DE102020133993A1 - Bearing arrangement for a rotating component of a wind turbine and wind turbine - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung (114) für ein rotierendes Bauteil einer Windenergieanlage (100), aufweisend ein Wälzlager (126) mit einem Lagerinnenring (130) und einem Lageraußenring (132), wobeider Lagerinnenring (130) an einem ersten Bauteil (118) gekoppelt ist,der Lageraußenring (132) an einem zweiten Bauteil (142) gekoppelt ist,zwischen Lagerinnen- und Lageraußenring (130, 132) Wälzkörper (134) angeordnet sind,das erste Bauteil (118) und das zweite Bauteil (142) bezüglich einer Rotationsachse (116) der Lageranordnung (114) relativ zueinander rotierbar sind,der Lageraußenring (132) einen Flanschvorsprung (154) aufweist, der sich in radialer Richtung bezüglich der Rotationsachse (116) erstreckt, undzwischen dem Flanschvorsprung (154) und dem zweiten Bauteil (142) eine Stellvorrichtung (158) angeordnet ist, die ausgebildet ist, in axialer Richtung bezüglich der Rotationsachse (116) eine Lagervorspannkraft bzw. ein Lagerspiel einzustellen.Die Erfindung betrifft auch eine Windenergieanlage (100).The invention relates to a bearing arrangement (114) for a rotating component of a wind turbine (100), having a roller bearing (126) with a bearing inner ring (130) and a bearing outer ring (132), the bearing inner ring (130) being coupled to a first component (118). is, the bearing outer ring (132) is coupled to a second component (142), between bearing inner and bearing outer ring (130, 132) rolling elements (134) are arranged, the first component (118) and the second component (142) with respect to an axis of rotation (116) of the bearing arrangement (114) are rotatable relative to one another, the bearing outer ring (132) has a flange projection (154) which extends in the radial direction with respect to the axis of rotation (116), and between the flange projection (154) and the second component (142 ) an adjusting device (158) is arranged, which is designed to set a bearing preload force or a bearing play in the axial direction with respect to the axis of rotation (116). The invention also relates to a Wi nd energy plant (100).
Description
Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung für ein rotierendes Bauteil einer Windenergieanlage. Die Erfindung betrifft darüber hinaus eine Windenergieanlage mit einer solchen Lageranordnung.The invention relates to a bearing arrangement for a rotating component of a wind turbine. The invention also relates to a wind energy plant with such a bearing arrangement.
Windenergieanlagen mit Windenergieanlagenrotorblättern (im Folgenden auch kurz: Rotorblätter) sind aus dem Stand der Technik vielfach bekannt und werden verwendet, um Windenergie in elektrische Energie umzuwandeln. Es ist bekannt, Wälzlager zum Lagern rotierender Bauteile von Windenergieanlagen zu verwenden. Dabei werden die Wälzlager wie beispielsweise Kegelrollenlager oftmals vorgespannt, um einen möglichst störungsfreien Betrieb zu ermöglichen und Lagerschäden zu reduzieren.Wind turbines with wind turbine rotor blades (hereinafter also briefly: rotor blades) are widely known from the prior art and are used to convert wind energy into electrical energy. It is known to use roller bearings to support rotating components of wind turbines. The roller bearings, such as tapered roller bearings, are often preloaded in order to enable the most trouble-free operation possible and to reduce bearing damage.
Eine Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, ist es, ein Konzept zur Lagerung rotierender Bauteile einer Windenenergieanlagen anzugeben, welches das Auftreten von Lagerschäden reduziert oder verhindert, so dass eine Lebensdauer der Lager erhöht und Wartungskosten minimiert werden.An object on which the invention is based is to specify a concept for mounting rotating components of a wind turbine that reduces or prevents the occurrence of bearing damage, so that the service life of the bearings is increased and maintenance costs are minimized.
Gemäß einem ersten Aspekt wird eine Lageranordnung für ein rotierendes Bauteil einer Windenergieanlage offenbart. Die Lageranordnung weist ein Wälzlager mit einem Lagerinnenring und einem Lageraußenring auf. Der Lagerinnenring ist an einem ersten Bauteil gekoppelt. Der Lageraußenring ist an einem zweiten Bauteil gekoppelt. Zwischen Lagerinnen- und Lageraußenring sind Wälzkörper angeordnet. Das erste Bauteil und das zweite Bauteil sind bezüglich einer Rotationsachse der Lageranordnung relativ zueinander rotierbar. Der Lageraußenring weist einen Flanschvorsprung auf, der sich in radialer Richtung bezüglich der Rotationsachse erstreckt. Zwischen dem Flanschvorsprung und dem zweiten Bauteil ist eine Stellvorrichtung angeordnet, die ausgebildet ist, in axialer Richtung bezüglich der Rotationsachse eine Lagervorspannkraft bzw. ein Lagerspiel einzustellen.According to a first aspect, a bearing arrangement for a rotating component of a wind turbine is disclosed. The bearing arrangement has a roller bearing with a bearing inner ring and a bearing outer ring. The bearing inner ring is coupled to a first component. The bearing outer ring is coupled to a second component. Rolling elements are arranged between the inner and outer ring of the bearing. The first component and the second component can be rotated relative to one another with respect to an axis of rotation of the bearing arrangement. The bearing outer ring has a flange projection extending in the radial direction with respect to the axis of rotation. An adjusting device is arranged between the flange projection and the second component, which is designed to set a bearing preload force or a bearing play in the axial direction with respect to the axis of rotation.
