 9 and 10 rolling elements 7a and 7b are therefore arranged on the track so that their outer sides are arranged in alignment with each other.
  • a single track 1 1 and 13 is provided for each row of tapered rollers 7 a and 7 b.
  • the raceways 1 1 and 13 are each bounded by rims 15.
  • the tapered rollers 7a and 7b are spaced apart by the middle of the shelves 15. During operation of the bearing assembly 1, the shelves 15 serve to guide the tapered rollers 7a and 7b.
  • cages 17 are provided.
  • separate cages can also be used for each row of tapered rollers 7a and 7b, but these require more space.
  • the tapered rollers 7a and 7b have the same cone angle, as shown in FIG. Adjacent tapered rollers 7a and 7b thus have a common apex point. This is understood to be the point at which the outside of the tapered rollers 7a and 7b cut, aligned in the direction of their taper lines intersect. However, the tapered roller 7b is made smaller than the tapered roller 7a. As a result, not only the raceway 9 and 10 is provided for flush abutment of the rolling elements, but also the raceways 1 1 and 13 are inserted in alignment in the respective inner ring 5a and 5b. However, the tracks 1 1 and 13, in contrast to the track 9 and 10, however, separated by the board 15, so are not formed continuously.
  • the bearing assembly 1 has a system 19 of lubrication grooves.
  • the inner rings 5a and 5b have at their mutually facing end faces 21 and 23 each have a groove 25 which extends radially outwards and thus connects the space 27 between the tapered rollers 7a with the space 29 within the inner rings 5 a and 5b.
  • the Inner rings 5a and 5b also each have a circumferential groove 31 which is connected to the respective groove 25. In the space 29, the inner rings 5a and 5b are mounted during assembly of the bearing assembly 1, for example, on a shaft or a fixed bolt. By the circumferential groove 31 and the radially outwardly extending groove 25 can bring lubricant from the space 29 in the space 27, which can be used to lubricate the bearing assembly 1.
  • FIG. 2 shows an alternative embodiment of the invention.
  • the illustrated bearing assembly 101 is constructed largely analogously to the embodiment of FIG.
  • the bearing assembly 101 has an outer ring 103, and inner rings 105a and 105b. Between the outer ring 103 and the two inner rings 105a and 105b tapered rollers 107a and 107b are arranged in an analogous arrangement to the embodiment of Figure 1 respectively.
  • the bearing assembly 101 has a row of cylindrical rollers 151 between the two rows of tapered rollers 107b.
  • the cylindrical rollers 151 are guided by a cage 153.
  • a raceway 155 for the cylindrical rollers 151 is formed correspondingly in the center.
  • the bearing assembly 101 has a further inner ring 156 which is disposed between the inner rings 105a and 105b.
  • the inner ring 156 has a raceway 157 on which the cylindrical rollers 151 roll.
  • two ribs 159 are formed in the inner ring 156 axially adjacent to the raceway 157.
  • a lubrication groove system 161 is formed analogously to the embodiment of FIG.
  • cylindrical rollers 151 By providing the cylindrical rollers 151, even larger radial loads can be absorbed by the bearing arrangement 101 than with the bearing arrangement 1 shown in FIG. 1. It is likewise possible to provide a plurality of rows of cylindrical rollers 151 between the tapered rollers 107b in order to accommodate even larger radial loads can.
  • further inner rings 156 may be provided, but also a plurality of raceways 157 in the inner ring 156 may be formed next to one another. In this case, the inner ring 156 may be wider.
  • FIG. 3 shows a bearing arrangement 201, which in turn resembles the embodiments of FIGS. 1 and 2.
  • the bearing assembly 201 has an outer ring 203, each having a continuous raceway for tapered rollers 207a and 207b.
  • inner rings 205a and 205b are provided.
  • the rolling elements 207a and 207b are each guided by a common cage 217.
  • the inner rings 205a and 205b of the bearing assembly 201 also each have a common running surface 21 1 for the tapered rollers 207a and 207b.
  • the tapered rollers 207a and 207b are disposed in the bearing assembly 201 immediately adjacent so that their adjacent end faces 213 and 215 are in contact, respectively.
  • the end faces 213 of the tapered rollers 207a and 215 of the tapered rollers 207b have a planar region, which will be explained with reference to FIG. This results in the best possible contact surface between the tapered rollers 207a and 207b.
  • two ribs 219 are respectively formed on the inner ring 205a and 205b.
  • tapered rollers 207a and 207b rotate in each case at the same angular velocity analogously to the other exemplary embodiments, there is at most negligible relative movement in the form of cabinets with respect to immediately adjacent tapered rollers 207a and 207b, ie mutual tilting. Adjacent tapered rollers 207a and 207b do not diverge during operation of the bearing assembly. At the contact of the end faces 213 and 215 thus no relative displacement and thus no friction, which could lead to running losses and wear.
  • the bearing assembly 201 has the advantage of making the best possible use of the available space to achieve a high load rating. Compared to the embodiments of Figures 1 and 2, the tapered rollers 207a and 207b are larger in executable with the same outer dimensions of the bearing assembly, since the space located between the tapered rollers is used.
  • FIG. 4 shows a bearing arrangement 301. It corresponds to the embodiment of Figure 3 with regard to the basic design of the outer ring 303 and the inner rings 305a and 305b.
  • the bearing arrangement 301 has a total of six rows of tapered rollers 307a, 307b and 307c. In each case, three rows of tapered rollers 307a, 307b and 307c lie directly adjacent on each side of the bearing assembly 301 and roll on a common running surface on the outer ring 303 and on the inner ring 305a and 305b.
  • the tapered rollers 307a, 307b and 307c are thus made smaller than the corresponding tapered rollers 207a and 207b of FIG. 3.
  • the outer ring 303 and the inner rings 205a and 205b could be made larger at a comparable size of the tapered rollers 307a, 307b and 307c.
  • FIG. 5 shows a further exemplary embodiment of the invention.
  • the illustrated bearing arrangement 401 in turn corresponds with respect to the design of the outer ring 403 and the inner rings 405a and 405b of the embodiment of Figure 3.
  • a total of four rows of tapered rollers 407a and 407b are provided on the outer ring 403 and the inner ring Roll 405a and 405b on common running surfaces.
  • adjacent tapered rollers 407a and 407b with respect to their end faces a small distance. At the opposite end faces, the tapered rollers 407a and 407b have blind holes 417.
  • a spring member 419 is supported so that adjacent tapered rollers 407a and 407b are kept at a constant pitch.
  • the spring element 419 can be designed, for example, as a metallic spring or an elastomer.
  • the immediately adjacent tapered rollers 407a and 407b can be pushed apart with a defined pretensioning force, so that they rest against the respective rims 421 of the inner rings 405a and 405b.
  • the spring element 419 thus absorbs the forces that are exerted in the embodiment of Figure 1 on the board 15 between the tapered rollers 7a and 7b.
  • the spring force should be selected such that it approximately corresponds to a fictitious on-board load exerted by the tapered roller 407b at nominal to maximum load on the bearing assembly 401. Due to the conical configuration of the tapered rollers 407a and 407b and the matching design of the raceways, the respective raceway of the outer ring 403 is not parallel to the respective opposite raceway of the inner ring 405a or 405b. Consequently, the forces exerted by the corresponding raceways on the lateral surface of the tapered rollers 407a and 407b do not act in parallel. This results in a resultant force on the tapered rollers 407a and 407b, pushing them outward along the raceways. This force is compensated by the outer rim 415 with respect to the tapered rollers 407a. With respect to the tapered rollers 407b, the force is correspondingly compensated by the appropriately designed spring element 419.
