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Die
Erfindung richtet sich auf ein Element zum Abdichten zweier gegeneinander
verdrehbarer Teile, vorzugsweise für ein der Witterung ausgesetztes
Wälzlager,
bevorzugt für
ein Großwälzlager,
insbesondere für
ein Rotorblattlager einer Windenergieanlage, mit einem Dichtungsring
aus einem elastischen, vorzugsweise kautschukartigen Werkstoff, der
an einem der beiden gegeneinander verdrehbaren Teile fixiert oder
fixierbar ist und wenigstens eine Dichtlippe aufweist.
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Übliche Windkraftanlagen
verfügen über einen
Rotor bzw. ein Windrad mit mehreren, meistens drei Rotorblättern bzw.
Flügeln.
Wie auch Propellerflügel,
so haben Rotorblätter
einen flachen Querschnitt, dessen Hauptachse gegenüber der
Windrichtung, aber auch gegenüber
der Ebene des Windrades, also der gemeinsamen Ebene aller Rotorblätter, geneigt
verläuft,
so dass die darauf treffende Windströmung abgelenkt wird und dabei
das Windrad in Umdrehung versetzt. Dabei wird die Neigung der Hauptachse
des Blattquerschnitts gegenüber
der Windströmung
je nach der Windstärke
verstellt – bei wenig
Wind sind die Flügel
bzw. Rotorblätter
relativ flach eingestellt, also nahezu parallel zu der Windradebene,
während
sie bei starkem Wind eher in den Wind gedreht werden, so dass die
Windangriffsfläche verringert
wird. Um diese Verstellung bewirken zu können, sind die Rotorblätter an
der Nabe des Windrades verdrehbar gelagert, und zwar um eine Achse drehbar,
die koaxial zur Längsrichtung
des betreffenden Rotorblattes verläuft. Der Rotorblattlagerung
dienen ein- oder mehrreihige Wälzlager,
die vorzugsweise mit Fett geschmiert sind. Um dieses Fett im Spalt des
Wälzlagers
zu halten und gleichzeitig Verunreinigungen, bspw. Staub, etc.,
von den Wälzkörpern fernzuhalten,
werden Rotorblattlager abgedichtet.
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Rotorblattlager
unterliegen besonderen Betriebsbedingungen: Ihr Verstellwinkel ist
auf etwa 90° beschränkt; bei
geringem oder konstant blasendem Wind werden sie gar nicht verstellt,
ansonsten – der allmählichen Änderung
der mittleren Windstärke
entsprechend – erfolgt
eine Verstellung mit einer geringsten Geschwindigkeit, bspw. mit
einer Geschwindigkeit in der Größenordnung
von 1 Umdrehung pro Tag oder noch weniger. Demgegenüber können die an
einem solchen Lager auftretenden Kräfte und Kippmomente beträchtlich
sein: Bspw. kann der Winddruck ein erhebliches Kippmoment auslösen; allein
schon die regelmäßige Umdrehung
des Windrades führt
außerdem
dazu, dass sich die Auswirkung der Gewichtskraft eines Rotorblattes
an dem Rotorblattlager ständig ändert – in den
vertikalen Positionen verursacht sie eine axiale Druck- oder Zugkraft, in
den horizontalen Positionen dagegen Radialkräfte und Kippmomente; die Übergänge sind
fließend. Selbst
im Stillstand unterliegen die dabei etwa Rotorblätter diesen Kräften, je
nachdem, in welcher Richtung sie gerade weisen. Während sich
also ein solches Lager oftmals überhaupt
nicht bewegt, d.h. verdreht, unterliegt es dennoch ständig hohen
Axial- und/oder Radialkräften
und/oder Kippmomenten. Aufgrund der großen Durchmesser solche Rotorblattlagerungen
können
sich deren Ringe mehr oder weniger stark verformen, bspw. elliptisch.
Dies führt bspw.
zu Pumpbewegungen, welche die Tendenz haben, das enthaltene Schmierfett
aus dem Wälzlagerspalt
herauszudrücken.
Dieser Tendenz muß sich
ein Dichtungsring dauerhaft widersetzen.
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Darüber hinaus
sind Windkraftanlagen und insbesondere deren Rotorblattlager nicht
nur starken Windkräften,
sondern auch den damit oftmals einhergehenden Stürmen ausgesetzt, welche nicht
selten heftigen Regen mit sich führen.
