WO2012084411A1 - Wälzlagerkäfig und wälzlager - Google Patents

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WO2012084411A1
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rolling bearing
compensation element
clearance compensation
bearing cage
segments
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PCT/EP2011/071141
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Andreas Mangold
Tobias Müller
Andreas Bierlein
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Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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Definitions

  • the invention relates to a roller bearing cage with a plurality of loose segments arranged in the circumferential direction, wherein the segments have a base body with at least one pocket for accommodating rolling elements.
  • the invention further relates to a roller bearing comprising such a roller bearing cage.
  • Such rolling bearing cages are particularly suitable for use in so-called large rolling bearings.
  • Large diameter bearings are e.g. used in rotor bearings of wind turbines or in main stanchions of tunnel boring machines and have a pitch circle diameter of more than 600 mm, e.g. more than 1,000 mm or more than 1,500 mm.
  • roller bearing cages Conventional bearings, conventional, from two side windows and a plurality of side windows connecting crossbars existing roller bearing cages can be used. However, both the production and the installation of such rolling bearing cages is increasing difficulties with increasing pitch diameter. The manufacture, transport and assembly of one or more rolling elements receiving segments, however, is relatively simple and inexpensive.
  • a rolling bearing cage of a rotor main bearing which consists of a plurality of circumferentially arranged segments.
  • Each segment of DE 10 2006 022 951 A1 can accommodate a plurality of rolling elements and is connected to the front side with a circumferentially adjacent element via a coupling unit receiving tensile forces, ie there are no loose segments.
  • the segments of the rolling bearing cage of DE 10 2006 022 951 AI have a circumferential end play, ie the individual segments can move circumferentially freely according to the endgame, which can be compensated in particular by temperature differences caused different degrees of thermal expansion of the segments on the one hand and the bearing rings on the other.
  • the coupling units of DE 10 2006 022 951 AI are intended to ensure that the game is circumferentially evenly distributed, so that ultimately arrange the segments substantially uniformly over the circumference.
  • the disadvantage is that the tensile forces receiving coupling units of DE 10 2006 022 951 AI, especially in a vertical use in a slewing bearing, can be heavily stressed due to the high weight forces of the rolling elements.
  • Another disadvantage of such an application of the rolling bearing cage DE 10 2006 022 951 AI is that in operation leaving a load zone segment can hitting an adjacent segment due to gravity, which can lead to disturbing noises and on the other hand to possible damage to the segments.
  • a rolling bearing cage is also known, the segments circumferentially have a game to compensate for temperature fluctuations, and wherein each two adjacent segments are connected by a tensile forces receiving coupling unit.
  • the game between two adjacent segments is spring force, in particular by means of a leaf spring or plate spring.
  • a disadvantage of the solution of DE 10 2009 014 779 AI is that through the use of metallic spring elements in combination with the tensile forces receiving coupling units that mechanically connect the segments, a complex and expensive structure results and the succession of individual segments still not completely is to be excluded.
  • the present invention has for its object to provide a generic Wälz zager tanninfig, which allows in particular for vertical application in a slewing bearing uniform spacing of the segments, which prevents a collision of individual segments, which has a long service life and is easy and inexpensive to manufacture.
  • a roller bearing cage according to the independent claim is characterized in that at least one clearance compensation element is arranged circumferentially between two adjacent bodies and that the clearance compensation element circumferentially has a higher elasticity than a base body and that the segments are arranged circumferentially at room temperature without play.
  • the present invention is in the remedy of the resulting from DE 102 46 825 AI disadvantages a completely different way than, for example, DE 10 2006 022 951 AI or DE 10 2009 014 779 AI.
  • the segments of the rolling bearing cage according to the invention are not spaced apart by a circumferential clearance.
  • a clearance compensation element in the context of the invention is thus an element which has an elasticity, by means of which the clearance compensation element can completely accommodate the mentioned expansions of a segment in every possible operating point.
  • the clearance compensation element has a higher elasticity in the circumferential direction than the main body.
  • This higher elasticity of the play compensation element can be achieved by the choice of a particular material and / or by the structural design of the clearance compensation element.
  • Elasticity here is to be understood as the property of a circumferential elastic deformation under the effect of a circumferential compressive force.
  • the play compensation element has a higher elasticity, this is mainly or exclusively immersed in a circumferential extent of the segments in comparison to the basic bodies. The expansion of the segments can thus be accommodated within the roller bearing cage, without resulting in an inadmissible distortion or Veiformen the body. Already at room temperature there is a play-free arrangement of the segments.
  • the segments can not move freely around the circumference, but have a controlled circumferential position.
  • the rolling elements accommodated or receivable in the segments are thus distributed uniformly, so that an improved kinematics of a corresponding rolling bearing becomes possible.
  • the clearance compensation element causes a circumferential bias of the segments at room temperature.
  • the clearance compensation element thus exerts an extensive compressive force on adjacent segments even at room temperature.
  • the clearance compensation element consists of a different material than the basic body.
  • the clearance compensation element may in particular consist of a material with a low modulus of elasticity (Young's modulus) as a basic body.
  • the basic bodies typically consist of a plastic, in particular the basic bodies can consist of fiber-reinforced plastic and / or PEEK.