  • a large part of the space between the tapered rollers 7a and 7b is used to increase the load capacity.
  • the spring elements 419 may be dimensioned such that they hold in the blind holes 417. Consequently, adjacent tapered rollers 407a and 407b can be held together and aligned with each other by the spring member 419 interposed therebetween. This additionally facilitates the assembly.
  • a bearing assembly 501 It is similar to the embodiment of Figure 2 with respect to the arrangement of the tapered rollers 507a and 507b. However, the design of the middle cylindrical roller bearing is different compared to the embodiment of Figure 2. Thus, the inner rings 505a and 505b are made to have a contact surface 571. In this respect, the preload of the tapered roller bearing is mandatory here determined about the dimensions of the inner rings 505a and 505b. In FIG. 2, the inner ring belonging to the cylindrical roller bearing was also to be taken into account.
  • the inner rings 505a and 505b have paragraphs 573.
  • an inner ring 556 axially overlapping the two inner rings 505a and 505b is arranged, on which cylindrical rollers 551 roll.
  • the cylindrical rollers 551 are guided by a cage 553 and also roll on a raceway 555 formed in the outer ring 503.
  • the raceway 555 is arranged radially outwardly offset in the outer ring 503, so that two ribs 559 for lateral guidance of the cylindrical rollers 551 arise.
  • the inner ring 556 overlaps the inner rings 505a and 505b on contact surfaces 575a and 575b, respectively. Laterally, however, it has a distance to the inner rings 505a and 505b.
  • the inner ring 556 preferably has an interference fit on the contact surfaces 575a and 575b, so that the inner rings 505a and 505b are no longer axially displaceable. A correspondingly applied to the tapered rollers 507a and 507b bias is maintained by the interference fit of the components.
  • the inner ring 556 thus holds the bearing assembly 501 axially together.
  • a bearing assembly 601 has two outer rings 603a and 603b.
  • the bearing assembly 601 has an inner ring 605.
  • a series of tapered rollers 607 is arranged.
  • the outer ring 603a has a running surface 609, on which the tapered rollers 607 roll.
  • the inner ring 605 has a tread 1 1, on which roll the tapered rollers 607.
  • the outer ring 603b has a common tread 610 on which the tapered rollers 607a and 607b roll.
  • the inner ring 605 has a track 613 on which also roll the tapered rollers 607a and 607b.
  • the tapered rollers 607 and 607a or 607b of the bearing arrangement 601 are arranged in an X arrangement.
  • the bearing assembly 601 in contrast to the embodiments of Figures 1 to 6, only three rows of rolling elements. Three-row versions would also be possible in the embodiments of Figures 1 to 6. It would also be possible in an alternative embodiment of the bearing assembly 601, in addition to the tapered rollers 607 analogous to the axially opposite side to provide a further series of tapered rollers, so that here also a four-row tapered roller bearing is formed.
  • the tapered rollers 607 are guided by a cage 617.
  • the tapered rollers 607a and 607b are guided by a common cage 618.
  • the resulting two raceways for the tapered rollers 607a and 607b would also have to be aligned in this case.
  • the tapered rollers 607a and 607b have the same cone angle and are designed only with different diameters. Both the tapered rollers 607 and the pair of tapered rollers 607a and 607b are guided by ribs 615 formed on the inner ring 605, respectively.
  • a pair of tapered rollers 707a and 707b are shown.
  • the tapered rollers 707a and 707b are correspondingly used in the embodiments of Figures 3, 4 and 7. They are arranged directly adjacent and have at the mutually facing end faces 713 and 715, a planar region 717 on.
  • the tapered rollers 707a and 707b have a rounded profile 721.
  • the outer end faces 723 and 725 of the tapered rollers 707a and 707b are designed such that an optimal guidance on board the respective inner ring or outer ring can be achieved.
  • the tapered rollers 707a and 707b correspond to a continuous tapered roller with a correspondingly large length in relation to the diameter. Since, due to physical constraints, such an overly long tapered roller would not be capable of uniformly bearing the load of the bearing, it is necessary to use two tapered rollers 707a and 707b.
  • FIG. 9 the tapered rollers 407a and 407b of the bearing arrangement 401 from FIG. 5 are shown in detail. Evident is the spacing of the end faces of the tapered rollers 407a and 407b in comparison to the two tapered rollers of Figure 8.
  • Each of the tapered rollers 407a and 407b has a blind hole 417 on.
  • a spring element 419 is arranged in the two blind holes 417 of the tapered rollers 407a and 407b. According to the clamping force of the spring element 419, the tapered rollers 407a and 407b are held at the defined distance and held biased between the rims of the inner ring (see FIG.
  • the spring element 419 is dimensioned by the diameter such that it is held in the blind holes 417.
  • the tapered rollers 407a and 407b can not be only defined space but also hold together so that the assembly can be done as a single continuous tapered roller. It is also possible to ensure the greatest possible spring function, the spring element 419 with little clearance in the blind holes 417 store.
  • the cage is outside the roller pitch circle, so that there is a captive holder of the respective rolling elements on the respective inner ring. Due to the chosen O-arrangement of the tapered rollers, it is possible to push the inner rings provided with the rolling elements axially from the outside into the outer ring and thus to mount. Due to the continuous raceways of the outer ring, this is possible in a simple manner. In known embodiments, it is necessary to mount the rollers individually.
  • the embodiments of the invention in transmissions of wind turbines can be used.
  • the outer ring of the respective bearing arrangement could be part of a planetary gear, so have a toothing on its radial outer surface.
  • the respective outer ring can also be inserted in a hollow gear and thus make part of the respective planetary gear.
  • the inner rings are seated accordingly on a bolt for mounting the planet gear. Due to the lubrication systems, the bearing assemblies are supplied with lubricant from the planetary gear.
  • the cone angle or the angle of attack of the tapered rollers on the two axial sides of the bearing assembly it is possible to choose the cone angle or the angle of attack of the tapered rollers on the two axial sides of the bearing assembly differently.
  • the two rows of tapered rollers on the left side could be made shallower than those on the right side, thereby distributing the axial and radial loads among the different ones Halves of the bearing assembly would result.
  • different pressure angles, ie nominally different angles of the outer raceway on both sides of the bearing arrangement can be selected.

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Abstract

Lageranordnung (1), aufweisend folgende Merkmale: wenigstens drei Laufbahnelemente (3, 5a, 5b); wenigstens zwei der Laufbahnelemente (5a, 5b) sind axial hintereinander angeordnet und liegen jeweils radial dem dritten Laufbahnelement (3) gegenüber; wenigstens drei Reihen kegelstumpfartiger Wälzkörper (7a, 7b); wenigstens zwei der Reihen sind zwischen dem ersten und dem dritten Laufbahnelement (5a, 3) und wenigstens eine dritte der Reihen ist zwischen dem zweiten und dem dritten Laufbahnelement (5b, 3) angeordnet; das dritte Laufbahnelement (3) weist eine erste Laufbahn (9) auf, auf der die Wälzkörper (7a, 7b) der zwei Reihen gemeinsam abrollen; das dritte Laufbahnelement (3) weist eine zweite Laufbahn (10) auf, auf der die Wälzkörper (7a, 7b) der dritten Reihe abrollen; die erste und die zweite Laufbahn (9, 10) sind getrennt ausgebildet.

