DE102013200356A1

DE102013200356A1 - Zusammengesetzter Dichtungsträger für ein Direktantriebs-Hauptlager einer Windkraftanlage

Info

Publication number: DE102013200356A1
Application number: DE102013200356A
Authority: DE
Inventors: Jesper Staerke Rosengren; Steffen Soerensen; Rune Nielsen; Bjarne Noer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Gamesa Renewable Energy AS
Priority date: 2012-01-27
Filing date: 2013-01-14
Publication date: 2013-08-01
Also published as: CN203431017U; EP2620643A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lagersystem (100) für eine Windkraftanlage (300). Das Lagersystem (100) umfasst einen ersten Lagerring (130), einen ersten Dichtungsträger (110), einen zweiten Lagerring (140), einen zweiten Dichtungsträger (120) und ein Wälzelement (106). Der erste Lagerring (130) weist eine erste Fläche (107) auf, mit welcher ein erstes Windkraftanlagenelement (210) der Windkraftanlage koppelbar ist. Der erste Dichtungsträger (110) ist an der ersten Fläche (107) des ersten Lagerrings (130) angebracht, so dass der erste Dichtungsträger (110) zwischen dem ersten Lagerring (130) und dem ersten Windkraftanlagenelement (210) angeordnet werden kann. Der zweite Lagerring (140) weist eine zweite Fläche (108) auf, mit welcher ein zweites Windkraftanlagenelement (220) der Windkraftanlage (300) koppelbar ist. Der zweite Dichtungsträger (120) ist an der zweiten Fläche (108) des zweiten Lagerrings (140) angebracht, so dass der zweite Dichtungsträger (120) zwischen dem zweiten Lagerring (140) und dem zweiten Windkraftanlagenelement (220) angeordnet werden kann. Das Wälzelement (106) ist innerhalb eines Innenvolumens (102) zwischen dem ersten Lagerring (130) und dem zweiten Lagerring (140) eingebaut und bewirkt die drehbare Lagerung des ersten Lagerrings (130) an dem zweiten Lagerring (140). Der erste Dichtungsträger (110) ist aus einem elektrisch isolierenden Material hergestellt, zum elektrischen Isolieren des ersten Lagerrings (130) gegenüber dem ersten Windkraftanlagenelement (210).

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lagersystem für eine Windkraftanlage, insbesondere eine Windkraftanlage mit Direktantrieb. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum elektrischen Isolieren des Lagersystems einer Windkraftanlage.
Technologischer Hintergrund
Eine Windkraftanlage umfasst im Allgemeinen eine Nabe, welche die Windkraftanlagen-Rotorblätter trägt, und einen Generator mit einem Stator und einem Rotor. Die Nabe ist mit dem Generator durch einen Turbinenrotor gekoppelt. Insbesondere ist bei Windkraftanlagen mit Direktantrieb der Turbinenrotor mit dem Rotor des Generators ohne Anwendung einer Getriebevorrichtung zwischen der Welle und dem Rotor des Generators gekoppelt.
Der Generator ist in einer Gondel der Windkraftanlage installiert. Die rotierenden Teile, wie etwa die Welle und der Rotor des Generators, sind durch ein Hauptlager drehbar mit einem Strukturteil der Windkraftanlage, wie etwa der Gondel, verbunden. Ferner kann die rotierende Nabe ebenfalls mit dem Hauptlager gekoppelt sein.
Das Hauptlager der Windkraftanlage ist im Allgemeinen ein Wälzlager, so dass der rotierende Lagerring mit dem nicht rotierenden Lagerring drehbar gekoppelt sein kann. Die rotierenden Teile der Windkraftanlage sind mit dem rotierenden Lagerring gekoppelt, und die statischen Teile der Windkraftanlage sind mit dem nicht rotierenden Lagerring gekoppelt.
Es besteht die Gefahr eines Kurzschlusses, z. B. verursacht durch einen Blitzschlag, zwischen den rotierenden und statischen Teilen, welche innerhalb der Gondel angeordnet sind (z. B. den Generatorteilen), und den rotierenden und statischen Teilen, welche außerhalb der Gondel angeordnet sind (z. B. der Nabe und den Rotorblättern). Insbesondere wenn ein Frequenzumrichter an den Generator angeschlossen ist, besteht eine erhöhte Gefahr eines Leckstroms. Falls keine einwandfreie Isolation vorhanden ist, fließen dann Leckströme durch das Lager, wodurch vorzeitige Ausfälle des Lagers zu erwarten sind.
Insbesondere fließen, falls keine einwandfreie Isolation zwischen den rotierenden und den statischen Teilen vorhanden ist, Leckströme durch das Hauptlager, wodurch vorzeitige Lagerausfälle zu erwarten sind. Falls eine ungenügende Reibung vorhanden ist, kann sich der Lagerring relativ zu der Windkraftanlagenstruktur bewegen, falls die Windkraftanlage hohen Lasten ausgesetzt ist. Um Leckströme zu verhindern, können die Lager mit einer isolierenden Beschichtung überzogen werden, oder es können nichtleitende Wälzelemente (z. B. Keramikrollen) verwendet werden. Keramikrollen sind teuer, und durch eine Beschichtung des Lagers wird möglicherweise keine ausreichende Robustheit und Reibung für die Anwendung bei Windkraftanlagen erzielt.
Zusammenfassung der Erfindung
Es kann eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung sein, eine einwandfreie elektrische Isolation zwischen Komponenten einer Windkraftanlage bereitzustellen.
Diese Aufgabe kann durch ein Lagersystem für eine Windkraftanlage und durch ein Verfahren zum elektrischen Isolieren eines Lagersystems einer Windkraftanlage gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst werden.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Lagersystem für eine Windkraftanlage vorgestellt. Das Lagersystem umfasst einen ersten Lagerring, einen ersten Isolierring (z. B. einen ersten Dichtungsträger), einen zweiten Lagerring, optional einen zweiten Isolierring (z. B. einen zweiten Dichtungsträger) und ein Wälzelement. Der erste Lagerring weist eine erste Fläche auf, mit welcher ein erstes Windkraftanlagenelement der Windkraftanlage koppelbar ist. Der erste Isolierring ist an der ersten Fläche des ersten Lagerrings angebracht, so dass der erste Isolierring zwischen dem ersten Lagerring und dem ersten Windkraftanlagenelement angeordnet werden kann, wenn er mit der ersten Fläche gekoppelt ist.
Optional weist bei einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der zweite Lagerring eine zweite Fläche auf, mit welcher ein zweites Windkraftanlagenelement der Windkraftanlage koppelbar ist, so dass der zweite Isolierring zwischen dem zweiten Lagerring und dem zweiten Windkraftanlagenelement angeordnet werden kann, wenn er mit der zweiten Fläche gekoppelt ist. Der zweite Isolierring ist an der zweiten Fläche des zweiten Lagerrings angebracht. Das Wälzelement ist innerhalb eines Innenvolumens zwischen dem ersten Lagerring und dem zweiten Lagerring eingebaut und bewirkt die drehbare Lagerung des ersten Lagerrings an dem zweiten Lagerring.
Der erste Isolierring ist aus einem elektrisch isolierenden Material hergestellt, zum elektrischen Isolieren des ersten Lagerrings gegenüber dem ersten Windkraftanlagenelement.