  • a fiber reinforced plastic may be fiberglass and / or carbon fiber reinforced.
  • the game the same element can also be made of plastic, in particular, the clearance compensation element made of rubber such as HNBR or NBR exist.
  • NBR is a nitrile rubber
  • HNBR is a hydrogenated acrylonitrile butadiene rubber, which is characterized by high temperature stability. It is also conceivable to form the clearance compensation element by a gel cushion or by a material with hyperelastic properties or a foamy material.
  • the clearance compensation element may e.g. have a honeycomb-like structure with (air) inclusions or form projections, whereby the contact area is reduced.
  • At least one clearance compensation element is arranged only between two circumferentially adjacent base bodies. With the exception of the two base bodies between which the clearance compensation element or elements act or are arranged, the basic bodies thus already contact each other at room temperature. In this embodiment, it is conceivable that between the two adjacent segments a single or several, e.g. parallel acting, clearance compensation elements are arranged.
  • At least one clearance compensation element is arranged between a plurality of base bodies, in particular all basic bodies. If fewer clearance compensation elements are used as segments, then the clearance compensation elements can be arranged distributed circumferentially equidistantly.
  • the clearance compensation element is formed by an element separate from the basic elements. It is thus an independent component, which can be inserted circumferentially between two basic bodies.
  • the at least one clearance compensation element has a spherical shape and in each case a spherical section-shaped depression of the two engages adjacent base body.
  • other forms of play compensation element may be provided, for example, cuboid blocks.
  • the clearance compensation element is positively, non-positively, cohesively or by combinations thereof connected to a body. It is conceivable, e.g. to snap the play compensation element positively by means of barbs in a hole, an undercut or the like of a body. In the case of a base body made of plastic by injection molding (for example PEEK), it is possible to inject the clearance compensation element directly onto the base body in the same production step. It is also possible to connect the clearance compensation element to e.g. to glue a front side of a body or, if the body and backlash compensation element made of plastic, to thermally weld. Thus, it is particularly conceivable that the clearance compensation element can not be separated from the main body nondestructive.
  • One, several or all segments thus comprise a base body and at least one clearance compensation element, wherein the segments may be formed integrally or integrally by the base body and clearance compensation element.
  • each segment has a clearance compensation element formed integrally with the main body at a peripheral end region or at two circumferential end regions. All segments are thus formed identical and have integrally formed clearance compensation elements.
  • the clearance compensation element forms a substantially flat, circumferential end face of the segment. This advantageously allows large-area contact between two adjacent segments: either via the contact clearance compensation element of a segment to base body of an adjacent segment or via the contact clearance compensation element of a segment and clearance compensation element of an adjacent segment.
  • the at least one clearance compensation element forms a lubricant depot. This can be done, for example, by the constructive design of the clearance compensation element.
  • the clearance compensation element with openings, holes, grooves, recesses, etc., which can absorb lubricant and deliver it to raceways of the bearing rings.
  • Age- natively or additionally can be favored by the choice of the material of the clearance compensation element, a recording of lubricant:
  • the clearance compensation element comprise a sponge-like material which is suitable to store lubricant.
  • a force sensor acceleration sensor
  • a temperature sensor or a lubricant sensor
  • a force sensor directly determine the prevailing between two adjacent segments pressure forces during operation.
  • the rolling bearing cage according to the invention is particularly suitable as a rolling bearing cage of a slewing bearing, since the advantages of the play-free arrangement of the segments with simultaneous possibility of expansion of the segments are particularly strong.
  • a rolling bearing may be formed with a rolling bearing cage according to the invention as a rotor bearing a wind turbine.
  • FIG. 1 shows a wind turbine, comprising a rolling bearing according to the invention
  • FIG. 2 shows a first embodiment of a roller bearing cage according to the invention
  • FIG. 3 shows a second embodiment of a rolling bearing cage according to the invention
  • Fig. 4 shows a third embodiment of a rolling bearing cage according to the invention.
  • Fig. 5 shows a fourth embodiment of a rolling bearing cage according to the invention.
  • Fig. 1 shows a wind turbine 1, comprising a rotor bearing by means of two rolling bearings according to the invention.
  • the wind turbine 1 comprises a machine tower 2, on which a machine house 3 with a generator 4 and a wind-driven rotor 5 with a rotor blades 6 supporting rotor hub 7 is arranged.
  • the rotor 5 is supported by a rotor bearing 8.
  • the rotor bearing 8 comprises two roller bearings 9 according to the invention, for example two tapered roller bearings in an O arrangement.
  • Fig. 2 shows a first embodiment of a rolling bearing cage 10 according to the invention. This is designed as a roller bearing cage 10 of a tapered roller bearing and is shown in fragmentary form in a schematic plan view.
  • the rolling bearing cage 10 comprises a plurality of circumferentially loosely arranged segments, wherein four segments 11, 12, 13, 14 (partially) are shown. Each segment 11, 12, 13, 14 has a main body 15 made of PEEK. Each base 15 has four pockets 16 for receiving tapered, not shown rolling elements.
  • the roller bearing cage 10 comprises two clearance compensation elements 17 which are circumferentially arranged between two adjacent base bodies 15, namely the base bodies 15 of the segments 12 and 13. No clearance compensation elements are arranged between the remaining basic bodies. All segments are arranged without clearance at room temperature, ie they can not move force around the circumference. In particular, the other segments contact each other without contact with contacts 19.
