DE102018003437A1 - Windenergieanlage und Verfahren zur Montage einer Windenergieanlage - Google Patents

Windenergieanlage und Verfahren zur Montage einer Windenergieanlage Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Windenergieanlage (100) und ein Verfahren zur Montage einer Windenergieanlage (100), wobei die Windenergieanlage (100) eine Maschinengondel (5), einen zumindest teilweise innerhalb der Maschinengondel (5) angeordneten Maschinenträger (6) und eine Rotorwelle (2) umfasst, wobei die Rotorwelle (2) mittels einer Lageranordnung (10) um ihre Längsachse (A) drehbar gegenüber dem Maschinenträger (6) gelagert ist, wobei die Lageranordnung (10) wenigstens ein erstes Radiallager (3) mit einem Innenring (3I) aufweist, wobei der Innenring (3I) des ersten Radiallagers (3) drehfest mit der Rotorwelle (2) verbunden ist und in axialer Richtung auf der Rotorwelle (2) fixiert ist, und wobei der Innenring (31) des ersten Radiallagers (3) wenigstens in einer ersten axialen Richtung (R) mithilfe einer Mehrzahl von einzelnen Radial-Befestigungsmitteln (14) auf der Rotorwelle (2) axial fixiert ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Windenergieanlage, umfassend eine Maschinengondel, einen zumindest teilweise innerhalb der Maschinengondel angeordneten Maschinenträger und eine Rotorwelle, wobei die Rotorwelle mittels einer Lageranordnung um ihre Längsachse drehbar gegenüber dem Maschinenträger gelagert ist, und wobei die Lageranordnung wenigstens ein erstes Radiallager mit einem Innenring aufweist.
  • Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Montage einer solchen Windenerg ieanlage.
  • Windenergieanlagen und entsprechende Lageranordnungen zur drehbaren Lagerung der Rotorwellen der Windenergieanlagen sind aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt, beispielsweise aus der EP 1 457 673 A1 .
  • Aufgrund der hohen abzustützenden Lasten werden für die Lagerung der Rotorwelle einer Windenergieanlage in der Regel Wälzlager verwendet, wobei aus dem Stand der Technik verschiedenen Lagerkonzepte bekannt sind, welche sich insbesondere in der Art der verwendeten Wälzlager sowie hinsichtlich der Anordnung und der axialen Fixierung der Wälzlager auf der Rotorwelle unterscheiden.
  • Als Wälzlager kommen insbesondere einreihige und/oder zweireihige Rollenlager zum Einsatz, vorzugsweise Pendelrollen- und/oder Zylinderrollenlager.
  • Die axiale Fixierung der Wälzlager auf der Rotorwelle, d.h. in einer Richtung parallel zur Längsachse der Rotorwelle bzw. parallel zur Rotationsachse der Rotorwelle, erfolgt dabei üblicherweise an einer Seite des Lagers durch Anlage an einer Wellenschulter bzw. einem entsprechend ausgebildeten Wellenabsatz und auf der anderen Seite mittels sogenannter Wellenmuttern, welche insbesondere bei Wellendurchmessern > 500 mm verwendet werden. Die Herstellung des für die Verwendung einer Wellenmutter erforderlichen Außengewindes auf der Rotorwelle ist jedoch kostenintensiv. Die sonst im Stand der Technik weit verbreiteten Sicherungsringe sind nur für sehr kleine Windenergieanlagen geeignet.
  • Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine alternative, gattungsgemäße Windenergieanlage, insbesondere mit einer verbesserten Lageranordnung, sowie ein alternatives Verfahren zur Montage einer Windenergieanlage bereitzustellen.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Windenergieanlage sowie durch ein Verfahren gemäß den unabhängigen Patentansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der Beschreibung und der Figuren und werden im Folgenden näher erläutert.
  • Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Windenergieanlage, wobei die Windenergieanlage eine Maschinengondel, einen zumindest teilweise innerhalb der Maschinengondel angeordneten Maschinenträger und eine Rotorwelle umfasst. Die Rotorwelle ist dabei mittels einer Lageranordnung, insbesondere mittels einer sogenannten Drei-Punkt-Lagerung oder einer sogenannten Vier-Punkt-Lagerung, um ihre Längsachse drehbar gegenüber dem Maschinenträger gelagert. Dazu umfasst die Lageranordnung wenigstens ein erstes Radiallager mit einem Innenring, wobei der Innenring des ersten Radiallagers drehfest mit der Rotorwelle verbunden ist und in axialer Richtung auf der Rotorwelle fixiert ist.
  • Erfindungsgemäß ist der Innenring des ersten Radiallagers wenigstens in einer ersten axialen Richtung wenigstens mithilfe, insbesondere mittels, einer Mehrzahl von einzelnen Radial-Befestigungsmitteln auf der Rotorwelle axial fixiert.
  • Eine erfindungsgemäße Windenergieanlage, bei welcher der Innenring des ersten Radiallagers in wenigstens einer axialen Richtung mit Hilfe einer Mehrzahl von einzelnen Radial-Befestigungsmitteln auf der Rotorwelle fixiert ist, hat insbesondere den Vorteil, dass keine Wellenmutter mehr erforderlich ist und somit insbesondere das Herstellen des Außengewindes auf der Rotorwelle, das zur Anordnung einer Wellenmutter auf der Rotorwelle erforderlich ist, entfallen kann. Dadurch können die Fertigungskosten der Rotorwelle gesenkt werden.
  • Ferner kann, insbesondere bei einer entsprechenden Ausgestaltung der Rotorwelle sowie durch eine vorteilhafte Auswahl und Anordnung der Radial-Befestigungsmittel, in einigen Fällen das Festigkeitsverhalten der Rotorwelle verbessert werden, da das die Rotorwelle schwächende Gewinde für die Wellenmutter nicht mehr erforderlich ist.
  • Ein weiterer Vorteil des Entfalls der Wellenmutter ist, dass die einzelnen Radial-Befestigungsmittel nach längerer Zeit des Nicht-Lösens in der Regel leichter gelöst werden können als eine über längere Zeit nicht gelöste Wellenmutter, insbesondere wenn Korrosion, Passungsrost oder dergleichen im Bereich der Wellenmutter auftritt, was sich insbesondere bei Windenergieanlagen im Offshore-Bereich kaum vermeiden lässt.
  • Die erfindungsgemäße axiale Fixierung des Innenrings eignet sich dabei insbesondere für Wellen mit einem Wellendurchmesser von > 500 mm, da bei Wellen dieser Größenordnung die Herstellung eines Außengewindes zur Befestigung von einer Wellenmutter zunehmend aufwendiger wird, insbesondere um die für eine funktionsgemäße Welle-Wellenmutter-Verbindung zu erreichende Genauigkeit sicherzustellen.
  • Unter einer „Windenergieanlage“ wird vorliegend im Sinne der Erfindung eine Anlage zur Erzeugung von Energie, insbesondere elektrischer Energie, mithilfe und/oder aus Wind verstanden.
  • Unter einer „Rotorwelle“ im Sinne der vorliegenden Erfindung wird diejenige Welle der Windenergieanlage verstanden, welche mit einem die Rotorblätter tragenden Rotor der Windenergieanlage drehfest verbunden oder drehfest verbindbar ist und über welchen mit Hilfe des Rotors erzeugte kinetische Energie übertragen werden kann.
  • Unter einer „Maschinengondel“ wird im Sinne der vorliegenden Erfindung eine Baugruppe verstanden, welche oben am oder auf dem Turm einer Windenergieanlage angeordnet ist, wobei der Rotor einer Windenenergieanlage vorzugsweise über die Maschinengondel oder über Teile dieser Baugruppe mit dem Turm der Windenergieanlage gekoppelt oder koppelbar ist, insbesondere am Turm abgestützt oder abstützbar ist.
  • Bevorzugt ist die Rotorwelle einer erfindungsgemäßen Windenergieanlage zumindest teilweise innerhalb der Maschinengondel angeordnet, wobei die Rotorwelle bevorzugt innerhalb der Maschinengondel am Maschinenträger abgestützt ist, wobei der Maschinenträger besonders bevorzugt um eine vertikale Achse drehbar am Turm befestigt und/oder abgestützt ist.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Windenergieanlage weist die Windenergieanlage einen am Turm abgestützten, insbesondere einen um eine vertikale Achse drehbar am Turm abgestützten Maschinenträger auf sowie ein Gehäuse, wobei der Maschinenträger und die Rotorwelle besonders bevorzugt zumindest teilweise innerhalb des Gehäuses der Maschinengondel angeordnet sind.
  • Das Gehäuse der Maschinengondel und der Maschinenträger sind dabei bevorzugt als separate Bauteile ausgebildet. In einer alternativen Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Windenergieanlage können das Gehäuse der Maschinengondel und der Maschinenträger aber auch integral ausgebildet sein, d.h. insbesondere einteilig, und eine sogenannte „selbsttragende Maschinengondel“ bilden.
  • Unter einem „Radiallager“ wird im Sinne der vorliegenden Erfindung in für einen zuständigen Fachmann üblicher Weise ein Lager verstanden, welches zur Aufnahme und Abstützung von in radialer Richtung auf eine Welle wirkenden Kräften ausgebildet ist.
  • Unter einer „Lageranordnung“ im Sinne der Erfindung wird vorliegend eine Anordnung zur Lagerung verstanden, mittels welcher in eine Welle eingeleitete Kräfte zumindest teilweise oder vollständig, je nach Ausgestaltung der Lageranordnung, aufgenommen und abgestützt werden können, insbesondere gegenüber einer Trägereinrichtung wie beispielsweise einem Maschinenträger.
  • Unter einer drehfesten Verbindung mit der Welle wird im Sinne der Erfindung vorliegend Verbindung verstanden, welche dazu ausgebildet ist, ein Drehmoment zwischen den drehfest miteinander verbundenen Komponenten zu übertragen.
  • Die Richtungsangabe „axial“ bezieht sich vorliegend jeweils in fachüblicher Weise auf eine Richtung parallel zur Rotations- bzw. Drehachse einer Rotorwelle, wobei die Rotationsachse der Rotorwelle vorzugsweise mit der Längsachse der Rotorwelle zusammenfällt. Die Richtungsangabe „Umfangsrichtung“ bezieht sich entsprechend auf eine Rotationsrichtung um diese Rotationsachse, die Richtungsangabe „radial“ dementsprechend auf eine Richtung, die senkrecht auf der axialen Richtung und Umfangsrichtung steht. Die Richtungsangabe „tangential“ bezieht sich entsprechend auf eine Richtung, welche senkrecht auf der axialen Richtung und der radialen Richtung steht.
  • Sämtliche Richtungsangaben beziehen sich dabei vorliegend jeweils auf einen in einer Windenergieanlage eingebauten Zustand der einzelnen Bauteile, insbesondere auf einen funktionsgemäßen Verwendungszustand der Windenergieanlage.
