DE102016113718B3

DE102016113718B3 - Sliding double-walled rotor hub for a wind turbine

Info

Publication number: DE102016113718B3
Application number: DE102016113718.9A
Authority: DE
Inventors: Georg Weissbacher
Original assignee: Gleitlagertechnik Weissbacher GmbH
Current assignee: Gleitlagertechnik Weissbacher GmbH
Priority date: 2016-07-26
Filing date: 2016-07-26
Publication date: 2018-02-01
Anticipated expiration: 2036-07-27

Abstract

Bei einer Rotornabe (1) für eine Windenergieanlage, die ein Rotorgehäuse (33), ein hydrodynamisches und/oder hydrostatisches Gleitlager (2) und ein Tragbauteil (32) umfasst, wobei das Rotorgehäuse (33) in dem hydrodynamischen und/oder hydrostatischen Gleitlager (2) gleitgelagert ist und das Gleitlager (2) in dem Tragbauteil (32) ausgebildet ist, soll eine Lösung geschaffen werden, die einen für die bei Windenergieanlagen üblichen Drehzahlen und für den Betrieb hydrodynamischer Gleitlager mit üblichen Umfangsgeschwindigkeiten hinreichend großen Lagerdurchmesser ermöglicht, gleichzeitig aber gewichtsmäßig hinreichend leicht und ausreichend formstabil ist. Dies wird dadurch erreicht, dass das Rotorgehäuse (33) in Form eines als doppelwandiges Schalentragwerk struktursteif aufgebauten hohlen Ringkörpers (13) ausgebildet ist, der einen radial nach innen vorstehenden, steifen Lagerflansch (15) aufweist, der in dem als Momentenlager ausgebildeten Gleitlager (2) in dem Tragbauteil (32) rotierbar gelagert ist.In a rotor hub (1) for a wind energy plant, which comprises a rotor housing (33), a hydrodynamic and / or hydrostatic sliding bearing (2) and a supporting component (32), wherein the rotor housing (33) in the hydrodynamic and / or hydrostatic plain bearing ( 2) is slidably mounted and the slide bearing (2) is formed in the support member (32), a solution is to be created which allows a usual for wind turbines speeds and for the operation of hydrodynamic bearings with conventional peripheral speeds sufficiently large bearing diameter, but at the same weight is sufficiently light and sufficiently dimensionally stable. This is achieved in that the rotor housing (33) in the form of a double-walled shell structure structurally constructed hollow annular body (13) is formed, which has a radially inwardly projecting, rigid bearing flange (15) formed in the designed as a moment bearing sliding bearing (2 ) is rotatably mounted in the support member (32).

Description

Die Erfindung richtet sich auf eine Rotornabe für eine Windenergieanlage, die ein Rotorgehäuse, ein hydrodynamisches und/oder hydrostatisches Gleitlager und ein Tragbauteil umfasst, wobei das Rotorgehäuse in dem hydrodynamischen und/oder hydrostatischen Gleitlager gleitgelagert ist und das Gleitlager in dem Tragbauteil ausgebildet ist. The invention is directed to a rotor hub for a wind energy plant, which comprises a rotor housing, a hydrodynamic and / or hydrostatic sliding bearing and a support member, wherein the rotor housing is slidably mounted in the hydrodynamic and / or hydrostatic sliding bearing and the sliding bearing is formed in the support member.

Weiterhin richtet sich die Erfindung auf eine Windenergieanlage, die eine solche Rotornabe aufweist. Furthermore, the invention is directed to a wind turbine, which has such a rotor hub.

Die Rotornabe von Windenergieanlagen ist häufig mittels Wälzlagern in aufgelöster Konstruktion mit Los- und Festlager auf einer Welle oder mit einem Wälzlager zur Aufnahme von Radial- und Axialkräften sowie Kippmomenten (Momentenlager) an der Gondel oder dem Maschinenträger der jeweiligen Windenergieanlage gelagert. Bei derartigen Windenergieanlagen gehören Wälzlagerschäden zu deren häufigsten Ausfallursachen. Der Austausch defekter Wälzlager erfordert umfangreiche Montagearbeiten an der betroffenen Windenergieanlage. So ist es in der Regel notwendig, zum Tausch der Wälzlagerung den Rotor zu demontieren. The rotor hub of wind turbines is often mounted by rolling bearings in dissolved construction with loose and fixed bearings on a shaft or with a rolling bearing for receiving radial and axial forces and tilting moments (torque bearing) on the nacelle or the machine frame of the respective wind turbine. In such wind turbines belong rolling bearing damage to their most common causes of failure. The replacement of defective rolling bearings requires extensive installation work on the affected wind turbine. So it is usually necessary to dismantle the rotor bearing to replace the rotor.

Wälzlager weisen zudem den Nachteil auf, dass sie sich aufgrund der für die Führung der Wälzkörper und die Lastübertragung zwischen Lagerringen und Wälzkörpern erforderlichen Materialeigenschaften und geometrischen Gegebenheiten nicht in beliebig großen Abmessungen herstellen lassen, ohne eine deutliche Reduktion ihrer jeweiligen spezifischen Tragfähigkeit und Lebensdauer in Kauf zu nehmen. Rolling bearings also have the disadvantage that they can not be produced in arbitrarily large dimensions due to the material properties and geometrical conditions required for the guidance of the rolling elements and the load transfer between bearing rings and rolling elements, without a significant reduction in their respective specific carrying capacity and life in purchasing to take.

Als eine mögliche Alternative zu Wälzlagern haben sich in vielen Anwendungsgebieten des Großmaschinenbaus Gleitlager, und hier insbesondere hydrodynamische Gleitlager, als geeignete Lagerungsform etabliert, so z.B. in der Mahltechnik, im Schiffsbau und bei großen Energiewandlungsmaschinen, zur Lagerung von Getrieben, Turbinen, Motoren oder Generatoren. Hydrodynamische Gleitlager zeichnen sich durch gute Dämpfungseigenschaften, Robustheit bezüglich Stoßbelastungen, Teilbarkeit und eine extrem lange Lebensdauer aus. Sie lassen sich in nahezu beliebigen Abmessungsgrößen herstellen und so teilen, dass die einzelnen Lagerkomponenten montiert werden können, ohne dass Großkomponenten bewegt werden müssen. Dies ist insbesondere bei großen Abmessungen bei als Radial- und Axialkippsegmentlager ausgebildeten hydrodynamischen Gleitlagern üblich. Hydrodynamische Gleitlager dieser Bauform lassen sich vorteilhaft jeweils in die tragende Struktur großer Maschinen integrieren. As a possible alternative to roller bearings, slide bearings, and in particular hydrodynamic slide bearings, have been established as a suitable bearing form in many fields of application of large machine construction, such as, for example, in milling, in shipbuilding and in large energy conversion machines, for the storage of gears, turbines, motors or generators. Hydrodynamic plain bearings are characterized by good damping properties, robustness with regard to impact loads, divisibility and an extremely long service life. They can be produced in almost any size and divided so that the individual bearing components can be mounted without large components must be moved. This is common in particular for large dimensions designed as a radial and Axialkippsegmentlager formed hydrodynamic bearings. Hydrodynamic plain bearings of this design can be advantageously integrated in each case in the supporting structure of large machines.

Aus diesen Gründen sind hydrodynamische Gleitlager auch für einen Einsatz zur Lagerung des Rotors von Windenergieanlage prädestiniert. Gerade bei größeren Windenergieanlagen kommen ihre spezifischen Vorteile besonders zur Geltung, da sie teilbar sind und damit eine kleinteilige Montage mit geringem Aufwand, beispielsweise ohne Demontage des Rotors, erlauben. Hydrodynamische Gleitlager sind robust gegenüber den beim Betrieb von Windenergieanlagen auftretenden, mitunter undefinierten Laststößen. Schließlich sind sie bei korrekter Auslegung und Wartung nicht lebensdauerbeschränkt, was insbesondere bei Windenergieanlagen an schwer zugänglichen Standorten von Vorteil ist. For these reasons, hydrodynamic plain bearings are also predestined for use in mounting the rotor of a wind power plant. Especially with larger wind turbines their specific advantages come into their own, because they are divisible and thus allow small-scale assembly with little effort, for example, without dismantling the rotor. Hydrodynamic plain bearings are robust compared to the sometimes undefined load surges that occur during operation of wind turbines. After all, with correct design and maintenance, they are not limited in their lifetime, which is particularly advantageous for wind turbines in hard-to-reach locations.

So ist in der gattungsgemäßen WO 2011/127510 A1 auch schon ein hydrodynamisch- und/oder hydrostatisch ausgebildetes Lagerelement für die Lagerung der Rotornabe einer Windenergieanlage vorgeschlagen worden. So is in the generic WO 2011/127510 A1 already a hydrodynamically and / or hydrostatically trained bearing element for the storage of the rotor hub of a wind turbine has been proposed.