Die Windkraftanlage kann insbesondere eine Windkraftanlage mit Direktantrieb sein. Bei einer Windkraftanlage treibt ein Turbinenrotor, welcher durch den an den Windkraftanlagen-Rotorblättern angreifenden Wind angetrieben wird, direkt einen Rotor eines Generators an. Bei einer Windkraftanlage mit Direktantrieb kann der Turbinenrotor überflüssig sein, und eine Nabe der Windkraftanlage ist durch das Hauptlager direkt mit einem Rotor eines Windkraftanlagengenerators gekoppelt. Das erste Windkraftanlagenelement kann ein rotierendes Windkraftanlagenelement sein, und das zweite Windkraftanlagenelement kann ein statisches Windkraftanlagenelement sein, und umgekehrt. Das rotierende Windkraftanlagenelement kann zum Beispiel der Rotor des Generators, die Nabe oder ein Turbinenrotor der Windkraftanlage sein. Das statische Windkraftanlagenelement kann zum Beispiel ein Strukturteil sein, wie etwa ein Teil einer Gondel der Windkraftanlage oder ein Stator des Generators.
Das erste Windkraftanlagenelement und/oder das zweite Windkraftanlagenelement kann ein Element (z. B. die Nabe oder der Turbinenrotor) sein, welches sich vom Inneren zum Äußeren der Gondel erstreckt und vorsteht, so dass das erste Windkraftanlagenelement und/oder das zweite Windkraftanlagenelement zum Beispiel Blitzschlägen ausgesetzt sein kann.
Mit dem Begriff „statisches Windkraftanlagenelement“ werden Elemente bezeichnet, welche nicht unter dem Einfluss des an den Rotorblättern angreifenden Windes mit dem Turbinenrotor rotieren. Jedoch können die statischen Elemente eine relative Bewegung bezüglich des Erdbodens oder des Windkraftanlagenturms ausführen. Zum Beispiel kann die Gondel einer Windkraftanlage, als ein statisches Element, zum Beispiel um den Windkraftanlagenturm schwenken.
Der erste Lagerring und der zweite Lagerring stellen jeweilige Lagerringe dar, welche ein Mittelloch umfassen. Der erste Lagerring kann an dem Windkraftanlagenelement befestigt sein, welches zusammen mit einer Welle rotiert. Der zweite Lagerring kann an einem statischen Windkraftanlagenelement befestigt sein, oder umgekehrt.
Die erste Fläche (und z. B. die zweite Fläche) kann eine Fläche sein, welche wenigstens teilweise innerhalb einer Ebene mit einer Normalenrichtung verläuft, wobei eine Komponente der Normalenrichtung wenigstens parallel zu einer Drehachse des Turbinenrotors ist. Eine weitere Komponente der Normalenrichtung kann in einer radialen Richtung ausgerichtet sein. Die radiale Richtung kann durch eine Richtung definiert sein, welche senkrecht zu der Drehachse ist und welche die Drehachse schneidet. Die erste Fläche und die zweite Fläche definieren Montageflächen, an denen der erste und der zweite Isolierring angebracht sind und mit denen die jeweiligen Windkraftanlagenelemente in indirektem Kontakt gekoppelt sein können.
Insbesondere können mit der ersten und/oder der zweiten Fläche das erste Windkraftanlagenelement und/oder das zweite Windkraftanlagenelement gekoppelt sein, wobei diese Windkraftanlagenelemente mindestens einen Abschnitt aufweisen, welcher außerhalb der Gondel der Anlage angeordnet ist und welcher Blitzschlägen ausgesetzt sein kann.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist der zweite Isolierring (z. B. der zweite Dichtungsträger) aus einem elektrisch isolierenden Material hergestellt, zum elektrischen Isolieren des zweiten Lagerrings von dem zweiten Windkraftanlagenelement.
Zwischen dem ersten Lagerring und dem zweiten Lagerring ist das Wälzelement derart eingebaut, dass der rotierende Lagerring von dem statischen Lagerring getragen wird. Die Wälzelemente können zum Beispiel eine Kugelform, eine zylindrische Form oder eine Kegelrollenform aufweisen.
Insbesondere kann der erste Lagerring ein äußerer Lagerring sein, und der zweite Lagerring kann ein innerer Lagerring sein (oder umgekehrt), wobei der äußere Lagerring eine radial innere Fläche entlang eines Durchgangsloches aufweist und der innere Lagerring eine radial äußere Fläche umfasst, wobei das Wälzelement mit der inneren Fläche und der äußeren Fläche der jeweiligen Lagerringe gekoppelt ist. Der erste Lagerring kann der statische Lagerring sein, und der zweite Lagerring kann der rotierende Lagerring sein, oder umgekehrt. Zwischen der inneren Fläche des äußeren Lagerrings und der äußeren Fläche des inneren Lagerrings kann das Innenvolumen definiert sein. Insbesondere kann das Innenvolumen einen Zwischenraum zwischen der inneren Fläche des äußeren Lagerrings und der äußeren Fläche des inneren Lagerrings darstellen. Innerhalb des Innenvolumens ist Schmierfett vorgesehen, um die Wälzelemente zu schmieren, so dass der Verschleiß verringert wird.
Die Isolierringe, z. B. die Dichtungsträger, unterscheiden sich von den Lagerringen dadurch, dass die Isolierringe den Lagerring von dem Windkraftanlagenelement trennen.
Der jeweilige Isolierring kann an der jeweiligen ersten oder zweiten Fläche befestigt sein. Der jeweilige Isolierring kann zwischen der ersten oder zweiten Fläche angeordnet sein. Somit kann das jeweilige Windkraftanlagenelement an einem jeweiligen Isolierring befestigt sein, so dass durch den jeweiligen Isolierring z. B. Kräfte zwischen dem jeweiligen Lagerring und dem jeweiligen Windkraftanlagenelement übertragen werden können. Aus diesem Grunde kann der jeweilige Isolierring genügend robust ausgebildet sein, um den übertragenen Kräften standzuhalten. Insbesondere müssen die gesamten Lasten der Windkraftanlage von dem Windkraftanlagenelement über das isolierende Material auf den Lagerring übertragen werden, und umgekehrt.
Der Isolierring kann alternativ dazu oder zusätzlich ein Dichtungsträger sein, wie unten ausführlicher beschrieben wird, welcher (z. B. ausschließlich) ein Dichtelement hält, ohne Kräfte zu übertragen, insbesondere ohne Gewichtskräfte der rotierenden Windkraftanlagenelemente auf die statischen Windkraftanlagenelemente zu übertragen. Die Kräfte, wie etwa die Gewichtskräfte der Windkraftanlagenelemente, werden von einem Lagerring auf den anderen Lagerring durch die Wälzelemente und nicht durch den Isolierring übertragen.
Der Begriff „elektrisch isolierend“ bedeutet, dass z. B. der jeweilige Isolierring einen Widerstand von mehr als 0,5 kΩ (Kiloohm), vorzugsweise von mehr als 1 kΩ aufweist, insbesondere wenn ein Gleichstrom anliegt. Somit ist ein kleiner und kontrollierter Stromfluss z. B. durch den Isolierring möglich. Statische Entladungen können dadurch vermieden werden.
