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TECHNIKBEREICH
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Tragkonstruktion für ein Schrägzahnrad,
ein Drehzahlerhöhungsgetriebe
mit Schrägzahnrad
für einen
Windkraftgenerator, eine Tragkonstruktion für eine vertikale Welle und
ein Untersetzungsgetriebe mit einer vertikalen Welle.
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HINTERGRUNDMATERIAL
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Hinsichtlich
eines Drehzahlerhöhungsgetriebes
für einen
Windkraftgenerator beschreibt das Japanische ungeprüfte Patent
Nr. 2000-337246 ein Drehzahlerhöhungsgetriebe
für einen
Windkraftgenerator mit z. B. einem Planetenradmechanismus. Gemäß diesem
Dokument enthält
ein Drehzahlerhöhungsgetriebe 1 für einen
Windkraftgenerator eine Eingangswelle 2, welche gemeinsam
mit einem Windkraft empfangenden Blatt rotiert, eine Ausgangswelle 3,
welche von einem zweireihigen Rollenlager 4 getragen wird
und an einen Generator angeschlossen ist, sowie einen Planetenradmechanismus 5,
der die Rotationsgeschwindigkeit der Eingangswelle 2 erhöht und diese
zur Ausgangswelle 3 wie in 1 dargestellt überträgt.
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Der
Planetenradmechanismus 5 enthält ein Sonnenrad 6,
welches mit der Ausgangswelle 3 verbunden ist, ein an einem
Gehäuse
befestigtes innenverzahntes Rad 7, ein Planetenrad 8,
welches mit der Eingangswelle 2 durch ein Lager 9 verbunden
ist und mit dem Sonnenrad 5 und dem innenverzahnten Rad 6 im
Eingriff ist. Ein Schrägzahnrad
mit glatter Übertragung,
niedrigem Vibrationsgeräusch
und hoher Kraftübertragungskapazität für das Sonnenrad 6,
das innenverzahnte Rad 7 und das Planetenrad 8.
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Wenn
sich das Planetenrad um das Sonnenrad 6 mit der Rotation
der Eingangswelle 2 bewegt, steht es mit dem innenverzahnten
Rad 7 im Eingriff und rotiert. Das Sonnenrad 6 steht
im Eingriff mit dem rotierenden Planetenrad 8 und überträgt die Rotation der
Eingangswelle 2 auf die Ausgangswelle 3. In diesem
Moment wird die Rotationsgeschwindigkeit der Eingangswelle 2 umso
mehr erhöht
und auf die Ausgangswelle 3 übertragen, je größer der
Unterschied in der Anzahl von Zähnen
zwischen dem Sonnenrad 6 und dem innenverzahnten Rad 7 ist.
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2A zeigt
den Zustand, in welchem ein Schrägzahnrad 71 und
ein Schrägzahnrad 72 ineinandergreifen.
Wenn das Schrägzahnrad 71 von
der rechten Seite des Bildes aus gesehen im Uhrzeigersinn rotiert,
wie in 2B gezeigt, wirkt die Kraft
F, welche eine resultierende Kraft einer Teilkraft Fr in der radialen
Richtung und einer Teilkraft Fa in der axialen Richtung ist, auf
das Schrägzahnrad 71,
wenn das Schrägzahnrad 71 und
das Schrägzahnrad 72 ineinandergreifen.
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Wenn
dies auf den Drehzahlerhöher 1 für den in 1 dargestellten
Windkraftgenerator angewandt wird, in einem Fall, in dem die Ausgangswelle 3 von
dem zweireihigen Rollenlager 4 aus gesehen im Uhrzeigersinn
rotiert, dann empfängt
das zweireihige Rollenlager 4 die Längsbelastung vom Sonnenrad 6 nach
rechts in der Zeichnung. Daher muß das zweireihige Rollenlager 4 fähig sein,
ebenso die Querbelastung wie auch die Längsbelastung zu tragen.
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In
diesem Moment, während
gleichzeitig die Querbelastung und die Längsbelastung auf eine Reihe
des zweireihigen Rollenlagers 4 wirkt, wirkt nur die Querbelastung
auf die andere Reihe. Daraus folgt eine kurze Lebensdauer der stark
belasteten Reihe. Unterdessen kommt es zu einem Gleiten zwischen der
Rolle und den Laufflächen
der inneren und äußeren Ringe
in der leicht belasteten Reihe, was zu Oberflächenbeschädigung und Abrasionsverschleiß führt. Auch
wenn die Lagergröße erhöht wird,
um einer schweren Belastung zu genügen, besteht zu viel Raum für die leicht
belastete Seite, was unökonomisch
ist.
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Das
Japanische ungeprüfte
Patent Publikation Nr. 6-330537 beschreibt ein Untersetzungsgetriebe
für das
Schwingen eines Schwungkörpers
in einem hydraulischen Blatt und dgl. 3 ist eine
schematische Teilansicht, welche das in dem obengenannten Dokument
beschriebene Untersetzungsgetriebe zeigt.
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Bezugnehmend
auf 3 enthält
das Untersetzungsgetriebe 101 eine Eingangswelle 102,
welche mit einem Stromgenerator wie etwa einem Hydraulikmotor und ähnlichem,
verbunden ist, eine Ausgangswelle 103, welche von einem
zweireihigen Rollenlager 105 getragen wird und die Rotation
der Eingangswelle 102 auf ein Rad 106 überträgt, einen
Planetenradmechanismus 104, der die Rotationsgeschwindigkeit
der Eingangswelle 102 reduziert und auf die Ausgangswelle 103 überträgt, und
ein an einem Gehäuse
befestigtes und mit dem Getrieberad 106 ineinandergreifendes
innenverzahntes Rad 111, und er ist im Inneren des Schwungkörpers, etwa
des Hydraulikblatts, befestigt.
