DE102018005088A1 - Windenergieanlage, Verfahren zum Demontieren und/oder Austauschen eines Radiallagers einer Windenergieanlage und Verfahren zur Montage einer Windenergieanlage - Google Patents

Windenergieanlage, Verfahren zum Demontieren und/oder Austauschen eines Radiallagers einer Windenergieanlage und Verfahren zur Montage einer Windenergieanlage Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Windenergieanlage (100), ein Verfahren zum Demontieren und/oder Austauschen eines ersten Radiallagers (3) einer solchen Windenergieanlage (100) sowie ein Verfahren zur Montage einer solchen Windenergieanlage (100), wobei die Windenergieanlage (100) einen Rotor, eine Rotorwelle (2), und einen Maschinenträger (6) umfasst, wobei die Rotorwelle (2) mittels wenigstens eines ersten Radiallagers (3) um ihre Längsachse (A) drehbar gegenüber dem Maschinenträger (6) gelagert ist und in axialer Richtung wenigstens zweigeteilt ist und einen mittels des ersten Radiallagers (3) gelagerten Rotorwellenabschnitt (2D) und wenigstens einen weiteren Wellenabschnitt (2E) aufweist, wobei der Rotorwellenabschnitt (2D) ein dem Rotor zugewandtes erstes Ende (2D-1) und ein vom Rotor abgewandtes zweites Ende (2D-2) aufweist, wobei der Rotorwellenabschnitt (2D) an seinem ersten, dem Rotor zugewandten Ende (2D-1) mittels einer Rotorflanschverbindung mit dem Rotor verbunden ist, und wobei der Rotorwellenabschnitt (2D) an seinem zweiten Ende (2D-2) mittels einer lösbaren Zwischenflanschverbindung (25, 25') drehfest und starr mit dem weiteren Wellenabschnitt (2E) verbunden ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Windenergieanlage, umfassend einen Rotor mit mindestens zwei Rotorblättern, eine Rotorwelle, und einen Maschinenträger, wobei die Rotorwelle mittels einer Lageranordnung um ihre Längsachse drehbar gegenüber dem Maschinenträger gelagert ist, wobei die Lageranordnung wenigstens ein erstes Radiallager umfasst, wobei die Rotorwelle in axialer Richtung wenigstens zweigeteilt ist und einen Rotorwellenabschnitt und wenigstens einen weiteren Wellenabschnitt aufweist, wobei der Rotorwellenabschnitt ein dem Rotor zugewandtes erstes Ende und ein vom Rotor abgewandtes zweites Ende aufweist, wobei die Rotorwelle im Bereich des Rotorwellenabschnitts mittels des ersten Radiallagers gelagert ist und das erste Radiallager in axialer Richtung zwischen dem ersten Ende des Rotorwellenabschnitts und dem zweiten Ende des Rotorwellenabschnitts angeordnet ist, wobei der Rotorwellenabschnitt an seinem ersten, dem Rotor zugewandten Ende mittels einer Rotorflanschverbindung mit dem Rotor verbunden ist.
  • Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Demontieren und/oder Austauschen eines ersten Radiallagers einer solchen Windenergieanlage.
  • Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Montage einer solchen Windenergieanlage.
  • Windenergieanlagen und Rotorlagerungen mit Rotorwellen für Windenergieanlagen sind aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt. Aufgrund ihrer großen Abmessungen und ihres Gewichts sind sowohl die Herstellung derartiger Rotorwellen, als auch die Bearbeitung und ihre Handhabung, insbesondere von Rotorwellen für immer leistungsstärker werdenden Offshore-Windenergieanlagen, mit einem erheblichen Aufwand verbunden. Insbesondere an einer montierten Windenergieanlage ist der Austausch eines Rotorlagers eine logistische Herausforderung. Zur Reduzierung dieses Aufwands sind aus dem Stand der Technik verschiedene Ansätze bekannt.
  • Die EP 3 118 472 A1 schlägt beispielsweise vor, Wellen in dieser Größenordnung für Windenergieanlagen oder ähnliches in Längsrichtung mehrfach zu teilen, d.h. aus mehreren Umfangssegmenten zusammenzusetzen, wobei die einzelnen Umfangssegmente vorzugsweise im Strangpressverfahren hergestellt sind.
  • Die EP 2 740 933 B1 schlägt vor, einen Triebstrang durch eine Aneinanderreihung von mehreren Wellenabschnitten bereitzustellen, welche über eine flexible Kupplung miteinander verbunden werden können. Es wird insbesondere ein Triebstrang vorgeschlagen, der einen mit der Rotornabe verbundenen Rotorwellenabschnitt und einen mit dem Rotor des Generators verbundenen Generatorwellenabschnitt aufweist, wobei der Rotorwellenabschnitt und der Generatorwellenabschnitt über einen in axialer Richtung dazwischen angeordneten Zwischenwellenabschnitt miteinander gekoppelt sind, wobei der Rotorwellenabschnitt und der Zwischenwellenabschnitt mittels einer Kupplungseinrichtung, insbesondere mittels einer Lamellenkupplung, zum Ausgleich eines radialen Versatzes und eines Winkelversatzes miteinander gekoppelt sind.
  • Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine alternative, gattungsgemäße Windenergieanlage bereitzustellen, bevorzugt eine verbesserte Windenergieanlage, insbesondere eine Windenergieanlage mit einem besonders einfachen, konstruktiven Aufbau, welcher insbesondere eine einfache Demontage und/oder einen einfachen Austausch eines Radiallagers ermöglicht.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Windenergieanlage, durch ein Verfahren zum Demontieren und/oder Austauschen eines ersten Radiallagers einer solchen Windenergieanlage sowie durch ein Verfahren zur Montage einer solchen Windenergieanlage 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 einen Rotor mit mindestens zwei Rotorblättern, eine Rotorwelle und einen Maschinenträger umfasst, wobei die Rotorwelle mittels einer Lageranordnung um ihre Längsachse drehbar gegenüber dem Maschinenträger gelagert ist, wobei die Lageranordnung wenigstens ein erstes Radiallager umfasst, wobei die Rotorwelle in axialer Richtung wenigstens zweigeteilt ist und einen Rotorwellenabschnitt und wenigstens einen weiteren Wellenabschnitt aufweist, wobei der Rotorwellenabschnitt ein dem Rotor zugewandtes erstes Ende und ein vom Rotor abgewandtes zweites Ende aufweist, wobei die Rotorwelle im Bereich des Rotorwellenabschnitts mittels des ersten Radiallagers gelagert ist und das erste Radiallager in axialer Richtung zwischen dem ersten Ende des Rotorwellenabschnitts und dem zweiten Ende des Rotorwellenabschnitts angeordnet ist, und wobei der Rotorwellenabschnitt an seinem ersten, dem Rotor zugewandten Ende mittels einer Rotorflanschverbindung mit dem Rotor verbunden ist, insbesondere drehfest und starr.
  • Erfindungsgemäß ist der Rotorwellenabschnitt an seinem zweiten, vom Rotor abgewandten Ende mittels einer lösbaren Zwischenflanschverbindung drehfest und starr mit dem weiteren Wellenabschnitt verbunden.