Bei herkömmlichen Lageranordnungen würde die Einstellung der Lagervorspannung bzw. des Lagerspiels (negative Vorspannung) bei der (Erst-)Montage in der Produktion erfolgen. Ein nachträgliches Ändern der Vorspannung, etwa bei einer angestellten Kegelrollenlagerung, wäre äußerst schwierig bzw. mit großem Aufwand verbunden. So wären beispielsweise ein Vermessen und zusätzliche Fertigungsschritte, etwa Schleifen und gegebenenfalls Austausch von entsprechenden Bauteilen wie Klemmringe oder Lagerdeckel, notwendig. In anderen Fällen, alternativ zum Einschleifen, können auch Distanzbleche mit definiert abgestuften Dicken genutzt werden. Zur Vereinfachung der Montage könnten auch segmentierte Bleche genutzt werden, um diese radial einbringen zu können. Es gilt zu beachten, dass bei derartigen Montagearten Lager bzw. Lagerinnenringe beispielsweise erwärmt werden, um diese auf eine Welle aufziehen zu können, weil für die Verbindung von Lagerinnenring zu Welle eine Übermaßpassung mit großem Übermaß typischerweise vorgesehen ist, um ein Ringwandern zu vermeiden, welches häufig Passungsrost generieren und zu einem Dauerfestigkeitsproblem führen kann. Das gilt vor allem für Lageranordnungen und Belastungssituationen, bei denen eine Umfangslast auf den Lagerinnenring wirkt. Typischerweise wird zunächst eine Maßkette ermittelt und die Bauteile zum Aufbringen der Vorspannung werden eingeschliffen bzw. passende Distanzbleche zusammengestellt. Diese Bauteile müssen soweit vorbereitet werden, dass die Montage erfolgen kann, bevor der Abkühlprozess abgeschlossen ist oder es muss eine Hilfsvorrichtung genutzt werden, um die Vorspannung im Abkühlprozess aufzubringen. Danach erfolgt ein Vermessen, das Einschleifen bzw. die Auswahl der Distanzbleche und anschließend die Montage (Die Vorrichtung muss nach der Montage der Bauteile demontierbar sein).In conventional bearing arrangements, the bearing preload or bearing clearance (negative preload) would be set during (initial) assembly in production. Subsequent changing of the preload, for example in the case of an adjusted tapered roller bearing, would be extremely difficult or involve a great deal of effort. For example, measurement and additional manufacturing steps, such as grinding and, if necessary, replacement of corresponding components such as clamping rings or bearing caps, would be necessary. In other cases, as an alternative to grinding in, spacer plates with defined graduated thicknesses can also be used. To simplify assembly, segmented metal sheets could also be used in order to be able to bring them in radially. It should be noted that with such types of assembly, bearings or bearing inner rings are heated, for example, in order to be able to pull them onto a shaft, because an interference fit with a large oversize is typically provided for the connection of the bearing inner ring to the shaft in order to avoid ring creep, which frequently generate fretting corrosion and lead to a fatigue strength problem. This is especially true for bearing arrangements and loading situations where a circumferential load acts on the bearing inner ring. Typically, a dimension chain is first determined and the components for applying the prestress are ground in or suitable spacer plates are put together. These components must be prepared to such an extent that assembly can take place before the cooling process is complete, or an auxiliary device must be used to apply the prestress during the cooling process. This is followed by measuring, grinding in or the selection of the spacer plates and then assembly (the device must be able to be dismantled after the assembly of the components).
Die erfindungsgemäße Anordnung sieht vor, dass die Vorspannkraft bzw. das Lagerspiel des Wälzlagers über den Flanschvorsprung eingestellt wird. Die Vorspannkraft (negativ oder positiv) wirkt erfindungsgemäß axial zwischen dem Flanschvorsprung und dem zweiten Bauteil. Über den Lageraußenring wirkt die Vorspannkraft auf die Wälzkörper und den Lagerinnenring. Hierzu ist die Stellvorrichtung vorgesehen, die zwischen dem Flanschvorsprung und dem zweiten Bauteil angeordnet ist bzw. wirkt. Mit anderen Worten ist erfindungsgemäß der Flanschvorsprung zur Aufnahme der Stellvorrichtung bzw. zur Aufnahme der Kraft vorgesehen, die mittels der Stellvorrichtung aufgebracht wird, um die Vorspannung der Lagerung zu realisieren. Dies bietet eine Reihe von Vorteilen und technischen Effekten, die nachfolgend beschrieben werden.The arrangement according to the invention provides that the prestressing force or the bearing play of the roller bearing is adjusted via the flange projection. According to the invention, the prestressing force (negative or positive) acts axially between the flange projection and the second component. The preload force acts on the rolling elements and the bearing inner ring via the bearing outer ring. For this purpose, the adjusting device is provided, which is arranged or acts between the flange projection and the second component. In other words, according to the invention, the flange projection is provided for receiving the adjusting device or for receiving the force that is applied by means of the adjusting device in order to realize the prestressing of the bearing. This offers a number of advantages and technical effects, which are described below.