Folglich wird durch die vorliegende Erfindung ein direkter Kontakt zwischen dem ersten Lagerring und dem ersten Windkraftanlagenelement durch den ersten Isolierring verhindert, welcher aus einem elastisch isolierenden Material hergestellt ist. Falls zum Beispiel das erste Windkraftanlagenelement eine Nabe einer Windkraftanlage ist, welche außerhalb der Gondel angeordnet ist, wird ein Blitzschlag, der auf die Nabe einwirkt, nicht durch eine Schnittstelle zu dem ersten Lagerring übertragen, da der erste Lagerring und das erste Windkraftanlagenelement durch den ersten Isolierring voneinander isoliert sind. Eine weitere Vorkehrung zur elektrischen Isolierung, wie etwa ein elektrisch isolierender Ring zwischen dem Lagersystem und einem Strukturteil (z. B. der Gondel) der Windkraftanlage, ist überflüssig, da die elektrische Isolation in das Lagersystem integriert ist, insbesondere durch den elektrisch isolierenden ersten Isolierring. Das Isolationsmaterial der Isolierringe gewährleistet eine Isolation gegenüber den relevanten elektrischen Frequenzen.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist der erste Isolierring ein erster Dichtungsträger, und der zweite Isolierring ist ein zweiter Dichtungsträger. Das Lagersystem umfasst ferner ein Dichtelement, welches an mindestens einem von dem ersten Dichtungsträger und/oder dem zweiten Dichtungsträger angebracht ist, derart, dass

a) das Innenvolumen zwischen dem ersten Lagerring und dem zweiten Lagerring gegenüber einer Umgebung des Lagersystems abgedichtet ist, und
b) der erste Dichtungsträger und der zweite Dichtungsträger relativ zueinander drehbar sind.

Um zu verhindern, dass Schmierfett aus dem Innenvolumen austritt, sind der erste Dichtungsträger, der zweite Dichtungsträger und das Dichtelement an den Lagerringen befestigt. Der erste Dichtungsträger, der zweite Dichtungsträger und das Dichtelement können Teil einer primären Dichtungsanordnung des Hauptlagers der Windkraftanlage sein. Folglich kann das Innenvolumen gegen Austreten von Schmierfett in die Umgebung abgedichtet werden. Zwischen dem inneren Lagerring und dem äußeren Lagerring ist der Zwischenraum vorhanden, durch welchen das Schmierfett austritt. Das Dichtelement ist dazu eingerichtet, den Zwischenraum abzudichten. Dabei ist der erste Dichtungsträger, wie etwa ein erster Dichtring, an dem ersten Lagerring befestigt, und der zweite Dichtungsträger, wie etwa ein zweiter Dichtring, ist an dem zweiten Lagerring befestigt. Der erste Dichtungsträger und/oder der zweite Dichtungsträger klemmen (klemmt) ein Dichtelement zwischen sich und/oder dem ersten Lagerring und/oder dem zweiten Lagerring fest.
Das Dichtelement kann aus einem Material mit angemessenen Dichteigenschaften und/oder aus einem Material, welches elektrisch isolierend ist, wie etwa einem gummiartigen Material, hergestellt sein. Das Dichtelement kann durch den ersten Dichtungsträger und den zweiten Dichtungsträger bezüglich des ersten Lagerrings und des zweiten Lagerrings auf eine solche Weise befestigt sein, dass das Dichtelement eine Reibfläche entweder zu den rotierenden Elementen, welche zusammen mit dem Turbinenrotor rotieren, oder den statischen Elementen aufweist. Das Dichtelement kann bei einer beispielhaften Ausführungsform eine erste Dichtlippe umfassen, die mit dem ersten Lagerring gekoppelt ist, und eine zweite Dichtlippe, die mit dem zweiten Lagerring gekoppelt ist, wobei die erste Dichtlippe und die zweite Dichtlippe relativ zueinander beweglich sind und eine Labyrinthdichtung bilden. Das Dichtelement kann zum Beispiel auch ein kontaktloses Dichtelement oder eine Labyrinthdichtung bilden.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist das Isolationsmaterial des ersten Isolierrings, des zweiten Isolierrings und/oder des Dichtelements ein Verbundwerkstoff, insbesondere ein verstärktes Duroplast (Polyester oder Epoxid) oder ein thermoplastisches Material. Das Isolationsmaterial kann insbesondere in der Art von glasfaserverstärktem Epoxid hergestellt sein. Das Duroplast kann einen Faservolumenanteil von mehr als 20 % (Prozent) umfassen, wobei die Fasern gewebt sein könnten. Folglich kann ein Kriechen verringert und vermieden werden. Die ersten Windkraftanlagenteile und/oder die zweiten Windkraftanlagenteile sind im Allgemeinen aus Stahl oder anderen metallischen Werkstoffen hergestellt. Die Oberfläche des jeweiligen Windkraftanlagenelements kann mit einem Reiblack oder einem Zink-Spray behandelt sein. Dadurch kann ein hoher Reibungskoeffizient (d. h. größer als µ = 0,2, größer als µ = 0,4, vorzugsweise größer als µ = 0,35) zwischen dem metallischen Windkraftanlagenelement und dem jeweiligen ersten und/oder zweiten Isolierring erzielt werden. Ein Reibungskoeffizient zwischen dem Windkraftanlagenteil und dem Isolierring kann eine gute Verbindung zwischen den Teilen sicherstellen, und der Verschleiß der verbindenden Teile zwischen den verbundenen Teilen (d. h. dem Isolierring und den jeweiligen Windkraftanlagenteilen) kann minimiert werden (Schwingungen). Die Isolierringe können eine Verbundwerkstoffscheibe sein, welche eine Beschichtung aus einem Reiblack oder einem Zink-Spray mit einer Dicke von z. B. weniger als 10 Mikrometern umfasst, so dass ein geeigneter Reibungskoeffizient erzielt wird.
Zusammengefasst, das Isolationsmaterial ist stabil (ändert seine Abmessungen nicht und unterliegt keinen Ermüdungsausfällen) für die Lebensdauer der Windkraftanlage, und es gewährleistet einen angemessenen Reibungskoeffizienten. Bei Verwendung von normalen thermoplastischen Materialien besteht die Gefahr, dass bei dem ständigen hohen Druck ein Kriechen auftritt. Insbesondere ist das Isolationsmaterial, wie oben beschrieben, ein thermoplastisches Material mit einer relativ hohen Glasübergangstemperatur (z. B. PEEK) oder ein Duroplast. Das duroplastische Harz (Epoxidharz) kann faserverstärkt mit Gewebematten (d. h. Fasern parallel zu einer Gegenfläche) sein. Das Isolationsmaterial muss, außer dass es formbeständig sein muss, einen hohen Reibungskoeffizienten gewährleisten, da sich z. B. der Lagerring andernfalls relativ zu der Windkraftanlagenstruktur bewegen würde, wenn die Windkraftanlage hohen Lasten ausgesetzt ist.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform umfasst mindestens einer von dem ersten Isolierring, d. h. dem ersten Dichtungsträger, und dem zweiten Isolierring, d. h. dem zweiten Dichtungsträger, einen Durchlass, durch welchen Schmierfett zwischen dem Innenvolumen und der Umgebung fließen kann. Schmierfett ist innerhalb des Innenvolumens vorgesehen, um die Wälzelemente zur Verringerung des Verschleißes zu schmieren. Der Durchlass stellt eine Verbindung von dem Innenvolumen zur Umgebung bereit, um Schmierfett in das Innenvolumen einzuspeisen oder um das Schmierfett aus dem Innenvolumen in die Umgebung abzulassen. Der Durchlass kann z. B. durch eine Nut gebildet sein, welche an einer Fläche des ersten Isolierrings und/oder des zweiten Isolierrings eingearbeitet ist, oder durch ein jeweiliges eingebautes Rohr.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist mindestens einer von dem ersten Isolierring, d. h. dem ersten Dichtungsträger, und dem zweiten Isolierring, d. h. dem zweiten Dichtungsträger, ein Schmierfettreservoir zum Speichern von Schmierfett auf. Das Schmierfettreservoir ist mit dem Innenvolumen verbunden, um Schmierfett dem Innenvolumen zuzuführen oder aus ihm abzuführen. Ein Schmierfettreservoir kann von dem ersten Isolierring und dem zweiten Isolierring umgeben sein. Das Schmierfettreservoir kann Schmierfett sammeln, welches aufgrund von dynamischen Bewegungen und Schwingungen der Lagerringe durch kleine Zwischenräume zwischen dem Dichtelement und dessen Anlageflächen fließt. Wenn das Schmierfett nicht innerhalb des Schmierfettreservoirs gesammelt würde, könnte eine Verunreinigung von Windkraftanlagenelementen wie etwa Generatorelementen erfolgen, insbesondere falls das Lagersystem in eine Windkraftanlage mit Direktantrieb eingebaut ist, wo das Lagersystem als ein Hauptlager der Windkraftanlage mit Direktantrieb verwendet wird.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform umfasst das Lagersystem ferner ein Abstreifelement, welches an dem ersten Isolierring befestigt ist. Das Abstreifelement liegt an dem jeweiligen zweiten Isolierring und/oder an dem zweiten Lagerring an, so dass Schmierfett von dem jeweiligen zweiten Isolierring und/oder dem zweiten Lagerring abgestreift werden kann.