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Die
Eingangswelle 102 und die Ausgangswelle 103 sind
vertikale Wellen, welche senkrecht getragen werden. Hier wird die
vertikale Welle nicht unbedingt in einer streng vertikalen Richtung
gestützt und
beinhaltet einen Fall, in dem sie in einem bestimmten Winkel von
der vertikalen Richtung abweicht.
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Der
Planetenradmechanismus 104 enthält ein Sonnenrad 107,
welches mit der Eingangswelle 102 verbunden ist, ein am
Gehäuse
befestigtes innenverzahntes Rad 108 und ein Planetenrad 109, welches
mit der Ausgangswelle 103 durch ein Lager 110 verbunden
ist, und mit dem Sonnenrad 107 und dem innenverzahnten
Rad 108 im Eingriff steht.
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Das
in 3 dargestellte Untersetzungsgetriebe 101 funktioniert
folgendermaßen.
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Wenn
das Sonnenrad 107 mit der Rotierung der Eingangswelle 102 rotiert,
steht das Planetenrad 109 mit dem Sonnenrad 107 im
Eingriff. Dann greifen Planetenrad 109 und innenverzahntes
Rad 108 ineinander und das Planetenrad 109 rotiert
entlang des innenverzahnten Rads 108, wobei die Rotationsgeschwindigkeit
der Eingangswelle 102 begrenzt und zur Ausgangswelle 103 übertragen
wird. Dabei wird die Geschwindigkeitsrate umso mehr reduziert, je größer die
Differenz in der Anzahl Zähne
zwischen dem Sonnenrad 107 und dem innenverzahnten Rad 108 ist.
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Mit
der Rotation der Ausgangswelle 103 greifen Getrieberad 106 und
innenverzahntes Rad 111 ineinander und das Getrieberad 106 rotiert
längs des innenverzahnten
Rads 111, wobei der Schwingkörper schwingt.
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Eine
Belastung in der vertikalen Abwärtsrichtung
wirkt auf die Ausgangswelle 103 im in 3 dargestellten
Untersetzungsgetriebe 101 durch sein eigenes Gewicht und
das Gewicht des Schwungkörpers
und dgl. Infolgedessen benötigt
das zweireihige Rollenlager 105, welches die Ausgangswelle 103 stützt, ein
hohes Längslasttragevermögen.
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Daher
werden als Lager für
das Tragen der vertikalen Welle wie der Ausgangswelle 103 im
Untersetzungsgetriebe 101 ein selbstausrichtendes zweireihiges
Rollenlager oder ein zweireihiges Kegelrollenlager verwendet.
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Da
jedoch die Längsbelastung
nicht gleichmäßig auf
die rechte und die linke Reihe des zweireihigen Rollenlagers wirkt,
ergibt sich dennoch eine kurze Lebenszeit für die Reihe auf der stark belasteten
Seite. Dabei entsteht ein Gleiten zwischen der Rolle und der Lauffläche der
inneren und äußeren Ringe
in der Reihe auf der leicht belasteten Seite, welches eine Oberflächenbeschädigung oder
einen Abrasionsschaden bewirkt. Auch wenn die Lagergröße erhöht wird,
um einer schweren Belastung zu genügen, besteht zu viel Raum auf
der leicht belasteten Seite, was unökonomisch ist.
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BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Ein
Element der vorliegenden Erfindung besteht in einer Tragkonstruktion
für ein
Schrägzahnrad mit
einem zweireihigen Rollenlager, das in geeigneter Weise ein Getrieberad
in Übereinstimmung
mit dem Belastungszustand jeder Reihe in einer Umgebung tragen kann,
in der unterschiedliche Belastungen auf die rechte und linke Reihe
wirken, die die Lebenszeit substanziell verlängern kann und durch Vermeidung
von Materialverschwendung ökonomisch ist,
und einem Untersetzungsgetriebe für einen Windkraftgenerator,
der mit einer solchen Tragkonstruktion für ein Schrägzahnrad ausgestattet ist.
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Ein
weiteres Element der vorliegenden Erfindung besteht in einer Tragkonstruktion
für eine
vertikale Welle, welche ein zweireihiges Rollenlager umfaßt, daß in geeigneter
Weise ein Getrieberad in Entsprechung zum Belastungszustand jeder
Reihe in einer Umgebung tragen kann, in der unterschiedliche Belastungen
auf die rechte und linke Reihe wirken, die die Lebenszeit substanziell
verlängern
kann und durch Vermeidung von Materialverschwendung ökonomisch
ist.
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Ein
Tragwerk für
ein Schrägzahnrad
entsprechend der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Schrägzahnrad mit einer Mittelwelle
und einem zweireihigen Rollenlager, welches in einem Befestigungselement
eingebaut ist und rotierbar die Mittelwelle trägt. Mit dem Fokus auf dem zweireihigen
Rollenlager ist es dadurch ge kennzeichnet, daß sich die Lasttragkraft in
der rechten und der linken Reihe in der Weise unterscheiden, daß die Lasttragkraft
der Reihe, welche eine starke Längsbelastung
erfährt,
größer ist.
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Bei
dieser Konstruktion kann die geeignete Halterung erzielt werden,
welche den Merkmalen der auf die Mittelwelle wirkenden Last entspricht,
die Tragkonstruktion des Schrägzahnrads
kann eine hohe Zuverlässigkeit
und eine lange Lebenszeit haben.
