DE102009035749A1

DE102009035749A1 - Einlagerkonstruktion sowie Windkraftanlagen mit der Einlagerkonstruktion

Info

Publication number: DE102009035749A1
Application number: DE102009035749A
Authority: DE
Inventors: Rudolf Zeidlhack
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2009-08-01
Filing date: 2009-08-01
Publication date: 2011-02-03

Abstract

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Wälzlager vorzuschlagen, welches dauerhaft reibungsarm eine Welle lagern kann. Ebenso ist es Aufgabe der Erfindung, eine Windkraftanlage mit einem entsprechenden Wälzlager vorzuschlagen. Es wird eine Einlagerkonstruktion 1, vorzugsweise für eine Windkraftanlage, insbesondere zur Rotorlagerung bei der Windkraftanlage vorgeschlagen, mit mindestens zwei ersten Wälzkörperreihen 13 mit Kugeln 5 als Wälzkörper, die so angeordnet sind, dass sich die Drucklinien 9, 10 der mindestens zwei ersten Wälzkörperreihen 13 kreuzen, wobei der Zwischenwinkel zwischen den Drucklinien 9, 10 der mindestens zwei ersten Wälzkörperreihen 13 zwischen 60° und 120°, vorzugsweise zwischen 80° und 100°, beträgt.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Einlagerkonstruktion, vorzugsweise für eine Windkraftanlage, insbesondere zur Rotorlagerung bei der Windkraftanlage, mit mindestens zwei ersten Wälzkörperreihen mit Kugeln als Wälzkörper, die so angeordnet sind, dass sich die Drucklinien der zwei ersten Wälzkörperreihen kreuzen. Die Erfindung betrifft auch eine Windkraftanlage mit dieser Einlagerkonstruktion zur Lagerung des Rotors bzw. einer Hohlwelle des Rotors.
Bei der Abstützung von Wellen ist es üblich, diese durch eine Fest-Loslagerung mit mindestens zwei Wälzlagern, welche voneinander beabstandet eingebaut sind, zu lagern. Betrachtet man beispielsweise den üblichen Aufbau einer Windkraftanlage im Bereich der Rotorlagerung, so ist diese Fest-Loslagerung weit verbreitet. Nachteilig bei diesem Konzept ist es, dass die Integration der mindestens zwei Wälzlager zum einen aufgrund der Anzahl der Wälzlager kostenintensiv sein kann, zum anderen einen vergleichsweise großen Bauraum fordert.
Sogenannte Einlagerkonstruktionen lagern die Welle nur in einem Lagerbereich und müssen daher neben den üblichen Radialbelastungen auch Axialbelastungen und Kippmomente aufnehmen können.
Beispielsweise werden die Rotoren von Windenergieanlagen durch doppelreihige Kegelrollenlager gelagert, wobei die Kegelrollen der zwei Reihen zueinander angestellt sind. In dieser Weise zeigt die Offenlegungsschrift DE 10 2004 028 746 A1 eine Rotorlagerung einer Windenergieanlage: Der Rotor ist über mindestens ein Lager in einem Turmkopf der Windenergieanlage gehalten, wobei das mindestens eine Lager bzw. gemäß 1 das genau eine Lager als eine Einlagerkonstruktion in Bauform eines Schrägrollenlagers mit Kegelrollen als Wälzkörper ausgebildet ist. Die Kegelrollen sind zueinander angestellt, um radiale und axiale Belastungen sowie Kippmomente ableiten zu können.
Die Druckschrift DE 20 2007 011 577 U1 , die wohl den nächst kommenden Stand der Technik bildet, betrifft eine Wälzlageranordnung, vorzugsweise ausgebildet als Großwälzlager, beispielsweise für eine Drehverbindung für eine Windkraftblattlagerung. Diese Wälzlageranordnung weist zum einen zwei Wälzkörperreihen mit einem großen Tragwinkel und zum anderen eine Wälzkörperreihe mit einem sehr kleinen Tragwinkel auf. Die Drucklinien der Wälzkörperreihen mit dem großen Tragwinkel nehmen einen Winkel größer als 75° oder sogar als 85° gegenüber einer Radialeben der Drehachsen der Wälzlageranordnung ein. Die Wälzkörperreihe mit dem kleinen Tragwinkel soll eine Drucklinie zeigen, welche einen Winkel von 15° oder weniger gegenüber dieser Radialebene einnimmt. Als Wälzkörper sind in den zwei Wälzkörperreihen Kugeln und in der einen Wälzkörperreihe Zylinderrollen vorgesehen. Durch diese Ausgestaltung ist die Wälzlageranordnung in der Lage, sowohl axiale als auch radiale Kräfte aufzunehmen.
