DE102010054319A1 - Rotor bearing for wind turbine, has spherical roller bearing with multiple rolling bodies, where spherical roller bearing has three rows of bearing rings - Google Patents
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Abstract
Description
Gebiet der ErfindungField of the invention
Die Erfindung betrifft ein Rotorlager einer Windkraftanlage, umfassend ein Pendelrollenlager mit einer Vielzahl von um eine Lagerachse in Lagerreihen abwälzenden Wälzkörpern.The invention relates to a rotor bearing of a wind turbine, comprising a spherical roller bearing with a plurality of rolling about a bearing axis in rows of bearings rolling elements.
Hintergrund der ErfindungBackground of the invention
Rotorlagerungen sind in der Regel in einem Einzelgehäuse untergebracht und umfassen z. B. zwei durch Wälzlager gebildete, winkeleinstellbare Rotorlager, um Winkelfehler der zu lagernden Maschinenelemente zueinander (z. B. Rotorwelle gegenüber Maschinengehäuse) ausgleichen zu können. Typische Rotorlagerungen von Windkraftanlagen umfassen sogenannte Großwälzlager als Rotorlager. Bei Großwälzlagern beträgt ein Bohrungsdurchmesser, d. h. ein freier Mittendurchmesser eines Innenringes, 600 mm und mehr. Rotorlager moderner Windkraftanlagen, deren Leistung im Bereich von z. B. 1,5 bis 7 Megawatt liegt, weisen einen Bohrungsdurchmesser von z. B. ca. 600 bis 1800 mm auf.Rotor bearings are usually housed in a single housing and include z. B. two formed by bearings, angle-adjustable rotor bearings to compensate for angular errors of the machine elements to be stored to each other (eg., Rotor shaft relative to the machine housing) can. Typical rotor bearings of wind turbines include so-called large-diameter bearings as rotor bearings. In slewing bearings is a bore diameter, d. H. a free center diameter of an inner ring, 600 mm and more. Rotor bearing modern wind turbines whose performance in the range of z. B. 1.5 to 7 megawatts, have a bore diameter of z. B. about 600 to 1800 mm.
Oftmals werden zweireihige Pendelrollenlager, d. h. Radialpendelrollenlager bei radialen Lagerungen von Maschinenteilen, als winkeleinstellbare Wälzlager eingesetzt, da diese auch relativ hohe axiale Belastungen aufnehmen können.Often, double row spherical roller bearings, i. H. Radial pendulum roller bearings for radial bearings of machine parts, used as angular adjustable rolling bearings, as they can also accommodate relatively high axial loads.
Bekanntermaßen können Lagerungen von Maschinenelementen mittels einer Festlagerstelle und einer Loslagerstelle bewerkstelligt werden. Während die Loslagerstelle nur radiale Belastungen aufnimmt, dient die Festlagerstelle dazu, neben den radialen auch die axialen Belastungen aufzunehmen, um somit die Maschinenelemente gegeneinander axial genau zu führen. Das heißt, die Festlagerstelle soll axiale Verschiebungen zwischen den zu lagernden Maschinenelementen soweit wie möglich und erforderlich verhindern.As is known, bearings of machine elements can be accomplished by means of a fixed bearing point and a floating bearing point. While the floating bearing takes up only radial loads, the fixed bearing point serves to absorb in addition to the radial and the axial loads, thus axially guiding the machine elements against each other exactly. That is, the fixed bearing point should prevent axial displacements between the machine elements to be stored as far as possible and necessary.
