DE102009052954A1

DE102009052954A1 - Pendelrollenlager

Info

Publication number: DE102009052954A1
Application number: DE102009052954A
Authority: DE
Inventors: Mathias Pick
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2009-11-12
Filing date: 2009-11-12
Publication date: 2011-05-19

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Pendelrollenlager (1), mit einem Außenring (2), einem Innenring (3) und einer Anzahl zwischen dem Außenring (2) und dem Innenring (3) in zwei Reihen nebeneinander angeordneter Pendelrollen (4, 5), welche jeweils durch einen Käfig (6, 7) in Umfangsrichtung in gleichmäßigen Abständen zueinander gehalten sind, wobei die Innenseite des äußeren Lagerrings (2) als Außenlaufbahn (8) ausgebildet und die Außenseite des inneren Lagerrings (3) mit zwei Innenlaufbahnen (9, 10) für die Pendelrollen (4, 5) versehen ist, wobei axial zwischen den Innenlaufbahnen (9, 10) des Innenringes (3) ein loser Führungsring (12) auf einer Schulterfläche (11) des Innenringes (3) angeordnet ist, und bei dem der Führungsring (12) geneigte Seitenflächen (13, 14), eine radial äußere Stirnseite (15) und eine radial innere Stirnseite (24) aufweist. Um die Lagerung des Führungsrings (12) im Pendelrollenlager zu verbessern ist vorgesehen, dass in die Schulterfläche (11) des Innenringes (3) eine Ringnut (21) mit schrägen Borden (22, 23) und einer Nuttiefe (t) eingearbeitet ist, wobei der Führungsring (12) zumindest zu einem Teil seiner radialen Höhe (h) in diese Ringnut (21) eingelassen ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Pendelrollenlager, mit einem Außenring, einem Innenring und einer Anzahl zwischen Außenring und Innenring in zwei Reihen nebeneinander angeordneter Pendelrollen, welche jeweils durch einen Käfig in Umfangsrichtung in gleichmäßigen Abständen zueinander gehaltenen sind, wobei die Innenseite des äußeren Lagerrings als Außenlaufbahn ausgebildet und die Außenseite des inneren Lagerrings mit zwei Innenlaufbahnen für die Pendelrollen versehen ist, wobei axial zwischen den Innenlaufbahnen des Innenringes ein loser Führungsring auf einer Schulterfläche des Innenringes angeordnet ist, und bei dem der Führungsring geneigte Seitenflächen, eine radial äußere Stirnseite und eine radial innere Stirnseite aufweist.
Hintergrund der Erfindung
Bei zweireihigen Pendelrollenlagern mit geteilten Käfigen ist es notwendig, axial mittig zwischen die Reihen der Pendelrollen einen Führungsring oder ein festes Mittelbord vorzusehen, welche die Pendelrollen axial mittig führen und insbesondere auf die Pendelrollen auftreffende seitliche Axialkräfte auffangen sollen.
Ein Pendelrollenlager mit einem fest mit dem Innenring verbundenen Mittelbord ist beispielsweise aus der DE 2 105 242 B bekannt. Ein derartiges festes Mittelbord ermöglicht eine optimale Führung der Pendelrollen und ihrer Käfige. Eine derartige Lösung ist allerdings mit sehr hoher Reibung und entsprechend einhergehendem Verschleiß an den Flanken des Mittelbordes verbunden.