Description

B e s c h r e i b u n g
MEHRREIHIGES KEGELROLLENLAGER UND GETRIEBE MIT EINEM SOLCHEN LAGER
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lageranordnung und ein Getriebe.
Beim Einsatz in Getrieben werden bei Auftreten hoher Lasten oftmals Kegelrollenlager eingesetzt. Dies ist insbesondere bei Windenergieanlagen der Fall. Da die dortigen Planetengetriebe ständig wechselnden Belastungen aus axialen und radialen Lastanteilen ausgesetzt sind, haben Kegelrollenlagerungen hier besondere Vorteile, da beide Belastungen über dieselben Wälzkörper aufgenommen werden können. Bekannt sind beispielsweise Lagerungen mit zwei Reihen von Kegelrollen, die in der so genannten X- oder O-Anordnung angeordnet sein können.
Zur Aufnahme hoher Lasten werden oftmals Rollenlager mit zwei Reihen, beispielsweise mit Kegelrollen, eingesetzt, wobei die Rollen einen entsprechend hohen Durchmesser aufweisen. Alternativ bietet es sich beispielsweise an, mehr als zwei Reihen von Kegelrollen einzusetzen. Aus dem Stand der Technik sind bereits Lageranordnungen mit vier oder mehr Reihen von Kegelrollen bekannt. So ist beispielsweise aus der US 2,130,258 ein Kegelrollenlager bekannt, das bis zu sechs Reihen von Kegelrollen aufweist. Der Innenring des Kegelrollenlagers ist einstückig ausgebildet und weist für jede Reihe der Kegelrollen eine separate eingearbeitet Laufbahn auf. Der Außenring ist jeweils geteilt ausgeführt, so dass die Montier- barkeit des Kegelrollenlagers gewährleistet ist. Die Kegelrollen sind nebeneinander in unterschiedlichen Orientierungen angeordnet, so dass sich das Kegelrollenlager entsprechend dem spezifischen Einsatzzweck gestalten lässt. Grundsätzlich ließen sich die einzelnen Reihen der Kegelrollen des Lagers auch als separate, axial benachbart angeordnete Kegelrollenlager ausführen.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Lageranordnung und ein Getriebe anzugeben, die bei hoher Tragzahl vergleichsweise einfach und kostengünstig herzustellen sind.
Diese Aufgabe wird durch eine Lageranordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und ein Getriebe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Unter anspräche.
Gemäß Patentanspruch 1 wird eine Lageranordnung angegeben, aufweisend folgende Merkmale:
- wenigstens drei Laufbahnelemente,
- wobei wenigstens zwei der Laufbahnelemente axial hintereinander angeordnet sind und jeweils radial dem dritten Laufbahnelement gegenüberliegen,
- wenigstens drei Reihen kegelstumpfartiger Wälzkörper,
- wobei wenigstens zwei der Reihen zwischen dem ersten und dem dritten Laufbahnelement und wenigstens eine dritte der Reihen zwischen dem zweiten und dem dritten Laufbahnelement angeordnet sind,
- das dritte Laufbahnelement weist eine erste Laufbahn auf, auf der die Wälzkörper der zwei Reihen gemeinsam abrollen,
- das dritte Laufbahnelement weist ein zweite Laufbahn auf, auf der die
Wälzkörper der dritten Reihe abrollen,
- wobei die beiden Laufbahnen getrennt ausgebildet sind.
Durch das Vorsehen von wenigstens drei Reihen von Wälzkörpern lassen sich mit der erfindungsgemäßen Lageranordnung hohe Lasten tragen. Durch den Einsatz von mehr als zwei Reihen der Wälzkörper lassen sich die Wälzkörper im Vergleich zu Lageranordnungen mit zwei Reihen bei gleicher Tragzahl mit kleinerem Durchmes- ser fertigen, was die Herstellungskosten reduziert. Die Reihen können beispielsweise axial hintereinander angeordnet sein, wobei sich die Wälzkörper benachbarter Reihen berühren können. Ebenfalls können die Reihen beabstandet sein.
Durch den Einsatz des gemeinsamen dritten Laufbahnelements lässt sich die Anzahl der verwendeten Bauteile insgesamt reduzieren. Insofern ist die Lageranordnung im Vergleich zu bekannten Ausführungen mit vermindertem Aufwand herstellbar. Vorteilhaft ist eine Ausgestaltung der Erfindung derart, dass die zwei Reihen der Wälzkörper bezüglich der dritten Reihe der Wälzkörper in X- bzw. O-Anordnung angeordnet sind. Insbesondere in einer derartigen Anordnung ist die Verwendung des gemeinsamen dritten Laufbahnelements von Vorteil, da sich beim Einsatz getrennter Laufbahnelemente stets Fertigungstoleranzen bezüglich der axialen Abmessungen ergeben, die beim der Paarung der Komponenten berücksichtigt werden müssen. Bei der Lageranordnung nach den Ausführungen der Erfindung sind lediglich axiale Toleranzen des ersten und zweiten Laufbahnelements zu berücksichtigen. Hier ist die Ausbildung zweier Laufbahnelemente, die den Laufbahnelemente radial gegenüberliegenden zur Montage der Lageranordnung erforderlich. So können die Reihen der Wälzkörper zunächst auf dem ersten bzw. zweiten Laufbahnelement, gegebenenfalls mit einem die Wälzkörper führenden Käfig vormontiert werden und dann axial von außen in das dritte Laufbahn in den eingeschoben werden.
Das erste und zweite Laufbahnelement weist jeweils Laufbahnen auf, auf denen die jeweils zwischen ihm und dem dritten Laufbahnelement angeordneten Wälzkörper abrollen. Folglich weist das erste Laufbahnelement zwei Laufbahnen für die Wälzkörper der zwei Reihen und das zweite Laufbahnelement wenigstens eine Laufbahn für die Wälzkörper der dritten Reihe auf.
Bei einer O-Anordnung der Wälzkörper ist zur einfachen Montage der Lageranordnung das dritte Laufbahnelement als Außenring und das erste und zweite Laufbahnelement jeweils als Innenring ausgeführt. Bei einer X- Anordnung der Wälzkörper ist das dritte Laufbahnelement als Innenring und das erste und zweite Laufbahnelement jeweils als Außenring ausgeführt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist axial neben der dritten Reihe von Wälzkörpern eine vierte Reihe von Wälzkörper angeordnet, so dass sich beispielsweise bezüglich der ersten und zweiten Reihe der Wälzkörper und der axialen Mitte der Lageranordnung eine symmetrische Anordnung der Wälzkörper ergibt. Die Wälzkörper der vierten Reihe rollen beispielsweise gemeinsam auf der zweiten Laufbahn des dritten Laufbahnelements ab. Somit ergibt sich eine bezieht sich der Tragfähigkeit ausgeglichene Lageranordnung.