  • Durch die drehfeste und starre Verbindung mit dem weiteren Wellenabschnitt lässt sich ein konstruktiv besonders einfacher und damit kostengünstiger Aufbau einer Windenergieanlage erreichen, insbesondere ohne eine teure und konstruktiv aufwendige Kupplungseinrichtung, bei gleichzeitig einfacher Möglichkeit von Demontage und/oder Austausch des Rotorwellenabschnitts und/oder des ersten Radiallagers.
  • Insbesondere ermöglicht die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Rotorwelle eine Demontage bzw. einen Austausch des Rotorwellenabschnitts samt des ersten Radiallagers ohne Trennen eines am anderen, vom Rotor abgewandten Ende der Rotorwelle mit der Rotorwelle verbundenen Getriebes, Generators oder einer Getriebe-Generatoreinheit von der Rotorwelle und/oder ohne eine Demontage des Getriebes, des Generators oder der Getriebe-Generatoreinheit.
  • Die axiale Teilung der Rotorwelle in mehrere Abschnitte führt ferner zu einer Reduktion der Bauteilgröße, was sich vorteilhaft auf die Herstellbarkeit, die Bearbeitbarkeit, die Handhabbarkeit und den Transport auswirkt und somit insbesondere erhebliche Kosteneinsparungen bei der Herstellung der Rotorwelle ermöglicht. Insbesondere, wenn einzelne Wellenabschnitte, insbesondere der Rotorwellenabschnitt, als Gussteil ausgebildet sind, ergeben sich erhebliche Vorteile. Insbesondere können kleinere Formen und Formkästen verwendet werden, es bestehen mehr Gestaltungsmöglichkeiten im Hinblick auf eine gussgerechte konstruktive Ausgestaltung und es sind geringere Schmelzmengen pro Bauteil erforderlich. Ferner werden durch das geringere Gesamt-Bauteilgewicht und die geringeren Bauteilabmessungen Bearbeitung, Transport und Handhabung erheblich einfacher.
  • Unter einer „Windenergieanlage“ wird vorliegend im Sinne der Erfindung eine Anlage zur Bereitstellung 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 „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 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.
  • 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 einer „Zwischenflanschverbindung“ im Sinne der Erfindung wird vorliegende eine zwischen den äußeren Enden der gesamten Rotorwelle angeordnete Flanschverbindung zwischen zwei Wellenabschnitten der Rotorwelle verstanden.
  • Der Ausdruck „lösbar“ meint vorliegend und im Sinne der Erfindung das beschädigungsfreie Lösen einer Verbindung in der Weise, dass die Verbindung nach dem Lösen erneut herstellbar ist, wenngleich auch gegebenenfalls unter Verwendung neuer Verbindungsmittel, insbesondere neuer Verschraubungsmittel und/oder gegebenenfalls erst nach Durchführung von die neue Verbindung vorbereitenden Arbeitsschritten, wie beispielsweise Bearbeiten, insbesondere Abschleifen, Einebnen odgl. der Verbindungsflächen.
  • Unter einer „drehfesten“ Verbindung mit der Welle im Sinne der Erfindung wird vorliegend eine Verbindung verstanden, welche dazu ausgebildet ist, während des Betriebs dauerhaft ein Drehmoment zwischen den drehfest miteinander verbundenen Komponenten zu übertragen. D.h. eine drehfeste Verbindung im Sinne der Erfindung kann während des Betriebs der Windenergieanlage nicht gelöst werden.
  • Unter einer „starren“ Verbindung im Sinne der Erfindung wird vorliegend eine Verbindung verstanden, welche insbesondere derart biegesteif ist, dass sie keinen nennenswerten Ausgleich eines radialen Versatzes und/oder eines Winkelversatzes ermöglicht, wobei eine „starre“ Verbindung im Sinne der Erfindung insbesondere dazu führt, dass sich die Rotorwelle im Betrieb wie eine einstückige Rotorwelle verhält.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Windenergieanlage ist die Rotorwelle zumindest teilweise innerhalb einer 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.
  • 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.
  • 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.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Windenergieanlage ist der Rotorwellenabschnitt zusammen mit dem ersten Radiallager, insbesondere zusätzlich zusammen mit einem zugehörigen Radiallagergehäuse, als zu einer Baugruppe zusammengefasste Einheit getrennt vom Rotor und/oder dem weiteren Wellenabschnitt demontierbar, insbesondere austauschbar.
  • Hierdurch lässt sich im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zum Austausch des ersten Radiallagers, wie es beispielsweise aus der DE 103 51 524 A1 bekannt ist, eine besonders einfache Demontage bzw. ein besonders einfacher Austausch des ersten Radiallagers erreichen.
  • Eine erfindungsgemäß ausgestaltete Windenenergieanlage ermöglicht es, dass das Radiallager zusammen mit dem zugehörigen Wellenabschnitt demontiert werden kann und am Boden, z.B. in einer entsprechenden Werkstatt, vom Rotorwellenabschnitt demontiert bzw. bei einem Austausch auch dort wieder auf dem Wellenabschnitt montiert werden kann. Dies stellt einen erheblichen Vorteil dar und vereinfacht die Demontage sowie einen Austausch des ersten Radiallagers erheblich, da das Radiallager nicht oben am Turm der Windenergieanlage von dem zugehörigen Wellenabschnitt demontiert oder montiert werden muss, sondern dies insbesondere am Boden erfolgen kann.
  • Insbesondere ist es aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung auch möglich, eine Ersatz-Lagereinheit, umfassend einen (Ersatz-)Wellenabschnitt und ein (Ersatz- )Radiallager und ggf. ein zugehöriges (Ersatz-)Lagergehäuse bereitzustellen, um einen besonders schnellen Austausch zu ermöglichen und somit Stillstandszeiten zu reduzieren.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Windenergieanlage weist die Lageranordnung ein in axialer Richtung, auf der vom Rotor abwandten Seite des ersten Radiallagers ein zweites Radiallager auf, wobei die Zwischenflanschverbindung in axialer Richtung zwischen dem ersten Radiallager und dem zweiten Radiallager angeordnet ist. Hierdurch lässt sich eine besonders vorteilhafte Lageranordnung der Rotorwelle erreichen, insbesondere eine vorteilhafte Abstützung und eine vorteilhafte Verteilung der auftretenden Kräfte.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Windenergieanlage umfasst die Windenergieanlage ein Getriebe und/oder Generator oder eine Getriebe-Generatoreinrichtung, wobei das zweite Radiallager zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, innerhalb des Getriebes oder innerhalb des Generators oder innerhalb der Getriebe-Generatoreinrichtung angeordnet ist. Hierdurch ergibt sich eine besonders kompakte Anordnung.
  • 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.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Windenergieanlage ist die Rotorwelle dabei insbesondere mittels einer sogenannten Dreipunkt-Lagerung um ihre Längsachse drehbar gegenüber dem Maschinenträger gelagert.
  • 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. Traditionell wird das Getriebe in zwei seitlichen Getriebestützen, auch Drehmomentenstütze genannt, elastisch gelagert. Im Rahmen dieser Patentanmeldung sollen von dem Begriff „Dreipunkt-Lagerung“ auch Getriebeaufhängungen, welche in mehr als zwei Stützpunkten gelagert sind, insbesondere auch welche, die in einer Vielzahl von Elastomer-Lagern gelagert sind, umfasst sein.