  • the clearance compensation elements 17 are formed by two balls, which consist of a material which has a lower modulus of elasticity than the material of the base body 15. Thus, the clearance compensation elements 17 have a greater elasticity than the base bodies on. When the temperature of a roller bearing having this rolling bearing cage increases, the base body and thus the segments can expand circumferentially by compressing the clearance compensation elements 17.
  • the clearance compensation elements 17 are each received in spherical segment-shaped depressions 18 of the base body 15 and form of the main bodies 15 separate components - as can be seen in the detailed representation.
  • Fig. 3a shows a second embodiment of a rolling bearing cage 10 according to the invention, wherein two segments 11, 12 are shown.
  • Each segment 11, 12 comprises a main body 15 which forms a single pocket 16 for receiving a cylindrical rolling body 21.
  • the corresponding segment 11 thus consists of a base body 15 and a clearance compensation element 17th
  • the clearance compensation element 17 is arranged on an end region 20 of the segment 11 and forms a circumferential end face 22 of the segment 11.
  • Fig. 3b variations of an insertable into the segment 11 clearance compensation element 17 are shown. These clearance compensation elements 17 differ in the shape of the contact areas with which they are in contact with the adjacent segment 12.
  • the clearance compensation elements 17 have e.g. one or two projections 23, wherein in the latter case, the two projections 23 may be identical or different.
  • the lowest variant forms a circumferential end face 22 with a slightly convex profile.
  • Fig. 3c possible profiles of the lash adjuster 17 are shown according to the lowest variant of Fig. 3b.
  • Fig. 4 shows a third embodiment of a rolling bearing cage 10 according to the invention, wherein a section of two adjacent segments 11, 12 is shown.
  • Play compensating elements 17 are integrally formed, for example glued, on pin-shaped projections on end regions 20 of the segments 11, 12. 5
  • a segment 11 according to a fourth embodiment of a rolling bearing cage 10 according to the invention is shown.
  • a corresponding roller bearing cage 10 comprises a multiplicity of identical segments 11 of this type.
  • Each segment 11 has a clearance compensation element 17 on two circumferential, mutually opposite end regions 20.
  • the clearance compensation element 17 is like the base body 15 produced by injection molding and was prepared in the same manufacturing step with the main body 15 and formed on this.
  • Such a segment 11 thus consists of a base body 15 and two clearance compensation elements 17, wherein the segment 11 can not be separated non-destructively in the base body 15 and clearance compensation elements 17.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wälzlagerkäfig (10) mit mehreren in Umfangsrichtung angeordneten losen Segmenten (11, 12, 13, 14), wobei die Segmente (11, 12, 13, 14) einen Grundkörper (15) mit mindestens einer Tasche (16) zur Aufnahme von Wälzkörpern (21) aufweisen. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass mindestens ein Spielausgleichselement (17) umfänglich zwischen zwei benachbarten Grundkörpern (15) angeordnet ist und dass das Spielausgleichselement (17) umfänglich eine höhere Elastizität als ein Grundkörper (15) aufweist und dass die Segmente (11, 12, 13, 14) umfänglich bei Raumtemperatur spielfrei angeordnet sind. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Wälzlager, umfassend einen derartigen Wälzlagerkäfig.

Description

Bezeichnung der Erfindung
Wälzlagerkäfig und Wälzlager Beschreibung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Wälzlagerkäfig mit mehreren in Umfangsrichtung angeord- neten losen Segmenten, wobei die Segmente einen Grundkörper mit mindestens einer Tasche zur Aufnahme von Wälzkörpern aufweisen. Die Erfindung betrifft ferner ein Wälzlager, umfassend einen derartigen Wälzlagerkäfig.
Hintergrund der Erfindung
Derartige Wälzlagerkäfige eignen sich insbesondere zur Verwendung in sogenannten Großwälzlagern. Großwälzlager werden z.B. in Rotorlagerungen von Windkraftanlagen oder in Hauptlagerrungen von Tunnelvortriebsmaschinen eingesetzt und besitzen einen Teilkreisdurchmesser von mehr als 600 mm, z.B. mehr als 1.000 mm oder mehr als 1.500 mm.
Zwar können bei Großwälzlagern auch herkömmliche, aus zwei Seitenscheiben und eine Vielzahl die Seitenscheiben verbindende Querstege bestehende Wälzlagerkäfige eingesetzt werden. Sowohl die Herstellung als auch die Montage solcher Wälzlagerkäfige stellt jedoch mit zunehmendem Teilkreisdurchmesser wachsende Schwierigkeiten dar. Die Herstellung, der Transport und die Montage der einen oder mehrere Wälzkörper aufnehmenden Segmente hingegen, ist verhältnismäßig einfach und kostengünstig.
