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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bearbeitung eines Wälzlagers, wobei das Wälzlager einen Lagerring mit einer Lauffläche und auf dieser Lauffläche abwälzende Wälzkörper aufweist und der Lagerring eine der Lauffläche gegenüberliegende Montagefläche zur Montage an einem Bauteil aufweist und eine Windkraftanlage.
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Beim Betrieb von Windkraftanlagen sind die verwendeten Wälzlager hohen, wechselnden Belastungen ausgesetzt. Insbesondere die Rotorwelle ist davon betroffen. So treten auch bei stillstehender Rotorwelle unter Windbelastung sehr starke axiale Schwingungen in der Rotorwelle auf. Sie entstehen großteils durch die sich ständig ändernden Windbedingungen an den Rotorblättern. Auch der Durchgang der sich drehenden Rotorblätter am Turm der Windkraftanlage verändert die Bedingungen ständig derart, dass Belastungen auf der Rotorwelle auftreten. Aufgrund der entstehenden Axialschwingungen werden auf das Hauptlager der Rotorwelle und auf die Lager des nachfolgenden Getriebes hohe Belastungen ausgeübt. Die Folge sind oftmals auftretende Laufbahnschäden in den Wälzlagern.
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Das Ausmaß der auftretenden axialen Schwingungen hängt im hohen Maße von der Axialluft des Lagers ab. Dabei sind die Amplituden der Schwingungen umso geringer, je kleiner die Axialluft des Hauptlagers der Rotorwelle ist. Im Allgemeinen wird für die Lagerungen der Rotorwelle in Windkraftanlagen ein Gehäuse mit einem Pendelrollenlager verwendet. Der Innenring des Pendelrollenlagers weist eine zylindrische Bohrung auf, in der die Rotorwelle mit einer strengen Passungspaarung sitzt. Aufgrund von Toleranzen im Wellendurchmesser und im Innendurchmesser des Innenrings des jeweiligen Pendelrollenlagers ergeben sich aus der Passungspaarung Presssitze unterschiedlicher Qualität, so dass in jeder Einbausituation eine unterschiedliche Radialluft entsteht. Durch den Aufbau des verwendeten Pendelrollenlagers ergibt sich aus der Radialluft eine entsprechende Axialluft.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Möglichkeit zu schaffen, neu einzusetzende und insbesondere bereits bestehende Wälzlager, beispielsweise mit zylindrischer Bohrung durch Modifikation, insbesondere zum Einsatz für Rotorwellenlagerungen in Windkraftanlagen bereitzustellen, durch die sich die Lagerluft signifikant reduzieren lässt.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch eine Lageranordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 12 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der jeweils abhängigen Patentansprüche.
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Gemäß Patentanspruch 1 wird ein Verfahren zur Bearbeitung eines Wälzlagers angegeben, wobei das Wälzlager einen Lagerring mit einer Lauffläche und auf dieser abwälzende Wälzkörper aufweist und der Lagerring eine der Lauffläche gegenüber liegende Montagefläche zur Montage an einem Bauteil aufweist, umfassend folgende Verfahrensschritte:
- – Spanabhebende Bearbeitung der Montagefläche des Lagerrings,
- – Bereitstellen einer Zwischenhülse derart, dass durch sie der durch die Bearbeitung des Lagerrings entstehende Raum zwischen Lagerring und dem rotierenden Bauteil ausfüllbar ist,
- – Aufbringen des Lagerrings auf das Bauteil,
- – Fixieren des Lagerrings auf dem Bauteil durch Einbringen der Zwischenhülse zwischen den Lagerring und das Bauteil.
