DE102007058165B4 - roller bearing - Google Patents

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Abstract

Wälzlagerung einer Rotorwelle einer Windkraftanlage, beinhaltend folgende Merkmale: – Ein äußeres Laufbahnelement mit wenigstens einer Laufbahn, auf der Wälzkörper zum Abrollen vorgesehen sind, – ein mit einer Grundkonstruktion der Windkraftanlage verbundenes Gehäuseelement zum Aufnehmen des äußeren Laufbahnelements, – ein zwischen dem äußeren Laufbahnelement und dem Gehäuseelement angeordnetes Elastikelement, das entsprechend einem mittleren Abschnitt einer Hohlkugel ausgebildet ist, – das Elastikelement umfasst wenigstens ein Versteifungselement, und – das Elastikelement ist derart ausgebildet, dass das Elastikelement bei Belastung in sphärischer Richtung nachgiebiger ist als bei Belastungen in Hauptachsrichtung der Wälzlagerung und/oder senkrecht dazu, wozu das Versteifungselement entsprechend angeordnet und ausgebildet ist.Rolling bearing a rotor shaft of a wind turbine, comprising the following features: - An outer raceway element having at least one raceway, are provided on the rolling elements for rolling, - connected to a basic structure of the wind turbine housing element for receiving the outer raceway element, - between the outer raceway element and the Housing element arranged elastic element, which is formed according to a central portion of a hollow ball, - the elastic element comprises at least one stiffening element, and - the elastic element is formed such that the elastic element is more yielding under load in the spherical direction than at loads in Hauptachsrichtung the rolling bearing and / or perpendicular to what the stiffening element is arranged and designed accordingly.

Description

Die Erfindung betrifft eine Wälzlagerung einer Rotorwelle einer Windkraftanlage.The invention relates to a roller bearing of a rotor shaft of a wind turbine.

Beispielsweise aus der DE 10 2004 042 235 A1 ist eine Lageranordnung einer Windenergieanlage zum Lager einer Welle der Windenergieanlage bekannt, umfassend ein Wälzlager zum Lager der Welle und Mittel zum Lager des Wälzlagers, die im Wesentlichen an den beiden Durchtrittsstellen einer im Wesentlichen durch einen Durchmesser des Wälzlagers verlaufenden ersten Achse, außen am Wälzlager angreifend angeordnet sind, und mit denen das Wälzlager wenigstens um die erste Achse schwenkbar ist.For example, from the DE 10 2004 042 235 A1 a bearing assembly of a wind turbine for supporting a shaft of the wind turbine is known, comprising a roller bearing for supporting the shaft and means for bearing of the rolling bearing, which acts substantially at the two passage points of a substantially extending through a diameter of the rolling bearing first axis, outside of the rolling bearing are arranged, and with which the rolling bearing is at least pivotable about the first axis.

Aus der EP 1 564 406 A2 ist ein dämpfungsfähiges Stehlager für Windkraftanlagen bekannt, wobei ein Innenmantel eines Lagergehäuses und ein Außenmantel eines das eigentliche Wälzlager aufnehmenden Trägerteils mit einer übereinstimmenden schrägen Fläche gestaltet sind, und wobei beim Zusammensetzen zwischen den beiden Mänteln eine ringförmige, zumindest teilweise konische Aussparung gebildet ist, in der ein ringförmiges Dämpfungselement angeordnet ist, das insbesondere als ein Elastomerlager ausgebildet ist, das auch Zwischenschichten aus weitestgehend unelastischem Werkstoffen umfassen kann. Die den Konus bildenden Flächen sind dabei insbesondere plan ausgeführt, können aber auch konkav oder konvex gekrümmt ausgebildet sein.From the EP 1 564 406 A2 is an attenuating plummer block for wind turbines, wherein an inner shell of a bearing housing and an outer shell of the actual rolling bearing receiving support member are designed with a matching oblique surface, and wherein when assembling between the two coats an annular, at least partially conical recess is formed in the an annular damping element is arranged, which is designed in particular as an elastomeric bearing, which may also include intermediate layers of largely inelastic materials. The conical surfaces forming in particular are executed plan, but may also be concave or convex curved.

Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Wälzlagerung einer Rotorwelle einer Windkraftanlage zu schaffen.An object of the invention is to provide an improved roller bearing of a rotor shaft of a wind turbine.

Die Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst.The object is solved by the subject matter of claim 1.

Dadurch, dass das Elastikelement entsprechend einem mittleren Abschnitt einer Hohlkugel, der insbesondere symmetrisch um eine Mittenebene einer Hohlkugel erstreckend ausgebildet ist, wobei die Hohlkugel einen sphärischen Außenmantel und einen dazu konzentrischen sphärischen Innenmantel aufweist, findet ein für die Rotorwelle erforderlicher Winkelausgleich wie auch ein Ausgleich von Fluchtungsfehlern im Elastikelement statt, was wiederum beim Einsatz von nicht winkelbeweglichen, spielfrei ausbildbaren Wälzlagerungstypen, insbesondere einer Zylinderrollenlagerung oder zweireihigen Kegelrollenlagerung von besonderem Vorteil ist. Weiterhin bewirkt mit Vorteil das Elastikelement eine Schwingungs- wie auch eine Schallentkopplung, so dass damit Vorteil das Elastikelement auch im Sinne einer geringen Geräuschemission günstig ist.Characterized in that the elastic element corresponding to a central portion of a hollow ball, which is in particular formed symmetrically about a central plane of a hollow ball, wherein the hollow ball has a spherical outer shell and a concentric spherical inner shell, finds a required for the rotor shaft angle compensation as well as a balance of Alignment errors in the elastic element instead, which in turn is when using non-angularly movable, play-free formable Wälzlagerungstypen, in particular a cylindrical roller bearing or double-row tapered roller bearings is particularly advantageous. Furthermore, the elastic element advantageously brings about a vibration as well as a sound decoupling, so that thus the advantage of the elastic element is also favorable in terms of a low noise emission.

Dazu ist das Elastikelement derart ausgebildet, dass das Elastikelement bei Belastung in sphärische Richtung sich nachgiebiger bzw. weicher verhält als bei Belastung in horizontaler und vertikaler Richtung. In horizontaler und vertikaler Richtung soll sich das Elastikelement also möglichst hart verhalten. Dazu ist das Elastikelement derart ausgebildet, dass in einem Elastomermaterial entsprechend ausgebildete Versteifungselemente entsprechend angeordnet sind.For this purpose, the elastic element is designed such that the elastic element behaves more resilient or softer when loaded in the spherical direction than when loaded in the horizontal and vertical directions. In horizontal and vertical direction, the elastic element should behave as hard as possible. For this purpose, the elastic element is designed such that correspondingly formed stiffening elements are arranged correspondingly in an elastomer material.

Weitere vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Figur.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the embodiment of the invention described below with reference to FIG.

Dabei zeigt die Figur als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung einen Lägsschnitt durch eine Hauptlagerung einer Hauptrotorwelle einer Windkraftanlage. Die Hauptlagerung umfasst dabei das eigentliche Wälzlager, beispielsweise ein Zylinderrollenlager, wobei ein nicht näher dargestelltes inneres Laufbahnelement des Wälzlagers in an sich bekannter Weise auf einem Abschnitt der nicht dargestellten Hauptrotorwelle befestigt ist. Weiterhin umfasst das Wälzlager ein äußeres Laufbahnelement 10, wobei zwischen den beiden Laufbahnelementen 10 ebenfalls nicht näher dargestellte Wälzkörper zum Abrollen auf den Laufbahnelementen 10 vorgesehen sind. Dabei können die Wälzkörper in an sich bekannter Weise in einem Käfig angeordnet sein und/oder das Wälzlager mit Mitteln zum Abdichten eines die Wälzkörper beinhaltenden Raums ausgestaltet sein, so dass beispielsweise ein Schmierfett in besagtem Raum gehalten wird und gleichzeitig ein Eindringen von Verunreinigungen und/oder Feuchtigkeit von außen in besagten Raum verhindert wird.In this case, the figure shows an Lägsschnitt by a main bearing of a main rotor shaft of a wind turbine as an embodiment of the invention. The main bearing comprises the actual rolling bearing, for example a cylindrical roller bearing, wherein an unspecified inner raceway element of the rolling bearing is mounted in a conventional manner on a portion of the main rotor shaft, not shown. Furthermore, the rolling bearing comprises an outer raceway element 10 , being between the two raceway elements 10 Also not shown rolling elements for rolling on the raceway elements 10 are provided. In this case, the rolling elements can be arranged in a manner known per se in a cage and / or the rolling bearing can be configured with means for sealing a space containing the rolling elements, so that, for example, a grease is held in said space and at the same time an intrusion of impurities and / or Moisture is prevented from outside in said space.