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Vorzugsweise
ist das zweireihige Rollenlager ein selbstausrichtendes zweireihiges
Rollenlager, das einen inneren Ring mit Laufflächen in der rechten und der
linken Reihe sowie einen äußeren Ring
mit sphärisch
ausgesparter Lauffläche
sowie in zwei Reihen zwischen dem inneren und dem äußeren Ring angeordnete
sphärische
Rollen hat. Auf diese Weise besitzt das zweireihige Rollenlager
selbstausrichtende Eigenschaften gegen eine durch Biegung der Welle
und dgl. verursachte Zentrumsverschiebung.
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Vorzugsweise
besitzt das selbstausrichtende zweireihige Rollenlager unterschiedliche
Rollenlängen
in der rechten und der linken Reihe und die Rollenlänge der
Rolle in der Reihe, die eine hohe Querbelastung erfährt, ist
länger.
Auf diese Weise kann die Lasttragkraft der Reihe mit den längeren sphärischen
Rollern höher
sein.
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Vorzugsweise
besitzt das zweireihige selbstausrichtende Rollenlager unterschiedliche
Rollendurchmesser in der rechten und der linken Reihe und der Rollendurchmesser
der Reihe, welche eine hohe Längsbelastung
erfährt,
ist größer. Auf
diese Weise kann die Lasttragkraft der Reihe mit den sphärischen
Rollen mit dem größeren Durchmesser
höher sein.
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Weiters
ist es vorzuziehen, daß das selbstausrichtende
zweireihige Rollenlager den gleichen Berührungswinkel in der rechten
und der linken Reihe besitzt. Auf diese Weise kann ein symmetrischer
Standardring für
den äußeren Ring
verwendet werden, dessen Herstellungskosten niedrig sein können. Weiters
kann bei der Messung der Präzision
des äußeren Ringes
in effektiver Weise gemessen werden, da die linken und die rechten
Reihen unter denselben Messbedingungen gemessen werden können.
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Vorzugsweise
ist das zweireihige Rollenlager ein zweireihiges Kegelrollenlager
mit einem inneren Ring, welcher Laufflächen in der rechten und der linken
Reihe hat, einen äußeren Ring
und Kegelrollen, welche in zwei Reihen zwischen dem inneren und
dem äußeren Ring
angeordnet sind.
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Vorzugsweise
ist das zweireihige Kegelrollenlager ein Rücken-an-Rücken-Lager, in dem die seitlichen enden mit
dem kleinen Durchmesser der Kegelrollen in der rechten und linken
Reihe einander gegenüberstehen.
In dieser Konstruktion ist die Distanz zwischen Schnittpunkten der
Mittelachse der Rollendrehung mit den Kontaktlinien der Kegelrollen in
der rechten und der linken Reihe und dem inneren und äußeren Ring
(im Folgenden als Distanz zwischen Wirkungspunkten bezeichnet) lang,
das Radiallasttragevermögen
und das Momentlasttragevermögen
können
erhöht
werden.
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Vorzugsweise
hat das zweireihige Kegelrollenlager eine X-Anordnung, in der die
seitlichen Enden mit dem breiten Durchmesser der Kegelrollen in der
rechten und linken Reihe einander gegenüberstehen.
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Vorzugsweise
hat das zweireihige Kegelrollenlager unterschiedliche Rollenlängen in
der rechten und linken Reihe und die Rollenlänge der Rollen in der Reihe,
welche eine höhere
Längsbelastung
erfährt,
ist größer.
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Vorzugsweise
hat das zweireihige Kegelrollenlager unterschiedliche Rollendurchmesser
in der rechten und linken Reihe und der Rollendurchmesser der Rollen
in der Reihe, welche einer hohen Längsbelastung ausgesetzt ist,
ist größer.
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Vorzugsweise
umfaßt
ein Drehzahlerhöhungs-Getriebe
für einen
Windkraftgenerator gemäß der vorliegenden
Erfindung eine Eingangswelle, welche an einem Ende eines Blattes,
welches Windkraft empfängt,
befestigt ist und zusammen mit dem Blatt rotiert, eine Ausgangswelle,
welche mit dem Generator verbunden ist, und einen Drehzahlerhöhungsmechanismus,
der zwischen die Eingangswelle und die Ausgangswelle angeordnet
ist und die Rotationsgeschwindigkeit der Eingangswelle erhöht und auf
die Ausgangswelle überträgt. Der
Drehzahlerhöhungsmechanismus
umfaßt
ein Schrägzahnrad
als eine Komponente des Kraftübertragungsmittels
und ein zweireihiges Rollenlager, welches rotierbar die Welle des
Schrägzahnrads
trägt.
Mit dem Fokus auf dem zweireihigen Rollenlager ist es dadurch gekennzeichnet,
daß die
Lasttragkraft der rechten und der linken Reihe sich voneinander
in der Weise unterscheiden, daß die
Lasttragkraft der Reihe, die eine hohe Längsbelastung erfährt, größer ist.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung, in der die Lager mit unterschiedlicher Lasttragkraft
in der rechten und der linken Reihe in der Tragkonstruktion des
Schrägzahnrads
verwendet werden, in der unterschiedliche Belastungen auf die rechte
und die linke Reihe des Lagers wirken, ist, da die dem Belastungszustand
jeder Reihe entsprechende geeignete Stütze erreicht werden kann, die
Verläßlichkeit
der Tragkonstruktion des Schrägzahnrads
hoch und dessen Lebenszeit lang.
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Eine
Tragkonstruktion einer vertikalen Welle entsprechend der vorliegenden
Erfindung umfaßt eine
vertikale Welle und ein in einem Befestigungselement eingebautes
und rotierend die vertikale Welle tragendes zweireihiges Rollenlager.