Bei hydrodynamischen Gleitlagern wird durch die Relativbewegung zwischen der Welle und dem Lager sowie dem Anhaften des Schmierstoffes an der Welle ein trennender Schmierfilm zwischen der Welle und dem Lager der Welle aufgebaut. Dabei steigt die Dicke des trennenden Schmierfilms mit der Umfangsgeschwindigkeit der Welle an und liegt üblicherweise im Bereich zwischen 20 µm und 100 µm. Typischerweise werden hydrodynamische Gleitlager im Bereich von Umfangsgeschwindigkeiten oberhalb von 1 m/s eingesetzt, um eine für die Trennung fertigungstechnisch sicher herstellbarer technischer Oberflächen ausreichende Schmierfilmdicke zu gewährleisten. Bei Windenergieanlagen beträgt der Lagerdurchmesser in einer aufgelösten Lagerkonstruktion in der Regel etwa 0,7 % des Rotordurchmessers der Windenergieanlage und beträgt der Durchmesser des Momentenlagers in der Regel etwa 2 % des Rotordurchmessers der Windenergieanlage. Die Umfangsgeschwindigkeiten an den Lagern betragen demnach unter Annahme einer Umfangsgeschwindigkeit im Nennbetrieb von 25 m/s bis 90 m/s an den Blattspitzen des Rotors 0,175 m/s bis 0,63 m/s in der aufgelösten Konstruktion und 0,5 m/s bis 1,8 m/s für das Momentenlager. Hieraus ist ersichtlich, dass sich für eine hydrodynamische Gleitlagerung insbesondere die Anordnung als Momentenlager eignet, weil die Umfangsgeschwindigkeit des Rotors in einem Bereich liegt, der für den Betrieb hydrodynamischer Gleitlager üblich ist. Die für derartige hydrodynamische Gleitlager üblichen Schmierfilmdicken von 20 µm bis 100 µm sind um mindestens eine Größenordnung kleiner als die für Windenergieanlagen zu erwartenden elastischen Verformungen der Tragstrukturen. Dies bedeutet, dass die Verteilung der Lagerlast maßgeblich vom Verhalten der umgebenden Strukturen bestimmt ist. Es muss konstruktiv sichergestellt sein, dass die Lauffläche des Rotors hinreichend formstabil und die Tragstruktur auf eine ausreichende Verteilung der Lagerlasten auf die Lagerelemente hin abgestimmt ist. Die eigentliche Rotornabe bei wälzgelagerten Windenergieanlagen ist heutzutage dickwandig, vorzugsweise als Gusswerkstoff, ausgebildet. Bei für den Einsatz hydrodynamischer Gleitlager erforderlichen Nabendurchmessern würde diese damit für den Einsatz in einer Windenergieanlage unvorteilhaft schwer werden. In hydrodynamic plain bearings, a relative lubricating film between the shaft and the bearing of the shaft is established by the relative movement between the shaft and the bearing and the adhesion of the lubricant to the shaft. In this case, the thickness of the separating lubricating film increases with the peripheral speed of the shaft and is usually in the range between 20 .mu.m and 100 .mu.m. Typically, hydrodynamic slide bearings are used in the range of peripheral speeds above 1 m / s, in order to ensure sufficient lubricant film thickness for technical surfaces that can be safely manufactured for the purpose of separation. In wind turbines, the bearing diameter in a dissolved bearing design is usually about 0.7% of the rotor diameter of the wind turbine and the diameter of the torque bearing is usually about 2% of the rotor diameter of the wind turbine. The peripheral speeds at the bearings are therefore assuming a peripheral speed in the rated operation of 25 m / s to 90 m / s at the blade tips of the rotor 0.175 m / s to 0.63 m / s in the dissolved construction and 0.5 m / s up to 1.8 m / s for the moment bearing. It can be seen that, in particular, the arrangement is suitable as a moment bearing for a hydrodynamic sliding bearing, because the peripheral speed of the rotor is in a range which is customary for the operation of hydrodynamic plain bearings. The usual for such hydrodynamic bearings lubricating film thicknesses of 20 microns to 100 microns are smaller by at least an order of magnitude than expected for wind turbines elastic deformations of the support structures. This means that the distribution of the bearing load is largely determined by the behavior of the surrounding structures. It must be ensured constructively that the tread of the rotor sufficiently dimensionally stable and the support structure on a sufficient distribution of the bearing loads is matched to the bearing elements out. The actual rotor hub in roller-mounted wind turbines is nowadays thick-walled, preferably as a cast material. When required for the use of hydrodynamic plain bearings hub diameters this would be unfavorably difficult for use in a wind turbine.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Lösung zu schaffen, die eine für den Einsatz hydrodynamischer Gleitlager geeignete, hinreichend groß, dabei aber gewichtsmäßig möglichst leicht und ausreichend formstabil bauende Rotornabe mit hydrodynamischer und/oder hydrostatischer Gleitlagerung für eine Windenergieanlage bereitstellt, die es ermöglicht, einen für die bei Windenergieanlagen üblichen Drehzahlen und den Betrieb hydrodynamischer Gleitlager mit üblichen Umfangsgeschwindigkeiten hinreichend großen Lagerdurchmesser für ein hydrodynamisches und/oder hydrostatisches Gleitlager auszubilden. The invention is therefore an object of the invention to provide a solution that provides a suitable for the use of hydrodynamic plain bearings, sufficiently large, while weight as light as possible and sufficiently dimensionally stable rotor hub with hydrodynamic and / or hydrostatic sliding bearing provides for a wind turbine that makes it possible to form a sufficiently large bearing diameter for a hydrodynamic and / or hydrostatic plain bearing for the rotational speeds customary in wind turbines and the operation of hydrodynamic plain bearings with conventional circumferential speeds.

Bei einer Rotornabe der eingangs näher bezeichneten Art wird dies erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass das Rotorgehäuse in Form eines als doppelwandiges Schalentragwerk struktursteif aufgebauten hohlen Ringkörpers ausgebildet ist, der einen radial nach innen vorstehenden, steifen Lagerflansch aufweist, der in dem als Momentenlager ausgebildeten Gleitlager in dem Tragbauteil rotierbar gelagert ist. In a rotor hub of the type described in more detail, this is inventively achieved in that the rotor housing is designed in the form of a double-walled shell structure structurally constructed hollow ring body having a radially inwardly projecting, rigid bearing flange in the designed as a moment bearing plain bearing in the Support member is rotatably mounted.

Ebenso wird diese Aufgabe durch eine Windenergieanlage gemäß Anspruch 14 gelöst. Likewise, this object is achieved by a wind turbine according to claim 14.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Unteransprüche. Advantageous embodiments and expedient developments of the invention are the subject of the dependent subclaims.

Dadurch, dass die Rotornabe struktursteif doppelwandig und damit als hohler und zumindest im Wesentlichen formstabiler Ringkörper ausgebildet ist, wird ein Nabenkörper oder ein Rotorgehäuse geschaffen, der/das nicht mehr dickwandig und massiv, sondern eben hohl ausgebildet ist. Damit ist die Rotornabe gewichtsmäßig auch bei für den Betrieb hydrodynamischer Gleitlager notwendigen größeren Nabendurchmessern relativ leicht ausgebildet. Andererseits ist sie aber aufgrund der Doppelwandigkeit ausreichend struktursteif ausgebildet, so dass sie die auftretenden Lasten aufnehmen kann. Die Rotornabe ist zudem mit einem hinreichend steifen Lagerflansch ausgestattet, der in dem Gleitlager die auftretenden Kräfte aufnehmen und ableiten kann. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung von Rotornabe und Gleitlager ist es somit möglich, die gegensätzlichen Forderungen nach geringen Bauteilmassen bei gleichzeitig hoher Struktursteifigkeit der Anordnung im Bereich des hydrodynamischen Gleitlagers zu erfüllen. Damit ist es möglich, ein hydrodynamisches Gleitlager im üblichen Drehzahlbereich einer Windenergieanlage zu verwenden. Characterized in that the rotor hub is structurally double-walled and thus formed as a hollow and at least substantially dimensionally stable annular body, a hub body or a rotor housing is created, which is no longer thick-walled and solid, but just hollow. Thus, the rotor hub is relatively easily formed by weight even when necessary for the operation of hydrodynamic sliding bearing larger hub diameters. On the other hand, it is due to the double-walled structure sufficiently rigid so that they can absorb the loads occurring. The rotor hub is also equipped with a sufficiently rigid bearing flange, which can absorb and dissipate the forces occurring in the plain bearing. The inventive design of rotor hub and plain bearing, it is thus possible to meet the conflicting demands for low component masses at the same time high structural rigidity of the arrangement in the region of the hydrodynamic sliding bearing. This makes it possible to use a hydrodynamic plain bearing in the usual speed range of a wind turbine.

