DE102010009634B4

DE102010009634B4 - Verfahren zur Einstellung und Messung einer Vorspannung einer radial zwischen einem Planetenrad und einem Planetenträger angeordneten Lageranordnung

Info

Publication number: DE102010009634B4
Application number: DE102010009634.2A
Authority: DE
Inventors: Matthias Kohlhepp
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-02-27
Filing date: 2010-02-27
Publication date: 2018-07-12
Anticipated expiration: 2030-02-28
Also published as: DE102010009634A1

Abstract

Verfahren zur Einstellung und Messung einer Vorspannung an einer radial zwischen einem Planetenrad (2; 2') mit radial äußerem Zahnkranz (9; 9') und einem Planetenträger (3) angeordneten Lageranordnung (1; 1'), wobei die Lageranordnung (1; 1') zwei Kegelrollenlager (4, 5) aufweist, bei denen das Planetenrad (2; 2') den gemeinsamen Außenring (8; 8') bildet und zwei auf dem Planetenträger (3) aufgeschobene Innenringe (11, 13) vorhanden sind, zwischen denen zwei Reihen von Kegelrollen (7) abwälzen, wobei zur Einstellung der axialen Vorspannung ein axialer Abstand (A) zwischen axial inneren Stirnseiten (14, 15) der Innenringe (11, 13) durch Aufbringen einer axial wirkenden Kraft (F) auf eine axial äußere Stirnseite (16) eines der Innenringe (13) verändert wird, und wobei die auf die Lageranordnung (1; 1') wirkende Vorspannung wenigstens während der Veränderung des axialen Abstandes (A) gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspannung durch eine Frequenzanalyse der Dämpfung des Planetenrades (2; 2') ermittelt wird, wobei die Dämpfung des Planetenrades (2; 2') mittels eines Schwingungssensors (17) wenigstens während des Aufbringens der Kraft (F) auf die äußere Stirnseite (16) eines Innenrings (13) gemessen wird.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einstellung und Messung einer Vorspannung an einer radial zwischen einem Planetenrad mit radial äußerem Zahnkranz und einem Planetenträger angeordneten Lageranordnung, wobei die Lageranordnung zwei Kegelrollenlager aufweist, bei denen das Planetenrad den gemeinsamen Außenring bildet und zwei auf dem Planetenträger aufgeschobene Innenringe vorhanden sind, zwischen denen zwei Reihen von Kegelrollen abwälzen, wobei zur Einstellung der axialen Vorspannung ein axialer Abstand zwischen axial inneren Stirnseiten der Innenringe durch Aufbringen einer axial wirkenden Kraft auf eine axial äußere Stirnseite eines der Innenringe verändert wird, und wobei die auf die Lageranordnung wirkende Vorspannung wenigstens während der Veränderung des axialen Abstandes gemessen wird.
Hintergrund der Erfindung
Bei Lageranordnungen von Planetengetrieben, wie sie für die Rotorhauptlagerung von Windkraftanlagen verwendet werden, kommen groß dimensionierte Kegelrollenlager zum Einsatz, wie sie beispielsweise aus der DE 10 2006 013 079 B3 bekannt sind. Bei diesen Lageranordnungen ist es bislang äußerst schwierig und aufwendig, die Vorspannung der Lageranordnung zu messen und einzustellen. Die Einstellung der korrekten Vorspannung hat jedoch einen großen Einfluss auf die Lebensdauer der Lageranordnung. Bislang behatf man sich damit, eine indirekte Messung der Vorspannung über ein Anzugsdrehmoment einer Stellvorrichtung an einem axial verschiebbaren Innenring der Lageranordnung vorzunehmen, was jedoch sehr ungenaue Resultate liefert. Ebenso ungenau ist eine indirekte Messung der Vorspannung über ein Reibmoment oder eine Messung des Axialspiels über eine Wegmessung, wozu zudem ein Zwischenring angefertigt werden muss, welches die Kosten erhöht. Ebenso bekannt ist eine direkte Kraftmessung der Vorspannung, was allerdings mit hohem apparativem Aufwand verbunden ist.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Einstellung und Messung einer Vorspannung einer radial zwischen einem Planetenrad und einem Planetenträger angeordneten Lageranordnung zu schaffen, mit dem sich die Vorspannung insbesondere von durchmessergroßen Lageranordnungen einfach und präzise einstellen lässt.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich bei der Einstellung der Vorspannung der Lageranordnung am Lagerinnenring die Eigenfrequenz des Lageraußenrings ändert. Wenn also während der Einstellung der Vorspannung die Eigenfrequenz bzw. das Dämpfungsverhalten des Außenrings gemessen und ausgewertet wird, erlaubt dies Rückschlüsse auf die während des Einstellvorgangs gerade vorhandene Vorspannung der Lageranordnung.
