DE102010007257A1

DE102010007257A1 - Drehverbindung für eine Windkraftanlage sowie Windkraftanlage mit der Drehverbindung

Info

Publication number: DE102010007257A1
Application number: DE102010007257A
Authority: DE
Inventors: Rudolf 97440 Zeidlhack
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-02-09
Filing date: 2010-02-09
Publication date: 2011-08-11

Abstract

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Drehverbindung für die Lagerung eines Rotorblatts oder eines Maschinenhauses vorzuschlagen, welche eine hohe Belastbarkeit aufweist. Der Erfindung liegt auch die Aufgabe zugrunde eine Windkraftanlage mit dieser Drehverbindung zu bilden. Es wird eine Drehverbindung 1, insbesondere für die Lagerung eines Rotorblatts oder eines Maschinenhauses von einer Windkraftanlage, mit einem Innenring 4 und einem Außenring 3 vorgeschlagen, welche über mehrere Wälzkörperreihen 9 zueinander um eine Achse 2 schwenkbar und/oder drehbar gelagert sind, wobei die Wälzkörperreihen 9 in axialer Projektion in Richtung der Achse 2 überlappend angeordnet sind wobei die Drehverbindung 1 mindestens drei oder mehr der überlappenden Wälzkörperreihen 9 aufweist und/oder wobei mindestens eine der überlappenden Wälzkörperreihen 9 Rollen als Wälzkörper aufweist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Drehverbindung insbesondere für die Lagerung eines Rotorblatts oder eines Maschinenhauses von einer Windkraftanlage, mit einem Innenring und einem Außenring, welche über mehrere Wälzkörperreihen zueinander um eine Achse schwenkbar und/oder drehbar gelagert sind, wobei die Wälzkörperreihen in axialer Projektion in Richtung der Achse überlappend angeordnet sind. Die Erfindung betrifft auch eine Windkraftanlage mit dieser Drehverbindung.
Drehverbindungen sind im Allgemeinen dafür ausgelegt, als ein Lager für Schwenkbewegungen zwischen zwei Baugruppen auch Schwenkwinkel größer als 360° durchzuführen. Üblicher Weise sind Drehverbindungen jedoch nicht für Dauerrotationen ausgelegt, da sie sich von Rotationslagern in der Auslegung hinsichtlich der mechanischen Auslegung unterscheiden.
Beispielsweise offenbart die Druckschrift DE 10140793 A1 eine Drehverbindung zur Blattwinkeleinstellung der Rotorblätter des Rotors einer Windkraftanlage, wobei die Drehverbindung zwei Wälzkörperreihen mit Kugeln aufweist, welche in axialer Richtung der Drehachse deckungsgleich angeordnet sind. Diese Druckschrift kann als nächstkommender Stand der Technik angesehen werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Drehverbindung für die Lagerung eines Rotorblatts oder eines Maschinenhauses vorzuschlagen, welche eine hohe Belastbarkeit aufweist. Der Erfindung liegt auch die Aufgabe zugrunde eine Windkraftanlage mit dieser Drehverbindung zu bilden.
Diese Aufgabe wird durch eine Drehverbindung mit den Merkmalen des Anspruches 1 sowie durch eine Windkraftanlage mit den Merkmalen des Anspruches 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 Drehverbindung, welche insbesondere für die Lagerung eines Rotorsblatts, zum Beispiel in einer Rotornabe, oder eines Maschinenhauses von einer Windkraftanlage geeignet und/oder ausgebildet ist. Insbesondere ist die Drehverbindung als eine Radiallagerung ausgebildet.
Die Drehverbindung weist einen Innenring und einen Außenring, welche gegebenenfalls auch in axialer, radialer und/oder Umlaufrichtung einfach- oder mehrfach geteilt ausgebildet sein können, auf, und welche über mehrere Wälzkörperreihen, d. h. zwei, drei vier oder mehr Wälzkörperreihen zueinander um eine Achse schwenkbar und/oder drehbar gelagert sind. Die mehreren Wälzkörperreihen stützen sich jeweils auf der einen Seite auf dem Innenring und auf der anderen Seite auf dem Außenring ab. Insbesondere sind Innenring und Außenring zueinander zwischenringfrei zueinander gelagert. In allgemeiner Ausprägung kann es sich bei den Wälzkörpern um Kugeln oder Rollen handeln.