Die offenbarte Lageranordnung ermöglicht ein besonders einfaches Einstellen der Lagervorspannung bei der Erstmontage sowie ein Nachjustieren (insb. ohne komplette Demontage) nach Inbetriebnahme der Lageranordnung bzw. der Maschine/Anlage wie einer Windenergieanlage. Dadurch können Änderungen an der „idealen“ Lagervorspannung durch z.B. Setzerscheinungen, Toleranzen, Wärmeausdehnungen kompensiert werden. Dies führt zu einer Erhöhung der Lagerlebensdauer und somit zu niedrigeren sogenannten „Life-Cycle“-Kosten.The bearing arrangement disclosed enables a particularly simple adjustment of the bearing preload during initial assembly and readjustment (in particular without complete disassembly) after the bearing arrangement or the machine/system such as a wind turbine has been put into operation. As a result, changes to the "ideal" bearing preload due to e.g. settling phenomena, tolerances, thermal expansion can be compensated. This leads to an increase in the bearing service life and thus to lower so-called "life cycle" costs.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass für die Einstellung der Vorspannkraft keine zusätzlichen Bauteile wie eine Hülse, etwa bei einer Vorspannung über einen Lageraußenring, notwendig sind, lediglich ist gemäß der Erfindung am Lageraußenring ein Flansch vorgesehen. Eine Hülsenlösung wäre beispielsweise nachteilig hinsichtlich einer Realisierung der notwendigen Fertigungsanforderungen an einen doppelten Passsitz, gerade bei großen Lagerabmessungen wie sie bei Windkraftanlagen vorherrschen. Durch das Vermeiden zusätzlicher Bauteile wird das Risiko von Passungsrostbildung erheblich reduziert.Another advantage is that no additional components such as a sleeve are required to set the preload force, for example in the case of preload via a bearing outer ring a flange is provided according to the invention on the bearing outer ring. A sleeve solution would be disadvantageous, for example, in terms of realizing the necessary manufacturing requirements for a double snug fit, especially with large bearing dimensions such as those prevailing in wind turbines. By avoiding additional components, the risk of fretting corrosion is significantly reduced.
Die Lageranordnung findet beispielsweise Anwendung bei der der Lagerung von Rotoren von Windenergieanlagen. Gerade bei den aktuellen Anlagenentwicklungen der Multi-Megawatt Klasse sieht man vermehrt Rotorlagerkonzepte mit Kegelrollenlagern, beispielsweise zwei angestellten Kegelrollenlagern in O-Anordnung. Weiterhin könnte die erfindungsgemäße Lösung auch für die angestellte Lagerungen im Getriebebau bei Windenergieanlagen eingesetzt werden, wie z.B. auf der schnellen Abtriebswelle, um u.a. das Risiko von Lagerschlupf zu reduzieren.The bearing arrangement is used, for example, in the bearing of the rotors of wind turbines. Especially in the current system developments of the multi-megawatt class, rotor bearing concepts with tapered roller bearings are increasingly being seen, for example two tapered roller bearings placed in an O arrangement. Furthermore, the solution according to the invention could also be used for the offset bearings in gearbox construction in wind turbines, such as on the high-speed output shaft, in order to reduce the risk of bearing slip, among other things.
Der Flanschvorsprung erstreckt sich in radialer Richtung von der Rotationsachse weg. Bei dem Flanschvorsprung handelt es sich gemäß einer Ausführungsform um einen ringförmig um die Rotationsachse umlaufenden Vorsprung. Gemäß Ausführungsformen handelt es sich bei dem Flanschvorsprung um einen teilweise umlaufenden Abschnitt oder mehrere umlaufende Abschnitte, die voneinander beabstandet sind. Der Flanschvorsprung ist bevorzugt einstückig mit dem Lageraußenring ausgebildet. Mit anderen Worten ist der Flanschvorsprung integraler Bestandteil des Lageraußenrings.The flange projection extends radially away from the axis of rotation. According to one embodiment, the flange projection is a projection that runs annularly around the axis of rotation. According to embodiments, the flange protrusion is a partially circumferential section or several circumferential sections that are spaced apart from one another. The flange projection is preferably formed in one piece with the bearing outer ring. In other words, the flange projection is an integral part of the bearing outer ring.
Der Lageraußenring und der Lagerinnenring sind entsprechend an dem ersten und zweiten Bauteil gekoppelt bzw. festgelegt. Hierfür bieten sich entsprechende Passungen, Wellenabsätze etc. an, so dass das Wälzlager entsprechend vorgespannt werden kann. Beispielsweise ist zwischen dem ersten Bauteil und dem Lagerinnenring eine Übermaßpassung vorgesehen, während zwischen zweitem Bauteil und Lageraußenring vorzugsweise eine Übergangs- oder Spielpassung ausgebildet ist, um das Einstellen der Vorspannung zu vereinfachen. Eine Übermaßpassung zwischen zweitem Bauteil und Lageraußenring wäre jedoch auch denkbar. In anderen Worten ist der Lageraußenring beispielsweise etwas lockerer festgelegt als der Lagerinnenring.The bearing outer ring and the bearing inner ring are respectively coupled or fixed to the first and second component. Appropriate fits, shaft shoulders, etc. are available for this so that the roller bearing can be preloaded accordingly. For example, an interference fit is provided between the first component and the bearing inner ring, while a transition or clearance fit is preferably formed between the second component and the bearing outer ring in order to simplify the setting of the preload. However, an interference fit between the second component and the outer bearing ring would also be conceivable. In other words, the outer bearing ring is fixed somewhat more loosely than the inner bearing ring, for example.
Für die Vorspannungseinstellung ist beispielsweise unter Berücksichtigung der Maßkette und Toleranzen ein Spalt zwischen Flanschvorsprung und zweitem Bauteil vorzusehen. Dieser Spalt wird bei der Montage durch die Stellvorrichtung überbrückt und dadurch eine Verspannung der Lagereinheit herbeigeführt.For example, a gap between the flange projection and the second component is to be provided for the preload setting, taking into account the dimensional chain and tolerances. During assembly, this gap is bridged by the adjusting device, thereby causing the bearing unit to be braced.
Der Lagerinnenring ist näher an der Rotationsachse als der Lageraußenring angeordnet.The bearing inner ring is located closer to the axis of rotation than the bearing outer ring.
Gemäß einer Ausführungsform ist das erste Bauteil beispielsweise eine rotierbare Welle, und das zweite Bauteil ist ein feststehendes Lagergehäuse. Feststehend bedeutet, dass das zweite Bauteil bezüglich der Welle ortsfest ist. Mit anderen Worten ist das zweite Bauteil bezogen auf die Lageranordnung ortsfest.According to one embodiment, the first component is, for example, a rotatable shaft and the second component is a stationary bearing housing. Fixed means that the second component is stationary with respect to the shaft. In other words, the second component is stationary in relation to the bearing arrangement.
