DE102010051209A1 - Rotorlager einer Windkraftanlage - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Rotorlager (8) einer Windkraftanlage (1), umfassend einen Außenring (9), einen Innenring (10) sowie eine Vielzahl von zwischen dem Außenring (9) und dem Innenring (10) abrollender Wälzkörper (11), wobei die Wälzkörper (11) in mindestens zwei Lagerreihen angeordnet sind und wobei der Innenring (10) keine Verzahnung aufweist. Erfindungsgemäß ist das Rotorlager (8) dadurch gekennzeichnet, dass der Innenring (10) asymmetrisch in einen ersten Teilring (13) mit einer ersten Lauffläche für eine erste Lagerreihe und einen zweiten Teilring (14) mit einer zweiten Lauffläche für eine zweite Lagerreihe geteilt ist und dass der erste Teilring (13) eine radiale Abstützung des zweiten Teilringes (14) bereitstellt.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft ein Rotorlager einer Windkraftanlage, umfassend einen Außenring, einen Innenring sowie eine Vielzahl von zwischen dem Außenring und dem Innenring abrollender Wälzkörper, wobei die Wälzkörper in zwei Lagerreihen angeordnet sind und wobei der Innenring keine Verzahnung aufweist.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Derartige Rotorlager können insbesondere als sogenannte Einlagerkonzepte eingesetzt werden. In diesem Fall nimmt das Rotorlager in einer Lagerstelle alle Kräfte und Momente auf.
  • Werden z. B. zweireihige Kegelrollenlager mit symmetrisch geteiltem Innenring im Rahmen eines Einlagerkonzeptes als Rotorlager einer Windkraftanlage eingesetzt, ist es erforderlich, den zwei Laufbahnen tragenden Innenring über seine komplette axiale Erstreckung abzustützen. In der Regel werden hierzu kurze Hohlwellen verwendet, die an den Rotorkopf oder den Maschinenträger angeschraubt werden.
  • Aufgabe der Erfindung
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Rotorlager zu schaffen, das eine verbesserte Kraftübertragung gewährleistet, das weniger Bauraum erfordert und welches einfach und kostengünstig herzustellen ist.
  • Beschreibung der Erfindung
  • Diese Aufgabe wird durch ein Rotorlager gemäß den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs gelöst. Demzufolge ist ein gattungsgemäßes Rotorlager dadurch gekennzeichnet, dass der Innenring asymmetrisch in einen ersten Teilring mit einer ersten Lauffläche für eine erste Lagerreihe und einen zweiten Teilring mit einer zweiten Lauffläche für eine zweite Lagerreihe geteilt ist und dass der erste Teilring eine radiale Abstützung des zweiten Teilringes bereitstellt.
  • Durch die Zweiteilung des Innenrings, mit je einer Lauffläche für eine Lagerreihe auf einem der zwei Teilringe, kann das Rotorlager optimal auf die asymmetrische axiale Belastung hin ausgelegt werden.
  • Anstelle jedoch zwei symmetrische Teilringe einzusetzen, die einerseits aufwendig radial zueinander zentriert werden müssten, und die weiterhin beide in axialer Erstreckung komplett unterstützt werden müssten, beruht die Erfindung auf der Erkenntnis, den ersten Teilring derart auszubilden, dass dieser als Unterstützung des zweiten Teilringes fungiert. Der erste Teilring stellt somit eine Unterkonstruktion des zweiten Teilringes dar.
  • Indem der erste Teilring den zweiten Teilring radial abstützt, muss nunmehr lediglich der erste Teilring radial gegenüber einer Anschlusskonstruktion, z. B. Rotorkopf oder Maschinenträger, abgestützt werden. Auf eine aufwendige radiale Zentrierung der beiden Teilringe beim Abstützen kann somit verzichtet werden und außerdem erlaubt die asymmetrische Teilung des Innenrings auch eine wesentlich kompaktere Bauweise.
  • Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der erste Teilring eine radial nach außen gewandte Stützfläche aufweist auf der der zweite Teilring angeordnet ist. Der zweite Teilring kann axial auf diese Stützfläche aufgeschoben werden. Bei axial anstellbaren Lagerreihen, kann das Spiel der zwei Lagerreihen durch das Maß des Aufschiebens des zweiten Teilringes präzise eingestellt oder nachgestellt werden. Zwischen einer Innenmantelfläche des zweiten Teilringes und der Stützfläche kann entweder eine leichte Spielpassung oder eine Presspassung vorliegen.