Gemäß der Erfindung sollen die Wälzkörperreihen in axialer Projektion in Richtung der Achse koaxial und/oder konzentrisch zu der Achse angeordnet sein, jedoch nicht beliebig, sondern so, dass diese in der genannten axialen Projektion überlappend oder zumindest abschnittsweise deckungsgleich positioniert sind. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Teilkreise der Wälzkörperreihen deckungsgleich angeordnet sind. Bei einer Wälzkörperreihe mit Kugeln ist der Teilkreis durch den Kugelmittelpunkt aller Kugeln der Wälzkörperreihe definiert, bei einer Wälzkörperreihe mit Rollen ist der Teilkreis dagegen durch den Rollenmittelpunkt aller Rollen bestimmt.
Konstruktiv betrachtet kann sich die Drehverbindung gegenüber einem Rotationslager optional dadurch abgrenzen, dass mindestens eine der Laufbahnen von mindestens einer der Wälzkörperreihen, von einigen Wälzkörperreihen oder von allen Wälzkörperreihen randschicht-, insbesondere ausschließlich randschichtgehärtet, ist bzw. sind. Soweit weist die mindestens eine Laufbahn nur eine begrenzte Einhärttiefe von weniger als 20 mm, vorzugsweise von weniger als 10 mm und insbesondere von weniger als 5 mm auf, im Gegensatz zu durchgehärteten Ringen, bei denen sich gehärtete Bereich vollständig durch den Ring erstreckt.
Insbesondere kann mindestens eine Wälzkörperreihe, einige Wälzkörperreihen oder alle Wälzkörperreihen mindestens eine so genannte Schlupfzone aufweisen, welche in Umlaufrichtung auf der Laufbahn ein im Vergleich zu einem Nachbereich in Umlaufrichtung eine weicherer Bereich und/oder ein Bereich mit verringerter Einhärttiefe ist. Diese Schlupfzone ergibt sich bei der Randschichthärtung z. B. dann, wenn die Härtevorrichtung, die lokal nur einen Teilbereich der Laufbahn härtet und in Umlaufrichtung entlang der Laufbahn geführt wird, in Umfangrichtung den Anfang der Härtung wieder überfährt. Bevorzugt ist der Innenring und/oder der Außenring aus einem Vergütungsstahl gefertigt.
Weitere mögliche konstruktive Merkmale der Drehverbindung sind, dass der Innenring und/oder der Außenring mechanische Schnittstellen zur Anbindung an eine Umgebungskonstruktion aufweist bzw. aufweisen. Derartige mechanische Schnittstellen sind beispielsweise als Durchgangslöcher oder Sacklöcher, insbesondere Gewindesacklöcher ausgeführt.
Weiterhin ist es möglich, dass der Innenring und/oder der Außenring eine Verzahnung, insbesondere eine Radialverzahnung, aufweist, welche mit einem Antrieb oder Abtrieb kämmt.
Optional weist die Drehverbindung Metall- oder Kunststoffkäfige auf, welche die Wälzkörper auf Abstand halten. Diese Käfige können auch als Segmente ausgeführt seien. Ebenfalls ist es möglich, dass die Lagerringe gegeneinander mittels Dichtungen abgedichtet sind.
Besonders bevorzugt ist die Drehverbindung als ein Großlager ausgebildet, welches einen Teilkreisdurchmesser und/oder freien Innendurchmesser größer als 500 mm, vorzugsweise größer als 1000 mm, insbesondere größer als 1500 mm aufweist.
Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Drehverbindung mindestens drei oder mehr der überlappenden Wälzkörperreihen aufweist und/oder dass mindestens eine der überlappenden Wälzkörperreihen Rollen als Wälzkörper aufweist.
Der Erfindung liegt die Überlegung zugrunde, dass durch die zwei genannten Alternativen oder gemeinsamen Maßnahmen die Tragfähigkeit der Drehverbindung erhöht werden kann oder – bei ähnlicher Belastbarkeit – die Dimension oder Baugröße der Drehverbindung verkleinert werden kann. Durch die konstruktiven Maßnahmen können als mögliche Vorteile zum Beispiel günstigere Lastverteilungen, niedrigere Flächenpressungen und/oder geringere Druckwinkelabweichungen erreicht werden.