Die Laufbahnelemente sind im Bereich gemeinsamer Laufbahnen einstückig ausgebildet, so dass die beiden Reihen der Wälzkörper beispielsweise unmittelbar nebeneinander auf der gemeinsamen Laufbahn abrollen können. Somit ist der die gemeinsame Laufbahn aufweisende Bereich des jeweiligen Laufbahnelements einstückig ausgebildet, also axial nicht unterbrochen ausgeführt.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist für die beiden auf der gemeinsamen Laufbahn abrollenden Reihen der Wälzkörper ein gemeinsamer Käfig zur Führung der Wälzkörper vorgesehen. Dies ermöglicht eine besonders platzsparende Ausführung der Lageranordnung im Vergleich zu bekannten, mehrreihigen Lageranordnungen, in denen jede Reihe der Wälzkörper mittels eines separaten Käfigs geführt wird. Vorhandener Bauraum lässt sich somit zum Einsatz größerer bzw. längerer Wälzkörper verwenden, was eine Maximierung der Tragzahl der Lageranordnung ermöglicht.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Laufbahnen am ersten und/oder zweiten Laufbahnelement durch jeweils einen Bord axial beabstandet und/oder begrenzt. Am dem Bord bzw. den Borden können zudem die Wälzkörper geführt werden. Dies optimiert die Laufeigenschaften der Lageranordnung insbe- sondere bei hohen Lasten in axialer und radialer Richtung. Auch in dieser Ausführung lassen sich benachbarte Reihen mit einem gemeinsamen Käfig führen.
In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung sind auch die Laufbahnen im ersten Laufbahnelement, auf denen die Wälzkörper der zwei Reihen abrollen als eine gemeinsame Laufbahn ausgeführt. Diese Ausführung des ersten Laufbahnelements weist folglich eine zum dritten Laufbahnelement vergleichbar gestaltete Laufbahn auf. In Ausführungen der Erfindungen, bei denen eine vierte Reihe von Wälzkörpern vorgesehen ist, können die Laufbahnen des zweiten Laufbahnelements entsprechend ausgebildet sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind am jeweiligen Laufbahnelement ausgebildete Laufbahnen für benachbarte Reihen der Wälzkörper fluchtend ausgebildet. Folglich liegen die Laufbahnen des jeweiligen Laufbahnelements auf der Oberfläche desselben geometrischen Körpers. Am jeweils gegenüber liegenden Laufbahnelement ergibt sich in Bezug auf die gemeinsame bzw. fluchtende Laufbahn eine vergleichbare Anordnung. Die fluchtende Anordnung der einzelnen Laufbahnen hat ebenso wie die durchgängige Ausführung der gemeinsamen Laufbahnen den Effekt, dass benachbarte Wälzkörper mit derselben Winkelgeschwindigkeit umlaufen. Dadurch ist insbesondere sichergestellt, dass im gemeinsamen Käfig geführte benachbarte Reihen von Wälzkörpern keine aufgrund unterschiedlicher Winkelgeschwindigkeiten zu Stande kommenden Kräfte auf den Käfig ausüben, so dass der Verschleiß minimiert ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind auf einer gemeinsamen Laufbahn abrollende Wälzkörper unmittelbar benachbart angeordnet. In diesem Fall sind benachbarte Wälzkörpern nebeneinander bevorzugt jeweils in einer einzelnen Tasche des Käfigs angeordnet. In diesem Fall sind die Laufbahnen am Außenring und Innenring durchgängig, also als gemeinsame Laufbahn auszuführen. Hierdurch ergibt sich eine zusätzliche Ausnutzung des in anderen Ausführungsbeispielen zwischen den Wälzkörpern befindlichen Platzes zur weiteren Erhöhung der Tragzahl der Lageranordnung. Zudem ist der Käfig in dieser Ausführungsform besonders einfach ausführbar. In jeder Käfigtasche finden dann zwei der Wälzkörper Platz.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen die einander zugewandten Stirnseiten der unmittelbar benachbarten Wälzkörper einen planen Bereich auf. Die Wälzkörper können dann derart angeordnet sein, dass sich jeweils zwei nebeneinander liegende Wälzkörper berühren. Bei überwiegend planer Ausführung der Stirnseiten lässt sich der zur Verfügung stehende Raum optimal ausnutzen. Aufgrund der gleichen Winkelgeschwindigkeit benachbarter Wälzkörper kommt es zu keiner Relativbewegung der Wälzkörper, so dass keine Reibungsverluste auftreten. Zudem ist auch bei sich berührenden Wälzkörpern ein Verschleiß durch erhöhten Abrieb an den Stirnseiten ausgeschlossen. Bevorzugt weisen jedoch die Stirnseiten an den Übergängen zu den Laufflächen der Wälzkörper eine geringfügige Ver- rundung auf, damit keine Kantenspannungen auftreten, wenn die Wälzkörper beispielsweise leicht schränken. Dies könnte bei völlig plan ausgebildeten Stirnseiten der Fall sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind auf einer gemeinsamen Laufbahn abrollende Wälzkörper beabstandet angeordnet und zwischen ihnen ist jeweils wenigstens ein Beabstandungselement vorgesehen. Das Beabstandungsele- ment kann beispielsweise der Führung der Wälzkörper dienen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen die beanstandet angeordneten Wälzkörper jeweils an den einander zugewandten Stirnseiten sich gegenüberliegende Sacklöcher auf und das Beabstandungselement ist jeweils in den sich gegenüberliegenden Sacklöchern angeordnet. In dieser Ausführung lässt sich ebenfalls ein relativ hoher Anteil des zur Verfügung stehenden Bauraums zur Erhöhung der Tragzahl nutzen. Durch eine geringe Beabstandung der Wälzkörper lässt sich die Lageranordnung im Vergleich zu den unmittelbar beanstandeten Wälzkörpern auch mit Wälzkörpern geringerer Maßhaltigkeit bestücken. Das Beabstandungselement kann beispielsweise als Federelement ausgeführt sein, dass eine definierte Vorspannung auf die benachbarten Wälzkörper ausgeübt. Diese lassen sich somit beispielsweise gegen axial außen liegende Borde drücken.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind sich bezüglich der axialen Mitte der Lageranordnung gegenüberliegende Reihen der Wälzkörper in O- Anordnung angeordnet. Die Kegelrollen sind folglich alle derart angeordnet, dass sie sich zur axialen Mitte der Lageranordnung hin verjüngen. Dabei kann beispielsweise der Außenring einstückig ausgebildet sein, während der Innenring zweiteilig ist. Durch die Ausbildung in O-Anordnung ist es auf einfache Weise möglich, der Lageranordnung eine definierte Vorspannung zu geben, die zum Betrieb erforderlich ist. Ebenfalls ist eine einfache Montage gewährleistet, da sich beispielsweise das erste und zweite Laufbahnelement mit bereits montierten Wälzkörpern und den Käfigen auf einfache Weise in das dritte Laufbahnelement schieben lassen. Die Vorspannung lässt sich einstellen, indem erste und zweite Laufbahnelement definiert gegeneinander verspannt werden. Alternativ lässt sich die Lageranordnung in X- Anordnung ausführen, wobei dann das dritte Laufbahnelement als Innenring ausgebildet ist, während das erste und zweite Laufbahnelement als Außenringe ausgebildet sind. Die bevorzugte Bauart hängt dabei vom Einsatzzweck ab. Folglich lassen sich Ausführungen der Erfindung vielfältig einsetzen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen die Reihen der Wälzkörper wenigstens teilweise verschiedene Kegelwinkel auf. So ist es bevorzugt möglich, auf einer axialen Seite der Lageranordnung jeweils zwei Reihen mit spitzerem Kegelwinkel anzuordnen, als auf der gegenüberliegenden Seite. Dies führt zu einer Verteilung der axialen und radialen Lasten auf die jeweilige Seite des Wälzlagers. Dabei nimmt die Seite mit Wälzkörper geringeren Kegelwinkels einen höheren Anteil an Radiallasten auf, während die Seite mit höherem Winkel einen höheren Anteil an axialen Kräften aufnimmt.