Mit dem Fokus auf dem zweireihigen Rollenlager ist sie dadurch gekennzeichnet,
daß die
Lasttragkraft in der rechten und der linken Reihe jeweils unterschiedlich
ist, so daß die
Lasttragkraft der Reihe, welche einer hohen Längsbelastung ausgesetzt ist,
höher ist.
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Entsprechend
der oben geschilderten Konstruktion besitzt die Tragkonstruktion
der vertikalen Welle eine hohe Zuverlässigkeit und lange Lebenszeit,
da eine den Merkmalen der auf die vertikale Welle wirkenden Belastung
entsprechende geeignete Tragkonstruktion erzielt werden kann.
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Vorzugsweise
ist das zweireihige Rollenlager ein selbstausrichtendes zweireihiges
Rollenlager, das einen inneren Ring mit Laufflächen in der rechten und der
linken Reihe sowie einen äußeren Ring
mit sphärisch
ausgesparter Lauffläche
sowie in zwei Reihen zwischen dem inneren und dem äußeren Ring angeordnete
sphärische
Rollen hat. Auf diese Weise besitzt das zweireihige Rollenlager
selbstausrichtende Eigenschaften gegen eine durch Biegen der Welle und
dgl. verursachte Zentrumsverschiebung.
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Vorzugsweise
hat das zweireihige Kegelrollenlager unterschiedliche Rollenlängen in
der rechten und linken Reihe und die Rollenlänge der Rollen in der Reihe,
welche einer hohen Längsbelastung
ausgesetzt ist, ist größer. Auf
diese Weise kann die Lasttragkraft der Reihe mit den längeren sphärischen Rollen
höher sein.
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Vorzugsweise
besitzt das zweireihige selbstausrichtende Rollenlager unterschiedliche
Rollendurchmesser in der rechten und der linken Reihe und der Rollen durchmesser
der Reihe, welche eine hohe Längsbelastung
erfährt,
ist größer. Auf
diese Weise kann die Lasttragkraft der Reihe mit dem größeren Durchmesser
höher sein.
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Weiters
ist es vorteilhaft, daß das
selbstausrichtende zweireihige Rollenlager den gleichen Berührungswinkel
in der rechten und der linken Reihe besitzt. Auf diese Weise kann
ein symmetrischer Standardring für
den äußeren Ring
verwendet werden, dessen Herstellungskosten niedrig sein können. Weiters
kann bei der Messung der Präzision
des äußeren Ringes
in effektiver Weise gemessen werden, da die linken und die rechten
Reihen beim Messen des Laufflächendurchmessers
des äußeren Ringes, der
Lauffläche,
Oberflächenrauhheit,
der Rundheit (im Folgenden als Größe bezeichnet) unter denselben
Messbedingungen gemessen werden können.
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Vorzugsweise
ist das zweireihige Rollenlager ein zweireihiges Kegelrollenlager
mit einem inneren Ring, welcher Laufflächen in der rechten und der linken
Reihe hat, einen äußeren Ring
und Kegelrollen, welche in zwei Reihen zwischen dem inneren und
dem äußeren Ring
angeordnet sind.
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Vorzugsweise
ist das zweireihige Kegelrollenlager ein Rücken-an-Rücken-Lager, in dem die seitlichen Enden mit
dem kleinen Durchmesser der Kegelrollen in der rechten und linken
Reihe einander gegenüberstehen.
In dieser Konstruktion ist die Distanz zwischen Schnittpunkten der
Mittelachse der Rotation des Lagers mit den Kontaktlinien der Kegelrollen
in der rechten und der linken Reihe und dem inneren und äußeren Ring
(im Folgenden als Distanz zwischen Wirkungspunkten bezeichnet) lang,
das Radiallasttragevermögen
und das Momentlasttragevermögen
können
erhöht
werden.
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Vorzugsweise
hat das zweireihige Kegelrollenlager eine X-Anordnung, in der die
seitlichen Enden der Kegelrollen mit dem breiten Durchmesser in der
rechten und linken Reihe einander gegenüberstehen.
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Vorzugsweise
hat das zweireihige Kegelrollenlager unterschiedliche Rollenlängen in
der rechten und linken Reihe und die Rollenlänge der Rollen in der Reihe,
welche einer hohen Längsbelastung
ausgesetzt ist, ist größer.