Beispiele für Pendelrollenlager mit schwimmend gelagerten Führungsringen sind aus der DE 197 42 570 A1 und der DE 10 2004 030 964 A1 bekannt. Derartige schwimmend oder lose gelagerte Führungsringe weisen den Vorteil auf, dass sie einer nur geringen Reibung unterliegen, da sie beim Einwirken einer Axialkraft um einen gewissen Weg axial auswandern können. Jedoch weisen sie den Nachteil auf, dass aufgrund der fehlenden axialen Fixierung des Führungsringes keine Rückstellkraft auf die Pendelrollen wirken kann. Daher können derartige lose eingelegte Führungsringe die Pendeltrollen nicht oder nur ungenügend führen, was sich besonders kritisch bei stark belasteten Lagern, beispielsweise bei Pendelrollenlagern von Windkraftanlagen negativ bemerkbar macht.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Pendelrollenlager zu schaffen, das die geschilderten Nachteile beseitigt und insbesondere reibungsarm nutzbar ist sowie eine ausreichende Führung der Pendelrollen ermöglicht.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich die gestellte Aufgabe dadurch lösen lässt, dass der lose Führungsring zumindest über einen Teil seiner radialen Höhe in eine Ringnut im Innenring eingesetzt ist.
Die Erfindung geht daher aus von einem Pendelrollenlager, mit einem Außenring, einem Innenring und einer Anzahl zwischen Außenring und Innenring in zwei Reihen nebeneinander angeordneter Pendelrollen, welche jeweils durch einen Käfig in Umfangsrichtung in gleichmäßigen Abständen zueinander gehaltenen sind, wobei die Innenseite des äußeren Lagerrings als Außenlaufbahn ausgebildet und die Außenseite des inneren Lagerrings mit zwei Innenlaufbahnen für die Pendelrollen versehen ist, wobei axial zwischen den Innenlaufbahnen des Innenringes ein loser Führungsring auf einer Schulterfläche des Innenringes angeordnet ist, und bei dem der Führungsring geneigte Seitenflächen, eine radial äußere Stirnseite sowie eine radial inneren Stirnseite aufweist. Zudem ist vorgesehen, dass in die Schulterfläche des Innenringes eine Ringnut mit schrägen Borden und einer Nuttiefe eingearbeitet ist, wobei der Führungsring zumindest zu einem Teil seiner radialen Höhe in die Ringnut eingelassen bzw. eingesetzt ist.
Durch diesen Aufbau wird vorteilhaft erreicht, dass der lose Führungsring wie bei herkömmlichen Pendelrollenlager einer geringen Reibung ausgesetzt ist, dabei jedoch auch nicht wie bislang bekannte schwimmende Führungsringe undefiniert axial freigestellt ist. Die Ringnut, in welche der Führungsring eingesetzt ist, bietet durch ihre axialen Borde dem Führungsring ein Widerlager, so dass der Führungsring ein Rückstellmoment auf die Pendelrollen ausüben kann.
Das erfindungsgemäß ausgebildete Pendelrollenlager vereinigt also die Vorteile eines schwimmenden Führungsringes mit den Vorteilen eines festen Mittelbordes. Dieser lose aber nicht schwimmende Führungsring ermöglicht durch seine gezielte Positionierung und Auslegung die Führung der Pendelrollen beider Reihen und verhindert so gezielt die Schränkung und Verkippung der als Pendelrollen ausgebildeten Wälzkörper. Dies führt zu einen kinematisch optimalen Lagerablauf und demzufolge geringeren Reibung und Verschleiß im Wälzkontakt.
Im Gegensatz zu einem festen Mittelbord kann sich der lose Führungsring mitdrehen und stellt sich auf eine Relativgeschwindigkeit zwischen Rollensatz und Innenring ein. Diese geringeren Geschwindigkeitsdifferenzen an den Kontaktstellen Käfig/Führungsring und Innenring/Führungsring sowie Wälzkörper/Führungsring führen zu einer geringeren Reibung und deutlich weniger Verschleiß. Ein weiterer Vorteil der Konstruktion gegenüber dem festen Mittelbord ist, dass der Schmierfilm am Innenring nicht unterbrochen wird.
