WO2012097962A2 - Hydraulisch vorspannbares wälzlager - Google Patents

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WO2012097962A2
WO2012097962A2 PCT/EP2012/000051 EP2012000051W WO2012097962A2 WO 2012097962 A2 WO2012097962 A2 WO 2012097962A2 EP 2012000051 W EP2012000051 W EP 2012000051W WO 2012097962 A2 WO2012097962 A2 WO 2012097962A2
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Franz Mitsch
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Fm Energie Gmbh & Co.Kg
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    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Definitions

  • the invention relates to a new innovative bearing preload.
  • the invention relates to a roller bearing, which can be biased targeted and adjustable by appropriate pressure generating means.
  • a rolling bearing is described, which can be biased by hydraulic fluids within an elastomeric pressure ring over a wide range variable during operation.
  • the invention further relates to corresponding hydraulically preloaded rolling bearings, which can be combined with conventional conical non-hydraulic elastomeric bearings, so that additional damping of unwanted vibrations, as well as sound decoupling in the operation of equipped with these bearings machinery, equipment and components is achieved.
  • Vorspankraft in common camps on disc springs or elastic deformation of housing and / or
  • biasing force is applied indirectly via a defined torque of the clamping elements.
  • the biasing force can also be provided via shims with prior measurement of shaft, housing and bearings, such as e.g. described in DE 10138396.
  • the system requires a breakaway torque and a minimum preload.
  • the bearings of the prior art thus have a number of disadvantages which must be eliminated.
  • the purpose of the invention described below is to keep the bias constant even under changing boundary conditions or to change them consciously.
  • bearing preload can under changing boundary conditions
  • the preload force is dependent on and thereby changeable during operation by load (current output generator), and / or speed, and / or vibration behavior, and / or temperature (or combination of the four
  • the system can be easily adapted to other diameter ratios
  • roller bearings according to the invention as described below and in the claims, have these advantages.
  • the invention thus relates to a rolling bearing with hydraulically adjustable bearing preload comprising LagerdicalzSystem (3.3), one or more
  • the subject of the invention is a corresponding rolling bearing in which the pressure ring (4) (17) inside its elastomeric / elastic core channels or Having cavities through which hydraulic fluid is pumped by means of an existing outside of the bearing hydraulic device (101 - 107), whereby hydraulic pressure is generated and the preload of the bearing is achieved in a desired manner, namely variable and during operation.
  • the bearing preload is applied by moving the inner ring (3.1) against the outer ring (3.2) of the bearing (3).
  • This operating principle works with different rolling bearing types such as tapered roller bearings, angular contact ball bearings,
  • An essential part of such a bearing according to the invention is a pressure ring (4) (17), which must be arranged accordingly, so that a bias acting in a certain direction can be achieved.
  • the elastic pressure ring (4) which in some embodiments in the
  • Thrust ring receptacle (5) sits, this generates the biasing force. This happens because it is pressurized and thus increases its volume.
  • the pressure ring (4) extends annularly in the pressure ring receptacle (5) and presses axially on the annular piston (6).
  • This annular piston (6) thus moves axially and moves the inner ring (3.1) of the bearing (3).
  • the biasing force is thus directly a function of the filling pressure of the pressure ring (4). If the pressure is kept constant, the preload force is also constant and can be controlled during operation by a pressure sensor / manometer (102). It is important that the clearance between the pressure ring receptacle (5) and annular piston (6) is kept small, otherwise in the pressurized state elastomer from the pressure ring (4) in the gap ring piston (6) / pressure ring receiving (5) penetrate and damage to Pressure ring (4) can lead.
  • the edge areas of the pressure ring can be made of a material with a higher Shore hardness than the actual pressure ring. Since the harder material does not migrate so easily into the gap ring piston / pressure ring receiving, thereby the wear on the pressure ring is reduced. In order to achieve the same effect, it is conceivable in the corner ring piston /
  • the pressure can be kept constant by connecting the system directly to a pneumatic or hydraulic network (106) and keeping the pressure constant by means of a pressure regulating valve (105).
  • Another possibility is to fill the system once and provide it with a pressure equalization vessel / accumulator (103).
  • the pressure compensation vessel / accumulator (103) must be dimensioned so that the expected axial movements of the pressure ring (4) only leads to a justifiable pressure change in the overall system.
  • the expected Axialweg by thermal expansion, settling, etc. can be assumed to be small. This may be sufficient at
  • Pressure ring (4) is a correspondingly large volume of air, which keeps the pressure change and thus the biasing force within reasonable limits in axial travel changes. If the pressure ring (4) lose the pressure during operation, the bearing preload would also drop to the value "zero", which would lead to damage and total failure of the bearings (3). This can be prevented by a
  • the minimum preload is applied via the thrust ring receptacle (5). This is possible because it can be moved via a thread (14) axially to the shaft (2) and thus can build the minimum bias. The remainder up to the nominal preload is applied via the pressure ring (4).