  • Unter einem „Radial-Befestigungsmittel“ wird im Sinne der vorliegenden Erfindung ein Befestigungsmittel verstanden, welches dazu ausgebildet ist, sich in einem funktionsgemäßen Befestigungszustand an einer Welle mit seiner Längsachse in radialer Richtung der Welle zu erstrecken. Besonders bevorzugt ist ein „Radial-Befestigungsmittel“ im Sinne der vorliegenden Erfindung dazu ausgestaltet, zur Befestigung an oder in der Welle zumindest teilweise in radialer Richtung in die Welle eingebracht zu werden, insbesondere in eine entsprechend ausgebildete, sich vorzugsweise in radialer Richtung der Welle erstreckende Ausnehmung, insbesondere in eine sich in radialer Richtung erstreckende Bohrung, wobei ein „Radial-Befestigungsmittel“ im Sinne der Erfindung insbesondere ein längliches Befestigungsmittel ist oder aufweist und insbesondere als ein längliches Befestigungselement ausgebildet ist oder ein längliches Befestigungselement aufweist.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Windenergieanlage ist der Innenring vorzugsweise in axialer Richtung in Richtung des Getriebes mit Hilfe der Mehrzahl von einzelnen Radial-Befestigungsmitteln auf der Welle fixiert. Das heißt, in einer bevorzugten Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Windenergieanlage ist der Innenring des ersten Radiallagers vorzugsweise mithilfe der Mehrzahl von einzelnen Radial-Befestigungsmitteln derart auf der Rotorwelle axial fixiert, dass eine axiale Verschiebung des Innenrings verhindert wird, insbesondere in Richtung des Getriebes.
  • „Mithilfe“ bedeutet dabei im Sinne der vorliegenden Erfindung mit Hilfe der Radial-Befestigungsmittel, d.h. unter anderem durch die einzelnen Radial-Befestigungsmittel, wobei weitere Elemente, Mittel und/oder Einrichtungen dazu beitragen können bzw. vorgesehen sein können, um den,Innenring des ersten Radiallagers auf der Rotorwelle zu fixieren. Das heißt, die axiale Fixierung des Innenrings in der ersten axialen Richtung muss nicht lediglich durch die Mehrzahl der einzelnen Radial-Befestigungsmittel bewirkt sein, sondern es können auch weitere Elemente, welche vorzugsweise mit den Radial-Befestigungsmitteln zusammenwirken, vorgesehen sein, um die axiale Fixierung des Innenrings wenigstens in der ersten axialen Richtung auf der Rotorwelle zu erreichen. Der Ausdruck „mithilfe von Radial-Befestigungsmitteln“ schließt vorzugsweise jedoch die ausschließliche axiale Fixierung des Innenrings des Radiallagers durch Radial-Befestigungsmittel ein.
  • D.h. in einer vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Windenergieanlage ist der Innenring des ersten Radiallagers wenigstens mithilfe einer Mehrzahl von Radial-Befestigungsmitteln und gegebenenfalls mithilfe weiterer Fixierungsmittel in einer ersten axialen Richtung axial auf der Rotorwelle fixiert, und in einer alternativen Ausgestaltung ist der Innenring des ersten Radiallagers ausschließlich mittels Radial-Befestigungsmitteln in einer ersten axialen Richtung axial auf der Rotorwelle fixiert.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Windenergieanlage ist der Innenring des ersten Radiallagers in einer ersten axialen Richtung mit Hilfe der Mehrzahl von einzelnen Radial-Befestigungsmitteln auf der Welle fixiert und mit einer zweiten, insbesondere der ersten axialen Richtung entgegengesetzten, axialen Richtung, das heißt an seiner anderen Seite, axial durch einen Wellenabsatz oder eine Wellenschulter fixiert, an welcher der Innenring besonders bevorzugt anliegt und/oder sich in einer zweiten axialen Richtung abstützt.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Windenergieanlage weist die Rotorwelle dabei im Bereich des Lagersitzes des ersten Radiallagers insbesondere einen Wellendurchmesser von > 1,2 m, insbesondere von > 2 m, insbesondere von 1,2 m bis 5 m auf, wobei der Durchmesser der Rotorwelle im Bereich des Lagersitzes des ersten Radiallagers insbesondere in einem Bereich von 2 m bis 5 m liegt, insbesondere in einem Bereich von 3 m bis 5 m, besonders bevorzugt in einem Bereich von 2 m bis 3,6 m.
  • Besonders bevorzugt weist die Rotorwelle einer erfindungsgemäßen Windenergieanlage somit im Bereich des Lagersitzes des ersten Radiallagers einen Wellendurchmesser von mehr als 1,2 m, mehr als 2 m oder mehr als 3 m auf, wobei der Wellendurchmesser in diesem Bereich vorzugsweise jeweils höchstens 3,6 m oder höchstens 5 m beträgt.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Windenergieanlage ist das erste Radiallager ein Wälzlager. Wälzlager sind aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt und haben den Vorteil, dass hohe Lasten abgestützt werden können. Ferner können mit Hilfe von Wälzlagern präzise Lagerungen realisiert werden.
  • Grundsätzlich kann die Erfindung jedoch auch bei einer teilweisen oder vollständigen Gleitlagerung der Rotorwelle eingesetzt werden. D.h., das erste Radiallager kann auch als Gleitlager ausgebildet sein.
  • Bevorzugt ist das erste Radiallager ein Rollenlager, das heißt mit Rollen als Wälzkörper, wobei das erste Radiallager insbesondere als Zylinderrollenlager oder Toroidal-Rollenlager ausgebildet ist. Toroidal-Rollenlager haben den Vorteil, dass aufgrund der balligen statt zylindrischen Rollen und des infolgedessen bewirkten anderen Abrollverhaltens der Wälzkörper innerhalb des Lagers durch die torusförmig profilierten Laufrollen Schiefstellungen der Welle, beispielsweise ein infolge von Biegung entstehender Winkelversatz oder dergleichen ausgeglichen werden können. Derartige Wälzlager sind aus dem Stand der Technik allgemein bekannt und insbesondere für kleinere Wellendurchmesser in verschiedenen Ausführungen als genormte Maschinenelemente auf dem Markt erhältlich, zum Beispiel von dem Wälzlagerhersteller SKF.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Windenergieanlage ist das erste Radiallager als Loslager ausgebildet. Die erfindungsgemäße axiale Fixierung des Innenrings des ersten Radiallagers eignet sich insbesondere für Loslager, da bei diesen keine signifikanten Axialkräfte, d.h. insbesondere nicht mehrere hundert Tonnen Schub, abgestützt werden müssen. Sind keine signifikanten Axialkräfte abzustützen, sondern insbesondere nur noch wenige Tonnen Schub, können die Radial-Befestigungsmittel relativ klein dimensioniert werden und ebenso die zugehörigen Befestigungsaufnahmen in der Rotorwelle, wodurch eine Schwächung der Rotorwelle reduziert und insbesondere minimiert werden kann.
  • In einer alternativen Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Windenergieanlage kann das erste Radiallager als Festlager ausgestaltet sein. Hierdurch kann ebenfalls die üblicherweise zur axialen Fixierung eines Festlagers verwendete Wellenmutter verzichtet werden. Dies erfordert jedoch eine entsprechende Auslegung der Radial-Befestigungsmittel sowie ggf. weiterer, zur axialen Fixierung vorgesehener Bauteile, um die am Festlager auftretenden Axialkräfte abzustützen.
  • Grundsätzlich ist die axiale Fixierung des Innenrings eines zugehörigen Radiallagers bereits nur durch eine Mehrzahl von an der Rotorwelle befestigten Radial-Befestigungsmitteln möglich.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Windenergieanlage ist der Innenring des ersten Radiallagers wenigstens in der ersten axialen Richtung jedoch bevorzugt außerdem mithilfe eines oder mehrerer Anschlagelemente, die mittels der Mehrzahl von Radial-Befestigungsmitteln an der Welle befestigt sind, axial fixiert, wobei die Anschlagelemente mit Hilfe der Radial-Befestigungsmittel insbesondere an einer Außenfläche der Rotorwelle befestigt sind.
  • Unter einem „Anschlagelement“ wird vorliegend im Sinne der Erfindung dabei ein Bauteil verstanden, welches einen axialen Anschlag, das heißt einen Anschlag in axialer Richtung, insbesondere in der ersten axialen Richtung, bildet. Vorzugsweise sind die Anschlagelemente in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt auf der Welle angeordnet und mit Hilfe der Radial-Befestigungsmittel auf der Welle fixiert, das hießt unverschieblich, insbesondere in axialer Richtung, auf der Welle befestigt.
  • Die Anschlagelemente können dabei als „Einzelsteine“ ausgebildet sein oder aber auch durch einzelne Ringsegmente gebildet sein, wobei vorzugsweise zwischen zwei einzelnen Anschlagelementen in Umfangsrichtung, insbesondere zum Toleranzausgleich und um eine Verspannung in Umfangsrichtung zu vermeiden, jeweils ein Abstand vorgesehen ist. Das heißt, die Anschlagelemente berühren sich in Umfangsrichtung vorzugsweise nicht.
  • Die Anschlagelemente können dabei an ihrer der Rotorwelle zugewandten Seite plan ausgebildet sein. Denkbar ist, dass in diesem Fall die Rotorwelle vorzugsweise ebenfalls plan ausgebildete, korrespondierend angeordnete und entsprechend den Anschlagelementen ausgebildete Befestigungssitze aufweist, welche beispielsweise durch Fräsen in die Außenfläche der Rotorwelle eingebracht sein können. Hierdurch kann eine besonders gute Anlage der Anschlagelemente an der Rotorwelle und damit ein guter Reibschluss zwischen Anschlagelementen und Rotorwelle erreicht werden.
  • Es können aber auch an ihrer der Rotorwelle zugewandten Seite plan ausgebildete Anschlagelemente in Verbindung mit einer herkömmlichen, über den Umfang vollständig gekrümmten Rotorwelle verwendet werden. Hierdurch kann eine durch das Einbringen von Befestigungssitzen verursachte Schwächung der Rotorwelle im Hinblick auf ihre Festigkeit vermieden werden.
  • In einer alternativen und bevorzugten Ausgestaltung können die Anschlagelemente an ihrer Unterseite, das heißt an ihrer der Rotorwelle zugewandten Seite, eine korrespondierende, zur Mantelfläche der Rotorwelle komplementär ausgebildete Kontur aufweisen, das heißt kreisförmig gekrümmt sein. Für eine möglichst gute Anpressung und damit einen möglichst guten Reibschluss und eine möglichst gute Anlage der Anschlagelemente an der Welle ist es dabei vorteilhaft, wenn die Rundheit von Anschlagelement und Außendurchmesser der Welle nur geringe Toleranzen aufweist.
  • Die Verwendung mehrerer Einzelsteine als Anschlagelemente hat den Vorteil, dass eine besonders einfache und kostengünstige axiale Fixierung des Innenrings des ersten Radiallagers erreicht werden kann und nur wenige Elemente erforderlich sind. Anschlagelemente haben ferner den Vorteil, dass in vielen Fällen mit ihnen eine präzisere spielfreie axiale Fixierung erreicht werden kann, insbesondere mit einer definierten Vorspannkraft in axialer Richtung.
  • Mit an ihrer Unterseite bzw. an ihrer der Rotorwelle zugewandten Seite planen Einzelsteinen kann eine besonders einfache Herstellung bzw. Fertigung der Lageranordnung bzw. der axialen Fixierung der Radiallager der Rotorwelle erreicht werden.
  • Ringsegmente als Anschlagelemente haben den Vorteil, dass sie sich als solche besonders einfach fertigen lassen, beispielsweise indem ein umlaufend geschlossener Ring hergestellt wird, welcher nach der Fertigbearbeitung in einzelne Ringsegmente, getrennt werden kann, insbesondere nach einer Oberflächenbearbeitung der für die Anlage an der Rotorwelle vorgesehenen Kontaktflächen.
