Wellengleitlager

Die Erfindung betrifft ein Wellengleitlager, insbesondere ei ner Welle eines Windkraftwerk-Getriebes, mit mindestens einer Gleitfläche, die eine Oberflächenrauheit aufweist. Ferner be trifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines sol chen Wellengleitlagers. Zudem betrifft die Erfindung ein Ge triebe mit zumindest einem solchen Wellengleitlager, einen Antriebsstrang mit einem solchen Getriebe, eine Windkraftan lage mit einem solchen Antriebsstrang sowie eine Industrie- Applikation mit einem solchen Getriebe.

Die Drehzahlen in einem Windkraftwerk-Getriebes hängen von der Schnelllaufzahl ab und liegen im Bereich zwischen sechs bis 20 Umdrehung pro Minute. Die Generatordrehzahl liegt im Bereich zwischen 900 und 2000 Umdrehung pro Minute, so dass das Getriebe eine Schlüsselfunktion aufweist und ein guter Wirkungsgrad von z.B. 98% (Vermeidung hohen Kühlaufwandes) zwingend für einen Markterfolg ist. Dementsprechend ist jede vermeintlich kleine Verbesserung der Gleitlagertechnologie, die eine entscheidende Rolle für das Getriebe spielt, und da mit des Wirkungsgrades, ein bedeutender Schritt.

Wellengleitlager werden in Getrieben für Windkraftanlagen stark beansprucht. Ein unerwünschter Mischreibungsbetrieb ist nicht auszuschließen, insbesondere im Fall von dynamischen Spitzenlasten oder bei der Einzelblattmontage. Hierbei treten sehr hohe Kontaktdrücke bei sehr geringen Gleitgeschwindig keiten auf. Vor diesem Hintergrund muss davon ausgegangen werden, dass keine hydrodynamische Tragfähigkeit vorhanden ist. Lediglich die sogenannte Mikro-Hydrodynamik innerhalb der Oberflächenrauheiten der Gleitflächen der Wellengleitla ger kann zur Schmierung beitragen. Diese Mikro-Hydrodynamik ist jedoch stark eingeschränkt, da während des Einlaufens ei nes Wellengleitlagers eine Glättung der Oberflächenrauheit der Wellengleitlagergleitflächen stattfindet, weshalb bei- spielsweise bei der nachfolgenden Einzelblattmontage die Mir ko-Hydrodynamik vernachlässigbar ist.

Zur Behebung dieser Problematik ist es bekannt, die Gleitflä chen von Wellengleitlagern mit einer Einlauf- bzw. Notlaufbe schichtung zu versehen. Derartige Wellengleitlager werden auch als Mehrschicht-Wellengleitlager bezeichnet. Der Aufwand zur Herstellung eines solchen Mehrschicht-Wellengleitlagers ist allerdings sehr aufwendig und teuer.

Aus dem Stand der Technik ist bereits bekannt:

Die DE 102014 208419 A betrifft eine Lauffläche eines No ckens einer Ventilnockenwelle bekannt.

Die EP 1207 314 A2 betrifft ein translatorisches Gleitlager in einem Verbrennungsmotor zwischen dem Kolben und dem Zylin der.

Die DE 4316 012 Al betrifft ein Verfahren zur Feinbearbei tung von Werkstückoberflächen, insbesondere für die Bohrungen im Zylinder eines Verbrennungsmotors.

Die EP 2341 248 A2 betrifft ein Wälzlager, wobei einzelne Rollen des Wälzlagers mit einer Oberflächenstruktur versehen sind.

Die US 2009/139799 Al beschäftigt sich mit einer Mikrostruk turierung an Zahnrädern.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Wellen gleitlager mit alternativem Aufbau zu schaffen, das die zuvor beschriebene Problematik ganz oder zumindest teilweise besei tigt.

Zur Lösung dieser Aufgabe schafft die vorliegende Erfindung ein Wellengleitlager der eingangs genannten Art, bei dem die Gleitfläche mit einer aus Vertiefungen gebildeten Struktur versehen ist, wobei die Tiefe der Vertiefungen größer als die Oberflächenrauheit und kleiner als 80mpi ist und insbesondere im Bereich zwischen 20-50mpi liegt. Die zusätzlich zur der Gleitfläche eigenen Oberflächenrauheit vorgesehene, aus Ver tiefungen gebildete Struktur fördert die Mikro-Hydrodynamik der entsprechenden Gleitfläche, da der zuvor beschriebene Glättungseffekt durch die Vertiefungen kompensiert wird, de ren Tiefe größer als die Oberflächenrauheit der Gleitfläche ist, weshalb sie nicht oder nur geringfügig geglättet werden und somit auch nach dem Einlaufen noch vorhanden sind.