Als Vorteile gegenüber nur schwimmend angeordneten Führungsringen konnten bei praktischen Erprobungen der Erfindung eine bessere axiale Führung der Pendelrollen bei kombinierter Last ermittelt werden, sowie eine besser definierte Lage der Wälzkörper. Ebenfalls ließ sich eine vorteilhafte Erzeugung eines Rückstellmomentes bei übermäßiger Rollenschränkung feststellen. Weitere Vorteile sind eine verringerte Reibung, eine geringere Lagertemperatur, definierte Schränkwinkel beim Einlauf in die Lastzone, eine verbesserte Führung der geringer belasteten Rollenreihe, geringerer Käfigverschleiß, geringere Reibmomente und ein besseres Geräuschverhalten. Im Ergebnis ergibt sich dadurch eine längere Gebrauchsdauer des Pendelrollenlagers.
Als Vorteile gegenüber dem festen Mittelbord haben sich insbesondere geringere Relativgeschwindigkeiten zwischen dem Innenring und dem Führungsring sowie zwischen dem Führungsring und den Käfigen, eine deutlich geringere Reibung und somit geringere Lagertemperatur, ein geringerer Verschleiß sowie eine geringere Reibung und Verschleiß von Führungsring und Rollenstirnen herausgestellt. Auch kommt es nunmehr zu keinen Unterbrechungen des Schmierfilmes.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass eine obere Nutbreite der Ringnut axial größer ist als eine untere Nutbreite, wodurch sich im Längsschnitt eine trapezförmige Nutgeometrie ergibt.
In anderen praktischen Weiterbildungen kann vorgesehen sein, dass die Breite des Führungsringes und die Nutbreiten so bemessen sind, dass ein Abstand zwischen der Schulterfläche und der radial inneren Stirnseite des Führungsringes sowie ein Abstand zwischen den Seitenflächen des Führungsringes und den Borden der Ringnut besteht.
Eine andere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass ein radialer Abstand zwischen der radial äußeren Mantelfläche des Führungsringes und den Seitenringen der Käfige besteht.
Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung vorzusehen, dass ein Abstand zwischen den Seitenflächen des Führungsringes und den axial inneren Stirnseiten der Pendelrollen besteht.
In einer besonders praktischen Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Abstand zwischen den Seitenflächen des Führungsringes und den Borden der Ringnut gleich groß wie der Abstand zwischen den Seitenflächen des Führungsringes und den axial inneren Stirnseiten der Pendelrollen ist.
Weiter ist bevorzugt vorgesehen, dass die genannten Abstände mit einem Schmiermittel ausgefüllt sind.
Es liegt ebenso im Rahmen der Erfindung vorzusehen, dass der Führungsring einteilig ausgebildet ist. Diese Ausgestaltung lässt sich auch noch dadurch ergänzen, dass der Führungsring axial geschlitzt ist. Alternativ dazu kann vorgesehen sein, dass der Führungsring radial geteilt ausgebildet ist.
Andere praktische Ausgestaltungen der Erfindung zeichnen sich dadurch aus, dass ein Nutwinkel der Ringnut zwischen 90° und 130° beträgt.
Besonders vorteilhaft ist schließlich eine Ausgestaltung der Erfindung, die sich dadurch auszeichnet, dass die Höhe des Führungsringes dem zweifachen bis sechsfachen der Nuttiefe der Ringnut entspricht.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt
1 eine hälftige Radialschnittansicht durch ein Ausführungsbeispiel eines Pendelrollenlagers gemäß der Erfindung, und
2 ein Detail A des Pendelrollenlagers gemäß 1 in vergrößerter Darstellung.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnung
In 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Pendelrollenlagers 1 in Radialschnitt in hälftiger Ansicht dargestellt. Das Pendelrollenlager 1 dient als Loslager einer nicht dargestellten Windkraftanlage. Das Pendelrollenlager 1 weist einen Außenring 2 und einen Innenring 3 auf, zwischen denen zwei Reihen von Pendelrollen 4, 5 angeordnet sind. Die Pendelrollen 4, 5 sind jeweils in einem Käfig 6, 7 gehalten und rollen mit ihren Umfangsflächen auf einer an der Innenseite des Außenrings 2 gebildeten gekrümmten Außenlaufbahn 8 und auf zwei auf der Außenseite des Innenrings 3 eingeformten gekrümmten Innenlaufbahnen 9, 10 ab. Auf einer Schulterfläche 11 zwischen den Innenlaufbahnen 9, 10 des inneren Lagerringes 3 ist darüber hinaus ein loser Führungsring 12 angeordnet. Seine axialen Seitenflächen 13, 14 sind geneigt und bilden Führungsflächen für die Pendelrollen 4, 5. Die radial äußere Mantelfläche 15 des Führungsrings 12 dient als Stützfläche für axial innere Seitenringe 16, 17 der Käfige 6, 7.