  • Des Weiteren hat die Verwendung von Ringsegmenten, welche sich in Summe über einen Großteil des Umfangs der Rotorwelle erstrecken, den Vorteil, dass auf besonders einfache Art und Weise eine Dichtungshalterung realisiert werden kann. Insbesondere kann auf diese Weise besonders einfach und ohne zusätzliche Bauteile eine umlaufende Dichtung an den als Ringsegmente ausgebildeten Anschlagelementen befestigt werden, beispielsweise ein Radialwellendichtring, so dass sich auf diese Weise eine besonders einfache, ohne weitere aufwändige Zusatzmaßnahmen erforderliche Abdichtung der Lageranordnung realisieren lässt. Hierdurch kann die Lebensdauer der Lageranordnung, insbesondere des ersten Radiallagers und oder weiterer, auf diese Art und Weise abgedichteter Lager, erheblich verbessert werden, insbesondere bei Offshore-Windanlagen, bei welchen zur Reduzierung einer Korrosionsbelastung der Lageranordnung eine gute Abdichtung von Bedeutung ist.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Windenergieanlage ist jedem Anschlagselement wenigstens ein Radial-Befestigungselement zugeordnet, insbesondere genau eines, wobei insbesondere jedes Anschlagelement mittels wenigstens eines Radial-Befestigungselements an der Rotorwelle befestigt ist, insbesondere mittels genau eines Radial-Befestigungselements.
  • Hierdurch kann mit wenigen Bauteile eine präzise axiale Fixierung des Innenrings des ersten Radiallagers erreicht werden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Windenergieanlage ist wenigstens eines der Radial-Befestigungsmittel ein Stift, eine Schraube, ein Stehbolzen oder ein Exzenterstift, wobei im Fall eines Exzenterstifts der Exzenterstift insbesondere wenigstens einen Abschnitt mit einem exzentrischen Umfang aufweist. Hierdurch lässt sich eine konstruktiv besonders einfache, insbesondere einstellbare, axiale Fixierung realisieren.
  • Besonders bevorzugt sind dabei sämtliche Radial-Befestigungsmittel als Stift, Schraube, Stehbolzen oder Exzenterstift ausgebildet, wobei in einer besonderes bevorzugten Ausgestaltung sämtliche Radial-Befestigungsmittel zur axialen Fixierung des Innenrings des ersten Radiallagers identisch ausgebildet sind.
  • Als besonders einfach in der Anwendung haben sich Schrauben als Radial-Befestigungsmittel erwiesen, da mit diesen auf besonders einfache Art und Weise eine sichere Befestigung eines zugehörigen Anschlagelementes erreicht werden kann.
  • Alternativ zur Befestigung mittels einer Schraubverbindung können ein oder mehrere Radial-Befestigungsmittel auch in die Rotorwelle eingepresst sein. In diesem Fall ist es vorteilhaft, wenn das jeweilige Radial-Befestigungsmittel ein Passstift oder eine Art Passstift ist.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Windenergieanlage ist wenigstens ein Radial-Befestigungsmittel ein Gewindestift und/oder ein Kegelstift und weist einen Gewindeabschnitt oder einen kegeligen Abschnitt auf, insbesondere einen kegelstumpfförmigen Abschnitt.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Windenergieanlage ist eine axiale Position wenigstens eines Anschlagelementes, vorzugsweise sämtlicher Anschlagelemente, vor der axialen Fixierung in axialer Richtung einstellbar.
  • Zur axialen Verstellung weist das jeweilige Anschlagelemente bevorzugt ein Langloch oder eine entsprechende Kulissenführung auf, in welche das jeweilige zugehörige Radial-Befestigungsmittel eingreifen kann. Hierdurch kann ein besonders einfaches axiales Positionieren des Anschlagelements in axialer Richtung am Innenring erreicht werden.
  • Dies ermöglicht wiederum eine spielfreie axiale Fixierung des Innenrings des zugehörigen Radiallagers über einen großen Teil in Umfangsrichtung, insbesondere über den kompletten Umfang und/oder mit einer definierten Vorspannkraft in axialer Richtung.
  • Zum anderen kann auf diese Art und Weise im Fall eines als Festlager ausgebildeten Radiallagers gezielt eine definierte Vorspannung im zugehörigen Radiallager eingestellt werden, welche für einen vorteilhaften Lagerbetrieb, insbesondere zur Minimierung des Lagerverschleißes, vorteilhaft ist, und durch welche eine gleichmäßige Verteilung der auf das Radiallager wirkenden Kräfte erreicht werden kann.
  • Wenigstens ein Anschlagelement kann auch eine Keilfläche aufweisen, welche insbesondere dazu ausgestaltet ist, mithilfe einer zugehörigen Keilfläche des jeweiligen zugehörigen Radial-Befestigungsmittels derart zusammenzuwirken, dass durch eine radiale und/oder axiale Verlagerung des Radial-Befestigungsmittels eine axiale Verschiebung des zugehörigen Anschlagelementes bewirkbar ist.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Windenergieanlage ist die axiale Position wenigstens eines Anschlagelementes durch ein Verdrehen eines zugehörigen, als Exzenterstift ausgebildeten Radial-Befestigungsmittel einstellbar, wobei das Anschlagelement dazu eine entsprechende, an den exzentrischen Umfang des exzentrischen Abschnitts des Exzenterstiftes angepasste Kulissengeometrie aufweist, in welche der exzentrische Abschnitt des Exzenterstifts eingreift.
  • Hierdurch kann auf besonders einfache Art und Weise, nämlich durch ein Drehen des Exzenterstiftes um seine Längsachse, vorzugsweise mittels eines entsprechenden Werkzeugs, wie beispielweise einem Schraubendreher, einem Inbus- oder Maulschlüssels oder dergleichen, eine axiale Einstellung, insbesondere ein axialer Toleranzausgleich zur spielfreien axialen Fixierung des Innenrings des zugehörigen Radiallagers, insbesondere des ersten Lagers, und/oder eine Lagervorspannung (bei einem als Festlager ausgebildeten Radiallager) eingestellt werden.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Windenergieanlage weist die Rotorwelle zur Befestigung der einzelnen Radial-Befestigungsmittel insbesondere entsprechende Befestigungsausnehmungen auf, welche vorzugsweise sich in radialer Richtung von einer äußeren Mantelfläche der Rotorwelle ins Innere erstreckende Bohrungen sind, insbesondere mit Innengewinde, oder entsprechende Passbohrungen zur Aufnahme von Passstiften.
  • In einer besonderes bevorzugten Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Windenergieanlage ist wenigstens eines der Radial-Befestigungsmittel, vorzugsweise sämtliche der Radial-Befestigungsmittel, in jeweils eine Befestigungsausnehmung eingebracht.
  • Insbesondere im Fall eines Exzenterstiftes hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das Radial-Befestigungsmittel zur Befestigung an der Rotorwelle in die Rotorwelle eingeschraubt werden kann, wobei zur axialen Verstellung der Exzenterstift dabei insbesondere durch ein Verdrehen um seine Längsachse gedreht werden kann.
  • Eine oder mehrere Befestigungsausnehmungen können auch konusförmig ausgebildet sein mit einem sich in radialer Richtung nach innen verjüngenden Innendurchmesser zur Aufnahme eines kegelstumpfförmigen Radial-Befestigungsmittels und/oder eines Radial-Befestigungsmittels mit einem kegelstumpfförmigen Abschnitt.
  • Eine derartige, konusförmige Befestigungsausnehmung ermöglicht insbesondere in Verbindung mit einem Exzenterstift mit einem kegelstumpfförmigen Befestigungsabschnitt eine besonders einfache axiale Einstellung eines zugehörigen, mit dem Exzenterabschnitt des Exzenterstiftes zusammenwirkenden Anschlagelementes. In diesem Fall kann nach dem losen Einführen des Exzenterstiftes mit dessen kegelstumpfförmigem Abschnitt in die Befestigungsausnehmung durch Verdrehen des Exzenterstiftes um die Längsachse das Anschlagelement in axialer Richtung positioniert werden und anschließend durch Einpressen des Exzenterstiftes in radialer Richtung in axialer Richtung reibschlüssig auf der Rotorwelle fixiert werden. Zur Sicherung des Anschlagelementes auf der Rotorwelle können ein oder mehrere weitere Radial-Befestigungsmittel vorgesehen sein, mittels welchen das zugehörige Anschlagelement auf der Rotorwelle in seiner Position gesichert und/oder zusätzlich befestigt werden kann.
  • Die Befestigungsausnehmungen in der bevorzugt als Hohlwelle ausgeführten Rotorwelle können dabei Sackloch-Bohrungen oder Durchgangsbohrungen sein, wobei eine Sackloch-Bohrung den Vorteil eines geringeren Zerspanungsvolumens hat.
  • Besonders bevorzugt und im Fall einer nicht durchgehenden Befestigungsausnehmung, insbesondere im Fall einer Sackloch-Bohrung, ist die Befestigungsausnehmung zumindest teilweise, vorzugsweise zu einem großen Teil, insbesondere vollständig, im Bereich eines Wellenabsatzes oder eines Kragens angeordnet und ausgebildet und erstreckt sich in radialer Richtung nicht bis in einen Kraftflussbereich und/oder einen Kern der Rotorwelle hinein.
  • Dabei grenzt bevorzugt an den Wellenabschnitt, in welchem die Befestigungsausnehmungen eingebracht sind, vorzugsweise jeweils in axialer Richtung rechts und links ein Freistich an, welche insbesondere derart ausgestaltet ist, dass er spannungsspitzenreduzierend wirkt, insbesondere Kerbspannungsspitzen reduzierend, so dass während des Betriebs der Windenergieanlage auftretende Spannungsspitzen in der Rotorwelle, insbesondere Kerbspannungsspitzen, reduziert werden gegenüber einer Rotorwelle ohne einen oder mehrere entsprechende Freistiche.
  • Bevorzugt ist der Außendurchmesser im diesem Bereich, d.h. in dem Bereich, in welchem die Radial-Befestigungsmittel an der Welle befestigt werden können bzw. befestigt sind, dabei höchstens so groß wie der Außendurchmesser im Bereich eines benachbarten Lagersitzes für ein Radiallager, insbesondere höchstens so groß wie der Außendurchmesser des benachbarten Lagersitzes des ersten Radiallagers, damit das jeweilige Radiallager von der Seite, auf welcher die Anordnung der Radial-Befestigungsmittel vorgesehen ist, in axialer auf die Rotorwelle aufgeschoben werden kann, insbesondere von der Getriebeseite her, und gegen eine auf der anderen Seite eine zum Lagersitzes des Radiallagers benachbarte Wellenschulter für eine axiale Fixierung in die andere Richtung zur Anlage gebracht werden kann.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Windenergieanlage weist die Lageranordnung zur Rotorwelle, insbesondere im Bereich des ersten Radiallagers, wenigstens ein Distanzelement auf, das in axialer Richtung zwischen dem Innenring des ersten Radiallagers und wenigstens einem Anschlagelement zur axialen Fixierung des Innenrings angeordnet ist, wobei wenigstens ein Distanzelement ein umlaufend ausgebildeter Distanzring ist und/oder ein Distanzsegment. Das Distanzsegment kann dabei vorzugsweise ein Distanzblech oder dergleichen sein, wobei auch ein oder mehrere Distanzelemente in axialer Richtung nebeneinander bzw. aneinander angeordnet sein können, um eine präzise axiale Positionierung und/oder Einstellung und/oder Lagervorspannung einzustellen zur Sicherstellung einer spielfreien axialen Fixierung des Innenrings.