Beschreibung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Wälzlager vorzuschlagen, welches dauerhaft reibungsarm eine Welle und/oder einen Rotor lagern kann. Ebenso ist es Aufgabe der Erfindung, eine Windkraftanlage mit einem entsprechenden Wälzlager vorzuschlagen.
Diese Aufgabe wird durch eine Einlagekonstruktion als Wälzlager mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine Windkraftanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
Im Rahmen der Erfindung wird eine Einlagerkonstruktion vorgeschlagen, welche bevorzugt für eine Windkraftanlage, insbesondere zur Rotorlagerung, geeignet und/oder ausgebildet ist. Unter Einlagerkonstruktion wird insbesondere ein Lagerkonzept verstanden, bei dem alle Kräfte und Momente z. B. von dem Rotor durch die Einlagerkonstruktion auf eine Umgebungskonstruktion, insbesondere auf ein Maschinengehäuse übertragen werden. Insbesondere wird durch die Einlagerkonstruktion ein Einlagerkonzept umgesetzt, wobei die Einlagerkonstruktion das eine Lager darstellt. Im Speziellen ist die Einlagerkonstruktion zur Aufnahme bzw. zur Ableitung von Axial- sowie Radialkräften und Kippmomenten geeignet und/oder ausgebildet.
Die Einlagerkonstruktion ist mindestens zweireihig ausgebildet, wobei mindestens zwei erste Wälzkörperreihen mit Kugeln als Wälzkörper ausgestattet sind. In einer besonderen Ausführungsform beschränkt sich die Einlagerkonstruktion auf genau die zwei ersten Wälzkörperreihen. Die Wälzkörperreihen bzw. Kugeln sind in der Einlagerkonstruktion so angeordnet, dass sich die Drucklinien der zwei ersten Wälzkörperreihen kreuzen.
Unter Drucklinien werden die Linien bezeichnet, die durch die Berührpunkte des Wälzkörpers mit einer inneren und einer äußeren Laufbahn der Einlagerkonstruktion definiert sind. Im Fall von Kugeln als Wälzkörper sind die Berührungspunkte idealisiert punktförmig, im Fall von Zylinderrollen als Wälzkörper sind diese Bereiche jedoch linienförmig, so dass die Drucklinien zudem senkrecht zu den Laufflächen der inneren und/oder der äußeren Laufbahn ausgerichtet sind. Der Drucklinienwinkel – auch Tragwinkel oder Druckwinkel genannt – ist der Winkel zwischen der Drucklinie und der Radialebene zu der Drehachse, also einer senkrechten Ebene zu der Drehachse, in einem Längsschnitt entlang der Drehachse. Bei einer Wälzkörperreihe mit einer Drucklinie, die parallel zu der Radialebene der Drehachse angeordnet ist, spricht man üblicher Weise von einem reinen Radiallager, welches nur radiale Kräfte aufnehmen kann. Das andere Extremum wird durch eine Wälzkörperreihe dargestellt, deren Drucklinie einen Winkel von 90° gegenüber der Radialebene der Drehachse einnimmt, wobei es sich hierbei um ein reines Axiallager handelt. Dadurch, dass die Drucklinien der erfindungsgemäßen Einlagerkonstruktion sich kreuzen, wird ein neues Lager definiert, dass in der Lage ist, sowohl axiale als auch radiale Kräfte sowie Kippmomente in einer einzigen Lagerstelle auch bei ständigen Drehbewegungen aufzunehmen. Besonders bevorzugt kreuzen sich die Drucklinien der zwei ersten Wälzkörperreihen zudem mit einer Radialebene der Drehachse der Einlagerkonstruktion. Besonders bevorzugt ergeben sich in einem Längsschnitt entlang der Drehachse durch die Einlagerkonstruktion genau zwei gemeinsame Schnittpunkte zwischen den Drucklinien der zwei ersten Wälzkörperreihen und gegebenenfalls der Radialebene, nämlich genau ein Schnittpunkt pro Schnittbereich durch die Einlagerkonstruktion.