  • Möglich ist weiterhin, dass die axiale Erstreckung des Innenrings der axialen Erstreckung des ersten Teilringes entspricht. Der zweite Teilring steht somit axial nicht über den ersten Teilring hervor, insbesondere kann vorgesehen sein, dass der zweite Teilring, der an einem axialen Ende der ersten Teilringes angeordnet ist, an diesem axialen Ende bündig mit dem ersten Teilring abschließt.
  • Erfindungsgemäß kann der komplette Innenring mit einer Anschlusskonstruktion verbunden werden, indem ausschließlich der erste Teilring mit der Anschlusskonstruktion verbunden, z. B. verschraubt, wird. Hierzu weist der erste Teilring mehrere Befestigungsbohrungen zum Verbinden des ersten Teilringes mit einer Anschlusskonstruktion auf. Diese Befestigungsbohrungen, z. B. Sacklochbohrungen oder Durchgangsbohrungen, können umfänglich äquidistant verteilt sein und sich radial innerhalb eines Teilkreises der Lagerreihen befinden. Der zweite Teilring kann somit frei von Befestigungsbohrungen sein.
  • Zur besseren Lasteinleitung von Kräften zwischen Innenring und Anschlusskonstruktion kann außerdem vorgesehen sein, dass der erste Teilring an einem axialen Ende, an dem die Stützfläche angeordnet ist, einen radial nach innen gewandten Flansch aufweist. Der Flansch ist dabei an einer Innenmantelfläche des ersten Teilringes ausgebildet.
  • Durch den zweiteiligen Innenring kann die Vorspannung der beiden Lagerreihen durch die axiale Position der beiden Teilringen zueinander einfach und präzise eingestellt werden. Beispielsweise kann der Innenring einen Distanzring zum Festlegen der Vorspannung der beiden Lagerreihen umfassen. Möglich ist insbesondere, dass eine Außenmantelfläche des ersten Teilringes einerseits eine Stützfläche für den Distanzring und anderseits die Stützfläche für den zweiten Teilring aufweist, und beide Stützflächen einen gleichen Außendurchmesser aufweisen, also ineinander übergehen.
  • Möglich ist aber auch, die Vorspannung der beiden Lagerreihen durch einen geteilten Außenring einzustellen bzw. festzulegen. Hierbei umfasst der Außenring zwei Teilringe, die durch einen Distanzring beabstandet sind. Die beiden Teilringe des Außenringes können symmetrisch ausgeführt sein, d. h. der Außenring ist symmetrisch in zwei Teilringe getrennt aufgebaut.
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Rotorlager Mittel zum axialen Sichern des ersten und zweiten Teilringes des Innenrings. Dabei kann es sich z. B. um mehrere Laschen handeln.
  • Vorzugsweise handelt es sich bei den Lagerreihen um zwei Kegelrollenlagerreihen oder um zwei Schrägkugellagerreihen oder um mindestens zwei Schrägzylinderrollenlagerreihen. Die Lagerreihen können dabei entweder in O-Anordnung oder in X-Anordnung angeordnet werden.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der beigefügten Figuren erläutert. Dabei zeigen
  • 1 eine Windkraftanlage, umfassend ein erfindungsgemäßes Rotorlager,
  • 2 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Rotorlagers,
  • 3 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Rotorlagers,
  • 4a eine schematische, vergrößerte Darstellung des ersten Ausführungsbeispiels,
  • 4b, 4c zwei Variationen des ersten Ausführungsbeispiels,
  • 5 ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Rotorlagers,
  • 6 ein viertes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Rotorlagers,
  • 7 ein fünftes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Rotorlagers und
  • 8 ein sechstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Rotorlagers.
  • Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
  • Gleiche oder funktionsgleiche Elemente sind durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet.
  • 1 zeigt eine Windkraftanlage 1, umfassend ein erfindungsgemäßes Rotorlager. Die Windkraftanlage 1 umfasst einen Maschinenturm 2, auf dem ein Maschinenhaus 3 mit einem Generator 4 sowie einem windgetriebenen Rotor 5 mit einer mehrere Rotorblätter 6 tragenden Rotornabe 7 angeordnet ist. Der Rotor 5 wird durch ein erfindungsgemäßes Rotorlager 8 getragen. Der mit X gekennzeichnete Ausschnitt, umfassend das Rotorlager 8, ist in den 2 und 3 näher dargestellt.
  • 2 zeigt dabei ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Rotorlagers 8 bestehend aus einem zweireihigen Kegelrollenlager in O-Anordnung.