Mit dem Außenmantel des äußeren Laufbahnelements 10 ist ein inneres Zwischenelement 15 fest verbunden, an dessen Außenmantel sich ein Elastikelement 20 anschließt, das wiederum von einem äußeren Zwischenelement 35 umschlossen ist. Dabei kann in nicht dargestellter Art und Weise das Laufbahnelement 10 derart im Zwischenelement 15 sozusagen axial formschlüssig befestigt sein, dass das Zwischenelement 15 an einem axialen Ende mit einer sich radial nach innen erstreckenden Auskragung ausgebildet ist, die die Stirnseite des Laufbahnelements 10 wenigstens im radial äußeren Bereich berührend überlappt und somit eine Art Anlageschulter für das Laufbahnelement 10 bildet, und am anderen axialen Ende ein lochscheibenartiges-Deckelelement an der Stirnseite des Zwischenelements 15 befestigt ist, wobei das Deckelelement zum Anliegen am radial äußeren Bereich der anderen Stirnseite des Laufbahnelements 10 vorgesehen ist. Weiterhin sind der Außenmantel des inneren Zwischenelements 15 und der Innenmantel des äußeren Zwischenelements 35 jeweils derart sphärisch ausgebildet, dass sich für das Elastikelement 20 ein Abschnitt einer Hohlkugel, der sich symmetrisch um eine Mittenebene der Hohlkugel erstreckt, ergibt, wobei die sphärischen Mäntel der Zwischenelemente 15 und 35 zueinander konzentrisch sind. Die Laufbahnelemente 10 sind dabei insbesondere aus einem Wälzlagerstahl und die Zwischenelemente 15 und 35 aus einem Stahl- oder Eisenmaterial ausgebildet.With the outer jacket of the outer raceway element 10 is an inner intermediate element 15 firmly connected, on whose outer shell is an elastic element 20 followed, in turn, by an outer intermediate element 35 is enclosed. It can in a manner not shown, the raceway element 10 such in the intermediate element 15 be affixed so to speak axially positively, that the intermediate element 15 is formed at an axial end with a radially inwardly extending projection, which is the end face of the raceway element 10 overlapping touching at least in the radially outer region and thus a kind of contact shoulder for the raceway element 10 forms, and at the other axial end a hole-disc-like cover element on the end face of the intermediate element 15 is fastened, wherein the cover element for abutment with the radially outer region of the other end face of the raceway element 10 is provided. Furthermore, the outer jacket of the inner intermediate element 15 and the inner shell of the outer intermediate element 35 each formed so spherical that for the elastic element 20 a section of a hollow sphere which extends symmetrically about a central plane of the hollow sphere, wherein the spherical shells of the intermediate elements 15 and 35 are concentric with each other. The track elements 10 are in particular from a bearing steel and the intermediate elements 15 and 35 formed of a steel or iron material.