Bei einer besonders bevorzugten Ausbildung der Erfindung ist zwischen dem Innenring und dem Außenring ein Ringspalt, welcher vorzugsweise als ein gerade Hohlzylinder ausgebildet ist, angeordnet, der die überlappenden Wälzkörperreihen durchdringt. Vorzugsweise sind in dem Ringspalt die Mittelpunkte der Wälzkörper der überlappenden Wälzkörperreihen angeordnet. Damit weisen sämtliche Wälzkörperreihen bevorzugt einen Druckwinkel ungleich 90°, vorzugsweise ungleich einen Bereich zwischen 74° und 106° auf. Als Druckwinkel wird insbesondere der Zwischenwinkel in einem Längsschnitt durch die Achse zwischen einer durch die Druckübertragungspunkte oder entlang der Druckübertragungslinie des Wälzkörpers gelegten Linie und einer Radialebene, die senkrecht zu der Achse der Drehverbindung ausgerichtet ist, definiert.
In der Ausführungsform, bei der mindestens eine der überlappenden Wälzkörperreihen Rollen als Wälzkörper aufweist, ist bevorzugt vorgesehen, dass diese Wälzkörperreihe als Kreuzrollenreihe ausgebildet ist. Bei der Kreuzrollenreihe weisen vorzugsweise in Umlaufrichtung aufeinander folgende Rollen einen unterschiedlichen Druckwinkel auf. Insbesondere kreuzen sich die Druckwinkellinien der Kreuzrollenreihe insbesondere in einem 90° Winkel. Als Rollen werden bevorzugt Zylinderrollen eingesetzt, bei alternativen Ausführungsformen können jedoch auch Tonnenrollen oder andere Rollenformen verwendet werden.
Die Wälzkörperreihen mit Kugeln sind dagegen bevorzugt in Schrägkugellageranordnung mit einer einzigen Druckwinkellinie ausgebildet und insbesondere nicht als Vier-Punkt-Lagerung mit gekreuzten Druckwinkellinien konzipiert. Bei wieder anderen Ausführungsformen sind die Wälzkörperreihen mit Kugeln zumindest zum Teil als Vier-Punkt-Lagerungen ausgebildet.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen mindestens oder genau drei der überlappenden Wälzkörperreihen Kugeln als Wälzkörper auf. Bei dieser konstruktiven Ausführung ist die Drehverbindung vorzugsweise so ausgebildet, dass die zwei axial äußeren der überlappenden Wälzkörperreihen mit Kugeln Druckwinkel mit einem Betrag zwischen 20° und 80°, vorzugsweise zwischen 40° und 75° und insbesondere zwischen 55° und 65° aufweisen. Damit können die zwei äußeren Wälzkörperreihen sowohl axiale als auch radiale Kräfte aufnehmen. Alternativ oder ergänzend sind diese beiden äußeren Wälzkörperreihen in einer O-Anordnung und/oder in einer X-Anordnung angeordnet, bei der die Druckwinkel eine Raute bzw. ein Kreuz bilden.
Es ist bevorzugt, insbesondere als Weiterbildung der vorhergehenden Ausführungsform, dass die mittlere Wälzkörperreihe als eine Radialreihe ausgebildet ist, welche einen Druckwinkel betragsmäßig kleiner als 20°, vorzugsweise kleiner als 10° und insbesondere kleiner 5° aufweist. Besonders bevorzugt ist die mittlere Wälzkörperreihe als ein Radial-Rillenkugellagerung mit einem Druckwinkel von 0° ausgebildet, welche nur Radialkräfte aufnehmen kann.
Prinzipiell ist es bevorzugt, wenn die Innenkonstruktion der Drehverbindung konstruktiv so ausgelegt ist, dass sich jede Wälzkörperreihe unabhängig von den anderen Reihen frei den Drehbewegungen der Ringe anpassen kann. Durch gegebenenfalls gezielt auf die Kippmomente abgestimmte Druckwinkel der Wälzkörperreihen kann eine gleichmäßige Beanspruchung in den Wälzkörperreihen erreicht werden. Die Druckwinkel in den einzelnen Wälzkörperreihen können auch unterschiedlich sein, um geringe Druckwinkelabweichungen, eine günstige Lasteinleitungen und/oder niedrige Flächenpressungswerte zu erreichen. Die Drehverbindung kann vorzugsweise derart beschaffen sein, dass mindestens eine der Wälzkörperreihen vorgespannt ist.