Die Erfindung geht daher aus von einem Verfahren zur Einstellung und Messung einer Vorspannung an einer radial zwischen einem Planetenrad mit radial äußerem Zahnkranz und einem Planetenträger angeordneten Lageranordnung, wobei die Lageranordnung zwei Kegelrollenlager aufweist, bei denen das Planetenrad den gemeinsamen Außenring bildet und zwei auf dem Planetenträger aufgeschobene Innenringe vorhanden sind, zwischen denen zwei Reihen von Kegelrollen abwälzen, wobei zur Einstellung der axialen Vorspannung ein axialer Abstand zwischen axial inneren Stirnseiten der Innenringe durch Aufbringen einer axial wirkenden Kraft auf eine axial äußere Stirnseite eines der Innenringe verändert wird, und wobei die auf die Lageranordnung wirkende Vorspannung wenigstens während der Veränderung des axialen Abstandes gemessen wird. Dazu ist gemäß der Erfindung vorgesehen, dass die Vorspannung durch eine Frequenzanalyse der Dämpfung des Planetenrades ermittelt wird, wobei die Dämpfung des Planetenrades mittels eines Schwingungssensors wenigstens während des Aufbringens der Kraft auf die äußere Stirnseite eines Innenrings gemessen wird.
Durch dieses Verfahren wird vorteilhaft erreicht, dass sich der apparative Aufwand auf ein Minimum reduzieren und gleichzeitig die Genauigkeit der Messung signifikant erhöhen lässt. Die Grundlage der Erfindung ist wie schon angedeutet die Erkenntnis, dass bei Veränderung der Vorspannung eine Veränderung der Dämpfung bzw. der Eigenfrequenz des Planetenrades stattfindet, welche in direktem Zusammenhang mit der Lagervorspannung gebracht werden kann. Anders formuliert ändert sich durch ändernde Spannungsverhältnisse das Schwingungsverhalten des Planetenrades. Dies lässt sich durch einen an sich bekannten und handelsüblichen Frequenzaufnehmer bzw. Schwingungssensor erfassen. Da mit derartigen Frequenzaufnehmern besonders feine Dämpfungs- bzw. Frequenzänderungen detektiert werden können, lässt sich entsprechend die Vorspannung besonders fein einstellen und regulieren.
An sich ist die Einstellung der Vorspannung von Wälzlagern mittels Frequenzanalysen bekannt, so beispielsweise aus der DE 33 04 358 C2 , der DE 34 36 268 C2 und der DE 42 19 318 A1 . Diese Verfahren beziehen sich jedoch nicht auf Planetengetriebe und deren Lageranordnungen und auch nicht auf besonders groß dimensionierte, sondern im Gegenteil auf sehr klein dimensionierte Lageranordnungen, insbesondere von solchen im Automobilsektor verwendeten Lageranordnungen. Bei diesen herrschen ganz andere Bedingungen und liegen völlig abweichende Grundvoraussetzungen vor, welche sich nicht auf sehr große Lageranordnungen von Planetengetrieben übertragen lassen.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass die Messungen des Schwingungssensors an einer axial äußeren Stirnseite des Planetenrades erfolgen. Es kann aber auch sinnvoll sein, dass die Messungen des Schwingungssensors an einer axial äußeren Stirnseite des Zahnkranzes des Planetenrades erfolgen.
Um eine Überwachung der Vorspannung der Lageranordnung während deren gesamten Benutzungsdauer zu erreichen kann vorgesehen sein, dass die Frequenzanalyse bzw. das Dämpfungsverhalten des Planetenrades permanent überwacht wird. Sollte eine Abweichung des aktuellen Vorspannungswertes von einem in einer die Messsignale auswertenden Vorrichtung abgespeicherten Vorspannungs-Sollwert festgestellt werden, so sieht die Erfindung vor, dass ein diesbezügliches Warnsignal erzeugt wird.
Besonders vorteilhaft ist schließlich eine Ausgestaltung der Erfindung, die sich dadurch auszeichnet, dass das Verfahren bei einer Lageranordnung einer Hauptwelle eines Rotors einer Windkraftanlage durchgeführt wird.
Figurenliste
Die Erfindung wird im folgenden anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt

1 einen schematischen Halbschnitt durch eine erste Lageranordnung, an der das Verfahren gemäß der Erfindung durchführbar ist, und
2 einen schematischen Halbschnitt durch eine zweite Lageranordnung, an der das Verfahren gemäß der Erfindung durchführbar ist.

Detaillierte Beschreibung der Zeichnung
Die 1 und 2 zeigen jeweils eine Lageranordnung 1 bzw. 1' mit einem Planetenträger 3, auf dem ein Planetenrad 2 bzw. 2' drehbar gelagert ist. Die Lageranordnung 1, 1' umfasst zwei mit einem axialen Abstand zueinander angeordnete Radiallager. Die Radiallager sind jeweils als Kegelrollenlager 4, 5 ausgeführt und weisen jeweils eine Reihe von Wälzkörpern 6 auf, welche jeweils als Kegelrollen 7 ausgebildet sind. Die beiden Reihen der Kegelrollen 7 sind zueinander in X-Anordnung angestellt. Die zwei Kegelrollenlager 4, 5 bilden ein Kegelrollenlagerpaar mit einem gemeinsamen Außenring 8 bzw. 8'. Der Außenring 8 ist gemäß dem Ausführungsbeispiel nach 1 einstückig mit einem radial äußeren Zahnkranz 9 des Planetenrades 2 verbunden, während der Außenring 8' gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel nach 2 in einen separaten Zahnkranz 9' des Planetenrades 1' eingesetzt ist.
Bei der Montage der Kegelrollenlager 4, 5 wird zunächst das in den Figuren rechte Kegelrollenlager 5 zusammen mit dem Planetenrad 2 bzw. 2' axial auf den Planetenträger 3 aufgeschoben, bis eine axial äußere Stirnseite 10 des Innenrings 11 des Kegelrollenlagers 5 an einem Rand 12 des Planetenträgers 3 anliegt. Anschließend wird der Innenring 13 des in den Figuren linken Kegelrollenlagers 4 axial auf den Planetenträger 3 aufgeschoben. Dabei besteht zwischen einer axial inneren Stirnseite 14 des Innenrings 13 und einer axial inneren Stirnseite 15 des Innenrings 11 ein axialer Abstand A.
Zur Einstellung eines geeigneten Maßes an gewünschter Vorspannung der Lageranordnung 1 bzw. 1' wird der Abstand A verringert oder vergrößert, wozu der Innenring 13 gegenüber dem Innenring 11 entlang des Planetenträgers 3 verschoben wird. Hierzu wird auf eine axial äußere Stirnseite 16 des Innenrings 13 eine Kraft F aufgebracht, welches durch einen Pfeil F angedeutet ist.
Die Kraft F wirkt über die Kegelrollenlager 4, 5 auf das Planetenrad 2 bzw. 2'. Je nach anliegender Kraft und damit sich ändernder Vorspannung ändert sich das Schwingungsverhalten bzw. die Dämpfung und damit die Eigenfrequenz des Planetenrades 2 bzw. 2'. Diese Eigenfrequenz wird während der Montage der Lageranordnung 1 bzw. 1' gemessen, wozu ein an sich bekannter Schwingungssensor 17 an einer Stirnseite 18 bzw. 18' des Außenrings 8 bzw. 8' des Planetenrades 2 bzw. 2' oder an einer Stirnseite 19 des separaten Zahnkranzes 9' des Planetenrades 2' gemäß 2 befestigt wird.
Der Schwingungssensor 17 ist über nicht dargestellte elektrische Leitungen an ein ebenfalls nicht dargestelltes Messgerät angeschlossen, welches die Messwerte bei einer Änderung der auf den Innenring 13 wirkenden Kraft F anzeigt. Je nach Abweichung von vorgegebenen Sollwerten wird die Kraft so lange geändert, bis die Dämpfung bzw. die Eigenfrequenz des Planetenrades 2 bzw. 2' den Vorgaben entspricht, wodurch das gewünschte Maß an Vorspannung eingestellt ist.
Nach Beendigung des Messvorganges wird der Innenring 13 am Planetenträger 3 axial festgelegt und es wird der Schwingungssensor 17 wieder entfernt. Der Schwingungssensor 17 kann jedoch auch am Planetenrad 3 bzw. 3' verbleiben, beispielsweise um die Dämpfung bzw. die Eigenfrequenz des Planetenrades 3 bzw. 3' während des Betriebes permanent zu messen. Ändert sich die Eigenfrequenz während des Betriebes, so kann ein Warnsignal ausgegeben werden, durch welches der Betreiber der Lageranordnung 1 bzw. 1' über den Zustand der Lageranordnung 1; 1' informiert wird.
Bezugszeichenliste