Die Vertiefungen sind auf der Gleitfläche bevorzugt gleichmä ßig verteilt angeordnet, um der gesamten Gleitfläche eine möglichst einheitliche Mikro-Hydrodynamik zu verleihen.

Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung können Vertiefungen rillenförmig ausgebildet sind, wobei sich ril lenförmig ausgebildete Vertiefungen vorteilhaft quer zur Gleitrichtung erstrecken, was eine besonders gute Wirkung nach sich zieht.

Alternativ oder zusätzlich können Vertiefungen napf- und/oder muldenförmig ausgebildet sein.

Bevorzugt weisen napf- und/oder muldenförmig ausgebildete Vertiefungen im Wesentlichen die Form eines Quaders auf, bei spielsweise mit Abmessungen von 20x20x20pm bis 50x50x50pm.

„Im Wesentlichen" bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Ecken der Quaderform abgerundet sein können. Ebenso können die Seitenflächen eine Neigung aufweisen.

Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist die Ausrichtung napf- und/oder muldenförmig ausgebildete Vertie fungen uneinheitlich. Napf- und/oder muldenförmige Vertiefun gen mit uneinheitlicher Ausrichtung lassen sich einfach und preiswert fertigen, beispielsweise mittels Kugelstrahlen, so dass teure Rollierwerkzeuge mit Prägestempeln entfallen. Die napf- und/oder muldenförmig ausgebildeten Vertiefungen weisen bevorzugt einen Außenumfang im Bereich von 70-300pm auf. Derartige Abmessungen haben sich als sehr effektiv er wiesen.

Vorteilhaft weisen die Vertiefungen einen Flächenanteil von 3-50% der gesamten Gleitfläche auf, insbesondere einen Flä chenanteil von 30-50%. Bei einem solchen Flächenanteil ist eine wirkungsvolle Mikro-Hydrodynamik gewährleistet.

Zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe schafft die vorlie gende Erfindung ferner ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Wellengleitlagers, bei dem die Vertiefungen mittels Wälzprägen, Laserbearbeitung, Sandstrahlen, Kugel strahlen und/oder Erodieren gefertigt werden. Mit diesen Fer tigungsverfahren lassen sich die Vertiefungen mit geringem Aufwand und kostengünstig in die zumindest eine Gleitfläche eines Wellengleitlagers einbringen.

Ferner schafft die vorliegende Erfindung ein Getriebe mit zu mindest einem erfindungsgemäßen Wellengleitlager, insbesonde re in Form eines Planetengetriebes, bei dem beispielsweise die Planetenradräder unter Einsatz erfindungsgemäßer Wellen gleitlager an ihrer zugehörigen Planetenradachse und/oder am zugehörigen Planetenträger gelagert sind.

Zudem schlägt die vorliegende Erfindung vor einen Antriebs strang, umfassend eine Rotorwelle, die drehmomentübertragend mit einem Getriebe verbunden ist, das wiederrum drehmoment übertragend mit einem Generator verbunden ist, wobei das Ge triebe erfindungsgemäß ausgebildet ist.

Darüber hinaus schafft die vorliegende Erfindung eine Wind kraftanlage, umfassend einen Rotor, der an einer Gondel ange bracht ist, wobei an der Gondel ein Antriebsstrang angeordnet ist, der drehmomentübertragend mit dem Rotor verbunden ist, wobei der Antriebsstrang erfindungsgemäß ausgebildet ist. Da bei ist insbesondere eine Rotierwelle des Antriebsstrangs mit dem zumindest einen Wellengleitlager gelagert ist. Des Weiteren schafft die vorliegende Erfindung eine Indus trie-Applikation, umfassend ein Antriebsmittel, das mit einem Getriebe drehmomentübertragend verbunden ist, das mit einer mechanischen Anwendung drehmomentübertragend gekoppelt ist, wobei das Getriebe erfindungsgemäß ausgebildet ist.

Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen der Er findung wird auf die Unteransprüche sowie auf die nachfolgen de Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung verwiesen. In der Zeichnung zeigt

FIG 1 eine schematische perspektivische Ansicht eines radi al wirkenden Wellengleitlagers bzw. Radialgleitlagers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfin dung;

FIG 2 eine vergrößerte Schnittansicht einer Vertiefung, die auf der Gleitfläche des in FIG 1 gezeigten Wel lengleitlagers ausgebildet ist;

FIG 3 eine schematische Seitenansicht eines axial wirkenden Wellengleitlagers bzw. Axialgleitlagers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

FIG 4 eine vergrößerte Schnittansicht einer Vertiefung, die auf der Gleitfläche des in FIG 3 gezeigten Wel lengleitlagers ausgebildet ist;

FIG 5 eine Schnittansicht eines Teilbereiches einer Ausfüh rungsform eines erfindungsgemäßen Getriebes;

FIG 6 eine schematische Schnittansicht einer Ausführungs form einer erfindungsgemäßen Windkraftanlage;

FIG 7 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Antriebsstrangs und FIG 8 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Industrie-Applikation.