  • boundary conditions may be speed, bearing load, vibrations, bearing natural frequencies, temperature, breakaway torque, etc., or the combination of multiple control variables. It is e.g. beneficial at high
  • Figures 1 to 6.2 illustrate the possibilities of using the elastomeric hydraulic system for axial bearing preload. With these options, the displacement must be effected by friction between the rolling bearing and the shaft or the rolling bearing and the bearing housing.
  • an additional, axially displaceable element (13) is installed.
  • This can be a sliding bearing, a cylindrical roller bearing or an elastomer layer. As a result, the friction due to axial displacement is reduced to a minimum.
  • Figure 9 shows the possibility of allowing the movement of the bearing on the outer diameter by additional elastomeric bearings (17). This has the advantage that in the displacement due to thermal expansion no friction between
  • the rolling bearing according to the invention can also be used with conventional pure
  • Elastomeric bearings (16) constraining forces due to shaft deformation, manufacturing tolerances and assembly tolerances.
  • the pressure ring (4) can be filled with a liquid or a gas.
  • this with e.g. 2-component polyurethane to fill. This has the advantage that this PU cures after filling and thus can not lead to leakage.
  • the rolling bearings according to the invention can be used very versatile. In particular, they are for use in generators and
  • FIG. 1 describes a roller bearing according to the invention with a pressure ring (4) in FIG.
  • Fig. 2 shows the same system as in Fig. 1, but encloses the
  • Pressure ring (4) including ring piston (6) here the bearing outer ring (3.2).
  • Pressure ring receptacle (5) has here a thread with which it can be screwed to the housing (1) in the direction of the rolling bearing (3).
  • Fig. 3 shows an inventive rolling bearing in which the pressure ring (4) is arranged so that the hydraulic volume expansion acts radially, ie perpendicular to the shaft (2), namely on the bearing outer rings (3.2).
  • This allows the camp with Are mounted game and hereafter with the pressure ring (4) in the housing (1) to be clamped.
  • Fig. 4 shows a rolling bearing according to the invention in which the pressure ring (4) is not mounted externally, but in the interior of the rolling bearing, together with the pressure ring receptacle (12) and the annular piston (6).
  • the pressure is applied directly to the bearing outer rings (3.2).
  • this bearing has a clamping nut (9) on which on the shaft (2) located thread against the rolling bearing (3) can be screwed, which is thus pressed against a shaft shoulder and prevents the bearing can be moved.
  • Another clamping nut (9) can also be mechanically screwed onto a thread on the encircling housing (1) in the direction of the bearing outer ring via a spring element (11).
  • Fig. 5 shows a similar arrangement as Fig. 4 with X-arrangement of
  • Fig. 6.1 a further embodiment of the invention, in which the two bearings (3) are housed in separate housings (1).
  • Fig. 6.2 Variant of Fig. 6.1. If the bearings (3) are installed with a large axial distance from one another (in relation to the bearing diameter), wave heating leads to a significantly increased bearing preload. This we compensated via the pressure ring.
  • Fig. 7 particular embodiment of the rolling bearing according to the invention:
  • the bearing preload via a pressure ring (4) leads to axial movements between the bearing inner ring (3.1) and shaft (2). This movement can lead to fretting corrosion. Corresponding coatings and / or permanent lubrication counteract this phenomenon. In addition, this reduces the coefficient of friction between these sliding partners, which is also positive.
  • the same effect can be achieved that the bearing (3) on a plain bearing / rubber element or cylindrical roller bearing (13) is located. These elements would result in an axial movement, eg caused by thermal expansion, to a simple, axial displaceability of the bearing (3).
  • Fig. 8.1 - 8.3 various possible rolling bearing components (3.1-3.3) that can be used in the bearings according to the invention.
  • Fig. 9 an inventive rolling bearing combined with a conventional conical non-hydraulic elastomeric bearing.
  • Fig. 9a Detail A of Fig. 9 in detail.
  • Fig. 10 Example of a hydraulic used according to the invention
  • Fig. 11 Pressure ring (4) of a bearing according to the invention with several

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine neue innovative Lagervorspannung, insbesondere ein Wälzlager, das durch entsprechende Druck erzeugende Mittel gezielt und einstellbar vorgespannt werden kann. Die Erfindung betrifft ein Wälzlager, welches durch hydraulische Flüssigkeiten, die innerhalb eines elastomeren Druckrings Druck ausüben, über einen weiten Bereich variabel auch während des Betriebes vorgespannt werden kann.

