DE102012212660A1

DE102012212660A1 - Labyrinthdichtung und Windkraftanlage mit einer derartigen Labyrinthdichtung

Info

Publication number: DE102012212660A1
Application number: DE201210212660
Authority: DE
Inventors: Andreas Bierlein
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2012-07-19
Filing date: 2012-07-19
Publication date: 2014-01-23

Abstract

Labyrinthdichtung (11), umfassend ein feststehendes Dichtungselement (9) und ein demgegenüber drehbares Dichtungselement (10), die komplementäre, ineinander eingreifende Kammelemente aufweisen, zwischen denen ein festgelegter Dichtspalt gebildet ist, wobei ein Dichtungselement (10) aus Stahl und das andere Dichtungselement (9) aus einem Kunststoffmaterial hergestellt ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Labyrinthdichtung, umfassend ein feststehendes Dichtungselement und ein demgegenüber drehbares Dichtungselement, die komplementäre, ineinander eingreifende Kammelemente aufweisen, zwischen denen ein festgelegter Dichtspalt gebildet ist.
Hintergrund der Erfindung
Große Maschinen, wie z. B. Generatoren für Windkraftanlagen, weisen eine Rotorwelle auf, die zumeist mit berührenden Radialwellendichtringen abgedichtet wird. Radialwellendichtringe weisen jedoch den Nachteil auf, dass ein permanenter Kontakt zwischen der Dichtung und einem anderen Bauteil vorhanden ist, wodurch Reibung und in der Folge Verschleiß verursacht werden. In der Praxis ist es daher erforderlich, die Radialwellendichtringe nach einer festgelegten Betriebsdauer, die z. B. fünf Jahre betragen kann, auszutauschen, wohingegen das durch die Dichtung abgedichtete Lager für eine wesentlich längere Lebensdauer, z. B. 20 Jahre, ausgelegt wird. Weitere Nachteile ergeben sich dadurch, dass die Umgebung des Radialwellendichtrings für einen späteren Austausch im Rahmen einer Wartung ausgelegt werden muss. Generell gestaltet sich der Austausch von Komponenten eines Generators in großer Höhe schwierig, so dass vergleichsweise hohe Wartungskosten entstehen.
Es ist auch schon vorgeschlagen worden, Labyrinthdichtungen für diesen Zweck einzusetzen, wobei die Werkstoffpaarungen Stahl/Stahl und Stahl/Stahlguss zum Einsatz kommen. Aufgrund der systembedingt vorhandenen Verkippungen weisen für diese Zwecke eingesetzte Labyrinthdichtungen jedoch einen relativ großen Dichtspalt auf, um Kollisionen zu vermeiden. Dementsprechend ist mit relativ hohen Leckagen eines Schmiermittels zu rechnen.
Ein Beispiel für eine bei Windkraftanlagen eingesetzte Labyrinthdichtung ist aus der DE 10 2009 009 226 A1 bekannt. Dort wird eine Labyrinthdichtung verwendet, die aus zwei ineinander greifenden Dichtungselementen besteht, die aus Ringen und Scheiben eines Blechmaterials bestehen. Vorzugsweise sind die Ringe beziehungsweise Scheiben aus einem Blechband hergestellt.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Labyrinthdichtung für eine Windkraftanlage anzugeben, die einen geringen Dichtspalt aufweist.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Labyrinthdichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass ein Dichtungselement aus Stahl und das andere Dichtungselement aus einem Kunststoffmaterial hergestellt ist.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass ein engerer Dichtspalt vorgesehen werden kann, wenn eines der beiden Dichtungselemente aus einem Kunststoffmaterial hergestellt ist. Beim Auftreten einer Kollision verformt sich das aus dem Kunststoffmaterial hergestellte Dichtungselement elastisch, wobei die Abdichtfunktion der erfindungsgemäßen Labyrinthdichtung weiterhin gewährleistet ist. Wenn die beiden relativ zueinander beweglichen Bauteile, das heißt der Rotor und der Stator oder ein Statorgehäuse, wieder ihre Ausgangslage erreicht haben, nimmt auch das aus dem Kunststoffmaterial bestehende Dichtungselement wieder seine ursprüngliche, normale Lage ein, bei der ein Dichtspalt vorliegt. In diesem Normalzustand liegt eine berührungslose Dichtung vor.
Mit den herkömmlichen Werkstoffpaarungen Stahl/Stahl beziehungsweise Stahl/Stahlguss könnte ein derart enger Dichtspalt nicht realisiert werden, da diese Materialien nur eine geringe elastische Dehnung erlauben, beim Überschreiten der Dehngrenze erfolgt eine Plastifizierung und somit eine Beschädigung der Dichtungselemente. Die erfindungsgemäße Labyrinthdichtung ermöglicht hingegen das Vorsehen engerer Dichtspalten im Vergleich zu herkömmlichen Labyrinthdichtungen, da ein Dichtungselement beträchtlich elastisch verformt werden kann und anschließend wieder in seinen Ursprungszustand zurückkehrt. Reibung durch einander berührende Dichtungselemente tritt somit nur dann auf, wenn es zu einer Kollision kommt, was jedoch während des Betriebs die Ausnahme ist. Somit kann bei der erfindungsgemäßen Labyrinthdichtung mit einer langen Lebensdauer gerechnet werden.
Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, dass das aus Stahl bestehende Dichtungselement der erfindungsgemäßen Labyrinthdichtung spanend hergestellt ist. In diesem Fall wird das Dichtungselement durch Drehen und/oder Fräsen aus einem Materialblock erzeugt.
Daneben kann das aus Stahl bestehende Dichtungselement auch als Gussteil ausgebildet sein, das gegebenenfalls spanend nachbearbeitet wird.
Erfindungsgemäß kann es vorgesehen sein, dass das aus dem Kunststoffmaterial bestehende Dichtungselement aus Nitril-Butadien-Kautschuk (NBR) oder hydriertem Acrylnitrilbutadien-Kautschuk (HNBR) hergestellt ist. Diese Elastomere haben sich bereits als Dichtungswerkstoffe bewährt.
Im Hinblick auf den Einsatz bei einer Windkraftanlage wird bevorzugt, dass die erfindungsgemäße Labyrinthdichtung einen Durchmesser von wenigstens 2.000 mm, vorzugsweise wenigstens 3.000 mm, aufweist. Derart große Durchmesser können mit herkömmlichen Labyrinthdichtungen nicht ausreichend abgedichtet werden, da relativ große Spalte vorgesehen werden müssen, die zu entsprechenden Leckagen eines Schmiermittels führen. Indem jedoch erfindungsgemäß ein Dichtungselement aus einem Kunststoffmaterial hergestellt ist, können auch Lagerstellen mit großem Durchmesser abgedichtet werden.
Daneben betrifft die Erfindung eine Windkraftfanlage, umfassend eine Rotorblätter aufweisende Turbine, die mit der Rotorwelle eines Generators gekoppelt ist, die in einem Statorgehäuse an wenigstens einer Lagerstelle gelagert ist.
Die erfindungsgemäße Windkraftanlage zeichnet sich dadurch aus, dass die Lagerstelle durch wenigstens eine Labyrinthdichtung der beschriebenen Art abgedichtet ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.
Die Figur zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Labyrinthdichtung einer Windkraftanlage in einer geschnittenen Ansicht.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
1 zeigt ein mittels einer Labyrinthdichtung abgedichtetes Lager einer Windkraftanlage. Das als Rollenlager 1 ausgebildete Lager dient zur Lagerung eines Rotors in einem Stator. Der lediglich teilweise gezeigte Rotor 2 ist mittels des Rollenlagers 1 in einem Gehäuse eines Stators 3 gelagert. Es sind allerdings auch Ausführungen möglich, bei denen der Rotor außerhalb des Stators angeordnet ist. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Rollenlager 1 als zweireihiges Kegelrollenlager ausgebildet, das an Anlageflächen 4 eines Lageraußenrings 5 anliegt. Der Lageraußenring 5 ist in dem Stator 3 gehalten. Wälzkörper des Rollenlagers 1 liegen an Innenringen 6, 7 an, die in dem Rotor 2 angeordnet sind. Der Stator 3 und der Lageraußenring 5 sind mittels Schraubbolzen 8 miteinander verbunden. Das Rollenlager 1 ist durch eine berührungslose Dichtung abgedichtet, die als Labyrinthdichtung ausgebildet ist und erste, an dem Rotor 2 angeordnete Dichtungselemente 9 und zweite, an dem Stator 3 angebrachte Dichtungselemente 10 umfasst, wobei zwischen dem ersten und dem zweiten Dichtungselement 9, 10 jeweils ein Dichtspalt mit festgelegter Größe gebildet ist. Wie in der Figur gezeigt ist, weisen die Dichtungselemente 9, 10 komplementäre, ineinander eingreifende Kammelemente auf, zwischen denen der Dichtspalt gebildet ist.
Das Dichtungselement 10 besteht aus Stahl und ist durch ein spanendes Verfahren hergestellt. Das Dichtungselement 9 besteht aus einem Kunststoffmaterial, nämlich Nitril-Butadien-Kautschuk (NBR). Die beiden Dichtungselemente 9, 10 sind durch den Dichtspalt, der weniger als einen Millimeter beträgt, voneinander getrennt. Bei anderen Ausführungen kann die Dichtung auch vorgespannt sein. Grundsätzlich ist die berührungslose Labyrinthdichtung 11, die durch die beiden Dichtungselemente 9, 10 gebildet wird, reibungsfrei und damit auch verschleißfrei. Wenn es jedoch zu einer Kollision der beiden Dichtungselemente 9, 10 kommt, verformt sich das aus dem Kunststoffmaterial hergestellte Dichtungselement 9 elastisch, so dass ein Berührpunkt oder eine linienförmige Kontaktfläche gebildet wird. Nach dem Abklingen der Verkippung oder Überlastung kehrt das Dichtungselement 9 elastisch in seine ursprüngliche Lage zurück, so dass wieder ein berührungsloser, reibungsfreier und damit verschleißfreier Zustand erreicht wird. Da lediglich bei einer ungewöhnlichen Situation, z. B. bei einer temporären Überlastung, eine Berührung der beiden Dichtungselemente 9, 10 auftritt, weist die Labyrinthdichtung 11 eine lange Lebensdauer auf, ohne dass währenddessen Wartungsarbeiten erforderlich sind.
Bei anderen Ausführungsbeispielen kann ein Dichtungselement aus Stahlguss bestehen, das andere Dichtungselement kann nicht nur aus NBR, sondern auch aus hydriertem Acrylnitrilbutadien-Kautschuk (HNBR) hergestellt sein.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Labyrinthdichtung 11 einen Durchmesser von 1.000 mm auf, abhängig von der Leistung und damit der Größe des verwendeten Generators kann der Durchmesser jedoch auch 2.000 mm oder mehr betragen.
Bezugszeichenliste