  • Große Hohlwellen neigen generell zum Ovalisieren unter Last, wodurch es zu einem „Wandern“ der Distanzelemente, insbesondere der Distanzringe kommen kann. Da dieses „Wandern“ zu einem unerwünschten Verschleiß an den Distanzelementen selbst, an der Welle und an den Anschlagelementen führen kann, sollte es reduziert oder vorteilhaft vermieden werden. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Windenergieanlage ist daher vorzugsweise, insbesondere zusätzlich, zwischen den einzelnen Distanzelementen und/oder zwischen den Distanzelementen und den Anschlagelementen, insbesondere zwischen dem an die Anschlagelemente angrenzenden Distanzelement und den Anschlagelementen, eine kraft- und/oder formschlüssige Verbindung vorgesehen.
  • Eine kraftschlüssige Verbindung kann bevorzugt durch Bereitstellung einer ausreichend axialen Vorspannung des Lagerinnenrings in Verbindung mit ausreichend hohen Reibwerten, insbesondere durch eine reibwerterhöhende Beschichtung der Oberflächen der aneinanderliegenden Bauteile, die kraftschlüssig miteinander verbunden werden sollen, ausgeführt sein.
  • Für eine formschlüssige Verbindung können bevorzugt die Distanzelemente und die Anschlagelemente geometrisch so gestaltet sein, dass die Distanzelemente daran gehindert werden, sich gegenüber der Welle nennenswert zu verdrehen. Dies kann beispielsweise durch ineinandergreifende Ausnehmungen und/oder durch Verzahnen und/oder Verstiften und/oder ähnliche, in der maschinenbaulichen Praxis bekannte Maßnahmen, erreicht werden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Windenergieanlage weist die Lageranordnung zur Lagerung der Rotorwelle, insbesondere im Bereich des ersten Radiallagers, wenigstens ein Sicherungsmittel auf, zur Sicherung der axialen Position wenigstens eines Anschlagelementes nach dem Einstellen axialer Richtung.
  • Insbesondere ist das Sicherungsmittel dabei derart ausgebildet, dass sich die Befestigung eines vorhandenen Anschlagelementes und/oder eines Radial-Befestigungsmittels nicht löst und damit die axiale Fixierung des Innenrings. Das Sicherungselement kann beispielsweise eine Sicherungsscheibe oder wenigstens ein Sicherungsstift sein, wobei derartige, gattungsgemäße Sicherungsmittel aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt sind.
  • Alternativ kann eine Sicherung wenigstens eines Anschlagelementes, insbesondere zur Sicherung der axialen Position des Anschlagelementes, mittels einer Klebverbindung erfolgen. Allerdings hat dies den Nachteil, dass die Demontage und die erneute Montage erschwert sind. Eine Klebverbindung zur Sicherung der Anschlagelemente kann jedoch aus Dichtigkeitsgründen in einigen Fällen besonders vorteilhaft sein.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Windenergieanlage ist wenigstens ein Anschlagelement, vorzugsweise sämtliche Anschlagelemente, mittels des zugeordneten Radial-Befestigungsmittels in axialer Richtung reibschlüssig auf der Welle fixiert, insbesondere durch eine mittels des zugeordneten Radial-Befestigungsmittels aufgebrachten, insbesondere in radialer Richtung wirkenden, radialen Vorspannkraft.
  • Hierdurch kann mit geringen aufzubringenden Kräften eine besonders einfache axiale Fixierung erreicht werden, da die zur Erzeugung der Reibschlüssigkeit aufzubringende Kraft aufgrund der erfindungsgemäßen Radial-Befestigungsmittel direkt in radialer Richtung, d.h. in der zur Erzeugung einer hohen Reibschlüssigkeit erforderlichen Kraftrichtung, aufgebracht werden kann, im Gegensatz zu einer Spannhülse, bei welcher eine entsprechend hohe Umfangskraft zum Spannen der Spannhülse erforderlich ist, um eine vergleichbare Reibschlüssigkeit zu erreichen.
  • Durch eine Vielzahl an im Umfangsrichtung verteilt angeordneten Radial-Befestigungsmitteln können insbesondere abzustützende Axialkräfte in Umfangsrichtung verteilt werden, wodurch die Belastung der einzelnen Radial-Befestigungsmittel verringert werden kann. Bei entsprechender Ausgestaltung, insbesondere bei einer entsprechend großen Reibschlüssigkeit und/oder ausreichender Scherfestigkeit der Radial-Befestigungsmittel kann auf diese Weise sogar ein Innenring eines als Festlager ausgebildeten Radiallagers in axialer Richtung fixiert werden.
  • Um die auftretenden Axialkräfte ausreichend abstützen zu können, sind mit zunehmender, abzustützender Axialkraft besonders bevorzugt zunehmend viele, in Umfangsrichtung verteilt angeordnete, insbesondere gleichmäßig verteilt angeordnete, Anschlagelemente und Radial-Befestigungsmittel zur radialen Befestigung der Anschlagelemente und damit zur axialen Fixierung des zugehörigen Radiallagers auf der Rotorwelle vorgesehen, vorzugsweise mehr als 8, 12, 16, 20, 24, 28, 32 oder 36 Radial-Befestigungsmittel, wobei die Anzahl der Radial-Befestigungsmittel und/oder Anschlagelemente insbesondere derart gewählt ist, dass keines der einzelnen Anschlagelemente mehr als 50 kg wiegt, vorzugsweise nicht mehr als 40 kg, besonders bevorzugt nicht mehr als 30 kg und/oder die Radial-Befestigungsmittel kleiner als M20, insbesondere kleiner als M18, M16, M14, M12, M10 oder M8 gewählt werden können.
  • In einigen Fällen kann es erforderlich sein, insbesondere, wenn hohe Axialkräfte abzustützen sind, beispielsweise bei der axialen Fixierung eines Innenrings eines als Festlager ausgebildeten Radiallagers, weitere Maßnahmen vorzusehen.
  • Insbesondere zu diesem Zweck kann in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Windenergieanlage die Rotorwelle und/oder wenigstens ein Anschlagselement zur Erhöhung der Reibung zwischen Rotorwelle und Anschlagselement eine reibwerterhöhende Beschichtung aufweisen.
  • Alternativ oder zusätzlich zu einer reibwerterhöhenden Beschichtung kann in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Windenergieanlage zwischen der Welle und wenigstens einem Anschlagselement auch ein Reibelement, insbesondere ein Reibwerterhöhungselement, angeordnet sein.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Windenergieanlage weist die Lageranordnung der Windenergieanlage zur drehbaren Lagerung der Rotorwelle zusätzlich zum ersten Radiallager ein zweites Radiallager auf, vorzugsweise ein Wälzlager, welches insbesondere als Festlager ausgebildet ist, insbesondere ein doppelreihiges Pendelrollen- oder Kegelrollenlager.
  • Besonders bevorzugt weist das zweite Radiallager ebenfalls einen Innenring auf, welcher auf erfindungsgemäße Art und Weise, insbesondere in wenigstens einer axialen Richtung mithilfe einer Mehrzahl von einzelnen Radial-Befestigungsmitteln, auf der Rotorwelle axial fixiert ist.
  • Die Verwendung einer Lageranordnung mit einer Fest-Los-Lagerung, welche jeweils zwei Wälzlager als Radiallager aufweist, davon ein als Festlager ausgebildetes Radiallager und ein als Loslager ausgebildetes Radiallager, ist aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt.
  • Die erfindungsgemäße axiale Fixierung des Innenrings des ersten Radiallagers und/oder des zweiten Radiallagers, ermöglicht jedoch eine besonders einfache und kostengünstige Herstellung der Rotorwelle (ohne ein teures Außengewinde für eine Wellenmutter) sowie eine besonders einfache Montage der Lageranordnung und ferner darüber hinaus ein einfaches Lösen der axialen Fixierung nach längerer Zeit des Nicht-Lösens.
  • Während ein als Festlager zur drehbaren Lagerung der Rotorwelle gegenüber dem Maschinenträger ausgebildetes Radiallager der Lageranordnung einer erfindungsgemäßen Windenergieanlage auch zur Abstützung von signifikanten Axialkräften ausgebildet sein muss und daher in axialer Richtung sowohl auf der Welle als auch am Maschinenträger oder dergleichen axial fixiert sein muss und auch eine signifikante Axialverschiebung innerhalb des Lagers zu verhindern ist, ermöglicht ein als Loslager ausgebildetes Radiallager vorzugsweise in axialer Richtung zumindest innerhalb gewisser Grenzen eine Axialverschiebung der Rotorwelle gegenüber dem Maschinenträger und/oder der zugehörigen Lagerschale.
  • Ein als Festlager ausgebildetes Radiallager weist dazu vorzugsweise zusätzlich zum axial fixierten Innenring in fachüblicher Weise einen ebenfalls in axialer Richtung fixierten Außenring auf, welcher besonders bevorzugt in axialer Richtung am Maschinenträger und/oder in einer am Maschinenträger befestigten Lagerschale fixiert ist.
  • Die Lageranordnung einer erfindungsgemäßen Windenergieanlage kann dabei als sogenannte Dreipunkt-Lagerung ausgebildet sein oder als sogenannte Vierpunkt-Lagerung, welche vom Prinzip her aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt sind.
  • Bei der Dreipunkt-Lagerung ist eines von den zwei Radiallagern einer Fest-Los-Lagerung innerhalb eines mit der Rotorwelle drehfest verbundenen oder drehverbindbaren Getriebes gelagert, während bei der Vierpunkt-Lagerung beide Radiallager der Fest-Los-Lagerung außerhalb des Getriebes und unabhängig von einer Getriebeabstützung angeordnet sind.
  • Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Montage einer Windenergieanlage insbesondere zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Windenergieanlage, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
    • - Bereitstellen einer Rotorwelle, wobei die Rotorwelle zur Aufnahme mehrerer Radial-Befestigungsmittel ausgebildet ist und insbesondere eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung verteilt angeordneten Befestigungsausnehmungen aufweist,
    • - Bereitstellen eines Innenrings eines ersten Radiallagers, insbesondere eines Wälzlagers,
    • - Anordnen wenigstens des Innenrings oder des ersten Radiallagers auf der Rotorwelle und drehfestes Verbinden des Innenrings mit der Rotorwelle,
    • - axiales Fixieren des Innenrings in wenigstens einer ersten axialen Richtung auf der Rotorwelle mithilfe einer Mehrzahl von einzelnen Radial-Befestigungsmitteln, insbesondere durch Befestigen der Radial-Befestigungsmittel in den Befestigungsausnehmungen, und
    • - Anordnen und Befestigen der Rotorwelle auf einem zumindest teilweise innerhalb einer Maschinengondel angeordneten Maschinenträger einer Windenergieanlage in der Weise, dass die Rotorwelle wenigstens über das erste Radiallager an dem Maschinenträger abgestützt ist und drehbar gegenüber dem Maschinenträger gelagert ist.