Da die Wälzlagerringe
der Rotorblattlager aufgrund ihrer hohen Masse nicht wirtschaftlich
aus rostfreiem Stahl hergestellt werden können, muß ein besonderes Augenmerk darauf
gerichtet werden, Feuchtigkeit von den empfindlichen Laufbahnen
der Wälzlagerringe
fernzuhalten. Dies gilt um so mehr, als seit einigen Jahren ein Trend
dahingehend zu verzeichnen ist, Windkraftanlagen nicht nur im Binnenland
zu bauen, sondern in zunehmendem Maße auch im sog. Off-Shore-Bereich,
also teilweise weit draußen
auf offener See, wo der Wind besonders stark und gleichmäßig bläst. Dort
herrscht aber ein extrem feuchtes – und aufgrund des salzigen
Meerwassers auch in höchstem Maße chemisch
aggressives – Klima,
das stark korrodierend wirkt, und das zu noch stärkeren Gegenmaßnahmen
zwingt, gerade im Bereich der Rotorblattlager.
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Ein
weiteres Problem ist, dass sich die Rotorblätter einer Windkraftanlage
viele Meter über
dem Erdboden befinden und daher zu Wartungszwecken kaum zugänglich sind.
Dies gilt in verstärktem
Maße gerade
auch für
Off-shore-Windkraftanlagen,
weil das Wartungspersonal solchenfalls zunächst per Schiff übersetzen
muß, was
ebenfalls witterungsabhängig
ist. Aus diesem Grund sollten Dichtungen für Rotorblattlager nicht nur
absolut dicht, sondern auch möglichst
wartungsfrei sein.
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Aus
diesen Zusammenhängen
resultiert das die Erfindung initiierende Problem, eine Abdichtung für Wälzlager,
insbesondere Großwälzlager,
zu schaffen, welche in der Lage ist, auch unter härtesten Einsatzbedingungen
auf offener See jegliche Feuchtigkeit von den Laufbahnen der Wälzkörper fernzuhalten,
selbst wenn sich das Lager kaum bewegt (dreht) und dennoch starke
Belastungen (Axial- und/oder Radialkräfte und/oder Kippmomente) aufnehmen
bzw. übertragen
muß.
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Die
Lösung
dieses Problems gelingt durch eine rundumlaufende Ausnehmung zum
Einlegen einer Feder, welche sich im Inneren des Dichtungsrings
befindet und vorzugsweise nur über
einen rundumlaufenden Einschnitt von außen zugänglich ist.
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Durch
eine integrierte bzw. einlegbare Feder in Form eines rundumlaufenden,
gespannten oder spannbaren Stahlbandes kann ein Dichtungsring fest an
eines der gegeneinander verdrehbaren Teile angepresst werden, so
dass er unverrückbar
fixiert ist. Dadurch kann er sich einerseits keinesfalls lösen und andererseits
auch nicht gegenüber
dem anderen, demgegenüber
verdrehbaren Teil verschieben Aus diesem Grund kann er über einen
langen Zeitraum hinweg seinen Dienst erfüllen, selbst wenn das elastische,
kautschukartige Dichtungsmaterial allmählich ermüdet.
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Wenn
eine solche Spannfeder von dem Dichtungsring mehr oder weniger vollständig umgeben
ist, indem die rundumlaufende Ausnehmung zum Einlegen der Feder
in das Innere des Dichtungsrings verlegt ist und nur über einen
vorzugsweise rundumlaufenden Einschnitt von außen zugänglich ist, so unterliegt die
Feder selbst nur einer geringen Korrosion.
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Die
Erfindung zeichnet sich weiterhin aus durch einen rundumlaufenden
Fortsatz an dem Dichtungsring zum Fixieren in einer nutartigen Vertiefung eines
der gegeneinander verdrehbaren Teile. Damit wird ein Formschluß ausgebildet,
der im Gegensatz zu bspw. Klebeverbindungen oder reibschlüssigen Verbindungen
von Materialeigenschaften ebenfalls vollständig frei und daher in höchstem Maße dauerhaft
ist.
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Es
hat sich als günstig
erwiesen, dass der rundumlaufende Fortsatz an dem Dichtungsring
zum Fixieren in einer nutartigen Vertiefung in einer Mantelfläche eines
der gegeneinander verdrehbaren Teile ausgebildet ist. Dort kann
er mit einer Feder, die unter radialer Spannung steht, leicht hineingepreßt werden.
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Besonders
bewährt
hat sich eine Konstruktion, wobei der rundumlaufende Fortsatz an
dem Dichtungsring zum Fixieren in einer nutartigen Vertiefung in
einer radial außen
liegenden Mantelfläche
des inneren, gegenüber
dem äußeren verdrehbaren
Teils ausgebildet ist. Demgemäß kann der
Spannring mit Zugspannung beaufschlagt werden, so dass der Dichtungsrings
bestrebt ist, seinen Durchmesser zu reduzieren, wobei er sich radial
um das innere Drehteil zusammenzieht, in dessen Nut der entsprechende
Fortsatz daher fest eingepresst wird.
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Indem
die Dichtlippe zur Anlage an einer Mantelfläche eines der gegeneinander
verdrehbaren Teile ausgebildet ist, bleibt der Dichtungsring von
axialen Kräften
ganz oder weitgehend frei und unterliegt daher keinerlei Tendenz,
sich gegenüber
bzw. innerhalb seiner Fixierungsnut zu verlagern.