Erfindungsgemäß wird ebenfalls ein Getriebe zum Einsatz in einer Windkraftanlage angegeben, aufweisend wenigstens eine Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9. Die erfmdungsgemäße Lageranordnung und ihre Ausführungsformen lassen sich besonders vorteilhaft beispielsweise in Planetengetrieben von Windkraftanlagen einsetzen, da hier besonders hohe Tragzahlen bei gleichzeitig begrenztem Bauraum erforderlich sind.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgend erläuterten Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den beigefügten Figuren 1 bis 7, die verschiedene Ausführungsformen der Erfindung zeigen. In den Figuren 8 und 9 sind Wälzkörper zum Einsatz in Ausführungsbeispielen der Erfindung dargestellt.
In der Figur 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Eine Lageranordnung 1 umfasst einen Außenring 3 und zwei Innenringe 5a und 5b. Zwischen dem Außenring 3 und dem Innenring 5 a sind zwei Reihen von Kegelrollen 7a und 7b angeordnet. Zwischen dem Außenring 3 und dem Innenring 5b sind ebenfalls zwei Reihen von Kegelrollen 7a und 7b angeordnet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind sämtliche Kegelrollen 7a identisch in Form und Größe, jedoch unterschiedlich von Form und Größe der Kegelrollen 7b. Sämtliche Kegelrollen 7b sind ihrerseits identisch in Form und Größe. Durch die einteilige Ausbildung des Außenrings 3 wird effektiv vermieden, dass sich Toleranzen von mehreren Bauteilen, wie sie bei bekannten Ausführungsformen zwangsweise auftreten, addieren, und so die erforderliche Präzision nicht mehr gewährleistet wäre.
Der Außenring 3 umfasst zwei Laufbahnen 9 und 10, auf denen jeweils die Kegelrollen 7a und 7b abrollen. Die Laufbahnen 9 und 10 sind jeweils durchgängig im Außenring 3 ausgebildet. Die jeweils auf der Laufbahn 9 bzw. 10 abrollenden Wälzkörper 7a und 7b sind daher derart auf der Laufbahn angeordnet, dass ihre Außenseiten fluchtend zueinander angeordnet sind. In den Innenringen 5 a und 5b ist für jede Reihe der Kegelrollen 7a und 7b eine einzelne Laufbahn 1 1 bzw. 13 vorgesehen. Die Laufbahnen 1 1 und 13 sind jeweils durch Borde 15 begrenzt. Insbesondere sind die Kegelrollen 7a und 7b durch den mittleren der Borde 15 beabstandet. Im Betrieb der Lageranordnung 1 dienen die Borde 15 zur Führung der Kegelrollen 7a und 7b. Zur weiteren Führung der Kegelrollen sind zudem Käfige 17 vorgesehen. Bevorzugt ist dabei jeweils den benachbart angeordneten Kegelrollen 7a und 7b ein gemeinsamer Käfig 17 zugeordnet, wodurch sich die Lageranordnung 1 besonders platzsparend ausführen lässt. Grundsätzlich lassen sich auch für jede Reihe von Kegelrollen 7a und 7b separate Käfige einsetzen, diese benötigen jedoch mehr Platz.
Die Kegelrollen 7a und 7b weisen denselben Kegelwinkel auf, wie aus der Figur 1 ersichtlich ist. Benachbarte Kegelrollen 7a und 7b weisen folglich einen gemeinsamen Apexpunkt auf. Darunter wird der Punkt verstanden, in dem sich außen an die Kegelrollen 7a und 7b gelegte, in Richtung ihrer Verjüngung orientierte Geraden schneiden. Jedoch ist die Kegelrolle 7b kleiner ausgebildet als die Kegelrolle 7a. Daraus resultiert, dass nicht nur die Laufbahn 9 bzw. 10 zum fluchtenden Anliegen der Wälzkörper vorgesehen ist, sondern auch die Laufbahnen 1 1 und 13 fluchtend in den jeweiligen Innenring 5a bzw. 5b eingebracht sind. Die Laufbahnen 1 1 und 13 werden im Unterschied zur Laufbahn 9 bzw. 10 jedoch durch den Bord 15 getrennt, sind also nicht durchgehend ausgebildet.
Durch die fluchtende Ausbildung der jeweils benachbarten Laufbahnen 1 1 und 13 bzw. die Vorsehung lediglich einer gemeinsamen Laufbahn 9 bzw. 10 für zwei Reihen von Kegelrollen 7a und 7b führt dazu, dass benachbarte Kegelrollen 7a und 7b mit derselben Winkelgeschwindigkeit umlaufen, wenn die Lageranordnung 1 in Betrieb ist. Nebeneinander liegende Kegelrollen 7a und 7b bleiben somit immer in derselben relativen Position nebeneinander, so dass die Führung innerhalb eines gemeinsamen Käfigs 17 möglich ist.
Die Lageranordnung 1 weist ein System 19 von Schmiernuten auf. Die Innenringe 5a und 5b weisen an ihren einander zugewandten Stirnseiten 21 und 23 jeweils eine Nut 25 auf, die radial nach außen verläuft und somit den Raum 27 zwischen den Kegelrollen 7a mit dem Raum 29 innerhalb der Innenringe 5 a und 5b verbindet. Die Innenringe 5a und 5b weisen zudem jeweils eine umlaufende Nut 31 auf, die mit der jeweiligen Nut 25 verbunden ist. Im Raum 29 werden die Innenringe 5a und 5b bei Montage der Lageranordnung 1 beispielsweise auf einer Welle oder einem feststehenden Bolzen gehaltert. Durch die umlaufende Nut 31 und die radial nach außen verlaufende Nut 25 lässt sich Schmiermittel vom Raum 29 in den Raum 27 bringen, das zur Schmierung der Lageranordnung 1 verwendet werden kann.
In der Figur 2 ist eine alternative Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Die gezeigte Lageranordnung 101 ist weitestgehend analog zur Ausführung der Figur 1 aufgebaut. So weist auch die Lageranordnung 101 einen Außenring 103, sowie Innenringe 105a und 105b auf. Zwischen dem Außenring 103 und den beiden Innenringen 105a und 105b sind jeweils Kegelrollen 107a und 107b in analoger Anordnung zum Ausführungsbeispiel der Figur 1 angeordnet. Die Lageranordnung 101 weist zwischen den beiden Reihen der Kegelrollen 107b eine Reihe mit Zylinderrollen 151 auf. Die Zylinderrollen 151 werden durch einen Käfig 153 geführt. Im Außenring 103 ist entsprechend mittig eine Laufbahn 155 für die Zylinderrollen 151 ausgebildet. Die Lageranordnung 101 weist einen weiteren Innenring 156 auf, der zwischen den Innenringen 105a und 105b angeordnet ist. Der Innenring 156 weist eine Laufbahn 157 auf, auf der die Zylinderrollen 151 abrollen. Zur Führung der Zylinderrollen 151 sind im Innenring 156 axial benachbart zur Laufbahn 157 zwei Borde 159 ausgebildet. Zwischen dem Innenring 156 und dem Innenring 105a und dem Innenring 105b ist jeweils ein Schmiernutsystem 161 analog zur Ausführung der Figur 1 ausgebildet.