Gemäß einer Ausführungsform ist das erste Bauteil eine feststehende Achse, und das zweite Bauteil ein rotierbares Element, beispielsweise eine Hohlwelle. Es gilt das oben Gesagte bezüglich des Begriffs feststehend analog, wobei die Achse ortsfest gegenüber der Hohlwelle ist.According to one embodiment, the first component is a stationary axle and the second component is a rotatable element, for example a hollow shaft. What was said above with regard to the term stationary applies analogously, with the axis being stationary relative to the hollow shaft.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Flanschvorsprung integraler Bestandteil des Lageraußenrings. Dies trägt unter anderem zu reduzierten Herstellungskosten, einer einfacheren Montage sowie einer einfacheren Einstellbarkeit der Lagervorspannung bei.According to one embodiment, the flange projection is an integral part of the bearing outer ring. This contributes, among other things, to reduced manufacturing costs, simpler assembly and easier adjustability of the bearing preload.
Gemäß einer Ausführungsform sind der Flanschvorsprung und/oder der Lageraußenring geschmiedet oder aus vollem Rohmaterial hergestellt. Insbesondere ein geschmiedeter Lageraußenring inklusive des Flanschvorsprungs ermöglicht vergleichsweise geringe Kosten und hohe Festigkeiten, was insbesondere bei Großwälzlagern, etwa einem Rotorlager bei einer Windenergieanlage oder einem Planetenträgerlager bei Getrieben der Multi-Megawatt-Klasse, von Vorteil ist.According to one embodiment, the flange boss and/or the bearing cup are forged or machined from solid stock. In particular, a forged bearing outer ring including the flange projection enables comparatively low costs and high strength, which is particularly advantageous for large diameter bearings, such as a rotor bearing in a wind turbine or a planetary carrier bearing in multi-megawatt class gearboxes.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Stellvorrichtung ein oder mehrere hydraulisch axial verstellbare Elemente, etwa hydraulische Stempel, auf, die in axialer Richtung zwischen dem zweiten Bauteil und dem Flanschvorsprung wirken. Beispielsweise ist die Stellvorrichtung durch einen Stempelring gebildet, der zwischen Flanschvorsprung und zweitem Bauteil ringförmig um die Rotationsachse angeordnet ist. Der oder die Stempel sind beispielsweise über eine hydraulische Einrichtung betätigbar zum Einstellen der Lagervorspannkraft. Eine mittels einer solchen hydraulischen Stellvorrichtung eingestellte Lagervorspannung kann beispielsweise mechanisch arretiert bzw. fixiert werden, damit die hydraulische Stellvorrichtung entlastet werden kann. Mit anderen Worten kann die Stellvorrichtung mechanisch fixiert werden.According to one embodiment, the adjusting device has one or more hydraulically axially adjustable elements, such as hydraulic rams, which act in the axial direction between the second component and the flange projection. For example, the adjusting device is formed by a plunger ring, which is arranged in a ring around the axis of rotation between the flange projection and the second component. The stamp or stamps can be actuated, for example, via a hydraulic device in order to set the bearing preload force. A bearing preload adjusted by means of such a hydraulic adjusting device can, for example, be locked or fixed mechanically so that the hydraulic adjusting device can be relieved. In other words, the adjusting device can be fixed mechanically.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Stellvorrichtung eine oder mehrere Abdrückschrauben auf, die durch entsprechend im Flanschvorsprung eingebrachte Gewinde in axialer Richtung gegen das zweite Bauteil verschraubbar sind. Durch Verschrauben der Abdrückschrauben gegen das zweite Bauteil kann der oben erwähnte Spalt zwischen zweitem Bauteil und Flanschvorsprung überbrückt und je nach gewünschte Vorspannkraft vergrößert oder verringert werden. Die Schrauben drücken sich im in den Flansch eingeschraubten Zustand buchstäblich von dem zweiten Bauteil ab, um die axiale Kraftwirkung zu erreichen. Dies stellt eine kostengünstige, mechanisch einfache und sichere Lösung dar.According to one embodiment, the adjusting device has one or more forcing screws, which can be screwed against the second component in the axial direction by means of threads correspondingly introduced in the flange projection. By screwing the forcing screws against the second component can bridge the above-mentioned gap between the second component and the flange projection and can be increased or decreased depending on the desired prestressing force. When screwed into the flange, the screws literally push themselves off the second component in order to achieve the axial force effect. This represents a cost-effective, mechanically simple and safe solution.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Stellvorrichtung durch ein oder mehrere Einlegebleche gebildet, die zwischen Flanschvorsprung und dem zweiten Bauteil angeordnet sind. Dies stellt eine besonders einfache und kostengünstige Lösung dar.According to one embodiment, the adjusting device is formed by one or more metal inserts that are arranged between the flange projection and the second component. This represents a particularly simple and inexpensive solution.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Stellvorrichtung durch eine Mutter gebildet, die auf ein Außengewinde des Flanschvorsprungs gegen das zweite Bauteil verschraubbar ist. Das Gewinde ist folglich am äußeren Umfang des Flanschvorsprungs vorgesehen. Auch hierbei handelt es sich um eine mechanisch besonders sichere und einfache Lösung. According to one embodiment, the adjusting device is formed by a nut which can be screwed onto an external thread of the flange projection against the second component. The thread is thus provided on the outer periphery of the flange projection. This is also a mechanically particularly safe and simple solution.