Ein in vorteilhafter Weise leicht gebauter und struktursteifer sowie formstabiler Ringkörper lässt sich zur Ausbildung der Rotornabe einer Windenergieanlage dadurch in erfindungsgemäßer Ausgestaltung bereitstellen, dass der als Schalentragwerk struktursteif aufgebaute hohle Ringkörper eine ringförmig ausgebildete innere, längs eines hinteren Seitenrandbereiches mit dem Lagerflansch verbundene Nabenwand und eine äußere Nabenwand umfasst, die die innere Nabenwand bogenförmig überspannt und mit ihrem vorderen Endbereich längs eines dem Lagerflansch abgewandten vorderen Seitenrandbereichs mit der inneren Nabenwand und mit ihrem gegenüberliegenden hinteren Endbereich mit dem Lagerflansch verbunden ist. Hierdurch wird ein ausreichend struktursteifer Ringkörper mit einer relativ geringen Bauteilmasse und somit ein relativ leicht ausgebildeter Strukturkörper geschaffen. Der hohle Ringkörper ist doppelwandig aufgebaut und stellt ein – in Richtung der Lagerkräfte und Kippmomente – biegesteifes Flächentragwerk gemäß der Schalentheorie dar. Dies unterscheidet die erfindungsgemäße Rotornabe bzw. den erfindungsgemäßen Ringkörper von heute bekannten Rotornaben, die beispielsweise als einwandiges Gussbauteil mit Wandstärken von 60–80 mm ausgebildet sind und dann gegebenenfalls zusätzlich noch eine äußere Verkleidung aufweisen, die aber keine strukturelle Tragfähigkeiten besitzt, sondern lediglich als Wetterschutz oder ähnliches dient. An advantageously lightly constructed and structurally rigid and dimensionally stable annular body can be provided to design the rotor hub of a wind turbine in accordance with the invention in that the shell structure structurally constructed hollow shell a ring-shaped inner, along a rear side edge region connected to the bearing flange hub wall and an outer Hub wall comprises, which spans the inner hub wall arcuately and is connected with its front end portion along a side facing away from the bearing flange front side edge region with the inner hub wall and with its opposite rear end portion with the bearing flange. As a result, a sufficiently structurally rigid annular body with a relatively low component mass and thus a relatively easily formed structural body is created. The hollow ring body is constructed double-walled and represents a - in the direction of the bearing forces and tilting moments - rigid surface structure according to the shell theory. This distinguishes the rotor hub according to the invention or the ring body of today known rotor hubs, for example, as a single-walled cast component with wall thicknesses of 60-80 mm are formed and then optionally additionally have an outer lining, but has no structural carrying capabilities, but only serves as weather protection or the like.

In zweckmäßiger Ausgestaltung sieht die Erfindung hierbei dann weiterhin vor, dass die innere Nabenwand längs ihres hinteren Seitenrandbereiches mit einem vorderen Abtriebsflansch des Lagerflansches und die äußere Nabenwand längs ihres hinteren Endbereiches an ihrem hinteren Nabenwandbereich mit einem hinteren Abtriebsflansch des Lagerflansches verbunden ist. In an expedient embodiment, the invention then further provides that the inner hub wall along its rear side edge region is connected to a front output flange of the bearing flange and the outer hub wall along its rear end portion at its rear hub wall portion with a rear output flange of the bearing flange.

Um den Lagerflansch des hohlen Ringkörpers ausreichend lagestabil in dem Gleitlager führen und anordnen zu können, ist es gemäß Weiterbildung der Erfindung von Vorteil, wenn das Gleitlager als Radialkräfte, Axialkräfte und Kippmomente aufnehmendes Momentenlager ausgebildet ist und ein Hauptdrucklager, ein Nebendrucklager und ein Radiallager umfasst, was die Erfindung ebenfalls vorsieht. In order to lead the bearing flange of the hollow ring body sufficiently stable in the sliding bearing and order, it is according to the invention advantageous if the sliding bearing is designed as a radial forces, axial forces and tilting moments receiving torque bearing and a main thrust bearing, a secondary thrust bearing and a radial bearing comprises, what the invention also provides.

Ein solches Gleitlager ist geeignet, die erfindungsgemäß ausgebildete Rotornabe abzustützen. Der Aufbau der erfindungsgemäßen Rotornabe erlaubt aufgrund ihrer struktursteifen Schalenstruktur das Aufnehmen großer Kräfte und Kippmomente, ohne dass es im Bereich des Lagerflansches zu für den Betrieb von Gleitlagern unzulässig großen Verformungen kommt oder die Struktur, d.h. die Rotornabe, insbesondere das Rotorgehäuse, für den Einsatz in einer Windenergieanlage zu schwer wird. Wie bei derartigen Schalenkonstruktionen üblich, ist diese in Bezug auf die an einer Rotornabe auftretenden Belastungen ausreichend (struktur)steif und formstabil, dabei aber trotzdem ausreichend leicht, so dass die Rotornabe, insbesondere das Rotorgehäuse oder der hohle Ringkörper, in für einen Betrieb hydrodynamischer und/oder hydrostatischer Gleitlager ausreichenden Baugröße ausgeführt werden kann. Such a sliding bearing is suitable for supporting the rotor hub designed according to the invention. Due to its structurally rigid shell structure, the design of the rotor hub according to the invention allows the absorption of large forces and tilting moments, without being too large in the area of the bearing flange for the operation of slide bearings Deformations comes or the structure, ie the rotor hub, in particular the rotor housing, too heavy for use in a wind turbine. As is usual with such shell constructions, this is sufficient in terms of the loads occurring on a rotor hub (structure) and dimensionally stable, but still sufficiently light, so that the rotor hub, in particular the rotor housing or the hollow ring body, in hydrodynamic for operation and / or hydrostatic slide bearing of sufficient size can be performed.

Gemäß weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist daher vorgesehen, dass das Gleitlager als Hybridgleitlager ausgebildet ist. Auch wenn das Gleitlager grundsätzlich als hydrodynamisches Gleitlager ausgebildet sein soll, kann es Betriebszustände der Windenergieanlage mit Umdrehungsgeschwindigkeiten des Rotors geben, die es zweckmäßig erscheinen lassen, dass – zumindest zusätzlich – auch eine hydrostatische Schmierung vorhanden ist. Dies kann insbesondere für den An-, Abfahr- und Trudelbetrieb der Windenergieanlage notwendig oder zumindest vorteilhaft sein, um auch bei geringen Umfangsgeschwindigkeiten des Rotors und der rotierenden Elemente der Rotornabe eine Schmierung mittels eines ausreichend dicken Fluidfilms sicherzustellen. According to a further embodiment of the invention is therefore intended that the sliding bearing is designed as a hybrid sliding bearing. Even if the sliding bearing should basically be designed as a hydrodynamic sliding bearing, there may be operating states of the wind turbine with rotational speeds of the rotor, which make it expedient that - at least in addition - also a hydrostatic lubrication is present. This may be necessary or at least advantageous, in particular, for the start-up, shut-down and spinning operation of the wind turbine, in order to ensure lubrication by means of a sufficiently thick fluid film, even at low circumferential speeds of the rotor and the rotating elements of the rotor hub.

Dabei ist es dann gemäß weiterer Ausgestaltung der Erfindung zweckmäßig, dass das Hauptdrucklager, das Nebendrucklager und das Radiallager hydrodynamisch und/oder hydrostatisch geschmierte kippbewegliche Segmente aufweisen. Hierbei sind die Segmente des Hauptdrucklagers und des Nebendrucklagers in Umfangs- und Radialrichtung kippbeweglich abgestützt und sind die Segmente des Radiallagers in Umfangs- und Axialrichtung kippbeweglich abgestützt. It is then expedient according to further embodiment of the invention that the main thrust bearing, the secondary thrust bearing and the radial bearing have hydrodynamically and / or hydrostatically lubricated tiltable segments. Here, the segments of the main thrust bearing and the secondary thrust bearing are supported tiltable in the circumferential and radial directions and the segments of the radial bearing are supported tiltable in the circumferential and axial direction.

Eine besonders vorteilhafte Dimensionierung des Gleitlagers ergibt sich dann, wenn der mittlere Durchmesser des Hauptdrucklagers 2–6 % des durch den Hüllkreis der Rotorblattspitzen definierten Rotoraußendurchmessers eines die Rotornabe umfassenden Rotors für eine Windenergieanlage beträgt, was die Erfindung ebenfalls vorsieht. A particularly advantageous dimensioning of the sliding bearing results when the average diameter of the main thrust bearing is 2-6% of the defined by the enveloping circle of the rotor blade tips rotor outer diameter of a rotor hub comprehensive rotor for a wind turbine, which the invention also provides.

Das den hohlen Ringkörper tragende und krafteinleitend mit dem Maschinenträger der Windenergieanlage verbundene Tragbauteil ist gemäß Weiterbildung der Erfindung in vorteilhafter Weise dadurch gekennzeichnet, dass es als ringförmiges Lagergehäuse ausgebildet ist. The support member carrying the hollow ring body and connected to the machine carrier of the wind power installation in accordance with the invention is advantageously characterized in that it is designed as an annular bearing housing.

Um eine getriebelose Windenergieanlage ausbilden zu können, ist es gemäß weiterer vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung konstruktiv möglich, dass an dem Tragbauteil, insbesondere dem Lagergehäuse, der Stator eines Generators für die Windenergieanlage angeordnet ist, was die Erfindung ebenfalls vorsieht. In order to be able to form a gearless wind power plant, according to a further advantageous development of the invention, it is structurally possible for the stator of a generator for the wind energy plant to be arranged on the support component, in particular the bearing housing, which the invention also provides.

Um insbesondere in diesem Falle konstruktiv einfach den Generator ausbilden zu können, zeichnet sich die Erfindung zudem dadurch aus, dass der Rotor des/eines Generators für die Windenergieanlage an dem Lagerflansch angeordnet ist. In order to be able to constructively construct the generator, in particular in this case, the invention is also distinguished by the fact that the rotor of the / a generator for the wind energy plant is arranged on the bearing flange.