Durch das Vorsehen der Zylinderrollen 151 lassen sich mit der Lageranordnung 101 noch größere radiale Lasten aufnehmen als mit der in der Figur 1 dargestellten Lageranordnung 1. Es sind ebenfalls möglich, mehrere Reihen von Zylinderrollen 151 zwischen den Kegelrollen 107b vorzusehen, um noch größere Radiallasten aufnehmen zu können. Dazu können weitere Innenringe 156 vorgesehen, aber auch mehrere Laufbahnen 157 im Innenring 156 nebeneinander ausgebildet sein. In diesem Fall wäre der Innenring 156 eventuell breiter auszuführen. Alternativ ließe sich die Laufbahn 157 für die Zylinderrollen 151 auch auf einem der Innenringe 105a oder 105b ausbilden, der dann entsprechend axial verlängert werden müsste. In diesem Fall wäre die Gesamtanordnung bezüglich der Innenringge staltung asymmetrisch geteilt.
In der Figur 3 ist eine Lageranordnung 201 dargestellt, die wiederum den Ausführungsformen der Figuren 1 und 2 ähnelt. Die Lageranordnung 201 weist einen Außenring 203 auf, der jeweils eine durchgehende Laufbahn für Kegelrollen 207a und 207b aufweist. Ebenfalls sind Innenringe 205a und 205b vorgesehen. Die Wälzkörper 207a und 207b werden jeweils durch einen gemeinsamen Käfig 217 geführt. Im Unterschied zu den Ausführungsbeispielen der Figuren 1 und 2 weisen die Innenringe 205a und 205b der Lageranordnung 201 ebenfalls jeweils eine gemeinsame Lauffläche 21 1 für die Kegelrollen 207a und 207b auf. Die Kegelrollen 207a und 207b sind in der Lageranordnung 201 unmittelbar benachbart angeordnet, sodass sich ihre benachbarten Stirnseiten 213 und 215 jeweils berühren. Entsprechend weisen die Stirnseiten 213 der Kegelrollen 207a bzw. 215 der Kegelrollen 207b einen planen Bereich auf, was anhand von Figur 8 erläutert wird. Dadurch ergibt sich eine möglichst gute Kontaktfläche zwischen den Kegelrollen 207a und 207b. Zur Führung der Kegelrollen 207a und 207b sind am Innenring 205a bzw. 205b jeweils zwei Borde 219 ausgebildet.
Da die Kegelrollen 207a und 207b analog zu den anderen Ausführungsbeispielen jeweils mit derselben Winkelgeschwindigkeit umlaufen kommt es bezüglich unmittelbar benachbarter Kegelrollen 207a und 207b höchstens zu vernachlässigbaren Relativbewegung in Form von Schränken, also einem gegenseitigen Verkippen. Benachbarte Kegelrollen 207a und 207b laufen aber beim Betrieb der Lageranordnung nicht auseinander. An der Berührung der Stirnseiten 213 und 215 entsteht somit keine relative Verschiebung und damit auch keine Reibung, die zu Laufverlusten und Verschleiß führen könnte. Die Lageranordnung 201 weist den Vorteil auf, den zur Verfügung stehenden Bauraum bestmöglich zur Erreichung einer hohen Tragzahl auszunutzen. Im Vergleich zu den Ausführungsbeispielen der Figuren 1 und 2 sind die Kegelrollen 207a und 207b bei gleichen Außenabmessungen der Lageranordnung größer ausführbar, da der zwischen den Kegelrollen befindliche Raum genutzt wird.
In der Figur 4 ist eine Lageranordnung 301 dargestellt. Sie entspricht bezüglich der grundsätzlichen Ausführung des Außenrings 303 und der Innenringe 305a und 305b dem Ausführungsbeispiel der Figur 3. Im Unterschied dazu weist die Lageranordnung 301 jedoch insgesamt sechs Reihen von Kegelrollen 307a, 307b und 307c auf. Dabei liegen je drei Reihen von Kegelrollen 307a, 307b und 307c unmittelbar benachbart auf je einer Seite der Lageranordnung 301 und rollen auf einer gemeinsamen Lauffläche am Außenring 303 bzw. am Innenring 305a und 305b ab. Die Kegelrollen 307a, 307b und 307c sind somit kleiner ausgeführt als die entsprechenden Kegelrollen 207a und 207b der Figur 3. Alternativ ließen sich der Außenring 303 und die Innenringe 205a und 205b bei vergleichbarer Größe der Kegelrollen 307a, 307b und 307c größer ausführen.
In der Figur 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die gezeigte Lageranordnung 401 entspricht wiederum bezüglich der Gestaltung des Außenrings 403 und der Innenringe 405a und 405b dem Ausführungsbeispiel der Figur 3. Analog zum Ausführungsbeispiel der Figur 3 sind insgesamt vier Reihen von Kegelrollen 407a und 407b vorgesehen, die am Außenring 403 bzw. an den Innenring 405a und 405b auf jeweils gemeinsamen Laufflächen abrollen. Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel der Figur 3 weisen benachbarte Kegelrollen 407a und 407b bezüglich ihrer Stirnseiten einen geringen Abstand auf. An den gegenüberliegenden Stirnseiten weisen die Kegelrollen 407a und 407b Sacklöcher 417 auf. In den Sacklöchern 417 ist jeweils ein Federelement 419 gehaltert, sodass benachbarte Kegelrollen 407a und 407b in einem konstanten Abstand gehalten werden. Das Federelement 419 kann beispielsweise als metallische Feder oder aus einem Elastomer ausgeführt sein. Mittels des Federelements 419 lassen sich die unmittelbar benachbarten Kegelrollen 407a und 407b mit einer definierten Vorspannkraft auseinanderdrücken, sodass sie an den jeweiligen Borden 421 der Innenringe 405a und 405b anliegen. Das Federelement 419 nimmt somit die Kräfte auf, die beim Ausführungsbeispiel der Figur 1 auf den Bord 15 zwischen den Kegelrollen 7a und 7b ausgeübt werden. Die Federkraft sollte derart gewählt sein, dass sie in etwa einer fiktiven, durch die Kegelrolle 407b ausgeübten Bordbelastung bei nominaler bis maximaler Last auf die Lageranordnung 401 entspricht. Aufgrund der kegelförmigen Ausgestaltung der Kegelrollen 407a und 407b und der dazu passenden Ausgestaltung der Laufbahnen ist die jeweilige Laufbahn des Außenrings 403 nicht parallel zur jeweils gegenüber liegenden Laufbahn des Innenrings 405a bzw. 405b. Folglich wirken auch die von den entsprechenden Laufbahnen auf die Mantelfläche der Kegelrollen 407a und 407b ausgeübten Kräfte nicht parallel. Daraus ergibt sich eine resultierende Kraft auf die Kegelrollen 407a und 407b, durch die diese entlang der Laufbahnen nach außen gedrückt werden. Diese Kraft wird bezüglich der Kegelrollen 407a durch den außen liegenden Bord 415 kompensiert. Bezüglich der Kegelrollen 407b wird die Kraft durch das entsprechend auszulegende Federelement 419 entsprechend kompensiert.
Durch die Einbringung der Federelemente 419 in die Sacklöcher 417 an den Kegelrollen 407a und 407b lässt sich die Lageranordnung 401 mit Kegelrollen geringerer Maßhaltigkeit als in den Ausführungsbeispielen der Figuren 3 und 4, wo die Kegelrollen unmittelbar aneinander liegen, ausführen. Es wird im Vergleich zu den Ausführungen der Figuren 1 und 2 aber noch ein großer Teil des zwischen den Kegelrollen 7a und 7b liegenden Bauraums zur Erhöhung der Tragzahl genutzt.