Alternativ ist das Gewinde im oder am zweiten Bauteil (Lagergehäuse bzw. Strukturbauteil) ausgebildet.Alternatively, the thread is formed in or on the second component (bearing housing or structural component).
Die oben genannten Ausführungsformen für die Stellvorrichtung können auch kombiniert zum Einsatz kommen. Beispielsweise könnte die Stellvorrichtung hydraulisch verstellbare Elemente, etwa die genannten Stempel, sowie die Abdrückschrauben aufweisen. Dies eröffnet die Möglichkeit rein hydraulisch die Vorspannkraft einzustellen und den eingestellten Zustand über eine entsprechende Einstellung der Abdrückschrauben zu sichern bzw. zu erhalten. Sobald die Abdrückschrauben entsprechend verschraubt sind, kann das hydraulische System wieder entspannt werden, d.h. der Druck abgebaut werden.The above-mentioned embodiments for the adjusting device can also be used in combination. For example, the adjusting device could have hydraulically adjustable elements, such as the stamps mentioned, and the forcing screws. This opens up the possibility of setting the preload force purely hydraulically and securing or maintaining the set state by appropriately setting the forcing screws. As soon as the forcing screws have been screwed in accordingly, the hydraulic system can be relaxed again, i.e. the pressure can be reduced.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Lageranordnung eine Sensoreinrichtung auf, die ausgebildet ist, die Lagervorspannung zu ermitteln. Das Messen der Lagervorspannung erfolgt beispielsweise einmalig bei der Erstmontage. Das Messen kann zusätzlich während des Betriebs der Lageranordnung, d.h. im Betrieb der Windenergieanlage, erfolgen. Beispielsweise findet eine kontinuierliche Überwachung, etwa in diskreten Zeitabständen, während des Betriebs statt. Beispielsweise werden Längen- und/oder Druck- und/oder Kraftwerte, etwa entsprechende Änderungen, gemessen.According to one embodiment, the bearing arrangement has a sensor device that is designed to determine the bearing preload. The bearing preload is measured once, for example, during initial assembly. The measurement can also take place during operation of the bearing arrangement, i.e. during operation of the wind turbine. For example, continuous monitoring takes place, for example at discrete time intervals, during operation. For example, length and/or pressure and/or force values, such as corresponding changes, are measured.
Dadurch ist ermöglicht, im Betrieb der Maschine/Windenergieanlage bzw. im Betrieb der Lageranordnung in Abhängigkeit vom Betriebs- und Belastungszustand die optimale Lagervorspannung variabel einzustellen. Hierzu können weitere Komponenten, etwa eine Steuervorrichtung zur Betätigung der Stellvorrichtung und/oder ein oder mehrerer Sensoren zum Überwachen weiterer Betriebsparameter der Lageranordnung und/oder der Windenergieanlage, vorgesehen sein. Diese Komponenten könnten beispielsweise in eine Maschinen-/Anlagensteuerung eingebunden werden. Es ist denkbar, dass im Zuge der kontinuierlichen Überwachung eine Warnmeldung bzw. ein Maschinen- bzw. Anlagenstopp ausgelöst wird, wenn sich die Vorspannung nicht in einem vorgegebenen Sollbereich befindet, um einen vorzeitigen Schaden und Ausfall zu vermeiden.This makes it possible to variably set the optimum bearing preload during operation of the machine/wind energy installation or during operation of the bearing arrangement, depending on the operating and load state. For this purpose, further components, such as a control device for actuating the actuating device and/or one or more sensors for monitoring further operating parameters of the bearing arrangement and/or the wind energy plant, can be provided. These components could be integrated into a machine/plant control system, for example. It is conceivable that, in the course of the continuous monitoring, a warning message or a machine or system stop is triggered if the preload is not within a specified target range, in order to avoid premature damage and failure.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Lageraußenring mit dem zweiten Bauteil mittels einer Übergangs- oder Spielpassung verbunden, um das Einstellen der Vorspannung zu vereinfachen. Wie oben erwähnt ist eine Übermaßpassung aber auch denkbar, wobei dann vor Ort „händisch“ nachjustiert werden würde. Der Lageraußenring weist - neben dem Flanschvorsprung - eine Außenseite auf, mit der der Lageraußenring in Kontakt mit dem zweiten Bauteil steht. Mit anderen Worten handelt es sich um eine der Rotationsachse abgewandte Seite, die parallel zur Rotationsachse verläuft. Mit wieder anderen Worten handelt es sich um einen zylindrischen Abschnitt des Lageraußenrings. Durch die Übergangs- bzw. Spielpassung ist eine vergleichsweise nicht so feste Passung zwischen Lageraußenring und Lagergehäuse (bei einem Wellenkonzept) oder zu der Hohlwelle (bei einem Achskonzept) in der Konstruktion vorgesehen. Dies erleichtert beispielsweise die Montage und auch die Einstellbarkeit, insbesondere die nachträgliche Einstellbarkeit, der Lagervorspannung.According to one embodiment, the bearing outer ring is connected to the second component by means of a transition or clearance fit in order to simplify the setting of the preload. As mentioned above, an oversize fit is also conceivable, in which case it would then be readjusted "manually" on site. In addition to the flange projection, the bearing outer ring has an outer side with which the bearing outer ring is in contact with the second component. In other words, it is a side that faces away from the axis of rotation and runs parallel to the axis of rotation. In other words, it is a cylindrical section of the bearing outer ring. Due to the transition or clearance fit, a comparatively less tight fit between the bearing outer ring and the bearing housing (in the case of a shaft concept) or to the hollow shaft (in the case of an axle concept) is provided in the design. This facilitates, for example, the assembly and also the adjustability, in particular the subsequent adjustability, of the bearing preload.