  • Das Rotorlager 8 umfasst einen Außenring 9, einen Innenring 10 sowie eine Vielzahl von Wälzkörpern 11, die in zwei Lagerreihen zwischen Außenring 9 und Innenring 10 abwälzen. Der Außenring 9 ist drehfest mit der Rotornabe 7 verbunden, während der Innenring 10 drehfest mit einer Anschlusskonstruktion, z. B. dem Maschinenhaus 3, verbunden ist. Für diese Verbindungen weisen sowohl Außenring 9 als auch Innenring 10 Befestigungsbohrungen 12 auf.
  • Der Innenring 10 weist keine Verzahnung für ein Getriebe auf, kann also einfach und kostengünstig hergestellt werden.
  • Das Ausführungsbeispiel gemäß 3 unterscheidet sich von 2 im Wesentlichen dadurch, dass nunmehr der Innenring 10 mit der Rotornabe 7 und der Außenring mit dem Maschinenhaus 3 drehfest verbunden ist.
  • Eine schematische, vergrößerte Darstellung des Rotorlagers 8 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel nach 2 ist in 4a dargestellt. Während der Außenring 9 einteilig ausgeführt ist, ist die asymmetrische Teilung des Innenrings 10 in einen ersten Teilring 13 und in einen zweiten Teilring 14 erkennbar. Jeder Teilring 13, 14 trägt dabei eine Lauffläche für eine Lagerreihe der Wälzkörper 11.
  • Der erste Teilring 13 weist eine radial nach außen gewandte Stützfläche 15 auf, auf der der zweite Teilring 14 sitzt. Der gesamte zweite Teilring 14 erstreckt sich dabei axial über die Stützfläche 15 und wird somit komplett radial abgestützt. An dem axialen Ende 16 des Innenrings 10, an dem der zweite Teilring 14 sitzt, schließen beide Teilring 14, 15 bündig ab.
  • Der Innenring 10 umfasst weiterhin einen Distanzring 17, dessen axiale Erstreckung derart ausgewählt wurde, dass eine gewünschte Vorspannung in den beiden Lagerreihen vorliegt.
  • 4b zeigt eine Variation des ersten Ausführungsbeispiels, indem eine schematische, vergrößerte Darstellung des Rotorlagers 8 dargestellt ist. Im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel nach 4a weist das Rotorlager 8 keinen Distanzring auf.
  • 4c zeigt eine weitere Variation des ersten Ausführungsbeispiels, indem wiederum eine schematische, vergrößerte Darstellung des Rotorlagers 8 dargestellt ist. Auch in dieser Variation weist das Rotorlager 8 keinen Distanzring auf. Im Gegensatz zur 4b weist das Rotorlager 8 jedoch zusätzlich eine Spannscheibe 24 auf. Die Spannscheibe 24 kontaktiert stirnseitig sowohl den ersten Teilring 13 als auch den zweiten Teilring 14 und erlaubt eine Spieleinstellung des Rotorlagers 8. Weiterhin ermöglicht die Spannscheibe 24 den Aufbau einer Lagereinheit, deren Komponenten (z. B. erster Teilring 13, zweiter Teilring 14 und Außenring 9) verliersicher zusammengehalten werden, so dass eine einfachere Montage möglich wird. Hierzu weist die Spannscheibe 24 mit den Befestigungsbohrungen 12 des Innenringes 10 fluchtende Bohrungen auf.
  • 5 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Rotorlagers 8, wobei die beiden Lagerreihen hier durch Schrägkugellagerreihen gebildet werden. Die beiden Lagerreihen bilden auch hier eine O-Anordnung.
  • 6 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Rotorlagers 8 mit einem geteilten Außenring 9. Der Außenring 9 umfasst zwei symmetrische Teilringe 18, 19. Da in diesem Ausführungsbeispiel der Innenring 10 keinen Distanzring 17 enthält, ist zwischen den beiden Teilringen 18, 19 des Außenrings ein Distanzring 17 angeordnet, um weiterhin eine Spieleinstellung der beiden Lagerreihen zu ermöglichen.
  • 7 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Rotorlagers 8. Der wesentliche Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel nach 4a besteht darin, dass der erste Teilring 13 des Innenrings 10 an einer Innenmantelfläche 20 einen radial nach innen gerichteten Flansch 21 aufweist. Dieser Flansch 21 ist an dem axialen Ende 16 des ersten Teilringes 13 (und somit des Innenrings 10) angeordnet, an dem auch die Stützfläche 15 angeordnet ist. Der Flansch 21 liegt also der Stützfläche 15 radial gegenüber. Der Flansch 21 schließt bündig mit einer Stirnseite 22 des ersten Teilringes 13 ab und dient dazu, durch eine größere Stützbasis eine bessere Krafteinleitung zwischen Innenring 10 und (nicht dargestellter) Anschlusskonstruktion zu ermöglichen.