Gleiche Bezugsziffern bezeichnen nachfolgend gleiche oder gleichartige Bauteile bzw. Bauteilbereiche.

FIG 1 zeigt ein Wellengleitlager 1 gemäß einer Ausführungs form der vorliegenden Erfindung, bei dem es sich um ein Radi algleitlager handelt. Das Wellengleitlager 1 umfasst eine Hülse 2, die aus einem Wellengleitlagerwerkstoff hergestellt ist und vorliegend an ihrer Außenseite eine Gleitfläche 3 de finiert. Die Gleitfläche 3 weist eine vorbestimmte Oberflä chenrauheit auf, die im vorliegenden Fall lOpm beträgt. Die Innenseite der Hülse 2 dient als Montagefläche zur kraft-, form- oder stoffschlüssigen Befestigung der Hülse 2 an einem Bauteil, wie beispielsweise an einer Planetenradachse eines Getriebes, wie es nachfolgend unter Bezugnahme auf FIG 5 noch näher erläutert ist. Es sollte allerdings klar sein, dass die Gleitfläche 3 alternativ auch an der Innenseite und die Mon tagefläche an der Außenseite der Hülse 2 vorgesehen sein kann. An der Gleitfläche 3 sind vorliegend zwei Schmierstoff sammelaussparungen 4 ausgebildet, die im montierten Zustand des Wellengleitlagers 1 über eine Bohrung 5 mit einem Schmierstoffzuführsystem verbunden sind. Ferner erstreckt sich zwischen den beiden Schmierstoffsammelaussparungen 4 ei ne Schmierstoffversorgungsnut 6, die im montierten Zustand des Wellengleitlagers 1 ebenfalls über eine Bohrung 5 mit ei nem Schmierstoffzuführsystem verbunden ist. Die Gleitfläche 3 ist zudem mit einer Struktur versehen, die vorliegend durch eine Vielzahl von Vertiefungen 7 gebildet ist. Die Tiefe t der jeweiligen Vertiefungen 7 ausgehend von der Außenseite der Gleitfläche 3 ist dabei größer als die Oberflächenrauheit der Gleitfläche 3 und kleiner als 80pm. Vorliegend weisen die Vertiefungen 7 eine im Wesentlichen quaderförmige Form mit Abmessungen von 40x40x40pm auf. FIG 2 zeigt eine Quer schnittansicht einer solchen Vertiefung 7. Es sollte aller dings klar sein, dass auch andere Formen und Abmessungen ge wählt werden können, wie napfförmige Vertiefungen 7 mit bei- spielsweise kreisrundem Querschnitt, rillenförmige Vertiefun gen 7 oder dergleichen. Die Tiefe t sollte 80pm jedoch nicht überschreiten. Der Flächenanteil der Vertiefungen 7 an der gesamten Gleitfläche 3 liegt bevorzugt zwischen 3-50%, vorliegend bei 40%.

FIG 3 zeigt ein Wellengleitlager 1 gemäß einer weiteren Aus führungsform der vorliegenden Erfindung, bei dem es sich um ein Axialgleitlager handelt. Das Wellengleitlager 1 umfasst eine Ringscheibe 8, die aus einem Wellengleitlagerwerkstoff hergestellt ist und an einer Seite eine Gleitfläche 3 defi niert. Die Gleitfläche 3 weist eine vorbestimmte Oberflächen rauheit auf, die vorliegend ebenfalls lOpm beträgt. Die ge genüberliegende Seite bildet eine Montagefläche zur kraft-, form- oder stoffschlüssigen Befestigung der Ringscheibe 8 an einem Bauteil, wie beispielsweise an einer Innenseite einer Planetenträgerwange eines Getriebes, wie es nachfolgend unter Bezugnahme auf FIG 5 noch näher erläutert ist. An der Gleit fläche 3 ist vorliegend eine Mehrzahl von sich sternförmig in radialer Richtung erstreckenden Schmierstoffsammelnuten 4 vorgesehen, die vorliegend am radial einwärts gelegenen Ende offen sind. Am radial auswärts gelegenen Ende werden die Schmierstoffsammelnuten 4 durch schmalere Schmutznuten 9 fortgesetzt die bis zum Außenrand der Ringscheibe 8 geführt sind. Die Gleitfläche 3 ist analog zur ersten Ausführungsform mit einer Struktur versehen, die vorliegend durch eine Viel zahl von Vertiefungen 7 gebildet ist. Die Tiefe t der jewei ligen Vertiefungen 7 ausgehend von der Außenseite der Gleit fläche 3 ist dabei größer als die Oberflächenrauheit der Gleitfläche 3 und kleiner als 80pm. Vorliegend sind die Ver tiefungen 7 rillenförmig ausgebildet und weisen einen Ei förmigen Querschnitt auf. Die Breite b und Tiefe h betragen jeweils 50pm. Eine Querschnittansicht einer Vertiefung 7 zeigt FIG 4. Es sollte allerdings klar sein, dass auch hier für die Vertiefungen 7 andere Formen und Abmessungen gewählt werden können. Die Tiefe t sollte 80pm jedoch nicht über schreiten. Der Flächenanteil der Vertiefungen 7 an der gesam- ten Gleitfläche 3 liegt bevorzugt zwischen 3-50%, vorliegend bei 30%.