Gemäß einer Ausführungsform weist das zweite Bauteil eine Ölnut auf, die sich in radialer Richtung in einen Kontaktbereich zwischen zweitem Bauteil und dem Lageraußenring erstreckt. Dadurch kann vor dem Einstellen bzw. Nachjustieren der Lagervorspannung über die Ölnut ein trennender Ölfilm zwischen Lageraußenring und das zweite Bauteil mittels Öldruck erzeugt werden, insbesondere damit beim Einstellen bzw. Nachjustieren der Lagervorspannung, insbesondere bei einer Übergangs- oder Übermaßpassung, die Bauteile nicht fressen. Danach erfolgt die Einstellung bzw. Nachjustage der Lagervorspannung mittels der Stellvorrichtung, beispielsweise unter Beachtung der simultan zu messenden Ist-Vorspannung. Beispielsweise wird nach Abschluss der Einstellung und einer möglichen Fixierung der Stellvorrichtung der Öldruck wieder abgelassen. Bei der Ölauswahl für die Montage sollte auf eine Verträglichkeit mit dem Lagerschmierstoff für den Betrieb geachtet werden.According to one embodiment, the second component has an oil groove which extends in the radial direction into a contact area between the second component and the bearing outer ring. As a result, before setting or readjusting the bearing preload, a separating oil film can be generated between the bearing outer ring and the second component by means of oil pressure via the oil groove, in particular so that the components do not seize when setting or readjusting the bearing preload, especially in the case of a transition or interference fit. The setting or readjustment of the bearing preload then takes place by means of the adjusting device, for example taking into account the actual preload to be measured simultaneously. For example, the oil pressure is released again after the adjustment has been completed and the adjusting device has been possibly fixed. When selecting the oil for assembly, attention should be paid to compatibility with the bearing lubricant for operation.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Lageraußenring formschlüssig mit dem zweiten Bauteil verbunden, so dass der Lageraußenring verdrehsicher mit dem zweiten Bauteil gekoppelt ist. Dadurch lässt sich ein Mitdrehen des Lageraußenringes sicher vermeiden. Dies ermöglicht insbesondere eine Nachjustage ohne komplette Demontage bei Realisierung eines nicht so festen Lagersitzes wie oben beschrieben. Der Formschluss ist z.B. mit einer oder mehreren Passfedern realisierbar. Andere Formschlusslösungen sind ebenso denkbar.According to one embodiment, the bearing outer ring is form-fitting with the second component connected, so that the bearing outer ring is coupled against rotation with the second component. This reliably prevents the bearing outer ring from turning. In particular, this allows readjustment without complete disassembly when realizing a bearing seat that is not as tight as described above. The form fit can be implemented with one or more feather keys, for example. Other positive locking solutions are also conceivable.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Lagerinnenring über einen Stützring axial am ersten Bauteil gesichert. Hierbei handelt es sich um eine besonders kostengünstige Lösung.According to one embodiment, the bearing inner ring is secured axially on the first component via a support ring. This is a particularly cost-effective solution.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Lageranordnung ein weiteres Wälzlager mit einem weiteren Lagerinnenring und einem weiteren Lageraußenring auf. Das oben beschriebene Wälzlager und das weitere Wälzlager bilden ein Lagerpaket. Das Lagerpaket ist entsprechend an den Bauteilen wie oben beschrieben festgelegt, insbesondere axial gesichert. Lediglich an einem Lageraußenring des Lagerpakets ist der Flanschvorsprung vorgesehen wie oben beschrieben, über den sich mittels der Stellvorrichtung das Lagerspiel für das gesamte Lagerpaket einstellen lässt. Bei dieser Lösung ergeben sich die obigen Vorteile und Funktionen analog, wobei eine einfache und sichere Einstellung und Nachjustage der Lagervorspannung für das gesamte Lagerpaket gewährleistet wird.According to one embodiment, the bearing arrangement has a further roller bearing with a further bearing inner ring and a further bearing outer ring. The roller bearing described above and the other roller bearing form a bearing package. The bearing assembly is correspondingly fixed to the components as described above, in particular secured axially. The flange projection is only provided on one bearing outer ring of the bearing assembly, as described above, via which the bearing play for the entire bearing assembly can be adjusted by means of the adjusting device. With this solution, the above advantages and functions result analogously, with a simple and safe setting and readjustment of the bearing preload for the entire bearing package being ensured.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Wälzlager und/oder das zweite Wälzlager ein Schrägkugellager oder ein Kegelrollenlager, insbesondere sind die Wälzkörper der beiden Wälzlager in einer O-Anordnung gegeneinander angestellt. Gerade bei einer O-Anordnung zwei Kegelrollenlager ergeben sich im besonderen Maße die obigen Vorteile und Funktionen.According to one embodiment, the roller bearing and/or the second roller bearing is an angular ball bearing or a tapered roller bearing, in particular the roller bodies of the two roller bearings are set against one another in an O arrangement. Especially with an O-arrangement of two tapered roller bearings, the above advantages and functions result to a particular extent.
Gemäß einem zweiten Aspekt wird eine Windenergieanlage offenbart, welches eine Lageranordnung nach einer der obigen Ausführungsformen aufweist.According to a second aspect, a wind turbine is disclosed which has a bearing arrangement according to one of the above embodiments.
Die Windenergieanlage ermöglicht im Wesentlichen die vorgenannten Vorteile und Funktionen.The wind energy installation essentially enables the aforementioned advantages and functions.
Weitere Vorteile, Merkmale und Weiterbildungen ergeben sich aus dem nachfolgenden, in Verbindung mit den Figuren erläuterten Ausführungsbeispiel.Further advantages, features and developments result from the following exemplary embodiment explained in connection with the figures.