Es ist bekannt, zweireihige Radialpendelrollenlager als winkeleinstellbare Festlager einzusetzen, z. B. auch als Rotorlager. Radialpendelrollenlager benötigen jedoch stets ein gewisses Maß an Radialspiel, damit sich die in der Lastzone möglicherweise leicht schräggestellten Tonnenrollen in der lasffreien Zone wieder neu ausrichten können und somit die Tonnenrollen kinematisch in der Lastzone wieder gut abwälzen können. Dieses Radialspiel erzeugt Bauartbedingt bei Radialpendelrollenlagern ein Axialspiel, welches in der Regel ein mehrfaches des Radialspieles ausmacht. Eine präzise axiale Führung der zu lagernden Bauteile ist somit nur schwer möglich. Ein zweireihiges Radialpendelrollenlager ist daher nur bedingt als sehr eng führendes Festlager einsetzbar. Dennoch als Festlager verwendete zweireihige Radialpendelrollenlager können aufgrund des vorhandenen Axialspieles und der daraus resultierenden axialen Verschiebung der Tonnenrollen im Betrieb (z. B. bei schwellender axialer Belastung) Beschädigungen der Laufbahnen nach sich ziehen. Speziell beim Einsatz von zweireihigen Pendelrollenlagern in Rotorlagerungen von Windkraftanlagen wird überdies beobachtet, dass im Betrieb eine der beiden Lagerreihen, aufgrund der stets frontal auf den Rotor wirkenden Windkraft, im Betrieb stärker belastet ist als die andere Lagerreihe.It is known to use double-row radial spherical roller bearings as angle-adjustable bearings, z. B. as a rotor bearing. Radial pendulum roller bearings, however, always require a certain amount of radial play, so that the possibly slightly inclined in the load zone barrel rollers can reorient in the non-contact zone again and thus kinematically roll the barrel rollers in the load zone again. This radial clearance generated by the design of radial pendulum roller bearings an axial clearance, which usually makes up a multiple of the radial clearance. A precise axial guidance of the components to be stored is thus difficult. A double-row radial spherical roller bearing is therefore only conditionally used as a very tight fixed bearing. Nevertheless, double-row radial spherical roller bearings used as a fixed bearing can cause damage to the raceways due to the existing axial clearance and the resulting axial displacement of the barrel rollers during operation (eg when the axial load is swelling). Especially when using double-row spherical roller bearings in rotor bearings of wind turbines is also observed that in operation one of the two rows of bearings, due to the force acting always on the frontal wind power, is more heavily loaded during operation than the other row of bearings.
Bekanntermaßen können winkeleinstellbare Festlager, beispielsweise in Schiffsantrieben, durch eine Kombination eines zweireihigen Radialpendelrollenlagers mit einem oder zwei Axialpendelrollenlagern gebildet werden. Das Radialpendelrollenlager dient zur Aufnahme der radialen Belastungen, während das Axialpendelrollenlager hingegen nur Axialbelastungen aufnehmen darf und axiale Verschiebungen der zu lagernden Bauteile verhindert. Das Radialpendelrollenlager und das Axialpendelrollenlager besitzen dabei einen gemeinsamen Drehpunkt, um die Winkeleinstellbarkeit der gesamten Lagerung zu gewährleisten. Das zusätzliche Axialpendelrollenlager verbreitert jedoch das Festlager insgesamt deutlich und erhöht die Kosten der Lagerung.As is known, angle-adjustable fixed bearings, for example in ship propulsion systems, can be formed by a combination of a double-row radial spherical roller bearing with one or two axial spherical roller bearings. The radial spherical roller bearing is used to absorb the radial loads, while the axial spherical roller bearings, however, may only absorb axial loads and axial displacements of the components to be stored prevented. The radial spherical roller bearing and the axial spherical roller bearings have a common pivot point to ensure the Winkeleinstellbarkeit the entire storage. However, the additional Axialpendelrollenlager widened the fixed bearing overall significantly and increases the cost of storage.
Aus der
Aufgabe der ErfindungObject of the invention
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein gattungsgemäßes Rotorlager bereitzustellen, welches insbesondere geeignet ist, eine Festlagerstelle auszubilden und dabei sowohl radiale Belastungen als auch axiale Belastungen in beiden Axialrichtungen über eine lange Lebensdauer aufzunehmen und welches einen kompakten und damit leichten und kostengünstigen Aufbau aufweist.The present invention has for its object to provide a generic rotor bearing, which is particularly suitable to form a fixed bearing point and thereby absorb both radial loads and axial loads in both axial directions over a long life and which has a compact and thus lightweight and inexpensive construction.