Aus der DE 102 46 825 AI ist ein Wälzlagerkäfig mit mehreren in Umfangsrichtung angeordneten losen, d.h. mechanisch nicht verbundenen, Segmenten aus Kunststoff bekannt, wobei die Segmente einen Grundkörper mit mindestens einer Tasche zur Aufnahme von Wälzkörpern aufweisen. Um aufgrund der stärkeren Ausdehnung der Kunststoff-Segmente gegenüber den metallischen Lagerringen eine umfängliche Ver- spannung der Segmente zu verhindern, soll gemäß der DE 102 46 825 AI zwischen den Segmenten ein Endspiel in Form eines Spaltes vorliegen, wobei der Spalt mindestens 0, 15 % eines Kreises beträgt, der mittig durch die aneinander gereihten Segmente ver- läuft. Ein übermäßiges Aufeinanderschlagen der Stirnseiten benachbarter Segmente im Betrieb soll nach der DE 102 46 825 AI dadurch vermindert werden, dass der Spalt maximal 1 % des Kreises beträgt, der mittig durch die aneinander gereihten Segmente verläuft. Nachteilig bei der Lösung der DE 102 46 825 AI ist, dass durch den aufgrund der unterschiedlichen Materialien von Segmenten und Lagerring zwangsläufig notwendi- gen Spaltes ein Aneinanderschlagen grundsätzlich nicht vermeidbar ist und dass sich die Segmente im Betrieb ungleichmäßig und nicht kontrollierbar über den Umfang verteilen.
Aus der DE 10 2006 022 951 AI ist ein Wälzlagerkäfig einer Rotorhauptlagerung bekannt, der aus einer Vielzahl von umfänglich angeordneten Segmenten besteht. Jedes Segment der DE 10 2006 022 951 AI kann mehrere Wälzkörper aufnehmen und ist mit einem umfänglich benachbarten Element über eine Zugkräfte aufnehmende Kopplungseinheit stirnseitig verbunden, d.h. es liegen keine losen Segmente vor. Die Segmente des Wälzlagerkäfigs der DE 10 2006 022 951 AI weisen ein umfängliches Endspiel auf, d.h. die einzelnen Segmente können sich umfänglich gemäß dem Endspiel frei verschieben, wodurch insbesondere durch Temperaturdifferenzen bedingte unterschiedlich starke Wärmedehnungen der Segmente einerseits und der Lagerringe andererseits ausgeglichen werden können. Die Kopplungseinheiten der DE 10 2006 022 951 AI sollen dabei gewährleisten, dass das Spiel umfänglich gleichmäßig verteilt wird, so dass sich letztendlich die Segmente im Wesentlichen gleichmäßig über den Umfang anordnen. Von Nachteil ist, dass die die Zugkräfte aufnehmenden Kopplungseinheiten der DE 10 2006 022 951 AI, insbesondere bei einem vertikalen Einsatz in einem Großwälzlager, aufgrund der hohen Gewichtskräfte der Wälzkörper stark beansprucht werden können. Ebenso von Nachteil bei einer solchen Anwendung des Wälzlagerkäfigs der DE 10 2006 022 951 AI ist, dass im Betrieb ein eine Lastzone verlassendes Segment schwerkraftbedingt auf ein benachbartes Segment schlagen kann, was einerseits zu störenden Geräuschen und andererseits zu möglichen Beschädigungen der Segmente führen kann. Aus der DE 10 2009 014 779 AI ist ebenfalls ein Wälzlagerkäfig bekannt, dessen Segmente umfänglich ein Spiel aufweisen, um Temperaturschwankungen ausgleichen zu können, und wobei je zwei benachbarte Segmente durch eine Zugkräfte aufnehmende Kopplungseinheit miteinander verbunden sind. Gemäß der DE 10 2009 014 779 AI ist vorgesehen, dass das Spiel zwischen zwei benachbarten Segmenten federkraftbeaufschlagt ist, insbesondere mittels einer Blattfeder oder Tellerfeder. Von Nachteil bei der Lösung der DE 10 2009 014 779 AI ist, dass durch den Einsatz von metallischen Federelementen in Kombination mit den Zugkräfte aufnehmenden Kopplungseinheiten, die die Segmente mechanisch verbinden, ein komplexer und teurer Aufbau resultiert und das Aufeinanderschlagen der einzelnen Segmente weiterhin nicht völlig auszuschließen ist.
Aufgabe der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen gattungsgemäßen Wäl- zlagerkäfig bereitzustellen, der insbesondere bei einer vertikalen Anwendung in einem Großwälzlager eine gleichmäßige Beabstandung der Segmente ermöglicht, der ein Aufeinanderschlagen einzelner Segmente verhindert, der eine hohe Lebensdauer aufweist und der einfach und kostengünstig herzustellen ist.