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Bevorzugt
ist die Dichtlippe zur Anlage an einer radial innen liegenden Mantelfläche des äußeren, gegenüber dem
inneren verdrehbaren Teils ausgebildet ist. Diese Ausgestaltung
korrespondiert mit der bevorzugten Festlegung des Dichtungsrings
an dem radial innenliegenden Drehteil.
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Wenn
die Dichtlippe zur Anlage an der einer nutartigen Vertiefung zur
Fixierung des Dichtungsrings gegenüberliegenden Mantelfläche eines
der gegeneinander verdrehbaren Teile ausgebildet ist, kann sich
der Dichtungsring in den Zwischenraum zwischen Innen- und Außenring
regelrecht einspreizen – der
Anpressdruck der sich an dem Drehteil ohne Fixierungsnut abstützenden
Dichtlippe unterstützt
den Einpreßdruck
des Fixierungsfortsatzes in die dafür vorgesehene Nut.
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Die
Dichtlippe, insbesondere deren Anlagefläche, kann gegenüber dem
Fortsatz zur Fixierung des Dichtungsrings in axialer Richtung versetzt
sein, so dass sich dazwischen (u.a.) ein etwa in axialer Richtung
verlaufender und daher in radialer Richtung federnder Abschnitt
des Dichtungsquerschnitts anordnen läßt, welcher der Dichtlippe
eine hohe radiale Elastizität
verleiht.
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Weitere
Vorzüge
ergeben sich dadurch, dass die Ausnehmung zum Einlegen einer Feder
sich – in axialer
Richtung gesehen – etwa
auf Höhe
des Fortsatzes zur Fixierung des Dichtungsrings befindet. Dadurch
wird die von der Feder ausgeübte
Radialkraft nahezu vollständig
auf den Fixierungsfortsatz übertragen
und sorgt damit für
einen maximal festen Sitz des Dichtungsrings an der dafür vorgesehenen Stelle,
nämlich
auf Höhe
der Fixierungsnut.
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Weiterhin
kann die Ausnehmung zum Einlegen einer Feder sich – in radialer
Richtung gesehen – etwa
auf Höhe
der Dichtlippe, insbesondere deren Anlagefläche, befinden. Damit teilt
sie ihre genau einstellbare und von den Materialeigenschaften des Dichtungsrings
selbst nahezu unbeeinflußte
Position der Dichtlippe mit, die daher mit größtmöglicher Beständigkeit
an die dafür
vorgesehene Anlauffläche angepreßt wird.
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Entsprechend
dem bevorzugten Querschnitt eines Federdrahts sollte die Ausnehmung
zum Einlegen einer Feder einen runden, vorzugsweise kreisrunden
Querschnitt aufweisen.
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Es
liegt im Rahmen der Erfindung, dass der Einschnitt an einem der
Dichtlippe abgewandten Oberflächenbereich
des Dichtungsrings mündet. Während die
Dichtlippe daher dem Spalt zwischen den beiden Drehteilen zugewandt
ist und in diesen hineinragt, liegt der Einschnitt bei der obigen
Konstruktionsvorschrift außerhalb
des Spaltzwischenraums. Daher braucht die Feder erst nach dem Einsetzen des
Dichtungsrings eingelegt werden und kann bei Bedarf schnell nachgespannt
oder sogar ersetzt werden, ohne dazu den gesamten Dichtungsring
austauschen oder auch nur entfernen zu müssen.
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Ein
Verlauf des Einschnitts etwa parallel zu einer Mantel- oder Umfangsfläche eines
verdrehbaren Teils bietet den Vorteil, dass man diesen von außen bequem
erreichen kann.
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Allerdings
wird von der Erfindung ein Querschnittsverlauf des Einschnitts bevorzugt,
der einer geraden Linie folgt, deren Verlängerung zwischen dem Fortsatz
zur Fixierung des Dichtungsrings einerseits und der Dichtlippe andererseits
hindurchgeht. Demzufolge sollte er – bei am inneren Drehteil fixiertem
Dichtungsring – von
seinem Grund im Bereich der Einlege-Ausnehmung selbst bis zu seiner
Mündung
an der Außenseite
des Dichtungsrings hin leicht radial nach außen divergieren, so dass er
sich selbst bei Vibarationen nicht selbsttätig aus der dafür vorgesehenen
Einlege-Ausnehmung befreien kann, sondern durch die von ihm erzeugte,
radial nach innen gerichtete Zugkraft zum Boden des Einschnitts
und damit in die betreffende, rundumlaufende Ausnehmung fest hineingezogen
wird. Bei einer Fixierung des Dichtungsrings am außenliegenden
Drehteil müßte der
Einschnitt von seinem Grund bis zu seiner Mündung dagegen leicht radial
nach innen konvergieren.