In eine radial äußere Mantelfläche 18 des Außenringes 2 ist mittig eine umlaufende Ringnut 19 eingelassen, welche als Schmiernut für Schmiermittel dient. Durch die Ringnut 19 ist eine Bohrung 20 geführt, durch welche Schmiermittel zur Schmierung der Pendelrollen 4, 5 in den Innenraum des Pendelrollenlagers 1 gelangt.
In 2 ist eine Ausrissvergrößerung gemäß dem Kreis A der 1 dargestellt. In dieser Ausrissvergrößerung ist insbesondere die Lagerung des Führungsringes 12 zu erkennen. In die Schulterfläche 11 des inneren Lagerringes 3 ist eine Ringnut 21 mit radial schrägen Borden 22, 23 eingelassen, so dass eine obere Nutbreite b1 größer ist als eine untere Nutbreite b2. Eine Nuttiefe ist mit t, ein Nutwinkel mit α angegeben.
Die Breite des Führungsringes 12 im Bereich der Ringnut 21 und die Breiten b1 und b2 der Ringnut 21 sind so bemessen, dass der Führungsring 12 mit Spiel in der Ringnut 21 angeordnet ist, so dass sich ein Abstand bzw. ein Spiel s1 zwischen der Schulterfläche 11 des inneren Lageringes 3 und einer radial inneren Stirnseite 24 des Führungsrings 12, sowie ein Abstand bzw. ein Spiel s2 zwischen den Seitenflächen 13, 14 des Führungsringes 12 und den Borden 22, 23 des inneren Lageringes 3 ergibt.
Eine durch die radial äußere Stirnseite 15 und durch die radial innere Stirnseite 24 definierte Höhe h des Führungsringes 12 ist dabei größer als die Nuttiefe t und ebenfalls größer als die Summe von Nuttiefe t und Spiel s1.
Anders formuliert ist der Führungsring 12 nur zu einem geringen Teil seiner Höhe h in die Ringnut 21 eingesetzt.
Ferner besteht im eingebauten Zustand günstigstenfalls ein radialer Abstand bzw. ein Spiel s3 zwischen der radial äußeren Mantelfläche 15 des Führungsringes 12 und den Seitenringen 16, 17 der Käfige 6, 7.
Ebenfalls besteht im eingebauten Zustand ein Abstand bzw. ein Spiel s4 zwischen den Seitenflächen 13, 14 des Führungsringes 12 und axial inneren Stirnseiten 25, 26 der Pendelrollen 4, 5, wobei vorteilhafterweise das Spiel s4 dem Spiel s2 entspricht.
Die genannten Abstände bzw. Spiele s1, s2, s3, s4 werden mit einem Schmiermittel ausgefüllt, so dass der Führungsring 12 im Betrieb des Pendelrollenlagers 1 sozusagen auf dem Schmiermittel schwimmt, wodurch Reibung weitgehend vermieden wird. Anders als bei herkömmlichen Pendelrollenlagern, bei denen der Führungsring mehr oder weniger lose auf der Schulterfläche des Innenringes aufliegt, wird der Führungsring 12 durch die Ringnut 21 und durch die Borde 22, 23 axial gehalten, so dass der Führungsring 12 nur begrenzt axial auswandern kann.