Beschreibung der ErfindungDescription of the invention
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Rotorlager gemäß dem unabhängigen Anspruch. Demzufolge ist ein gattungsgemäßes Rotorlager dadurch gekennzeichnet, dass das Pendelrollenlager mindestens drei Lagerreihen aufweist.This object is achieved by a rotor bearing according to the independent claim. Accordingly, a generic rotor bearing is characterized in that the spherical roller bearing has at least three rows of bearings.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass durch die Wahl eines Pendelrollenlagers mit zumindest drei Lagerreihen ein sehr guter Kompromiss hinsichtlich Komplexität der Konstruktion, Belastbarkeit und Kinematik im Betrieb sowie Kosten der Rotorlagerung erreicht wird.The invention is based on the finding that by choosing a spherical roller bearing with at least three rows of bearings a very good compromise in terms of complexity of construction, load capacity and kinematics in operation and costs of rotor bearing is achieved.
Die mindestens drei Lagerreihen des Pendelrollenlagers, also die Pendelrollenlagerreihen, erlauben einerseits eine hohe Aufnahme von axialen und radialen Kräften. Andererseits wird durch die Wahl von mehr als zwei Lagerreihen eine wesentlich bessere axiale Führung z. B. der Rotorwelle möglich, so dass sich das erfindungsgemäße Rotorlager ideal als winkeleinstellbares Festlager eignet.The at least three bearing rows of the spherical roller bearing, so the spherical roller bearing rows, on the one hand allow a high absorption of axial and radial forces. On the other hand, by choosing more than two rows of bearings a much better axial guidance z. B. the rotor shaft possible, so that the rotor bearing according to the invention is ideal as angle-adjustable fixed bearing.
Die verbesserte Aufnahme von Radial- und Axialkräften ermöglicht eine geringere Lagerquerschnittshöhe, wodurch auch die Anschlussteile in den Abmessungen kleiner und somit kostengünstiger werden.The improved absorption of radial and axial forces enables a lower bearing cross-section height, whereby the connection parts are smaller in size and thus less expensive.
Auch wenn der Aufbau des erfindungsgemäßen Rotorlagers aufgrund der mindestens drei Lagerreihen in einem einzigen Pendelrollenlager gegenüber herkömmlichen zweireihigen Pendelrollenlagern komplexer ist, stellt die Erfindung dennoch eine bislang nicht bekannte kostengünstige Lösung der genannten Aufgabe dar. Insbesondere ist der Aufbau eines Rotorlagers mittels einer winkeleinstellbaren Festlagerstelle durch ein Radialpendelrollenlager und ein Axialpendelrollenlager aufwendiger und daher teurer.Although the structure of the rotor bearing according to the invention is more complex compared to conventional double-row spherical roller bearings due to the at least three rows of bearings in a single spherical roller bearing, the invention still represents a previously unknown cost effective solution of the above task. In particular, the structure of a rotor bearing by means of a angle adjustable fixed bearing point by a Radial pendulum roller bearings and a Axialpendelrollenlager consuming and therefore more expensive.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.Embodiments of the present invention are defined in the subclaims.
Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass sämtliche Drucklinien der mindestens drei Lagerreihen in einem Axialschnitt axial symmetrisch angeordnet sind. Die Drucklinien sind somit in dem Axialschnitt (Schnittdarstellung umfassend die Lagerachse) bezüglich einer senkrecht zur Lagerachse stehenden Ebene spiegelbildlich angeordnet. Alternativ ist denkbar, dass sämtliche Drucklinien der mindestens drei Lagerreihen in einem Axialschnitt axial asymmetrisch angeordnet sind. Die Drucklinie einer Lagerachse kann dabei sowohl bei einer axial symmetrischen Anordnung der Drucklinien als auch bei einer axial asymmetrischen Anordnung der Drucklinien einen Druckwinkel von 0 Grad aufweisen.According to one embodiment, it is provided that all pressure lines of the at least three rows of bearings are arranged axially symmetrically in an axial section. The pressure lines are thus arranged in mirror image in the axial section (sectional view comprising the bearing axis) with respect to a plane perpendicular to the bearing axis. Alternatively, it is conceivable that all pressure lines of the at least three rows of bearings are arranged axially asymmetrically in an axial section. The pressure line of a bearing axis can have a pressure angle of 0 degrees both with an axially symmetrical arrangement of the pressure lines and with an axially asymmetric arrangement of the pressure lines.
Denkbar ist auch, dass eine axial äußerste Lagerreihe einen Druckwinkel von 0 Grad aufweist, nämlich wenn in einem Axialschnitt dargestellte Drucklinien der mindestens drei Lagerreihen axial asymmetrisch angeordnet sind.It is also conceivable that an axially outermost bearing row has a pressure angle of 0 degrees, namely, when in an axial section shown pressure lines of the at least three rows of bearings are arranged axially asymmetrically.