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Vorzugsweise
hat das zweireihige Kegelrollenlager unterschiedliche Rollendurchmesser
in der rechten und linken Reihe und der Rollendurchmesser der Rollen
in der Reihe, welche einer hohen Längsbelastung ausgesetzt ist,
ist größer.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung, wenn die Lager, welche eine unterschiedliche Lasttragkraft in
der rechen und linken Reihe besitzen, in der Tragkonstruktion der
vertikalen Welle benutzt werden, in der unterschiedliche Belastungen
auf die rechten und linken Reihen des Lagers wirken, kann die Tragkonstruktion
der vertikalen Welle eine hohe Zuverlässigkeit besitzen und eine
lange Lebenszeit, da die dem Belastungszustand jeder Reihe entsprechende
geeignete Stütze
erzielt werden kann.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine schematische Ansicht, welche ein konventionelles Drehzahlerhöhungsgetriebe
für einen
Windkraftgenerator zeigt;
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2A ist
eine Ansicht, welche den Zustand zeigt, in dem ein paar schrägverzahnter
Getrieberäder
ineinandergreift;
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2B ist
eine Ansicht, welche die Richtung der Belastung zeigt, die während der
Rotation wirksam ist;
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3 ist
ein schematischer Querschnitt, der ein konventionelles Untersetzungsgetriebe
zeigt;
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4 ist
eine Ansicht, welche ein Lager zeigt, das in einer Tragkonstruktion
für ein
Schrägzahnrad
und eine Tragkonstruktion einer vertikalen Welle gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt, in der ein selbstausrichtendes zweireihiges Rollenlager
mit unterschiedlichen Rollenlängen
in der rechten und linken Reihe vorgesehen ist;
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5 ist
eine Ansicht, welche ein Lager zeigt, das in der Tragkonstruktion
eines Schrägzahnrads
und der Tragkonstruktion einer vertikalen Welle gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt, mit einem selbstausrichtenden zweireihigen Rollenlager
mit unterschiedlichen Rollenlängen
in der rechten und linken Reihe und mit dem gleichen Berührungswinkel der
rechten und linken Reihen des Lagers;
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6 zeigt
ein Lager mit einer X-Anordnung, wie es entsprechend der vorliegenden
Erfindung in einer Tragkonstruktion eines Schrägzahnrads und der Tragkonstruktion
einer vertikalen Welle verwendet wird, in dem ein zweireihiges Ke gelrollenlager
mit unterschiedlichen Rollenlängen
in der rechten und der linken Reihe vorgesehen ist;
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7 zeigt
ein Rücken-an-Rücken-Lager, wie
es entsprechend der vorliegenden Erfindung in einer Tragkonstruktion
eines Schrägzahnrads
und der Tragkonstruktion einer vertikalen Welle verwendet wird,
in dem ein zweireihiges Kegelrollenlager mit unterschiedlichen Rollenlängen in
der rechten und der linken Reihe vorgesehen ist; und
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8 ist
eine schematische Darstellung eines Drehzahlerhöhungsgetriebes für einen
Windkraftgenerator entsprechend einer anderen Ausführung der
vorliegenden Erfindung.
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DIE OPTIMALE UMSETZUNG DER
ERFINDUNG
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Bezugnehmend
auf 4 soll ein zweireihiges Rollenlager beschrieben
werden, wie es entsprechend der vorliegenden Erfindung in einer
Tragkonstruktion eines Schrägzahnrads
und der Tragkonstruktion einer vertikalen Welle verwendet wird,
wie in einem Drehzahlerhöhungsgetriebe 1 für einen
Windkraftgenerator, wie in 1 dargestellt,
und in einem Untersetzungsgetriebe 101, wie in 3 dargestellt.
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Das
zweireihige Rollenlager, welches in 4 dargestellt
ist, ist ein selbstausrichtendes zweireihiges Rollenlager 11 mit
einem inneren Ring 12, einem äußeren Ring 13, sphärischen
Rollen 14 und 15, welche in Doppelreihen zwischen
dem inneren Ring 12 und dem äußeren Ring 13 angeordnet sind,
und einer Aufnahme 16 zum Aufnehmen der sphärischen
Rollen 14 und 15.
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Der
innere Ring 12 hat eine Lauffläche längs den Oberflächen der äußeren Durchmesser
der sphärischen
Rollen 14 und 15, und eine Zwischenwange 17,
und der äußere Ring 13 hat
eine gemeinsame Lauffläche
für die
sphärischen
Rollen 14 und 15, welche längs derselben verläuft. In
anbetracht der Rollenlängen
L1 und L2 der sphärischen
Rollen 14 und 15, ist die Länge L2 der
sphärischen
Rolle 15 länger
als L1 der sphärischen Rolle 14.
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Außerdem ergibt
sich in anbetracht der Kontaktwinkel θ1 und θ2, welche zwischen einer Ebene, welche vertikal
zur Mittelachse des Lagers ist, und den Wir kungslinien der resultierenden
Kraft, welche vom inneren Ring 12 und dem äußeren Ring 13 auf die
sphärischen
Rollen 14 und 15 in der rechten und linken Reihe übertragen
werden, daß der
Kontaktwinkel θ2 des Lagers 11b in der rechten
Reihe breiter ist als der Kontaktwinkel θ1 des
Lagers 11a in der linken Reihe.
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Daraus,
daß das
selbstausrichtende zweireihige Rollenlager 11 die oben
beschriebene Konstruktion besitzt, folgt, daß, da die Rollenlänge in der
rechten Reihe von der in der linken Reihe unterschieden ist, die
Lasttragkraft des Lagers 11b der längeren sphärischen Rollen 15 höher sein
kann, als diejenige des Lagers 11a der sphärischen
Rollen 14. Darüber hinaus
kann, da die Kontaktwinkel der rechten und der linken Reihen unterschiedlich
sind, das Längslasttragevermögen des
Lagers 11b in der rechten Reihe mit dem breiteren Kontaktwinkel
höher sein, als
dasjenige des Lagers 11a in der linken Reihe.
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Als
nächstes
wird unter Bezugnahme auf die 5 die Beschreibung
einer anderen Ausführung des
zweireihigen Rollenlagers gegeben, welches in der Tragkonstruktion
eines Schrägzahnrads
und einer Tragkonstruktion einer vertikalen Welle gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet wird.
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Ein
zweireihiges Rollenlager, welches in 5 dargestellt
ist, ist ein selbstausrichtendes zweireihiges Rollenlager 21,
welches einen inneren Ring 22 mit einer Zwischenwange 27 besitzt,
einen äußeren Ring 23 mit
sphärisch
ausgesparter Lauffläche,
sphärische,
in zwei Reihen zwischen dem inneren Ring 22 und dem äußeren Ring 23 angeordnete Rollen 14 und 15 mit
jeweils unterschiedlichen Rollenlängen L1 und
L2 in der rechten und linken Reihe, sowie
eine Aufnahme 26 zum Aufnehmen der sphärischen Rollen 24 und 25.