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Gemäß einem
weiteren Merkmal der Erfindung verjüngt sich der Dichtungsring
an seiner dem Fortsatz zur Fixierung des Dichtungsrings abgewandten,
rückwärtigen Seite.
Er erhält
dadurch an seinem rückwärtigen Ende
eine gesteigerte Elastizität,
so dass er dort in axialer Richtung federnde Eigenschaften aufweist
und bspw. zusätzlich
an eine Stirnseite des Drehteils ohne Fixierungsnut anpreßbar ausgestaltet
werden kann, bspw. in der Absicht, einen Schutz der eigentlichen
Dichtungslippe vor Umwelteinflüssen
zu gewährleisten.
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Die
Verjüngung
kann mit unterschiedlichen geometrischen Gestaltungen erreicht werden;
bevorzugt wird jedoch, dass die dem Einschnitt abgewandte Flanke
des rückwärtigen,
d.h. dem Fortsatz zur Fixierung des Dichtungsrings abgewandten Bereichs des
Dichtungsrings in Richtung zu der eingeschnittenen Flanke hin konvergiert.
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Die
Erfindung läßt sich
dahingehend weiterbilden, dass sich an dem rückwärtigem, d.h. dem Fortsatz zur
Fixierung des Dichtungsrings abgewandten Bereich des Dichtungsrings
ein demgegenüber
beweglicher Profilabschnitt des Dichtungsrings anschließt. Ein
solcher beweglicher Profilabschnitt kann verschiedene Aufgaben erfüllen: Damit
lassen sich Fortsätze
eines Drehteils übergreifen,
die Dichtung kann sich damit zusätzlich
abstützen,
und es läßt sich
sogar eine zweite Dichtungslippe realisieren.
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Wenn
der rückwärtige, bewegliche
Profilabschnitt mit dem vorderen Profilabschnitt des Dichtungsrings über einen
verjüngten
Bereich nach Art eines Filmscharniers verbunden ist, so erfährt der
bewegliche Profilabschnitt ein Höchstmaß an Bewegungsfreiheit
und kann sogar – bezogen
auf seinen Querschnittsverlauf – um
bis zu etwa 180° umgebogen
werden, also bspw. von einem zunächst
radial nach außen
gerichteten Verlauf schließlich
bis zu einer radial nach innen gerichteten Orientierung, oder umgekehrt.
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Indem
der rückwärtige, bewegliche
Profilabschnitt als querschnittliches Pendant zu dem vorderen Profilabschnitt
des Dichtungsrings ausgebildet ist, kann er nach einer entsprechenden
Umbiegung unter bzw. neben den ersten Profilabschnitt gesteckt werden,
u.a. um diesen zusätzlich
zu stabilisieren, bspw. durch axiales Einspreizen in einen etwa
keilförmigen
Spalt zwischen dem sich verjüngenden
Abschnitt des vorderen Profilabschnitts und einer diesem zugewandten
Stirnseite eines Drehteils. Als Nebeneffekt ergibt sich damit eine
zweite Abdichtung außerhalb
der eigentlichen Dichtlippe sowie ein dazwischen liegender, abgeschlossener
Hohlraum, der bspw. mit einem Schmiermittel, vorzugsweise Fett, ganz
oder teilweise gefüllt
sein kann, um die eigentliche Dichtlippe zu schmieren und dadurch
vor Abrieb zu schützen.
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Ein
etwa dreieckiger, d.h. keilförmiger
Querschnitt des rückwärtigen,
beweglichen Profilabschnitts erlaubt es diesem, sich vollflächig an
die Flanken eines dazu komplementären Spaltes zwischen dem vorderen
Profilabschnitt des Dichtungsrings und einer diesem zugewandten
Oberflächenbereich
eines Drehteils anzulegen. Dabei profitiert die Erfindung von der
Tatsache, dass insbesondere Rotorblattlager von Windkraftmaschinen
kaum bewegt werden, so dass selbst eine flächige Berührung zwischen einem Drehteil
und einem daran nicht fixierten Dichtungsring keinen merklichen
Abrieb des Dichtungsrings verursacht.
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Die
Erfindung sieht weiterhin vor, dass der Öffnungswinkel an der Spitze
des rückwärtigen,
beweglichen Profilabschnitts etwa dem rückwärtigen Konvergenzwinkel zwischen
den beiden zueinander konvergierenden Flanken des vorderen Profilabschnitts
entspricht. Ist ein solcher, vorzugsweise keilförmiger Profilabschnitt unter
bzw. neben dem vorderen Profilabschnitt eingeklemmt, so verläuft die
dem beweglichen Profilabschnitt abgewandte Flanke des vorderen Profilabschnitts
etwa parallel zu der betreffenden Stirnseite eines Drehteils, so
dass der an dieser Fläche
mündende
Einlege-Einschnitt optimal zugänglich
ist, andererseits aber auch durch den elastischen Keilabschnitt
des beweglichen Profilabschnitts fest zugepreßt und damit verschlossen werden
kann.