In der zuvor beschriebenen Ausführung mit drei Wälzkörperreihen mit Kugeln als Wälzkörpern ist es bevorzugt, dass die zwei axial äußeren Wälzkörperreihen mit Spiel (und/oder Übermaß) und die mittlere Wälzkörperreihe spielfrei und/oder mit Vorspannung angeordnet ist. In dieser Konstellation können die zwei axial äußeren Wälzkörperreihen bei Verkippungen geringfügig ausweichen und auf diese Weise die Lasteinleitung belastungsgerecht verteilen.
Auch die Montage wird erleichtert, da nur die mittlere Wälzkörperreihe spielfrei und gegebenenfalls mit Vorspannung angeordnet ist, die äußeren Wälzkörperreihen jedoch Spiel aufweisen dürfen.
Soweit von einem Spiel oder einer Vorspannung gesprochen wird, ist im Rahmen der Offenbarung stets ein Spiel und/oder eine Vorspannung entlang der Drucklinien der Wälzkörper zu verstehen. Beispielsweise weisen die Wälzkörper ein Übermaß von größer als 10 μm, vorzugsweise größer als 20 μ und insbesondere größer als 40 μm in Drucklinienrichtung der Wälzkörper auf.
Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung weist die Drehverbindung mindestens oder genau zwei überlappende Wälzkörperreihen auf, wobei eine erste der überlappenden Wälzkörperreihen mit Kugeln spielfrei und/oder mit Vorspannung und eine zweite der überlappenden Wälzkörperreihen mit Rollen als Wälzkörper mit Spiel angeordnet ist. Besonders bevorzugt ist die Wälzkörperreihe mit Kugeln benachbart und/oder angrenzend zu einer Aufspannfläche z. B. für das Rotorblatt angeordnet. Auch durch diese Ausführungsform wird zum einen die Belastbarkeit der Drehverbindung erhöht und zum anderen die Montage vereinfacht. Die Erhöhung der Belastbarkeit erfolgt dadurch, dass die Wälzkörperreihe mit Rollen sowohl axiale als auch radiale Kräfte besonders gut abtragen kann. Insbesondere sind die Rollen – wie bereits oben beschrieben – so angestellt, dass deren vorzugsweise gekreuzten Druckwinkellinien einen Winkel betragsmäßig zwischen 30° und 60°, vorzugsweise von 45° mit der Achse der Drehverbindung einschließen. Dadurch, dass die Rollen mit Spiel eingesetzt sind, ist die Drehverbindung besonders einfach zu montieren, da eine Überbestimmung – wie sie beispielsweise Drehverbindungen mit doppelten Vier-Punkt-Rollenlagerungen auftreten können – konstruktionsbedingt entfällt.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung weist die Drehverbindung eine dritte überlappende Wälzkörperreihe auf, welche mit Kugeln als Wälzkörpern ausgebildet ist. Ebenso wie die erste Wälzkörperreihe ist die dritte Wälzkörperreihe spielfrei und/oder mit Vorspannung angeordnet. Hierbei ist es zum einen möglich, dass die dritte Wälzkörperreihe zwischen der ersten und der zweiten Wälzkörperreihe oder auf der der ersten Wälzkörperreihe abgewandten Seite der zweiten Wälzkörperreihe positioniert ist, so dass die Wälzkörperreihen mit Kugeln die Wälzkörperreihe mit Rollen in axialer Richtung umgreift. Bei dieser Weiterbildung wird ausgenutzt, dass die Verformbarkeit oder Nachgiebigkeit der Wälzkörperreihen mit Kugeln höher als die Verformbarkeit der Wälzkörperreihen mit Rollen ist, da bei den Wälzkörperreihen mit Kugeln eine punktförmige und bei den Wälzkörperreihen mit Rollen eine linienförmige Belastung auftritt.
Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist die dritte Wälzkörperreihe mit Rollen als Wälzkörper, optional in Kreuzrollenanordnung, ausgebildet und ebenfalls wie die zweite Wälzkörperreihe mit Spiel angeordnet. Diese dritte Wälzkörperreihe kann wahlweise zwischen der ersten und der zweiten Wälzkörperreihe oder auf der der zweiten Wälzkörperreihe abgewandten Seite der ersten Wälzkörperreihe angeordnet sein. Im letztgenannten Fall umschließen die Rollenreihen die Kugelreihe in axialer Richtung.
In einer letzten Variante der Erfindung sind mindestens oder genau drei der überlappenden Wälzkörperreihen mit Rollen als Wälzkörper ausgestattet. Vorzugsweise sind die Rollen jeweils als Kreuzrollenreihen ausgeführt. Anders als bei der Variante mit den drei Kugelreihen sind hier die äußeren Wälzkörperreihen spielfrei und/oder mit Vorspannung und die mittlere Wälzkörperreihe mit Spiel angeordnet. Gerade mit Rollen sind besonders starre Verbindungen zu erreichen.