Beschreibung der Erfindung
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Wälzlagerkäfig gemäß dem unabhängigen An- spruch. Demzufolge ist ein gattungsgemäßer Wälzlagerkäfig dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Spielausgleichselement umfänglich zwischen zwei benachbarten Grundkörpern angeordnet ist und dass das Spielausgleichselement umfänglich eine höhere Elastizität als ein Grundkörper aufweist und dass die Segmente umfänglich bei Raumtemperatur spielfrei angeordnet sind. Die vorliegende Erfindung geht bei der Behebung der sich aus der DE 102 46 825 AI ergebenden Nachteile einen gänzlich anderen Weg als z.B. die DE 10 2006 022 951 AI oder die DE 10 2009 014 779 AI . Anstelle das aus dem Stand der Technik als notwendig erachtete Spiel zwischen Segmenten vorzusehen und zu versuchen dieses durch mechanische Kopplungseinheiten gleichmäßig über den Umfang zu verteilen, sind die Segmente des erfmdungsgemäßen Wäl- zlagerkäfigs nicht durch ein umfängliches Spiel voneinander beabstandet. Vielmehr liegt bereits bei Raumtemperatur, d.h. bei 20 Grad Celsius, eine spielfreie bzw. spaltfreie Aneinanderordnung der Segmente vor. Die Segmente können sich somit ohne Komprimierung des Spielausgleichselementes umfänglich nicht frei bewegen, insbesondere nicht kraftfrei bewegen. Ein Aufeinanderschlagen benachbarter Segmente wird dadurch ausgeschlossen. Unterschiedliche Wärmedehnungen der Segmente gegenüber Lagerringen aufgrund unterschiedlicher Materialien der Segmente und Lagerringe werden somit auch nicht über ein Spiel zwischen den Segmenten kompensiert. Vielmehr kann das Spielausgleichselement wärmebedingte oder auch durch Quelleffekte hervorgerufene Ausdehnungen der Segmente aufnehmen. Ein Spielausgleichselement im Rahmen der Erfindung ist somit ein Element, welches eine Elastizität aufweist, durch die das Spielausgleichselement die genannten Ausdehnungen eines Segmentes in jedem möglichen Betriebspunkt komplett aufnehmen kann. Hierzu weist das Spielausgleichselement eine gegenüber dem Grundkörper höhere Elastizität in Umfangsrichtung auf. Diese höhere Elastizität des Spielausgleichselementes kann durch die Wahl eines bestimmten Materials und/oder durch die konstruktive Ausgestaltung des Spielausgleichselementes erreicht werden. Unter Elastizität ist hierbei die Eigenschaft einer umfänglichen elastischen Verformung unter Einwirkung einer umfänglichen Druckkraft zu verstehen. Indem das Spielausgleichselement eine höhere Elastizität aufweist, wird dieses bei einer umfänglichen Ausdehnung der Segmente im Vergleich zu den Grundkörpern überwiegend bzw. ausschließlich ges- taucht. Die Ausdehnung der Segmente kann somit innerhalb des Wälzlagerkäfigs aufgenommen werden, ohne dass es zu einem unzulässigen Verspannen bzw. Veiformen der Grundkörper kommt. Bereits bei Raumtemperatur liegt eine spielfreie Anordnung der Segmente vor. Das heißt bereits zu diesem Zeitpunkt können sich die Segmente umfänglich nicht frei bewegen, sondern weisen eine kontrollierte umfängliche Position auf. Die in den Segmenten aufge- nommen bzw. aufnehmbaren Wälzkörper werden somit gleichmäßig verteilt, so dass eine verbesserte Kinematik eines entsprechenden Wälzlagers möglich wird.
In Folge ist es erfindungsgemäß möglich, auf mechanische Verbindungen der Segmente, z.B. auf die aus der DE 10 2006 022 951 AI oder der DE 10 2009 014 779 AI bekan- nten Kopplungseinheiten, komplett zu verzichten. Die Segmente des erfindungsgemäßen Wälzlagerkäfigs sind somit umfänglich lose angeordnet, d.h. die Segmente sind nicht über eine Zugkräfte aufnehmende Kopplungseinheit miteinander verbunden. Der er- findungemäße Wälzlagerkäfig lässt sich somit äußerst einfach und kostengünstig herstellen, die Lebensdauer wird erhöht und die Montage gestaltet sich deutlich einfacher.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Spielausgleichselement eine umfängliche Vorspannung der Segmente bei Raumtemperatur bewirkt. Das Spielaus- gleichselement übt somit bereits bei Raumtemperatur eine umfängliche Druckkraft auf benachbarte Segmente aus.
Um Ausdehnungen der Segmente gegenüber Lagerringen durch den Wälzlagerkäfig aufnehmen zu können, ist entscheidend, dass das oder die Spielausgleichselemente eine höhere Elastizität als die Grundkörper aufweisen. Dies kann einerseits durch die Wahl der Materialen des Wälzlagerkäfigs erfolgen. So ist gemäß einer Ausführungsform vorgesehen, dass das Spielausgleichselement aus einem anderen Material als die Grundkörper besteht. Das Spielausgleichselement kann insbesondere aus einem Material mit einem geringem Elastizitätsmodul (Youngscher Modul) als ein Grundkörper bestehen. Typ- ischerweise bestehen die Grundkörper aus einem Kunststoff, insbesondere können die Grundkörper aus faserverstärktem Kunststoff und/oder PEEK bestehen. Ein faserverstärkter Kunststoff kann glasfaser- und/oder kohlefaserverstärkt sein. Das Spielaus- gleichselement kann ebenfalls aus Kunststoff bestehen, insbesondere kann das Spielausgleichselement aus Kautschuk wie z.B. HNBR oder NBR bestehen. Bei NBR handelt es sich um einen Nitrilkautschuk und bei HNBR um einen hydrierteren Acrylnitrilbutadien- Kautschuk, der sich durch eine hohe Temperaturstabilität auszeichnet. Denkbar ist auch, das Spielausgleichselement durch ein Gel-Kissen zu bilden oder durch ein Material mit hyperelastischen Eigenschaften oder ein Schaumartiges Material.