Eine besonders günstige Stelle für die Anordnung des Rotors des Generators der Windenergieanlage an dem Lagerflansch lässt sich dadurch ausbilden, dass der Lagerflansch einen/den hinteren Abtriebsflansch aufweist, an welchem der Rotor des Generators für die Windenergieanlage befestigt ist, was in erfindungsgemäßer Ausgestaltung auch möglich ist. A particularly favorable location for the arrangement of the rotor of the generator of the wind turbine on the bearing flange can be formed in that the bearing flange has a / the rear output flange to which the rotor of the generator for the wind turbine is attached, which is also possible in the inventive design ,

Es ist aber auch möglich, mit der erfindungsgemäß ausgebildeten Rotornabe eine Windenergieanlage zu realisieren, die ein Übersetzungsgetriebe aufweist. In diesem Fall lässt sich das Übersetzungsgetriebe in besonders günstiger Weise ebenfalls am Lagerflansch anordnen und befestigen. Die Erfindung zeichnet sich daher auch dadurch aus, dass der Lagerflansch einen/den vorderen Abtriebsflansch aufweist, an welchem ein mit dem Generator für die Windenergieanlage in Wirkverbindung stehendes Übersetzungsgetriebe mit einer rotierbaren Komponente befestigt ist. But it is also possible to realize with the inventively designed rotor hub a wind turbine, which has a transmission gear. In this case, the transmission gear can be arranged in a particularly favorable manner also on the bearing flange and secure. The invention is therefore also distinguished by the fact that the bearing flange has a front output flange on which a transmission gearbox operatively connected to the generator for the wind energy plant is fastened with a rotatable component.

Um den Ringkörper weiter zu versteifen und noch struktursteifer und formstabiler auszubilden, sieht die Erfindung in Weiterbildung schließlich auch noch vor, dass der hohle Ringkörper ein Kräfte leitendes Abschlussdeckelelement aufweist. In order to further stiffen the ring body and even more structurally rigid and dimensionally stable form, the invention finally also provides in a further development that the hollow ring body has a force-conducting end cover element.

Die Erfindung ist nachstehen anhand einer Zeichnung beispielhaft näher erläutert. Diese zeigt in The invention is explained in more detail by way of example with reference to a drawing. This shows in

1 in schematischer Schnittdarstellung eine erfindungsgemäße Rotornabe einer Windenergieanlage, 1 in a schematic sectional view of a rotor hub according to the invention of a wind turbine,

2 die Rotornabe gemäß 1 mit einem daran angeordneten Generator, dessen Rotor als Außenläufer ausgebildet ist, 2 the rotor hub according to 1 with a generator arranged thereon, the rotor of which is designed as an external rotor,

3 die Rotornabe gemäß 1 mit einem daran angeordneten Generator, dessen Rotor als Innenläufer ausgebildet ist, 3 the rotor hub according to 1 with a generator arranged thereon, the rotor of which is designed as an internal rotor,

4 die Rotornabe gemäß 1 mit einem daran angeordneten Übersetzungsgetriebe, 4 the rotor hub according to 1 with a transmission gear arranged thereon,

5 in Perspektivdarstellung ein hydrodynamisches Gleitlager der erfindungsgemäßen Rotornabe, 5 in perspective view of a hydrodynamic sliding bearing of the rotor hub according to the invention,

6 in geschnittener Teildarstellung das Gleitlager gemäß 5 und in 6 in a sectional partial view of the sliding bearing according to 5 and in

7 in geschnittener Perspektivdarstellung eine erfindungsgemäße gleitgelagerte doppelwandige Rotornabe für eine Windenergieanlagen mit einem Generator, dessen Rotor als Innenläufer ausgebildet ist. 7 in a sectional perspective view of a sliding bearing double-walled rotor hub according to the invention for a wind turbine with a generator whose rotor is designed as an internal rotor.

In den Figuren ist schematisch ein Ausführungsbeispiel einer insgesamt mit 1 bezeichneten erfindungsgemäßen Rotornabe für eine Windenergieanlage dargestellt, die einen Rotor umfasst, der nicht näher dargestellte, an einem Rotorgehäuse 33 angeordnete Rotorblätter aufweist. Die Rotornabe 1 umfasst das Rotorgehäuse 33, ein hydrodynamisches und/oder hydrostatisches Gleitlager 2, vorzugsweise in Form eines Hybridgleitlagers, und ein Tragbauteil 32, wobei das Rotorgehäuse 33 in dem hydrodynamischen und/oder hydrostatischen Gleitlager 2 gelagert ist. Bei dem Gleitlager 2 handelt es sich um ein hydrodynamisches und/oder hydrostatisches Gleitlager, da dieses je nach Betriebserfordernis, d.h. in Abhängigkeit vom jeweiligem Betriebszustand der Windenergieanlage, für welche die Rotornabe 1 vorgesehen ist, und insbesondere der Umfangsgeschwindigkeit des Rotors dieser Windenergieanlage, als hydrodynamisches, hydrostatisches oder Hybridlager betrieben werden kann. Hierzu sind die Gleitelemente 3a, 3b, 3c eines Hauptdrucklagers 4, eines Nebendrucklagers 5 und eines Radiallagers 6 jeweils als hydrodynamisch betriebene Kippsegmente 7a, 7b, 7c mit direkt angeschlossener Schmier- und Kühlölzuführung ausgebildet. Hierbei wird das Hauptdrucklager 4 durch die Gleitelemente 3a und die Kippsegmente 7a, das Nebendrucklager durch die Gleitelemente 3c und die Kippsegmente 7c, und das Radiallager 6 durch die Gleitelemente 3b und die Kippsegmente 7b gebildet, wie dies insbesondere den 5 und 6 zu entnehmen ist. Die jeweiligen Kippsegmente 7a, 7b und 7c können hydrodynamisch, aber auch insgesamt oder teilweise mit zusätzlichem Hochdrucköl in dafür vorgesehenen, nicht näher dargestellten Hydrostatiktaschen kontinuierlich oder anlassbezogen hydrostatisch betrieben werden. Die jeweiligen Ölzuführungen und Ölabführungen sind in den Figuren nicht näher dargestellt. In the figures, an embodiment of a total is schematically 1 Shown designated rotor hub according to the invention for a wind turbine, comprising a rotor, not shown in detail, on a rotor housing 33 having arranged rotor blades. The rotor hub 1 includes the rotor housing 33 , a hydrodynamic and / or hydrostatic plain bearing 2 , preferably in the form of a hybrid plain bearing, and a support member 32 , wherein the rotor housing 33 in the hydrodynamic and / or hydrostatic sliding bearing 2 is stored. In the plain bearing 2 it is a hydrodynamic and / or hydrostatic sliding bearing, as this depending on the operating requirement, ie, depending on the respective operating state of the wind turbine, for which the rotor hub 1 is provided, and in particular the peripheral speed of the rotor of this wind turbine, as hydrodynamic, hydrostatic or hybrid bearings can be operated. These are the sliding elements 3a . 3b . 3c a main pressure camp 4 , a secondary pressure bearing 5 and a radial bearing 6 each as hydrodynamically operated tilting segments 7a . 7b . 7c formed with directly connected lubrication and cooling oil supply. This is the main thrust bearing 4 through the sliding elements 3a and the tilting segments 7a , the secondary thrust bearing through the sliding elements 3c and the tilting segments 7c , and the radial bearing 6 through the sliding elements 3b and the tilting segments 7b formed, as this particular the 5 and 6 can be seen. The respective tilting segments 7a . 7b and 7c can hydrodynamically, but also in total or partially with additional high-pressure oil in designated, not shown hydrostatic bags continuously or on occasion hydrostatically operated. The respective oil feeds and oil drains are not shown in detail in the figures.

Das Hauptdrucklager 4, das Nebendrucklager 5 und das Radiallager 6 sind in einer nutartig umlaufenden Vertiefung des als Lagergehäuse 8 ausgebildeten Tragbauteils 32 angeordnet. Hierbei befindet sich das Hauptdrucklager 4 an der hinteren, der Abstützung auf der einer nicht näher dargestellten, auf einem Tragturm angeordneten Gondel der Windenergieanlage näher liegenden Seite der nutförmigen Vertiefung. Das Nebendrucklager 5 ist gegenüberliegend zum Hauptdrucklager 4 auf der gegenüberliegenden, vorderen Seite der nutförmigen Vertiefung ausgebildet und angeordnet. Das Radiallager 6 ist im Grund der nutförmigen Vertiefung ausgebildet und angeordnet. Der mittlere Durchmesser D des Hauptdrucklagers 4 beträgt 2–6 % des durch den die Rotorblattspitzen des Rotors umfassenden Hüllkreis der Rotorblattspitzen definierten Rotoraußendurchmessers. The main thrust bearing 4 , the secondary pressure bearing 5 and the radial bearing 6 are in a groove-like circumferential recess of the bearing housing 8th trained carrying component 32 arranged. Here is the main thrust bearing 4 at the rear, the support on the side of the groove-shaped depression, which is not shown in greater detail and is arranged on a supporting tower of the wind energy plant. The secondary pressure bearing 5 is opposite to the main thrust bearing 4 formed and arranged on the opposite, front side of the groove-shaped recess. The radial bearing 6 is formed and arranged in the bottom of the groove-shaped depression. The mean diameter D of the main thrust bearing 4 is 2-6% of the rotor outer diameter defined by the rotor blade tips of the rotor comprising the enveloping circle of the rotor blade tips.