In den Figuren zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung einer Windenergieanlage, und -
2 eine Schnittdarstellung einer Lageranordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
-
1 a schematic representation of a wind turbine, and -
2 a sectional view of a bearing assembly according to an embodiment of the invention.
Der Rotor 108 wird im Betrieb durch eine Luftströmung, beispielsweise Wind, in Rotation versetzt. Diese Rotationsbewegung wird über den Triebstrang auf den Generator übertragen. Der Generator wandelt die kinetische Energie des Rotors 108 in elektrische Energie um.During operation, the
Die Lageranordnung 114 umfasst ein erstes Bauteil 118, welches im Ausführungsbeispiel eine rotierbare Welle ist, die um die Rotationsachse 116 rotieren kann. Die Welle 118 hat ein axiales Ende 120 (in
Die Lageranordnung 114 weist ein erstes Wälzlager 126 und ein zweites Wälzlager 128 auf. Das erste Wälzlager 126 weist einen ersten Lagerinnenring 130, einen ersten Lageraußenring 132 und erste Wälzkörper 134 auf. Analog weist das zweite Wälzlager 128 einen zweiten Lagerinnenring 136, einen zweiten Lageraußenring 138 sowie zweite Wälzkörper 140 auf. Die beiden Wälzlager 126, 128 bilden ein Lagerpaket, wobei die die Wälzkörper 134, 140 als Kegelrollen ausgebildet sind, die in einer O-Anordnung gegeneinander angestellt sind. Es handelt sich somit um eine Kegelrollenlagerung in O-Anordnung.The
Die Lagerinnenringe 130, 136 der beiden Wälzlager 126, 128 sind jeweils unter Ausbildung einer Übermaßpassung auf die Welle 118 aufgeschoben und daran festgelegt. Das zweite Wälzlager 128 ist dabei mit dem zweiten Lagerinnenring 136 gegen den Wellenabsatz 124 geschoben und dadurch axial festgelegt.The bearing
Die Lageraußenringe 132, 138 sind an einem zweiten Bauteil 142 befestigt. Bei dem zweiten Bauteil 142 handelt es sich um ein Lagergehäuse, welches ortsfest angeordnet ist. D.h. die Welle 118 rotiert relativ zu dem Lagergehäuse 142. Das Lagergehäuse 142 umgibt die beiden Wälzlager 126, 128, d.h. die Lageraußenringe 132, 138, und weist einen nach innen ragenden Abschnitt 144 auf. Der zweite Lageraußenring 138 stützt sich an dem nach innen ragenden Abschnitt 144 ab. Der zweite Lageraußenring 138 ist im Beispiel mittels einer Übergangs- oder Übermaßpassung an dem Lagergehäuse 142 festgelegt.The bearing
Der erste Lageraußenring 132 ist mittels einer Übergangs- oder Spielpassung an dem Lagergehäuse 142 festgelegt. Im Beispiel weist der erste Lageraußenring 132 hierzu einen zylindrischen Abschnitt 146 auf, dessen der Rotationsachse 116 abgewandte Außenseite 148 in Kontakt mit dem Lagergehäuse 142 steht.The first bearing
Der erste Lagerinnenring 130 ist über einen Stützring 149 axial an der Welle 118 gesichert.The first bearing
Zwischen einem ersten axialen Ende 150 des ersten Lageraußenrings 132, welches dem nach innen ragenden Abschnitt 144 zugewandt ist, und dem nach innen ragenden Abschnitt 144 ist ein Abstand 152 vorgesehen. Der Abstand kann auch als kleiner Spalt ausgeführt sein.A
Zudem weist der erste Lageraußenring 132 einen sich radial von der Rotationsachse 116 wegerstreckenden Flanschvorsprung 154 auf, der im Beispiel am zweiten axialen Ende des ersten Lageraußenrings 132 ausgebildet ist. Zwischen dem Flanschvorsprung 154 und dem Lagergehäuse 142 ist ein Spalt 156 ausgebildet. Der Flanschvorsprung 154 ist integraler Bestandteil des ersten Lageraußenrings 132, d.h. einstückig aus diesem herausgeformt. Der erste Lageraußenring 132 und damit der Flanschvorsprung 154 sind beispielsweise geschmiedet. Der Flanschvorsprung 154 ist somit an einem der beiden Wälzlager 126, 128 vorgesehen.In addition, the first
Zur Überbrückung dieses Spalts 156 und zum Einstellen der Lagervorspannung ist zwischen dem Flanschvorsprung 154 und dem zweiten Bauteil eine Stellvorrichtung 158 vorgesehen. Der Flanschvorsprung 154 dient somit der Aufnahme der Stellvorrichtung 158.To bridge this
Die Stellvorrichtung 158 ist schematisch angedeutet und im Beispiel als hydraulische Vorrichtung ausgeführt. Im Beispiel ist die hydraulische Stellvorrichtung 158 als ein Ring mit einem oder mehreren hydraulischen Stempeln ausgeführt, die in axialer Richtung bezüglich der Rotationsachse 116 wirken, d.h. verfahrbar sind. Die Stellvorrichtung 158 ist ausgebildet, in axialer Richtung den Flanschvorsprung 154 gegen das zweite Bauteil 142 zu verspannen und somit die Lagervorspannung bzw. das Lagerspiel einzustellen. Dabei wirkt eine Klemmkraft F.The adjusting
Dadurch lassen sich die eingangs genannten Vorteile und Funktionen erreichen. Insbesondere ist möglich, bei der Lageranordnung 114 gemäß dem Ausführungsbeispiel das Lagerspiel nicht nur bei der Erstmontage einzustellen, sondern auch nach Inbetriebnahme der Anlage, d.h. im Stillstand wie auch im Betrieb, z.B. im Trudelbetrieb der Windenergieanlage, das Lagerspiel ohne aufwendige Demontage nachzujustieren.As a result, the advantages and functions mentioned at the outset can be achieved. In particular, it is possible to adjust the bearing play in the