Die exakte Wahl der Druckwinkel ebenso wie die Wahl der Anzahl der Lagerreihen kann an die jeweiligen Anforderungen angepasst werden. So kann vorgesehen werden, dass das Pendelrollenlager eine ungerade Zahl von Lagerreihen, insbesondere drei oder fünf Lagerreihen, umfasst. Alternativ kann vorgesehen werden, dass das Pendelrollenlager eine gerade Zahl von Lagerreihen, insbesondere vier Lagerreihen, umfasst.The exact choice of the pressure angle as well as the choice of the number of bearing rows can be adapted to the respective requirements. Thus, it can be provided that the spherical roller bearing an odd number of rows of bearings, in particular three or five rows of storage covers. Alternatively it can be provided that the spherical roller bearing an even number of rows of bearings, in particular four rows of storage includes.
Um eine hohe Radialkraftaufnahme zu ermöglichen, kann eine axial mittige Lagerreihe einen Druckwinkel von 0 Grad aufweisen. Hierbei ist insbesondere denkbar, dass Tonnenrollen der axial mittigen Lagerreihe gegenüber Tonnenrollen anderer Lagerreihen eine unterschiedliche Gestalt aufweisen, insbesondere eine größere Länge aufweisen.In order to enable a high radial force absorption, an axially central bearing row can have a contact angle of 0 degrees. In this case, it is particularly conceivable that barrel rollers of the axially central bearing row have a different shape compared to barrel rollers of other bearing rows, in particular have a greater length.
Alle Lagerreihen des erfindungsgemäßen Rotorlagers können grundsätzlich zwischen einem einstückig ausgebildeten Innenring und einem einstückig ausgebildeten Außenring abwälzen. Aus Montage-, Fertigungs- und Anwendungstechnischen Gründen (z. B. Spieleinstellung) kann es jedoch vorteilhaft sein, einen oder beide Lagerringe (Innenring, Außenring) in zwei oder mehrere Teilringe aufzuteilen. Dabei wälzt auf jedem Teilring zumindest eine Lagerreihe ab. Die Teilringe kontaktieren sich z. B. über stirnseitige Anlageflächen, so dass ein axial kompakter Aufbau entsteht. Aus Gründen der Montierbarkeit kann es notwendig aber auch ausreichend sein, nur einen Lagerring in Teilringe aufzuteilen. So kann vorgesehen sein, dass ein Außenring des Rotorlagers axial außermittig oder axial mittig in zwei Teilringe aufgeteilt ist. Bei einer axial mittigen Teilung liegen zwei Teilringe mit gleichem axialen Abmaß vor.All bearing rows of the rotor bearing according to the invention can in principle roll off between an integrally formed inner ring and an integrally formed outer ring. However, for assembly, manufacturing and application reasons (eg clearance adjustment), it may be advantageous to divide one or both bearing rings (inner ring, outer ring) into two or more partial rings. At least one bearing row rolls on each partial ring. The partial rings contact z. B. on the frontal contact surfaces, so that an axially compact structure is formed. For reasons of mountability, it may be necessary but also sufficient to divide only a bearing ring in partial rings. Thus, it can be provided that an outer ring of the rotor bearing is divided axially off-center or axially centered in two sub-rings. In an axially central division are two partial rings with the same axial dimension before.
Denkbar ist, dass ein Außenring des Rotorlagers eine gemeinsame Laufbahn für die mindestens drei Lagerreihen des Pendelrollenlagers aufweist. Sofern der Außenring in zwei Teilringe axial aufgeteilt ist, erstreckt sich die gemeinsame Laufbahn über die beiden Teileringe. Diese gemeinsame Laufbahn ist insbesondere konkav ausgebildet und/oder besitzt eine konstante Krümmung. Die gemeinsame Laufbahn kann insbesondere in einem Axialschnitt durch einen Kreisbogen beschrieben werden.It is conceivable that an outer ring of the rotor bearing has a common track for the at least three rows of bearings of the spherical roller bearing. If the outer ring is divided axially into two partial rings, the common raceway extends over the two dividing rings. This common track is in particular concave and / or has a constant curvature. The common raceway can be described in particular in an axial section through a circular arc.