Über das Lagergehäuse 8 und das Tragbauteil 32, die als struktursteifes und stationär in Rotationsrichtung der Rotornabe 1 drehfest an einem Maschinenträger 9 der Windenergieanlage angeordnetes Bauteil ausgebildet sind, steht das Gleitlager 2 in kraft(ein)leitender Wirkverbindung mit dem Maschinenträger 9 der Windenergieanlage, wobei die Rotornabe 1 mittels des Maschinenträgers 9 am Maschinengehäuse und damit an der Gondel der Windenergieanlage befestigt ist. About the bearing housing 8th and the support member 32 , which are structurally stable and stationary in the direction of rotation of the rotor hub 1 rotatably on a machine carrier 9 the wind turbine arranged component are formed, is the sliding bearing 2 in force (a) conductive operative connection with the machine carrier 9 the wind turbine, the rotor hub 1 by means of the machine carrier 9 is attached to the machine housing and thus to the nacelle of the wind turbine.

Während das Lagergehäuse 8 und der Maschinenträger 9 an der Gondel der Windenergieanlage angeordnete und befestigte Bauteile darstellen, besteht das die Rotorblätter des Rotors tragende, rotierende und in dem Gleitlager 2 gelagerte Rotorgehäuse 33 im Wesentlichen und von seinem grundsätzlichen Aufbau her aus einer inneren Nabenwand 10 und einer äußeren Nabenwand 11, die einen hinteren Nabenwandbereich 12a und einen vorderen Nabenwandbereich 12b aufweist, sowie dem in die aus innerer und äußerer Nabenwand 10, 11 gebildete Konstruktion integrierten und eingebundenen Lagerflansch 15. Der aus der radial innenseitigen inneren Nabenwand 10 und der diese bogenförmig überspannenden und an einem Ende mit dieser verbundenen äußeren Nabenwand 11 auf diese Weise über den größten Teil seines Umfanges ausgebildete, im Wesentliche hohle Ringkörper 13 des Rotorgehäuses 33 ist auf diese Weise als doppelwandiges struktursteifes Bauteil aufgebaut. Lediglich in einigen Bereichen, üblicherweise an zwei oder drei Positionen auf dem Umfang des Ringkörpers 13, sind Anschlüsse 14 für den Anschluss von Rotorflügeln vorgesehen, die im Ausführungsbeispiel querschnittlich rechteckförmig ausgebildet und von in diesem Bereich von der inneren Nabenwand 10, einem radial davon nach außen hervorstehenden vorderen äußeren Nabenwandabschnitt 11a, einem radial von der inneren Nabenwand 10 nach außen hervorstehenden hinteren äußeren Nabenwandabschnitt 11b sowie einem quer dazu verlaufenden oberen Nabenwandabschnitt 11c gebildet sind. Der als Schalentragwerk struktursteif aufgebaute hohle Ringkörper 13 weist die ringförmig ausgebildete, längs eines hinteren Seitenrandbereiches 10‘‘ mit dem Lagerflansch 15 verbundene innere Nabenwand 10 und die äußere Nabenwand 11 auf, die die innere Nabenwand 10 bogenförmig überspannt sowie mit ihrem vorderen Endbereich 12‘ längs eines dem Lagerflansch 15 abgewandten vorderen Seitenrandbereichs 10‘ mit der inneren Nabenwand 10 und längs ihres gegenüberliegenden hinteren Endbereich 12‘‘ mit dem Lagerflansch 15 verbunden ist. Die innere Nabenwand 10 ist längs ihres hinteren Seitenrandbereiches 10‘‘ mit einem vorderen Abtriebsflansch 16 des Lagerflansches 15 und die äußere Nabenwand 11 ist längs ihres hinteren Endbereiches 12‘‘ an ihrem hinteren Nabenwandbereich 12a mit einem hinteren Abtriebsflansch 17 des Lagerflansches 15 verbunden. Diese Ausgestaltung und der Aufbau sowohl der Rotornabe 1 als auch des Ringkörpers 13 des Rotorgehäuses 33 erschließt sich insbesondere durch die Darstellung gemäß 7. Hierbei sind natürlich durchaus andere Ausgestaltungen für den Anschluss 14 an einen Rotorflügel möglich. Wesentlich ist, dass die innere Nabenwand 10, die äußere Nabenwand 11, der mit diesen verbundene Lagerflansch 15 und die Anschlüsse 14 zum Anschluss eines Rotorflügels einen im Wesentlichen geschlossenen Ringkörper 13 ausbilden, der doppelwandig (vordere und hintere äußere Nabenwandbereiche 12a, 12b sowie innere Nabenwand 10) ausgebildet und damit bei entsprechend geringem Gewicht struktursteif und ausreichend verformungsstabil in Bezug auf die Aufnahme von Rotorblattkräften und -momenten einer Windenergieanlage ausgebildet ist. Im Bereich der Anschlüsse 14 kann diese Struktur gegebenenfalls unterbrochen und hier eine die Nabenwandabschnitte 11a, 11b und 11c umfassende Struktur ausgebildet sein. While the bearing housing 8th and the machine carrier 9 on the nacelle of the wind turbine arranged and mounted components represent that the rotor blades of the rotor bearing, rotating and in the plain bearing 2 mounted rotor housing 33 essentially and from its basic structure forth from an inner hub wall 10 and an outer hub wall 11 , which has a rear hub wall area 12a and a front hub wall area 12b has, as well as in the inner and outer hub wall 10 . 11 formed construction integrated and integrated bearing flange 15 , The from the radially inner side inner hub wall 10 and the arcuate spanning and connected at one end with this outer hub wall 11 formed in this way over the greater part of its circumference, essentially hollow ring body 13 of the rotor housing 33 is constructed in this way as a double-walled structural rigid component. Only in some areas, usually at two or three positions on the circumference of the ring body 13 , are connections 14 provided for the connection of rotor blades, which in the embodiment cross-sectionally rectangular and formed in this area of the inner hub wall 10 a radially outwardly projecting front outer hub wall portion 11a one radially from the inner hub wall 10 outwardly projecting rear outer hub wall portion 11b and a transverse thereto upper hub wall portion 11c are formed. The hollow structure designed as shell structure structurally hollow hollow body 13 has the ring-shaped, along a rear side edge region 10 '' with the bearing flange 15 Connected inner hub wall 10 and the outer hub wall 11 on that the inner hub wall 10 arcuately spanned and with its front end 12 ' along a bearing flange 15 facing away from the front margin area 10 ' with the inner hub wall 10 and along its opposite rear end region 12 '' with the Lagerflansch 15 connected is. The inner hub wall 10 is along its rear side edge area 10 '' with a front output flange 16 of the bearing flange 15 and the outer hub wall 11 is along its rear end 12 '' at its rear hub wall area 12a with a rear output flange 17 of the bearing flange 15 connected. This embodiment and the structure of both the rotor hub 1 as well as the ring body 13 of the rotor housing 33 opens up in particular by the representation according to 7 , Of course, there are quite different configurations for the connection 14 possible on a rotor blade. It is essential that the inner hub wall 10 , the outer hub wall 11 , which connected with this bearing flange 15 and the connections 14 for connecting a rotor blade a substantially closed annular body 13 form the double-walled (front and rear outer hub wall areas 12a . 12b as well as inner hub wall 10 ) and thus formed at a correspondingly low weight structurally stable and sufficiently stable in deformation with respect to the inclusion of rotor blade forces and moments of a wind turbine. In the area of connections 14 this structure may be interrupted and here the hub wall sections 11a . 11b and 11c be formed comprehensive structure.

