DE102006037890B4

DE102006037890B4 - Lagerung einer Welle

Info

Publication number: DE102006037890B4
Application number: DE102006037890A
Authority: DE
Inventors: Werner Göbel; Reiner Wagner
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2006-08-11
Filing date: 2006-08-11
Publication date: 2010-04-08
Anticipated expiration: 2026-08-12
Also published as: DE102006037890A1

Abstract

Lagerung, die in einer Maschine auf einem Turm einer Windenergieanlage angeordnet ist, in Form einer Dreipunktabstützung, beinhaltend folgende Merkmale:
– Eine Hauptwelle der Windenergieanlage,
– die Lagerung der Hauptwelle besteht aus genau einer Lagerstelle mit einem Toroidalrollenlager, welches als Rotorhauptlager eine Rotorwelle rotorseitig abstützt,
– die Hauptwelle ist mit einem Planetenträger eines Planetengetriebes gekoppelt, welches die Funktion des zweiten Rotorlagers übernimmt, und
– der Planetenträger ist in einem Getriebegehäuse des Planetengetriebes über ein Festlager drehbar gelagert.

Description

Die Erfindung betrifft eine Lagerung einer Welle einer Maschine.
Beispielsweise aus der Beschreibungseinleitung der EP 1 197 677 B1 ist ein Antriebsstrang einer Windkraftanlage bekannt, der mittels einer sogenannten Dreipunktlagerung auf einem Maschinenträger gelagert ist. Dabei ist eine mit einem Getriebe gekoppelte Rotorhauptwelle der Windkraftanlage über ein lagerspielbehaftetes Stehlager sowie über ein Gehäuse des Getriebes mit dem Maschinenträger verbunden, wobei das Gehäuse genauer gesagt an zwei Punkten mit dem Maschinenträger über axial steife Elastomerlager verbunden ist. Die am Rotor entstehenden Kräfte und Momente werden somit vom Stehlager und den zwei Elastomerlagern auf den Maschinenträger übertragen. Das Lagerspiel des Stehlagers und das axiale Steifigkeitsverhaltenheit der Elastomerlager lassen eine unkontrollierte Axialverschiebung des Getriebes bzw. Antriebsstranges zu, was mit Nachteil hohe Rückstell- und Impulskräfte auf die Wälzlager der Getriebewellen bewirkt und dadurch die Lebensdauer der Getriebewälzlager beeinträchtigt.
Aus der DE 10 2006 027 543 A1 ist eine Windkraftanlage bekannt, bei der eine Hauptwelle über zwei Lagerstellen verfügt, wobei rotorseitig ein CARB-Lager vorgesehen ist und getriebeseitig ein zweireihiges Kegelrollenlager in O-Anordnung. Jenseits der zweiten als Kegelrollenlagerung ausgebildeten Lagerstelle ist die Hauptwelle über eine Zahnkupplung mit einem Planetenträger eines Planetengetriebes verbunden, wobei der Planetenträger über ein Lager drehbar in einem Getriebegehäuse gelagert ist.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es dabei, eine verbesserte Lagerung einer Welle einer Maschine derart zu schaffen, dass vorausgehend genannte Nachteile gemildert sind.
Die Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Eine Lagerung, die in einer Maschine auf einem Turm einer Windenergieanlage angeordnet ist, in Form einer Dreipunktabstützung, beinhaltet folgende Merkmale:

– Eine Hauptwelle der Windenergieanlage,
– die Lagerung der Hauptwelle besteht aus genau einer Lagerstelle mit einem Toroidalrollenlager, welches als Rotorhauptlager eine Rotorwelle rotorseitig abstützt,
– die Hauptwelle ist mit einem Planetenträger eines Planetengetriebes gekoppelt, welches die Funktion des zweiten Rotorlagers übernimmt, und
– der Planetenträger ist in einem Getriebegehäuse des Planetengetriebes über ein Festlager drehbar gelagert.