  • Alternativ könnte die Rotorwelle aber auch mittels einer sogenannten Vier-Punkt-Lagerung drehbar gegenüber dem Maschinenträger gelagert sein, wobei bei der Vierpunkt-Lagerung beide Radiallager der Fest-Los-Lagerung außerhalb des Getriebes und unabhängig von einer Getriebeabstützung angeordnet sind.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Windenergieanlage ist dabei das erste Radiallager insbesondere als Wälzlager ausgebildet, insbesondere als Loslager.
  • 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.
  • In einer alternativen Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Windenergieanlage kann das erste Radiallager auch als Festlager ausgestaltet sein.
  • Als Wälzlager kommen insbesondere einreihige und/oder zweireihige Rollenlager zum Einsatz, vorzugsweise Pendelrollen- und/oder Zylinderrollenlager.
  • 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.
  • Toroidal-Rollenlager eignen sich somit besonders gut zur Lagerung der Rotorwelle in Verbindung mit einer erfindungsgemäßen drehfest und starr ausgebildeten Zwischenflanschverbindung, da mit einem derartigen Wälzlager bei geeigneter Ausgestaltung, sofern überhaupt erforderlich, bereits mit nur einfachen weiteren Maßnahmen ein Ausgleich eines radialen Versatzes und/oder eines Winkelversatzes erreicht werden kann.
  • Derartige Wälzlager sind für sich genommen 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 zweite Radiallager vorzugsweise (ebenfalls) ein Wälzlager, welches insbesondere als Festlager ausgebildet ist, insbesondere ein doppelreihiges Pendelrollen- oder Kegelrollenlager.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Windenergieanlage umfasst wenigstens das erste Radiallager einen Innenring, vorzugsweise sämtliche Radiallager, wobei der Innenring, insbesondere der des ersten Radiallagers, drehfest mit der Rotorwelle verbunden ist und in axialer Richtung auf der Rotorwelle fixiert ist.
  • Die axiale Fixierung der Wälzlager auf der Rotorwelle, d.h. in einer Richtung parallel zur Längsachse der Rotorwelle bzw. parallel zur Rotationsachse der Rotorwelle, kann dabei, wie aus dem Stand der Technik bekannt und üblich, an einer Seite des Lagers durch Anlage an einer Wellenschulter bzw. einem entsprechend ausgebildeten Wellenabsatz und auf der anderen Seite mittels sogenannter Wellenmuttern erfolgen, 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 ebenfalls weit verbreiteten Sicherungsringe sind nur für sehr kleine Windenergieanlagen mit geringen Rotorwellendurchmessern geeignet.
  • In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Windenergieanlage ist der Innenring des ersten Radiallagers daher wenigstens in einer ersten axialen Richtung wenigstens mithilfe, insbesondere mittels, einer Mehrzahl von einzelnen Radial-Befestigungsmitteln auf der Rotorwelle axial fixiert.
  • Eine derartige 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. Somit lässt sich das Bauteilgewicht des Rotorwellenabschnitts noch weiter reduzieren.
  • 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.
  • Diese Art der axialen 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.
  • Die vorbeschriebene axiale Fixierung des Innenrings eines Radiallagers mit Radial-Befestigungsmitteln eignet sich dabei 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.
  • Besonders bevorzugt weist das zweite Radiallager ebenfalls einen Innenring auf, welcher auf die vorbeschriebene 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 vorbeschriebene axiale Fixierung des Innenrings des ersten Radiallagers und/oder des zweiten Radiallagers mit Radial-Befestigungsmitteln, 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.
  • Ist das erste Radiallager als Festlager ausgestaltet, kann bei entsprechender Ausgestaltung der Radial-Befestigungsmittels ebenfalls auf 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.
  • 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 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 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.
  • Neben der an sich bereits aus den vorgenannten Gründen vorteilhaften axialen Fixierung des Innenrings eines Radiallagers mit einer Vielzahl an Radial-Befestigungsmittel haben diese ferner, insbesondere in Verbindung mit Anschlagelementen und/oder Distanzelementen den großen Vorteil, dass sie beim (Wieder-)Einsetzen des Rotorwellenabschnitts mit einem bereits montierten ersten Radiallager, relativ einfach eine axiale Nachjustierung des Innenrings, insbesondere einer auf den Innenring wirkenden axialen Vorspannung, ermöglichen, so dass im Verhältnis zu einer Axialfixierung des Innenrings mit einer Wellenmutter, auch oben am Turmende relative einfach eine Nachjustierung des Innenrings möglich ist, falls die am Boden vorgenommene Justierung sich als nicht zufriedenstellend erweisen sollte. Somit ist die Axialfixierung mithilfe von Radial-Befestigungsmitteln insbesondere im Zusammenhang mit einer erfindungsgemäßen Windenergieanlage mit einer erfindungsgemäßen Zwischenflanschverbindung, welche keinen Ausgleich eines radialen Versatzes oder eines Winkelversatzes ermöglicht, von Vorteil.
  • 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 aneinander liegenden 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 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.
  • 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 vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Windenergieanlage weist der Rotorwellenabschnitt in axialer Richtung eine Gesamtlänge von mindestens 2,0 m bis maximal 4,0 m auf, vorzugsweise von mindestens 2,00 m bis 3,50 m, insbesondere von 2,50 m bis 3,20 m, besonders bevorzugt höchstens 2,00 m bis höchstens 2,50 m. Besonders bevorzugt ist die Zwischenflanschverbindung mit einem Abstand von 2,50 m zum ersten Ende angeordnet. Ein maximaler Außendurchmesser der Rotorwelle, insbesondere im Bereich des Rotorflansches liegt insbesondere in einem Bereich von wenigstens 2,00 m bis höchstens 6,00 m und ist vorzugsweise größer als 2,50 m aber kleiner als 3,60 m, insbesondere größer als 2,80 m und kleiner als 3,20 m.
  • Ein Rotorwellenabschnitt mit einem maximalen Außendurchmesser von weniger als 2,50 m, oder mit einer maximalen Länge von höchstens 2,50 m hat den Vorteil, dass ein Transport auf der Straße ohne als „überbreit“ eingestuft zu werden, möglich ist. Ein Rotorwellenabschnitt mit einem Außendurchmesser von mehr als 2,50 m kann, sofern seine Länge weniger als 2,50m beträgt in der Regel quer transportiert werden, zumindest bis zu einem Außendurchmesser von 4 m. Schwierigkeiten beim Transport auf der Straße ergeben sich in der Regel erst bei Außendurchmessern von mehr als 4 m aufgrund der üblichen Brückendurchfahrtshöhen von nur 4,30 m.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Windenergieanlage ist die Zwischenflanschverbindung zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, als Schraubflanschverbindung ausgebildet, wobei die Zwischenflanschverbindung vorzugsweise mittels parallel zur Längsachse der Rotorwelle angeordneten Verschraubungsmitteln in axialer Richtung vorgespannt ist, insbesondere mittels Schrauben und/oder Stehbolzen. Hierdurch lässt sich eine besonders feste und sichere Zwischenflanschverbindung herstellen, insbesondere eine Verbindung, deren Vorspannkraft innerhalb enger Grenzen präzise einstellbar ist.