Das derart doppelwandig aufgebaute Rotorgehäuse 33 ist dann mittels des Lagerflansches 15 in dem hydrodynamischen und/oder hydrostatischen Gleitlager 2 gleitgelagert. Der Lagerflansch 15 ist als hinreichend steifer, vorzugsweise massiver, Ring ausgebildet und derart dimensioniert, dass er die auftretenden Axial- und Radialkräfte sowie Kippmomente aufnehmen und ins Gleitlager 2 einleiten sowie kraftleitend in das Lagergehäuse 8 übertragen kann. Im Ausführungsbeispiel ist der Lagerflansch 15 querschnittlich rechteckig ausgebildet, er kann aber durchaus auch eine V-Form oder andere Ausgestaltungen haben. Der Lagerflansch 15 weist einen vorderen Abtriebsflansch 16 auf, über den er an die innere Nabenwand 10 angebunden und in diese integriert ist. Weiterhin weist der Lagerflansch 15 einen hinteren Abtriebsflansch 17 auf, über den er an den hinteren Nabenwandbereich 12a der äußeren Nabenwand 11 angebunden und in diese integriert ist. Der Lagerflansch 15 ist am inneren Randbereich des Ringkörpers 13 des Rotorgehäuses 33 positioniert, wobei der vordere und der hintere Abtriebsflansch 16, 17 zumindest im Wesentlichen rechtwinklig zueinander angeordnet sind. Über den vorderen Abtriebsflansch 16 und den hinteren Abtriebsflansch 17 erfolgt der Abtrieb des Drehmomentes des Rotors der Windenergieanlage, wobei dieser über den Lagerflansch 15 in dem Gleitlager 2 gelagert ist. Der Lagerflansch 15 steht radial nach innen aus der inneren Nabenwand 10 und damit aus dem innenseitig durch den Durchmesser R der inneren Nabenwand 10 definierten Ringkörper 13 hervor. Die Wandstärke der äußeren Nabenwand 11 beträgt im Ausführungsbeispiel 2–20 ‰ des Innendurchmessers R der inneren Nabenwand 10 bzw. des Ringkörpers 13. The thus double-walled rotor housing 33 is then by means of the bearing flange 15 in the hydrodynamic and / or hydrostatic sliding bearing 2 plain bearing. The bearing flange 15 is designed as a sufficiently rigid, preferably solid, ring and dimensioned such that it absorb the axial and radial forces and tilting moments occurring and into the slide bearing 2 initiate and force-conducting in the bearing housing 8th can transfer. In the embodiment, the bearing flange 15 cross-sectionally rectangular, but it may well have a V-shape or other configurations. The bearing flange 15 has a front output flange 16 over which he touches the inner hub wall 10 connected and integrated into it. Furthermore, the bearing flange 15 a rear output flange 17 over which he points to the rear hub wall area 12a the outer hub wall 11 connected and integrated into it. The bearing flange 15 is at the inner edge region of the ring body 13 of the rotor housing 33 positioned, with the front and the rear output flange 16 . 17 at least substantially at right angles to each other. Via the front output flange 16 and the rear output flange 17 the output of the torque of the rotor of the wind turbine takes place, this on the bearing flange 15 in the plain bearing 2 is stored. The bearing flange 15 is radially inward from the inner hub wall 10 and thus from the inside by the diameter R of the inner hub wall 10 defined annular body 13 out. The wall thickness of the outer hub wall 11 is in the embodiment 2-20 ‰ of the inner diameter R of the inner hub wall 10 or the ring body 13 ,

Um einen Ölaustritt zu vermeiden, sind das Hauptdrucklager 4, das Nebendrucklager 5 und das Radiallager 6 in dem Lagergehäuse 8 gegen den Lagerflansch 15 mit Dichtungen 18a und 18b öldicht abgedichtet. Hierbei befindet sich das Hauptdrucklager 4 bei dem hier als Ausführungsbeispiel dargestellten, als Luvläufer ausgebildeten und um die Achse 19 rotierenden Läufer einer Windenergieanlage an der hinteren Seite des Lagerflansches 15, befindet sich das Nebendrucklager 5 auf der vorderen Seite des Lagerflansches 15 und befindet sich das Radiallager 6 auf der Innenseite des Lagerflansches 15. To avoid oil leakage, the main thrust bearing 4 , the secondary pressure bearing 5 and the radial bearing 6 in the bearing housing 8th against the bearing flange 15 with seals 18a and 18b Oil-tight sealed. Here is the main thrust bearing 4 in the embodiment shown here, designed as a Luvläufer and around the axis 19 rotating rotor of a wind turbine at the rear side of the bearing flange 15 , is the secondary pressure bearing 5 on the front side of the bearing flange 15 and is the radial bearing 6 on the inside of the bearing flange 15 ,

Der erfindungsgemäße Aufbau der Rotornabe 1 erlaubt das Aufnehmen großer Kräfte und Kippmomente, ohne dass es im Bereich des Lagerflansches 15 zu für den Betrieb von Gleitlagern unzulässig großen Verformungen kommt oder die Struktur für den Einsatz in Windenergieanlage zu schwer wird. Wie bei vorteilhaft ausgeführten Schalenkonstruktionen üblich, ist auch die erfindungsgemäße Schalenstruktur des zumindest im Wesentlichen hohlen Ringkörpers 13 bezüglich der beim Betrieb des Rotors einer Windenergieanlage auftretenden Belastungen ausreichend steif oder struktursteif und dabei dennoch ausreichend leicht. Zur Ausbildung dieser erfindungsgemäßen Konstruktion des Rotorgehäuses 33 der Rotornabe 1 ist der Anschluss 14 an einen Rotorflügel über die äußere Nabenwand 11 und die innere Nabenwand 10 mit dem Lagerflansch 15 verbunden. Die – in der Regel zwei bis drei – Anschlüsse 14 an die Rotorflügel des Rotors der Windenergieanlage, die äußeren Nabenwand 11, die innere Nabenwand 10 und der Lagerflansch 15 bilden dabei den im Wesentlichen vollkommen umschlossenen hohlen Ringkörper 13 aus. Axialkräfte, Radialkräfte und Kippmomente aus dem Lagerflansch 15 werden durch das Hauptdrucklager 4, das Nebendrucklager 5 und das Radiallager 6 auf das Lagergehäuse 8 übertragen und von dort aus auf den Anschluss in den Maschinenträger 9 geleitet. Das Hauptdrucklager 4 und das Nebendrucklager 5 sind als in Umfangs- und Radialrichtung kippbeweglich abgestützte hydrodynamisch oder hydrodynamisch/hydrostatisch geschmierte Kippsegmente 7a, 7c ausgebildet, wie sie aus dem Stand der Technik allgemein bekannt sind. Ebenso ist das Radiallager 6 aus in Umfangs- und Axialrichtung kippbeweglichen hydrodynamisch oder hydrodynamisch/hydrostatisch geschmierten Segmenten 7b gebildet und aufgebaut. Das Hauptdrucklager 4, das Nebendrucklager 5 und das Radiallager 6 sind in der nutartigen Vertiefung des Lagergehäuses 8 in üblicher Weise den aufzunehmenden Kräften entsprechend mit unterschiedlicher Relativlage zueinander angeordnet und in dem Lagergehäuse 8 mittels der Dichtungen 18a und 18b öldicht gegen den Lagerflansch 15 abgedichtet. Die in den Lagerflansch 15 eingeleiteten Drehmomente werden aus dem Lagerflansch 15 in dessen hinteren Abtriebsflansch 17 und dessen vorderen Abtriebsflansch 16 übertragen. Die Wandstärke der inneren Nabenwand 19 und der äußeren Nabenwand 11 ist jeweils klein gegenüber dem Innendurchmesser R der inneren Nabenwand 10. Insbesondere beträgt die Wandstärke der inneren Nabenwand 19 und der äußeren Nabenwand 11 2–20 ‰ des Innendurchmessers R der inneren Nabenwand 10. Insofern stellt diese Struktur eine Schalenkonstruktion im Sinne der Schalentheorie dar, nach welcher Schalen biegesteife Flächentragwerke sind, bei denen zwei Abmessungen groß gegenüber einer dritten Abmessung sind und die bereits unbelastet in alle drei Raumrichtungen gekrümmt sein können. Schalen nutzen die Tragfähigkeit ihres Materials durch das Abtragen von Lasten über Membrankräfte, die über die Dicke der Schale konstant sind, aus. So kommt es zu hoher Steifigkeit der Schalen bei gleichzeitig geringem Gewicht und Materialeinsatz. Sowohl die innere Nabenwand 10 als auch die äußere Nabenwand 11 sind in diesem Sinne Teil eines Schalentragwerks. The inventive structure of the rotor hub 1 allows the absorption of large forces and tilting moments, without it in the area of the bearing flange 15 comes to the operation of plain bearings impermissibly large deformations or the structure is too heavy for use in wind turbines. As is usual with advantageously designed shell constructions, the shell structure according to the invention is also the at least substantially hollow ring body 13 with respect to the loads occurring during operation of the rotor of a wind turbine sufficiently rigid or structurally stiff and yet sufficiently light. To form this construction according to the invention of the rotor housing 33 the rotor hub 1 is the connection 14 to a rotor blade over the outer hub wall 11 and the inner hub wall 10 with the bearing flange 15 connected. The - usually two to three - connections 14 to the rotor blades of the rotor of the wind turbine, the outer hub wall 11 , the inner hub wall 10 and the bearing flange 15 form the substantially completely enclosed hollow ring body 13 out. Axial forces, radial forces and tilting moments from the bearing flange 15 be through the main thrust bearing 4 , the secondary pressure bearing 5 and the radial bearing 6 on the bearing housing 8th transferred from there to the connection in the machine frame 9 directed. The main thrust bearing 4 and the secondary pressure bearing 5 are as hydrodynamically or hydrodynamically / hydrostatically lubricated Kippsegmente tilted in the circumferential and radial direction 7a . 7c formed, as are well known in the art. Likewise, the radial bearing 6 from hydrodynamically or hydrodynamically / hydrostatically lubricated segments which can be tilted in the circumferential and axial direction 7b formed and built. The main thrust bearing 4 , the secondary pressure bearing 5 and the radial bearing 6 are in the groove-like recess of the bearing housing 8th arranged in the usual way the male forces corresponding to each other with different relative position and in the bearing housing 8th by means of the seals 18a and 18b Oil-tight against the bearing flange 15 sealed. The in the bearing flange 15 introduced torques are from the bearing flange 15 in the rear output flange 17 and its front output flange 16 transfer. The wall thickness of the inner hub wall 19 and the outer hub wall 11 is in each case small in relation to the inner diameter R of the inner hub wall 10 , In particular, the wall thickness of the inner hub wall 19 and the outer hub wall 11 2-20 ‰ of the inside diameter R of the inner hub wall 10 , In this respect, this structure represents a shell construction in the sense of shell theory, according to which shells are rigid surface structures in which two dimensions are large compared to a third dimension and which can be curved already unloaded in all three spatial directions. Shells exploit the load-bearing capacity of their material by removing loads via membrane forces that are constant across the thickness of the shell. So it comes to high rigidity of the shells with low weight and material usage. Both the inner hub wall 10 as well as the outer hub wall 11 are in this sense part of a shell structure.