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Durch die spanabhebende Bearbeitung der Montagefläche wird zunächst eine eventuelle Passungspaarung mit dem, im Allgemeinen im Betrieb rotierenden Bauteil aufgehoben. Die Zwischenhülse wird derart geformt, dass der Zwischenraum zwischen dem rotierenden Bauteil und dem Lagerring im Wesentlichen vollständig ausfüllbar ist. Insofern ist es über Variation der Zwischenhülse möglich, sowohl bei bestehenden, als auch bei neuen Wälzlagern einen optimalen Presssitz in der jeweiligen Einbausituation zu erreichen und somit die auftretende Radialluft im Wälzlager zu vermindern. Insbesondere beim Einsatz in Windkraftanlagen lässt sich somit das Auftreten großer axialer Schwingungen weitestgehend vermeiden. Ein weiterer Vorteil besteht in den sich nicht ändernden Abmessungen des Wälzlagers und der Welle. Das entfernte Material wird durch das Bauteil ersetzt. Die Welle selbst und auch ein umgebendes Gehäuse müssen nicht bearbeitet werden.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erhält durch die Bearbeitung die Montagefläche des Lagerrings einen sich in axialer Richtung verjüngenden Verlauf. Der Verlauf ist vorzugsweise konisch ausgebildet. Die Zwischenhülse weist entsprechend an einer dem Lagerring zugewandten Montagefläche eine Kontur auf, die in einen entsprechend verjüngenden Verlauf aufweist. Durch die konische oder sich verjüngende Ausgestaltung der Montageflächen des Lagerrings und der Zwischenhülse lassen sich durch einfache axiale Verschiebung der Zwischenhülse zwischen dem Bauteil und dem Lagerring Toleranzen ausgleichen und somit die Lagerluft minimieren. Die Erfindung lässt sich insbesondere zur Wartung und Modifizieren von Lagerringen mit zylindrischer Montagefläche einsetzen. Insofern weist der Lagerring vor Anwendung des Verfahrens eine zylindrische Montagefläche auf. Die zu modifizierenden Lager lassen sich nachdem sie sich bereits im Betrieb befanden durch Anwendung des Verfahrens optimieren, um einen längerfristig störungsfreien Betrieb sicherzustellen.
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Vorteilhaft ist eine Ausgestaltung der Erfindung derart, dass beim Einbringen der Zwischenhülse die Lagerluft zwischen den Wälzkörpern und dem Lagerring ermittelt wird. Auf diese Weise lässt sich das Verfahren zum Minimieren der Lagerluft eines Wälzlagers einsetzen. Die Toleranzen der spanabhebenden Verarbeitung des Lagerrings und der Bereitstellung der Zwischenhülse müssen dabei nicht exakt bekannt sein. Die Zwischenhülse wird axial derart positioniert, dass ein festgelegter Wert der Lagerluft erreicht ist.
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Gemäß Patentanspruch 12 wird eine Lageranordnung für eine Windkraftanlage angegeben, aufweisend wenigstens ein Wälzlager, dass durch ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 bearbeitet wurde. Die vorteilhaften Eigenschaften der Erfindung lassen sich insbesondere auf Lageranordnungen für Windkraftanlagen anwenden, um die dort im Allgemeinen auftretende Axialluft von Pendelrollenlagern zu minimieren.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus dem nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiel in Verbindung mit den beigefügten Figuren. Es zeigen:
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1 ein schematisches Ablaufdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,
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2 einen mittels des Verfahrens bearbeiteten Innenring eines Pendelrollenlagers und
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3 den bearbeiteten Innenring mit einer Zwischenhülse.
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Die vorliegende Erfindung lässt sich insbesondere vorteilhaft zur Bearbeitung bestehender Wälzlagerinnenringe einsetzen. Jedoch ist es auch möglich, die Außenfläche von Außenringen eines Wälzlagers zu bearbeiten. Im Folgenden wird ein Verfahren anhand der 1 erläutert, dass sich auf die Bearbeitung eines Innenrings eines Pendelrollenlagers einer Windkraftanlage bezieht, wobei das Pendelrollenlager bereits im Einsatz war und beispielsweise während einer Wartung entsprechend bearbeitet wird. In einem ersten Verfahrensschritt S1 wird der Innenring des Pendelrollenlagers aus dem Pendelrollenlager ausgebaut. In einem nachfolgenden Verfahrensschritt S3 wird die zylindrische Innenfläche des Innenrings spanabhebend bearbeitet. Dabei wird auf der gesamten axialen Länge des Innenrings Material abgetragen. Folglich kommt es bezüglich des Durchmessers der inneren Öffnung des Innenrings zu einer Vergrößerung. Die spanabhebende Bearbeitung wird derart ausgeführt, dass sich entlang der axialen Ausdehnung des Innenrings eine Verjüngung des Durchmessers ergibt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel soll sich der Durchmesser linear entlang der axialen Ausdehnung des Innenrings verkleinern, so dass eine konische Form entsteht. Folglich ist der Innendurchmesser der Öffnung des Innenrings an einem axialen Ende des Innenrings maximal und am gegenüberliegenden Ende minimal. Die Ermittlung des maximalen und minimalen Durchmessers wird anhand der 2 erläutert.
