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Dokumentenidentifikation DE202004007831U1 26.08.2004
Titel Mehrreihiges Wälzlager für eine Windenergieanlage
Anmelder AB SKF, Göteborg/Gotenburg, SE
Vertreter Gosdin, M., Dipl.-Ing.Univ. Dr.-Ing., Pat.-Anw., 97422 Schweinfurt
DE-Aktenzeichen 202004007831
Date of advertisement in the Patentblatt (Patent Gazette) 26.08.2004
Registration date 22.07.2004
Application date from patent application 14.05.2004
IPC-Hauptklasse F16L 19/00
IPC-Nebenklasse F16C 33/60   F03D 11/00   

Beschreibung[de]

Windenergieanlagen sind in vielen unterschiedlichen Ausführungsformen bekannt, wobei einige grundlegende Konstruktionselemente bei fast allen Ausführungsformen vorhanden sind. So weist eine Windenergieanlage typischerweise einen Rotor auf, der durch die Einwirkung des Windes auf mehrere Rotorblätter, die an einer Rotorwelle befestigt sind, in Drehung versetzt wird. Die Rotorwelle ist mittels eines Lagers drehbar in einem Maschinenhaus gelagert und treibt direkt oder über ein Getriebe einen Generator an. Weitere Lager können zum Schwenken der Rotorblätter um ihre Längsachse und zum Schwenken des Maschinenhauses um eine vertikale Achse vorgesehen sein. Um eine möglichst wirtschaftliche Nutzung der Windenergie zu erreichen, werden Windenergieanlagen mit zunehmend größeren Nennleistungen errichtet. Dementsprechend kommen immer größere Lager zum Einsatz und es wird immer aufwendiger, die Lager zu montieren bzw. zu demontieren. Eine weitere Erschwernis für die Montage und die Demontage der Lager resultiert daraus, dass Windkraftanlagen nicht nur an Land, sondern insbesondere bei großen Nennleistungen auch in küstennahen Gewässern errichtet werden.

Es sind bereits Lager für Windenergieanlagen bekannt, bei denen die Lagerringe in Umfangsrichtung segmentiert ausgebildet sind, um die Montage und Demontage der Lager zu erleichtern. So offenbart die DE 201 16 649 U1 ein Lager, insbesondere ein Wälzlager, bei dem wenigstens ein Lagerring durch mindestens vier Segmente gebildet wird. Mindestens einem der Segmente sind Mittel zugeordnet, mit denen das Segment in radialer Richtung verstellt werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein mehrreihiges Wälzlager für eine Windenergieanlage so auszubilden, dass einerseits eine präzise Lagerung und andererseits eine einfache Montage und Demontage des Wälzlagers gewährleistet sind.

Diese Aufgabe wird durch ein mehrreihiges Wälzlager mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Das erfindungsgemäße Wälzlager zur drehbaren Lagerung eines ersten Maschinenteils, insbesondere einer Rotorwelle, relativ zu einem zweiten Maschinenteil einer Windenergieanlage ist mehrreihig ausgebildet und weist einen ersten Lagerring, einen zweiten Lagerring sowie mehrere Sätze von rollenförmig ausgebildeten Wälzkörpern auf, die zwischen dem ersten Lagerring und dem zweiten Lagerring abrollen. Wenigstens einer der Lagerringe ist in Umfangsrichtung aus wenigstens drei Segmenten zusammengesetzt. Die Besonderheit des erfindungsgemäßen Wälzlagers besteht darin, dass der zweite Lagerring einen Befestigungsflansch zum Befestigen des zweiten Lagerrings am zweiten Maschinenteil aufweist.

Die Erfindung hat den Vorteil, dass eine Montage und eine Demontage des Wälzlagers leicht möglich sind und hierzu bei einer Segmentierung beider Lagerringe ein Ausbau des ersten oder zweiten Maschinenteils nicht erforderlich ist. Der Befestigungsflansch ermöglicht eine gute Handhabbarkeit und eine zuverlässige Befestigung bei einem relativ geringen Eigengewicht.

Im Bereich des Befestigungsflansches kann wenigstens eine Axialbohrung ausgebildet sein. Insbesondere kann die Axialbohrung einen in Umfangsrichtung des Befestigungsflansches vergrößerten Querschnitt aufweisen. Auf diese Weise kann mit einfachen Mitteln eine kombinierte Befestigungs- und Justagemöglichkeit bereitgestellt werden.