Die umfänglich höhere Elastizität des Spielausgleichselementes gegenüber dem Grundkörper kann alternativ oder zusätzlich durch die konstruktive Gestaltung des Spielaus- gleichselementes erreicht werden. So kann das Spielausgleichselement z.B. eine wabenähnliche Struktur mit (Luft)Einschlüssen aufweisen oder Vorsprünge ausbilden, wodurch die Kontaktfläche verringert wird.
Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass nur zwischen zwei umfänglich ben- achbarten Grundkörpern mindestens ein Spielausgleichselement angeordnet ist. Bis auf die zwei Grundkörper zwischen den das oder die Spielausgleichselemente wirken bzw. angeordnet sind, kontaktieren sich die Grundkörper somit bereits bei Raumtemperatur. Bei dieser Ausführungsform ist denkbar, dass zwischen den beiden benachbarten Segmenten ein einziges oder mehrere, z.B. parallel wirkende, Spielausgleichselemente angeordnet sind.
Alternativ ist möglich, dass zwischen mehreren Grundkörpern, insbesondere allen Grundkörpern, mindestens ein Spielausgleichselement angeordnet ist. Werden weniger Spielausgleichselemente als Segmente eingesetzt, so können die Spielausgleichselemente umfänglich äquidistant verteilt angeordnet werden.
Möglich ist, dass das Spielausgleichselement durch ein von den Grundkörpern separates Element gebildet wird. Es handelt sich somit um ein selbstständiges Bauteil, welches umfänglich zwischen zwei Grundkörpern eingefügt werden kann. So ist gemäß einer Ausführungsform vorgesehen, dass das mindestens eine Spielausgleichselement eine kugelförmige Gestalt aufweist und in je eine kugelabschnittsförmige Vertiefung der zwei benachbarten Grundkörper eingreift. Selbstverständlich können auch andersartige Formen des Spielausgleichselementes vorgesehen seien, z.B. quaderförmige Blöcke.
Alternativ ist möglich, dass das Spielausgleichselement formschlüssig, kraftschlüssig, stoffschlüssig oder durch Kombinationen hieraus mit einem Grundkörper verbunden ist. Denkbar ist z.B. das Spielausgleichselement formschlüssig mittels Widerhaken in einer Bohrung, einem Hinterschnitt oder Ähnlichem eines Grundkörpers einschnappen zu lassen. Bei einem aus Kunststoff durch Spritzgießen gefertigten Grundkörper (z.B. PEEK) ist es möglich, das Spielausgleichselement direkt an den Grundkörper im gleichen Ferti- gungsschritt anzuspritzen. Möglich ist auch, das Spielausgleichselement an z.B. eine Stirnseite eines Grundkörpers anzukleben oder, sofern Grundkörper und Spielausgleichselement aus Kunststoff bestehen, thermisch anzuschweißen. Somit ist insbesondere denkbar, dass das Spielausgleichselement nicht zerstörungsfrei von dem Grundkörper getrennt werden kann. Hierbei wird die Montage des Wälzlagerkäfigs weiter vereinfacht. Ein, mehrere oder alle Segmente umfassen somit einen Grundkörper und zumindest ein Spielausgleichselement, wobei die Segmente durch Grundkörper und Spielausgleichselement einstückig bzw. einteilig ausgebildet sein können. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass jedes Segment an einem umfänglichen Endbereich oder an zwei umfänglichen Endbereichen ein einteilig mit dem Grundkörper ausgebildetes Spielausgleichselement aufweist. Alle Segmente sind somit identisch ausgebildet und weisen integral ausgebildete Spielausgleichselemente auf. Dabei kann das Spielausgleichselement eine im Wesentlichen ebene, umfängliche Stirnfläche des Segmentes ausbildet. Hierdurch wird vorteilhafterweise ein großflächiger Kontakt zwischen zwei benachbarten Segmenten ermöglicht: entweder über den Kontakt Spielausgleichselement eines Segments zu Grundkörper eines benachbarten Segments oder über den Kontakt Spielausgleichselement eines Segments und Spielausgleichselement eines benachbarten Segments.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass das mindestens eine Spielausgleichselement ein Schmierstoffdepot ausbildet. Dies kann z.B. durch die konstruk- tive Ausgestaltung des Spielausgleichselementes erfolgen. So ist es möglich, das Spielausgleichselement mit Öffnungen, Bohrungen, Nuten, Ausnehmungen etc. zu versehen, die Schmierstoff aufnehmen und an Laufbahnen der Lagerringe abgeben können. Alter- nativ oder zusätzlich kann durch die Wahl des Materials des Spielausgleichselementes eine Aufnahme von Schmierstoff begünstigt werden: So kann das Spielausgleichselement ein Schwammartiges Material umfassen, welches geeignet ist Schmierstoff zu speichern. Grundsätzlich möglich ist auch, einen Sensor in ein Spielausgleichselement zu integrieren. Denkbar ist hier insbesondere ein Kraftsensor (Beschleunigungssensor), ein Temperatursensor oder ein Schmierstoffsensor. So kann ein Kraftsensor direkt die zwischen zwei benachbarten Segmenten herrschenden Druckkräfte im Betrieb ermitteln. Der erfindungsgemäße Wälzlagerkäfig eignet sich insbesondere als Wälzlagerkäfig eines Großwälzlagers, da hier die Vorteile der spielfreien Anordnung der Segmente bei gleichzeitiger Möglichkeit der Ausdehnung der Segmente besonders stark zum Tragen kommen. So kann ein Wälzlager mit einem erfindungsgemäßen Wälzlagerkäfig als Rotorlagerung einer Windkraftanlage ausgebildet sein.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden anhand der beigefügten Figuren erläutert. Dabei zeigen