Bei anderen bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ist die Vorspannung der Wälzkörper in den verschiedenen Wälzkörperreihen noch enger, so dass bei engeren Wälzkörperreihen statt einer Anordnung mit Spiel eine spielfreie oder eine Anordnung mit Vorspannung gewählt wird und bei den anderen Wälzkörperreihen eine höhere Vorspannung als bei den engeren Wälzkörperreihen eingerichtet wird.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft eine Windkraftanlage mit einer Drehverbindung, wie sie zuvor beschrieben wurde bzw. nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei die Drehverbindung als Rotorblattlager oder Maschinenhauslager – auch Turmlager genannt – eingesetzt ist.
Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung sowie der beigefügten Figuren. Dabei zeigen:
1 einen schematischen Längsschnitt durch eine Drehverbindung mit genau drei Kugelreihen als ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 in gleicher Darstellung wie 1 eine Drehverbindung mit genau einer Kugelreihe und genau einer Rollenreihe als ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung;
3 in gleicher Darstellung wie die vorhergehenden Figuren eine Drehverbindung mit genau zwei Kugelreihen, zwischen denen genau eine Rollenreihe angeordnet ist als ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung;
4 in gleicher Darstellung wie die vorhergehenden Figuren eine Drehverbindung mit genau zwei Kugelreihen an die sich genau eine Rollenreihe an schließt als ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung;
5 in gleicher Darstellung wie die vorhergehenden Figuren eine Drehverbindung mit genau einer Kugelreihe an der sich genau zwei Rollenreihen anschließen als ein fünftes Ausführungsbeispiel der Erfindung;
6 in gleicher Darstellung wie die vorhergehenden Figuren mit genau zwei Rollenreihen zwischen denen genau eine Kugelreihe angeordnet ist als ein sechstes Ausführungsbeispiel der Erfindung;
7 in gleicher Darstellung wie die vorhergehenden Figuren eine Drehverbindung mit genau drei Rollenreihen als ein siebtes Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Einander entsprechende oder gleiche Teile sind jeweils miteinander entsprechenden oder gleichen Bezugszeichen versehen.
Die 1 zeigt eine Drehverbindung 1 in einer schematischen Längsschnittdarstellung durch eine Drehachse 2. Die Drehverbindung 1 weist einen Außenring 3 und einen Innenring 4 auf, welche zueinander um die Drehachse 2 verdrehbar bzw. verschwenkbar sind.
Die Drehverbindung 1 wird beispielsweise als Turmlager einer Windkraftanlage eingesetzt, wobei durch die Drehverbindung der gesamte Turmkopf samt Rotor geschwenkt werden kann, um sich z. B. in Bezug auf eine Windrichtung auszurichten. Alternativ oder ergänzend wird die Drehverbindung als Blattlager eingesetzt, wobei die Rotorblätter über die Drehverbindung 1 um deren Längsachse geschwenkt und damit eingestellt werden können.
Zur Anbindung an eine Umgebungskonstruktion tragen sowohl der Außenring 3 als auch der Innenring 4 eine Mehrzahl von Durchgangsöffnungen 5, welche in axialer Richtung verlaufen. Die Durchgangsöffnungen 5 sind auf mindestens einem Bohrungsteilkreis ausgeführt, wobei entlang des Bohrungsteilkreises eine Mehrzahl von Durchgangsöffnungen angeordnet sind, insbesondere ist die Anzahl der Durchgangsöffnungen 5 größtmöglichst auf dem Bohrungsteilkreis gewählt. Die Durchgangsöffnungen 5 können als Durchgangsbohrungen oder als Gewindebohrungen ausgebildet sein, bei anderen Ausführungsformen können statt oder ergänzend zu den Durchgangsöffnungen 5 auch Gewindesackbohrungen vorgesehen sein. Die Drehverbindung 1 kann somit Kräfte und Momente von einer Umgebungskonstruktion, welche mit dem Außenring 3 verbunden ist, in eine andere Umgebungskonstruktion, welche mit dem Innenring 4 verbunden ist, übertragen bzw. ableiten.