Zudem können die Federelemente 419 derart dimensioniert sein, dass sie in den Sacklöchern 417 halten. Folglich lassen sich benachbarte Kegelrollen 407a und 407b durch das zwischen ihnen eingesetzte Federelement 419 zusammenhalten und zueinander ausrichten. Dies erleichtert die Montage zusätzlich. In der Figur 6 ist als ein weiteres Ausführungsbeispiel eine Lageranordnung 501 dargestellt. Sie ähnelt der Ausführung der Figur 2 in Bezug auf die Anordnung der Kegelrollen 507a und 507b. Jedoch ist die Ausführung des mittleren Zylinderrollenlagers im Vergleich zur Ausführung der Figur 2 unterschiedlich. So sind die Innenringe 505a und 505b derart ausgeführt, dass sie eine Kontaktfläche 571 aufweisen. Insofern wird hier zwingend über die Abmessungen der Innenringe 505a und 505b die Vorspannung der Kegelrollenlagerung festgelegt. In der Figur 2 war hierbei auch noch der zum Zylinderrollenlager gehörende Innenring zu berücksichtigen.
Im Bereich der Kontaktfläche 571 weisen die Innenringe 505a und 505b Absätze 573 auf. Innerhalb der Absätze 573 ist ein die beiden Innenringe 505a und 505b axial überlappender Innenring 556 angeordnet, auf dem Zylinderrollen 551 abrollen. Die Zylinderrollen 551 werden von einem Käfig 553 geführt und rollen ebenfalls auf einer im Außenring 503 ausgebildeten Laufbahn 555 ab. Die Laufbahn 555 ist radial nach außen versetzt im Außenring 503 angeordnet, so dass sich zwei Borde 559 zur seitlichen Führung der Zylinderrollen 551 ergeben. Durch die bei der Lageranordnung 501 im Vergleich zur Variante der Figur 2 radial weiter außen liegende Ausführung des Zylinderrollenlagers ist der Rollenteilkreis hier größer, so dass größere radiale Lasten durch das Zylinderrollenlager getragen werden können.
Der Innenring 556 überlappt die Innenringe 505a und 505b auf Kontaktflächen 575a bzw. 575b. Seitlich weist er zu den Innenringen 505a bzw. 505b jedoch einen Abstand auf. Bevorzugt weist der Innenring 556 auf den Kontaktflächen 575a und 575b eine Presspassung auf, so dass die Innenringe 505a und 505b axial nicht mehr verschiebbar sind. Eine entsprechend auf die Kegelrollen 507a und 507b ausgeübte Vorspannung bleibt durch den Presssitz der Komponenten erhalten. Der Innenring 556 hält die Lageranordnung 501 folglich axial zusammen.
Der Innenring 556 weist Nuten 581 und Bohrungen 583 auf, die analog zu den Ausführungen der Figuren 1 bis 5 Schmierstoff zu den Zylinderrollen 551 und den Kegelrollen 507a und 507b transportieren können. In der Figur 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Eine Lageranordnung 601 weist zwei Außenringe 603a und 603b auf. Zudem weist die Lageranordnung 601 einen Innenring 605 auf. Zwischen dem Außenring 603a und dem Innenring 605 ist eine Reihe von Kegelrollen 607 angeordnet. Zwischen dem Außenring 603b und dem Innenring 605 sind zwei Reihen von Kegelrollen 607a und 607b angeordnet. Der Außenring 603a weist eine Lauffläche 609 auf, auf der die Kegelrollen 607 abrollen. Ebenfalls weist der Innenring 605 eine Lauffläche 1 1 auf, auf der die Kegelrollen 607 abrollen. Der Außenring 603b weist eine gemeinschaftliche Lauffläche 610 auf, auf der die Kegelrollen 607a und 607b abrollen. Der Innenring 605 weist eine Laufbahn 613 auf, auf der ebenfalls die Kegelrollen 607a und 607b abrollen. Im Unterschied zu den Ausführungsbeispielen der Figuren 1 bis 6 sind die Kegelrollen 607 und 607a bzw. 607b der Lageranordnung 601 in X- Anordnung angeordnet. Zudem weist die Lageranordnung 601 im Unterschied zu den Ausführungsbeispielen der Figuren 1 bis 6 lediglich drei Reihen von Wälzkörpern auf. Dreireihige Ausführungen wären auch bei den Ausführungsbeispielen der Figuren 1 bis 6 möglich. Ebenfalls wäre es in einer alternativen Ausführungsform der Lageranordnung 601 möglich, neben den Kegelrollen 607 analog zur axial gegenüberliegenden Seite eine weitere Reihe von Kegelrollen vorzusehen, sodass auch hier ein vierreihiges Kegelrollenlager entsteht.
Die Kegelrollen 607 werden durch einen Käfig 617 geführt. Analog zu den bisher erläuterten Ausführungsbeispielen werden die Kegelrollen 607a und 607b durch einen gemeinschaftlichen Käfig 618 geführt. Dies ist unter anderem dadurch möglich, dass beide Kegelrollen 607a und 607b jeweils auf einer gemeinsamen Lauffläche 610 bzw. 613 abrollen und somit analog zu den obigen Ausführungsbeispielen mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit umlaufen. Alternativ wäre es möglich, analog zu den Ausführungsbeispielen der Figuren 1 oder 6, die Laufbahn 610 oder 613 durch einen zwischen den Kegelrollen 607a und 607b liegenden Bord zu unterbrechen. Die dadurch entstehenden zwei Laufbahnen für die Kegelrollen 607a und 607b müssten in diesem Fall ebenfalls fluchtend zueinander ausgerichtet sein. Die Kegelrollen 607a und 607b weisen den gleichen Kegelwinkel auf und sind lediglich mit unterschiedlichem Durchmesser ausgeführt. Sowohl die Kegelrollen 607, als auch das Paar von Kegelrollen 607a und 607b werden durch am Innenring 605 entsprechend ausgebildete Borde 615 geführt.
In der Figur 8 ist ein Paar von Kegelrollen 707a und 707b dargestellt. Die Kegelrollen 707a und 707b sind entsprechend in den Ausführungsbeispielen der Figuren 3, 4 und 7 einsetzbar. Sie sind unmittelbar benachbart angeordnet und weisen an den einander zugewandten Stirnseiten 713 bzw. 715 einen planen Bereich 717 auf. Am Übergang zu den Laufflächen 719 weisen die Kegelrollen 707a und 707b ein ver- rundetes Profil 721 auf. Die außen liegenden Stirnseiten 723 und 725 der Kegelrollen 707a bzw. 707b sind derart ausgebildet, dass eine optimale Führung am Bord des jeweiligen Innenrings oder Außenrings erreicht werden kann. Zusammengenommen entsprechen die Kegelrollen 707a und 707b einer durchgehenden Kegelrolle mit entsprechend großer Länge im Verhältnis zum Durchmesser. Da aufgrund physikalischer Randbedingungen eine derart überlange Kegelrolle nicht zu einem gleichmäßigen Tragen der Last des Lagers befähigt wäre, ist es notwendig, zwei Kegelrollen 707a und 707b einzusetzen.