Das Elastikelement 20 umfasst dabei ein Elastomermaterial, das an besagte Mantelflächen der Zwischenelemente 15 und 35 anvulkanisiert ist. Weiterhin umfasst das Elastikelement 20 beispielsweise aus Stahl ausgebildete Versteifungselemente 25, die als voneinander getrennte Sektoren ringartig ausgebildet und angeordnet sein können. In einer Ausführungsform kann die vom inneren Zwischenelement 15, dem Elastikelement 20, den Versteifungselementen 25 und dem äußeren Zwischenelement 35 gebildet Einheit aus wenigstens zwei sektorartigen Teilen zusammengesetzt sein, was Transport, Montage und Herstellung mit Vorteil vereinfacht und an und für sich vergleichsweise unproblematisch ist, da die sektorartigen Teile innen- und außenmantelseitig von weiteren Elementen umschlossen sind, die den Zusammenhalt der sektorartigen Teile untereinander gewährleisten. Ferner ist das Elastikelement 20 derart ausgebildet, dass es bei Belastung in sphärischer Richtung möglichst weich bzw. nachgiebig ist und bei Belastung in horizontaler und vertikaler Richtung möglichst hart bzw. unnachgiebig reagiert, wozu auch die Versteifungselemente 25 entsprechend ausgebildet und im Elastikelement 20 angeordnet sind.The elastic element 20 in this case comprises an elastomeric material, which on said lateral surfaces of the intermediate elements 15 and 35 is vulcanized. Furthermore, the elastic element comprises 20 For example, made of steel stiffening elements 25 which may be formed and arranged in a ring-like manner as separate sectors. In one embodiment, that of the inner intermediate element 15 , the elastic element 20 , the stiffening elements 25 and the outer intermediate element 35 formed unit composed of at least two sector-like parts, which simplifies transport, assembly and production advantageously and comparatively unproblematic in itself, since the sector-like parts are enclosed on the inside and outside of the shell side of other elements that ensure the cohesion of the sector-like parts with each other , Furthermore, the elastic element 20 designed such that it is as soft as possible or resilient in the spherical direction and under load in the horizontal and vertical directions as hard or unyielding reacts, including the stiffening elements 25 trained accordingly and in the elastic element 20 are arranged.

Das äußere Zwischenelement 35 ist schließlich mit einem Gehäuseelement der Windkraftanlage fest verbunden. Dabei ist das Gehäuseelement zweiteilig ausgebildet, wobei das äußere Zwischenelement 35 zwischen den zwei Gehäuseteilen 31 und 32 festgehalten ist. Die Gehäuseteile 31 und 32 weisen dabei einen übereinstimmenden kegelstumpfmantelartigen Oberflächenbereich auf, wobei das eine Teil auf das andere beispielsweise kalt aufgeschrumpft ist. In einer anderen Ausführungsform können die Gehäuseteile aber auch ohne die kegelstumpfmantelartigen Bereiche und damit einer wohl kostengünstiger herstellbaren Ausführungsform derart ausgebildet sein, dass sich das linke Gehäuseteil axial fast bis in etwa zum rechten axialen Ende des Zwischenelements 35 erstreckt und dass das rechte Gehäuseteil die Form eines lochscheibenartigen Deckelelements annimmt, das am radial äußeren Bereich der Stirnseite des Zwischenelements zum Anliegen vorgesehen ist und am linken Gehäuseteil befestigt ist.The outer intermediate element 35 is finally firmly connected to a housing element of the wind turbine. In this case, the housing element is formed in two parts, wherein the outer intermediate element 35 between the two housing parts 31 and 32 is held. The housing parts 31 and 32 have a matching truncated cone-like surface area, wherein the one part is shrunk onto the other, for example, cold. In another embodiment, the housing parts but also without the frustoconical mantle-like areas and thus a more cost-effectively producible embodiment may be designed such that the left housing part axially almost to approximately the right axial end of the intermediate element 35 extends and that the right housing part takes the form of a hole-disc-like cover member which is provided at the radially outer region of the end face of the intermediate member for abutment and is secured to the left housing part.

In anderen Ausführungsformen können beispielsweise das innere Zwischenelement zusammen mit dem äußeren Laufbahnelement und/oder das äußere Zwischenelement zusammen mit dem Gehäuseelement einstückig und materialeinheitlich ausgebildet sein und/oder das äußere Zwischenelement weist ebenfalls einen sphärischen Außenmantel auf und ist dann in einem Gehäuseelement mit entsprechend sphärisch ausgebildetem Innenmantel angeordnetIn other embodiments, for example, the inner intermediate element together with the outer raceway element and / or the outer intermediate element may be integrally formed with the housing member and of uniform material and / or the outer intermediate member also has a spherical outer shell and is then in a housing element with a correspondingly spherical trained Inner sheath arranged

Claims (9)