Description

HYDRAULISCH VORSPANNBARES WÄLZLAGER
Die Erfindung betrifft eine neue innovative Lagervorspannung. Die Erfindung betrifft insbesondere ein Wälzlager, das durch entsprechende Druck erzeugende Mittel gezielt und einstellbar vorgespannt werden kann. Insbesondere wird ein Wälzlager beschrieben, welches durch hydraulische Flüssigkeiten innerhalb eines elastomeren Druckrings über einen weiten Bereich variabel auch während des Betriebes vorgespannt werden kann. Die Erfindung betrifft ferner entsprechende hydraulisch vorgespannte Wälzlager, welche mit herkömmlichen konischen nicht-hydraulischen Elastomerlagern kombiniert werden können, so dass zusätzliche Dämpfung von unerwünschten Schwingungen, sowie Schallentkopplung bei dem Betrieb von mit diesen Lagern ausgerüsteten Maschinen, Anlagen und Bauteilen erreicht wird.
Die Effektivität und Lebensdauer von Maschinenlagern hängt nicht zuletzt von der Vorspannung des Lagers und seiner Konstruktion ab. Oft ändert sich unter Last und ständigen Betrieb die Vorspannung in unerwünschter Weise, so dass sich
Änderungen der Wirksamkeit und der Lebensdauer ergeben. Auch
Wärmeausdehnungen, Setzerscheinungen verändern die ursprünglich eingestellte Vorspannung, was ebenfalls zu einer Reduzierung der zu erwartenden
Lagerlebensdauer führt. Aus der DE 3143344 A1 ist bekannt, dass die Vorspannung der Lager über pneumatische oder hydraulische Ringkolbenzylinder aufgebracht und konstant gehalten werden kann. Ein Variieren der Vorspannkraft, abhängig von den
Randbedingungen während des Betriebes, ist hier bereits erwähnt. Die Nachteile dieser technischen Lösung ist darin zu sehen, dass die Lagerung nicht verschleißfrei ist, viel Einbauraum benötigt, eine schwierige und empfindlich Montage benötigt, teuer ist, nur in Verbindung mit externer Luftversorgung vorstellbar ist, und sich nur mit großem Aufwand nachrüsten lässt.
Eine weitere Möglichkeit ist, die Vorspankraft in gängigen Lagern über Tellerfedern aufzubringen oder über elastische Verformung von Gehäuse und / oder
Spannelementen. Bei diesen technischen Lösungen besteht keine Kontrolle über die eingestellte Vorspannkraft. Zudem sind solche Lager nicht für hohe Vorspannkräfte geeignet, noch lässt sich die Vorspannung während des Betriebes nicht ändern.
Des weiteren gibt es Lager, bei denen die Vorspannkraft indirekt über ein definiertes Anzugsmoment der Spannelemente aufgebracht wird. Die Vorspannkraft kann auch über Distanzscheiben mit vorangehendem Vermessen von Welle, Gehäuse und Lager erbracht werden, wie z.B. in der DE 10138396 beschrieben.
In der DE 3436268C2 wird die Bestimmung von dynamischen Drehmomenten zweier Lager beschrieben, welche mit gewünschter Vorspannkraft laufen. Dabei werden die Lager so lange vorgespannt, bis sich ein gewünschtes Drehmoment und somit indirekt die Vorspannung einstellen lässt. Die Nachteile dieser Systeme sind:
die Einstellung der Vorspannkraft erfolgt lediglich indirekt;
die Einstellung der optimalen Vorspannkraft ist nur mit hohem Aufwand zu bewerkstelligen und / oder ist zudem ungenau;
die Einstellung der Vorspannkraft ist lediglich im unbelasteten Zustand möglich;
kein Ausgleich von Wärmedehnung;
keine Kompensation von Setzbeträgen;
keine Kontrolle der Vorspannkraft während Betrieb;
das System ist fehlerbehaftet, da ein komplizierter Einstellvorgang
notwendig ist;
das System erfordert immer eine Kompromisseinstellung bezüglich Drehzahl und Schwingverhalten,
das System erfordert ein Losbrechmoment und eine Mindestvorspannung.
Die Lager des Standes der Technik weisen also eine Reihe von Nachteilen auf, die es zu beseitigen gilt. Der Zweck der unten beschriebenen Erfindung liegt darin, die Vorspannung auch unter sich ändernden Randbedingungen konstant zu halten oder diese bewusst zu verändern.