Das Abstreifelement kann an dem ersten Isolierring, z. B. dem ersten Dichtungsträger, befestigt sein, wobei der erste Isolierring an dem ersten Lagerring befestigt sein kann, welcher der drehbare Lagerring oder der statische Lagerring sein kann. Das Abstreifelement erstreckt sich von dem ersten Isolierring zu dem zweiten Isolierring und/oder zu dem zweiten Lagerring (welcher ein statischer oder dynamischer Lagerring ist) und liegt an einer jeweiligen Anlagefläche an. Das Abstreifelement führt eine relative Bewegung bezüglich des zweiten Isolierrings und/oder des zweiten Lagerrings aus und streift dadurch das Schmierfett von dem zweiten Isolierring und/oder dem zweiten Lagerring ab.
Insbesondere ist das Abstreifelement in der Umgebung bezüglich des Dichtelements angeordnet, so dass Schmierfett, welches aus dem Innenvolumen durch das Dichtelement hindurchsickert, in der Umgebung von dem jeweiligen zweiten Lagerring abgestreift werden kann. Anders ausgedrückt, das Dichtelement ist zwischen dem (in der Umgebung angeordneten) Abstreifelement und den (im Innenvolumen angeordneten) Wälzelementen angeordnet.
Das abgestreifte Schmierfett kann entlang des Abstreifelements zu einem gewünschten Ort geleitet werden, vorzugsweise innerhalb des Schmierfettreservoirs, wo das Schmierfett gesammelt werden kann.
Bei einer weiteren beispielhaften Ausführungsform umfasst das Lagersystem ferner einen Schmierfettsammler, wobei das Abstreifelement derart ausgebildet ist, dass das abgestreifte Schmierfett entlang des Abstreifelements zu dem Schmierfettsammler geleitet wird. Der Schmierfettsammler kann innerhalb des Schmierfettreservoirs eingebaut sein. Ferner kann der Schmierfettsammler ein Rohr bilden, welches zum Beispiel durch den Durchlass hindurch zur Umgebung geführt ist, wo Schmierfett-Auffangbehälter zum Auffangen des Schmierfetts installiert sind. Die Schmierfett-Auffangbehälter können lösbar mit dem Schmierfettsammler verbunden sein. Wenn die Schmierfett-Auffangbehälter vollständig gefüllt sind, können die Schmierfett-Auffangbehälter durch einen leeren Schmierfett-Auffangbehälter ersetzt werden. Zum Beispiel können die Schmierfett-Auffangbehälter während einer regelmäßigen Wartung des Lagersystems oder einer allgemeinen Wartung der Windkraftanlage ausgewechselt werden.
Bei einer weiteren beispielhaften Ausführungsform können das Abstreifelement und der Schmierfettsammler einstückig und für ein gemeinsames Element ausgebildet sein. Insbesondere kann das Abstreifelement von einem Randabschnitt des Schmierfettsammlers gebildet werden, wobei dieser Randabschnitt an der jeweiligen Fläche zum Abstreifen des Schmierfetts anliegt.
Insbesondere in Bezug auf das Schmierfettreservoir ist es günstig, dass Abstreifelement so anzuordnen, dass es das Leiten des Schmierfetts in die Auffangbehälter unterstützt. Die Abstreifelemente können entweder an dem rotierenden oder an dem stationären Isolierring, d. h. Dichtungsträger angebracht sein. Die Abstreifelemente können somit entweder stationäre Abstreifelemente oder drehbare Abstreifelemente sein. Drehbare und bewegliche Abstreifelemente können günstig in Bezug auf gewisse hochkonsistente Schmierstoffe sein.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist der erste Lagerring ein äußerer Lagerring mit einem Durchgangsloch, welches von einer radial inneren Fläche des äußeren Lagerrings umgeben ist. Der zweite Lagerring ist ein innerer Lagerring, der eine radial äußere Fläche umfasst, wobei der innere Lagerring innerhalb des Durchgangsloches angeordnet ist und durch das Wälzelement drehbar an dem äußeren Lagerring gelagert ist.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform wird die Windkraftanlage, insbesondere eine Windkraftanlage mit Direktantrieb, vorgestellt. Die Windkraftanlage umfasst das oben beschriebene Lagersystem, das erste Windkraftanlagenelement und das zweite Windkraftanlagenelement. Der erste Lagerring ist mit dem ersten Windkraftanlagenelement gekoppelt, und der erste Isolierring ist zwischen der ersten Fläche des ersten Lagerrings und dem ersten Windkraftanlagenelement angeordnet. Der zweite Lagerring ist mit dem zweiten Windkraftanlagenelement gekoppelt, und der zweite Isolierring ist zwischen der zweiten Fläche des zweiten Lagerrings und dem zweiten Windkraftanlagenelement angeordnet.
Durch die vorliegende Erfindung wird die Funktion einer elektrischen Isolation zwischen den Windkraftanlagenelementen, welche von dem Lagersystem getragen werden, durch das Lagersystem selbst gewährleistet. Insbesondere ist die Funktion der elektrischen Isolation in das Lagersystem integriert, indem ein jeweiliger erster und/oder zweiter Isolierring, d. h. Dichtungsträger, vorgesehen ist, der aus einem elektrisch isolierenden Material hergestellt ist. Insbesondere wird durch Herstellung des jeweiligen Isolierrings aus einem Verbundwerkstoff, wie etwa einem verstärkten Duroplast oder einem thermoplastischen Material, ein angemessener Reibungskoeffizient zwischen dem Isolierring und den jeweiligen Anlageflächen des jeweiligen Lagerrings erzielt. Der angemessene Reibungskoeffizient kann eine gute Verbindung zwischen dem Isolierring und dem Lagerring sicherstellen und den Verschleiß minimieren.