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In einem dritten Verfahrensschritt S5 wird eine Zwischenhülse bereitgestellt, die eine zylindrische innen liegende Öffnung aufweist. Die zylindrische Öffnung entspricht vom Durchmesser her der vorherigen Öffnung des Innenrings. In der Öffnung der Zwischenhülse kann die Welle des Rotors der Windkraftanlage gelagert werden, wobei ein Presssitz entsteht. Die Außenfläche der ggf. geschlitzten Zwischenhülse weist einen der bearbeiteten Innenfläche des Innenrings entsprechend angepassten konischen Verlauf auf, so dass die Zwischenhülse das aus dem Innenring abgetragene Material ersetzen kann und zwischen den bearbeiteten Innenring und die Rotorwelle einbringbar ist. Bevorzugt weist die Zwischenhülse an sich bekannten Kanäle oder Nuten auf, durch die sich unter Druck stehendes Hydrauliköl auf die Sitzflächen bringen lässt, um die Montage zu vereinfachen.
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In einem vierten Verfahrensschritt S7 wird das Pendelrollenlager eingesetzt. Dabei wird der Innenring mit der Seite der größeren inneren Öffnung auf den Außendurchmesser der Welle aufgesetzt, die Zwischenhülse wird dann entsprechend der beiden konusartigen Verläufe zwischen Bohrung des Innenringes und dem Wellenaußendurchmesser aufgeschoben. Die beiden konusartigen Verläufe der Außenfläche der Zwischenhülse und der Innenfläche des Innenrings sind somit gegenläufig angeordnet.
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In einem fünften Verfahrensschritt S9 wird die Radialluft des Pendelrollenlagers minimiert. Zu diesem Zweck wird die Zwischenhülse beispielsweise mittels einer Hydraulikmutter axial derart weit verschoben, dass die Radialluft des Pendelrollenlagers durch Aufweitung des Innenrings minimiert wird. Bevorzugt wird während des axialen Verschiebens der Zwischenhülse die Lagerluft des Pendelrollenlagers stetig kontrolliert, so dass die Lagerluft auf ein vorbestimmtes Minimum reduziert werden kann. Dazu kann beispielsweise der notwendige Verschiebeweg vorab errechnet werden, der dann während der Montage überprüft wird. Ebenfalls ist es möglich, die bekannte SensorMount®-Methode zu verwenden. Die Lagerluft lässt sich durch diese Methode mikrometergenau einstellen und minimieren.
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In der 2 ist schematisch ein Ausschnitt eines Innenrings 1 eines Pendelrollenlagers dargestellt. Er weist zwei gekrümmte Laufflächen 3 für Pendelrollen auf, die selbst in der 2 nicht dargestellt sind. Der Innenring 1 weist eine Öffnung 5 auf, die vor der Bearbeitung mit dem Verfahren eine zylindrische Innenform hatte. In der Öffnung 5 war im Betrieb des Pendelrollenlagers die Rotorwelle einer Windkraftanlage gelagert. Durch spanabhebende Bearbeitung wurde die Öffnung 5 des Innenrings 1 derart verändert, dass ihr Durchmesser vergrößert ist. Dabei wurde das Material des fein schraffiert dargestellten Bereichs 7 entlang des Umfangs der Öffnung 5 entfernt. Die Öffnung 5 des Innenrings 1 weist an beiden Enden einen unterschiedlichen Durchmesser d1 bzw. d2 auf, wobei d1 größer als d2 ist. Beide Durchmesser d1 und d2 sind jedoch größer als der vormalige Durchmesser d der Öffnung, der vor der Bearbeitung entlang der gesamten axialen Außendehnung B des Innenrings konstant war und dem Außendurchmesser der Welle des Rotors entsprach.