Um eine möglichst hohe Stabilität bei vergleichsweise geringem Gewicht zu erreichen, kann der zweite Lagerring vom Befestigungsflansch ausgehende Verstärkungsrippen aufweisen.

Der erste Lagerring kann wenigstens einen axialen Fortsatz zur Befestigung am ersten Maschinenteil aufweisen. Insbesondere kann der axiale Fortsatz eine geringere radiale Erstreckung aufweisen als der benachbarte Bereich des ersten Lagerrings. Ähnlich wie beim Befestigungsflansch ist dadurch eine zuverlässige Befestigung bei einem niedrigen Gesamtgewicht möglich. Im Bereich des axialen Fortsatzes kann wenigstens eine Radialbohrung beispielsweise zum Aufnehmen einer Befestigungsschraube ausgebildet sein. Um zudem eine Justierbarkeit des ersten Lagerrings zu ermöglichen, weist die Radialbohrung vorzugsweise in Axialrichtung des axialen Fortsatzes einen vergrößerten Querschnitt auf.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Wälzlagers weisen die Segmente des ersten Lagerrings und/oder die Segmente des zweiten Lagerrings im Bereich wenigstens je einer der beiden Stirnflächen, welche die Segmente in Umfangsrichtung begrenzen, je ein Dichtelement auf. Dabei verläuft die Haupterstreckung des Dichtelements vorzugsweise in Axialrichtung. Auf diese Weise können die Lagerringe in Radialrichtung abgedichtet werden. Um eine zuverlässige Abdichtung zu erzielen kann das Dichtelement sich über die gesamte axiale Breite des zugehörigen Segments erstrecken. Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Dichtelement stoffschlüssig mit dem zugehörigen Segment verbunden ist.

Dadurch ist ein korrekter Sitz der Dichtelemente zuverlässig gewährleistet, ohne dass bei einer Montage der Segmente eigens darauf geachtet werden müsste.

In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Wälzlagers sind die Segmente des ersten Lagerrings und/oder die Segmente des zweiten Lagerrings in Axialrichtung einteilig ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass die bei einer zweiteiligen Ausbildung erforderliche Justage entfällt.

Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf eine Windenergieanlage mit dem erfindungsgemäßen Lager, wobei der erste Lagerring am ersten Maschinenteil und der zweite Lagerring im Bereich seines Befestigungsflansches am zweiten Maschinenteil befestigt sind.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Windenergieanlage ist der zweite Lagerring relativ zum zweiten Maschinenteil in Radialrichtung verschiebbar und festlegbar. Dadurch werden eine Justage des zweiten Lagerrings und bei einer segmentierten Ausbildung des zweiten Lagerrings die Einstellung eines definierten Spiels oder einer definierten Vorspannung ermöglicht. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der zweite Lagerring mittels wenigstens eines Exzenters verschiebbar ist. Auf diese Weise kann mit einer sehr kompakten und einfach aufgebauten Anordnung eine hohe Präzision bei der Justage erreicht werden.

Der erste Lagerring kann relativ zum ersten Maschinenteil in Axialrichtung verschiebbar und festlegbar sein, so dass die beiden Lagerringe exakt zueinander positioniert werden können. Die Segmente des ersten Lagerrings und/oder die Segmente des zweiten Lagerrings können jeweils unabhängig voneinander verschiebbar und festlegbar sein. Dies erlaubt eine Justage mit vielen Freiheitsgraden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand des in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Es zeigen:

1 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Wälzlagers, das in einer Windenergieanlage montiert ist, in Schnittdarstellung,

2 ein Ausführungsbeispiel für ein Innenringsegment des erfindungsgemäßen Wälzlagers in Aufsicht und

3 ein Ausführungsbeispiel für ein Außenringsegment des erfindungsgemäßen Wälzlagers in Aufsicht.

1 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Wälzlagers, das in einer Windenergieanlage montiert ist, in Schnittdarstellung. Das Wälzlager weist einen zweireihigen Innenring 1 auf, der in Umfangsrichtung aus wenigstens drei Innenringsegmenten 2 zusammengesetzt ist. Alternativ zu einem zweireihigen Innenring 1 können auch zwei einreihige Innenringe 1 axial benachbart angeordnet sein. Ebenso kann auch auf die Segmentierung des Innenrings 1 verzichtet werden und der Innenring 1 in Umfangsrichtung einteilig ausgebildet werden. Dies ist sowohl bei einer einreihigen als auch bei einer zweireihigen Ausbildung des Innenrings 1 möglich. Weiterhin ist ein zweireihiger Außenring 3 vorgesehen, der in Umfangsrichtung aus wenigstens drei Außenringsegmenten 4 zusammengesetzt ist.