  • „Stehbolzen“ im Sinne der vorliegenden Erfindung sind Bolzen, insbesondere Metallbolzen, welche mit einem Aussengewindeende fest mit einem Bauteil, in diesem Fall der Rotorwelle, verschraubt sind und somit auf diesem „stehen“. Über einen Stehbolzen können dann weitere Bauteile mit dem ersten, d.h. in diesem Fall mit der Rotorwelle, verbunden werden. In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist wenigstens ein Stehbolzen ein Metallbolzen mit Außengewinde an beiden Enden, wobei Stehbolzen, insbesondere in Form von speziellen „Gewindestangen“, sowie deren Verwendung in Windenergieanlagen aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt sind.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Windenergieanlage ist die Zwischenflanschverbindung zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, als zweireihige Schraubflanschverbindung ausgebildet. D.h. die Verschraubungsmittel sind in Umfangsrichtung entlang zweier verschiedener Durchmesser angeordnet, d.h. in zwei Reihen mit unterschiedlichem Abstand zur Längsachse bzw. zur Rotationsachse der Rotorwelle. Hierdurch lässt sich eine besonders feste Zwischenflanschverbindung mit einem geringen Bauraumbedarf realisieren.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Windenergieanlage ist die Zwischenflanschverbindung als wechselseitige Flanschverbindung ausgebildet, bei welcher zum Herstellen der Zwischenflanschverbindung zumindest ein Verschraubungsmittel vom ersten Ende des Rotorwellenabschnitts in Richtung des zweiten Endes des Rotorwellenabschnitt eingeschraubt worden ist und wenigstens ein Verschraubungsmittel in der entgegengesetzten Richtung, wobei vorzugsweise jeweils zwei benachbarte Verschraubungsmittel jeweils in wechselseitiger Richtung eingeschraubt worden sind, insbesondere in entgegengesetzten Richtungen. Hierdurch lässt sich eine besonders bauraumsparende Zwischenflanschverbindung mit besonders günstigem Kraftfluss erreichen.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Windenergieanlage weist die Zwischenflanschverbindung ein oder mehrere Innensechskantschrauben und/oder ein oder mehrere Spannelemente mit Vielfachschrauben auf, insbesondere ein oder mehrere sogenannte „Superbolts®“.
  • Spannelemente mit Vielfachschrauben, welche auch als sogenannte „Multi-Jackbolt-Tensioners“ bekannt sind, insbesondere unter dem Namen Superbolts® der Nord-Lock AG, weisen eine gemeinsame Gewindeverbindung auf, welche mittels einer Vielzahl an Schrauben (daher die Bezeichnung „Spannelement mit Vielfachschrauben“) vorgespannt werden kann. Diese ermögliche, dass auch Schraubverbindungen mit größeren Gewindedurchmessern, insbesondere Schraubverbindungen mit Schraubendurchmessern von mehr als 2,54 cm, ebenfalls mit ausreichend kleinen, gut aufzubringenden Anzugsmomenten vorgespannt werden können. D.h., mit diesen kann im Verhältnis zu den erforderlichen Anzugsmomenten eine besonders hohe Vorspannung erreicht werden.
  • Innensechskantschrauben haben den Vorteil, dass sie einen deutlich geringeren Bauraumbedarf haben als Außensechskantschrauben, so dass bei der Verwendung von Innensechskantschrauben mehr Verschraubungsmittel in Umfangsrichtung angeordnet werden können als bei der Verwendung von Außensechskantschrauben. Mit einer größeren Anzahl von Schrauben lassen sich höhere Vorspannkräfte erreichen und somit eine höhere Festigkeit der Schraubverbindung.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Windenergieanlage weist die Rotorwelle im Bereich der Zwischenflanschverbindung zumindest eine dem Rotorwellenabschnitt zugeordnete Kontaktfläche auf, insbesondere eine dem zweiten Ende des Rotorwellenabschnitts zugeordnete Kontaktfläche und wenigstens eine dem weiteren Wellenabschnitt zugeordnete Kontaktfläche, insbesondere eine dem zweiten Ende des Rotorwellenabschnitts zugewandte Kontaktfläche, wobei die beiden Kontaktflächen insbesondere aneinander anliegen, und wobei wenigstens eine der beiden Kontaktflächen eine reibwerterhöhende Beschichtung aufweist, vorzugsweise beide. Hierdurch kann die Festigkeit der Zwischenflanschverbindung auf einfache Art und Weise erhöht werden, insbesondere nennenswert und ohne eine signifikante Gewichtserhöhung.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Windenergieanlage ist im Bereich der Zwischenflanschverbindung zwischen den beiden Kontaktflächen wenigstens ein Zwischenelement angeordnet und axial zwischen den Kontaktflächen verspannt, insbesondere mittels der Verschraubungsmittel, wobei das wenigstens eine Zwischenelement insbesondere eine reibwerterhöhende Beschichtung aufweist.
  • Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Demontieren und/oder Austauschen eines ersten Radiallagers einer Windenergieanlage gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung, insbesondere einer erfindungsgemäßen Windenergieanlage, umfasst wenigstens die folgenden Schritte:
    • - Arretieren der Rotorwelle und Abstützen des vom Rotor abgewandten Teils der Zwischenflanschverbindung, insbesondere eines weiteren Wellenabschnitts im Bereich der Zwischenflanschverbindung,
    • - Abstützen des Rotors und Lösen der Verbindung des Rotors an der Rotorwelle an einem ersten Ende des Rotorwellenabschnitts ,
    • - Lösen der Zwischenflanschverbindung, und
    • - Entfernen des Rotorwellenabschnitts mit dem daran befestigten ersten Radiallager aus der Windenergieanlage, vorzugsweise zusammen mit einem zugehörigen, das erste Radiallager zumindest teilweise umgebenden Radiallagergehäuse, wobei wenigstens der Rotorwellenabschnitt und das erste Radiallager eine zu einer Baugruppe zusammengefasste Einheit bilden und gemeinsam als Baugruppe demontiert werden.