Der zwischen den beiden Rollenreihen lose angeordnete Führungsring 12 ist also in der Breite so abgestimmt, dass er ein gezieltes Spiel zum Rollenstirnradius der Pendelrollen 4, 5 aufweist. Der Kontakt zwischen den Pendelrollen 4, 5 und dem Führungsring 12 führt bei ungünstigen Betriebsbedingungen sowie daraus resultierender Schränkung und Verkippung zu einer Stabilisierung der Pendelrollen 4, 5. Zusätzlich wird mittels gezielter Positionierung des Führungsringes 12 die gering belastete Wälzkörperreihe innerhalb und außerhalb der Lastzone geführt. Weiterhin unterstützt der Führungsring 12 die Käfige 6, 7 über den Innenring 3 wie bei den bisher bekannten Anordnungen. Hierfür muss die Nuttiefe t am Innenring 3 genau mit den Spielwerten s1 und s3 abgestimmt werden. Hierbei gelten folgende Verhältnisse:
s1 < s3
(s1 + s3) < t
h > t
h > (t + s1)
Die Nutbreite b1 bzw. b2 wird mit einem entsprechenden axialen Aufmass zum Führungsring 12 versehen, dies ermöglicht ein gezieltes, aber begrenztes axiales Bordspiel.
Der Führungsring 12 kann, wie in den 1 und 2 dargestellt ist, einteilig, aber auch – was nicht dargestellt ist – zweiteilig ausgebildet sein. Ein radial geteilter Führungsring 12 kann in zwei Segmenten verbaut werden oder durch entsprechende Fügetechniken nach DIN 8593 anschließend im Pendelrollenlager 1 zu einem Ring vereinigt werden.
Der einteilige Führungsring 12 stellt eine sehr gute Lösung hinsichtlich der Führungsgenauigkeit und dem Rundlauf dar. Der einteilige Führungsring 12 kann axial geschlitzt ausgeführt sein und somit durch geringfügiges Aufweiten in die Ringnut 21 eingelassen werden. Ein weiterer Vorteil dieser Variante ist eine Verklemmsicherung bei übermäßiger Aufweitung des Innenrings 3 bei der Montage.

In praktischen Erprobungen eines erfindungsgemäß ausgebildeten Pendelrollenlagers 1 haben sich folgende Werte als besonders vorteilhaft herausgestellt:

Nutbreite b2:	0,001- bis 0,15-fache der Breite des Innenrings 3
Nuttiefe t:	0,001- bis 0,07-fache des Bohrungsdurchmessers des Innenrings 3
Nutwinkel α:	90° bis 130°
Spiel s1:	0 bis 0,01-fache des Bohrungsdurchmessers des Innenrings 3
Spiel s2:	0 bis 0,1-fache der Länge der Pendelrollen 4, 5
Spiel s3:	0 bis 0,02-fache des Bohrungsdurchmessers des Innenrings 3
Spiel s4:	0 bis 0,1-fache der Länge der Pendelrollen 4, 5
Höhe h:	2- bis 6-fache der Nuttiefe t

Bezugszeichenliste

1: Pendelrollenlager
2: Außenring
3: Innenring
4: Pendelrolle
5: Pendelrolle
6: Käfig
7: Käfig
8: Außenlaufbahn
9: Innenlaufbahn
10: Innenlaufbahn
11: Schulterfläche
12: Führungsring
13: Seitenfläche des Führungsrings
14: Seitenfläche
15: radial äußere Mantelfläche
16: Seitenring des Käfigs 6
17: Seitenring des Käfigs 7
18: Radial äußere Mantelfläche des Außenrings 2
19: Ringnut
20: Bohrung
21: Ringnut am Innenring
22: Bord am Innenring
23: Bord am Innenring
24: Radial innere Stirnseite des Führungsringes 12
25: Stirnseite der Pendelrolle 4
26: Stirnseite der Pendelrolle 5
A: Ausschnitt, Kreis
b1: Obere Nutbreite
b2: Untere Nutbreite
h: Höhe des Führungsringes 12
s1: Spiel
s2: Spiel
s3: Spiel
s4: Spiel
t: Nuttiefe
α: Nutwinkel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 2105242 B [0003]
DE 19742570 A1 [0004]
DE 102004030964 A1 [0004]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN 8593 [0036]