In der 1 steht der Innenring 4 in axialer Richtung gegenüber dem Außenring 3 über, wobei die Stirnseite des Innenrings 4 eine Aufspannfläche 6 bildet. Radial nach innen zeigt der Innenring 4 eine in axiale Richtung verlaufende Verzahnung 7.
In axialer Draufsicht auf die Drehverbindung 1 ergibt sich zwischen Außenring 3 und Innenring 4 ein Ringspalt 8, der als ein gerader Hohlzylinder ausgebildet ist. Bei der gezeigten Ausführungsform ist der Ringspalt 8 in beide axiale Richtungen nach außen geöffnet.
Zwischen dem Außenring 3 und dem Innenring 4 sind eine Mehrzahl von Wälzkörperreihen 9 angeordnet, welche einerseits auf einer Laufbahn 10 des Innenrings 4 und einer Laufbahn 11 des Außenrings 3 abwälzen. Die Laufbahnen 10 und/oder 11 sind jeweils als randschichtgehärtete Laufbahnen ausgebildet, eine Durchhärtung des Innenrings 4 oder des Außenrings 3 z. B. bis zur radialen Innenseite bzw. Außenseite ist nicht erfolgt. Fertigungstechnisch ist bedingt, dass in Umlaufrichtung innerhalb der Laufbahnen 10 und/oder 11 eine so genannte Schlupfzone, eine Zone geringerer Härte, ausgebildet ist. Diese Fertigungsmethode ist gegenüber einer Durchhärtung kostengünstig, allerdings wird dadurch die Möglichkeit des Einsatzes auf eine Drehverbindung 1 eingeschränkt, Dauerrotationen würden möglicherweise zu einem frühen Verschleiß der Laufbahnen 10 oder 11 führen. Vorzugsweise ist der Innenring 4 oder der Außenring 3 aus einem Vergütungsstahl gefertigt. Der verbleibende freie Durchmesser D ist beispielsweise größer als 500 mm, 1000 mm oder sogar 1500 mm.
Alle drei Wälzkörperreihen 9 sind als Kugelreihen mit Kugeln als Wälzkörper ausgebildet, wobei die Mittelpunkte der Kugeln zum einen in dem Ringspalt 8 und zum anderen auf einem gemeinsamen Teilkreis liegen, welcher koaxial zu der Drehachse 2 angeordnet ist. Die axial außen liegenden Wälzkörperreihen 9 sind als Schrägkugellager ausgebildet, mit einem Druckwinkel mit einem Betrag von ca. 35° bis 70°, so dass sich eine X- oder O-Anordnung ergibt. Die mittlere Wälzkörperreihe 9 kann dagegen als eine Radialreihe mit einem Druckwinkel nahe oder gleich 0° ausgebildet sein, die bei höheren axialen Kräften durch Einfederungen der äußeren Wälzkörper auch an der Lastübertragung teilnimmt.
Um eine Überbestimmung bei der Montage zu vermeiden, weisen die beiden axial äußeren Wälzkörperreihen 9 eine geringe Vorspannung auf, wohingegen die mittlere Wälzkörperreihe 9 mit leichtem Spiel montiert ist. Beispielsweise wird bei diesem dreireihigen Kugellager als Drehverbindung 1 in der 1 die mittlere Wälzkörperreihe 9 als Radialrillenkugellager mit einem Druckwinkel von 0° ausgebildet, um hier besonders die Radialkräfte aufzunehmen. Die beiden äußeren Wälzkörperreihen 9 können jeweils als Schrägkugellager mit je ca. 60°-Druckwinkeln und als Lagerpaar in O- oder X-Anordnung ausgebildet sein, so dass diese in erster Linie nur die Axialkräfte und das Kippmoment aufnehmen. Die Wälzkörper der drei Wälzkörperreihen 9 weisen jeweils den gleichen Durchmesser auf.
Bei einer andere Ausführungsform sind die Kugelreihen 9 als Kugelreihen mit Vierpunktkontakt oder als Vierpunktlagerung ausgebildet, wobei dann alle Kugelreihen 9 vorgespannt sind, Bei einer Alternative sind nur die axial äußeren Kugelreihen 9 vorgespannt und die mittlere Kugelreihe 9 spielfrei montiert.
Die Wälzkörper der Wälzkörperreihen werden durch Einfüllkanäle 12 in dem Außenring 3 eingefüllt, die danach mit Stopfen verschlossen werden. Auch die nachfolgenden Ausführungsbeispiele können derartige Einfüllkanäle aufweisen.