Es bestand somit die Aufgabe, Lager, insbesondere Wälzlager zu entwickeln welche insbesondere folgende Eigenschaften aufweisen sollten: 1. Die Lagervorspannung kann unter wechselnden Randbedingungen
(Wärmedehnung andere Toleranzsituation) immer konstant gehalten werden; 2. Der Aufbau des Systems ist einfach und somit kostengünstig
3. Die Vorspannkraft ist abhängig von und dadurch veränderbar während des Betriebes durch Last (Stromabgabe Generator), und/oder Drehzahl, und/oder Schwingverhalten, und/oder Temperatur (oder Kombination der vier
Parameter);
4. Resonanzphänomene werden über Steifigkeitsveränderungen der Lager in Bereiche verschoben, in denen diese nicht stören , inklusive aktives
Gegensteuern bei Resonanzproblemen;
5. Bei Ringkolbenzylindern, nach Stand der Technik, treten Relativbewegungen zwischen abdichtenden Bauteilen auf, welche zu Verschleiß und somit zu
Leckage führen. Bei dem hier beschriebene System führt ein Axialweg zu einer Elastomerverformung innerhalb des Druckrings (4), welche als verschleißfrei anzusehen ist.
6. Das System kann einfach auf andere Durchmesserverhältnisse angepasst werden;
Die erfindungsgemäßen Wälzlager, wie weiter unten und in den Ansprüchen beschrieben, weisen diese Vorteile auf.
Gegenstand der Erfindung ist somit ein Wälzlager mit hydraulisch einstellbarer Lagervorspannung umfassend Lagerwälzkörper (3.3), einen oder mehrere
Lagerinnenringe (3.1), einen oder mehrere Lageraußenringe (3.2), wobei Lagerinnen- und -außenringe den ringförmigen Wälzkörper zumindest teilweise umschließen, sowie ein Druck erzeugendes Mittel, wobei dieses mindestens ein in seinem Volumen veränderbarer elastischen Druckring (4) (17) ist, der so angeordnet ist, dass er den Lagerinnenring (3.1) und / oder den Lageraußenring (3.2) direkt oder indirekt umschließt, so dass bei Volumenänderung des elastischen Druckrings (4) (17) der erzeugte Druck über die beweglichen Lagerringe (3.1/3.2) auf das Wälzlager übertragen wird und so zur Vorspannung desselben führt, wobei der Druckring (4) (17) Elastomermaterial umfasst, welches durch hydraulische Mittel gezielt und einstellbar komprimiert oder dekomprimiert werden kann. Insbesondere ist Gegenstand der Erfindung ein entsprechendes Wälzlager bei dem der Druckring (4) (17) im Inneren seines elastomeren/elastischen Kerns Kanäle oder Hohlräume aufweist, durch welche hydraulische Flüssigkeit mittels einer außerhalb des Lagers vorhandenen Hydraulikvorrichtung (101 - 107) gepumpt wird, wodurch hydraulischer Druck erzeugt und die Vorspannung des Lagers in gewünschter Weise, nämlich variabel und während des Betriebes erreicht wird. Die Lagervorspannung wird dadurch aufgebracht, dass der Innenring (3.1) gegen den Außenring (3.2) des Lagers (3) verschoben wird. Dieses Wirkprinzip funktioniert mit verschiedenen Wälzlagertypen wie z.B. Kegelrollenlager, Schrägkugellager,
Rillenkugellager und ähnliche. Wesentliches Teil eines solchen erfindungsgemäßen Lagers ist ein Druckring (4) (17), der entsprechend angeordnet sein muss, damit eine in eine bestimmte Richtung wirkende Vorspannung erzielt werden kann. Der elastische Druckring (4), welcher in einigen Ausführungsformen in der
Druckringaufnahme (5) sitzt, erzeugt hierbei die Vorspannkraft. Dies geschieht dadurch, dass dieser mit Druck beaufschlagt wird und somit sein Volumen vergrößert. Eine genaue Beschreibung eines durch hydraulische Flüssigkeiten dehnbaren elastischen Materials, wie es für den erfindungsgemäßen Druckring eingesetzt wird, ist in der PCT/EP2009/002320 beschrieben.
In einer Ausführungsform der Erfindung verläuft der Druckring (4) ringförmig in der Druckringaufnahme (5) und drückt axial auf den Ringkolben (6). Dieser Ringkolben (6) bewegt sich somit axial und verschiebt den Innenring (3.1) des Lagers (3).
Hierdurch erzeugt dieser die gewünschte Vorspannung. Die Vorspannkraft ist somit direkt eine Funktion des Fülldrucks vom Druckring (4). Wird der Druck konstant gehalten, so ist die Vorspannkraft auch konstant und kann während des Betriebes durch einen Drucksensor / Manometer (102) kontrolliert werden. Hierbei ist es wichtig, dass das Spiel zwischen Druckringaufnahme (5) und Ringkolben (6) klein gehalten wird, da sonst im druckbeaufschlagtem Zustand Elastomer vom Druckring (4) in den Spalt Ringkolben (6) / Druckringaufnahme (5) eindringen und zu Beschädigungen am Druckring (4) führen kann.