Der mittlere Durchmesser D des Hauptdrucklagers 4 beträgt 2–6 % des durch den die Rotorblattspitzen des Rotors der jeweiligen Windenergieanlage umfassenden Hüllkreises definierten Rotoraußendurchmessers der Windenergieanlage. Damit liegt die Umfangsgeschwindigkeit in den Bauteilen Hauptdrucklager 4, Nebendrucklager 5 und Radiallager 6 in der Größenordnung von 0,5 m/s bis 5,4 m/s während des Nennbetriebes. The mean diameter D of the main thrust bearing 4 is 2-6% of defined by the rotor blade tips of the rotor of the respective wind turbine enveloping circle defined rotor outer diameter of the wind turbine. This is the peripheral speed in the components main thrust bearing 4 , Secondary pressure bearing 5 and radial bearings 6 in the order of 0.5 m / s to 5.4 m / s during nominal operation.

Bei der erfindungsgemäß aufgebauten und ausgebildeten Rotornabe 1 sind die im Betrieb auftretenden Verformungen im Bereich der Anschlüsse 14 der Rotorblätter erheblich größer als im Bereich von Lagerflansch 15 und Lagergehäuse 8. In the inventively constructed and trained rotor hub 1 are the deformations occurring during operation in the area of the connections 14 the rotor blades considerably larger than in the area of bearing flange 15 and bearing housing 8th ,

Mittels der Rotornabe 1 ist es möglich, den im Wesentlichen aus einem Stator 20 und einem Rotor 21 bestehenden Generator einer Windenergieanlage mit an dem Rotorgehäuse 33 der Rotornabe 1 angeordneten Bauteilen oder Bauelementen sowohl als Innenläufer 22 als auch als Außenläufer 23 auszubilden. Hierbei erfolgt bei der Rotornabe 1 die Anbindung des Rotors 21 des Generators an die Rotornabe 1 derart, dass eine mögliche Relativverschiebung zwischen dem jeweiligen Stator 20 und dem jeweiligen Rotor 21 insbesondere in radialer Richtung klein ist. Dadurch ist es möglich, den Generator mit kleinem Luftspalt und damit potentiell großer Leistungsdichte auszubilden. By means of the rotor hub 1 It is possible, essentially from a stator 20 and a rotor 21 existing generator of a wind turbine with on the rotor housing 33 the rotor hub 1 arranged components or components both as internal rotor 22 as well as external rotor 23 train. This takes place at the rotor hub 1 the connection of the rotor 21 of the generator to the rotor hub 1 such that a possible relative displacement between the respective stator 20 and the respective rotor 21 especially in the radial direction is small. This makes it possible to design the generator with a small air gap and thus potentially high power density.

Bei der in der 2 dargestellten Ausbildung des Generators der Windenergieanlage als Außenläufer 23 ist der Rotor 21 an einem äußeren Ringsteg 24 des hinteren Abtriebsflansches 17 des Lagerflansches 15 befestigt, so dass der Rotor 21 zusammen mit dem Flansch 15 und damit der Rotornabe 1 rotiert. In geeigneter Relativlage zum Rotor 21 und mit geringem Spaltabstand zu diesem ist der Stator 20 mittels eines Befestigungselementes 25 oder mittels einer ausreichenden Anzahl an einzelnen stabförmigen Verbindungselementen an dem Lagergehäuse 8 befestigt. When in the 2 illustrated embodiment of the generator of the wind turbine as an external rotor 23 is the rotor 21 on an outer ring web 24 the rear output flange 17 of the bearing flange 15 attached, leaving the rotor 21 together with the flange 15 and thus the rotor hub 1 rotates. In a suitable relative position to the rotor 21 and with a small gap distance to this is the stator 20 by means of a fastening element 25 or by means of a sufficient number of individual rod-shaped connecting elements on the bearing housing 8th attached.

Bei dem in der 2 dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt die Leistungsauskopplung des Rotors der Windenergieanlage in den Außenläufer 23 des Generators der Windenergieanlage, wobei die Befestigung und Ausführung des Stators 20 dieses Außenläufers 23 dergestalt erfolgt, dass der Stator 20 den Verlagerungen des Rotors 21, resultierend aus einer elastischen Verformung des Lagerflansches 15, des hinteren Abtriebsflanschs 17, des Hauptdrucklagers 4, des Nebendrucklagers 5, des Radiallager 6 und des Lagergehäuses 8, teilweise folgt. In the in the 2 illustrated embodiment, the power extraction of the rotor of the wind turbine takes place in the external rotor 23 the generator of the wind turbine, the attachment and execution of the stator 20 this outside runner 23 such that the stator 20 the displacements of the rotor 21 , resulting from elastic deformation of the bearing flange 15 , the rear output flange 17 , the main pressure camp 4 , the secondary pressure bearing 5 , the radial bearing 6 and the bearing housing 8th , partially follows.

Bei der in der 3 dargestellten Ausbildung des Generators der Windenergieanlage als Außenläufer 22 ist der Stator 20 wiederum über einen Befestigungsring an dem Lagergehäuse 8 befestigt. Radial unterhalb und damit innerhalb des Stators 20 ist der Rotor 21 angeordnet und an einem inneren Ringsteg 26 des Flansches 15 bzw. des hinteren Abtriebsflansches 17 befestigt. Auch in diesem Falle sind der Stator 20 und der Rotor 21 des Generators der Windenergieanlage im Wesentlichen parallel zur Rotorlängsachse bzw. zur Rotationsachse 19 ausgerichtet. In diesem Fall ist zur Leistungsauskopplung in den Innenläufer 22 des Generators der Windenergieanlage die Befestigung und Ausführung des Stators 20 dergestalt ausgebildet, dass der Stator 20 den Verlagerungen des Rotors 21, resultierend aus einer elastischen Verformung des Lagerflansches 15, des hinteren Abtriebsflanschs 17, des Hauptdrucklagers 4, des Nebendrucklagers 5, des Radiallager 6 und des Lagergehäuses 8, teilweise folgt. When in the 3 illustrated embodiment of the generator of the wind turbine as an external rotor 22 is the stator 20 again via a mounting ring on the bearing housing 8th attached. Radially below and thus inside the stator 20 is the rotor 21 arranged and on an inner ring land 26 of the flange 15 or the rear output flange 17 attached. Also in this case are the stator 20 and the rotor 21 the generator of the wind turbine substantially parallel to the rotor longitudinal axis or to the axis of rotation 19 aligned. In this case, the output coupling is in the inner rotor 22 of the generator of the wind turbine installation and execution of the stator 20 formed such that the stator 20 the displacements of the rotor 21 , resulting from elastic deformation of the bearing flange 15 , the rear output flange 17 , the main pressure camp 4 , the secondary pressure bearing 5 , the radial bearing 6 and the bearing housing 8th , partially follows.

Die erfindungsgemäße Rotornabe 1 kann nicht nur bei einer getriebelosen Windenergieanlage gemäß den 2 und 3, bei welchen der Stator 20 und der Rotor 21 unmittelbar durch die Bewegung des Rotors eine Leistungsauskopplung ermöglichen, ausgebildet sein, sondern auch als Windenergieanlage mit Übersetzungsgetriebe realisiert werden. Bei dieser in der 4 dargestellten Ausführungsform ist das Übersetzungsgetriebe 27 mit einer rotierbaren Komponente auf seiner Vorderseite mittels eines Befestigungskonus 28 an dem vorderen Abtriebsflansch 16 befestigt. Ebenso ist das Übersetzungsgetriebe 27 in seinem dem Befestigungskonus 28 gegenüberliegenden hinteren Bereich mit einer nicht rotierbaren Komponente an dem mit dem Lagergehäuse 8 verbundenen Maschinenträger 9 gehalten. In diesem Fall kann das Lagergehäuse 8 als Teil des Gehäuses des Übersetzungsgetriebes 27 ausgebildet sein. Die Dichtung 18a kann entfallen, wenn das Übersetzungsgetriebe 27 mit dem gleichen Öl wie das Gleitlager 2 betrieben wird. Der Abtrieb des Übersetzungsgetriebes 27 ist in der 4 nicht dargestellt. The rotor hub according to the invention 1 can not only in a gearless wind turbine according to the 2 and 3 in which the stator 20 and the rotor 21 directly enable by the movement of the rotor power extraction, be formed, but also be realized as a wind turbine with transmission gear. In this in the 4 illustrated embodiment, the transmission gear 27 with a rotatable component on its front by means of a fastening cone 28 on the front output flange 16 attached. Likewise, the transmission gear 27 in his attachment cone 28 opposite rear portion with a non-rotatable component on the bearing housing 8th connected machine carrier 9 held. In this case, the bearing housing 8th as part of the housing of the transmission gear 27 be educated. The seal 18a can be omitted if the transmission gear 27 with the same oil as the plain bearing 2 is operated. The output of the transmission 27 is in the 4 not shown.