Die Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, dass im Rahmen einer Windenergieanlage die klassische Dreipunktabstützung, sich zusammensetzend aus einem Rotorhauptlager, das die Rotorwelle rotorseitig abstützt, und einem zweiten Rotorlager, dessen Funktion von einem an die Rotorwelle angekuppelten Getriebe übernommen wird, das Getriebe körperschallisoliert an den Grundrahmen angebunden ist und die Gesamtkonstruktion aus Gründen minimalen Gewichts sehr nachgiebig ist, so dass ein winkeleinstellbares Lager als Rotorhauptlager erforderlich ist. Im allgemeinen wird dabei als Rotorhauptlager ein Pendelrollenlager als Festlager eingesetzt, das den Nachteil einer Spielbehaftung, wie auch in der EP 1 197 677 B1 beschrieben, mit sich bringt. Der Antriebsstrang ist somit in axialer Richtung innerhalb des axialen Lagerspiels vergleichsweise frei, so dass insbesondere bei stark wechselnden Lastverhältnissen, wie sie für Windkraftanlagen typisch sind, insbesondere die Komponenten des Antriebsstrangs infolge von Massenbeschleunigung einer entsprechend hohen Dynamik ausgesetzt sind, die sich negativ auf die Gebrauchsdauer aller Komponenten, insbesondere der Komponenten innerhalb des Getriebes auswirkt. Diesem Nachteil wird nunmehr erfindungsgemäß dadurch begegnet, dass die Festlagerfunktion in das Getriebe verlegt wird und als Hauptlager ein Toroidalrollenlager eingesetzt wird, das mit Vorteil die Eigenschaften des Loslagers und der Winkeleinstellbarkeit in sich vereint. Ein derartiges Toroidalrollenlager ist beispielsweise aus der EP 0 175 858 B1 und in einer Ausführungsform unter der Marke CARB^® bekannt.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der Figuren. Dabei zeigen:
1 als Prinzipskizze einen Längsschnitt durch die Lagerung einer Rotorwelle einer Windenergieanlage in einer ersten Ausführungsform und
2 als Prinzipskizze einen Längsschnitt durch eine Lagerung einer Rotorwelle einer Windenergieanlage in einer zweiten Ausführungsform.
Die 1 zeigt als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in Form einer Prinzipskizze einen Längsschnitt durch die Lagerung einer Rotorwelle 5 einer Windenergieanlage in einer ersten Ausführungsform. Am antriebsseitigen axialen Ende der Rotorwelle 5, was in der 1 der linken Seite entspricht, ist die Rotorwelle 5 mittels eines Toroidalrollenlagers 10 gelagert. Ein Gehäuse des Toroidalrollenlagers 10 ist dabei fest mit einer Grundkonstruktion 30 eines Maschinenhauses der Windenergieanlage verbunden, das am oberen Ende eines Turms mit diesem drehbar verbunden ist. Am antriebsseitigen axialen Ende ist die Rotorwelle 5 weiterhin mit einem Flansch ausgebildet, an dem wiederum eine Nabe befestigbar ist, von der die im wesentlichen senkrecht zur Rotorwelle 5 stehenden Rotorblätter ausgehen.
Das Toroidalrollenlager 10 ist dabei derart ausgebildet, dass die Drehachsen der Rollen im wesentlichen parallel zu den Hauptachsen der Laufbahnelemente verlaufen, wenn die Hauptachsen zusammenfallen, die Rollen und die Laufbahnen einander entsprechend gekrümmte Längsschnittprofile mit Krümmungsradien aufweisen, die wesentlich größer als der größte Abstand zwischen der Laufbahnachse und den Laufbahnflächen sind, und die Rollen zwischen den Laufbahnen axial beweglich angeordnet sind, ohne durch axiale Begrenzungen an den Laufbahnen oder durch begrenztes Axialspiel eines Käfigs behindert zu sein, so dass eine relative Schiefstellung und axiale Verschiebbarkeit der Laufflächen ermöglicht ist, wobei die relative Schiefstellung oder Verschiebbarkeit lediglich durch die radialem Druck zwischen den Laufbahnen ausgesetzten Rollen begrenzt ist.
Am abtriebsseitigen axialen Ende, was in der 1 rechts entspricht, ist die Rotorwelle 5 mit einem Planetengetriebe 20, genauer gesagt mit einem Planetenträger des Planetengetriebes 20 gekoppelt. Dabei ist der Planetenträger in einem Getriebegehäuse 22 des Planetengetriebes 20 über ein Festlager drehbar gelagert. Insbesondere ist besagtes Festlager als ein zweireihiges, entsprechend vorgespanntes Kegelrollenlager ausgebildet. Weiterhin umfasst das Getriebegehäuse 22 zwei ohrenartige Auskragungen 24, von denen jede mit einem Loch versehen ist, wobei in jedem der Löcher wiederum ein entsprechender Bolzen 32 befestigt ist, der wiederum fest mit der Grundkonstruktion 30 des Maschinenhauses verbunden ist. Dieses Konzept reduziert die dynamischen Lasten maximal, da das Getriebe und somit das Festlager starr angebunden ist.
Die 2 zeigt als ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung in Form einer Prinzipskizze einen Längsschnitt durch eine Lagerung einer Rotorwelle 5' einer Windenergieanlage in einer zweiten Ausführungsform. Dabei unterscheidet sich die zweite Ausführungsform der 2 von der ersten Ausführungsform gemäß der 1 im wesentlichen dadurch, dass die Löcher der Auskragungen 24' des Getriebegehäuses 22' bezüglich der Bolzen 32' derart gestaltet sind, dass prinzipiell eine Beweglichkeit des Getriebegehäuses 22' in axialer Richtung bezüglich der Grundkonstruktion 30' des Maschinenhauses möglich ist, wobei das Getriebegehäuse 22' insbesondere im Bereich besagter Auskragungen 24' über schwingungsentkoppelnde bzw. dämpfende Feder-Dämpfer-Elemente 34', beispielsweise in der Ausbildung als Elastomerlager, mit der Grundkonstruktion 30' verbunden ist. Dabei sind die Feder-Dämpfer-Elemente 34', insbesondere im Hinblick auf ihr Steifigkeitsverhalten derart ausgebildet, dass sie sich bei hoher Lastdynamik eher in Richtung der steifen Anbindung gemäß der 1 verhalten und somit die eingangs beschriebenen Nachteile ebenfalls verhindert werden, aber andererseits auch eine Übertragung von Körperschall vom Planetengetriebe 20' auf die Grundkonstruktion 30' vermindert ist. Ansonsten gilt das vorausgehend zu der 1 Beschriebene entsprechend. In der 2 sind dabei Komponenten, die denjenigen der 1 entsprechen, mit gleichen Bezugszeichennummern ergänzt um einen Hochstrich bezeichnet.