  • Die beiden Teilringe 13, 14 des Innenrings sind über mehrere Laschen 23 axial gesichert.
  • 8 zeigt ein sechstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Rotorlagers 8. In diesem Ausführungsbeispiel umfasst das Rotorlager 8 vier Lagerreihen von denen zwei Lagerreihen auf dem ersten Teilring 13 und zwei Lagerreihen auf den zweiten Teilring 14 des Innenringes 10 abwälzen. Alle Lagerreihen wälzen auf dem einstückigen Außenring 9 ab. Bei den Lagerreihen handelt es sich um Schrägzylinderrollenlager; die Druckwinkel 25 zweier Lagerreihen, die auf einem Teilring 13, 14 abwälzen, sind parallel zueinander.
  • Das Rotorlager 8 umfasst wiederum eine Spannscheibe 24 zur Spieleinstellung und Erleichterung der Montage.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Windkraftanlage
    2
    Maschinenturm
    3
    Maschinenhaus
    4
    Generator
    5
    Rotor
    6
    Rotorblatt
    7
    Rotornabe
    8
    Rotorlager
    9
    Außenring
    10
    Innenring
    11
    Wälzkörper
    12
    Befestigungsbohrung
    13
    erster Teilring des Innenrings
    14
    zweiter Teilring des Innenrings
    15
    Stützfläche
    16
    axiales Ende des Innenrings
    17
    Distanzring
    18
    erster Teilring des Außenrings
    19
    zweiter Teilring des Außenrings
    20
    Innenmantelfläche des ersten Teilrings 13
    21
    Flansch
    22
    Stirnseite
    23
    Lasche
    24
    Spannscheibe
    25
    Druckwinkel

Claims (9)

  1. Rotorlager (8) einer Windkraftanlage (1), umfassend einen Außenring (9), einen Innenring (10) sowie eine Vielzahl von zwischen dem Außenring (9) und dem Innenring (10) abrollender Wälzkörper (11), wobei die Wälzkörper (11) in mindestens zwei Lagerreihen angeordnet sind und wobei der Innenring (10) keine Verzahnung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenring (10) asymmetrisch in einen ersten Teilring (13) mit einer ersten Lauffläche für eine erste Lagerreihe und einen zweiten Teilring (14) mit einer zweiten Lauffläche für eine zweite Lagerreihe geteilt ist und dass der erste Teilring (13) eine radiale Abstützung des zweiten Teilringes (14) bereitstellt.
  2. Rotorlager (8) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teilring (13) eine radial nach außen gewandte Stützfläche (15) aufweist auf der der zweite Teilring (14) angeordnet ist.
  3. Rotorlager (8) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Erstreckung des Innenrings (10) der axialen Erstreckung des ersten Teilringes (13) entspricht.
  4. Rotorlager (8) nach einem der vorangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teilring (13) mehrere Befestigungsbohrungen (12) zum Verbinden des ersten Teilringes (13) mit einer Anschlusskonstruktion aufweist.
  5. Rotorlager (8) nach einem der vorangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teilring (13) an einem axialen Ende (16), an dem die Stützfläche (15) angeordnet ist, einen radial nach innen gewandten Flansch (21) aufweist.
  6. Rotorlager (8) nach einem der vorangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenring (10) einen Distanzring (17) zum Festlegen der Vorspannung der beiden Lagerreihen umfasst.
  7. Rotorlager (8) nach einem der vorangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenring (9) zwei Teilringe (18, 19) umfasst, die durch einen Distanzring (17) beabstandet sind.
  8. Rotorlager (8) nach einem der vorangegangen Ansprüche, gekennzeichnet durch, Mittel zur axialen Sicherung des ersten Teilringes (13) und des zweiten Teilringes (14) des Innenrings (9).
  9. Rotorlager (8) nach einem der vorangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Lagerreihen um zwei Kegelrollenlagerreihen oder um zwei Schrägkugellagerreihen oder um mindestens zwei Schrägzylinderrollenlagerreihen handelt.
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3153730B1 (de) * 2015-10-09 2019-12-04 NTN-SNR Roulements Lager einer windturbinenschaufel, schwingungs- und drehsystem
CN111765168A (zh) * 2020-05-19 2020-10-13 上海涟屹轴承科技有限公司 一种新型风电变速箱用推力轴承结构

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EP3153730B1 (de) * 2015-10-09 2019-12-04 NTN-SNR Roulements Lager einer windturbinenschaufel, schwingungs- und drehsystem
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