Die 2 zeigt eine zweite Drehverbindung 1 als ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei nur zwei Wälzkörperreihen und zwar eine der Aufspannfläche 6 benachbarte Kugelreihe und eine Rollenreihe vorgesehen sind. Die Rollenreihe weist im gezeigten Längsschnitt Zylinderrollen als Wälzkörper auf, welche quadratisch ausgebildet sind. Die Wälzkörper der Rollenreihe sind alternierend als Kreuzrollenreihe so angeordnet, dass sich zwei Druckwinkel ergeben, welche in dem gezeigten Ausführungsbeispiel bei 45° und 135° liegen. Auch die Mittelpunkte der Wälzkörper in der Rollenreihe sind in dem Ringspalt 8 angeordnet. Bei dieser Ausführungsform wird die Vorspannung gezielt derart ausgewählt, dass die Wälzkörperreihe 9 mit Kugeln benachbart zu der Aufspannfläche 6, dort, wo die Ringverkippung am größten ist, eine leichte Vorspannung aufweiset und die Rollenreihe dagegen ein insbesondere minimales Spiel zeigt bzw. spielfrei ausgeführt sind.
Die 3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung in Form einer Drehverbindung 1, wobei in Vergleich zu dem Ausführungsbeispiel in der 2 ergänzend eine dritte Wälzkörperreihe 9 in Form einer Kugelreihe hinzugekommen ist, sodass die beiden Kugelreihen die Rollenreihe in axialer Richtung beidseitig umschließen. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist es vorteilhaft, wenn die Kugelreihen auf den axialen Außenseiten, dort, wo die Verkippungen am größten sein können, spielfrei bzw. vorgespannt sind, wohingegen die mittlere Wälzkörperreihe 9 als Rollenreihe mit Spiel oder spielfrei angeordnet ist. In diesem Ausführungsbeispiel können die axial äußeren Wälzkörperreihen 9 als Vierpunktlagerungen ausgebildet sind bzw. einen Vierpunktkontakt zeigen.
Die 4 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei im Gegensatz zur 3 die zweite und die dritte Wälzkörperreihe den Platz vertauscht haben, sodass angrenzend an die Aufspannfläche 6 zunächst 2 Kugelreihen und daran anschließend eine Rollenreihe kommt. Auch hier sind die Kugelreihen leicht vorgespannt, wo hingegen die Rolle 3 ein minimales Spiel aufweist oder spielfrei eingebaut ist.
In der 5 ist ein fünftes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, wobei im Vergleich zu der 2 eine weitere Rollenreihe als Wälzkörperreihe integriert ist, die sich von der Aufspannfläche 6 abgewandt an die vorhandene Rollenreihe anschließt. Auch hier wird die Kugelreihe benachbart zu der Aufspannfläche 6 mit Vorspannung eingebaut und die beiden Rollenreihen mit Spiel angeordnet. Bei einem abgewandelten Ausführungsbeispiel ist die Wälzkörperreihe 9 mit Kugeln vorgespannt, die dazu benachbarte Wälzkörperreihe 9 spielfrei und die axial äußere Wälzkörperreihe 9 mit Rollen spielfrei oder leicht, insbesondere leichter als die Wälzkörperreihe 9 mit Kugeln vorgespannt montiert.
Die 6 zeigt ein sechstes Ausführungsbeispiel der Erfindung in Form einer Drehverbindung 1, wobei bei genau drei Wälzkörperreihen 9 an den axialen Außenseiten jeweils Rollenreihen und in der Mitte eine Kugelreihe angeordnet ist. Bei dieser Anordnung ist es vorteilhaft, wenn die äußeren Rollenreihen spielfrei bzw. mit minimaler Vorspannung und die innere Kugelreihe mit insbesondere größerer Vorspannung eingebaut ist.
Die 7 zeigt ein letztes Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei genau drei Wälzkörperreihen 9 vorgesehen sind, welche als Rollenreihen jeweils wie in den vorhergehenden Figuren in Form von Kreuzrollenreihen ausgebildet sind. Auch hier wird vorgeschlagen, die axial äußeren Rollenreihen spielfrei oder mit minimalem Spiel zu versehen, um eine Überbestimmung bei der Montage zu vermeiden, und die mittlere Reihe zum Beispiel mit leichter Vorspannung zu montieren. Alternativ können die Spiel- bzw. Vorspannungsverhältnisse auch umgekehrt ausgeführt werden. Insbesondere können die axial äußeren Wälzkörperreihen 9 spielfrei bzw. leicht vorgespannt und die mittlere Wälzkörperreihe 9 spielfrei montiert sein.