Folglich wird eine elektrische Isolation einer Windkraftanlage gegenüber z. B. Blitzschlägen, Streuströmen und/oder mit statischer Elektrizität zusammenhängenden Strömen erzielt. Insbesondere kann das Lagersystem, wie etwa ein Hauptlager der Windkraftanlage, einen oder mehrere elektrisch isolierte Isolierringe umfassen. Windkraftanlagenelemente, wie etwa eine Nabe, ein Generator (z. B. ein Rotor und ein Stator), ein Strukturteil der Windkraftanlage und/oder ein Turbinenrotor der Windkraftanlage, können jeweils mit dem ersten (z. B. äußeren) Lagerring des Lagersystems verbunden sein, welcher den an ihm angebrachten, elektrisch isolierten ersten Isolierring trägt. Der jeweilige innere und äußere (erste und zweite) Lagerring, welche durch den jeweiligen Isolierring mit den jeweiligen Lagerringen gekoppelt sind, sind dann von anderen Windkraftanlagenelementen der Windkraftanlage elektrisch isoliert.
Es ist anzumerken, dass Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf unterschiedliche Gegenstände beschrieben wurden. Insbesondere wurden einige Ausführungsformen in Bezug auf Vorrichtungsansprüche beschrieben, während andere Ausführungsformen in Bezug auf Verfahrensansprüche beschrieben wurden. Ein Fachmann kann jedoch der obigen und der nachfolgenden Beschreibung entnehmen, dass, sofern nicht anders vermerkt, zusätzlich zu jeder Kombination von Merkmalen, die zu einem Gegenstandstyp gehören, auch jede Kombination zwischen Merkmalen, die sich auf unterschiedliche Gegenstandstypen beziehen, insbesondere zwischen Merkmalen der Vorrichtungsansprüche und Merkmalen der Verfahrensansprüche, als mit dieser Anmeldung offenbart angesehen wird.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die oben definierten Aspekte und weitere Aspekte der vorliegenden Erfindung werden aus den beispielhaften Ausführungsformen ersichtlich, die nachfolgend beschrieben werden, und werden unter Bezugnahme auf die beispielhaften Ausführungsformen erläutert. Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf beispielhafte Ausführungsformen ausführlicher beschrieben, auf welche die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist.
1 zeigt eine schematische Ansicht eines Lagersystems gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 zeigt eine schematische Ansicht einer beispielhaften Ausführungsform eines Lagersystems, an welchem Windkraftanlagenelemente befestigt sind;
3 zeigt eine schematische Ansicht einer Windkraftanlage gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
4 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Lagersystems, das ein Abstreifelement umfasst, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Detaillierte Beschreibung
Die Darstellungen in den Zeichnungen sind schematisch. Es ist anzumerken, dass ähnliche oder identische Elemente in verschiedenen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen sind.
1 zeigt ein Lagersystem 100 für eine Windkraftanlage 300 (siehe 3). Das Lagersystem 100 umfasst einen ersten Lagerring 130, einen ersten Isolierring, d. h. einen Dichtungsträger 110; 110’, einen zweiten Lagerring 140, einen zweiten Isolierring, d. h. Dichtungsträger 120; 120’, und Wälzelemente 106.
Der erste Lagerring 130 umfasst eine erste Fläche 107; 107’, mit welcher ein erstes Windkraftanlagenelement 210 (siehe 2) der Windkraftanlage 300 koppelbar ist. Der erste Dichtungsträger 110; 110’ ist an der ersten Fläche 107; 107’ des ersten Lagerrings 130 angebracht, so dass der erste Dichtungsträger 110 zwischen dem ersten Lagerring 130 und dem ersten Windkraftanlagenelement 210 angeordnet werden kann (wie in 2 dargestellt).
Der zweite Lagerring 140 umfasst eine zweite Fläche 108; 108’, mit welcher ein zweites Windkraftanlagenelement 220 (siehe 2) der Windkraftanlage 300 koppelbar ist. Der zweite Dichtungsträger 120; 120’ ist an der zweiten Fläche 108; 108’ des zweiten Lagerrings 140 angebracht, so dass der zweite Dichtungsträger 120; 120’ zwischen dem zweiten Lagerring 140 und dem zweiten Windkraftanlagenelement 220 angeordnet werden kann.
Die Wälzelemente 106 sind innerhalb eines Innenvolumens 102 zwischen dem ersten Lagerring 130 und dem zweiten Lagerring 140 eingebaut, so dass der erste Lagerring die drehbare Lagerung des zweiten Lagerrings 140 gewährleistet.
Der erste Dichtungsträger 110; 110’ ist aus einem elektrisch isolierenden Material hergestellt, um den ersten Lagerring 130 gegenüber dem ersten Windkraftanlagenelemente 210 elektrisch zu isolieren. Ferner kann der zweite Dichtungsträger 120, 120’ ebenfalls aus einem elektrisch isolierenden Material hergestellt sein, um den zweiten Lagerring 140 gegenüber dem zweiten Windkraftanlagenelemente 220 elektrisch zu isolieren.
Ferner ist in 1 die Drehachse 109 des Turbinenrotors der Windkraftanlage 300 schematisch dargestellt, um eine bessere Übersicht zu gewährleisten. Der erste Dichtungsträger 110; 110’, der zweite Dichtungsträger 120, 120’, der erste Lagerring 130, der zweite Lagerring 140 und ein Dichtelement 101, 101’ können eine Winkelform aufweisen und können entlang einer Umfangsrichtung um die Drehachse 109 verlaufen. Die oben beschriebenen Elemente können eine geschlossene Winkelring-Form um die Drehachse 109 aufweisen oder eine offene Form, wie etwa eine geschlitzte Form, aufweisen.
Das Dichtelement 101, 101’ ist bei der in 1 dargestellten beispielhaften Ausführungsform an dem ersten Lagerring 130, dem ersten Dichtungsträger 110, 110’ und dem zweiten Dichtungsträger 120, 120’ angebracht. Der erste Dichtungsträger 110, 110’ und/oder der zweite Dichtungsträger 120, 120’ tragen und stützen das Dichtelement 101, 101’. Das Dichtelement 101, 101’ kann aus einem Gummi oder einem anderen elastischen Isolationsmaterial mit angemessenen Dichteigenschaften hergestellt sein. Insbesondere trennen die jeweiligen Dichtelemente 101, 101’ ein Innenvolumen 102 von einer um das Lagersystem 100 herum befindlichen Umgebung 103. Innerhalb des Innenvolumens 102 sind die Wälzelemente 106 angeordnet. In das Innenvolumen 102 ist Schmierfett zum Schmieren der Wälzelemente 106 eingefüllt.
Wie in 1 dargestellt und durch die Drehachse 109 angegeben ist, ist der erste Lagerring 130 ein äußerer Lagerring mit einem Durchgangsloch, welches von einer radial inneren Fläche umgeben ist. Der zweite Lagerring 140 ist ein innerer Lagerring, der eine radial äußere Fläche umfasst. Der innere Lagerring ist innerhalb des Durchgangsloches angeordnet und ist durch die Wälzelemente 106 drehbar an dem äußeren Lagerring gelagert. Zum Beispiel kann der erste, äußere Lagerring 130 an einer Windkraftanlagen-Struktur angebracht sein, wie etwa einer Gondel der Windkraftanlage 300, während der zweite Lagerring 140 an dem Turbinenrotor der Windkraftanlage 300 angebracht sein kann und zusammen mit dem Turbinenrotor rotieren kann. Somit kann der erste Lagerring 130 eine statische Komponente sein, und der zweite Lagerring 140 kann eine rotierende dynamische Komponente sein. Alternativ dazu kann der erste, äußere Lagerring 130 eine dynamische Komponente sein (wie etwa der Turbinenrotor oder die Nabe), und der zweite, innere Lagerring 140 kann eine statische Komponente sein (wie etwa ein Stator eines Generators), welche an der Windkraftanlagen-Struktur, d. h. der Gondel, befestigt ist.