Um diesen Effekt auf ein Minimum zu reduzieren, können die Randbereiche des Druckrings aus einem Material mit höherer Shore-Härte als der eigentliche Druckring gefertigt werden. Da das härtere Material nicht so leicht in den Spalt Ringkolben / Druckringaufnahme wandert, wird hierdurch der Verschleiß am Druckring reduziert. Um den gleichen Effekt zu erzielen, ist es denkbar, in die Ecke Ringkolben /
Druckringaufnahme einen O-Ring mit hoher Shore-Härte zu legen. Hierdurch wird der gleiche Effekt wie oben beschrieben erzielt.
Unerwünschte Phänomene wie Wärmedehnung oder Setzerscheinungen werden durch eine Axialbewegung des Druckrings (4) bei konstantem Druck ausgeglichen.
Der Druck kann dadurch konstant gehalten werden, dass das System direkt mit einem Pneumatik- oder Hydrauliknetz (106) verbunden ist und der Druck durch ein Druckregelventil (105) konstant gehalten wird.
Hierüber hinaus ist es vorstellbar den Druck nur dann über das Hydrauliknetz anzupassen, wenn es zu einer definierten Temperaturveränderung gekommen ist.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, das System einmalig zu befüllen und mit einem Druckausgleichsgefäß / Druckspeicher (103) zu versehen. Das
Druckausgleichsgefäß / Druckspeicher (103) muss hierbei so bemessen sein, dass die zu erwartenden axialen Bewegungen des Druckrings (4) lediglich zu einer vertretbaren Druckänderung im Gesamtsystem führt. Je größer das Volumen vom Druckausgleichsgefäß / Druckspeicher (103), desto kleiner die Druckschwankungen und somit die Änderung der Vorspannkraft.
Im Betrieb erwärmt sich das Lager (3, 18,19). Dies führt dazu, dass Welle (2) und Lager (3,18,19) wärmer sind als Gehäuse (1). Diese dehnen sich somit in axialer und radialer Richtung in größerem Maße aus, im Vergleich zum Gehäuse (1). Wäre in diesem Fall kein Druckring (4) verbaut, so würde dies zu einer
Vorspannungserhöhung im Lager (3, 18, 19) führen. Diese Vorspannungserhöhung kann durch den Druckring (4) ausgeglichen werden.
Der zu erwartende Axialweg durch Wärmedehnung, Setzerscheinungen usw. kann als klein angenommen werden. Hierdurch kann es ausreichend sein, bei
entsprechend großem Füllvolumen des Druckrings (4), diesen selbst als
Druckspeicher zu benutzen. Dies kann dadurch geschehen, dass sich in dem
Druckring (4) ein entsprechend großes Luftvolumen befindet, welches bei axialen Wegänderungen die Druckänderung und somit die Vorspannkraft in vertretbaren Grenzen hält. Würde der Druckring (4) während des Betriebes den Druck verlieren, so würde auch die Lagervorspannung auf den Wert "Null" sinken, was zu Schäden und Totalausfall der Lager (3) führen würde. Dem kann vorgebeugt werden, indem eine
Mindestvorspannung rein mechanisch und der Rest der Vorspannung über den Druckring (4) aufgebracht wird. Wenn nun der Druckring (4) ausfallen würde, besitzt das System noch immer Notlaufeigenschaften. In unserem speziellen Fall wird die Mindestvorspannung über die Druckringaufnahme (5) aufgebracht. Dies ist dadurch möglich, dass sich diese über ein Gewinde (14) axial zur Welle (2) verschieben lässt und somit die Mindestvorspannung aufbauen kann. Der Rest bis zur Sollvorspannung wird über den Druckring (4) aufgebracht.
Prinzipiell ist es möglich die Vorspannung den Randbedingungen während des Betriebes anzupassen. Solche Randbedingungen können Drehzahl, Lagerbelastung, Schwingungen, Lagereigenfrequenzen, Temperatur, Losbrechmoment usw. oder die Kombination aus mehreren Stellgrößen sein. Es ist z.B. von Vorteil bei hohen
Drehzahlen die Vorspannung zu minimieren um die entstehende Reibungswärme in Grenzen zu halten.
Abbildungen 1 bis 6.2 stellen die Möglichkeiten des Einsatzes der Elastomer- Hydraulik zur axialen Lager-Vorspannung dar. Bei diesen Möglichkeiten muss die Wegverschiebung über Reibung zwischen Wälzlager und Welle oder Wälzlager und Lagergehäuse erfolgen.