Bezugszeichenliste

1: Drehverbindung
2: Drehachse
3: Außenring
4: Innenring
5: Durchgangsöffnungen
6: Aufspannfläche
7: Verzahnung
8: Ringspalt
9: Wälzkörperreihen
10: Laufbahn des Innenrings 4
11: Laufbahn des Außenrings 3
12: Einfüllkanal

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 10140793 A1 [0003]

Claims

Drehverbindung (1); insbesondere für die Lagerung eines Rotorblatts oder eines Maschinenhauses von einer Windkraftanlage, mit einem Innenring (4) und einem Außenring (3), welche über mehrere Wälzkörperreihen (9) zueinander um eine Achse (2) schwenkbar und/oder drehbar gelagert sind, wobei die Wälzkörperreihen (9) in axialer Projektion in Richtung der Achse (2) überlappend angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehverbindung (1) mindestens drei oder mehr der überlappenden Wälzkörperreihen (9) aufweist und/oder dass mindestens eine der überlappenden Wälzkörperreihen (9) Rollen als Wälzkörper aufweist.
Drehverbindung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Innenring (4) und dem Außenring (3) ein Ringspalt (8) angeordnet ist, der die überlappenden Wälzkörperreihen (9) durchdringt.
Drehverbindung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die überlappende Wälzkörperreihe (9) mit den Rollen als Kreuzrollenreihe ausgebildet ist.
Drehverbindung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens oder genau drei der überlappenden Wälzkörperreihen (9) Kugeln als Wälzkörper aufweisen, welche bevorzugt unter zwei sich kreuzenden Druckwinkeln Kräfte übertragen können und/oder mit einer Vierpunktberührung angeordnet sind.
Drehverbindung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei axial äußeren Wälzkörperreihen (9) Druckwinkel mit einem Betrag zwischen 20° und 80°, vorzugsweise zwischen 40° und 75° und insbesondere zwischen 55° und 65° aufweisen und/oder in O-Anordnung und/oder in X-Anordnung angeordnet sind.
Drehverbindung (1) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Wälzkörperreihe (9) als eine Radialreihe ausgebildet ist, welche einen Druckwinkel kleiner als 20°, vorzugsweise kleiner als 10° und insbesondere kleiner als 5° aufweist.
Drehverbindung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei axial äußeren Wälzkörperreihen (9) mit Spiel und die mittlere Wälzkörperreihe (9) spielfrei und/oder mit Vorspannung angeordnet ist.
Drehverbindung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch mindestens oder genau zwei überlappenden Wälzkörperreihen (9), wobei eine erste der überlappenden Wälzkörperreihen (9) mit Kugeln spielfrei und/oder mit Vorspannung und eine zweite der überlappenden Wälzkörperreihen (9) mit Rollen als Wälzkörper mit Spiel angeordnet ist.
Drehverbindung (1) nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine dritte der überlappenden Wälzkörperreihen (9), wobei die dritte Wälzkörperreihe (9) mit Kugeln als Wälzkörper spielfrei und/oder mit Vorspannung angeordnet.
Drehverbindung (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Wälzkörperreihe (9) zwischen der ersten und der zweiten Wälzkörperreihe (9) oder auf der der ersten Wälzkörperreihe (9) abgewandten Seite der zweiten Wälzkörperreihe (9) positioniert ist.
Drehverbindung (1) nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine dritte der überlappenden Wälzkörperreihen (9), wobei die dritte Wälzkörperreihe (9) mit Rollen als Wälzkörper mit Spiel angeordnet sind.
Drehverbindung (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Wälzkörperreihe (9) zwischen der ersten und der zweiten Wälzkörperreihe (9) oder auf der der zweiten Wälzkörperreihe abgewandten Seite der ersten Wälzkörperreihe (9) positioniert ist.
Drehverbindung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens oder genau drei der überlappenden Wälzkörperreihen (9) Rollen als Wälzkörper aufweisen.
Drehverbindung (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei axial äußeren Wälzkörperreihen (9) mit Spiel und die mittlere Wälzkörperreihe (9) spielfrei und/oder mit Vorspannung angeordnet ist.
Windkraftanlage mit einer Drehverbindung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Drehverbindung als Rotorblattlager oder Maschinenhauslager ausgebildet ist.