Wie in 1 ferner dargestellt und durch die Drehachse 109’ angegeben ist, kann alternativ dazu der erste Lagerring 130 ein innerer Lagerring mit einem Durchgangsloch sein, welches von einer radial äußeren Fläche umgeben ist. Der zweite Lagerring 140 kann ein äußerer Lagerring sein, der eine radial innere Fläche umfasst.
Der zweite Lagerring 140 kann zwei Teil-Lagerringe (Scheiben) umfassen, wie etwa den ersten Teil-Lagerring 141 und den zweiten Teil-Lagerring 142. Die beiden Teil-Lagerringe 141, 142 sind lösbar aneinander angebracht, so dass eine korrekte Montage insbesondere der Wälzelemente 106 ermöglicht wird. Zum Beispiel können zum Auswechseln eines Wälzelements 106 die Teil-Lagerringe 141, 142 voneinander getrennt werden, so dass ein einfacherer Zugang zu dem Wälzelement 106 gewährleistet ist.
In 1 ist rechts eine erste beispielhafte Ausführungsform des ersten und zweiten Dichtungsträgers 110, 120 und links eine zweite Ausführungsform des ersten Dichtungsträgers 110’ und des zweiten Dichtungsträgers 120’ dargestellt.
Auf der linken Seite in 1 ist der erste Dichtungsträger 110’ ein Dichtring mit einem L-förmigen Querschnitt. Der erste Dichtungsträger 110’ erstreckt sich entlang der ersten Fläche 107’ in Umfangsrichtung. Insbesondere umfasst der erste Dichtungsträger 110’ einen Abschnitt, welcher sich von der ersten Fläche 107’ des ersten Lagerrings 130 aus axial erstreckt. An einem axialen freien Ende des sich axial erstreckenden Abschnitts des ersten Dichtungsträgers 110’ ist der zweite Dichtungsträger 120’ vorgesehen. Der zweite Dichtungsträger 120’ kontaktiert das axiale Ende des ersten Dichtungsträgers 110’ und ist an der zweiten Fläche 108’ des zweiten Lagerrings 140 befestigt.
Das Dichtelement 101’ ist zwischen einem radial äußeren Ende des zweiten Lagerrings 140, einem radial inneren Ende des ersten Dichtungsträgers 110’ und einem axial inneren Ende des zweiten Dichtungsträgers 120’ angebracht. Das Dichtelement 101’ kann eine Dichtlippe umfassen, welche zum Beispiel die radial äußere Fläche des zweiten Lagerrings 140 kontaktiert.
Eine Nut kann an einer Kontaktfläche zwischen dem zweiten Dichtungsträger 120’ und dem zweiten Lagerring 140 eingearbeitet sein, so dass zwischen der Kontaktfläche des zweiten Dichtungsträgers 120’ und der zweiten Fläche 108’ ein Durchlass 104’ ausgebildet ist. Somit kann Schmierfett, welches durch das Dichtelement 101’ hindurchsickert, auf eine definierte Weise durch den Durchlass 104’ in die Umgebung geleitet werden. Mit dem Durchlass 104’ kann ein Schmierfett-Auffangbehälter verbunden sein, so dass das ausgetretene Schmierfett in dem Schmierfett-Auffangbehälter gesammelt werden kann. Ferner kann Schmierfett auch durch den Durchlass 104’ hindurch dem Innenvolumen 102 zugeführt werden.
Wie auf der rechten Seite in 1 dargestellt ist, kann ein weiterer erster Dichtungsträger 111 an dem ersten Dichtungsträger 110 befestigt sein und kann mit einem weiteren Ende an dem zweiten Dichtungsträger 120 anliegen. Zwischen dem ersten Dichtungsträger 110, dem weiteren ersten Dichtungsträger 111 und dem zweiten Dichtungsträger 120 kann ein Schmierfettreservoir 105 ausgebildet sein. Innerhalb des Schmierfettreservoirs 105 wird Schmierfett gesammelt, welches durch das Dichtelement 101 hindurchsickert. Aus dem Schmierfettreservoir 105 kann das gesammelte Schmierfett auf eine definierte Weise durch den Durchlass 104 hindurch abgelassen werden.
2 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform des Lagersystems 100 gemäß der vorliegenden Erfindung. Das in 2 dargestellte Lagersystem 100 umfasst dieselben Merkmale wie das Lagersystem 100, das rechts und/oder links in 1 dargestellt ist. Zusätzlich sind die (weiteren) ersten und zweiten Windkraftanlagenelemente 210, 211, 220, 221 dargestellt, welche an dem jeweiligen ersten und zweiten Lagerring 130, 140 befestigt sind.
Wie in 2 dargestellt, kann ein erstes Windkraftanlagenelement 210, wie etwa ein Windkraftanlagenelement, welches teilweise außerhalb der Gondel angeordnet ist (z. B. die Nabe 301 (siehe 3)), an dem ersten Lagerring 130 befestigt sein. Zwischen dem ersten Lagerring 130 und dem ersten Windkraftanlagenelement 210 ist der erste Dichtungsträger 110 angeordnet. Insbesondere ist der erste Dichtungsträger 110 an der ersten Fläche 107 des Lagerrings 130 befestigt. Folglich befindet sich das erste Windkraftanlagenelement 210 nicht in direktem Kontakt mit dem ersten Lagerring 130, sondern ist von dem ersten Lagerring 130 durch die Dicke des ersten Dichtungsträgers 110 getrennt. Somit ist das erste Windkraftanlagenelement 210 gegenüber dem ersten Lagerring 130 elektrisch isoliert.
Ferner kann ein weiteres erstes Windkraftanlagenelement 211, wie etwa ein Windkraftanlagenelement, welches vollständig innerhalb der Gondel angeordnet ist (z. B. ein Rotor eines Generators), zusätzlich an dem ersten Lagerring 130 befestigt sein. Wie aus 2 entnommen werden kann, ist, solange sich das weitere erste Windkraftanlagenelement 211 nicht in direktem Kontakt mit dem ersten Windkraftanlagenelement 210 befindet, eine elektrische Isolation gewährleistet, da ein Strompfad zwischen dem ersten Windkraftanlagenelement 210 und dem weiteren ersten Windkraftanlagenelement 211 durch den ersten Dichtungsträger 110 und durch einen Luftspalt zwischen dem ersten Windkraftanlagenelement 210 und dem weiteren ersten Windkraftanlagenelement 211 unterbrochen wird. Somit müssen bei der in 2 dargestellten beispielhaften Ausführungsform keine weiteren Vorkehrungen zur elektrischen Isolation getroffen werden.