  • Bevorzugt erfolgt das Befestigen des Innenrings des ersten Radiallagers auf der Rotorwelle dabei auf aus dem Stand der Technik bekannte Art und Weise, insbesondere durch ein Aufschrumpfen, wobei dazu der Innenring bevorzugt erwärmt wird, beispielsweise mittels Induktion oder einem Ölbad, vorzugsweise auf eine Temperatur um die 100°C, wobei bevorzugt 125°C nicht überschritten werden, um Gefügeänderungen der Lagerwerkstoffe zu vermeiden.
  • Nach dem Erwärmen des Innenrings wird dieser vorzugsweise zusammen mit den übrigen Komponenten des ersten Radiallagers, d. h. im Fall eines als Wälzlager ausgebildeten ersten Radiallagers besonders bevorzugt zusammen mit den Wälzkörpern und einem zugehörigen Außenring und gegebenenfalls einen zugehörigen Käfig auf die Rotorwelle aufgeschoben, insbesondere bis einen durch einen Wellenabsatz bzw. eine Wellenschulter gebildeten axialen Anschlag, und anschließend abgekühlt, besonders bevorzugt gezielt gemäß einer definierten Abkühlkurve mit einem definierten Temperaturprofil.
  • Bevorzugt wird anschließend der Innenring des ersten Radiallagers erfindungsgemäß auf der Rotorwelle axial fixiert, insbesondere spielfrei, wobei vorzugsweise mithilfe der Mehrzahl von Radial-Befestigungsmitteln jeweils Anschlagelemente zur axialen Fixierung des Innenrings auf der Rotorwelle befestigt werden, insbesondere reibschlüssig am Außenumfang der Rotorwelle. Dabei kann zwischen den Anschlagelementen und der Rotorwelle auch ein Reibwerterhöhungselement angeordnet werden. Alternativ oder zusätzlich können Rotorwelle und/oder Anschlagelement auch eine reibwerterhöhende Beschichtung aufweisen.
  • Besonders bevorzugt wird vor dem endgültigen axialen Fixieren der Anschlagelemente in axialer Richtung auf der Rotorwelle eine axiale Position der Anschlagelemente eingestellt, insbesondere spielfrei und oder derart, dass sich eine definierte, gewünschte Vorspannung des ersten Radiallagers in axialer Richtung ergibt, wobei dazu besonders bevorzugt seitliche, sich in einer Radialebene erstreckende Anschlagflächen der einzelnen Anschlagelemente spielfrei und/oder mit einer definierten Vorspannung in axialer Richtung an einer Stirnfläche des Innenrings des ersten Radiallagers zur Anlage gebracht werden.
  • Besonders bevorzugt erfolgt das Einstellen der axialen Position der Anschlagelemente dabei durch Verdrehen von als Exzenterstiften ausgebildeten Exzenterstiften um ihre Längsachse, die in entsprechend ausgestaltete Kulissenführungen der Anschlagelemente eingreifen und mit diesen zusammenwirken.
  • In einer alternativen, ebenfalls besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung erfolgt das Einstellen der axialen Position der Anschlagelemente durch Verschieben der mit Langlöchern oder vergrößerten Ausnehmungen oder Bohrungen versehenen Anschlagelemente in die erforderliche axiale Position und nachfolgendes, planmäßiges und/oder definiertes Vorspannen der insbesondere als Schrauben oder Stehbolzen ausgebildeten Radial-Befestigungsmittel, so dass die Axialfixierung durch Reibschluss erfolgt.
  • Zum erfindungsgemäßen Bereitstellen der Rotorwelle mit den entsprechenden Befestigungsausnehmungen werden besonders bevorzugt insbesondere Bohrungen in Form von Sackloch-Bohrungen oder Durchgangbohrungen in die Rotorwelle eingebracht, in welche je nach vorgesehenem Radial-Befestigungsmittel (zum Beispiel Stift oder Schraube oder dergleichen) in einem weiteren Schritt gegebenenfalls noch ein Innengewinde eingebracht wird und/oder gegebenenfalls eine Oberflächenbearbeitung vorgenommen wird und eine Härtebehandlung durchgeführt wird.
  • Die in Bezug auf den ersten Aspekt der Erfindung und dessen vorteilhafte Ausgestaltung beschriebenen Merkmale und Vorteile gelten, zumindest sofern technisch sinnvoll, auch für den zweiten Aspekt der Erfindung und dessen vorteilhafte Ausgestaltung sowie umgekehrt.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand von nicht einschränkenden Ausführungsbeispielen, die in den Figuren dargestellt sind, näher erläutert, wobei funktionsgleiche Bauteile jeweils mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. Es zeigen wenigstens teilweise schematisch:
    • 1 einen Ausschnitt eines bevorzugten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Windenergieanlage im Bereich der Maschinengondel ohne das zugehörige Gehäuse der Maschinengondel und ohne einen Rotor,
    • 2 einen vergrößerten Ausschnitt im Bereich des Loslagers aus 1 in Prinzipdarstellung mit einem ersten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß ausgestalteten Lageranordnung,
    • 3a in schematischer Darstellung im Schnitt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Lageranordnung für die Rotorwelle der erfindungsgemäßen Windenergieanlage aus 1 im Bereich des ersten, als Loslager ausgebildeten Radiallagers,
    • 3b Teile der Lageranordnung aus 2a in Ansicht vom Getriebe aus,
    • 4 Teile eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Lageranordnung für die Rotorwelle der erfindungsgemäßen Windenergieanlage aus 1 im Bereich des ersten Radiallagers in Ansicht vom Getriebe aus in Prinzipdarstellung,
    • 5 Teile eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Lageranordnung für die Rotorwelle der erfindungsgemäßen Windenergieanlage aus 1 im Bereich des ersten Radiallagers in Ansicht vom Getriebe aus in Prinzipdarstellung,
    • 6 ein Ausführungsbeispiel für die Ausgestaltung eines Anschlagelementes und eines zugehörigen Radial-Befestigungsmittels zur axialen Fixierung des Innenrings eines Radiallagers einer Lageranordnung für die Rotorwelle der erfindungsgemäßen Windenergieanlage aus 1,
    • 7 ein weiteres Ausführungsbeispiel für die Ausgestaltung eines Anschlagelementes und eines zugehörigen Radial-Befestigungsmittels zur axialen Fixierung des Innenrings eines Radiallagers einer Lageranordnung für die Rotorwelle der erfindungsgemäßen Windenergieanlage aus 1,
    • 8a ein Ausführungsbeispiel eines Radial-Befestigungsmittels in Form eines Exzenterstifts in Ansicht von der Seite,
    • 8b den Exzenterstift aus 8a in Draufsicht im Schnitt entlang der Schnittebene A-A', und
    • 9 in schematischer Darstellung im Schnitt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Lageranordnung für die Rotorwelle der erfindungsgemäßen Windenergieanlage aus 1 im Bereich des ersten Radiallagers.
  • 1 zeigt einen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Windenergieanlage 100 im Bereich ihrer Maschinengondel am oberen Endes eines zugehörigen Turms 7 mit einer Rotorwelle 2, wobei ein Gehäuse bzw. eine Verkleidung der Maschinengondel nicht dargestellt ist.
  • Die Rotorwelle 2 ist als Hohlwelle ausgebildet und weist an ihrem einen Ende einen Flansch 1 zur Aufnahme und Befestigung eines hier nicht dargestellten Rotors auf. Die Rotorwelle 2 ist über eine erfindungsgemäß ausgebildete Lageranordnung 10 an einem Maschinenträger 6 abgestützt, welcher innerhalb der Maschinengondel angeordnet ist. Mittels der Lageranordnung 10 ist die Rotorwelle 2 um ihre Längsachse A drehbar gegenüber dem auf dem Turm 7 angeordneten Maschinenträger 6 gelagert. Dabei ist der Maschinenträger 6 um eine vertikale Achse gegenüber dem Turm 7 drehbar gelagert.
  • An ihrem anderen, vom Flansch 1 zur Aufnahme des Rotors abgewandten Ende ist die Rotorwelle 2 drehfest mit einem Getriebe 11 und einem entsprechenden, hier nicht erkennbaren Generator zur Stromerzeugung aus mit Hilfe von Windenergie gewonnener und in die Rotorwelle 2 eingeleiteter Bewegungsenergie verbunden.
  • Zur drehbaren Lagerung der Rotorwelle 2 gegenüber dem Maschinenträger 6 weist die Lageranordnung 10 ein erstes, als Loslager ausgebildetes Radiallager 3 sowie ein zweites, als Festlager ausgebildetes Radiallager 4 auf, wobei das zweite, als Festlager ausgebildete Radiallager 4 in ein Getriebe 11, welches über eine Getriebeabstützung 12 am Maschinenträger abgestützt ist, integriert ist. D.h., die Rotorwelle 2 ist bei diesem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Windenergieanlage ähnlich einer sogenannten Dreipunkt-Lagerung mit der zweiten Radiallagerung im Getriebe ausgebildet.
  • 2 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus 1 im Bereich des als Loslager 3 ausgebildeten ersten Radiallagers 3 in Prinzipdarstellung mit einem ersten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß ausgestalteten Lageranordnung 10, wobei das erste Radiallager 3, welches auf aus dem Stand der Technik bekannte Art und Weise als Wälzlager mit einem Innenring, einem Außenring und dazwischen angeordneten Wälzkörpern ausgebildet ist (vgl. beispielhalber 3a), nur schematisch dargestellt ist.
  • Der Innenring des als Loslager 3 ausgebildeten ersten Radiallagers 3 ist dabei durch Aufschrumpfen auf einen ersten Wellenabsatz 2A drehfest mit der Rotorwelle 2 verbunden und in einer ersten axialen Richtung mithilfe von Distanzelementen 13B, Anschlagelementen 15, Reibwerterhöhungselementen 18 sowie Radial-Befestigungsmitteln 14 axial fixiert und in einer zweiten Richtung mithilfe von Distanzelementen 13A und einer Wellenschulter 2B.
  • Der Außenring des Loslagers 3 ist von einer zugehörigen Lagerschale 8 aufgenommen, über welche die Abstützung am Maschinenträger 6 erfolgt, wobei der Außenring auf einer Seite an einer Schulter der Lagerschale 8 anliegt und mittels eines Lagerdeckels 17 an seiner Position in axialer Richtung festgelegt ist. Zur Abdichtung des ersten Radiallagers 3 umfasst die Lageranordnung 10 ferner Dichtungselemente 24. Zur Reduzierung von Kerbspannungen in der Rotorwelle 2 sind im Bereich des Lagersitzes des Loslagers 3 mehrere Freistiche 20 vorgesehen.
  • Erfindungsgemäß sind zur axialen Fixierung des Innenrings des Loslagers 3 mehrere, bei diesem Ausführungsbeispiel insgesamt 12, in Umfangsrichtung verteilt angeordnete, insbesondere gleichmäßig verteilt angeordnete, Radial-Befestigungsmittel 14 vorgesehen, welche in diesem Fall als Sechskantschrauben 14 ausgebildet sind und welche an der Rotorwelle 2 befestigt sind. Es können aber, je nach Bedarf, auch mehr oder weniger sein.