Es wird vorgeschlagen, dass der Zwischenwinkel zwischen den Drucklinien der mindestens zwei ersten Wälzkörperreihen zwischen 60° und 120°, vorzugsweise zwischen 80° und 100° beträgt. Besonders bevorzugt wird ein Zwischenwinkel von ca. oder genau 90° verwendet.
Es ist dabei eine Überlegung der Erfindung, dass die zwei ersten Wälzkörperreihen unabhängig von anderen Wälzkörperreihen Belastungen sowohl in Axial- als auch in Radialrichtung aufnehmen und gleichzeitig Kippmomente übertragen können. Hinzu kommt, dass die Einlagerkonstruktion zum Einsatz in einem Dauerrotationsbetrieb geeignet sein soll, so dass die Reibung gering gehalten werden soll. Vergleicht man die erfindungsgemäße Einlagerkonstruktion mit dem Wälzlager des nächst kommenden Stands der Technik, so erkennt man, dass das Wälzlager des nächst kommenden Stands der Technik nur für Schwenkbewegungen, jedoch nicht für Dauerrotationen geeignet ist. Zudem sind die Druckwinkel der Wälzkörperreihen mit großem Tragwinkel größer als 75° gewählt, so dass im Wesentlichen nur Axialkräfte und nur in einem sehr geringen Maß auch Radialkräfte durch diese Wälzkörperreihen abgeleitet werden können. Aus diesem Grund beansprucht die Gebrauchsmusterschrift auch eine dritte Wälzkörperreihe, die den radialen Belastungen zugeordnet ist.
Dem gegenüber wird bei der Erfindung vorgeschlagen, dass sich die Drucklinien der zwei ersten Wälzkörperreihen mit einem Zwischenwinkel zwischen 60° und 120°, vorzugsweise zwischen 80° und 100° kreuzen, so dass auch radiale Kräfte ausreichend aufgenommen werden können. Durch diese Modifikation ist die erfindungsgemäße Einlagerkonstruktion deutlich besser zum Einsatz bei Dauerdrehbewegungen geeignet, insbesondere auch aus dem Grund, dass auf Wälzkörperreihen mit geringem Druckwinkel verzichtet werden kann.
Prinzipiell ist es möglich, dass die zwei ersten Wälzkörperreihen in einer sogenannten X-Anordnung positioniert sind, wobei sich die Drucklinien radial innerhalb der zwei ersten Wälzkörperreihen treffen. Es ist jedoch mehr bevorzugt, wenn die mindesten zwei ersten Reihen von Wälzkörpern in einer sogenannten O-Anordnung angeordnet sind, wobei sich die Drucklinien radial außerhalb der zwei ersten Wälzkörperreihen kreuzen. Durch die O-Anordnung der mindestens zwei Wälzkörperreihen ist es möglich, dass alle auftretenden Kräfte und Momente aufgenommen werden können.
Besonders bevorzugt sind die zwei ersten Wälzkörperreihen zueinander spiegelsymmetrisch zu einer Radialebene der Drehachse angeordnet, so dass die Einlagerkonstruktion zweiseitig symmetrisch wirkt.
Es ist bevorzugt, dass die Einlagerkonstruktion einen Teilkreisdurchmesser der zwei ersten Wälzkörperreihen und/oder einen freien Innendurchmesser größer als 500 mm, vorzugsweise größer als 1000 mm und insbesondere größer als 1500 mm aufweist. Durch diese Dimensionierung wird unterstrichen, dass die erfindungsgemäße Einlagerkonstruktion besonders vorteilhaft als Großwälzlager, zum Beispiel zur Lagerung einer Welle, oder mehr bevorzugt zur Lagerung des Rotors der Windkraftanlage eingesetzt werden kann.
Bei einer vorteilhaften konstruktiven Umsetzung ist vorgesehen, dass die zwei ersten Wälzkörperreihen in axialer Richtung einen freien Abstand aufweisen, der kleiner als der achtfache Durchmesser eines Wälzkörpers der zwei ersten Wälzkörperreihen ist. Alternativ und ergänzend kann vorgesehen sein, dass dieser Abstand kleiner 500 mm, vorzugsweise kleiner 300 mm und insbesondere kleiner als 200 mm ausgebildet ist. Bei diesem recht geringen Abstand handelt es sich somit nicht um einen Stützabstand wie bei konventionellen Zweilagerkonzepten, sondern nur um eine konstruktiv bedingte Beabstandung der zwei ersten Wälzkörperreihen.