  • Hierdurch kann im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zum Austausch des ersten Radiallagers wie es beispielsweise aus der DE 103 51 524 A1 bekannt ist, die Demontage erheblich vereinfacht werden, da das Radiallager nicht oben am Turm der Windenergieanlage von dem zugehörigen Wellenabschnitt demontiert bzw. bei einem Austausch auch dort wieder auf dem Wellenabschnitt montiert werden muss.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, dass das Radiallager zusammen mit dem zugehörigen Wellenabschnitt demontiert werden kann und am Boden, z.B. in einer entsprechenden Werkstatt vom Rotorwellenabschnitt demontiert werden kann. Dies stellt einen erheblichen Vorteil dar und vereinfacht die Demontage sowie einen Austausch des ersten Radiallagers erheblich.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Demontieren und/oder Austauschen eines ersten Radiallagers einer Windenergieanlage werden ferner bevorzugt zusätzlich die folgenden Schritte durchgeführt:
    • - Absenken der demontierten Baugruppe, die wenigstens den Rotorwellenabschnitt und das erste Radiallager umfasst, auf eine Demontagehöhe, insbesondere auf den Boden,
    • - gegebenenfalls Transportieren der Baugruppe zu einem Demontageplatz, und
    • - Demontieren des ersten Radiallagers vom Rotorwellenabschnitt,
    sowie insbesondere die weiteren Schritte:
    • - Montieren eines Austausch-Radiallagers auf dem ersten Rotorwellenabschnitt,
    • - Transportieren der Baugruppe vom Demontageplatz oder einem von diesem verschiedenen Montageplatz zum Turm der Windenergieanlage,
    • - Anheben der Baugruppe, die wenigstens den Rotorwellenabschnitt und das erste Radiallager umfasst, auf eine Montagehöhe, insbesondere bis auf Höhe der Längsachse der Rotorwelle,
    • - Einsetzen des Rotorwellenabschnitts mit dem daran befestigten Austausch-Radiallager in der Windenergieanlage zwischen dem abgestützten Rotor und dem vom Rotor abgewandten und abgestützten Teils der Zwischenflanschverbindung, vorzugsweise zusammen mit dem zugehörigen, das Austauch-Radiallager zumindest teilweise umgebenden Radiallagergehäuse, wobei wenigstens der Rotorwellenabschnitt und das Austausch-Radiallager eine zu einer Baugruppe zusammengefasste Einheit bilden und gemeinsam als Baugruppe eingesetzt werden,
    • - Herstellen der Zwischenflanschverbindung,
    • - Verbinden des Rotors mit der Rotorwelle am ersten Ende des Rotorwellenabschnitts und Entfernen der Abstützung des Rotors, und
    • - Lösen der Abstützung des vom Rotor abgewandten Teils der Zwischenflanschverbindung, insbesondere des weiteren Wellenabschnitts im Bereich der Zwischenflanschverbindung, und Lösen der Arretierung der Rotorwelle.
  • Die Demontagehöhe kann Offshore auch das Absetzen auf eine an der Tragstruktur angeordnete Montageplattform oder auf eine Barge oder einen Schwimmkörper beinhalten.
  • Selbstverständlich ist es auch möglich, statt eines Radiallageraustauschs lediglich eine Inspektion durchzuführen und den Rotorwellenabschnitt wieder mit dem ursprünglichen ersten Radiallager in der Windenergieanlage einzusetzen.
  • Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Montage einer Windenergieanlage gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung, insbesondere zur Montage einer erfindungsgemäßen Windenergieanlage, umfasst die Schritte:
    • - Bereitstellen eines Rotorwellenabschnitts einer Rotorwelle mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende, wobei das erste Ende des Rotorwellenabschnitts dazu ausgebildet und vorgesehen ist, mittels einer Rotorflanschverbindung mit dem Rotor einer Windenergieanlage verbunden zu werden, insbesondere drehfest und starr,
    • - Bereitstellen eines ersten Radiallagers und
    • - Bereitstellen eines weiteren Wellenabschnitts der Rotorwelle,
    • - Montieren des ersten Radiallagers auf dem Rotorwellenabschnitt in einem Bereich zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende des Rotorwellenabschnitts auf dem Rotorwellenabschnitt,
    • - Herstellen einer lösbaren Zwischenflanschverbindung zwischen dem Rotorwellenabschnitt und dem weiteren Wellenabschnitt, so dass der Rotorwellenabschnitt mittels der Zwischenflanschverbindung an seinem zweiten Ende drehfest und starr mit dem weiteren Wellenabschnitt verbunden ist, und
    • - Anordnen und Befestigen der Rotorwelle an einem Maschinenträger einer Windenergieanlage in der Weise, dass die Rotorwelle wenigstens über das erste Radiallager an dem Maschinenträger abgestützt ist und drehbar um die Längsachse gegenüber dem Maschinenträger gelagert ist.
  • Alternativ kann auch erst die Zwischenflanschverbindung hergestellt werden und anschließend das erste Radiallager auf dem Rotorwellenabschnitt angeordnet werden.
  • 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 Ausgestaltungen sowie für den dritten Aspekt der Erfindung und dessen vorteilhafte Ausgestaltungen 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 des Maschinenträgers ohne das zugehörige Gehäuse der Maschinengondel und ohne einen Rotor,
    • 2 in Prinzipdarstellung einen vergrößerten Ausschnitt aus 1 im Bereich des Loslagers und der erfindungsgemäßen Zwischenflanschverbindung mit einem ersten Ausführungsbeispiel der Zwischenflanschverbindung und einem Ausführungsbeispiel einer möglichen und vorteilhaften Ausgestaltung des ersten Radiallagers, und
    • 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel für die Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Zwischenflanschverbindung in vergrößerter Darstellung.
  • 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 sowie ein mit der Rotorwelle 2 verbundener Rotor mit mindestens zwei Rotorblättern nicht dargestellt sind.
  • Erfindungsgemäß ist die Rotorwelle 2 axial wenigstens zweigeteilt und weist einen Rotorwellenabschnitt 2D mit einem Flansch 1 zur drehfesten und starren Verbindung mit dem Rotor auf sowie einen weiteren Wellenabschnitt 2E, welcher erfindungsgemäß mittels einer lösbaren Zwischenflanschverbindung 25 mit dem Rotorwellenabschnitt 2D verbunden ist, in diesem Fall drehfest und starr, insbesondere biegesteif. Die Zwischenflanschverbindung 25 ist dabei in 1 nur schematisch angedeutet.
  • Der Rotorwellenabschnitt 2D weist ein erstes Ende 2D-1 auf, welches in diesem Fall den Flansch 1 zur Herstellung einer Rotorflanschverbindung mit dem Rotor umfasst, sowie ein zweites Ende 2D-2, über welches der Rotorwellenabschnitt 2D mit dem weiteren Wellenabschnitt 2E mittels der Zwischenflanschverbindung 25 verbunden ist.
  • Die Rotorwelle 2 ist als Hohlwelle ausgebildet und über eine 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 gemäß einer sogenannten Dreipunkt-Lagerung (im Sinne dieser Patentanmeldung) mit der zweiten Radiallagerung im Getriebe ausgebildet, wobei die Abstützung in diesem Fall mithilfe einer Vielzahl von Elastomer-Lagern in der Getriebeabstützung 12 erfolgt.
  • Die Zwischenflanschverbindung 25 ist dabei zwischen dem ersten Radiallager 3 und dem zweiten Radiallager 4 angeordnet, insbesondere mit einem Abstand von 2.500 mm vom ersten Ende 2D-1 des Rotorwellenabschnitts 2D, wobei der Rotorwellenabschnitt 2D in diesem Fall auch eine Gesamtlänge von 2.500 mm aufweist. Der maximale Außendurchmesser des Rotorwellenabschnitts 2D und in diesem Fall damit auch der Rotorwelle 2 beträgt bei diesem Ausführungsbeispiel 3.500 mm und liegt im Bereich des Flansches 1.
  • Bei diesem ersten Ausführungsbeispiel ist die Zwischenflanschverbindung 25 vollständig, als Schraubflanschverbindung ausgebildet und mittels parallel zur Längsachse der Rotorwelle angeordneten Verschraubungsmitteln 30 in Form von Innensechskantschrauben 30 in axialer Richtung vorgespannt. Die einzelnen Verschraubungen sind dabei zweireihig jeweils auf unterschiedlichen Durchmessern in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt angeordnet, d.h. in zwei Reihen mit unterschiedlichem Abstand zur Rotationsachse A der Rotorwelle 2. In diesem Fall ist die Zwischenflanschverbindung 25 als gleichseitige Schraubverbindung ausgebildet, d.h. die Schrauben 30 sind von der gleichen Seite zugeführt, d.h. der Schraubenkopf befindet sich jeweils auf der gleichen Seite.