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Außerdem sind
die Kontaktwinkel θ1 und θ2 der Lager 21a und 21b in
der rechten und der linken Reihe dieselben. Daher können, da
ein symmetrischer Standardring für
den äußeren Ring 23 benutzt werden
kann, die Herstellungskosten niedrig sein. Weiters kann bei der
Messung der Präzision
des äußeren Ringes 23 in
effektiver Weise gemessen werden, da die linken und die rechten
Reihen unter denselben Messbedingungen gemessen werden können.
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Außerdem kann,
obgleich in den in 4 und 5 gezeigten
selbstausrichtenden zweireihigen Rollenlagern als sphärische Rolle
eine symmetrische Rolle verwendet wird, statt derselben eine asymmetrische
Rolle verwendet werden, bei der die maximale Durchmesserposition
der Rolle nicht in der Mitte der Rolle in ihrer Längsrichtung
liegt. In dem Fall, in dem die asymmetrische Rolle verwendet wird, entsteht
bei Belastung des zweireihigen selbstausrichtenden Rollenlagers
eine achsseitige Schublast, und die sphärische Rolle wird gegen die
Zwischenwange gedrückt,
so daß die
Lage der Rolle stabil sein und ein Schräglaufen derselben vermieden
werden kann.
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Darüber hinaus
ist die vorliegende Erfindung, obgleich der innere Ring in der oben
beschriebenen Ausführung
eine Zwischenwange besitzt, nicht hierauf beschränkt. Z. B. kann der innere
Ring ohne Zwischenwange sein, oder er besitzt einen Führungsring,
der von dem inneren Ring oder dem äußeren Ring geführt wird.
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Als
nächstes
wird mit Bezugnahme auf die 6 eine weitere
Ausführung
des zweireihigen Rollenlagers beschrieben, welches gemäß der vorliegenden
Erfindung in der Tragkonstruktion eines Schrägzahnrads und der Tragkonstruktion
einer vertikalen Welle verwendet wird.
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Das
in 6 dargestellte zweireihige Rollenlager ist ein
zweireihiges Kegelrollenlager 31, welches einen inneren
Ring 32 besitzt, in welchem die seitlichen Enden mit dem
breiten Durchmesser zweier innerer Ringelemente aneinanderstoßen, einen äußeren Ring 33,
in dem zwei äußere Ringelemente mit
einem dazwischengeklemmten Füllstück 37 aneinanderstoßen, Kegelrollen 34 und 35,
die zwischen dem inneren Ring 32 und dem äußeren Ring 33 angeordnet
sind und unterschiedliche Rollenlängen in der rechten und der
linken Reihe besitzen, sowie eine Aufnahme 36 zum Aufnehmen
der Kegelrollen 34 und 35.
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Außerdem ist
das zweireihige Kegelrollenlager 31 ein Lager mit X-Anordnung, in dem
die seitlichen Enden der Kegelrollen mit dem breiten Durchmesser
in der rechten und der linken Reihe einander gegenüberstehen.
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Entsprechend
dem zweireihigen Kegelrollenlager 31 mit der oben beschriebenen
Konstruktion ist das Längslasttragevermögen in der
Reihe der längeren
Kegelrolle 35 größer, da
die Länge
L2 der Kegelrolle 35 länger ist
als die Länge
L1 der Kegelrolle 34.
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Außerdem kann
entsprechend dem zweireihigen Kegelrollenlager 31, welches
in 6 dargestellt ist, der innere Ring 32 selbsttragend
gestaltet sein.
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Wenn
die in 4 und 6 dargestellten zweireihigen
Rollenlager auf das Lager 4 des Untersetzungsgetriebes 1 für den Windkraftgenerator,
der in 1 dargestellt ist, angewendet werden, dann ist die
Reihe, in der das Lasttragevermögen
des Lagers erhöht
ist, an der vom Planetenradmechanismus 5 entfernten Seite
angeordnet. Außerdem
ist, wenn sie auf das zweireihige Rollenlager 105 des in 3 dargestellten
Untersetzungsgetriebes 101 angewendet werden, die Reihe
mit dem hohen Längslasttragevermögen des
Lagers an der niedrigeren Seite angeordnet. Daher bieten die Tragkonstruktion
des Schrägzahnrads
und die Tragkonstruktion der vertikalen Welle eine hohe Zuverlässigkeit
und haben eine lange Lebensdauer, da die dem Belastungszustand entsprechende
geeignete Stützkraft
erzielt werden kann.
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Als
nächstes
wird mit Bezugnahme auf die 7 eine weitere
Ausführung
des zweireihigen Rollenlagers beschrieben, welches gemäß der vorliegenden
Erfindung in der Tragkonstruktion eines Schrägzahnrads und der Tragkonstruktion
einer vertikalen Welle verwendet wird.
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Das
in 7 dargestellte zweireihige Rollenlager ist ein
zweireihiges Kegelrollenlager 41 mit einem inneren Ring 42,
in dem die seitlichen Enden zweier innerer Ringelemente mit dem
kleinen Durchmesser aneinanderstoßen, einem äußeren Ring 43, Kegelrollen 44 und 45,
welche zwischen dem inneren Ring 42 und dem äußeren Ring 43 angeordnet
sind und unterschiedliche Rollenlängen in der rechten und der
linken Reihe besitzen, und einer Aufnahme 46 zum Aufnehmen
der Kegelrollen 44 und 45.
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Außerdem ist
das zweireihige Kegelrollenlager 41 ein Rücken-an-Rücken-Lager, in dem die
seitlichen Enden der Kegelrollen mit dem kleinen Durchmesser in
der rechten und linken Reihe einander gegenüber liegen.