Optional ist ein Formschluss zwischen dem ersten Lageraußenring 132 und dem Lagergehäuse 142 vorgesehen. Im Beispiel weisen der erste Lageraußenring 132 und das Lagergehäuse 142 entsprechend korrespondieren Nuten auf, in die eine Passfeder 160 (gestrichelt angedeutet) eingesetzt ist. Dadurch wird ein Mitdrehen des ersten Lageraußenrings 132 insbesondere im Betrieb der Lageranordnung 114 bei rotierender Welle 118 vermieden. Selbstverständlich können mehrerer solcher Passfedern vorgesehen sein.Optionally, a form fit between the first bearing
Optional ist eine radial verlaufende Ölnut 162 vorgesehen, über die ein Ölfilm unter Öldruck P in den Kontaktbereich zwischen Lagergehäuse 142 und ersten Lageraußenring 132 einbringbar ist.A radially running
Die eingangs erwähnten Ausführungsformen und Weiterbildungen sind auf das beschriebene Ausführungsbeispiel anwendbar. So kann beispielsweise eine Sensoreinrichtung vorgesehen sein, um die Lagervorspannung, etwa die Klemmkraft F, zu überwachen. Abhängig von dieser Überwachung kann die Kraft F betriebsabhängig eingestellt und verändert werden, in dem die Stellvorrichtung 158 betätigt wird. Die Stellvorrichtung 158 kann beispielsweise zusätzliche Mittel wie die erwähnten Abdrückschrauben und/oder hydraulische Stempel aufweisen.The embodiments and developments mentioned at the outset can be applied to the exemplary embodiment described. For example, a sensor device can be provided to monitor the bearing preload, such as the clamping force F. Depending on this monitoring, the force F can be set and changed as a function of the operation by actuating the
Wie eingangs erwähnt sind auch Kombinationen denkbar, wie z.B. ein Einstellen der Lagervorspannung mit einem oder mehrerer hydraulischer Stempel und einem anschließenden Fixieren der Bauteile mittels Abdrückschrauben, die durch Gewinde im Flanschvorsprung 154 axial gegen das zweite Bauteil 142 geschraubt sind.As mentioned above, combinations are also conceivable, such as adjusting the bearing preload with one or more hydraulic rams and then fixing the Components by means of jacking screws which are screwed axially against the
Weiterhin sei erwähnt, dass das beschriebene Ausführungsbeispiel nicht auf die speziellen Lagerdetails und Anordnung beschränkt ist, die beispielsweise das Wellendesign oder das Design des Lagergehäuses betreffen. Wesentlich ist das Vorsehen eines Flanschvorsprungs an zumindest einem Lageraußenring.Furthermore, it should be mentioned that the exemplary embodiment described is not limited to the special bearing details and arrangement, which relate, for example, to the shaft design or the design of the bearing housing. The provision of a flange projection on at least one bearing outer ring is essential.
BezugszeichenlisteReference List
- 100100
- Windenergieanlagewind turbine
- 102102
- TurmTower
- 104104
- Fundamentfoundation
- 106106
- Gondelgondola
- 108108
- Rotorrotor
- 110110
- Rotorblattrotor blade
- 112112
- Rotornaberotor hub
- 114114
- Lageranordnungbearing arrangement
- 116116
- Rotationsachseaxis of rotation
- 118118
- erstes Bauteilfirst component
- 120120
- axiales Endeaxial end
- 122122
- Wellenabschnittwave section
- 124124
- Wellenabsatzwave heel
- 126126
- erstes Wälzlagerfirst rolling bearing
- 128128
- zweites Wälzlagersecond roller bearing
- 130130
- erster Lagerinnenringfirst bearing inner ring
- 132132
- erster Lageraußenringfirst bearing outer ring
- 134134
- erste Wälzkörperfirst rolling element
- 136136
- zweiter Lagerinnenringsecond bearing inner ring
- 138138
- zweiter Lageraußenringsecond bearing outer ring
- 140140
- zweite Wälzkörpersecond rolling elements
- 142142
- zweites Bauteilsecond component
- 144144
- nach innen ragender Abschnittinward protruding section
- 146146
- zylindrischer Abschnittcylindrical section
- 148148
- Außenseiteoutside
- 149149
- Stützringsupport ring
- 150150
- erstes axiales Endefirst axial end
- 152152
- AbstandDistance
- 154154
- Flanschvorsprungflange protrusion
- 156156
- Spaltgap
- 158158
- Stellvorrichtungactuator
- 160160
- PassfederAdjusting spring
- 162162
- Ölnutoil groove
- Ff
- Klemmkraftclamping force
- PP
- Öldruckoil pressure
Claims (15)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE102020133993.3A DE102020133993A1 (en) | 2020-12-17 | 2020-12-17 | Bearing arrangement for a rotating component of a wind turbine and wind turbine |
Applications Claiming Priority (1)
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---|---|---|---|
DE102020133993.3A DE102020133993A1 (en) | 2020-12-17 | 2020-12-17 | Bearing arrangement for a rotating component of a wind turbine and wind turbine |
Publications (1)
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---|---|
DE102020133993A1 true DE102020133993A1 (en) | 2022-06-23 |
Family
ID=81847134
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102020133993.3A Pending DE102020133993A1 (en) | 2020-12-17 | 2020-12-17 | Bearing arrangement for a rotating component of a wind turbine and wind turbine |
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---|---|
DE (1) | DE102020133993A1 (en) |
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-
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- 2020-12-17 DE DE102020133993.3A patent/DE102020133993A1/en active Pending
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R163 | Identified publications notified |