  • Die als Sechskantschrauben 14 ausgebildeten Radial-Befestigungsmittel 14 sind dabei in radialer Richtung in entsprechende Sackloch-Bohrungen mit Innengewinde in einen zweiten Wellenabschnitt 2C der Rotorwelle 2 eingeschraubt, wobei mithilfe der Radial-Befestigungsmittel 14 Anschlagelemente 15 in Form von „Einzelsteinen“ auf der Rotorwelle 2 reibschlüssig durch eine mit Hilfe der Radial-Befestigungsmittel 14 erzeugte Vorspannkraft am Außenumfang der Rotorwelle 2 befestigt sind, wobei die Anschlagelemente 15 als Anschläge zur axialen Fixierung des Innenrings des ersten Radiallagers 3 dienen. Zur Verbesserung der Reibschlüssigkeit sind zusätzlich in radialer Richtung zwischen den Anschlagelementen 15 und der Rotorwelle 2 ferner jeweils ein oder mehrere Reibscheiben 18 vorgesehen.
  • Mithilfe der Distanzelemente 13A und 13B können Toleranzen der Breite des Innenrings des ersten Radiallagers 3 sowie Fertigungstoleranzen, die beim Einbringen der Befestigungsausnehmungen in die Rotorwelle zur Aufnahme der Radial-Befestigungsmittel 14 entstanden sind, ausgeglichen werden. Ferner kann mithilfe von Distanzelementen 13A, 13B (einfacher) eine definierte axiale Vorspannkraft zur axialen Fixierung des Innenrings des ersten Radiallagers 3 eingestellt werden.
  • Die Anschlagelemente 15 sind bei diesem Ausführungsbeispiel dabei durch „Einzelsteine“ gebildet, welche jeweils eine an die Umfangskontur der Rotorwelle 2 angepasste kreisförmige Kontur auf ihrer der Rotorwelle 2 zugewandten Seite aufweisen.
  • Für eine spielfreie axiale Fixierung liegen die Anschlagelemente 15 mit einer sich in einer Radialebene erstreckenden Anschlagfläche an einer dem Rotor zugewandten Ringsegmentfläche am jeweiligen benachbarten Distanzelement 13A bzw. 13B spielfrei an und sind mittels der Radial-Befestigungsmittel 14 jeweils in axialer Richtung unverschieblich, d.h. fest, an der Rotorwelle 2 befestigt, so dass der Innenring des ersten Radiallagers 3 in axialer Richtung spielfrei fixiert ist.
  • Um die Schwächung der Rotorwelle im Hinblick auf ihre Festigkeit durch die für die Befestigung der Radial-Befestigungsmittel 14 erforderlichen Befestigungsausnehmungen in der Welle so gering wie möglich zu halten, ist es vorteilhaft, wenn die Befestigungsausnehmungen außerhalb eines Hauptkraftflusses befinden.
  • Dies kann besonders einfach erreicht werden, indem die Befestigungsausnehmungen wie in 2 angedeutet, in einem Wellenabschnitt eingebracht sind, welcher besonders bevorzugt durch einen Freistich 20 mit einer kerbspannungsreduzierenden Geometrie vom Wellenabschnitt 2A, in welchem sich der Lagersitz für das Radiallager 3 befindet, in axialer Richtung getrennt ist, so dass der Kraftfluss im Wesentlichen durch einen Bereich der Rotorwelle 2 verläuft, in welchen sich die Befestigungsausnehmungen nicht in radialer Richtung hineinerstrecken.
  • Wichtig ist hierbei allerdings, dass die Welle derart ausgestaltet ist, dass das Radiallager 3, insbesondere dessen Innenring, noch in axialer Richtung auf die Rotorwelle 2 aufgeschoben werden kann. Das heißt, dass ein Außendurchmesser des Wellenabschnitts 2C, in welchem die Befestigungsausnehmungen vorgesehen sind, nicht größer sein darf als der Außendurchmesser im Bereich des Wellenabschnitts 2A des Lagersitzes.
  • Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Rotorwelle 2 über einen Schraubenflansch mit einer Getriebeeingangswelle oder einem Planetenträger verbunden, wobei die Getriebeeingangswelle oder der Planetenträger über das zweite Radiallager 4 gelagert ist (nicht dargestellt). Das zweite Radiallager 4 ist bevorzugt ebenfalls ein Wälzlager und vorzugsweise durch ein doppelreihiges Pendelrollen- oder Kegelrollenlager gebildet, welches als Festlager ausgebildet ist. Dessen Innenring ist vorzugsweise an einer Seite ebenfalls an einer Wellenschulter abgestützt und auf einem einen Lagersitz bildenden Wellenabschnitt aufgeschrumpft. Der Außenring des Festlagers 4 ist vorzugsweise auf aus dem Stand der Technik bekannte Art und Weise im Getriebe 11, oder alternativ im Bereich der Getriebeabstützung 12, axial festgelegt. Der Innenring des zweiten Radiallagers 4 ist bevorzugt auf aus dem Stand der Technik bekannte Art und Weise axial auf der Getriebeeingangswelle oder dem Planetenträger fixiert, insbesondere mittels wenigstens einer Wellenmutter, welche vorzugsweise außerdem mit Hilfe eines Sicherungsblechs gegen ein Lösen in Umfangsrichtung gesichert ist, oder auf erfindungsgemäße Art und Weise mit einer Mehrzahl von Radial-Befestigungsmitteln, insbesondere in Verbindung mit Anschlagelementen und/oder Reibwerterhöhungselementen und/oder einer reibwerterhöhenden Beschichtung.
  • 3a zeigt in schematischer Darstellung im Schnitt ein alternatives Ausführungsbeispiel einer Lageranordnung 10 für eine erfindungsgemäße Windenergieanlage 100 aus 1 im Bereich des ersten Radiallagers 3 und in 3b zum besseren Verständnis Teile der Lageranordnung 10 aus 3a in Ansicht vom Getriebe aus, anhand derer die einzelnen Komponenten des ersten Radiallagers 3 sowie die axiale Fixierung des Innenrings 3I des ersten Radiallagers 3 auf der Rotorwelle 2 gut zu erkennen sind. In 3b sind der Übersicht halber dabei nur die Rotorwelle 2 und die zur axialen Fixierung des Innenrings 3I des ersten Radiallagers 3 erforderlichen Elemente (Radial-Befestigungsmittel 14, Anschlagelemente 15 und Distanzringe 13) dargestellt. Im Unterschied zu dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel sind bei diesem Beispiel keine reibwerterhöhenden Reibscheiben 18 vorgesehen.
  • Anhand der 3a ist jedoch gut die Ausgestaltung des ersten Radiallagers 3 als Wälzlager 3 mit Innenring 31, Wälzkörpern 3R und Außenring 3A zu erkennen. Dabei ist das erste Radiallager 3 als Toroidal-Rollenlager 3 ausgebildet mit einem axial auf der Rotorwelle 2 fixierten Innenring 3I, einem axial festgelegten Außenring 3A und dazwischen angeordneten Toroidal-Rollenwälzkörpern 3R, wobei das für die Wirkung als Loslager erforderliche Spiel sich aus der Ausgestaltung des Wälzlagers 3 als solches ergibt.
  • Der Außenring 3A des ersten, als Loslager ausgebildeten Radiallagers 3 ist dabei wie bei dem anhand von 2 beschriebenen Ausführungsbeispiel in der zugehörigen Lagerschale 8 in axialer Richtung festgelegt.
  • Der Innenring 3I des ersten Radiallagers 3 ist ebenfalls auf einem ersten Wellenabschnitt 2A aufgeschrumpft. In diesem Fall liegt er jedoch direkt mit seiner dem Rotor zugewandten Stirnfläche an einer Wellenschulter 2B an.
  • Erfindungsgemäß sind zur axialen Fixierung des Innenrings des Loslagers 3 ebenfalls mehrere, bei diesem Ausführungsbeispiel insgesamt 16, in Umfangsrichtung verteilt angeordnete, insbesondere gleichmäßig verteilt angeordnete, Radial-Befestigungsmittel 14 vorgesehen, welche auch in diesem Fall als Sechskantschrauben 14 ausgebildet sind und welche an der Rotorwelle 2 befestigt sind. Es können aber, je nach Bedarf, auch mehr oder weniger sein oder andere Radial-Befestigungsmittel 14 als Sechskantschrauben. Diese sind jedoch besonders einfach in ihrer Montage und zu geringen Kosten verfügbar.
  • Die als Sechskantschrauben 14 ausgebildeten Radial-Befestigungsmittel 14 sind dabei in radialer Richtung in entsprechende Sackloch-Bohrungen 16 mit Innengewinde in den zweiten Wellenabschnitt 2C der Rotorwelle 2 eingeschraubt, wobei mithilfe der Radial-Befestigungsmittel 14 Anschlagelemente 15 in Form von „Einzelsteinen“ auf der Rotorwelle 2 reibschlüssig durch eine mit Hilfe der Radial-Befestigungsmittel 14 erzeugte Vorspannkraft am Außenumfang der Rotorwelle 2 befestigt sind, wobei die Anschlagelemente 15 ebenfalls als Anschläge zur axialen Fixierung des Innenrings 3I des ersten Radiallagers 3 dienen.
  • Die Anschlagelemente 15 sind bei diesem Ausführungsbeispiel dabei auch „Einzelsteine“ gebildet, welche jeweils eine an die Umfangskontur der Rotorwelle 2 angepasste kreisförmige Kontur auf ihrer der Rotorwelle 2 zugewandten Seite aufweisen. Für eine spielfreie axiale Fixierung liegen die Anschlagelemente 15 mit einer sich in einer Radialebene erstreckenden Anschlagfläche auch an einem benachbarten Distanzelement 13 spielfrei an und sind mittels der Radial-Befestigungsmittels 14 jeweils in axialer Richtung unverschieblich, d.h. fest, an der Rotorwelle 2 befestigt, so dass der Innenring 3I des ersten Radiallagers 3 in axialer Richtung spielfrei fixiert ist.
  • In diesem Fall sind die Distanzelemente 13 Distanzringe 13 aus Blech, sogenannte „Futterbleche“ 13. Für eine besonders präzise und feine Einstellung sind bei diesem Ausführungsbeispiel mehrere Distanzbleche 13 in axialer Richtung zwischen dem Innenring 3I sowie den Anschlagelementen 15 angeordnet.
  • Anhand von 3b, welche lediglich schematisch die zur erfindungsgemäßen axialen Fixierung des erste Radiallagers 3 auf der Rotorwelle 2 erforderlichen Elemente Radial-Befestigungsmittel 14, Anschlagelemente 15 und Distanzringe 13 in einer Ansicht von der rechten Seite der 3a auf die Rotorwelle 2 zeigt, ist gut erkennbar, wie mit Hilfe der Radial-Befestigungsmittel 14 in Form von Innensechskantschrauben die Anschlagelemente 15 in Form von Einzelsteinen reibschlüssig auf der Rotorwelle 2 befestigt sind und in Umfangsrichtung angeordnet sind, insbesondere, dass sie gleichmäßig verteilt angeordnet sind.