In Abbildung 7 ist ein zusätzliches, axial verschiebbares Element (13) verbaut. Dieses kann ein Gleitlager, ein Zylinderrollenlager oder auch eine Elastomerschicht sein. Hierdurch wird die Reibung infolge Axialverschiebung auf ein Minimum reduziert.
Abbildung 9 zeigt die Möglichkeit die Bewegung des Lagers am außen Durchmesser durch zusätzliche Elastomerlager (17) zu ermöglichen. Dies hat den Vorteil dass bei der Verschiebung infolge Wärmeausdehnung keine Reibung zwischen
Lageraußenring und Gehäuse stattfindet.
Die erfindungsgemäßen Wälzlager können auch mit herkömmlichen reinen
Elastomerlagern, wie in Abb. 9 und 9a dargelegt, kombiniert werden, wodurch besondere Eigenschaften bezüglich einer verbesserten Schwingungsdämpfung oder Körperschallkopplung zusätzlich erzielt werden. Zudem gleichen diese
Elastomerlager (16), Zwangskräfte durch Wellenverformung, Fertigungstoleranzen und Montagetoleranzen aus. Im Speziellen wenn die Welle in mehreren, von einander getrennten Gehäusen gelagert wird. Der Druckring (4) kann mit einer Flüssigkeit oder einem Gas gefüllt werden. Hierüber hinaus ist es vorstellbar diesen mit z.B. 2-Komponeneten Polyurethan zu befüllen. Dies hat den Vorteil, dass dieses PU nach dem befüllen aushärtet und somit nicht zu Leckage führen kann.
Tritt lastbedingt eine ungleichmäßige, axiale Kraftverteilung auf dem Lager (3) auf, so führt dies zu einer Art Wasserbetteneffekt innerhalb des Druckrings (4). Dieser Effekt ist unerwünscht, da Flüssigkeit, aus den über den Umfang höher belasteten
Bereichen des Druckrings (4), in Bereiche fließt, welche weniger Axiallast sehen. Dies führt zu einem unerwünschten Verklemmen der Lagerringe (3.2 / 3.1). Aus diesem Grund kann es sinnvoll sein, den Druckring (4) über den Umfang in mehrere von einander getrennte Sekmente zu unterteilen, welche jeweils ein abgetrennten
Hydraulikanschluß besitzen. Die erfindungsgemäßen Wälzlager können sehr vielseitig eingesetzt werden. Insbesondere sind sie für den Einsatz in Generatoren und
Getrieben und hierbei wieder insbesondere in Windkraftanlagen bestens geeignet.
Kurze Beschreibung der Abbildungen Abb. 1 beschreibt ein erfindungsgemäßes Wälzlager mit Druckring (4) in
Verbindung mit einem Ringkolben (6) und einer entsprechenden Druckringaufnahme (5), wobei der im Druckring (4) erzeugte Druck als Axialkraft auf den Lagerinnenring (3.1) übertragen wird.
Abb. 2: zeigt das gleiche System wie in Abb. 1 , jedoch umschließt der
Druckring(4) inklusive Ringkolben (6) hier den Lageraußenring (3.2). Die
Druckringaufnahme (5) besitzt hier eine Gewinde, mit welchem es am Gehäuse (1) in Richtung des Wälzlagers (3) geschraubt werden kann.
Abb. 3: zeigt ein erfindungsgemäßes Wälzlager bei dem der Druckring (4) so angeordnet ist, dass die hydraulische Volumenerweiterung radial, also senkrecht zur Welle (2) wirkt, und zwar auf die Lageraußenringe(3.2). Hierdurch kann das Lager mit Spiel montiert werden und hiernach mit dem Druckring (4) im Gehäuse (1) geklemmt werden. Hierbei ist es sinnvoll den Druckring (4) über seinen Umfang in mehrere, getrennte Segmente zu unterteilen, mit jeweils getrenntem Hydraulikanschluss.
Abb. 4: zeigt ein erfindungsgemäßes Wälzlager bei dem der Druckring (4) nicht außen, sondern im Inneren des Wälzlagers angebracht ist, zusammen mit der Druckringaufnahme (12) und dem Ringkolben (6). Der Druck erfolgt unmittelbar auf die Lageraußenringe (3.2). Ferner weist dieses Lager eine Spannmutter (9) auf welche auf einem auf der Welle (2) befindlichen Gewinde gegen das Wälzlager (3) verschraubt werden kann, welches so gegen eine Wellenschulter gedrückt wird und verhindert, dass das Lager verschoben werden kann. Eine weitere Spannmutter (9) kann auf einem Gewinde auf dem umlaufenden Gehäuse (1) ebenfalls in Richtung des Lageraußenringes über eine Federelement (11) mechanisch verschraubt werden.