Zwischen dem Innenring 1 und dem Außenring 3 rollen zwei Sätze von leicht kegelig geformten Wälzkörpern 5 ab. Die Wälzkörper 5 können beispielsweise auch zylindrisch geformt sein. Für die Führung der Wälzkörper 5 sind zwei Käfige 6 vorgesehen, die vorzugsweise entsprechend dem Innenring 1 und dem Außenring 3 segmentiert sind. Die Käfige 6 können auch entfallen.

Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel wird mit dem erfindungsgemäßen Wälzlager ein Rotor einer Windenergieanlage drehbar gelagert. Hierzu ist der Innenring 1 drehfest auf einer hohl ausgebildeten Rotorwelle 7 angeordnet. Der Außenring 3 ist drehfest mit einem Halterahmen 8 eines Maschinenhauses verbunden. Im Hinblick auf die Segmentierung des Innenrings 1 und des Außenrings 3 bedeutet dies, dass jedes Innenringsegment 2 an der Rotorwelle 7 und jedes Außenringsegment 4 am Halterahmen 8 befestigt ist. Hierzu weisen die Innenringsegmente 2 jeweils zwei axiale Fortsätze 9 auf, die in Radialrichtung wesentlich dünner ausgebildet sind, als die daran angrenzenden Bereiche der Innenringsegmente 2. Die axialen Fortsätze 9 der Innenringsegmente 2 sind jeweils mit mehreren Radialbohrungen 10 versehen, die als Langloch-Bohrungen ausgeführt sind, deren Längsseiten in Axialrichtung verlaufen. Durch die Radialbohrungen 10 sind Schrauben 11 hindurchgeführt und in radiale Gewindebohrungen 12 in der Rotorwelle 7 eingeschraubt. Solange die Schrauben 11 noch nicht festgezogen sind, können die Innenringsegmente 2 somit geringfügig in Axialrichtung verschoben und dadurch justiert werden.

Zur Befestigung der Außenringsegmente 4 am Halterahmen 8 weisen diese jeweils einen Befestigungsflansch 13 auf, der sich radial nach außen erstreckt. Jeder Befestigungsflansch 13 ist mit mehreren Axialbohrungen 14 versehen, die als Langloch-Bohrungen mit in Umfangsrichtung verlaufenden Längsseiten ausgebildet sind. Die Form der Axialbohrungen 14 geht insbesondere aus 3 hervor. In die Axialbohrungen 14 sind Exzenterhülsen 15 eingeführt, die jeweils eine exzentrisch angeordnete Bohrung 16 und einen beispielsweise als Sechskant ausgebildeten Kragen 17 aufweisen. Die Bohrungen 16 dienen als Führungen für Schrauben 18, die durch die Bohrungen 16 hindurch gesteckt und in axiale Gewindebohrungen 19 im Halterahmen 8 eingeschraubt sind.

Solange die Schrauben 18 nicht festgezogen sind, können die Exzenterhülsen 15 jeweils durch Ansetzen eines Werkzeugs am Kragen 17 verdreht werden. Dies führt bedingt durch die Form der Axialbohrungen 14 zu einer Verschiebung des zugehörigen Außenringsegments 4 in Radialrichtung. Somit können die Außenringsegmente 4 durch Verdrehen der Exzenterhülsen 15 radial justiert werden und es kann ein Spiel bzw. eine Vorspannung des Wälzlagers gemäß einem gewünschten Wert eingestellt werden. Durch Festziehen der Schrauben 18 kann diese Einstellung konserviert werden.

Prinzipiell ist eine Radialverschiebung der Außenringsegmente 4 in analoger Weise wie bei der Axialverschiebung der Innenringsegmente 2 auch ohne Exzenterhülsen 15 möglich, wenn man den Querschnitt der Axialbohrungen 14 in Radialrichtung vergrößert. Allerdings ermöglichen die Exzenterhülsen 15 eine sehr feinfühlige und reproduzierbare Einstellung, so dass der Nutzen der Exzenterhülsen 15 den damit verbundenen Zusatzaufwand in der Regel überwiegt. Für die Axialverschiebung der Innenringsegmente 2 ist jedoch keine so hohe Präzision erforderlich, so dass hierfür die bereits beschriebene direkte Verstellmöglichkeit ohne Exzenterhülsen 15 in den meisten Fällen ausreicht. Wird eine höhere Präzision gewünscht, so kann auch hier eine Exzenter-Einstellung vorgesehen werden.