1: Lageranordnung
1': Lageranordnung
2: Planetenrad
2': Planetenrad
3: Planetenträger
4: Kegelrollenlager
5: Kegelrollenlager
6: Wälzkörper
7: Kegelrolle
8: Außenring
8': Außenring
9: Zahnkranz
9': Zahnkranz
10: Stirnseite
11: Innenring
12: Rand
13: Innenring
14: Stirnseite
15: Stirnseite
16: Stirnseite
17: Schwingungssensor
18: Stirnseite
18': Stirnseite
19: Stirnseite
A: Abstand
F: Kraft

Claims

Verfahren zur Einstellung und Messung einer Vorspannung an einer radial zwischen einem Planetenrad (2; 2') mit radial äußerem Zahnkranz (9; 9') und einem Planetenträger (3) angeordneten Lageranordnung (1; 1'), wobei die Lageranordnung (1; 1') zwei Kegelrollenlager (4, 5) aufweist, bei denen das Planetenrad (2; 2') den gemeinsamen Außenring (8; 8') bildet und zwei auf dem Planetenträger (3) aufgeschobene Innenringe (11, 13) vorhanden sind, zwischen denen zwei Reihen von Kegelrollen (7) abwälzen, wobei zur Einstellung der axialen Vorspannung ein axialer Abstand (A) zwischen axial inneren Stirnseiten (14, 15) der Innenringe (11, 13) durch Aufbringen einer axial wirkenden Kraft (F) auf eine axial äußere Stirnseite (16) eines der Innenringe (13) verändert wird, und wobei die auf die Lageranordnung (1; 1') wirkende Vorspannung wenigstens während der Veränderung des axialen Abstandes (A) gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspannung durch eine Frequenzanalyse der Dämpfung des Planetenrades (2; 2') ermittelt wird, wobei die Dämpfung des Planetenrades (2; 2') mittels eines Schwingungssensors (17) wenigstens während des Aufbringens der Kraft (F) auf die äußere Stirnseite (16) eines Innenrings (13) gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messungen des Schwingungssensors (17) an einer axial äußeren Stirnseite (18, 18') des Planetenrades (2; 2') erfolgen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messungen des Schwingungssensors (17) an einer axial äußeren Stirnseite (19) des Zahnkranzes (9') des Planetenrades (2') erfolgen.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspannung der Lageranordnung (1; 1') durch eine Frequenzanalyse des Planetenrades (2; 2') permanent überwacht wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Feststellung von Abweichungen von einem Vorspannungs-Sollwert ein Warnsignal erzeugt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren bei einer Lageranordnung (1; 1') einer Hauptwelle eines Rotors einer Windkraftanlage durchgeführt wird.