Bei einer bevorzugten konstruktiven Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die zwei ersten Wälzkörperreihen an einem gemeinsamen Außenring oder einem gemeinsamen Innenring abwälzen, welcher vorzugsweise in Umlaufrichtung zumindest abschnittsweise, insbesondere umlaufend vollständig einstückig ausgebildet ist. Besonders bevorzugt sind der Außenring und/oder der Innenring aus einem Wälzlager- oder Einsatzstahl gefertigt, welcher durch- oder einsatzgehärtet ist, jedoch besonders bevorzugt keine sogenannten Schlupfzonen (schlupfzonenfrei), also nicht gehärtete Laufbahnbereiche, aufweist. Durch die genannte Ausführung des Außenrings bzw. Innenrings ist eine kompakte Bauform der Einlagerkonstruktion möglich, wobei es zudem möglich erscheint, die Lagertragzahlen und die Lebensdauer exakt nach der Norm DIN ISO 281 zu berechnen. Bei anderen Ausführungsformen werden statt den genannten Materialien Vergütungsstähle, ebenfalls vorzugsweise schlupfzonenfrei, eingesetzt. Insbesondere erscheinen Laufbahnen mit Härtewerten > 58 HRc vorteilhaft.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist ein oder der Außenring, auf dem die ersten zwei Wälzkörperreihen abwälzen, Schnittstellen zur Verschraubung des Außenrings an eine Umgebungskonstruktion auf. Die Schnittstellen sind insbesondere als Durchgangsöffnung ausgebildet, durch die Schrauben oder Bolzen zur Befestigung durchgeführt werden können. Alternativ und ergänzend können an dem Außenring auch Schraubbolzen befestigt sein. Mit diesen oder ähnlichen Modifikationen wird der Außenring zu einem selbstständigen Bauteil, welches in die Umgebungskonstruktion vorzugsweise selbststützend oder selbsttragend einbaubar ist. Es ist besonders bevorzugt, wenn die Einlagerkonstruktion bereits nach einer Vormontage als selbsthaltende, einbaufertige Baueinheit vorliegt, die dann in die jeweilige Applikation eingesetzt werden kann. Alternativ oder ergänzend kann auch der oder die Innenringe Schnittstellen zur Verschraubung mit Anschlusskonstruktion aufweisen, Insbesondere können als Schnittstellen axial eingebrachte Bohrungen zur Befestigung mittels Schrauben vorgesehen sein.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass zwei weitere Wälzkörperreihen eingesetzt sind, wobei die mindestens zwei weiteren Wälzkörperreihen den gleichen Drucklinienwinkel oder zumindest weitgehend den gleichen Drucklinienwinkel wie die zwei ersten Wälzkörperreihen aufweisen. Unter weitgehend gleichen Druckwinkeln werden Winkel verstanden, die in einem Bereich von ±5° der Drucklinienwinkel der zwei ersten Wälzkörperreihen liegen. Von den Wälzkörpern der weiteren Wälzkörperreihen kann es sich in gleicher Weise um Kugeln, alternativ jedoch auch um Zylinderrollen als Wälzkörper handeln. Zylinderrollen haben in einem Querschnitt senkrecht zu deren Längserstreckung eine kreisförmige Form, wobei der Querschnitt über die Länge der Zylinderrolle bzw. zumindest 80% oder 90% der Länge der Zylinderrolle konstant ist.
Es ist beispielsweise möglich, dass die Einlagerkonstruktion insgesamt vier, sechs oder acht Wälzkörperreihen mit Kugeln aufweist, die alle mit dem gleichen oder weitgehend gleichen Druckwinkel wie die zwei ersten Wälzkörperreihen angeordnet sind.
Bei Ausführungsformen der Erfindung kann die Einlagerkonstruktion eine Wälzkörperreihenkombination mit Zylinderrollen radial innen und Kugelreihen einseitig oder beidseitig radial außen aufweisen, um Verkippungen zwischen den Lagerringen besser kompensieren zu können. Diese Wirkung ist in dieser Kombination der Wälzkörper möglich, da die Kugeln ein größeres Federungsverhalten als die Zylinderrollen zeigen. Aus ähnlichen Gründen können auch verschiedene Größen von Wälzkörpern oder verschiedene Teilkreise eingesetzt werden.
Es ist sogar möglich, dass die Einlagerkonstruktion mindestens sechs Wälzkörperreihen, also auch acht oder zehn Wälzkörperreihen aufweist, um ein optimales Stützverhalten zu erzeugen. Besonders bevorzugt kann es auch sein, dass die Wälzkörperreihen in radialer Richtung alternierend oder abwechselnd Kugeln und Zylinderrollen als die Wälzkörper zeigen.