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Um
eine dies bewirkende, elastische Anpreßkraft des rückwärtigen,
vorzugsweise beweglichen, insbesondere keilförmigen Profilabschnitts noch
zu erhöhen,
läßt sich
der rückwärtige, bewegliche
Profilabschnitt an demjenigen Oberflächenbereich, der zum vorderen
Profilabschnitt hin in dessen eingeschnittene Flanke übergeht,
mit einer vorzugsweise rundumlaufenden Vertiefung oder Ausnehmung
zum Einlegen einer zweiten Feder versehen. Dieser Bereich bleibt
nach Umbiegen eines derartigen, rückwärtigen, beweglichen Wulstes
von außen zugänglich,
so dass dort nach dem Umbiegen eine Feder eingelegt und gespannt
werden kann, um dadurch einerseits eine zweite Abdichtung gegenüber dem
Drehteil ohne Fixierungsnut zu schaffen und andererseits den Einlege-Einschnitt
für die
erste Feder um dieselbe fest und schützend zu verschließen.
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Die
erfindungsgemäße Konstruktion
läßt sich
weiterhin dadurch optimieren, dass die Vertiefung oder Ausnehmung
zum Einlegen einer zweiten Feder etwa den Querschnitt einer Nut
aufweist, der im Bereich des Nutgrundes einer Kreislinie mit einem Zentrumswinkel
von mehr als 180° entspricht.
Auch dieses Merkmal korrespondiert mit üblichen Federn aus Stahldraht
mit rundem Querschnitt.
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Schließlich entspricht
es der Lehre der Erfindung, dass die nutförmige Vertiefung zum Einlegen einer
zweiten Feder sich etwa in ihrem mittleren Bereich verjüngt, während die
Nutflanken im oberen Bereich auseinander divergieren, um das Einlegen
einer Feder zu erleichtern. Dies Verjüngung gewährleistet eine dauerhaft präzise Lage
der zweiten Feder, mit exakt vorherbestimmbaren Kraftverhältnissen.
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Weitere
Merkmale, Eigenschaften, Vorteile und Wirkungen auf der Basis der
Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten
Ausführungsform
der Erfindung sowie anhand der Zeichnung. Hierbei zeigt:
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1 einen
teilweise abgebrochenen Längsschnitt
durch ein mit einer erfindungsgemäßen Dichtung abgedichtetes
Rotorblattlager einer Windkraftanlage;
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2 einen
ersten Schritt beim Einsetzen des Dichtungselements aus 1,
nämlich
das Einbringen in den abzudichtenden Spalt zwischen den gegeneinander
verdrehbaren Elementen;
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3 einen
zweiten Schritt beim Einsetzen des Dichtungselements aus 1,
nämlich
das Einschieben in einer nutartigen Vertiefung;
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4 einen
dritten Schritt beim Einsetzen des Dichtungselements aus 1,
nämlich
das Einpressen in die nutartige Vertiefung;
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5 einen
vierten Schritt beim Einsetzen des Dichtungselements aus 1,
nämlich
das Einlegen einer ersten Feder in die dafür vorgesehene Ausnehmung;
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6 einen
fünften
Schritt beim Einsetzen des Dichtungselements aus 1,
nämlich
das Schließen
der Ausnehmung um die erste Feder;
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7 einen
sechsten Schritt beim Einsetzen des Dichtungselements aus 1,
nämlich
das Umklappen des beweglichen Profilabschnitts;
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8 einen
siebten Schritt beim Einsetzen des Dichtungselements aus 1,
nämlich
das Einlegen einer zweiten Feder in die dafür vorgesehene Ausnehmung;
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9 einen
achten Schritt beim Einsetzen des Dichtungselements aus 1,
nämlich
das Anpressen des beweglichen Profilabschnitts an den vorderen Profilabschnitt.
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In
der Schnittdarstellung aus 1 ist unten ein
Teil der Rotornabe 1 einer Windkraftanlage wiedergegeben,
oben erkennt man einen Teil eines Rotorblattes 2. Um das
Rotorblatt 2 auf unterschiedliche Windgeschwindigkeiten
optimal einstellen zu können,
ist das Rotorblatt 2 um seine Längsachse gegenüber der
Rotornabe 1 verdrehbar. Deshalb befindet sich zwischen
diesen Teilen 1, 2 ein Rotorblattlager 3,
vorzugsweise ein Großwälzlager
mit einem Außendurchmesser
von mehr als.50 cm, insbesondere von 1 m oder mehr.
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Dieses
besteht aus zwei gegeneinander verdrehbaren, zueinander konzentrischen
Anschlußteilen,
nämlich
einem Außenring 4 und
einem radial innerhalb desselben angeordneten Innenring 5.