Wie in 2 dargestellt, ist an der zweiten Fläche 108 des zweiten Teil-Lagerrings 142 der zweite Dichtungsträger 120 befestigt. Wie in 2 dargestellt, kann ein zweites Windkraftanlagenelement 220, wie etwa ein Windkraftanlagenelement, welches teilweise außerhalb der Gondel angeordnet ist (z. B. eine Windkraftanlagenstruktur (z. B. ein Gehäuse) der Gondel 302 (siehe 3)), an dem zweiten Teil-Lagerring 142 befestigt sein. Zwischen dem zweiten Lagerring 140 und dem zweiten Windkraftanlagenelement 220 ist der zweite Dichtungsträger 120 angeordnet. Folglich ist das zweite Windkraftanlagenelement 220 gegenüber dem zweiten Teil-Lagerring 142 durch den zweiten Dichtungsträger 120 elektrisch isoliert. Ein Blitzschlag, welcher das Gehäuse der Gondel trifft, wird nicht zu dem ersten Windkraftanlagenelement 210, dem weiteren ersten Windkraftanlagenelement 211 und einem weiteren zweiten Windkraftanlagenelement 221 übertragen.
An einer radial inneren Seite des ersten Teil-Lagerrings 141 und des zweiten Teil-Lagerrings 142 kann ein weiteres zweites Windkraftanlagenelement 221 befestigt sein, wobei das weitere zweite Windkraftanlagenelement 221 gegenüber dem zweiten Windkraftanlagenelement 220 durch den zweiten Dichtungsträger 120 elektrisch isoliert ist. Das weitere zweite Windkraftanlagenelement 221 kann zum Beispiel ein Stator eines Generators sein, welcher vollständig innerhalb der Gondel installiert ist.
3 zeigt eine schematische Ansicht der Windkraftanlage 300. Die Nabe 301 ist mit dem Turbinenrotor der Windkraftanlage 300 gekoppelt, welcher um die Drehachse 109 rotiert. Ferner kann der Turbinenrotor das erste Windkraftanlagenelement 210 sein und kann mit dem ersten Lagerring 130 gekoppelt sein, wie oben anhand von 1 und 2 beschrieben wurde. Ferner kann ein Rotor 303 eines Generators der Windkraftanlage 300 das weitere erste Windkraftanlagenelement 211 sein und kann mit dem ersten Lagerring 130 gekoppelt sein, wie oben anhand von 1 und 2 beschrieben wurde. Folglich treibt der Turbinenrotor den ersten Lagerring 130 und somit den Rotor 303 des Generators an. Der erste Lagerring 130 kann der radial äußere Lagerring des Lagersystems 100 sein. Die Windkraftanlagenstruktur 302 kann der Stator des Generators oder eine Struktur der Gondel sein. Die Windkraftanlagenstruktur 302 kann das zweite Windkraftanlagenelement 220 darstellen und kann mit dem zweiten Lagerring 140 gekoppelt sein. Der zweite Lagerring 140 kann der radial innere Lagerring des Lagersystems 100 sein. Folglich kann der erste Lagerring 130 durch die Rotation des Turbinenrotors angetrieben sein und kann bezüglich des zweiten Lagerrings 140 rotieren, welcher zum Beispiel mit der Windkraftanlagenstruktur 302 gekoppelt ist.
4 zeigt eine perspektivische Ansicht des Lagersystems 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Lagersystem 100 umfasst einen ersten Lagerring 130, einen zweiten Lagerring 140, ein Wälzelement 106 und ein Abstreifelement 403. Der erste Lagerring 130 weist eine erste Fläche 107 auf, mit welcher ein erstes Windkraftanlagenelement 210 der Windkraftanlage koppelbar ist. Der zweite Lagerring 140 weist eine zweite Fläche 108 auf, mit welcher ein zweites Windkraftanlagenelement 220 der Windkraftanlage 300 koppelbar ist. Das Wälzelement 106 ist innerhalb eines Innenvolumens 102 zwischen dem ersten Lagerring 130 und dem zweiten Lagerring 140 eingebaut und bewirkt die drehbare Lagerung des ersten Lagerrings 130 an dem zweiten Lagerring 140. Das Abstreifelement 403 ist mit dem ersten Lagerring 130 gekoppelt, wobei das Abstreifelement 403 an dem zweiten Lagerring 140 anliegt, so dass Schmierfett von dem zweiten Lagerring 140 abstreifbar ist.
Anders ausgedrückt, das Lagersystem 100 umfasst einen ersten Lagerring 130, einen zweiten Lagerring 140, ein Wälzelement 106 und ein Abstreifelement 403. Der erste Lagerring 130 weist eine erste Fläche 107 auf, mit welcher ein erstes Windkraftanlagenelement 210 (siehe 3) der Windkraftanlage koppelbar ist. Der zweite Lagerring 140 weist eine zweite Fläche 108 auf, mit welcher ein zweites Windkraftanlagenelement 220 (siehe 3) der Windkraftanlage 300 (siehe 4) koppelbar ist. Das Wälzelement 106 ist innerhalb eines Innenvolumens 102 zwischen dem ersten Lagerring 130 und dem zweiten Lagerring 140 eingebaut und bewirkt die drehbare Lagerung des ersten Lagerrings 130 an dem zweiten Lagerring 140. Das Abstreifelement 403 ist mit dem ersten Lagerring 130 gekoppelt, wobei das Abstreifelement 403 an dem zweiten Lagerring 140 anliegt, so dass Schmierfett von dem zweiten Lagerring 140 abstreifbar ist.
Der erste (z. B. äußere) Lagerring 130 ist durch die Wälzelemente 106 drehbar an dem zweiten (z. B. inneren) Lagerring 140 gelagert. Der erste Dichtungsträger 110 ist an der axial äußeren ersten Fläche 107 befestigt. Der zweite Dichtungsträger 120 ist an einer axial äußeren zweiten Fläche 108 des zweiten Lagerrings 140 befestigt. Ferner befindet sich der zweite Lagerring 140 in Gleitkontakt mit dem ersten Dichtungsträger 110. Das Dichtelement 101 ist zwischen dem ersten Dichtungsträger 110, dem zweiten Dichtungsträger 120 und einer radial äußeren Fläche des zweiten Lagerrings 140 angebracht, so dass verhindert wird, dass das Schmierfett aus dem Innenvolumen 102 ausläuft. Das Schmierfett, welches aus dem Innenvolumen 102 austritt und das Dichtelement 101 passiert, kann zum Beispiel entlang der zweiten Fläche 108 fließen.
Eine Dichtplatte 401 ist an dem ersten Dichtungsträger 110 befestigt, wobei die Dichtplatte 401 zusammen mit dem ersten Dichtungsträger 110 rotiert. Ferner liegt die Dichtplatte 401 an der zweiten Fläche 108 des zweiten Dichtungsträgers 120 an und gleitet entlang der zweiten Fläche 108, wenn der erste Dichtungsträger 110 bezüglich des zweiten Dichtungsträgers 120 rotiert. Schmierfett, welches aus dem Innenvolumen 102 an dem Dichtelement 101 vorbei zur Umgebung 103 hin austritt, kann durch die Dichtplatte 401 bzw. das Dichtelement 403 daran gehindert werden, weiter nach außen zu fließen. Etwas Schmierfett fließt jedoch entlang einer Fläche der Dichtplatte 401 bis zu einer vorbestimmten Fläche.
Wie in 1 dargestellt, ist ein Abstreifelement 403 an dem zweiten Dichtungsträger 120 angebracht. Das Abstreifelement 403 ist auf eine solche Weise ausgebildet und ausgerichtet, dass ein Rand des Abstreifelements 403 Schmierfett von der vorbestimmten Fläche der Dichtplatte 401 abstreift.
