DE102009058811A1 - Cage-free rolling bearing, particularly cylinder roller bearing, has multiple metallic rolling bodies rolling between two tracks, where two neighboring rolling bodies have different surface finish at contacting surfaces - Google Patents
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Abstract
Description
Gebiet der ErfindungField of the invention
Die Erfindung betrifft ein käfigloses Wälzlager, umfassend eine Vielzahl von zwischen zwei Laufbahnen abrollenden, metallischen Wälzkörpern. Derartige Wälzlager weisen eine hohe Tragzahl auf und werden beispielsweise in Getriebelagern von Windkraftanlagen eingesetzt.The invention relates to a cage-free rolling bearing comprising a plurality of rolling between two raceways, metallic rolling elements. Such bearings have a high load rating and are used for example in gearbox bearings of wind turbines.
Stand der TechnikState of the art
Durch Erhöhung der Anzahl der Wälzkörper in z. B. einem Radialwälzlager mit vorgegebenem Teilkreisdurchmesser kann die Tragfähigkeit, also der Betrag der maximal zu übertragenden Kräfte zwischen einem Innenring und einem Außenring, gesteigert werden. Die Leistungsfähigkeit des Wälzlagers wird dadurch erhöht, ohne weiteren Bauraum zu benötigen.By increasing the number of rolling elements in z. As a radial rolling bearing with a predetermined pitch circle diameter, the load capacity, ie the amount of maximum forces to be transmitted between an inner ring and an outer ring can be increased. The performance of the rolling bearing is thereby increased, without requiring additional space.
In bestimmten Anwendungen, in denen die Tragfähigkeit bei geringen Bauraum maximiert werden muss, z. B. in Getriebelagerungen von Windkraftanlagen, werden daher teilweise käfiglose Wälzlager eingesetzt. Käfiglose Wälzlager entsprechen im Rahmen der Erfindung Wälzlagern, die weder einen einteiligen noch einen mehrteiligen Käfig aufweisen und deren Wälzkörper auch nicht durch zwischen den Wälzkörpern angeordnete Distanzstücke beabstandet sind. Derartige Wälzlager werden auch vollrollige Wälzlager genannt. Käfiglose Wälzlager ermöglichen den Einsatz der umfänglich maximal möglichen Anzahl von Wälzkörpern und bieten somit bei gegebenem Bauraum eine maximale Tragfähigkeit.In certain applications in which the load capacity must be maximized in a small space, z. As in gearbox bearings of wind turbines, therefore partially cageless bearings are used. In the context of the invention, cage-free rolling bearings correspond to rolling bearings which have neither a one-part nor a multi-part cage and whose rolling elements are not spaced by spacers arranged between the rolling elements. Such bearings are called full complement rolling bearings. Cageless roller bearings allow the use of the maximum possible number of rolling elements and thus offer a maximum load capacity for a given space.
Bei käfiglosen Wälzlagern können sich benachbarte Wälzkörper, also solche Wälzkörper, die auf einer Laufbahn eines Lagerrings in direkter Folge abrollen, kontaktieren. So bildet sich z. B. bei einem käfiglosen Radialzylinderrollenlager zwischen zwei benachbarten Zylinderrollen ein Linienkontakt an Mantelflächen der Zylinderrollen aus. Aufgrund des gleichen Drehsinns der Zylinderrollen, wälzen diese an der Stelle des Kontaktes nicht aneinander ab, sondern gleiten gegenläufig aneinander ab. Dieses Abgleiten ist problematisch für die Schmierverhältnisse im Wälzlager, da sich an den Wälzkörpern befindlicher Schmierstoff von diesen abscheren kann. Dies führt einerseits zu erhöhter Reibung des Wälzlagers und andererseits zu erhöhtem Abrieb, der wiederum einen verfrühten Wälzlagerausfall nach sich ziehen kann.In cageless rolling bearings, adjacent rolling elements, ie those rolling elements that roll on a raceway of a bearing ring in direct succession, can contact. So z. B. in a cageless radial cylindrical roller bearing between two adjacent cylindrical rollers line contact on lateral surfaces of the cylindrical rollers. Due to the same sense of rotation of the cylindrical rollers, these do not roll on each other at the point of contact, but slide against each other in opposite directions. This slippage is problematic for the lubrication conditions in the rolling bearing, since lubricant located on the rolling elements can shear off from them. On the one hand, this leads to increased friction of the rolling bearing and, on the other hand, to increased abrasion, which in turn can lead to a premature bearing failure.
Aus der
Aus der
Aufgabe der ErfindungObject of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Wälzlager bereitzustellen, das bei gegebenem Bauraum eine maximal mögliche Tragzahl aufweist, das eine geringe Reibung besitzt und welches einfach und vor allem kostengünstig herzustellen ist und eine erhöhte Toleranz gegenüber Schlupfschäden aufweist.The invention has for its object to provide a roller bearing, which has a maximum possible load capacity with a given space, which has a low friction and which is simple and above all inexpensive to manufacture and has an increased tolerance to slippage damage.
Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention
Diese Aufgabe wird durch ein käfigloses Wälzlager gemäß dem unabhängigen Anspruch gelöst. Demzufolge ist ein gattungsgemäßes Wälzlager dadurch gekennzeichnet, dass zwei benachbarte Wälzkörper an sich kontaktierenden Oberflächen eine unterschiedliche Oberflächenbeschaffenheit aufweisen.This object is achieved by a cageless rolling bearing according to the independent claim. Accordingly, a generic rolling bearing is characterized in that two adjacent rolling elements on contacting surfaces have a different surface finish.
Ein Wälzlagersatz, bestehend aus allen Wälzkörpern des Wälzlagers, weist erfindungsgemäß somit zumindest zwei verschiedene Oberflächenbeschaffenheiten an den Oberflächen auf, an denen sich benachbarte Wälzkörper kontaktieren. Sofern es sich bei den Wälzkörpern um Zylinderrollen handelt, umfasst der Wälzlagersatz Zylinderrollen mit zumindest zwei Arten von Oberflächenbeschaffenheiten an den Mantelflächen.A rolling bearing set, consisting of all rolling elements of the bearing, according to the invention thus has at least two different surface textures on the surfaces at which contact adjacent rolling elements. If the rolling elements are cylindrical rollers, the rolling bearing set comprises cylindrical rollers with at least two types of surface textures on the lateral surfaces.
Am Kontakt zwischen den beiden benachbarten Wälzkörpern liegt also eine Reibung von zwei Oberflächen mit unterschiedlicher Oberflächenbeschaffenheit vor.At the contact between the two adjacent rolling elements so there is a friction of two surfaces with different surface finish.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass ein adhäsiver Verschleiß, also ein Verschleiß aufgrund von mangelnder Schmierung bei unter starken Druck aufeinander gleitenden Oberflächen, stark von der Oberflächenbeschaffenheit der zusammenwirkenden Oberflächen abhängt. So wurde erkannt, dass insbesondere Oberflächen mit gleicher Oberflächenbeschaffenheit einen adhäsiven Verschleiß begünstigen. Umgekehrt wird die Gefahr des adhäsiven Verschleißes durch Verwendung unterschiedlicher Oberflächenbeschaffenheiten reduziert.The invention is based on the recognition that an adhesive wear, ie wear due to lack of lubrication under high pressure sliding surfaces, strong depends on the surface texture of the interacting surfaces. It was thus recognized that especially surfaces with the same surface finish favor adhesive wear. Conversely, the risk of adhesive wear is reduced by using different surface textures.
Weiterhin beruht die Erfindung auf der Erkenntnis, dass durch die Verwendung metallischer Wälzkörper einerseits eine hohe Tragzahl erreicht werden kann. Andererseits erlauben metallische Wälzkörper auf relativ kostengünstige Weise das Ausbilden von unterschiedlichen Oberflächenbeschaffenheiten.Furthermore, the invention is based on the finding that on the one hand a high load rating can be achieved by the use of metallic rolling elements. On the other hand, metallic rolling elements allow the formation of different surface textures in a relatively cost-effective manner.
Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.Preferred embodiments are specified in the subclaims.
Gemäß einer Ausführungsform entspricht die Oberflächenbeschaffenheit einer Oberflächenrauhigkeit, einer Beschichtung, einer thermischen Oberflächenbehandlung und/oder einer Oberflächenhärte. Demzufolge umfasst das erfindungsgemäße Wälzlager zumindest zwei benachbarte Wälzkörper, die sich hinsichtlich Oberflächenrauhigkeit, einer Beschichtung, einer thermischen Oberflächenbehandlung und/oder einer Oberflächenhärte an sich kontaktierenden Oberflächen unterscheiden. Sofern sich die Wälzkörper hinsichtlich der Oberflächenrauhigkeit unterscheiden, kann dieser Unterschied beispielsweise durch eine unterschiedliche Bearbeitung, z. B. beim Schleifen und/oder Honen, erreicht werden.According to one embodiment, the surface finish corresponds to a surface roughness, a coating, a thermal surface treatment and / or a surface hardness. Accordingly, the rolling bearing according to the invention comprises at least two adjacent rolling elements, which differ in surface roughness, a coating, a thermal surface treatment and / or a surface hardness on contacting surfaces. If the rolling elements differ in surface roughness, this difference can be achieved, for example, by a different processing, for. B. when grinding and / or honing can be achieved.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist ein Wälzkörper brüniert und ein benachbarter Wälzkörper weist eine kohlenstoffbasierte Deckschicht auf. Das Brünieren erfolgt z. B. durch Eintauchen des Wälzkörpers in saure bzw. alkalische Lösungen (z. B. Natronlauge) oder Salzschmelzen, wodurch sich Mischoxidschichten aus FeO und Fe2O3 von tiefschwarzer Farbe bilden. Vorteilhaft ist, dass durch das Brünieren nur eine geringe Schichtdicke von circa 1 μm entsteht und die brünierten Wälzkörper weitestgehend maßhaltig bleiben. Eine kohlenstoffbasierte Deckschicht kann z. B. durch Plasmabeschichtung mit diamantähnlichem Kohlenstoff (diamond like carbon, d. h. DLC) erfolgen.According to a further embodiment, a rolling element is burnished and an adjacent rolling element has a carbon-based covering layer. The burnishing takes place z. B. by immersion of the rolling body in acidic or alkaline solutions (eg., Sodium hydroxide) or molten salts, whereby mixed oxide layers of FeO and Fe2O3 form of deep black color. It is advantageous that only a small layer thickness of about 1 .mu.m is formed by the burnishing and the burnished rolling elements largely remain dimensionally stable. A carbon-based cover layer may, for. Example, by plasma coating with diamond-like carbon (diamond like carbon, ie DLC).