1: Rollenlager
2: Rotor
3: Stator
4: Anlagefläche
5: Lageraußenring
6: Innenring
7: Innenring
8: Schraubbolzen
9: Dichtungselement
10: Dichtungselement
11: Labyrinthdichtung

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 102009009226 A1 [0004]

Claims

Labyrinthdichtung (11), umfassend ein feststehendes Dichtungselement (9) und ein demgegenüber drehbares Dichtungselement (10), die komplementäre, ineinander eingreifende Kammelemente aufweisen, zwischen denen ein festgelegter Dichtspalt gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Dichtungselement (10) aus Stahl und das andere Dichtungselement (9) aus einem Kunststoffmaterial hergestellt ist.
Labyrinthdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das aus Stahl bestehende Dichtungselement (10) spanend hergestellt ist.
Labyrinthdichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das aus Stahl bestehende Dichtungselement (10) als Gussteil ausgebildet ist.
Labyrinthdichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das aus dem Kunststoffmaterial bestehende Dichtungselement (9) aus Nitril-Butadien-Kautschuk (NBR) oder hydriertem Acrylnitrilbutadien-Kautschuk (HNBR) hergestellt ist.
Labyrinthdichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Durchmesser von wenigstens 1.000 mm, vorzugsweise wenigstens 2.000 mm, aufweist.
Windkraftanlage, umfassend eine Rotorblätter aufweisenden Turbine, die mit der Rotorwelle eines Generators gekoppelt ist, die in einem Statorgehäuse an wenigstens einer Lagerstelle gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerstelle durch wenigstens eine Labyrinthdichtung (11) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 abgedichtet ist.