WO2017009223A1

WO2017009223A1 - Gleitlager eines windkraftanlage-getriebes

Info

Publication number: WO2017009223A1
Application number: PCT/EP2016/066253
Authority: WO
Inventors: Thomas Meyer
Original assignee: Siemens Aktiengesellschaft
Priority date: 2015-07-10
Filing date: 2016-07-08
Publication date: 2017-01-19
Also published as: DE102015212955A1

Abstract

Es wird ein Gleitlager eines WKA-Getriebes beschrieben. Das Gleitlager umfasst den Werkstoff CuSn12Ni2.

Description

Beschreibung

GLEITLAGER EINES WINDKRAFTANLAGE-GETRIEBES Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gleitlager eines WKA- Getriebes .

Die Drehzahlen in einem Getriebe für Windkraftanlagen können sich windabhängig in einem weiten Bereich ändern. Temporär, beim sogenannten „Trudeln", können sogar äußerst niedrige Rotationsgeschwindigkeiten bei gleichzeitiger Extrembeanspruchung der Lager vorliegen. Da sich herkömmliche Gleitlager vor allem für Einsatzbedingungen mit hohen bis sehr hohen Drehzahlen eignen, kann ihr Einsatz bei WKA problematisch sein (WKA = Windkraftanlage) . Aus diesem Grund werden für La^¬ gerstellen in Windkraftgetrieben überwiegend Wälzlager verwendet .

Daneben existieren aber auch WKA-Getriebe, welche mit Gleit- lagern ausgestattet sind. Bisher geht man davon aus, dass

Gleitlager mit Standardwerkstoffen nach VDI Richtlinie 2204 „Auslegung von Gleitlagerungen" oder nach DIN ISO 4381 „Gleitlager - Zinn-Gusslegierungen für Verbundgleitlager (ISO 4381:2011)" und DIN ISO 4382 „Gleitlager; Kupferlegierungen; Kupfer-Gusslegierungen für dickwandige Massiv- und Verbundgleitlager; Kupfer-Knetlegierungen für Massivgleitlager (ISO 4382:1991)" in Windkraftanlagen rein hydrodynamisch nicht betriebssicher betrieben werden können, weil Mischreibungsbe- dingungen vorliegen, welche zu Verschleiß führen können. Aus diesem Grund werden die Gleitlager mit Ölzuführungen ausgestattet, welche eine Druckschmierung der Gleitlager ermöglichen. Aus EP 2 383 480 Bl (Winergy AG) 02.11.2011 ist ein Planetengetriebe für eine Windkraftanlage mit mehreren Radi^¬ al- und Axialgleitlagern zur Lagerung der Planetenräder be- kannt, wobei zur Druckschmierung der Gleitlager eine Ölzufüh- rung zu den Gleitlagern vorhanden ist. Will man Sondermaßnahmen wie separate Ölzuführungen zum

Gleitlager vermeiden, kommen in der Regel nur Bronzelegierungen mit einem hohen Bleianteil oder Bleilegierungen zum Einsatz. Der Einsatz von Blei ist aus Gründen des Umweltschutzes unerwünscht. Des Weiteren ertragen diese bleihaltigen Legierungen die hohen Lasten im Windbereich nur bedingt, es kann zum Kriechen dieser Werkstoffe kommen. Bei kleinen Lasten ist auch der Einsatz von Zinnbasislegierungen möglich, jedoch bieten diese keinen Verschleißschutz.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Gleitla^¬ ger bzw. einen Gleitlagerwerkstoff anzugeben, welches bzw. welcher für den Einsatz in einem WKA geeignet ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Gleitlager mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Das Gleitlager ist das eines WKA-Getriebes , d.h. es dient der Lagerung eines Bauteils wie einer Welle oder eines Zahnrads in einem WKA-Getriebe . Das Gleitlager umfasst den Werkstoff CuSnl2Ni2.

Die Zinnbronze CuSnl2Ni2, Werkstoff-Nr . CC484K, ist bekannt aus der Anwendung bei Schneckenradgetrieben und zeichnet sich durch eine sehr hohe Verschleißfestigkeit unter Mischrei- bungsbedingungen aus. Diese Eigenschaft wird für die Anwen^¬ dung in WKA für das Trudeln der Anlage sowie Betriebssituati^¬ onen mit hohem Mischreibungsanteil benötigt, um Verschleiß^¬ freiheit zu garantieren. Der Werkstoff CuSnl2Ni2 kann im Schleuderguss , Strangguss- oder Standgussverfahren herge^¬ stellt werden.

Die Kupfer-Zinn-Legierung CuSnl2Ni2 verfügt über eine Feinkörnigkeit, bedingt durch den 2%-Nickelgehalt . Aus der Anwen- dung des Bronzewerkstoffs CuSnl2Ni2 bei Schneckenradgetrieben ist bekannt, dass ein Nickel-Gehalt von 2% zu einer hohen Verschleißfestigkeit und sehr guten Notlaufeigenschaften führt, ohne Blei zu enthalten. Somit ist dieser Werkstoff bei hohen Lasten und kleinen Gleitgeschwindigkeiten und Mischrei- bungsbedingungen, d.h. in der WKA-Anwendung, gut einsetzbar.