Damit die axialen Kräfte ausreichend über die Einlagerkonstruktion abgetragen werden, ist es bevorzugt, wenn alle Reihen von Wälzkörpern der Einlagerkonstruktion einen Drucklinienwinkel von betragsmäßig größer als 10°, vorzugsweise größer als 20° aufweisen.
Um eine fertigungstechnisch günstige Variante zu erhalten, ist es bevorzugt, dass die Kontaktpunkte und/oder Kontaktlinien der Reihen der Wälzkörper auf einer axialen Hälfte der Einlagerkonstruktion im Längsschnitt durch die Drehachse der Einlagerkonstruktion auf einer gemeinsamen Linie bzw. dreidimensional betrachtet auf einem gemeinsamen Konus liegen. Bevorzugt gilt diese Definition für den Innenring und/oder für den Außenring. Damit ist zugleich festgelegt, dass die Drucklinienwinkel bei allen Reihen der Wälzkörper identisch ausgebildet sind.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft eine Windkraftanlage mit einem Rotor, wobei der Rotor über eine Einlagerkonstruktion im Sinne eines Einlagerkonzeptes nach einem der vorhergehenden Ansprüche gelagert ist. Der Rotor der Windkraftanlage ist damit maßgeblich oder sogar ausschließlich durch die Einlagerkonstruktion in der Umgebungskonstruktion abgestützt. Die Abstützung des Rotors kann insbesondere über eine Hohlwelle erfolgen. Durch die Einlagerkonstruktion ist es möglich, sehr kompakte Windkraftanlagen zu errichten.
Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung sowie den beigefügten Figuren. Dabei zeigen:
1 einen schematischen Längsschnitt durch eine Einlagerkonstruktion als ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 in gleicher Darstellung wie die 1 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung;
3 in gleicher Darstellung wie die vorhergehenden Figuren ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung;
4 in gleicher Darstellung wie die vorhergehenden Figuren eine Einlagerkonstruktion mit unterschiedlichen Wälzkörpern als ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung;
5 in gleicher Darstellung wie die vorhergehenden Figuren eine weitere Modifikation der Einlagerkonstruktion als ein fünftes Ausführungsbeispiel der Erfindung;
6 in gleicher Darstellung wie die vorhergehenden Figuren ein sechstes Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Einander entsprechende Bauteile oder Größen sind jeweils miteinander entsprechenden Bezugszeichen versehen.
Die 1 zeigt eine Einlagerkonstruktion 1 in einer schematischen Längsschnittdarstellung entlang der Drehachse 2 als ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Einlagerkonstruktion 1 weist einen freien Innendurchmesser D größer als 500 mm oder sogar größer als 1000 mm auf. Sie ist ausgebildet, für Dauerdrehbewegungen eingesetzt zu werden. Beispielsweise wird die Einlagerkonstruktion 1 oder die noch folgenden Einlagerkonstruktionen zur Lagerung eines Rotors bzw. dessen Hohlwelle einer Windenergieanlage gegenüber einer Umgebungskonstruktion eingesetzt. Die Einlagerkonstruktion 1 bildet bei der Integration das einzige Stützlager und setzt dadurch ein Einlagerkonzept um.
Die Einlagerkonstruktion 1 umfasst einen Außenring 3, welcher bei diesem Ausführungsbeispiel einteilig ausgebildet ist, sowie einen Innenring 4, der – nicht zuletzt aus Montagegründen – in axialer Richtung mehrteilig ausgebildet ist. Sowohl Innenring 4 als auch Außenring 3 können bei besonderen Ausführungsformen in Umlaufrichtung segmentiert realisiert sein. Zwischen Innenring 4 und Außenring 3 sind zwei erste Wälzkörperreihen angeordnet, wobei die Wälzkörper als Kugeln 5 verkörpert sind. Die Kugeln 5 wälzen an einer inneren Laufbahn 6 des Innenrings 4 und an äußeren Laufbahnen 7 des Außenrings 3 ab, wobei die inneren und äußeren Laufbahnen 6, 7 als Rillen realisiert sind. Der Krümmungsradius der Rillen in dem gezeigten Schnitt ist dabei größer als der Radius der Kugeln 5 gewählt, so dass sich ein schmiegender Kontakt zwischen Kugeln 5 und den Laufbahnen 6, 7 ergibt. Bei einer Ausbildung in X-Anordnung umfasst der Außenring 3 zwei Ringe und ist somit in axialer Richtung geteilt und der Innenring kann einstückig ausgebildet sein.