Grundsätzlich können mehr als zwei unterschiedliche Oberflächenbeschaffenheiten für die Wälzkörper eingesetzt werden. Zur Verwirklichung der Erfindung sind jedoch bereits zwei unterschiedliche Oberflächenbeschaffenheiten ausreichend. Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden insgesamt für alle Wälzkörper zwei Oberflächenbeschaffenheiten eingesetzt, wobei die Wälzkörper alternierend die zwei Oberflächenbeschaffenheiten aufweisen. Somit wird sichergestellt, dass jeder Kontakt von Wälzkörper zu Wälzkörper durch zwei verschiedenartige Oberflächenbeschaffenheiten bewerkstelligt wird.In principle, more than two different surface textures can be used for the rolling elements. However, two different surface textures are already sufficient for realizing the invention. According to a further embodiment, a total of two surface textures are used for all rolling elements, wherein the rolling elements alternately have the two surface textures. This ensures that each contact of rolling elements to rolling elements is accomplished by two different surface finishes.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist ein Wälzkörper auf seiner gesamten Oberfläche die gleiche Oberflächenbeschaffenheit auf. Zwar ist es grundsätzlich ausreichend nur solche Oberflächen mit einer bestimmten Oberflächenbeschaffenheit zu versehen, die während des Betriebs des Wälzlagers einen Kontakt zu einem benachbarten Wälzkörper darstellen. Aus fertigungstechnischen Gründen kann es jedoch einfacher und kostengünstiger sein, den kompletten Wälzkörper mit einer einheitlichen Oberflächenbeschaffenheit zu versehen.According to a further embodiment, a rolling element has the same surface finish over its entire surface. Although it is basically sufficient to provide only those surfaces with a certain surface finish, which represent a contact to an adjacent rolling elements during operation of the rolling bearing. For manufacturing reasons, however, it may be easier and less expensive to provide the complete rolling element with a uniform surface finish.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform bestehen alle Wälzkörper aus dem gleichen Basiswerkstoff. Der Basiswerkstoff bezeichnet dabei das Material aus dem der Wälzkörper, abgesehen von einer möglichen Oberflächenbeschichtung, besteht. Vorzugsweise bestehen alle Wälzkörper aus Wälzlagerstahl (100Cr6).According to a further embodiment, all rolling elements consist of the same base material. The base material refers to the material of the rolling elements, apart from a possible surface coating consists. Preferably, all rolling elements consist of bearing steel (100Cr6).
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weisen Wälzkörper mit einer ersten Oberflächenbeschaffenheit haptische oder optische Erkennungsmerkmale gegenüber Wälzkörpern mit einer zweiten Oberflächenbeschaffenheit aufweisen. Zwar sind unterschiedliche Oberflächenbeschaffenheiten denkbar, die ohne weiteres z. B. optisch voneinander unterschieden werden können (z. B. schwarze Farbe einer brünierten Oberfläche). Unter Umständen ist es für einen Monteur jedoch zeitaufwendig bzw. schwierig die Wälzkörper mit den unterschiedlichen Oberflächenbeschaffenheiten entsprechend im Wälzlager anzuordnen. Erkennungsmerkmale erleichtern daher den Zusammenbau. Optische Erkennungsmerkmale können Markierungen an Stirnseiten und/oder den Laufbahnen sein. Haptische Erkennungsmerkmale können durch Vorsprünge und/oder Vertiefungen an Stirnseiten der Wälzkörper gebildet werden.According to a further embodiment, rolling elements having a first surface finish have haptic or optical recognition features relative to rolling elements having a second surface finish. Although different surface textures are conceivable, the z. B. can be visually distinguished from each other (eg black color of a burnished surface). Under certain circumstances, however, it is time-consuming or difficult for a fitter to arrange the rolling elements with the different surface qualities correspondingly in the roller bearing. Recognition features therefore facilitate assembly. Optical recognition features may be markings on faces and / or the raceways. Haptic recognition features can be formed by projections and / or depressions on end faces of the rolling elements.