Die Erfindung liegt in der Anwendung des bekannten Werkstoffs CuSnl2Ni2 im Windbereich. Der Werkstoff CuSnl2Ni2 ist kein genormter Gleitlagerwerkstoff, er ist nur allgemein als Zinnbronze genormt, in der DIN EN 1982 Kupfer und Kupferlegierungen - Blockmetalle und Gussstücke. CuSnl2Ni2 weist gemäß DIN EN 1982 folgende chemische Zusammensetzung auf (Massenanteile in %) : Cu 84,5 bis 87,5; Ni 1,5 bis 2,5; P 0,05 bis 0,4; Sn

11,0 bis 13,0. Dabei kann CuSnl2Ni2 gemäß DIN EN 1982 folgende zulässige Beimengungen aufweisen (maximal zulässige Mas^¬ senanteile in %) : AI 0,01; Fe 0,2; Mn 0,2; Pb 0,3; S 0,05; Sb 0,1; Si 0,01; Zn 0,4.

Phosphor reduziert Kupferoxid und verflüssigt damit auch die Schmelze. Zinnoxid wird zwar nicht reduziert, kann aber in der desoxidierten Schmelze leichter in die Schlacke aufstei^¬ gen. Bei Zugabe von Phosphor als Desoxidationsmittel , in al- 1er Regel als vorlegiertes Phosphorkupfer mit 10 oder 15 %

Phosphorgehalt, ist so zu dosieren, dass nach der Desoxidati- on noch mindestens 0,01 % Phosphorüberschuss in der Schmelze verbleibt. Gießstrahloxidation wird so vermieden, Gießbarkeit und physikalische Eigenschaften im Guss verbessert. Negativ wirkt sich Phosphor lediglich auf die elektrische Leitfähigkeit aus. Bei Gehalten von mehr als 0,1 % tritt Cu3P im Gefü^¬ ge auf. Bei Lagerwerkstoffen, bei denen die elektrische Leit^¬ fähigkeit nicht von Bedeutung ist, kann dies erwünscht sein. Der Vorteil des Einsatzes der Bronze CuSnl2Ni2 bei Lagern von WKA-Getrieben liegt in seiner hohen Verschleißfestigkeit und guten Notlaufeigenschaft, ohne Blei zu enthalten. Des Weite^¬ ren ist das Aufbringen einer Anti-Verschleiß-Schicht oder auch eines Anti-Friction-Layers nicht erforderlich. Der Werk- Stoff CuSnl2Ni2 muss demnach nicht als Mehrschichtgleitlager bzw. als Gleitlagerverbundwerkstoff eingesetzt werden; er ist als Einschichtlagerwerkstoff einsetzbar. Weiter erfindungsgemäß ist die Verwendung von CuSnl2Ni2 für ein Gleitlager eines WKA-Getriebes . Außerdem erfindungsgemäß ist das Betreiben eines Gleitlagers nach einem der Ansprüche 1 bis 3 in einem WKA-Getriebe unter rein hydrodynamischen Be- dingungen. Rein hydrodynamische Betriebsbedingungen liegen vor, wenn das Gleitlager ohne hydrostatische Unterstützung betrieben wird. Bei einem nicht rein hydrodynamischen Betrieb wird dem Gleitlager unter Druck Schmierstoff zwischen die Gleitflächen zugeführt, so dass der hydrostatische Druck des zugeführten Schmierstoffs die Gleitflächen des Gleitlagers voneinander abhebt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Es ist möglich, dass mindestens eine Gleitfläche des Gleitla^¬ gers aus CuSnl2Ni2 besteht. Insbesondere ist es dabei mög^¬ lich, dass die Gleitfläche bis in die Stirnflächen des Gleit^¬ lagers zur Ausbildung einer Axialführung hochgezogen ist.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Gleitlager ausschließlich aus dem Werkstoff CuSnl2Ni2 gefertigt. Das Gleitlager weist somit keine anderen Werkstoffe auf als

CuSnl2Ni2.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Gleitlager für einen rein hydrodynamischen Betrieb vorgesehen. Das

Gleitlager kann Einrichtungen zur SchmierstoffZuführung, z.B. Bohrungen, aufweisen, allerdings sind diese nicht zur Ausbil^¬ dung eines hydrostatischen Drucks zwischen den Gleitflächen des Gleitlagers geeignet.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Gleitlager als Lagerbuchse ausgebildet. Auf diese Weise lässt sich die Anordnung des Gleitlagers auf einem Außenumfang einer Welle bzw. am Innenumfang einer Nabe vereinfachen. Eine Einstellung wie bei Gleitlagerhalbschalen entfällt somit; ein solches Gleitlager kann somit schneller und einfacher getauscht werden .

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung ist ein WKA-Getriebe mit einem Gleitlager, wie oben beschrieben.

Claims

Patentansprüche

1. Gleitlager eines WKA-Getriebes , umfassend den Werkstoff CuSnl2Ni2.

2. Gleitlager nach Anspruch 1, wobei zumindest eine Gleitflä^¬ che des Gleitlagers aus dem Werkstoff CuSnl2Ni2 gefertigt ist .

3. Gleitlager nach Anspruch 2, wobei die Gleitfläche bis in die Stirnflächen des Gleitlagers zur Ausbildung einer Axial führung hochgezogen ist.

4. Gleitlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gleitlager ausschließlich aus dem Werkstoff CuSnl2Ni2 ge fertigt ist.

5. Gleitlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gleitlager für einen rein hydrodynamischen Betrieb vorge- sehen ist.

6. Gleitlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gleitlager als Lagerbuchse ausgebildet ist.

7. WKA-Getriebe mit einem Gleitlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche.

8. Verwendung von CuSnl2Ni2 für ein Gleitlager eines WKA- Getriebes .

9. Betreiben eines Gleitlagers nach einem der Ansprüche 1 bis 6 in einem WKA-Getriebe unter rein hydrodynamischen Bedingungen .