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Entsprechend
dem zweireihigen Kegelrollenlager 41 mit der oben beschriebenen
Konstruktion ist – da
die Länge
L1 der Kegelrolle 44 länger ist,
als eine Länge
L2 der Kegelrolle 45 – die Längslasttragekraft in
der Reihe der längeren
Kegelrolle 44 höher.
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Außerdem ist,
da das zweireihige Kegelrollenlager 41 eine Rücken-an-Rücken-Anordnung besitzt, der
Abstand zwischen den Angriffspunkten des Lagers lang, so daß das Querlasttragevermögen und das
Momentlasttragevermögen
verbessert werden können.
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Wenn
das zweireihige Kegelrollenlager 41 auf das Lager 4 des
Untersetzungsgetriebes 1 eines Windkraftgenerators, wie
er in 1 dargestellt ist, angewendet wird, dann wird
ein Lager 41a, das ebenso Längslast wie auch Querlast tragen
kann, an der an den Planetenradmechanismus 5 angrenzenden
Seite angeordnet. Daher bietet, da die dem Belastungszustand entsprechende
geeignete Stützkraft erzielt
werden kann, die Tragkonstruktion des Schrägzahnrads eine hohe Zuverlässigkeit
und hat eine lange Lebensdauer.
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Außerdem ist,
wenn das zweireihige Kegelrollenlager 41 auf das zweireihige
Rollenlager 105 des in 3 dargestellten
Untersetzungsgetriebes 101 angewendet wird, das Lager 41a mit
der hohen Längslasttragekraft
an der höheren
Seite angeordnet. Daher bietet, da die dem Belastungszustand entsprechende
geeignete Stützkraft
erzielt werden kann, die Tragkonstruktion der vertikalen Welle eine hohe
Zuverlässigkeit
und besitzt eine lange Lebensdauer.
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Obgleich
das Lasttragevermögen
in der rechten und linken Reihe des Lagers differenziert sind, indem
die Rollenlängen
in der rechten und linken Reihe in der oben beschriebenen Ausführung, die
in den 4 bis 7 dargestellt sind, differenziert
sind, können
dennoch die Rollendurchmesser in der rechten und linken Reihe differenziert
sein, oder eine Rolle kann eine massive Rolle sein, während die andere
Rolle eine Hohlrolle mit einem Durchbruch zwischen beiden Stirnseiten
ist. Darüber
hinaus kann das Lasttragvermögen
in der rechten und der linken Reihe des Lagers durch Kombination
des oben Dargestellten effektiv differenziert werden.
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Wenn
die Rollendurchmesser in der rechten und linken Reihe des Lagers
voneinander abweichen, dann kann die Lasttragekraft des Lagers mit dem
breiteren Rollendurchmesser größer sein.
Außerdem
kann, wenn jeweils eine Rolle in der rechten und linken Reihe des
Lagers massiv und die andere hohl ist, das Lasttragevermögen des
Lagers, in dem die massive Rolle angeordnet ist, groß sein.
In diesem Fall können,
da Rollen mit der gleichen Länge und
demselben Durchmesser in der rechten und der linken Reihe des Lagers
verwendet werden können, der
innere Ring und der äußere Ring
Standardringe sein, so daß die
Herstellungskosten niedrig sein können.
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Als
nächstes
wird die Konstruktion des Drehzahlerhöhungsgetriebes für den Windkraftgenerator als
der Tragkonstruktion gemäß der vorliegenden
Erfindung mit Bezug zu 8 beschrieben.
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Ein
Drehzahlerhöhungsgetriebe 50 für einen Windkraftgenerator
enthält
ein Drehzahlerhöhungssystem
der ersten Übersetzung
mit einer zusammen mit einem windangetriebenen Blatt rotierenden
Eingangswelle 51, einer Zentralwelle und einem Planetenradmechanismus 55,
das die Drehzahl der Eingangswelle 51 erhöht und auf
die Zentralwelle 52 überträgt, und
ein Drehzahlerhöhungssystem
der zweiten Übersetzung
mit Zentralwellen 52 und 53, einer Ausgangswelle 54,
welche mit dem Generator verbunden ist, und einem Parallelgetriebe,
der die Zentralwellen 52 und 53 und die Ausgangswelle 54 durch
schrägverzahnte
Räder 56 und 59 verbindet.
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Der
Planetenradmechanismus 55 enthält ein Sonnenrad 60,
welches mit der Zentralwelle 52 verbunden ist, und ein
an einem Gehäuse
befestigtes innengezahntes Rad 61, sowie ein Planetenrad 62,
das mit der Eingangswelle 51 durch ein Lager 63 verbunden
ist und mit dem Sonnenrad 60 und dem innengezahnten Rad 61 im
Eingriff steht. Das Schrägzahnrad wird
für das
Sonnenrad 60, das innengezahnte Rad 61 und das
Planetenrad 62 verwendet.
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Die
Zentralwellen 52 und 53 und die Ausgangswelle 54 werden
von zweireihigen Rollenlagern 64 bis 69 getragen,
welche am Gehäuse
befestigt sind.
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Wenn
sich das Planetenrad 62 um das Sonnenrad 60 mit
der Drehung der Eingangswelle 51 herumbewegt, dann steht
das Drehzahlerhöhungssystem
der ersten Übersetzung
mit dem innengezahnten Rad 61 im Eingriff und rotiert.
Das Sonnenrad 60 steht im Eingriff mit dem rotierenden
Planetenrad 62 und überträgt die Rotation
der Eingangswelle 51 auf die Zentralwelle 52.