Claims

Pendelrollenlager (1), mit einem Außenring (2), einem Innenring (3) und einer Anzahl zwischen Außenring (2) und Innenring (3) in zwei Reihen nebeneinander angeordneter Pendelrollen (4, 5), welche jeweils durch einen Käfig (6, 7) in Umfangsrichtung in gleichmäßigen Abständen zueinander gehaltenen sind, wobei die Innenseite des äußeren Lagerrings (2) als Außenlaufbahn (8) ausgebildet und die Außenseite des inneren Lagerrings (3) mit zwei Innenlaufbahnen (9, 10) für die Pendelrollen (4, 5) versehen ist, wobei axial zwischen den Innenlaufbahnen (9, 10) des Innenringes (3) ein loser Führungsring (12) auf einer Schulterfläche (11) des Innenringes (3) angeordnet ist, und bei dem der Führungsring (12) geneigte Seitenflächen (13, 14), eine radial äußere Stirnseite (15) und eine radial innere Stirnseite (24) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in die Schulterfläche (11) des Innenringes (3) eine Ringnut (21) mit schrägen Borden (22, 23) und einer Nuttiefe (t) eingearbeitet ist, wobei der Führungsring (12) zumindest zu einem Teil seiner radialen Höhe (h) in diese Ringnut (21) eingelassen ist.
Pendelrollenlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine obere Nutbreite (b1) der Ringnut (21) größer ist als eine untere Nutbreite (b2) der Ringnut (21).
Pendelrollenlager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite des Führungsringes (12) und die Nutbreiten (b1, b2) so bemessen sind, dass ein Abstand (s1) zwischen der Schulterfläche (11) und der radial inneren Stirnseite (24) des Führungsrings (12) sowie ein Abstand (s2) zwischen den Seitenflächen (13, 14) des Führungsringes (12) und den Borden (22, 23) der Ringnut (21) besteht.
Pendelrollenlager nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein radialer Abstand (s3) zwischen der radial äußeren Mantelfläche (15) des Führungsringes (12) und Seitenringen (16, 17) der Käfige (6, 7) besteht.
Pendelrollenlager nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand (s4) zwischen den Seitenflächen (13, 14) des Führungsringes (12) und axial inneren Stirnseiten (24, 25) der Pendelrollen (4, 5) besteht.
Pendelrollenlager nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (s2) zwischen den Seitenflächen (13, 14) des Führungsringes (12) und den Borden (22, 23) der Ringnut (21) gleich ist wie der Abstand (s4) zwischen den Seitenflächen (13, 14) des Führungsringes (12) und axial inneren Stirnseiten (24, 25) der Pendelrollen (4, 5).
Pendelrollenlager nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstände (s1, s2, s3, s4) mit einem Schmiermittel ausgefüllt sind.
Pendelrollenlager nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungsring (12) einteilig ausgebildet ist.
Pendelrollenlager nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungsring (12) axial geschlitzt ist.
Pendelrollenlager nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungsring (12) radial geteilt ausgebildet ist.
Pendelrollenlager nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Nutwinkel (α) der Ringnut (21) zwischen 90° und 130° beträgt.
Pendelrollenlager nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe (h) des Führungsringes (12) dem zweifachen bis sechsfachen der Nuttiefe (t) der Ringnut (21) entspricht.