Abb. 5: zeigt eine ähnliche Anordnung wie Abb. 4 mit X-Anordnung der
Wälzlagerkomponenten, wobei der im Druckring (4) erzeugte Druck auf die
Druckinnenringe (3.1) des Lagers übertragen werden, und die Spannmutter (9) auf der Welle (2) mit dem Federelement (11) verbunden ist, welches ebenfalls auf den Druckinnenring (3.1) einwirkt.
Abb. 6.1 : eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform, bei dem die beiden Lager (3) in getrennten Gehäusen (1) untergebracht sind. Abb. 6.2: Variante von Abb. 6.1. Werden die Lager (3) mit einem großen axialen Abstand zueinander verbaut (im Verhältnis zum Lagerdurchmesser), so führt eine Wellenerwärmung zu einer wesentlich erhöhten Lagervorspannung. Diese wir über den Druckring kompensiert.
Abb. 7: besondere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wälzlagers:
Die Lagervorspannung über einen Druckring (4) führt zu axialen Bewegungen zwischen Lagerinnenring (3.1) und Welle (2). Diese Bewegung kann zu Passungsrost führen. Entsprechende Beschichtungen und / oder eine permanente Schmierung wirkt diesem Phänomen entgegen. Zudem wird hierdurch der Reibwert zwischen diesen Gleitpartnern reduziert, was ebenfalls positiv zu bewerten ist. Der gleiche Effekt kann dadurch erzielt werden, dass sich das Lager (3) auf einem Gleitlager / Gummielement oder auch Zylinderrollenlager (13) befindet. Diese Elemente würden bei einer axialen Bewegung, z.B. hervorgerufen durch Wärmedehnung, zu einer einfachen, axialen Verschiebbarkeit des Lagers (3) führen.
Abb. 8.1 - 8.3: verschiedene mögliche Wälzlagerkomponenten (3.1-3.3), die in den erfindungsgemäßen Lagern eingesetzt werden können.
Abb. 9: ein erfindungsgemäßes Wälzlager kombiniert mit einem konventionellen konischen nicht-hydraulischen Elastomerlager.
Eine Axialbewegung des Druckrings (4) in Folge von z.B. Wärmedehnung führt hier zu keiner axialen Relativbewegung zwischen Innenring (3.1) / Außenring (3.2) und Welle (2) / Gehäuse (1). Somit kann Passungsrost vermieden werden. Die axiale Ausgleichbewegung wird vielmehr von den konischen Elastomerlagern (16) aufgenommen.
Abb. 9a: Ausschnitt A von Abb. 9 im Detail.
Abb. 10: Beispiel einer erfindungsgemäß einsetzbaren hydraulischen
Steuervorrichtung (101- 107).
Abb. 11 : Druckring (4) eines erfindungsgemäßen Lagers mit mehreren
voneinader getrennten Segmenten, welche jeweils einen eigenen Hydraulikanschluss (17) aufweisen.
Kurze Beschreibung der verwendeten Bezugsgrößen:
1 Gehäuse feststehend
2 Welle drehend
3 Lager
3.1 Lager-Innenring
3.2 Lager-Außenring
3.3 Lager-Wälzkörper
4 axial wirkender Druckring
5 Druckringaufnahme
6 Ringkolben
7 Distanzhülse
8 Spannelement
9 Spannmutter
10 Stütz Scheibe
11 Federelement
13 Axial verschiebbares Element
14 Gewinde auf Welle
15 Gewinde im Lagergehäuse
16 Konisches Elastomerlager
17 Hydraulikanschluss von Druckringsegment
18 Rillenkugellager oder Schrägkugellager
19 Zylinderrollenlager
20 Labyrinth (Abdichtung)
101 Drossel
102 Manometer
103 Druckausgleichsgefäß/Druckspeicher
104 Absperrventil
105 Druck Regelventil
106 Hydraulik/Pneumatikpumpe
107 Druckübersetzer
108 Rückschlagventil

Claims

Patentansprüche:
1. Wälzlager mit hydraulisch einstellbarer Lagervorspannung umfassend
Lagerwälzkörper (3.3), einen oder mehrere Lagerinnenringe (3.1), einen oder mehrere Lageraußenringe (3.2), wobei Lagerinnen- und -außenringe den ringförmigen Wälzkörper zumindest teilweise umschließen sowie Druck erzeugende Mittel, dadurch gekennzeichnet, dass das Druck erzeugende Mittel mindestens ein in seinem Volumen veränderbarer elastischen Druckring (4) (17) ist, der so angeordnet ist, dass er den Lagerinnenring (3.1) und / oder den Lageraußenring (3.2) direkt oder indirekt umschließt, so dass bei
Volumenänderung des elastischen Druckrings (4)(17) der erzeugte Druck über die beweglichen Lagerringe (3.1 / 3.2) auf das Wälzlager übertragen wird und so zur Vorspannung desselben führt, wobei mindestens der Druckring (4) (17)
Elastomermaterial umfasst, welches durch hydraulische Mittel gezielt und einstellbar komprimiert oder dekomprimiert werden kann.