Fig. 1 eine Windkraftanlage, umfassend ein erfindungsgemäßes Wälzlager, Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wälzlagerkäfigs, Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wälzlagerkäfigs,
Fig. 4 ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wälzlagerkäfigs und
Fig. 5 ein viertes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wälzlagerkäfigs.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Gleiche oder funktionsgleiche Elemente sind durch gleiche Bezugszeichen gekennzeich- net. Fig. 1 zeigt eine Windkraftanlage 1, umfassend eine Rotorlagerung mittels zweier erfindungsgemäßer Wälzlager. Die Windkraftanlage 1 umfasst einen Maschinenturm 2, auf dem ein Maschinenhaus 3 mit einem Generator 4 sowie einem windgetriebenen Rotor 5 mit einer mehrere Rotorblätter 6 tragenden Rotornabe 7 angeordnet ist. Der Rotor 5 wird durch eine Rotorlagerung 8 getragen. Der Rotorlagerung 8 umfasst zwei erfindungsgemäße Wälzlager 9, z.B. zwei Kegelrollenlager in O-Anordnung.
Fig. 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wälzlagerkäfigs 10. Dieser ist ausgebildet als Wälzlagerkäfig 10 eines Kegelrollenlagers und ist ausschnittsweise in einer schematischen Draufsicht dargestellt.
Der Wälzlagerkäfig 10 umfasst mehrere in Umfangsrichtung lose angeordnete Segmente, wobei vier Segmente 11, 12, 13, 14 (teilweise) dargestellt sind. Jedes Segment 11, 12, 13, 14 weist einen aus PEEK bestehenden Grundkörper 15 auf. Jeder Grundkörper 15 besitzt vier Taschen 16 zur Aufnahme von kegeligen, nicht dargestellten Wälzkörpern.
Der Wälzlagerkäfig 10 umfasst zwei Spielausgleichselemente 17, die umfänglich zwischen zwei benachbarten Grundkörpern 15, nämlich den Grundkörpern 15 der Seg- mente 12 und 13, angeordnet sind. Zwischen den restlichen Grundkörpern sind keine Spielausgleichselemente angeordnet. Sämtliche Segmente sind bei Raumtemperatur spielfrei angeordnet, d.h. sie können sich umfänglich nicht kraftfrei bewegen. Insbesondere berühren sich die übrigen Segmente spielfrei an Kontakten 19. Die Spielausgleichselemente 17 werden durch zwei Kugeln gebildet, die aus einem Material bestehen, welches ein geringeres Elastizitätsmodul aufweist als das Material der Grundkörper 15. Somit weisen die Spielausgleichselemente 17 umfänglich eine höhere Elastizität als die Grundkörper auf. Bei einer Temperaturerhöhung eines diesen Wälzlagerkäfig aufweisenden Wälzlagers, können sich die Grundkörper und somit die Seg- mente umfänglich ausdehnen, indem die Spielausgleichselemente 17 komprimiert werden. Die Spielausgleichselemente 17 sind jeweils in kugelabschnittsförmigen Vertiefungen 18 der Grundkörper 15 aufgenommen und bilden von den Grundkörpern 15 separate Bauteile - wie in der Detaildarstellung zu erkennen.
Fig. 3a zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wälzlagerkäfigs 10, wobei zwei Segmente 11, 12 dargestellt sind. Jedes Segment 11, 12 umfasst einen Grundkörper 15 der eine einzige Tasche 16 zur Aufnahme eines zylindrischen Wälzkörpers 21 ausbildet.
Umfänglich zwischen den beiden dargestellten Segmenten 11, 12 befindet sich ein ein- ziges Spielausgleichselement 17, welches formschlüssig mit einem Grundkörper 15 verbunden ist. Das entsprechende Segment 11 besteht somit aus einem Grundkörper 15 und einem Spielausgleichselement 17.
Das Spielausgleichselement 17 ist an einem Endbereich 20 des Segmentes 11 angeordnet und bildet eine umfängliche Stirnseite 22 des Segmentes 11 aus.
In Fig. 3b sind Variationen eines in das Segment 11 einsetzbaren Spielausgleichselementes 17 dargestellt. Diese Spielausgleichselemente 17 unterscheiden sich durch die Form der Kontaktbereiche mit denen sie mit dem benachbarten Segment 12 in Kontakt stehen. Die Spielausgleichselemente 17 weisen z.B. einen oder zwei Vorsprünge 23 auf, wobei im letzteren Falle die beiden Vorsprünge 23 identisch oder unterschiedlich ausgebildet werden können. Die unterste Variante bildet eine umfängliche Stirnseite 22 mit einem leicht konvexen Profil aus. In Fig. 3c sind mögliche Profile des Spielausgleichselementes 17 gemäß der untersten Variante aus Fig. 3b dargestellt.