Die Einlagerkonstruktion 1 ist als ein Schrägkugellager realisiert, wobei die Kugeln 5 jeweils so angeordnet sind, dass sich Drucklinien 9, 10 ergeben, die sich in der Radialebene 11 zu der Drehachse 2 radial außen zu den Kugeln 5 treffen. Die Drucklinien 9, 10 schließen gegenüber der Radialebene 11 einen Winkel von 45° bzw. zueinander einen Winkel von ca. 90° ein. Damit sind die Wälzkörperreihen der Kugeln 5 in einer O-Anordnung positioniert.
Durch die Festlegung der Drucklinien 9, 10 ist die Einlagerkonstruktion 1 fähig, nicht nur Axial- und Radialkräfte sondern auch Kippmomente aufzunehmen. Nachdem die Kugeln 5 zumindest idealisiert in den Laufbahnen 6, 7 abrollen, ist die Gesamtreibung der Einlagerkonstruktion 1 gering. Tatsächlich verbreitern sich die Berührpunkte zwischen Kugeln 5 und den Laufbahnen 6, 7 im belasteten Betrieb zu Druckellipsen, so dass neben die Rollreibung auch ein geringer, üblicher Teil an Gleitreibung tritt.
Der Außenring 3 bzw. der Innenring 4 sind insbesondere in Bereichen der Laufbahnen 6, 7 z. B. aus einem Wälzlager- oder Einsatzstahl gebildet, welcher durchgehärtet oder einsatzgehärtet ist. Es ist besonders vorteilhaft, wenn im Bereich der Laufbahnen 6, 7 keine Schlupfzonen auftreten, um ständige Lagerdrehzahlen in dieser Lagerstelle dauerhaft aufnehmen zu können. Daneben ist der Einsatz der genannten Materialien hilfreich, dass die Lagertragzahlen und die Lebensdauer exakt nach der geltenden Norm DIN ISO281 berechnet werden können.
Bei der Integration ist besonders hervorzuheben, dass die axiale Erstreckung A der Einlagerkonstruktion 1 gering, beispielsweise kleiner als 50 mm, vorzugsweise kleiner als 300 mm, ist. Bei anderen Ausführungsformen kann die axiale Erstreckung wie folgt definiert sein. Ausgehend von der halben Differenz zwischen dem maximalen Außendurchmesser (oder Gehäusebohrungsdurchmesser oder radialer Abstützdurchmesser) und dem freien Innendurchmesser der Einlagerkonstruktion, soll die axiale Erstreckung A kleiner als das 4-fache dieser halben Differenz sein.
2 zeigt eine Modifikation der Einlagerkonstruktion 1 der 1, wobei im Gegensatz zu dieser eine weitere Doppelreihe 12 von Wälzkörpern in Form von Kugeln 5 in die Einlagerkonstruktion 1 eingebracht ist. Die weitere Doppelreihe 12 ist bei diesem Beispiel mit identischen Kugeln 5 wie in der ersten Doppelreihe 13 ausgebildet. Bei alternativen Ausführungsformen können auch andere Kugeln eingesetzt werden. Bei diesem Beispiel sind die Berührpunkte zwischen Kugeln 5 beider Doppelreihen 12, 13 und äußerer Laufbahn 7 bzw. innerer Laufbahn 6 auf einer Linie angeordnet, welche parallel zu einer Linie ist, die durch die Mittelpunkte der Kugeln 5 führt.
Die Drucklinien 15, 16 der Kugeln 5 der zweiten Doppelreihe 12 sind parallel zu den Drucklinien 9, 10 der ersten Doppelreihe 13 angeordnet. Diese Positionierung der Laufbahnen 6, 7 bzw. Drucklinien 9, 10, 15, 16 ist fertigungstechnisch günstig herzustellen. Es ist jedoch auch vorstellbar, dass die Laufbahnen 6, 7 der Doppelreihen 12, 13 in anderer Weise zueinander radial oder axial versetzt angeordnet sind.