Um eine ausreichende mechanische Stabilität bei einem möglichst geringen Gewicht zu erreichen, weisen die Außenringsegmente 4 jeweils mehrere Verstärkungsrippen 20 auf, die sich zwischen dem Befestigungsflansch 13 und der äußeren Mantelfläche des Außenringsegments 4 erstrecken und dadurch den Befestigungsflansch 13 stabilisieren.

Weiterhin weisen die Außenringsegmente 4 streifenförmige Dichtelemente 21 auf, die jeweils auf den Stirnseiten angeordnet sind, mit denen die einzelnen Außenringsegmente 4 in Umfangsrichtung aneinandergrenzen. Die Dichtelemente 21 können beispielsweise aufgeklebt, aufvulkanisiert oder angespritzt sein und erstrecken sich in Axialrichtung vorzugsweise über die gesamte axiale Breite der Außenringsegmente 4. Im montierten Zustand der Außenringsegmente 4 dichten die Dichtelemente 21 die zwischen benachbarten Außenringsegmenten 4 verbleibenden Spalte ab, so dass ein Entweichen eines im Wälzlager vorgehaltenen Schmiermittels radial nach außen vermieden wird. Ein Dichtelement 21 pro Außenringsegment 4 ist hierfür bereits ausreichend. Ebenso kann mit den Dichtelementen 21 ein Eindringen von Schmutz in das Wälzlager verhindert werden. In der Regel werden zur Abdichtung des Wälzlagers zusätzlich zu den Dichtelementen 21 nicht figürlich dargestellte und für sich bekannte Dichtungen in den Radialspalten zwischen dem Innenring 1 und dem Außenring 3 auf beiden Seiten des Wälzlagers vorgesehen.

2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein Innenringsegment 2 in Aufsicht. Drei dieser Innenringsegmente 2 werden in Umfangsrichtung aneinandergereiht an der Rotorwelle 7 befestigt, um den Innenring 1 des in 1 dargestellten Wälzlagers auszubilden. Die Innenringsegmente 2 können auch kleiner ausgebildet werden, so dass eine größere Zahl von Innenringsegmenten 2 für die Ausbildung des Innenrings 1 benötigt wird.

3 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein Außenringsegment 4 in Aufsicht. Analog zum Innenring 1 werden für die Ausbildung des Außenrings 3 des in 1 dargestellten Wälzlagers drei Außenringsegmente 4 in Umfangsrichtung aneinandergereiht am Halterahmen 8 befestigt. Dabei kann der Außenring 3 auch durch mehr als drei Außenringsegmente 4 ausgebildet werden. Im montierten Zustand der Außenringsegmente 4 liegen die Dichtelemente 21 jeweils dichtend am benachbarten Außenringsegment 4 an, so dass ein in Radialrichtung abgedichteter Außenring 3 ausgebildet wird.

Sowohl die Innenringsegmente 2 als auch die Außenringsegmente 4 können jeweils einzeln und ohne Ausbau der Rotorwelle 7 montiert und demontiert werden. Eine Montage oder Demontage eines in Axialrichtung einteilig ausgebildeten Innenringsegments 2 ist allerdings in der Regel nur möglich, wenn wenigstens ein Außenringsegment 4 demontiert ist.

Das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel kann in vielfältiger Weise abgewandelt werden. Beispielsweise können die Innenringsegmente 2 so abgewandelt werden, dass sie mit Schrauben 11, die von innen durch die hohle Rotorwelle 7 hindurchgeführt werden, festgeschraubt werden. In entsprechender Weise kann auch ein nicht segmentierter Innenring 1 befestigt werden. Weiterhin ist es je nach der vorgesehenen Einbauumgebung möglich, dass die Innenringsegmente 2 Befestigungsflansche 13 aufweisen. In diesem Fall können die Außenringsegmente 4 flanschlos ausgebildet sein.