Wälzlagerung einer Rotorwelle einer Windkraftanlage, beinhaltend folgende Merkmale: – Ein äußeres Laufbahnelement mit wenigstens einer Laufbahn, auf der Wälzkörper zum Abrollen vorgesehen sind, – ein mit einer Grundkonstruktion der Windkraftanlage verbundenes Gehäuseelement zum Aufnehmen des äußeren Laufbahnelements, – ein zwischen dem äußeren Laufbahnelement und dem Gehäuseelement angeordnetes Elastikelement, das entsprechend einem mittleren Abschnitt einer Hohlkugel ausgebildet ist, – das Elastikelement umfasst wenigstens ein Versteifungselement, und – das Elastikelement ist derart ausgebildet, dass das Elastikelement bei Belastung in sphärischer Richtung nachgiebiger ist als bei Belastungen in Hauptachsrichtung der Wälzlagerung und/oder senkrecht dazu, wozu das Versteifungselement entsprechend angeordnet und ausgebildet ist.Rolling bearing of a rotor shaft of a wind turbine, comprising the following features: An outer race element having at least one raceway on which rolling elements are provided for unrolling, A housing element connected to a basic construction of the wind turbine for receiving the outer raceway element, A resilient element arranged between the outer raceway element and the housing element and designed corresponding to a middle section of a hollow ball, - The elastic element comprises at least one stiffening element, and - The elastic element is designed such that the elastic element is more yielding under load in the spherical direction than at loads in Hauptachsrichtung the rolling bearing and / or perpendicular to what the stiffening element is arranged and designed accordingly. Wälzlagerung nach Anspruch 1, wobei der Abschnitt sich symmetrisch um eine Mittenebene der Hohlkugel erstreckend ausgebildet ist.Rolling bearing according to claim 1, wherein the portion is formed symmetrically extending about a central plane of the hollow sphere. Wälzlagerung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Hohlkugel einen sphärischen Außenmantel und einen dazu konzentrischen sphärischen Innenmantel aufweist.Rolling bearing according to one of claims 1 or 2, wherein the hollow ball has a spherical outer shell and a concentric spherical inner shell. Wälzlagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Elastikelement unmittelbar zwischen dem äußeren Laufbahnelement oder einem das Laufbahnelement umschließenden inneren Zwischenelement auf der einen Seite und dem Gehäuseelement oder einem im Gehäuseelement angeordneten äußeren Zwischenelement auf der anderen Seite angeordnet ist.Rolling bearing according to one of claims 1 to 3, wherein the elastic member is disposed directly between the outer raceway member or a raceway member enclosing inner intermediate member on the one side and the housing member or a housing member disposed in the outer intermediate member on the other side. Wälzlagerung nach Anspruch 4, wobei ein Außenmantel des äußeren Laufbahnelements oder des inneren Zwischenelements und ein Innenmantel des Gehäuseelements oder des äußeren Zwischenelements entsprechend dem Elastikelement sphärisch gestaltet sind.Rolling bearing according to claim 4, wherein an outer casing of the outer raceway member or the inner intermediate member and an inner shell of the housing member or the outer intermediate member are designed to be spherical according to the elastic member. Wälzlagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Elastikelement Elastomermaterial umfasst. Rolling bearing according to one of claims 1 to 5, wherein the elastic member comprises elastomeric material. Wälzlagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Elastikelement an das Laufbahnelement, das Gehäuseelement oder das Zwischenelement anvulkanisiert ist.Rolling bearing according to one of claims 1 to 6, wherein the elastic element is vulcanized to the raceway element, the housing element or the intermediate element. Wälzlagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Laufbahnelement, das Zwischenelement, das Gehäuseelement und/oder das Versteifungselement einen Stahl umfassen.Rolling bearing according to one of claims 1 to 7, wherein the raceway element, the intermediate element, the housing element and / or the stiffening element comprise a steel. Wälzlagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Wälzlagerung als eine Zylinder- oder insbesondere zweireihige Kegelrollenlagerung ausgebildet ist.Rolling bearing according to one of claims 1 to 8, wherein the roller bearing is designed as a cylinder or in particular double-row tapered roller bearings.
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