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Zur Ermittlung der Durchmesser d1 und d2 wird ausgehend vom Durchmesser d der Öffnung 5 des Innenrings 1 vor der spanabhebenden Bearbeitung der Durchmesser d1 nach folgender Formel berechnet: d1 = d + 1 / 2B, wobei B die axiale Breite des Innenrings 1 ist. Gemäß dieser Formel ergäbe sich entlang der Lagerbreite B ein konischer Verlauf, der durch die strichpunktierte Linie innerhalb des schraffierten Bereichs 7 angegeben ist. Ausgehend vom Durchmesser d1 wird der Durchmesser d2 nach folgender Formel berechnet: d2 = d1 – 1 / 30B.
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Folglich ergibt sich an der Innenseite des Innenrings 1 ein konischer Verlauf im Verhältnis 1:30. Durch die Berechnung ist sichergestellt, dass sich bei nachfolgender Bereitstellung eine Zwischenhülse mit den entsprechenden Durchmessern ergibt, die auch an der Seite kleineren Durchmessers d2 noch eine ausreichende Materialstärke aufweist, um den störungsfreien Einsatz sicherzustellen.
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In der 3 ist der Innenring 1 aus der 2 nach der Bearbeitung dargestellt. Das Material des fein schraffierten Bereichs 7 der 2 ist entfernt worden. Entsprechend des entfernten Materials wird eine ggf. geschlitzte Zwischenhülse 21 bereitgestellt, die eine innenliegende Öffnung aufweist, in die eine Welle 25 eingebracht ist. Der Durchmesser der Öffnung entspricht dem vormaligen Durchmesser d des Innenrings. Am äußeren Umfang der Zwischenhülse 21 ist ebenfalls ein konischer Verlauf im Verhältnis 1:30 ausgebildet, so dass die Zwischenhülse am anderen Ende einen Außendurchmesser von d1 und am axial gegenüberliegenden Ende einen Außendurchmesser d2 aufweist. Somit ist die Zwischenhülse 21 zwischen die Welle 25 der Windkraftanlage und dem Innenring 1 schiebbar, so dass die zwei konusartigen Flächen des Innenrings 1 und der Zwischenhülse 21 gegenläufig angeordnet sind. Je nach axialer Positionierung der Zwischenhülse 21 erfährt der Innenring 1 eine radial ausgerichtete Kraft entlang der konischen Fläche. Durch entsprechend axiale Kraftaufbringung auf die Zwischenhülse 21 lässt sich somit eine Aufweitung des Innenrings 1 erzielen, wodurch die radiale Lagerluft reduzierbar ist. Aus der Reduktion der radialen Lagerluft resultiert ebenfalls eine Reduzierung der axialen Lagerluft. Somit lassen sich axiale Schwingungen auf den Rotorwellen der Windkraftanlage über die Minimierung der Axialluft reduzieren und so Lagerschäden vermeiden.
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Die Zwischenhülse 21 kann wie bei bekannten konischen Lagertypen mit Schmiernuten und ggf. Längs- und Querbohrungen sowie Anschlussgewinden versehen sein. Das axiale Verschieben und Sichern der Zwischenhülse 21 kann beispielsweise mittels einer Hydraulikmutter erfolgen, mittels der sich die axiale Position der Zwischenhülse exakt einstellen lässt.
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Das beschriebene Verfahren lässt sich analog zur Bearbeitung der Außenfläche eines Außenrings eines Wälzlagers und allgemein für verschiedene Arten von Wälzlagern einsetzen.
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Bezugszeichenliste
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- S1–S9
- Verfahrensschritt
- 1
- Innenring
- 3
- Laufflächen
- 5
- Öffnung
- 7
- Bereich
- 21
- Zwischenhülse
- 23
- Öffnung
- 25
- Welle