  • 2 zeigt in Prinzipdarstellung einen vergrößerten Ausschnitt aus 1 im Bereich des Loslagers 3 und der erfindungsgemäßen Zwischenflanschverbindung 25 mit einem ersten Ausführungsbeispiel einer möglichen Ausgestaltung der Zwischenflanschverbindung 25 und einem Ausführungsbeispiel einer möglichen und vorteilhaften Ausgestaltung des ersten, bevorzugt als Loslager ausgebildeten Radiallagers 3 der 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,nur schematisch dargestellt ist.
  • In dieser Darstellung lässt sich besonders gut die zweireihige und gleichseitige Ausgestaltung der Zwischenflanschverbindung 25 erkennen, wobei die in 2 dargestellte Zwischenflanschverbindung 25 in einer möglichen konstruktiven Ausgestaltung skizziert ist.
  • Insbesondere der Rotorwellenabschnitt 2D ist dabei aus Gusseisen hergestellt und an seinem zweiten Ende im Bereich der Zwischenflanschverbindung 25 sowie im Bereich des Flansches 1 sowie im Bereich des Lagersitzes des ersten Radiallagers 3 nachbearbeitet, insbesondere an seiner Oberfläche. Der weitere Wellenabschnitt 2E ist im Bereich der Zwischenflanschverbindung ebenfalls nachbearbeitet.
  • Um dies zu verdeutlichen, sind Bereiche der Rotorwelle 2, insbesondere des Rotorwellenabschnitts 2D und des weiteren Wellenabschnitts 2E, welche nachbearbeitet sind, mit einer doppelten Konturlinie versehen, während werkzeugfallende Oberflächenbereiche mit einer einfachen Konturlinie symbolisiert sind.
  • Der hier nicht näher bezeichnete Innenring des als Loslager 3 ausgebildeten ersten Radiallagers 3 ist durch Aufschrumpfen auf einen ersten Wellenabsatz 2A drehfest mit der Rotorwelle 2, bzw. in diesem Fall dem Rotorwellenabschnitt 2D, 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 ebenfalls nicht näher bezeichnete 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.
  • Bei diesem Ausführungsbeispiel 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 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 und/oder nachjustiert 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. Der Rotorwellenabschnitt 2D und der weitere Wellenabschnitt 2E sind hierfür entsprechend ausgestaltet. Dies kann auf einfache Art und Weise erreicht werden, in dem die Flansche für die Zwischenflanschverbindung 25 sich in radialer Richtung nach innen erstrecken, wie beispielsweise in 1 angedeutet, oder wie in 2 oder 3 ausgestaltet werden.
  • Bei dem in 1 und 2 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, was nur angedeutet ist, gelagert ist. 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.
  • 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für die Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Zwischenflanschverbindung 25' in vergrößerter Darstellung, wobei diese Zwischenflanschverbindung 25' als wechselseitige Zwischenflanschverbindung 25' ausgebildet ist, bei welcher zum Herstellen der Zwischenflanschverbindung 25' benachbarte Verschraubungsmittel 30 jeweils abwechselnd vom ersten Ende 2D-1 des Rotorwellenabschnitts 2D in Richtung des zweiten Endes 2D-2 des Rotorwellenabschnitts 2D in den weiteren Wellenabschnitt 2E eingeschraubt worden sind bzw. in der entgegengesetzten Richtung.
  • Bei dieser Zwischenflanschverbindung 25' sind die jeweils einander zugewandten Kontaktflächen 41 und 42 ferner jeweils mit einer reibwerterhöhenden Beschichtung versehen, um die Festigkeit der Zwischenflanschverbindung noch weiter zu verbessern.
  • Die Kontaktflächen 41 und 42 liegen in diesem Fall jedoch unmittelbar nicht aneinander an, wie bspw. bei der Zwischenflanschverbindungen 25 aus 1 und 2, sondern zwischen ihnen ist ein Zwischenelement 40 angeordnet, welches ebenfalls zur Reibwerterhöhung innerhalb der Zwischenflanschverbindung 25' dient und ebenfalls eine reibwerterhöhende Beschichtung den Kontaktflächen zum Rotorwellenabschnitt 2D und zum weiteren Wellenabschnitt 2E aufweist und somit zur weiteren Verbesserung der Tragfähigkeit dient.
  • Zum Demontieren und/oder Austauschen des ersten Radiallagers 3 der Windenergieanlage 100 kann die Rotorwelle 2 arretiert werden und der vom Rotor abgewandte Teil der Zwischenflanschverbindung 25 bzw. 25' abgestützt werden, insbesondere der weitere Wellenabschnitt 2E im Bereich der Zwischenflanschverbindung 25 bzw. 25'.
  • Anschließend kann durch Abstützen des Rotors und nachfolgendes Lösen der Verbindung des Rotors an der Rotorwelle 2 am ersten Ende 2D-1 des Rotorwellenabschnitts 2D und Lösen der Zwischenflanschverbindung 25 bzw. 25' am zweiten Ende 2D-2 der komplette Rotorwellenabschnitt 2D inklusive des ersten Radiallagers 3 sowie in diesem Fall auch mit der zugehörigen Lagerschale 8 von der Windenergieanlage 8 gelöst werden und derart freigelegt werden, dass der Rotorwellenabschnitt 2D mit dem daran befestigten ersten Radiallager 3 und dem zugehörigen Lagergehäuse 8 als zu einer Baugruppe zusammengefasste Einheit gemeinsam demontiert werden kann.
  • Durch Absenken der demontierten Baugruppe auf eine Demontagehöhe, insbesondere auf den Boden, und gegebenenfalls Transportieren der Baugruppe zu einem Demontageplatz, und Demontieren des ersten Radiallagers 3 vom Rotorwellenabschnitt 2D, kann das erste Radiallager 3 auf besonders einfache Weise demontiert bzw. ausgetauscht werden, nämlich am Boden und nicht oben am Turm.
  • Ist ein Austausch des ersten Radiallagers 3 erforderlich, kann dieser durch die folgenden Schritte bewerkstelligt werden: Montieren eines Austausch-Radiallagers auf dem Rotorwellenabschnitt 2D, Transportieren der Baugruppe vom Demontageplatz oder einem von diesem verschiedenen Montageplatz zum Turm der Windenergieanlage 100, Anheben der Baugruppe, die wenigstens den Rotorwellenabschnitt 2D und das Austausch-Radiallager 3 umfasst, auf eine Montagehöhe, insbesondere bis auf Höhe der Längsachse A der Rotorwelle 2, Einsetzen des Rotorwellenabschnitts 2D mit dem daran befestigten Austausch-Radiallager 3 in der Windenergieanlage 100 zwischen dem abgestützten Rotor und dem vom Rotor abgewandten und abgestützten Teils 2E der Zwischenflanschverbindung 25 bzw. 25', vorzugsweise zusammen mit dem zugehörigen, das Austauch-Radiallager 3 zumindest teilweise umgebenden Radiallagergehäuse 8, wobei wenigstens der Rotorwellenabschnitt 2D und das Austausch-Radiallager 3 eine zu einer Baugruppe zusammengefasste Einheit bilden und gemeinsam als Baugruppe eingesetzt werden, Herstellen der Zwischenflanschverbindung 25 bzw. 25', Verbinden des Rotors mit der Rotorwelle 2 am ersten Ende 2D-1 des Rotorwellenabschnitts 2D und Entfernen der Abstützung des Rotors, Lösen der Abstützung des vom Rotor abgewandten Teils der Zwischenflanschverbindung 25 bzw. 25', insbesondere des weiteren Wellenabschnitts 2E im Bereich der Zwischenflanschverbindung 25 bzw. 25' und Lösen der Arretierung der Rotorwelle 2.