Im dargestellten Beispiel ist der Außenring 4 mit der
Rotornabe 1 verbunden, der Innenring 5 dagegen
mit der proximalen Stirnseite 6 des Rotorblattes 2.
Zu diesem Zweck weisen beide Ringe 4, 5 jeweils
mehrere, kranzförmig,
entlang des betreffenden Ringumfangs vorzugsweise äquidistant
verteilt angeordnete Bohrungen 7, 8, vorzugsweise
Durchgangsbohrungen, auf zum Hindurchstecken von Befestigungsschrauben 9 od.
dgl.
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Zwischen
den beiden einander zugewandten Mantelflächen 10, 11 befindet
sich ein Spalt 12, mit einer oder mehreren, im vorliegenden
Beispiel mit zwei in axialer Richtung der Wälzlagerdrehachse gegeneinander
versetzten Reihen von Wälzkörpern 13. Die
Wälzkörper 13 können als
Rollen, Nadeln, Tonnen, Kegeln oder – wie im gezeichneten Beispiel – als Kugeln
ausgebildet sein. Je ein Käfig 14 hält die Kugeln 13 einer
Reihe auf etwa äquidistanten
Abständen.
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Der
Spalt 12 mündet
im Bereich der beiden Wälzlagerstirnseiten,
also dort, wo die Rotornabe 1 einerseits und das Rotorblatt 2 andererseits
angeschlossen sind, nach außen
und ist an diesen Stellen durch je einen Dichtungsring 15, 16 abgedichtet.
Der Spalt 12 bildet somit einen vollkommen abgeschlossenen
Hohlraum, der mit einem Schmiermittel, vorzugsweise Schmierfett,
teilweise, überwiegend
oder ganz gefüllt
ist.
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Die
der Rotornabe 1 zugewandte Dichtung 15 befindet
sich im Inneren der Rotornabe 1 und ist durch diese den
schädigenden
Umwelteinflüssen entzogen.
Hier kann eine herkömmliche
Dichtung Verwendung finden.
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Anders
verhält
es sich mit der Dichtung 16, die dem Rotorblatt 2 zugewandt
ist. Diese Dichtung 16 ist von keinem Teil schützend umgeben,
sondern sämtlichen
Umwelteinflüssen,
insbesondere der Witterung und oder einem rauhen Seeklima, ausgesetzt. Hier
kommt eine erfindungsgemäße Dichtung 16 zum
Einsatz.
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Die
Dichtung 16 besteht aus einem geschlossenen Ring, der allerdings
vorzugsweise durch Verschweißen
oder Verkleben der beiden Enden eines gerade gestreckten Profilstranges
gebildet ist. Der rundum gleichbleibende Querschnitt dieses Dichtungsrings 16 ist
in den folgenden Figuren vergrößert wiedergegeben,
wo einzelne Schritte bei der Montage der Dichtung 16 dargestellt
sind.
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An
dem Querschnitt des Dichtungsrings 16 erkennt man zunächst zwei
Profilabschnitte, nämlich einen
vorderen, dem Spalt 12 zugewandten Dichtungsabschnitt 17 und
einen rückwärtigen,
von dem Spalt 12 relativ weit entfernten Dichtungsabschnitt 18.
Diese Abschnitte 17, 18 sind durch einen dünnen, filmartigen
Bereich 19 nach Art eines Filmscharniers miteinander verbunden.
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Wie
man aus 1 entnehmen kann, nehmen der
vordere und der hintere Abschnitt 17, 18 im fertig
montierten Zustand eine etwa rechteckige Querschnittsform ein. Der
Querschnitt des vorderen Dichtungsabschnitts 17 folgt in
seinem vordersten Bereich etwa dieser Rechteckform, mit mehreren Ausnahmen:
Einerseits
ist an der vordersten Stirnseite ein Fortsatz 20 angeformt,
etwa von der Form eines Steges oder einer Feder, zum Eingriff in
eine rundumlaufende Fixierungsnut 21 an der äußeren Mantelfläche des
radial innenliegenden Drehteils 5 zwecks unverrückbarer
Festlegung des Dichtungsrings 16 gegenüber dem inneren Drehteil 5.
Dieser Fortsatz kann einen etwa rechteckigen Querschnitt aufweisen,
er könnte aber
auch Hinterschneidungen aufweisen, welche ihn innerhalb der Fixierungsnut 21 zurückhalten.
Solche Hinterschneidungen 22 können (auch) an den Nutflanken
vorgesehen sein.
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Zweitens
ist an der dem Spalt 12 zugewandten Flanke des vorderen
Dichtungsabschnitts 17 eine Dichtlippe 23 angeformt.