Dabei wird, je mehr die Anzahl der Zähne des Sonnenrads 60 von
der Anzahl der Zähne
des innengezahnten Rads 61 abweicht, desto mehr die Drehzahl
der Eingangswelle 51 erhöht und auf die Zentralwelle 52 übertragen.
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Das
Drehzahlerhöhungssystem
der zweiten Übersetzung überträgt die Rotation
der Zentralwelle 52 auf die Ausgangswelle 54 mittels
der schrägverzahnten
Räder 56 bis 59 über die
Zentralwelle 53. Dabei wird, je unterschiedlicher die Anzahl
der Zähne zwischen
den schrägverzahnten
Rädern 56 und 57 und
die Anzahl der Zähne
zwischen den schrägverzahnten
Rädern 58 und 59 ist,
desto mehr die Drehzahl der Zentralwelle 52 erhöht und auf
die Ausgangswelle 54 übertragen.
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Obgleich
ein Geradstirnrad für
einen Teil der Räder
oder für
alle Räder
verwendet werden kann, die im Drehzahlerhöhungsgetriebe 50 für den Windkraftgenerator
verwendet werden, so kann bei Verwendung des Schrägzahnrads
das Drehzahlerhöhungsgetriebe
eine geschmeidige Übertragung
und niedrige Vibrationsgeräusche
haben und eine große Kraft übertragen.
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Entsprechend
dem Drehzahlerhöhungsgetriebe 50 für den Windkraftgenerator
wirkt auf Eingangswelle 51, die Zentralwellen 52 und 53 und
die Ausgangswelle 54 eine Längsbelastung, wenn sie mit
dem Schrägzahnrad
im Eingriff stehen. Daher bietet, wenn die in 4 bis 7 dargestellten zweireihigen
Rollenlager als die zweireihigen Rollenlager zum Tragen jeder Welle
verwendet werden, da die dem Belastungszustand der jeweiligen Reihe
entsprechende geeignete Stützkraft
erzielt werden kann, das Drehzahlerhöhungsgetriebe für den Windkraftgenerator
eine hohe Zuverlässigkeit
und besitzt eine lange Lebensdauer.
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Als
nächstes
wird der Fall beschrieben, in dem die in den 4 bis 7 dargestellten
zweireihigen Rollenlager auf das zweireihige Rollenlager zum Tragen
der nachstehenden Ausgangswelle 54 angewendet werden.
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Wenn
die Ausgangswelle 54 gesehen von dem zweireihigen Rollenlager 69 aus
im Uhrzeigersinn rotiert, dann wirkt auf die Ausgangswelle 54 die Längslast
vom Schrägzahnrad 59 in
Richtung der rechten Seite der Zeichnung.
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In
diesem Fall, wenn die in den 4 bis 6 dargestellten
zweireihigen Rollenlager für
die zweireihigen Rollenlager 68 und 69 verwendet
werden, ist die Reihe des Lagers mit der hohen Lasttragekraft in
der Reihe anzuordnen, welche in dem zweireihigen Rollenlager 68 hin
zum Schrägzahnrad 59 liegt,
und in der Reihe, welche in dem zweireihigen Rollenlager 69 von
dem Schrägzahnrad 59 weg liegt.
Unterdessen ist, wenn das in 7 dargestellte zweireihige
Rollenlager für
die zweireihigen Rollenlager 68 und 69 verwendet
wird, die Reihe des Lagers mit der hohen Lasttragekraft in der Reihe,
die in dem zweireihigen Lager 68 weg von dem Schrägzahnrad 59 liegt,
anzuordnen und in der Reihe des zweireihigen Rollenlagers 69,
welche hin zu dem Schrägzahnrad 59 liegt.
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Obgleich
die in den 4 bis 7 gezeigten
Ausführungen
auch auf zweireihige Rollenlager angewendet werden können, welche
die Ausgangswelle 102 des in 3 dargestellten
Untersetzungsgetriebes für
die Haupttrommelgeschwindigkeit trägt, angewendet werden können, so
ist die vorliegende Erfindung nicht hierauf beschränkt. Sie
können
auch auf die Tragkonstruktion der vertikalen Welle angewendet werden,
auf welche die Längsbelastung
durch Gravitation wirkt.
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Auch
wenn die Ausführungen
der vorliegenden Erfindung mit Bezugnahme zu den obengenannten Zeichnungen
beschrieben wurden, so ist die vorliegende Erfindung dennoch nicht
auf die oben abgebildeten Ausführungen
beschränkt.
Zu den abgebildeten Ausführungen
können
innerhalb desselben oder eines gleichen Bereichs verschiedene Arten
von Modifikationen und Variationen hinzugefügt werden.
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INDUSTRIELLE VERWERTBARKEIT
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Die
vorliegende Erfindung kann in vorteilhafter Weise auf die Tragkonstruktion
eines Schrägzahnrads
und die Tragkonstruktion einer vertikalen Welle angewendet werden.
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ZUSAMMENFASSUNG
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In
einer Tragkonstruktion, welche eine Welle eines Schrägzahnrads,
eine Welle eines Drehzahlerhöhungsgetriebes
für einen
Windkraftgenerator mit einem Schrägzahnrad oder eine vertikale
Welle mit Hilfe eines zweireihigen Rollenelementes trägt, ist das
zweireihige Rollenlager so geformt, daß das Lasttragevermögen in der
rechten und der linken Reihe jeweils unterschiedlich ist, so daß das Lasttragevermögen auf
dem Lager in der Reihe, wo das Rollenlager eine starke Längsbelastung
erfährt,
erhöht werden
kann.