  • Falls erforderlich kann mittels der Radial-Befestigungsmittel 14 und/oder der Anschlagelemente 15 und/oder der Distanzelemente 13A, 13B eine Nachjustierung der Vorspannung des Innenrings des Austausch-Radiallagers vorgenommen werden.
  • Die Montage der Windenergieanlage 100 erfolgt bevorzugt mit wenigstens den folgenden Schritten: Bereitstellen eines Rotorwellenabschnitts 2D einer Rotorwelle 2 mit einem ersten Ende 2D-1 und einem zweiten Ende 2D-2, Bereitstellen des ersten Radiallagers 3 und Bereitstellen des weiteren Wellenabschnitts 2E, Montieren des ersten Radiallagers 3 auf dem Rotorwellenabschnitt 2D in einem Bereich zwischen dem ersten Ende 2D-1 und dem zweiten Ende 2D-2 des Rotorwellenabschnitts auf dem Rotorwellenabschnitt 2D, Herstellen einer lösbaren Zwischenflanschverbindung 25 bzw. 25' zwischen dem Rotorwellenabschnitt 2D und dem weiteren Wellenabschnitt 2E, so dass der Rotorwellenabschnitt 2D mittels der Zwischenflanschverbindung 25 bzw. 25' an seinem zweiten Ende 2D-2 drehfest und starr mit dem weiteren Wellenabschnitt 2E verbunden ist, Anordnen und Befestigen der Rotorwelle 2 an einem 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.
  • Bezugszeichenliste
    • 100
    erfindungsgemäße Windenergieanlage
    10
    Lageranordnung einer erfindungsgemäßen Windenergieanlage
    1
    Flansch zur Anbindung eines Rotors
    2
    Rotorwelle
    2A
    erster Wellenabsatz
    2B
    Wellenschulter
    2C
    zweiter Wellenabsatz
    2D
    Rotorwellenabschnitt
    2D-1
    erstes Ende des Rotorwellenabschnitts
    2D-2
    zweites Ende des Rotorwellenabschnitts
    2E
    weiterer Wellenabschnitt
    3
    erstes Radiallager; Loslager
    4
    zweites Radiallager
    6
    Maschinenträger
    7
    Turm
    8
    Lagerschale des ersten Radiallagers
    11
    Getriebe
    12
    Getriebeabstützung
    13A, 13B
    Distanzelement
    14
    Radial-Befestigungsmittel
    15
    Anschlagelement
    17
    Lagerdeckel
    18
    Reibwerterhöhungselement
    20
    Freistich
    24
    Dichtelement, insbesondere Radialwellendichtring
    25, 25'
    Zwischenflanschverbindung
    30
    Verschraubungsmittel
    40
    Zwischenelement
    41
    Kontaktfläche des Rotorwellenabschnitts
    42
    Kontaktfläche des weiteren Wellenabschnitts
    A
    Längsachse bzw. Rotationsachse der Rotorwelle
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 3118472 A1 [0005]
    • EP 2740933 B1 [0006]
    • DE 10351524 A1 [0029, 0104]

Claims (15)

  1. Windenergieanlage (100), umfassend: - einen Rotor mit mindestens zwei Rotorblättern, - eine Rotorwelle (2), und - einen Maschinenträger (6), 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) umfasst, wobei die Rotorwelle (2) in axialer Richtung wenigstens zweigeteilt ist und einen Rotorwellenabschnitt (2D) und wenigstens einen weiteren Wellenabschnitt (2E) aufweist, wobei der Rotorwellenabschnitt (2D) ein dem Rotor zugewandtes erstes Ende (2D-1) und ein vom Rotor abgewandtes zweites Ende (2D-2) aufweist, wobei die Rotorwelle (2) im Bereich des Rotorwellenabschnitts (2D) mittels des ersten Radiallagers (3) gelagert ist und das erste Radiallager (3) in axialer Richtung zwischen dem ersten Ende (2D-1) des Rotorwellenabschnitts (2D) und dem zweiten Ende (2D-2) des Rotorwellenabschnitts (2D) angeordnet ist, wobei der Rotorwellenabschnitt (2D) an seinem ersten, dem Rotor zugewandten Ende (2D-1) mittels einer Rotorflanschverbindung mit dem Rotor verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotorwellenabschnitt (2D) an seinem zweiten, vom Rotor abgewandten Ende (2D-2) mittels einer lösbaren Zwischenflanschverbindung (25, 25') drehfest und starr mit dem weiteren Wellenabschnitt (2E) verbunden ist.
  2. Windenergieanlage (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotorwellenabschnitt (2D) zusammen mit dem ersten Radiallager (3), insbesondere zusätzlich zusammen mit einem zugehörigen Radiallagergehäuse (8), als zu einer Baugruppe zusammengefasste Einheit getrennt vom Rotor und/oder dem weiteren Wellenabschnitt (2E) demontierbar ist, insbesondere austauschbar.
  3. Windenergieanlage (100), nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lageranordnung (10) ein in axialer Richtung, auf der vom Rotor abwandten Seite des ersten Radiallagers (3) ein zweites Radiallager (4) aufweist, wobei die Zwischenflanschverbindung (25, 25') in axialer Richtung zwischen dem ersten Radiallager (3) und dem zweiten Radiallager (4) angeordnet ist.
  4. Windenergieanlage (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Windenergieanlage (100) ein Getriebe (11) und/oder einen Generator oder eine Getriebe-Generatoreinrichtung umfasst, wobei das zweite Radiallager (4) zumindest teilweise innerhalb des Getriebes (11) oder innerhalb des Generators oder innerhalb der Getriebe-Generatoreinrichtung angeordnet ist.
  5. Windenergieanlage (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Radiallager (3) als Wälzlager ausgebildet ist, insbesondere als Loslager.
  6. Windenergieanlage (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotorwellenabschnitt (2D) in axialer Richtung eine Gesamtlänge von mindestens 2,0 m bis maximal 4,0 m aufweist, vorzugsweise von mindestens 2,00 m bis 3,50 m, insbesondere von 2,50 m bis 3,20 m.
  7. Windenergieanlage (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenflanschverbindung (25, 25') zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, als Schraubflanschverbindung ausgebildet ist, wobei die Zwischenflanschverbindung (25, 25') vorzugsweise mittels parallel zur Längsachse (A) der Rotorwelle (2) angeordneten Verschraubungsmitteln (30) in axialer Richtung vorgespannt ist, insbesondere mittels Schrauben und/oder Stehbolzen.
  8. Windenergieanlage (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenflanschverbindung (25, 25') zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, als zweireihige Schraubflanschverbindung (25, 25') ausgebildet ist.