Fig. 4 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wälzlagerkäfigs 10, wobei ein Ausschnitt zweier benachbarter Segmente 11, 12 dargestellt ist. Spielaus- gleichselemente 17 sind an zapfenförmigen Vorsprüngen an Endbereichen 20 der Segmente 11, 12 angeformt, z.B. angeklebt. In Fig. 5 ist ein Segment 11 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wälzlagerkäfigs 10 dargestellt. Ein entsprechender Wälzlagerkäfig 10 umfasst eine Vielzahl derartiger, identischer Segmente 11. Jedes Segment 11 weist an zwei umfänglichen, sich gegenüberliegenden Endbereichen 20 ein Spielausgleichselement 17 auf. Das Spielausgleichselement 17 ist wie der Grundkörper 15 durch Spritzgießen hergestellt und wurde im gleichen Fertigungsschritt mit dem Grundkörper 15 hergestellt bzw. an diesem angeformt. Ein derartiges Segment 11 besteht somit aus einem Grundkörper 15 sowie zwei Spielausgleichselementen 17, wobei das Segment 11 nicht zerstörungsfrei in Grundkörper 15 und Spielausgleichselemente 17 getrennt werden kann.
Bezugszeichenliste
1 Windkraftanlage
2 Maschinenturm
3 Maschinenhaus
4 Generator
5 Rotor
6 Rotorblatt
7 Rotornabe
8 Rotorlagerung
9 Wälzlager
10 Wälzlagerkäfig
11 Segment
12 Segment
13 Segment
14 Segment
15 Grundkörper
16 Tasche
17 Spielausgleichselement
18 kugelabschnittsförmige Vertiefung
19 Kontakt
20 Endbereich
21 Wälzkörper
22 Stirnseite
23 Vorsprung (des Spielausgleichselementes)

Claims

Patentansprüche
Wälzlagerkäfig (10) mit mehreren in Umfangsrichtung angeordneten losen Segmenten (11, 12, 13, 14), wobei die Segmente (11, 12, 13, 14) einen Grundkörper (15) mit mindestens einer Tasche (16) zur Aufnahme von Wälzkörpern (21) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Spielausgleichselement (17) umfänglich zwischen zwei benachbarten Grundkörpern (15) angeordnet ist und dass das Spielausgleichselement (17) umfänglich eine höhere Elastizität als ein Grundkörper (15) aufweist und dass die Segmente (11, 12, 13, 14) umfänglich bei Raumtemperatur spielfrei angeordnet sind.
Wälzlagerkäfig (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Spielausgleichselement (17) eine umfängliche Vorspannung der Segmente ( 11 , 12, 13 , 14) bei Raumtemperatur bewirkt.
Wälzlagerkäfig (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Spielausgleichselement (17) aus einem anderen Material als die Grundkörper (15) besteht.
Wälzlagerkäfig (10) nach einem der vorangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundkörper (15) aus einem Kunststoff bestehen, insbesondere dass die Grundkörper (15) aus faserverstärktem Kunststoff und/oder PEEK bestehen, und/oder dass das Spielausgleichselement (17) aus Kunststoff besteht, insbesondere dass das Spielausgleichselement (17) aus HNBR, NBR besteht.
Wälzlagerkäfig (10) nach einem der vorangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nur zwischen zwei umfänglich benachbarten Grundkörpern (15) mindestens ein Spielausgleichselement (17) angeordnet ist. Wälzlagerkäfig (10) nach einem der vorangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen mehreren Grundkörpern (15), insbesondere allen Grundkörpern (15), mindestens ein Spielausgleichselement (17) angeordnet ist.
Wälzlagerkäfig (10) nach einem der vorangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Spielausgleichselement (17) durch ein von den Grundkörpern (15) separates Element gebildet wird.
Wälzlagerkäfig (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Spielausgleichselement (17) eine kugelförmige Gestalt aufweist und in je eine kugelabschnittsförmige Vertiefung (18) der zwei benachbarten Grundkörper (15) eingreift.
Wälzlagerkäfig (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Spielausgleichselement (17) formschlüssig, kraftschlüssig, stoffschlüssig oder durch Kombinationen hieraus mit einem Grundkörper (15) verbunden ist.
Wälzlagerkäfig (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Spielausgleichselement (17) nicht zerstörungsfrei von dem Grundkörper (15) getrennt werden kann.
Wälzlagerkäfig (10) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Segment an einem umfänglichen Endbereich (20) oder an zwei umfänglichen Endbereichen (20) ein einteilig mit dem Grundkörper (15) ausgebildetes Spielausgleichselement (17) aufweist.
Wälzlagerkäfig (10) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Spielausgleichselement (17) eine im Wesentlichen ebene, umfängliche Stirnfläche (22) des Segmentes (11) ausbildet. Wälzlagerkäfig (10) nach einem der vorangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Spielausgleichselement (17) ein Schmierstoffdepot ausbildet.
Wälzlager (9), insbesondere Großwälzlager, umfassend einen Wälzlagerkäfig (10) nach einem der vorangegangen Ansprüche.
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