Diese beginnt in etwa axialer Richtung und verläuft sodann entlang eines Bogens
von etwa 60° und
entfernt sich dabei allmählich immer
weiter von dem Fortsatz 20. Damit kann bspw. ein Vorsprung 24 an
der dem Spalt 12 zugewandten Kante des äußeren Drehteils 4 umgriffen
werden. Außerdem
erhält
die Dichtlippe 23 dadurch in radialer Richtung stark federnde
Eigenschaften und kann somit zuverlässig an die radial innen liegende
Mantelfläche
des äußeren Drehteils 4 angepreßt werden, um
damit die eigentliche Dichtung zu bewirken.
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Andererseits
wird der vordere Dichtungsabschnitt 17 von einer entlang
des Ringumfangs komplett rundum laufenden Ausnehmung 25 durchsetzt, und
zwar etwa auf (axialer) Höhe
des Fortsatzes 21 einerseits sowie in einem (radialen)
Abstand von der Drehachse des Rotorblattlagers 3 entsprechend
dem radialen Abstand des Ansatzes der Dichtlippe 23. Diese
Ausnehmung 25 hat einen kreisrunden Querschnitt und dient
dem Einlegen einer Feder in Form eines Metalldrahtes.
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Die
Ausnehmung 25 steht über
einen Einschnitt 26 mit der der Dichtlippe 23 gegenüber liegenden
Flanke 27 des vorderen Dichtungsabschnitts 17 in
Verbindung. Der Einschnitt 26 verläuft dabei entlang einer Kegelmantelfläche, die
von der Ausnehmung 25 nach unten, zum Inneren des Spaltes 12 hin,
zu einer (gedachten) Kegelspitze hin konvergiert und die untere
Flanke 28 des vorderen Dichtungsabschnitts 17 etwa
zwischen dem Fortsatz 20 und der Dichtlippe 23 schneidet,
wobei der Öffnungswinkel eines
solchen Kegels bspw. in der Größenordnung von
60° liegt;
jedoch erstreckt sich der Einschnitt 26 nicht nach unten
zu der (gedachten) Kegelspitze hin, sondern von nach oben von dieser
weg.
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Schließlich weicht
diese, der Dichtlippe 23 zugewandte Flanke 28 in
ihrem rückwärtigen Bereich jenseits
des Dichtlippenansatzes nach oben zurück, bspw. unter einem Winkel
von 30° gegenüber der
ursprünglich
ebenen Flanke 28 allmählich
ansteigend. Wie man der 1 entnehmen kann, erleichtert
dieser zurückweichende
Bereich die Montage des Dichtungsrings 16, indem zunächst die
Dichtlippe 23 in den Spalt 12 eingefädelt werden
kann und anschließend
der Fortsatz 20 in die dafür vorgesehen Fixierungsnut 21.
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Infolge
der zurückweichenden,
unteren Flanke 28 des Dichtungsrings 16 verjüngt dieser
sich zwischen dem vorderen und dem hinteren Dichtungsabschnitt 17, 18 zusehends
bis zu dem Filmscharnier 19.
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An
dessen peripherer Umfangskante schließt sich dann der rückwärtige, bewegliche
Dichtungsbereich 18 an. Dieser hat einen etwa dreieckigen
oder keilförmigen
Querschnitt, wobei eine Ecke desselben mit dem Filmscharnier 19 verbunden
ist. Die Unterseite 28 des Dichtungsrings 16 setzt
sich über
das Filmscharnier 19 hinweg bis zu der peripheren, rückwärtigen Kante 29 des
rückwärtigen Dichtungsteils 18 hin
fort. Diese hat einen spitzwinkligen Querschnitt und entsteht durch
das spitzwinklige Zusammentreffen der Unterseite 28 mit
einem oberseitigen, vorzugsweise ebenflächigen Abschnitt 30.
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Von
dessen zweiter, freier Kante 31 erstreckt sich dann schließlich ein
Oberflächenbereich
bis zu der Oberseite des Filmscharniers 19, allerdings
nicht auf geradem Weg, sondern unter Ausbildung einer rundumlaufenden,
etwa nutförmig
zurückweichenden Einbuchtung 32.
Die nutförmige
Einbuchtung 32 folgt an ihrem Grund über einen Umfangswinkel von
mehr als 180° querschnittlich
einer Kreislinie; jenseits daran anschließender, verjüngter Bereiche
divergieren die Nutflanken der Einbuchtung 32 zu ihrem
Mündungsbereich
hin wieder voneinander. Die Einbuchtung 32 kann zum Einlegen
einer zweiten Feder ein Form eines Metalldrahtes verwendet werden.
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Die
Montage einer solchen Dichtung 16 geschieht wie folgt:
Wie
oben bereits ausgeführt,
wird zunächst
die Dichtlippe 23 in den Spalt 12 eingeführt, durch
manuellen Druck auf die Oberseite 27 des vorderen Dichtungsabschnitts 17 in
Richtung des zur Lagerdrehachse nahezu parallelen Pfeils 33,
vgl. 2.