  • Um ein „Wandern“ der Distanzelemente (Ringe) 13, 13A, 13B infolge einer „Ovalisierung“ der Rotorwelle 2 unter hoher Last zu reduzieren bzw. sogar vollständig zu vermeiden und damit einen unerwünschten Verschleiß an den Distanzelementen 13, 13A, 13B selbst, an der Welle 2 und an den Anschlagelementen 15, können in einer weiteren vorteilhaften, hier jedoch nicht gezeigten Ausgestaltung insbesondere zusätzlich ein oder mehrere kraft- und/oder formschlüssige Verbindungen zwischen den Distanzelementen 13, 13A, 13B untereinander und zwischen den Distanzelementen 13, 13A, 13B und den Anschlagelementen 15 vorgesehen sein.
  • Eine kraftschlüssige Verbindung kann vorteilhaft durch Bereitstellung einer ausreichend axialen Vorspannung des Lagerinnenrings 3I in Verbindung mit ausreichend hohen Reibwerten, insbesondere durch eine reibwerterhöhende Beschichtung der Oberflächen der aneinanderliegenden Bauteile, die kraftschlüssig miteinander verbunden werden sollen, ausgeführt sein.
  • Für eine vorteilhafte formschlüssige Verbindung sind die Distanzelemente 13, 13A, 13B und die Anschlagelemente 15 bevorzugt geometrisch so gestaltet, dass die Distanzelemente 13, 13A, 13B daran gehindert werden, sich gegenüber der Welle 2 nennenswert zu verdrehen.
  • Dies kann beispielsweise durch ineinandergreifende Ausnehmungen und/oder durch Verzahnen und/oder Verstiften und/oder ähnliche, in der maschinenbaulichen Praxis bekannte Maßnahmen, erreicht werden.
  • Die Radial-Befestigungsmittel 14 sowie die Anschlagelemente 15 sind dabei in den 3a und 3b nicht maßstäblich dargestellt, sondern zugunsten der Erkennbarkeit um etwa den Faktor 10 zu groß abgebildet.
  • 4 zeigt ein weiteres, ebenfalls nicht maßstäblich dargestelltes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung zur axialen Fixierung eines Innenrings 3I des ersten Radiallagers 3, wobei in diesem Fall die Anschlagelemente 15 im Unterschied zu den Anschlagelementen 15 aus den 3a und 3b keine zur Rotorwelle 2 komplementäre, kreisförmig-konvexe Kontur auf ihrer der Rotorwelle 2 zugewandten Seite aufweisen, sondern eine plane Unterseite. Bei dem in 4 abgebildeten Ausführungsbeispiel ist die Rotorwelle 2 im Bereich der Befestigungsausnehmungen 16 und der zugehörigen Befestigungssitze 19 jeweils ebenfalls entsprechend plan und weist entsprechend plane Auflageflächen für eine nahezu vollflächige Anlage der Anschlagelemente 15 und damit einen guten Reibschluss auf, welche insbesondere durch Fräsen hergestellt worden sind.
  • Bei dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel sind zwischen den Anschlagelementen 15 und der Rotorwelle 2 ebenfalls Reibelemente 18 angeordnet. Ferner weist die Rotorwelle 2 im Bereich der Befestigungssitze 19 eine reibwerterhöhende Beschichtung auf, um eine verbesserte Reibschlüssigkeit zwischen den Anschlagelementen 15 und der Rotorwelle 2 zu erreichen.
  • Je höher die dabei zwischen der Rotorwelle 2 und dem jeweiligen Anschlagelement 15 wirkenden Reibkräfte sind, umso größere Axialkräfte können über die erfindungsgemäße axiale Fixierung des Innenrings 3I des ersten Radiallagers 3 übertragen und/oder abgestützt werden.
  • Mit Hilfe entsprechender, vorbeschriebener reibwerterhöhender Maßnahmen ist somit auch die axiale Fixierung eines Innenrings eines als Festlager ausgebildeten Radiallagers auf erfindungsgemäße Art und Weise denkbar oder möglich, wobei je nach Höhe der abzustützenden Axialkräfte bzw. der auf die axialen Fixierungsmittel (Radial-Befestigungsmittel 14 und Anschlagelemente 15 und ggf. Reibwerterhöhungselemente 18) wirkenden Axialkräfte die Anzahl der axialen Fixierungsmittel, d.h. der Radial-Befestigungsmittel 14 sowie der Anschlagelemente 15, zu wählen ist und eine entsprechende Verteilung in Umfangsrichtung vorzusehen ist. Bevorzugt sind die Fixierungsmittel dabei möglichst klein zu wählen, insbesondere derart, dass das Gewicht eines einzelnen Anschlagelementes 15 unterhalb von 50 kg, 40 kg oder insbesondere unter 30 kg liegt.
  • Ein weiterer Unterschied zwischen den in 3a und 3b und 4 gezeigten Ausführungsbeispielen ist ferner, dass in 4 die Radial-Befestigungsmittel 14 keine Sechskantschrauben sind, sondern Stehbolzen 14 mit einem Innensechskant und einem Außengewinde, bei denen die Anschlagelemente 15 mit Muttern 14M vorgespannt werden. Stehbolzen als Radial-Befestigungsmittel 14 haben gegenüber der Verwendung von Sechskantschrauben den Vorteil, dass sich die axiale Vorspannung erheblich genauer einstellen lässt. Dies liegt an der üblicherweise großen Streuung der Reibwerte im Sacklochgewinde, aus der eine große Streuung der Vorspannkräfte resultieren kann. Gerade bei hochbelasteten Schraubverbindungen wirkt sich eine große Streuung der Reibwerte jedoch erheblich aus, da für die zuverlässige Erreichung der erforderlichen Vorspannkräfte entsprechende, die Streuung berücksichtigende Reserven vorzuhalten sind. Somit lassen sich mit Stehbolzen im Vergleich höhere Vorspannungen erreichen und infolgedessen können größere Axialkräfte aus dem Lagerinnenring übertragen werden.
  • Alternativ können auch Exzenterstifte als Radial-Befestigungsmittel 14 vorgesehen sein, die durch ein Verdrehen um ihre Längsachse bei entsprechend ausgestalteten Anschlagelementen 15, insbesondere bei einer entsprechend ausgestalteten Kontur einer Durchgangsöffnung in den Anschlagelementen 15, durch welche sich die Radial-Befestigungsmittel 14 hindurch in die Rotorwelle 2 hineinerstrecken, ein axiales Verstellen bzw. Einstellen einer axialen Position der Anschlagelemente 15 auf der Rotorwelle 2 in axialer Richtung vor dem endgültigen Fixieren der Anschlagelemente 15 auf der Rotorwelle 2 ermöglichen.
  • Dadurch kann ein eventuell vorhandenes, insbesondere durch Toleranzen bedingtes Axialspiel, insbesondere ohne zusätzliche Distanzelemente 13, ausgeglichen werden. Ferner kann auf diese Art und Weise, ebenfalls besonders einfach und gezielt, insbesondere ohne zusätzliche Bauteile wie Distanzelemente 13, eine definierte axiale Vorspannung eingestellt werden, vor allem für einzelne Abschnitte und/oder für die einzelnen Anschlagelemente 15 in Umfangsrichtung unabhängig voneinander.
  • Da eine geringere Reibung zwischen Anschlagelement 15 und Rotorwelle 2 für ein einfacheres Verdrehen um die Längsachse des Exzenterstiftes 14 sorgt, kann es in diesem Fall, d.h. insbesondere bei der Verwendung von Exzenterstiften, vorteilhaft sein, keine reibwerterhöhenden Maßnahmen vorzusehen, d.h. keinen Reibwerterhöhungselemente 18 und/oder eine reibwerterhöhende Beschichtung.
  • 5 zeigt Teile eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Lageranordnung für die Rotorwelle 2 der erfindungsgemäßen Windenergieanlage 100 aus 1 im Bereich des ersten Radiallagers 3 in Ansicht von der Rotorseite aus in einer stark vereinfachten Prinzipdarstellung, welche ebenfalls sowohl für das erste, als Loslager ausgebildete Radiallager 3 eingesetzt werden kann sowie bei entsprechender Ausgestaltung auch zur axialen Fixierung des Innenrings eines als Festlager ausgebildeten Radiallagers.
  • Bei diesem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen axialen Fixierung sind im Unterschied zu den vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen die einzelnen Anschlagelemente 15 nicht als Einzelsteine ausgebildet, sondern durch Ringsegmente 15 gebildet, welche nur mit einem geringen Abstand in Umfangsrichtung voneinander angeordnet sind und somit einen nahezu umlaufenden Anschlagelementring bilden, wobei auch 5 keine maßstäbliche Abbildung darstellt und insbesondere die Ringsegmente stark vergrößert dargestellt sind.
  • Wie bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen ist dabei jedes Anschlagelement 15 mit Hilfe eines dem Anschlagelement 15 zugeordneten Radial-Befestigungsmittels 14 auf der Rotorwelle 2 befestigt, insbesondere mit einer definierten Vorspannkraft.
  • In dieser Darstellung sind der Einfachheit halber die Radial-Befestigungsmittel 14 dabei lediglich durch Strichpunktlinien angedeutet und können, wie zuvor beschrieben, beispielsweise als Schraube ausgebildet sein, insbesondere als Innensechskantschraube, Stehbolzen oder als Passstift, Exzenterstift oder dergleichen.
  • Die Verwendung von Anschlagelementen 15 in Form von Ringsegmenten 15, welche einen nahezu in Umfangsrichtung geschlossenen Ring bilden, vorzugsweise jedoch keinen vollständig geschlossenen Ring, um Verspannungen in Umfangsrichtung durch Temperaturänderungen oder dergleichen zu vermeiden, hat gegenüber der Verwendung von Einzelsteinen oder einzelsteinartigen Anschlagelementen 15 den Vorteil, dass auf besonders einfache Art und Weise eine Dichtungshalterung realisiert werden kann. Dazu sind die Anschlagelemente 15, insbesondere auf ihrer vom Radiallager 3 abgewandten Seite, bevorzugt jeweils zur Aufnahme und/oder Fixierung einer insbesondere umlaufenden Dichtung, beispielsweise eines Radialwellendichtrings oder dergleichen, ausgebildet, wodurch ohne zusätzliche Bauteile eine Lagerabdichtung realisiert werden kann.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform werden pro Ringsegment eine Vielzahl von Radial-Befestigungsmittelns 14 verwendet. Alternativ kann aus Handhabungsgründen auch vorteilhaft die Anzahl der Ringsegmente stark vergrößert werden, vorzugsweise auf mehr als 18, insbesondere auf mehr als 36 Elemente.
  • 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel für die Ausgestaltung eines vorteilhaften Anschlagelementes 15 in Verbindung mit einem in diesem Fall als Sechskantschraube ausgebildeten Radial-Befestigungsmittel 14, wobei zur axialen Verstellung, das heißt zur axialen Positionierung des Anschlagelementes 15 in axialer Richtung R, vor dem Fixieren auf der Rotorwelle 2 in dem Anschlagelement 15 ein Langloch 23 vorgesehen ist, welches eine definierte Einstellung eines Axialspiels und/oder einer definierten axialen Vorspannkraft zur axialen Fixierung eines Innenrings eines Radiallagers ermöglicht.
  • Je nach erforderlicher Anpresskraft in radialer Richtung kann es dabei vorteilhaft sein, wenn ein zugehöriges Radial-Befestigungsmittel 14 mit einer deutlich größeren (Kopf-) Auflagefläche gewählt wird als in 6 schematisch dargestellt oder alternativ oder zusätzlich eine dicke Unterlegscheibe verwendet wird.