Die 3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei im Vergleich zu den vorhergehenden Figuren eine dritte Doppelreihe 17 von Kugeln 5 angeordnet ist, deren Berührpunkte mit den Laufbahnen 6, 7 wieder auf einer gemeinsamen Linie mit den Berührpunkten der Kugeln 5 der zwei anderen Doppelreihen 12, 13 sind. Auch die Drucklinien 18, 19 der dritten Doppelreihe 17 sind jeweils parallel zu den Drucklinien 9, 10 bzw. 15, 16.
Die 4 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel einer Einlagerkonstruktion 1, welches sich von der Ausführung der 2 im Wesentlichen dadurch unterscheidet, dass in der zweiten Doppelreihe 12 statt Kugeln 5 nun Zylinderrollen 20 als Wälzkörper angeordnet sind. Analog zu der 2 sind jedoch die Drucklinien 15, 16 der zweiten Doppelreihe 12 parallel zu den Drucklinien 9, 10 ausgerichtet. Die Berührungslinien der Zylinderrollen 20 mit Innenring 4 bzw. Außenring 3 liegen bei diesem Beispiel nicht auf einer gemeinsamen Linie mit den Berührungspunkten der Kugeln 5 mit den Laufbahnen 6, 7.
Die 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Einlagerkonstruktion 1, wobei im Vergleich zum Ausführungsbeispiel 4 eine weitere Doppelreihe 21 Wälzkörper, ausgebildet als Kugeln 5, so integriert ist, dass nun in radialer Richtung zunächst eine Kugel 5, dann eine Zylinderrolle 20 und dann wieder eine Kugel 5 angeordnet ist. Die Kugeln 5 der Doppelreihe 13 können die gleiche oder eine andere Größe als die Kugeln 5 der Doppelreihe 13 aufweisen. Besondere Vorteile dieser Ausführungsform sind darin zu sehen, dass in einem dynamischen Betrieb die Doppelreihen 13, 21 mit den Kugeln 5 als Wälzkörper nachgiebiger im Vergleich zu der Doppelreihe 12 mit den Zylinderrollen 20 ist, so dass Verkippungen der Lagerringe zueinander besonders gut aufgefangen werden können.
Die 6 zeigt schließlich ein sechstes Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei die Doppelreihen in radialer Richtung nun Zylinderrollen 20, Kugeln 5 und dann wieder Zylinderrollen 20 aufweisen. Bei weiteren Ausführungsbeispielen können auch noch mehr Doppelreihen eingesetzt werden und andere Reihenfolgen der Wälzkörper in radialer Richtung gewählt werden.
Ähnlich wie bei den Kugeln 5 wird bei den Zylinderrollen 20 als Wälzkörper in der Bauweise als Schräglager nur eine geringe Reibung im Betrieb erzeugt, so dass auch bei den gemischten Einlagerkonstruktionen 1 gemäß der 4, 5 und 6 eine sehr geringe Gesamtreibung und damit ein geringer Verschleiß zu erwarten ist.
In dem Außenring 3 sind bei allen Ausführungsformen Durchgangsöffnungen 22 in axialer Richtung vorgesehen, die eine stirnseitige Befestigung des Außenrings 3 an eine Umgebungskonstruktion ermöglicht. Diese Ausgestaltung als eigenständiges Bauteil erlaubt es, dass bei einer Integration der Einlagerkonstruktion 1 in eine Windenergieanlage, der Außenring 3 in einer Umgebungskonstruktion, z. B. einem Generatorhaus festgelegt wird und der Innenring 4 mit einer Hohlwelle, welche drehfest mit dem Rotor verbunden ist, verschraubt wird. Die Hohlwelle kann sich auf eine Länge auf weniger als 1500 mm oder 1200 mm beschränkten. Der bei Zweilagerkonzepten vorhandene Stützabstand wird bei der Einlagerkonstruktion 1 durch einen sehr großen Teilkreisdurchmesser von sogar z. B. mehr als 1500 mm ersetzt.
Der Außenring 3 kann so dimensioniert sein, dass eine formschlüssige, vollumlaufende Abstützung der Einlagerkonstruktion 1 in radialer Richtung nicht notwendig ist. Bei anderen Realisierungen wird der Außenring 3 radial über den gesamten Unfang steif umschlossen. Idealist eine komplette, spielfreie radiale Abstützung des Außenrings 3 in der Umgebungskonstruktion, insbesondere im Gehäuse bzw. in einer entsprechenden Bohrung. Die Umschließung des Außenrings muss sich ggfs. nicht auf die gesamte Außenringbreite erstrecken. So könnte beispielsweise eine kurze radiale Führung ausreichend sein.