Grundsätzlich eignet sich die Erfindung zur Anwendung in jedem Wälzlagertyp. Am besten kommen die Vorteile jedoch zur Geltung in Wälzlagern, bei denen zwischen benachbarten Wälzkörpern ein verhältnismäßig großer Kontakt besteht. Demzufolge ist gemäß einer weiteren Ausführungsform das Wälzlager ein Rollenlager, da in diesem Fall ein Linienkontakt zwischen benachbarten Wälzkörpern vorliegt. Beispielsweise handelt es sich dabei um ein Radialzylinderrollenlager. Im Falle eines Radialzylinderrollenlagers stellen die Mantelflächen der Zylinderrollen jene Flächen dar, die sich im Betrieb gegenseitig kontaktieren und die daher unterschiedliche Oberflächenbeschaffenheiten aufweisen müssen.Basically, the invention is suitable for use in any type of rolling bearing. However, the benefits come best in rolling bearings in which there is a relatively large contact between adjacent rolling elements. Accordingly, according to a further embodiment, the rolling bearing is a roller bearing, as in this case there is a line contact between adjacent rolling elements. For example, this is a radial cylindrical roller bearing. In the case of a radial cylindrical roller bearing, the lateral surfaces of the cylindrical rollers represent those surfaces which contact each other during operation and which therefore have to have different surface qualities.
In jedem Fall kann das erfindungsgemäße Wälzlager die gleichen Abmessungen aufweisen wie ein Standardlager oder Kataloglager. D. h. erfindungsgemäß kann auch ein bereits vorhandenes Wälzlager mit entsprechenden Wälzkörpern zu einem erfindungsgemäßen Wälzlager nachgerüstet werden.In any case, the rolling bearing according to the invention the same dimensions like a standard warehouse or catalog warehouse. Ie. According to the invention, an existing rolling bearing can be retrofitted with corresponding rolling elements to a rolling bearing according to the invention.
Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Wälzlager dort eingesetzt, wo eine hohe Tragfähigkeit bei geringem Bauraum gefordert wird. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Wälzlager als Getriebelager einer Windkraftanlage eingesetzt.Preferably, the rolling bearing according to the invention is used where a high load capacity is required in a small space. According to a further embodiment, the rolling bearing is used as a gearbox bearing a wind turbine.
Kurze Beschreibung der ZeichnungShort description of the drawing
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird anhand der beigefügten Figur erläutert.An embodiment of the present invention will be explained with reference to the accompanying figure.
Die Figur zeigt ein erfindungsgemäßes Wälzlager, nämlich ein Zylinderrollenlager.The figure shows a rolling bearing according to the invention, namely a cylindrical roller bearing.
Detaillierte Beschreibung der ZeichnungDetailed description of the drawing
Die einzige Figur zeigt ein Zylinderrollenlager
Das Zylinderrollenlager
Auf den Laufbahnen
Um die Reibung zwischen zwei benachbarten Wälzkörpern
Eine erste Gruppe von Wälzkörpern
Die Oberflächenbeschaffenheit eines jeden Wälzkörpers
Die zweite Gruppe Wälzkörper
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- ZylinderrollenlagerCylindrical roller bearings
- 22
- Lagerachsebearing axle
- 33
- Innenringinner ring
- 44
- Laufbahncareer
- 55
- Außenringouter ring
- 66
- Laufbahncareer
- 77
- Wälzkörperrolling elements
- 88th
- Wälzkörperrolling elements
- 99
- Kontaktstellecontact point
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 19729450 A1 [0005] DE 19729450 A1 [0005]
- DE 19612571 A1 [0006] DE 19612571 A1 [0006]
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-
2009
- 2009-12-18 DE DE102009058811A patent/DE102009058811A1/en not_active Withdrawn
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Legal Events
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Owner name: SCHAEFFLER TECHNOLOGIES AG & CO. KG, DE Free format text: FORMER OWNER: SCHAEFFLER TECHNOLOGIES GMBH & CO. KG, 91074 HERZOGENAURACH, DE Effective date: 20120824 Owner name: SCHAEFFLER TECHNOLOGIES GMBH & CO. KG, DE Free format text: FORMER OWNER: SCHAEFFLER TECHNOLOGIES GMBH & CO. KG, 91074 HERZOGENAURACH, DE Effective date: 20120824 |
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