1 Innenring 2 Innenringsegment 3 Außenring 4 Außenringsegment 5 Wälzkörper 6 Käfig 7 Rotorwelle 8 Halterahmen 9 axialer Fortsatz 10 Radialbohrung 11 Schraube 12 radiale Gewindebohrung 13 Befestigungsflansch 14 Axialbohrung 15 Exzenterhülse 16 Bohrung 17 Kragen 18 Schraube 19 axiale Gewindebohrung 20 Verstärkungsrippe 21 Dichtelement

Anspruch[de]
  1. Mehrreihiges Wälzlager zur drehbaren Lagerung eines ersten Maschinenteils (7), insbesondere einer Rotorwelle, relativ zu einem zweiten Maschinenteil (8) einer Windenergieanlage, mit einem ersten Lagerring (1), einem zweiten Lagerring (3), mehreren Sätzen von rollenförmig ausgebildeten Wälzkörpern (5), die zwischen dem ersten Lagerring (1) und dem zweiten Lagerring (3) abrollen, wobei wenigstens einer der Lagerringe (1, 3) in Umfangsrichtung aus wenigstens drei Segmenten (2, 4) zusammengesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Lagerring (3) einen Befestigungsflansch (13) zum Befestigen des zweiten Lagerrings (3) am zweiten Maschinenteil (8) aufweist.
  2. Wälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Befestigungsflansches (13) wenigstens eine Axialbohrung (14) ausgebildet ist.
  3. Wälzlager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Axialbohrung (14) einen in Umfangsrichtung des Befestigungsflansches (13) vergrößerten Querschnitt aufweist.
  4. Wälzlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Lagerring (3) vom Befestigungsflansch (13) ausgehende Verstärkungsrippen (20) aufweist.
  5. Wälzlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Lagerring (1) wenigstens einen axialen Fortsatz (9) zur Befestigung am ersten Maschinenteil (7) aufweist.
  6. Wälzlager nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der axiale Fortsatz (9) eine geringere radiale Erstreckung aufweist als der benachbarte Bereich des ersten Lagerrings (1).
  7. Wälzlager nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des axialen Fortsatzes (9) wenigstens eine Radialbohrung (10) ausgebildet ist.
  8. Wälzlager nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Radialbohrung (10) einen in Axialrichtung des axialen Fortsatzes (9) vergrößerten Querschnitt aufweist.
  9. Wälzlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmente (2) des ersten Lagerrings (1) und/oder die Segmente (4) des zweiten Lagerrings (3) im Bereich wenigstens je einer der beiden Stirnflächen, welche die Segmente (2, 4) in Umfangsrichtung begrenzen, je ein Dichtelement (21) aufweisen.
  10. Wälzlager nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Haupterstreckung des Dichtelements (21) in Axialrichtung verläuft.
  11. Wälzlager nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (21) sich über die gesamte axiale Breite des zugehörigen Segments (2, 4) des ersten oder zweiten Lagerrings (1, 3) erstreckt.
  12. Wälzlager nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (21) stoffschlüssig mit dem zugehörigen Segment (2, 4) des ersten oder zweiten Lagerrings (1, 3) verbunden ist.
  13. Wälzlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmente (2) des ersten Lagerrings (1) und/oder die Segmente (4) des zweiten Lagerrings (3) in Axialrichtung einteilig ausgebildet sind.
  14. Windenergieanlage mit einem ersten Maschinenteil (7), an dem ein erster Lagerring (1) befestigt ist, einem zweiten Maschinenteil (8), an dem ein zweiter Lagerring (3) befestigt ist, mehreren Sätzen von rollenförmig ausgebildeten Wälzkörpern (5), die zwischen dem ersten Lagerring (1) und dem zweiten Lagerring (3) abrollen, wobei wenigstens einer der Lagerringe (1, 3) in Umfangsrichtung aus wenigstens drei Segmenten (2, 4) zusammengesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Lagerring (3) einen Befestigungsflansch (13) aufweist und im Bereich des Befestigungsflansches (13) am zweiten Maschinenteil (8) befestigt ist.
  15. Windenergieanlage nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Lagerring (3) relativ zum zweiten Maschinenteil (8) in Radialrichtung verschiebbar und festlegbar ist.
  16. Windenergieanlage nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Lagerring (3) mittels wenigstens eines Exzenters (15) verschiebbar ist.
  17. Windenergieanlage nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Lagerring (1) relativ zum ersten Maschinenteil (7) in Axialrichtung verschiebbar und festlegbar ist.
  18. Windenergieanlage nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmente (2) des ersten Lagerrings (1) und/oder die Segmente (4) des zweiten Lagerrings (3) jeweils unabhängig voneinander verschiebbar und festlegbar sind.
  19. Windenergieanlage nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Maschinenteil (7) als eine Rotorwelle ausgebildet ist.
Es folgt ein Blatt Zeichnungen






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