  • 7 zeigt eine alternative Ausgestaltungsmöglichkeit für ein oder mehrere Distanzelemente 13' und Anschlagelemente 15' sowie einem zugehörigen, als Schraube ausgebildetem Radial-Befestigungsmittel 14, wobei in diesem Fall mithilfe von nicht näher bezeichneten, zusammenwirkenden Keilflächen eine axiale Verstellung bewirkt werden kann.
  • 8a und 8b zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel eines vorteilhaften Radial-Befestigungsmittels 14, wobei das in den in 8a und 8b dargestellte Radial-Befestigungsmittel ein Exzenterstift 14 ist, welcher in 8a von der Seite dargestellt ist und in 8b in Draufsicht im Schnitt entlang der Schnittebene A-A'.
  • In Verbindung mit einem entsprechend ausgebildeten Anschlagelement 15 mit einer entsprechenden Durchgangskontur, insbesondere einer Kulissenführung, kann durch die Verwendung eines derartigen Exzenterstiftes 14 durch ein Verdrehen des Exzenterstiftes 14 auf besonders einfache Art und Weise ein axiales Verstellen des zugehörigen Anschlagelementes 15 bewirkt werden durch ein Zusammenwirken des exzentrischen Abschnittes 14A mit der entsprechenden Durchgangskontur des Anschlagelementes 15.
  • Der Exzenterstift 14 weist dabei einen ersten, exzentrisch ausgebildeten Abschnitt 14A auf, das heißt einen Abschnitt mit einem exzentrischen Umfang, sowie einen zweiten Abschnitt 14B und einen dritten Abschnitt 14C, wobei die Abschnitte 14B und 14C jeweils konzentrisch und rund ausgebildet sind, wobei Abschnitt 14C ein Außengewinde aufweist. Vorzugsweise kann der Exzenterstift 14 dabei mittels einer Kontermutter in der Rotorwelle 2 gesichert werden, insbesondere gegen ein Verdrehen.
  • Statt eines Gewindes kann der Exzenterstift 14 auch einen konusförmigen oder kegelstumpfförmigen Abschnitt 14C aufweisen, welcher nach dem Verdrehen zur Einstellung des axialen Spiels oder einer definierten axialen Vorspannung mittels einer Axialkraft in die Befestigungsausnehmung der Rotorwelle 2 eingepresst oder eingeschlagen werden kann, beispielsweise mittels eines Hammers. Alternativ können ein oder mehrere Radial-Befestigungsmittel auch als Passstift ausgebildet sein, insbesondere mit einem konusförmigen oder kegelstumpfförmigen Abschnitt, wobei in den beiden zuletzt beschriebenen Fällen die zugehörige Befestigungsausnehmung jeweils entsprechend konusförmig ausgestaltet ist.
  • 9 zeigt in schematischer Darstellung im Schnitt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß ausgebildeten Lageranordnung 10' für die Rotorwelle 2 einer erfindungsgemäßen, gemäß 1 ausgebildeten Windenergieanlage 100 im Bereich des ersten Radiallagers 3, mit einer Ausgestaltung der Anschlagelemente 15 als Dichtungshalterung, wobei mittels der Anschlagelemente 15 ein Radialwellendichtring 24 gehalten wird.
  • In einer alternativen Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Windenenergieanlage mit einer Fest-Los-Lagerung der Rotorwelle 2 kann das Festlager im Unterschied zu den vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen auch das näher beim Rotor angeordnete Lager sein und das Loslager entsprechend das näher zum Getriebe hin oder im Getriebe angeordnete Lager.
  • Bezugszeichenliste
    • 100
    erfindungsgemäße Windenergieanlage
    10, 10'
    Lageranordnung einer erfindungsgemäßen Windenergieanlage
    1
    Flansch zur Anbindung eines Rotors
    2
    Rotorwelle
    2A
    erster Wellenabsatz
    2B
    Wellenschulter
    2C
    zweiter Wellenabsatz
    3
    erstes Radiallager; Loslager
    3I
    Innenring
    3R
    Wälzkörper
    3A
    Außenring
    6
    Maschinenträger
    7
    Turm
    8
    Lagerschale des ersten Radiallagers
    11
    Getriebe
    12
    Getriebeabstützung
    13, 13A, 13B, 13'
    Distanzelement
    14
    Radial-Befestigungsmittel
    14A, 14B, 14C
    Abschnitte
    14M
    Mutter
    15
    Anschlagelement
    16
    Befestigungsausnehmung zur Befestigung eines Radial-Befestigungsmittels in der Welle
    17
    Lagerdeckel
    18
    Reibwerterhöhungselement
    19
    Befestigungssitz
    20
    Freistich
    23
    Langloch
    24
    Dichtelement, insbesondere Radialwellendichtring
    25
    Wellenmutter
    A
    Rotationsachse der Welle
    R
    axiale Richtung
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 1457673 A1 [0003]

Claims (15)

  1. Windenergieanlage (100), umfassend: - eine Maschinengondel (5), - einen zumindest teilweise innerhalb der Maschinengondel (5) angeordneten Maschinenträger (6) und - eine Rotorwelle (2), wobei die Rotorwelle (2) mittels einer Lageranordnung (10, 10') um ihre Längsachse (A) drehbar gegenüber dem Maschinenträger (6) gelagert ist, wobei die Lageranordnung (10', 10') wenigstens ein erstes Radiallager (3) mit einem Innenring (31) aufweist, und wobei der Innenring (31) des ersten Radiallagers (3) drehfest mit der Rotorwelle (2) verbunden ist und in axialer Richtung auf der Rotorwelle (2) fixiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenring (31) des ersten Radiallagers (3) wenigstens in einer ersten axialen Richtung (R) mithilfe einer Mehrzahl von einzelnen Radial-Befestigungsmitteln (14) auf der Rotorwelle (2) axial fixiert ist.
  2. Windenergieanlage (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Radiallager (3) ein Wälzlager (3) ist.
  3. Windenergieanlage (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Radiallager (3) als Loslager (3) ausgebildet ist.
  4. Windenergieanlage (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenring (3I) der ersten Radiallagers (3) wenigstens in der ersten axialen Richtung (R) mittels eines oder mehrerer Anschlagelemente (15), die mittels der Radial-Befestigungsmittel (14) an der Rotorwelle (2) befestigt sind, axial fixiert ist, wobei die Anschlagelemente (15) mithilfe der Radial-Befestigungsmittel (14) insbesondere an einer Außenfläche der Rotorwelle (2) befestigt sind.
  5. Windenergieanlage (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Anschlagelement (15) wenigstens ein Radial-Befestigungselement (14) zugeordnet ist, insbesondere genau eines, wobei insbesondere jedes Anschlagelement (15) mittels wenigstens eines Radial-Befestigungselements (14) an der Rotorwelle (2) befestigt ist, insbesondere mittels genau eines Radial-Befestigungselements (14).
  6. Windenergieanlage (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Radial-Befestigungsmittel (14) ein Stift, eine Schraube (14), ein Stehbolzen (14) oder ein Exzenterstift (14) ist, wobei der Exzenterstift (14) insbesondere wenigstens einen Abschnitt (14A) mit einem exzentrischen Umfang aufweist.
  7. Windenergieanlage (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine axiale Position wenigstens eines Anschlagelementes (15), vorzugsweise sämtlicher Anschlagelemente (15) vor der axialen Fixierung in axialer Richtung (R) einstellbar ist.
  8. Windenergieanlage (100) nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Position wenigstens eines Anschlagelements (15) durch ein Verdrehen eines zugehörigen, als Exzenterstift (14) ausgebildeten Radial-Befestigungsmittels (14) einstellbar ist, wobei das Anschlagelement (15) dazu eine entsprechende, an den exzentrischen Umfang des exzentrischen Abschnitts (14A) des Exzenterstiftes angepasste Kulissengeometrie (23) aufweist, in welche der exzentrische Abschnitt (14A) des Exzenterstifts (14) eingreift.
  9. Windenergieanlage (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lageranordnung (10, 10') wenigstens ein Distanzelement (13, 13A, 13B, 13') aufweist, das in axialer Richtung zwischen dem Innenring (31) und wenigstens einem Anschlagelement (15) angeordnet ist, wobei wenigstens ein Distanzelement (13, 13A, 13B; 13') ein umlaufend ausgebildeter Distanzring (13, 13A, 13B) ist und/oder ein Distanzsegment (13).
  10. Windenergieanlage (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lageranordnung (10, 10') wenigstens ein Sicherungsmittel aufweist zur Sicherung der axialen Position wenigstens eines Anschlagelementes (15) nach dem Einstellen in axialer Richtung (R).
  11. Windenergieanlage (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Anschlagelement (15), vorzugsweise sämtliche Anschlagelemente (15), mittels des zugeordneten Radial-Befestigungsmittels (14) in axialer Richtung (R) zumindest teilweise reibschlüssig auf der Rotorwelle (2) fixiert ist, insbesondere durch eine mittels des zugeordneten Radial-Befestigungsmittels (14) aufgebrachte Vorspannkraft.
  12. Windenergieanlage (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwelle (2) und/oder wenigstens ein Anschlagelement (15) zur Erhöhung der Reibung zwischen der Rotorwelle (2) und dem Anschlagelement (15) eine reibwerterhöhende Beschichtung aufweist.
  13. Windenergieanlage (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Rotorwelle (2) und wenigstens einem Anschlagelement (15) ein Reibwerterhöhungselement (18) angeordnet ist, insbesondere eine Reibscheibe (18).
  14. Windenergieanlage (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lageranordnung (10, 10') ein zweites Radiallager (4) aufweist, vorzugsweise ein Wälzlager (4), wobei das zweite Radiallager (4) insbesondere als Festlager (4) ausgebildet ist.
  15. Verfahren zur Montage einer Windenergieanlage (100), insbesondere zur Herstellung einer Windenergieanlage (100), die nach einem der Ansprüche 1 bis 14 ausgebildet ist, umfassend die Schritte: Bereitstellen einer Rotorwelle (2), wobei die Rotorwelle (2) zur Aufnahme mehrerer Radial-Befestigungsmittel (14) ausgebildet ist und insbesondere eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung verteilt angeordneten Befestigungsausnehmungen (16) aufweist, Bereitstellen wenigstens eines Innenrings (3I) eines ersten Radiallagers (3), insbesondere eines Wälzlagers, Anordnen wenigstens des Innenrings (3i) des ersten Radiallagers oder des gesamten ersten Radiallagers (3) auf der Rotorwelle (2) und drehfestes Verbinden des Innenrings (3I) mit der Rotorwelle (2), axiales Fixieren des Innenrings (3I) in wenigstens einer ersten axialen Richtung (R) auf der Rotorwelle (2) mithilfe einer Mehrzahl von einzelnen Radial-Befestigungsmitteln (14), insbesondere durch Befestigen der Radial-Befestigungsmittel (14) in den Befestigungsausnehmungen (16), und Anordnen und Befestigen der Rotorwelle (2) an einem zumindest teilweise innerhalb einer Maschinengondel (5) angeordneten Maschinenträger (6) einer Windenergieanlage (100) in der Weise, dass die Rotorwelle (2) wenigstens über das erste Radiallager (3) an dem Maschinenträger (6) abgestützt ist und drehbar um die Längsachse (A) gegenüber dem Maschinenträger (6) gelagert ist.
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