Bezugszeichenliste

1: Einlagerkonstruktion
2: Drehachse
3: Außenring
4: Innenring
5: Kugeln
6: innere Laufbahn
7: äußere Laufbahn
8: leer
9: Drucklinie
10: Drucklinie
11: Radialebene
12: weitere Doppelreihe
13: erste Doppelreihe
14: leer
15: Drucklinie
16: Drucklinie
17: dritte Doppelreihe
18: Drucklinie
19: Drucklinie
20: Zylinderrollen
21: Doppelreihe
22: Durchgangsöffnung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 102004028746 A1 [0004]
- DE 202007011577 U1 [0005]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- Norm DIN ISO 281 [0018]
- Norm [0039]
- DIN ISO281 [0039]

Claims

Einlagerkonstruktion (1), vorzugsweise für eine Windkraftanlage, insbesondere zur Rotorlagerung bei der Windkraftanlage, mit mindestens zwei ersten Wälzkörperreihen (13) mit Kugeln (5) als Wälzkörper, die so angeordnet sind, dass sich die Drucklinien (9, 10) der mindestens zwei ersten Wälzkörperreihen (13) kreuzen, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenwinkel zwischen den Drucklinien (9, 10) der mindestens zwei ersten Wälzkörperreihen (13) zwischen 60° und 120°, vorzugsweise zwischen 80° und 100° beträgt.
Einlagerkonstruktion (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drucklinien (9, 10) der mindestens zwei ersten Wälzkörperreihen (13) zueinander symmetrisch in Bezug zu einer Radialebene (11) einer Drehachse der Einlagerkonstruktion (1) angeordnet sind.
Einlagerkonstruktion (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei ersten Wälzkörperreihen (13) in einer O-Anordnung angeordnet sind.
Einlagerkonstruktion (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Teilkreisdurchmesser der zwei ersten Wälzkörperreihen und/oder durch einen freien Innendurchmesser (D) von größer als 500 mm, vorzugsweise größer als 1000 mm und insbesondere größer als 1500 mm.
Einlagerkonstruktion (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei ersten Wälzkörperreihen (13) in axialer Richtung einen Abstand zueinander und/oder die Einlagerkonstruktion (1) eine Gesamtbreite (A) von weniger als 500 mm, vorzugsweise von weniger als 300 mm und insbesondere von weniger als 200 mm einnehmen bzw. einnimmt.
Einlagerkonstruktion (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen gemeinsamen Außenring (4), an dem die Wälzkörper (5) der zwei ersten Wälzkörperreihen (13) abwälzen.
Einlagerkonstruktion (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenring (3) in Umfangsrichtung zumindest abschnittsweise oder umlaufend einstückig ausgebildet ist.
Einlagerkonstruktion (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder der Außenring (3), auf dem die ersten zwei Wälzkörperreihen (13) abwälzen, Schnittstellen (24) zur Verschraubung des Außenrings (3) an eine Umgebungskonstruktion aufweist.
Einlagerkonstruktion (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet, durch mindestens zwei weitere Wälzkörperreihen (12, 21), die den gleichen Winkel der Drucklinien wie die ersten zwei Wälzkörperreihen (13) aufweisen.
Einlagerkonstruktion (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei weiteren Wälzkörperreihen Zylinderrollen (20) oder Kugeln (5) als Wälzkörper aufweisen.
Einlagerkonstruktion (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet durch insgesamt mindestens sechs Wälzkörperreihen (12, 13, 21).
Einlagerkonstruktion (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörperreihen (12, 13, 21) in radialer Richtung abwechselnd Kugeln (5) und Zylinderrollen (20) als Wälzkörper aufweisen.
Einlagerkonstruktion (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alle Wälzkörperreihen (12, 13, 21) einen Druckwinkel von betragsmäßig größer als 10°, vorzugsweise größer als 20° zu einer Radialebene (11) der Drehachse (2) der Einlagerkonstruktion (1) aufweisen.
Einlagerkonstruktion (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktpunkte und/oder Kontaktlinien der Wälzkörperreihen (12, 13, 21) auf einer axialen Hälfte der Einlagerkonstruktion (1) im Längsschnitt durch die Drehachse (2) der Einlagerkonstruktion (1) auf einer gemeinsamen Linie bzw. auf einem gemeinsamen Konus liegen.
Windkraftanlage mit einem Rotor, wobei der Rotor durch eine Einlagerkonstruktion (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche gelagert ist.