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Sodann
wird der Fortsatz 20 in die Fixierungsnut 22 eingefädelt, ggf.
unter Zuhilfenahme eines spitzen Werkzeugs 34, dessen Spitze
dazu auf die Oberseite des Fortsatzes 20 drückt, und
das dabei in seiner Längsrichtung 35 vorangeschoben
wird, vgl. 3.
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In
einem nächsten
Schritt wird auf das rückwärtige Ende
des vorderen Profilabschnitts 17 – etwa dort, wo das Filmscharnier 19 ansetzt – eine etwa
radiale Druckkraft ausgeübt,
vorzugsweise manuell, so dass der Fortsatz 20 vollständig in
die dafür
vorgesehene Fixierungsnut 21 hineingleitet, vgl. 4.
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Nun
wird das rückwärtige Ende
des vorderen Profilabschnitts 17 herabgedrückt etwa
bis zur oberen Stirnseite des äußeren Drehteils 4.
Der hintere Teil des vorderen Dichtungsabschnitts 17 kann
dabei nach unten ausweichen, weil seine Unterseite 28 im rückwärtigen Bereich
nach oben ansteigt. Beim Herabdrücken
dieses Teils des Dichtungsrings 16 öffnet sich der Einschnitt 26 und
gibt den Zugang zu der rundumlaufenden Ausnehmung 25 frei.
In diese wird nun ein erster Federdraht 36 eingelegt, und
dessen Enden werden miteinander verbunden und schließlich in
Zugrichtung vorgespannt, bspw. durch eine Verschraubung mittels
ineinandergreifender, endseitiger, zueinander komplementärer Gewindeabschnitte,
vgl. 5.
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Ist
dies geschehen, so wird der rückwärtige Teil
des vorderen Dichtungsabschnitts 17 wieder nach oben in
seine ursprüngliche
Position gedrückt, vorzugsweise
manuell, bis sich der Einschnitt 26 wieder komplett geschlossen
hat und nun die eingelegte Feder 36 vollständig umgibt
und damit vor äußeren Einflüssen schützt, vgl. 6.
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In
einem folgenden, nicht dargestellten Arbeitsschritt kann nun ein
Schmiermittel, bspw. Schmierfett, in den Bereich hinter der Dichtlippe 23 sowie
zwischen der nach oben zurückweichenden Dichtungsunterseite 28 und
der oberen Stirnseite 37 des äußeren Drehteils 4 eingefüllt werden.
Daraufhin wird der bewegliche, rückwärtige Dichtungsteil 18 um das
Filmscharnier 19 herum nach unten sowie nach radial innen
geschwenkt und dabei um etwa 180° gegenüber der
ursprünglichen,
nach hinten weisenden Position in Richtung des Pfeils 38 umgebogen,
vgl. 7.
-
Der
rückwärtige Dichtungsteil 18 gelangt
dabei in die Position gemäß 8,
wobei er den eingefetteten Bereich 39 hinter/neben der
Dichtungslippe 23 schon fast ganz verschließt. Um das
Entweichen des Schmiermittels bzw. -fettes 39 möglichst
vollständig
zu unterbinden, wird als nächstes
ein zweiter Federdraht 40 von außen in die Einbuchtung 32 an der
von außen
zugänglichen
Rückseite
des rückwärtigen Dichtungsteils 18 eingelegt.
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Indem
die Enden dieser Feder 40 miteinander verbunden und in
Zugrichtung verspannt werden, bspw. durch Zusammenschrauben zweier
endseitiger Bereiche mit zueinander komplementären Gewindebereichen, wird
der querschnittlich keilförmige, rückwärtige Dichtungsbereich 18 vollständig in
den verbliebenen Spalt zwischen der nach oben ansteigenden Unterseite 28 des
vorderen Dichtungsabschnitts 17 und der oberen Stirnseite 37 des äußeren Drehteils 4 hineingezogen,
vgl. 9. Dies hat zwei Auswirkungen: Einerseits wird
der mit Fett 39 gefüllte Hohlraum
hinter bzw. radial außerhalb
der Dichtlippe 23 komplett verschlossen, so dass kein Fett 39 entweichen
kann, aber auch kein Staub od. dgl. zu der eigentlichen Dichtlippe 23 gelangen
kann; andererseits wird er rückwärtige Teil
des vorderen Dichtungsabschnitts 17 nach oben gedrückt und dabei
der Einschnitt 26 fest v erschlossen, indem seine Randflächen innig
aneinander gepreßt
werden. Dadurch wird der erste Federdraht 36 luftdicht
verschlossen und ist den schädlichen
Einflüssen
der Witterung und des Klimas entzogen, so dass Korrosionseffekte
komplett vernachlässigt
werden können.