Ein wesentlicher Vorteil der in den Figuren 1 und 3 darge stellten Wellengleitlager 1 besteht darin, dass die zusätz lich zur der Gleitfläche 3 eigenen Oberflächenrauheit vorge sehene, aus Vertiefungen 7 gebildete Struktur die Mikro- Hydrodynamik der entsprechenden Gleitfläche 3 deutlich för dert, da ein beim Einlaufen des entsprechenden Wellengleitla gers 1 auftretender, die Oberflächenrauheit der Gleitfläche 3 minimierender Glättungseffekt durch die Vertiefungen 7 kom pensiert wird, deren Tiefe t größer als die Oberflächenrau heit der Gleitfläche 3 ist, weshalb sie nicht oder nur ge ringfügig geglättet werden, somit auch nach dem Einlaufen noch vorhanden sind und zur Mikro-Hydrodynamik beitragen.

Die Vertiefungen 7 der in den Figuren 1 und 3 dargestellten Wellengleitlager 1 sind bevorzugt mittels Wälzprägen, Laser bearbeitung, Sandstrahlen, Kugelstrahlen und/oder Erodieren gefertigt, weshalb sich die Wellengleitlager 1 einfach und preiswert hersteilen lassen.

FIG 5 zeigt einen Teilbereich eines Getriebes 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei dem es sich um ein Planetengetriebe handelt. Genauer gesagt zeigt FIG 5 ein an einem Planetenträger 11 drehbar gelagertes Planetenrad 12 mit zugehöriger Planetenradachse. 13. Die radiale Lagerung des Planetenrads 12 erfolgt unter Verwendung eines in FIG 1 gezeigten Wellengleitlagers 1, das mit seiner Innenseite der Hülse 2 an der Planetenradachse 13 befestigt ist. Für die axiale Lagerung werden zwei in FIG 3 dargestelltes Wellen gleitlager 1 verwendet, die am Planetenträger 11 fixiert sind.

In FIG 6 ist eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Windkraftanlage 14 dargestellt. Die Windkraftanlage 14 um fasst einen Rotor 15, der durch Wind in Drehung versetzbar ist. Der Rotor 15 ist über eine Rotorwelle 16 mit einem er findungsgemäßen Getriebe 10 drehmomentübertragend verbunden. Das Getriebe 10 wiederrum ist drehmomentübertragend mit einem Generator 17 verbunden. Die Rotorwelle 16, das Getriebe 10 und der Generator 17 gehören zu einem Antriebsstrang 18, der in einer Gondel 19 der Windkraftanlage 14 aufgenommen ist.

Der Generator 17 weist zwei, drei, oder vier Poolpaare auf.

FIG 7 zeigt einen schematischen Aufbau einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Antriebsstrangs 18, der in einer nicht näher dargestellten Windkraftanlage 14 oder in einer nicht näher dargestellten Industrie-Applikation 20 einsetzbar ist. Der Antriebsstrang 18 umfasst ein erfindungsgemäßes Ge triebe 10, das eingangsseitig mit einem Antriebsmittel 21 oder einem Rotor 15 der Windkraftanlage 14 verbunden ist und dem so eine Antriebsleistung zugeführt wird. In einer Wind kraftanlage 14 erfolgt dies mittels einer Rotorwelle 16. Das Getriebe 10 umfasst vorliegend Planetenstufen 22, 23 und 24 sowie eine Stirnradstufe 25, die hintereinander angeordnet sind. Die Getriebestufen 22, 23, 24 und 25 geben eine Ab triebsleistung an einen Generator 17 oder eine mechanische Anwendung 26 ab.

In FIG 8 ist schematisch der Aufbau einer Ausführungsform ei ner erfindungsgemäßen Industrie-Applikation 20 dargestellt, die über ein Antriebsmittel 21 verfügt. Das Antriebsmittel 21 ist dazu ausgebildet, eine Antriebsleistung bereitzustellen, die durch eine drehmomentübertragende Verbindung an ein er findungsgemäßes Getriebe 10 transportiert wird. Das Getriebe 10 ist wiederrum drehmomentübertragend mit einer mechanischen Anwendung 26 verbunden, um eine Abtriebsleistung zur mechani schen Anwendung 26 zu transportieren.

Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausfüh rungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele einge schränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.