  9. Windenergieanlage (100) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenflanschverbindung (25') als wechselseitige Flanschverbindung (25') ausgebildet ist, bei welcher zum Herstellen der Zwischenflanschverbindung (25') zumindest ein Verschraubungsmittel (30) vom ersten Ende (2D-1) des Rotorwellenabschnitts (2D) in Richtung des zweiten Endes (2D-2) des Rotorwellenabschnitts (2D) eingeschraubt worden ist und wenigstens ein Verschraubungsmittel (30) in der entgegengesetzten Richtung, wobei vorzugsweise jeweils zwei benachbarte Verschraubungsmittel (30) jeweils in wechselseitiger Richtung eingeschraubt worden sind, insbesondere in entgegengesetzten Richtungen.
  10. Windenergieanlage (100) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenflanschverbindung (25, 25') ein oder mehrere Innensechskantschrauben (30) und/oder ein oder mehrere Spannelemente mit Vielfachschrauben aufweist, insbesondere ein oder mehrere sogenannte „Superbolts®“.
  11. Windenergieanlage (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwelle (2) im Bereich der Zwischenflanschverbindung (25, 25') zumindest eine dem Rotorwellenabschnitt (2D) zugeordnete Kontaktfläche (41) aufweist, insbesondere eine dem zweiten Ende (2D-2) des Rotorwellenabschnitts (2D) zugeordnete Kontaktfläche (41), und wenigstens eine dem weiteren Wellenabschnitt (2E) zugeordnete Kontaktfläche (42), insbesondere eine dem zweiten Ende (2D-2) des Rotorwellenabschnitts (2D) zugewandte Kontaktfläche (42), wobei wenigstens eine der beiden Kontaktflächen (41, 42) eine reibwerterhöhende Beschichtung aufweist, vorzugsweise beide.
  12. Windenergieanlage (100) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Zwischenflanschverbindung (25, 25') zwischen den beiden Kontaktflächen (41, 42) wenigstens ein Zwischenelement (40) angeordnet ist und axial zwischen den Kontaktflächen (41, 42) verspannt ist, insbesondere mittels der Verschraubungsmittel (30), wobei das wenigstens eine Zwischenelement (40) insbesondere eine reibwerterhöhende Beschichtung aufweist.
  13. Verfahren zum Demontieren und/oder Austauschen eines ersten Radiallagers (3) einer Windenergieanlage (100), wobei die Windenergieanlage (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 ausgebildet ist, umfassend die Schritte: Arretieren der Rotorwelle (2) und Abstützen des vom Rotor abgewandten Teils der Zwischenflanschverbindung (25, 25'), insbesondere des weiteren Wellenabschnitts (2E) im Bereich der Zwischenflanschverbindung (25, 25'), Abstützen des Rotors und Lösen der Verbindung des Rotors an der Rotorwelle (2) an einem ersten Ende (2D-1) des Rotorwellenabschnitts (2D), Lösen der Zwischenflanschverbindung (25, 25'), und Entfernen des Rotorwellenabschnitts (2D) mit dem daran befestigten ersten Radiallager (3) aus der Windenergieanlage (100), vorzugsweise zusammen mit einem zugehörigen, das erste Radiallager (3) zumindest teilweise umgebenden Radiallagergehäuse (8), wobei wenigstens der Rotorwellenabschnitt (2D) und das erste Radiallager (3) eine zu einer Baugruppe zusammengefasste Einheit bilden und gemeinsam als Baugruppe demontiert werden.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch die weiteren Schritte: Absenken der demontierten Baugruppe, die wenigstens den Rotorwellenabschnitt (2D) und das erste Radiallager (3) umfasst, auf eine Demontagehöhe, insbesondere auf den Boden, gegebenenfalls Transportieren der Baugruppe zu einem Demontageplatz, und Demontieren des ersten Radiallagers (3) vom Rotorwellenabschnitt, und insbesondere durch die weiteren Schritte: Montieren eines Austausch-Radiallagers (3) auf dem Rotorwellenabschnitt (2D), Transportieren der Baugruppe vom Demontageplatz oder einem von diesem verschiedenen Montageplatz zum Turm (7) der Windenergieanlage (100), Anheben der Baugruppe, die wenigstens den Rotorwellenabschnitt (2D) und das Austausch-Radiallager (3) umfasst, auf eine Montagehöhe, insbesondere bis auf Höhe der Längsachse (A) der Rotorwelle (2), Einsetzen des Rotorwellenabschnitts (2D) mit dem daran befestigten Austausch-Radiallager (3) in der Windenergieanlage (100) zwischen dem abgestützten Rotor und dem vom Rotor abgewandten und abgestützten Teils der Zwischenflanschverbindung (25, 25'), vorzugsweise zusammen mit dem zugehörigen, das Austauch-Radiallager (3) zumindest teilweise umgebenden Radiallagergehäuse (8), wobei wenigstens der Rotorwellenabschnitt (2D) und das Austausch-Radiallager (3) eine zu einer Baugruppe zusammengefasste Einheit bilden und gemeinsam als Baugruppe eingesetzt werden, Herstellen der Zwischenflanschverbindung (25, 25'), Verbinden des Rotors mit der Rotorwelle (2) am ersten Ende (2D-1) des Rotorwellenabschnitts (2D) und Entfernen der Abstützung des Rotors, Lösen der Abstützung des vom Rotor abgewandten Teils der Zwischenflanschverbindung (25, 25'), insbesondere des weiteren Wellenabschnitts (2E) im Bereich der Zwischenflanschverbindung (25, 25'), und Lösen der Arretierung der Rotorwelle (2).
  15. Verfahren zur Montage einer Windenergieanlage (100), insbesondere zur Montage einer Windenergieanlage (100), die nach einem der Ansprüche 1 bis 12 ausgebildet ist, umfassend die Schritte: Bereitstellen eines Rotorwellenabschnitts (2D) einer Rotorwelle (2) mit einem ersten Ende (2D-1) und einem zweiten Ende (2D-2), wobei das erste Ende (2D-1) des Rotorwellenabschnitts (2D) dazu ausgebildet und vorgesehen ist, mittels einer Rotorflanschverbindung mit dem Rotor einer Windenergieanlage (100) verbunden zu werden, insbesondere drehfest und starr, Bereitstellen eines ersten Radiallagers (3) und Bereitstellen eines weiteren Wellenabschnitts (2E) der Rotorwelle (2), Montieren des ersten Radiallagers (3) auf dem Rotorwellenabschnitt (2D) in einem Bereich zwischen dem ersten Ende (2D-1) und dem zweiten Ende (2D-2), Herstellen einer lösbaren Zwischenflanschverbindung (25, 25') zwischen dem Rotorwellenabschnitt (2D) und dem weiteren Wellenabschnitt (2E), so dass der Rotorwellenabschnitt (2D) mittels der Zwischenflanschverbindung (25, 25') an seinem zweiten Ende (2D-2) drehfest und starr mit dem weiteren Wellenabschnitt (2E) verbunden ist, und Anordnen und Befestigen der Rotorwelle (2) an einem 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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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE10351524A1 (de) 2002-11-05 2004-08-12 Roland Weitkamp Rotorlagerung für eine Windenergieanlage
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EP2740933B1 (de) 2012-12-06 2015-07-29 Nordex Energy GmbH Windenergieanlage
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