2. Wälzlager nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass sich zwischen
Lageringen (3.1 / 3.2) und Druckring(4) ein Ringkolben (6) befindet, der den im Druckring erzeugten Druck gleichmäßig auf das Lager (3) überträgt.
3. Wälzlager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckring (4) und gegebenenfalls der Ringkolben (6) so angeordnet ist, dass bei
Druckaufbringung das Wälzlager (3) in axialer Richtung zur Welle (2), die vom Wälzlager ringförmig umschlossen wird, vorgespannt wird,.
4. Wälzlager nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der elastische
Druckring (4) so angeordnet ist, dass sich das elastomere Material vorwiegend in axialer Richtung zu komprimieren oder dekomprimieren vermag.
5. Wälzlager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckring (17) und gegebenenfalls der Ringkolben (6) so angeordnet ist, das bei
Druckaufbringung das Wälzlager (3) in radialer Richtung zur Welle (2), die vom Wälzlager ringförmig umschlossen wird, festgeklemmt wird,.
6. Wälzlager nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der elastische
Druckring (17) so angeordnet ist, dass sich das elastomere Material vorwiegend in radialer Richtung zu komprimieren oder dekomprimieren vermag.
7. Wälzlager nach einem der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, dass der elastische Druckring (17) ein nicht-hydraulisches Elastomerlager ist.
8. Wälzlager nach einem der Ansprüche 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, dass es eine ringförmige Druckringaufnahme (5)(12) aufweist, welche über den Druckring (4) sowie im Falle des Vorhandenseins eines Ringkolbens (6) zumindest teilweise über denselbigen passgenau geführt ist.
9. Wälzlager nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die
Druckringaufnahme (5) eine Gewinde aufweist, welches eine Verbindung mit dem Ringkolben (6) und / oder mit dem Lagergehäuse (1) ermöglicht, so dass eine mechanisch erzeugte Vorspannung generiert werden kann, wobei in diesen Fällen Ringkolben und Lagergehäuse entsprechende Gegengewinde (15) (14) besitzen.
10. Wälzlager nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die
Druckringaufnahme (5) eine Gewindeverbindung mit Ringkolben (6) aufweist.
11.Wälzlager nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die
Druckringaufnahme (5) eine Gewindeverbindung mit dem Lagergehäuse (1) aufweist.
12. Wälzlager nach einem der Ansprüche 1 - 11 , dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens eine Spannmutter (9) aufweist, welche mit der mit einem Gewinde (14) ausgestatteten Welle (2) und / oder mit dem mit einem Gewinde (15) ausgestatteten Lagergehäuse (1) axial in Richtung der Lagerringe (3.1 / 3.2) verschraubt werden kann, so dass diese und der Wälzkörper (3.3) mechanisch vorgespannt und / oder gegenüber einer Arretierung auf der Welle oder auf dem Lagergehäuse fixiert werden können.
13. Wälzlager nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einer
Spannmutter (9) und den Lagerkomponenten (3) ein Federelement (11) angebracht ist.
14. Wälzlager nach einem der Ansprüche 1 - 13, dadurch gekennzeichnet, dass es mit einem oder mehreren ringförmig-konischen, nicht-hydraulischen
Elastomerlagern (16) kombiniert ist, welche für Schwingungs-Dämpfung der an der Welle (2) angeschlossenen Bau- und Maschinenteile in radialer und axialer Richtung sorgen.
15. Wälzlager nach einem der Ansprüche 1 - 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckring (4) (17) im Inneren seines elastomeren Kerns Kanäle oder Hohlräume aufweist, durch welche hydraulische Flüssigkeit mittels einer außerhalb des Lagers vorhandenen Hydraulikvorrichtung (101 - 107) gepumpt wird, und somit hydraulischer Druck erzeugt und die Vorspannung des Lagers erreicht wird.
16. Wälzlager nach einem der Ansprüche 1 - 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckring (4) (17) in zwei oder mehrere voneinander getrennte Segmente unterteilt ist, welche jeweils einen separaten Hydraulikanschluss besitzen.
17. Verwendung eines Wälzlagers nach einem der Ansprüche 1 - 16 in Generatoren, Getrieben und in Windkraftanlagen.
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