Bei der in der 4 schematisch dargestellten Ausführungsform, bei welcher die Leistungsauskopplung aus dem Rotor der Windenergieanlage in das Übersetzungsgetriebe 27 erfolgt, ist die Befestigung und Ausführung des Übersetzungsgetriebes 27 wiederum dergestalt, dass das Übersetzungsgetriebe 27 den aus der elastischen Verformung der erfindungsgemäßen Tragstruktur der Rotornabe 1 resultierenden Verlagerungen teilweise folgt bzw. folgen kann. Hierbei sind angetriebene und/oder rotierbare Elemente des Übersetzungsgetriebes 27 über den Befestigungskonus 28 mit dem rotierbaren und im Betriebszustand der Windenergieanlage rotierenden vorderen Abtriebsflansch 16 der Rotornabe 1 verbunden und sind die demgegenüber stationären Bauteile und Elemente des Übersetzungsgetriebes 27 von dem stationären Maschinenträger 9 und/oder dem Lagergehäuse 8 gehalten und/oder mit diesem/diesen verbunden. When in the 4 schematically illustrated embodiment in which the power extraction from the rotor of the wind turbine in the transmission gear 27 takes place, is the attachment and execution of the transmission gear 27 turn such that the transmission gear 27 from the elastic deformation of the support structure of the rotor hub according to the invention 1 resulting shifts may partly follow or follow. Here are driven and / or rotatable elements of the transmission gear 27 over the attachment cone 28 with the rotatable and in the operating state of the wind turbine rotating front output flange 16 the rotor hub 1 connected and are the other hand, stationary components and elements of the transmission gear 27 from the stationary machine carrier 9 and / or the bearing housing 8th held and / or associated with this / these.

In der 4 ist zudem eine eine Bremsscheibe 29 aufweisende Bremse 30 dargestellt, die an dem für die Drehmomentauskopplung aus dem Rotor der Windenergieanlage bzw. der Rotornabe 1 nicht genutzten hinteren Abtriebsflansch 17 angeordnet ist, wobei die Bremsscheibe 29 in dem Lagergehäuse 8 angeordnet ist. In analoger Weise ist es auch möglich, bei den Ausführungsformen nach den 2 und 3, bei welchen jeweils der Rotor 21 des Außenläufers 23 oder des Innenläufers 22 des Generators der Windenergieanlage an dem hinteren Abtriebsflansch 17 angeordnet ist, die Bremse an dem vorderen Abtriebsflansch 16 auszubilden. D.h., die Bremse 30 wird jeweils an dem nicht für den Drehmomentabtrieb benötigten vorderen Abtriebsflansch 16 oder hinteren Abtriebsflansch 17 ausgebildet. Mit der Bremse 30 lässt sich der Rotor der Windenergieanlage und damit die Rotornabe 1 bis zum Stillstand abbremsen und festhalten. In the 4 is also a brake disc 29 having brake 30 shown at the for torque extraction from the rotor of the wind turbine or the rotor hub 1 unused rear output flange 17 is arranged, wherein the brake disc 29 in the bearing housing 8th is arranged. In an analogous manner, it is also possible in the embodiments of the 2 and 3 in which each of the rotor 21 of the outside runner 23 or the inner rotor 22 the generator of the wind turbine at the rear output flange 17 is arranged, the brake on the front output flange 16 train. That is, the brake 30 is in each case on the not required for the torque output front output flange 16 or rear output flange 17 educated. With the brake 30 can be the rotor of the wind turbine and thus the rotor hub 1 decelerate to a stop and hold.

Um den Ringkörper 13 noch struktursteifer und formstabiler auszubilden, ist dieser auf seiner Vorderseite mit einem kräfteleitenden Abschlussdeckelelement 31 versehen, welcher form- und/oder kraftschlüssig mit dem Ringkörper 13 verbunden ist und den durch den Innendurchmesser R definierten Querschnitt zur Außenseite der Rotornabe 1 hin ab- und überdeckt. To the ring body 13 To form even more structural and dimensionally stable, this is on its front with a krafteleitenden end cover element 31 provided, which positively and / or non-positively with the annular body 13 is connected and defined by the inner diameter R section to the outside of the rotor hub 1 down and covered.

Mit der vorstehend dargelegten Ausgestaltung von Rotornabe 1 und Gleitlager 2 können die bei einer Windenergieanlage bestehenden gegensätzlichen Forderungen nach niedrigem Gewicht und hoher Struktursteifigkeit der Rotornabe 1 im Bereich des Gleitlagers 2 erfüllt und kann das Gleitlager mit hydrodynamischen und/oder hydrodynamischen/hydrostatischen Gleitelementen oder Kippsegmenten 7a, 7b, 7c ausgestattet werden, so dass ein prinzipiell wartungsfreies Gleitlager auch bei Windenergieanlagen realisierbar ist. With the above-described embodiment of rotor hub 1 and plain bearings 2 can the existing in a wind turbine opposing demands for low weight and high structural rigidity of the rotor hub 1 in the area of the sliding bearing 2 meets and can the plain bearing with hydrodynamic and / or hydrodynamic / hydrostatic sliding elements or tilting segments 7a . 7b . 7c be equipped so that a principle maintenance-free sliding bearing is also feasible in wind turbines.

Claims

Rotor hub ( 1 ) for a wind turbine that has a rotor housing ( 33 ), a hydrodynamic and / or hydrostatic sliding bearing ( 2 ) and a supporting component ( 32 ), wherein the rotor housing ( 33 ) in the hydrodynamic and / or hydrostatic sliding bearing ( 2 ) is slidingly mounted and the plain bearing ( 2 ) in the supporting component ( 32 ), characterized in that the rotor housing ( 33 ) in the form of a double-walled shell structure structurally constructed hollow ring body ( 13 ) is formed, which has a radially inwardly projecting, rigid bearing flange ( 15 ), which in the trained as a moment bearing plain bearing ( 2 ) in the supporting component ( 32 ) is rotatably mounted.

Rotor hub ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the shell-structure constructed as a hollow structure hollow body ( 13 ) an annular inner, along a rear side edge region ( 10 '' ) with the bearing flange ( 15 ) connected hub wall ( 10 ) and an outer hub wall ( 11 ), which the inner hub wall ( 10 ) arcuately spanned and with its front end portion ( 12 ' ) along a bearing flange ( 15 ) facing away from the front margin area ( 10 ' ) with the inner hub wall ( 10 ) and with its opposite rear end region ( 12 '' ) with the bearing flange ( 15 ) connected is.

Rotor hub ( 1 ) according to claim 2, characterized in that the inner hub wall ( 10 ) along its rear side edge area ( 10 '' ) with a front output flange ( 16 ) of the bearing flange ( 15 ) and the outer hub wall ( 11 ) along its rear end region ( 12 '' ) at its rear hub wall area ( 12a ) with a rear output flange ( 17 ) of the bearing flange ( 15 ) connected is.

Rotor hub ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the plain bearing ( 2 ) is formed as radial forces, axial forces and tilting moments receiving moment bearing and a main thrust bearing ( 4 ), a secondary pressure bearing ( 5 ) and a radial bearing ( 6 ).

Rotor hub ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the plain bearing ( 2 ) is designed as a hybrid sliding bearing.

Rotor hub ( 1 ) according to claim 4 or 5, characterized in that the main thrust bearing ( 4 ), the secondary pressure bearing ( 5 ) and the radial bearing ( 6 ) hydrodynamically and / or hydrostatically lubricated tiltable segments ( 7a . 7b . 7c ) exhibit.

Rotor hub ( 1 ) according to any one of claims 4-6, characterized in that the mean diameter (D) of the main thrust bearing ( 4 ) 2-6% of the defined by the outer circle of the rotor blade tips rotor outer diameter of the rotor hub ( 1 ) comprehensive rotor for a wind turbine.

Rotor hub ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the supporting component ( 32 ) as an annular bearing housing ( 8th ) is trained.

Rotor hub ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that on the support member ( 32 ), in particular the bearing housing ( 8th ), the stator ( 20 ) is arranged a generator for the wind turbine.

Rotor hub ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the rotor ( 21 ) of the / a generator for the wind turbine on the bearing flange ( 15 ) is arranged.

Rotor hub ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the bearing flange ( 15 ) a rear output flange ( 17 ), on which the rotor ( 21 ) of the / a generator for the wind turbine is attached.

Rotor hub ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the bearing flange ( 15 ) a front output flange ( 16 ), on which a transmission gearbox operatively connected to the generator for the wind energy plant ( 27 ) is fixed with a rotatable component.

Rotor hub ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the hollow annular body ( 13 ) a force-conducting end cover element ( 31 ) having.

Wind turbine characterized in that it comprises a rotor hub ( 1 ) according to any one of claims 1-13.