5, 5': Rotorwelle
10, 10': Toroidalrollenlager
20, 20': Planetengetriebe
22, 22': Getriebegehäuse
24, 24': ohrenartige Auskragung
30, 30': Grundkonstruktion
32, 32': Bolzen
34': Feder-Dämpfer-Element

Claims

Lagerung, die in einer Maschine auf einem Turm einer Windenergieanlage angeordnet ist, in Form einer Dreipunktabstützung, beinhaltend folgende Merkmale: – Eine Hauptwelle der Windenergieanlage, – die Lagerung der Hauptwelle besteht aus genau einer Lagerstelle mit einem Toroidalrollenlager, welches als Rotorhauptlager eine Rotorwelle rotorseitig abstützt, – die Hauptwelle ist mit einem Planetenträger eines Planetengetriebes gekoppelt, welches die Funktion des zweiten Rotorlagers übernimmt, und – der Planetenträger ist in einem Getriebegehäuse des Planetengetriebes über ein Festlager drehbar gelagert.
Lagerung nach Anspruch 1, wobei das Festlager eine vorgespannte Kegelrollenlageranordnung umfasst.
Lagerung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das Gehäuse des Getriebes mit der übrigen Maschine starr verbunden ist.
Lagerung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das Gehäuse des Getriebes mit der übrigen Maschine über schwingungsentkoppelnde und/oder -dämpfende Mittel verbunden ist.
Lagerung nach Anspruch 4, wobei die Mittel ein Elastomerlager umfassen.
Lagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei bei dem Toroidalrollenlager – die Drehachsen der Rollen im Wesentlichen parallel zu den Hauptachsen der Laufbahnelemente verlaufen, wenn die Hauptachsen zusammenfallen, – die Rollen und die Laufbahnen einander entsprechend gekrümmte Längsschnittprofile mit Krümmungsradien aufweisen, die wesentlich größer als der größte Abstand zwischen der Laufbahnachse und den Laufbahnflächen sind, und – die Rollen zwischen den Laufbahnen axial beweglich angeordnet sind, ohne durch axiale Begrenzungen an den Laufbahnen oder durch begrenztes Axialspiel eines Käfigs behindert zu sein, so dass eine relative Schiefstellung und axiale Verschiebbarkeit der Laufflächen ermöglicht ist, wobei die relative Schiefstellung oder Verschiebbarkeit lediglich durch die radialem Druck zwischen den Laufbahnen ausgesetzten Rollen begrenzt ist.