Das Schmierfett, welches durch das Abstreifelement 403 von der vorbestimmten Fläche abgestreift wird, kann zu einem Schmierfettsammler 402 geleitet werden. Der Schmierfettsammler 402 kann an dem zweiten Dichtungsträger 120 befestigt sein. Der Schmierfettsammler 402 kann ein Rohr sein, welches ein Schmierfettreservoir 105 zwischen dem ersten Dichtungsträger 110 und dem zweiten Dichtungsträger 120 mit der Umgebung 103 verbindet. Das Schmierfettreservoir 105 kann notwendig sein, um Schmierfett aufzufangen, welches zum Beispiel durch dynamische Bewegungen des Lagersystems aus dem Innenvolumen austreten kann. Das Abstreifelement 403 kann zum Beispiel mit dem Schmierfettsammler 402 einstückig ausgebildet sein.
Ferner kann ein Schmierfett-Auffangbehälter mit dem Schmierfettsammler 402 gekoppelt sein, so dass das abgestreifte Schmierfett, welches durch das Abstreifelement 403 abgestreift wird, durch den Schmierfettsammler 402 hindurch zu dem Schmierfett-Auffangbehälter abgelassen werden kann. Alternativ dazu kann Schmierfett durch den Schmierfettsammler 402 hindurch in das Schmierfettreservoir 105 und weiter in das Innenvolumen 102 eingeleitet werden, so dass ein Schmierfettversorgungssystem für das Lagersystem 100 bereitgestellt werden kann.
Es ist anzumerken, dass der Begriff „umfassend“ andere Elemente oder Schritte nicht ausschließt und „ein“ oder „eine“ eine Mehrzahl nicht ausschließt. Außerdem können Elemente, die in Verbindung mit verschiedenen Ausführungsformen beschrieben wurden, kombiniert werden. Es ist weiterhin anzumerken, dass Bezugszeichen in den Ansprüchen nicht als den Schutzbereich der Ansprüche einschränkend ausgelegt werden dürfen.

Claims

Lagersystem (100) für eine Windkraftanlage (300), wobei das Lagersystem (100) umfasst: einen ersten Lagerring (130) mit einer ersten Fläche (107), mit welcher ein erstes Windkraftanlagenelement (210) der Windkraftanlage koppelbar ist, einen ersten Isolierring, welcher an der ersten Fläche (107) des ersten Lagerrings (130) angebracht ist, so dass der erste Isolierring zwischen dem ersten Lagerring (130) und dem ersten Windkraftanlagenelement (210) angeordnet ist, wenn er mit der ersten Fläche (107) gekoppelt ist, einen zweiten Lagerring (140) mit einer zweiten Fläche (108), mit welcher ein zweites Windkraftanlagenelement (220) der Windkraftanlage (300) koppelbar ist, und ein Wälzelement (106), welches innerhalb eines Innenvolumens (102) zwischen dem ersten Lagerring (130) und dem zweiten Lagerring (140) eingebaut ist und welches die drehbare Lagerung des ersten Lagerrings (130) an dem zweiten Lagerring (140) bewirkt, wobei der erste Isolierring aus einem elektrisch isolierenden Material hergestellt ist, zum elektrischen Isolieren des ersten Lagerrings (130) von dem ersten Windkraftanlagenelement (210).
Lagersystem (100) nach Anspruch 1, welches ferner umfasst: einen zweiten Isolierring, welcher an der zweiten Fläche (108) des zweiten Lagerrings (140) angebracht ist, so dass der zweite Isolierring zwischen dem zweiten Lagerring (140) und dem zweiten Windkraftanlagenelement (220) angeordnet ist, wenn er mit der zweiten Fläche (108) gekoppelt ist.
Lagersystem (100) nach Anspruch 2, wobei der zweite Isolierring aus einem elektrisch isolierenden Material hergestellt ist, zum elektrischen Isolieren des zweiten Lagerrings (140) von dem zweiten Windkraftanlagenelement (220).
Lagersystem (100) nach Anspruch 2 oder 3, wobei der erste Isolierring ein erster Dichtungsträger (110) ist und der zweite Isolierring ein zweiter Dichtungsträger (120) ist, wobei das Lagersystem (100) ferner umfasst: ein Dichtelement (101), welches an mindestens einem von dem ersten Dichtungsträger (110) und dem zweiten Dichtungsträger (120) angebracht ist, derart, dass a) das Innenvolumen (102) zwischen dem ersten Lagerring (130) und dem zweiten Lagerring (140) gegenüber einer Umgebung (103) des Lagersystems (100) abgedichtet ist, und b) der erste Dichtungsträger (110) und der zweite Dichtungsträger (120) relativ zueinander drehbar sind.
Lagersystem (100) nach Anspruch 4, wobei mindestens einer von dem ersten Dichtungsträger (110) und dem zweiten Dichtungsträger (120) einen Durchlass (104) umfasst, durch welchen Schmierfett aus dem Innenvolumen (102) zu der Umgebung (103) fließen kann.
Lagersystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Isolationsmaterial ein Verbundwerkstoff ist, insbesondere ein verstärktes Duroplast oder ein thermoplastisches Material.
Lagersystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei mindestens einer von dem ersten Dichtungsträger (110) und dem zweiten Dichtungsträger (120) ein Schmierfettreservoir (105) zum Speichern von Schmierfett aufweist, wobei das Schmierfettreservoir (105) mit dem Innenvolumen (102) verbunden ist, um Schmierfett dem Innenvolumen (102) zuzuführen.
Lagersystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, welches ferner umfasst: ein Abstreifelement (403), welches an dem ersten Dichtungsträger (110) befestigt ist, wobei das Abstreifelement (403) an dem zweiten Dichtungsträger (120) anliegt und/oder an dem zweiten Lagerring (140) anliegt, so dass Schmierfett von dem jeweiligen zweiten Dichtungsträger (120) und/oder dem zweiten Lagerring (140) abgestreift werden kann.
Lagersystem (100) nach Anspruch 8 welches ferner umfasst einen Schmierfettsammler (402), wobei das Abstreifelement (403) derart ausgebildet ist, dass das abgestreifte Schmierfett zu dem Schmierfettsammler (402) geleitet werden kann.
Lagersystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der erste Lagerring (130) ein äußerer Lagerring ist, der ein Durchgangsloch aufweist, welches von einer radial inneren Fläche des äußeren Lagerrings umgeben ist, und wobei der zweite Lagerring (140) ein innerer Lagerring ist, der eine radial äußere Fläche umfasst, und wobei der innere Lagerring innerhalb des Durchgangsloches angeordnet ist und durch das Wälzelement (106) drehbar an dem äußeren Lagerring gelagert ist.
Windkraftanlage (300), insbesondere Windkraftanlage mit Direktantrieb, wobei die Windkraftanlage (300) umfasst: ein Lagersystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, das erste Windkraftanlagenelement (210) und das zweite Windkraftanlagenelement (220), wobei der erste Lagerring (130) mit dem ersten Windkraftanlagenelement (210) gekoppelt ist, wobei der erste Dichtungsträger (110) zwischen der ersten Fläche (107) des ersten Lagerrings (130) und dem ersten Windkraftanlagenelement (210) angeordnet ist, wobei der zweite Lagerring (140) mit dem zweiten Windkraftanlagenelement (220) gekoppelt ist, und wobei der zweite Dichtungsträger (120) zwischen der zweiten Fläche (108) des zweiten Lagerrings (140) und dem zweiten Windkraftanlagenelement (220) angeordnet ist.
Verfahren zum elektrischen Isolieren eines Lagersystems (100) einer Windkraftanlage (300) durch ein Lagersystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 10.