In der Figur 9 sind die Kegelrollen 407a und 407b der Lageranordnung 401 aus der Figur 5 im Detail dargestellt. Zu erkennen ist die Beabstandung der Stirnseiten der Kegelrollen 407a und 407b im Vergleich zu den beiden Kegelrollen der Figur 8. Jede der Kegelrollen 407a und 407b weist ein Sackloch 417 auf. In den beiden Sacklöchern 417 der Kegelrollen 407a und 407b ist ein Federelement 419 angeordnet. Entsprechend der Spannkraft des Federelements 419 werden die Kegelrollen 407a und 407b in dem definierten Abstand gehalten und zwischen den Borden des Innenrings (vgl. Figur 5) vorgespannt gehalten. Das Federelement 419 ist vom Durchmesser derart dimensioniert, dass es in den Sacklöchern 417 gehaltert wird. Es weist dazu bezüglich des Durchmessers der Sacklöcher 417 beispielsweise ein geringfügiges Übermaß auf. Derart lassen sich die Kegelrollen 407a und 407b nicht nur definiert beabstanden sondern auch zusammenhalten, sodass die Montage wie bei einer einzigen durchgängigen Kegelrolle erfolgen kann. Ebenfalls ist es möglich, zur Gewährleistung einer größtmöglichen Federfunktion das Federelement 419 mit geringem Spiel in den Sacklöchern 417 zu lagern.
Zur Montage der in den dargestellten Lageranordnungen gemäß den Figuren ist es zunächst erforderlich, die jeweiligen Kegelrollen und im Fall der Ausführungsbeispiele der Figuren 2 und 6 die Zylinderrollen auf dem jeweiligen Innenring vorzumontieren und mit den jeweiligen Käfigen zu versehen. Bevorzugt liegt der Käfig dabei außerhalb des Rollenteilkreises, sodass sich eine verliersichere Halterung der jeweiligen Wälzkörper auf dem jeweiligen Innenring ergibt. Aufgrund der gewählten O-Anordnung der Kegelrollen ist es möglich, die mit den Wälzkörpern versehenen Innenringe axial von außen in den Außenring zu schieben und so zu montieren. Aufgrund der durchgehenden Laufbahnen des Außenrings ist dies auf einfache Weise möglich. Bei bekannten Ausführungsformen ist es erforderlich, die Rollen einzeln zu montieren.
Bevorzugt lassen sich die Ausführungsformen der Erfindung in Getrieben von Windenergieanlagen einsetzen. In diesem Fall könnte beispielsweise der Außenring der jeweiligen Lageranordnung Bestandteil eines Planetenrades sein, also an seiner radialen Außenfläche eine Verzahnung aufweisen. Alternativ lässt sich der jeweilige Außenring auch in ein hohles Zahnrad einlegen und so zum Bestandteil des jeweiligen Planetenrades machen. Die Innenringe sitzen entsprechend auf einem Bolzen zur Halterung des Planetenrades auf. Durch die Schmiernutsysteme werden die Lageranordnungen mit Schmiermittel aus dem Planetengetriebe versorgt.
In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist es möglich, die Kegelwinkel bzw. die Anstellwinkel der Kegelrollen auf den beiden axialen Seiten der Lageranordnung unterschiedlich zu wählen. So könnten beispielsweise die zwei Reihen von Kegelrollen der linken Seite flacher angestellt sein als die der rechten Seite, wodurch sich eine Verteilung der axialen und radialen Lasten auf die verschiedenen Hälften der Lageranordnung ergeben würde. Ebenfalls können unterschiedliche Druckwinkel, also nominal unterschiedliche Winkel der Außenlaufbahn auf beiden Seiten der Lageranordnung gewählt werden.
Bezugszeichenliste
I Lageranordnung 3 Außenring
5 a, 5b Innenring 7a, 7b Kegelrolle
9 Laufbahn
10 Laufbahn
I I Laufbahn 13 Laufbahn 15 Bord
17 Käfig
19 Schmiernutsystem
21 Stirnseite
23 Stirnseite 25 Nut
27 Raum
29 Raum
31 Nut
101 Lageranordnung
103 Außenring
105a, 105b Innenring
107a, 107b Kegelrolle 109 Laufbahn
1 10 Laufbahn 1 17 Käfig
151 Zylinderrolle
153 Käfig
155 Laufbahn
156 Innenring
157 Laufbahn
159 Bord
161 Schmiernutsystem
201 Lageranordnung
203 Außenring
205a, 205b Innenring
207a, 207b Kegelrolle
21 1 Lauffläche
213 Stirnseite
215 Stirnseite
217 Käfig
219 Bord
301 Lageranordnung
303 Außenring
305a, 305b Innenring 307a, 307b Kegelrolle 307c
401 Lageranordnung 403 Außenring
405a, 405b Innenring 407a, 407b Kegelrolle
415 Bord
417 Sackloch
419 Federelement
421 Bord
501 Lageranordnung
503 Außenring
505a, 505b Innenring
507a, 507b Kegelrolle
551 Zylinderrolle
553 Käfig
555 Laufbahn
556 Innenring
559 Bord
571 Kontaktfläche
573 Absatz
575a, 575b Kontaktfläche
581 Nut
583 Bohrung
601 Lageranordnung
603a, 603b Außenring 605 Innenring
607a, 607b Kegelrolle
609 Lauffläche
610 Lauffläche
613 Laufbahn
615 Bord
617 Käfig 618 Käfig
707a, 707b Kegelrolle 713 Stirnseite
715 Stirnseite
717 planer Bereich
719 Lauffläche
721 verrundetes Profil 723 Stirnseite
725 Stirnseite

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e Lageranordnung und Getriebe
1. Lageranordnung, aufweisend folgende Merkmale:
- wenigstens drei Laufbahnelemente,
- wenigstens zwei der Laufbahnelemente sind axial hintereinander angeordnet und liegen jeweils radial dem dritten Laufbahnelement gegenüber,
- wenigstens drei Reihen kegelstumpfartiger Wälzkörper,
- wenigstens zwei der Reihen sind zwischen dem ersten und dem dritten
Laufbahnelement und wenigstens eine dritte der Reihen ist zwischen dem zweiten und dem dritten Laufbahnelement angeordnet,
- das dritte Laufbahnelement weist eine erste Laufbahn auf, auf der die Wälzkörper der zwei Reihen gemeinsam abrollen,
- das dritte Laufbahnelement weist ein zweite Laufbahn auf, auf der die
Wälzkörper der dritten Reihe abrollen,
- die erste und die zweite Laufbahn sind getrennt ausgebildet.
2. Lageranordnung nach Anspruch 1, wobei das erste Laufbahnelement weitere Laufbahnen zum Abrollen der Wälzkörper aufweist, wobei die Laufbahnen fluchtend ausgebildet sind.
3. Lageranordnung nach Anspruch 2, wobei zwischen den Laufbahnen des ersten Laufbahnelements ein Trennelement angeordnet ist. Lageranordnung nach Anspruch 2, wobei die Laufbahnen des ersten Laufbahnelements als eine gemeinsame Laufbahn ausgebildet sind.
Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei auf einer gemeinsamen Laufbahn abrollende Wälzkörper unmittelbar benachbart angeordnet sind.
Lageranordnung nach Anspruch 5, wobei die einander zugewandten Stirnseiten der unmittelbar benachbarten Wälzkörper plan ausgeführt sind.
Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei auf einer gemeinsamen Laufbahn abrollende Wälzkörper beabstandet angeordnet sind und zwi sehen ihnen jeweils wenigstens ein Beabstandungselement vorgesehen ist.
Lageranordnung nach Anspruch 7, wobei die beabstandet angeordneten Wälzkörper jeweils an den einander zugewandten Stirnseiten sich gegenüberliegende Sacklöcher aufweisen und das Beabstandungselement jeweils in den sich gegenüberliegenden Sacklöchern angeordnet ist.
Getriebe zum Einsatz in einer Windkraftanlage, aufweisend wenigstens eine Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
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