Das erfindungsgemäße Rotorlager kann insbesondere als Festlagerstelle ausgebildet sein und/oder verwendet werden.The rotor bearing according to the invention can be designed and / or used in particular as a fixed bearing point.
Denkbar ist, dass die Tonnenrollen einer oder mehrerer, insbesondere aller, Lagerreihen durch einen oder mehrere Käfige geführt werden.It is conceivable that the barrel rollers of one or more, in particular all, rows of bearings are guided by one or more cages.
Das Pendelrollenlager der erfindungsgemäßen Rotorlagerung kann entweder mit symmetrischen oder asymmetrischen Tonnenrollen bestückt werden. Während symmetrische Tonnenrollen axial symmetrisch sind, weisen asymmetrische Tonnenrollen unterschiedlich große Stirnfläche auf. Denkbar ist, dass eine axial äußere Lagerreihe mit asymmetrischen Tonnenrollen bestückt wird. Es zeigte sich nämlich, dass der Einsatz von asymmetrischen Tonnenrollen in einer Pendelrollenlagerreihe mit großem Druckwinkel bessere kinematische Eigenschaften erzeugt, als dies bei symmetrischen Tonnenrollen der Fall ist.The spherical roller bearing of the rotor bearing according to the invention can be equipped either with symmetrical or asymmetrical barrel rollers. While symmetric barrel rollers are axially symmetric, asymmetric barrel rollers have different sized faces. It is conceivable that an axially outer bearing row is equipped with asymmetric barrel rollers. It turned out that the use of asymmetric barrel rollers in a spherical roller bearing row with a large Pressure angle produces better kinematic properties, as is the case with symmetrical barrel rollers.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden anhand der beigefügten Figuren erläutert. Dabei zeigenEmbodiments of the present invention are explained below with reference to the accompanying figures. Show
Ausführliche Beschreibung der ZeichnungenDetailed description of the drawings
Gleiche oder funktionsgleiche Elemente sind durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet.Identical or functionally identical elements are identified by the same reference numerals.
Ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Rotorlagers
Das Pendelrollenlager
Die erste Lagerreihe
Die erste Lagerreihe
Sowohl der Außenring
Der Außenring
Die Drucklinien aller Lagereihen
Der Druckwinkel der ersten Lagerreihe
Da die Wälzkörper
Die Wälzkörper einer oder aller Lagerreihen sämtlicher Ausführungsbeispiele können durch einen bzw. mehrere Käfige geführt werden. Möglich ist, dass zwei axial benachbarte Lagerreihen einen gemeinsamen Käfig aufweisen.The rolling elements of one or all bearing rows of all embodiments can be guided by one or more cages. It is possible that two axially adjacent rows of bearings have a common cage.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- WindkraftanlageWind turbine
- 22
- Maschinenturmmachine tower
- 33
- Maschinenhauspower house
- 44
- Generatorgenerator
- 55
- Rotorrotor
- 66
- Rotorblattrotor blade
- 77
- Rotornaberotor hub
- 88th
- Rotorlagerungrotor bearing
- 99
- PendelrollenlagerSpherical roller bearings
- 1010
- Außenringouter ring
- 1111
- Innenringinner ring
- 1212
- Wälzkörperrolling elements
- 1313
- erste Lagerreihefirst bearing row
- 1414
- zweite Lagerreihesecond bearing row
- 1515
- Lagerachsebearing axle
- 1616
- dritte Lagerreihethird row of bearings
- 1717
- Teilringpartial ring
- 1818
- Teilringpartial ring
- 1919
- vierte Lagerreihefourth bearing row
- 2020
- fünfte Lagerreihefifth row of bearings
- 2121
- Rotorlagerrotor bearing
- 2222
- Druckliniepressure line
- 2323
- Ebenelevel
- αα
- Druckwinkel der ersten LagerreihePressure angle of the first bearing row
- ββ
- Druckwinkel der zweiten LagerreihePressure angle of the second bearing row
- γγ
- Druckwinkel der dritten LagerreihePressure angle of the third bearing row
- δδ
- Druckwinkel der vierten Lagerreihe Druckwinkel der fünften LagerreihePrinting angle of the fourth bearing row Printing angle of the fifth bearing series
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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