DE102021211697A1 - Main bearing arrangement for a wind turbine - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hauptlageranordnung zur Lagerung eines drehbaren Rotors (1) einer Windenergieanlage, wobei der Rotor (1) über mindestens ein Wälzlager (2) drehbar gegenüber einer Anschlusskonstruktion gelagert ist, wobei das Wälzlager (2) einen Innenring (3) aufweist, der über seine radiale Innenumfangsfläche (4) mit einer Mantelfläche (5) des Rotors (1) über einen Presssitz verbundenen ist. Um eine Hauptlageranordnung zur drehbaren Lagerung eines Rotors einer Windenergieanlage zur Verfügung zu stellen, bei der die voranstehend beschriebenen Schäden vermieden werden, die durch Ringwandern des mittels Presssitz auf dem Rotor angeordneten Wälzlagerinnenrings auftreten, wird vorgeschlagen, dass der Innenring (3) an mindestens einer axialen Stirnfläche (6) mindestens ein erstes Formschlusselement (7) aufweist, wobei ein mit dem Rotor (1) drehfest verbundenes Gegenelement (8) vorgesehen ist, welches mindestens ein zweites Formschlusselement (9) aufweist, und wobei zwischen dem ersten (7) und dem zweiten Formschlusselement (9) eine in Umfangsrichtung des Innenrings (3) wirksame Formschlussverbindung (10) ausgebildet ist.The present invention relates to a main bearing arrangement for mounting a rotatable rotor (1) of a wind energy plant, the rotor (1) being mounted rotatably relative to a connecting structure via at least one roller bearing (2), the roller bearing (2) having an inner ring (3), which is connected via its radial inner peripheral surface (4) to a lateral surface (5) of the rotor (1) via a press fit. In order to provide a main bearing arrangement for the rotatable mounting of a rotor of a wind turbine, in which the damage described above is avoided, which occurs as a result of ring creep of the roller bearing inner ring arranged on the rotor by means of a press fit, it is proposed that the inner ring (3) be attached to at least one axial end face (6) has at least one first form-fitting element (7), with a counter-element (8) which is non-rotatably connected to the rotor (1) being provided and which has at least one second form-fitting element (9), and with between the first (7) and the second positive-locking element (9) in the circumferential direction of the inner ring (3) effective form-locking connection (10) is formed.
Description
Die Erfindung betrifft eine Hauptlageranordnung für eine Windenergieanlage. Mit einem Hauptlager wird der Rotor einer Windenergieanlage (also z.B. die Rotorwelle, welche die Rotornabe einer Windenergieanlage mit einem Getriebe oder direkt mit einem Generator zur Stromerzeugung verbindet) gelagert.The invention relates to a main bearing arrangement for a wind turbine. The rotor of a wind turbine (e.g. the rotor shaft, which connects the rotor hub of a wind turbine to a gearbox or directly to a generator to generate electricity) is mounted with a main bearing.
In der Druckschrift
Die
- Mit immer größeren Wälzlagern hat sich insbesondere ein sicherer Lagersitz als problematisch herausgestellt. Hauptlager von Rotoren von Windenergieanlagen werden üblicherweise mittels so genannter Presssitze positioniert bzw. befestigt, d.h. ein jeweiliger Lagerring des Wälzlagers, also ein Innenring sowie ein Außenring, werden in eine entsprechende ringförmige Aufnahme am Rotor bzw. an der Anschlusskonstruktion eingepresst. Dabei handelt es sich um eine Passungspaarung mit Übermaß, womit ein kraftschlüssiger Verband entsteht (auch als „Pressverband“ bezeichnet).
- With rolling bearings becoming larger and larger, a secure bearing seat in particular has turned out to be problematic. Main bearings of rotors of wind turbines are usually positioned or fastened using so-called press fits, ie a respective bearing ring of the roller bearing, ie an inner ring and an outer ring, are pressed into a corresponding ring-shaped receptacle on the rotor or on the connecting structure. This is a mating fit with oversize, which creates a force-fit connection (also referred to as an "interference connection").
Bei großen Lagerdurchmessern ergibt sich ein sehr ungünstiges Verhältnis von Durchmesser/Ringquerschnitt, womit eine ausreichende Kraft (Fugenpressung) für einen festen Lagersitz nicht mehr sichergestellt werden kann. Eine weitere Erhöhung des Passungsübermaßes führt nur zu einer geringfügigen Erhöhung der Fugenpressung, da der dünnwandige Lagerring sich leichter aufweitet, wohingegen der massivere Rotor bzw. die massivere Anschlusskonstruktion sich nur geringfügig einschnürt. Eine zu starke Aufweitung des Lagerrings wiederum führt zu hohen Zugspannungen bzw. Druckspannungen im Lagerring, was zu einer negativen Beeinflussung der Laufbahngeometrie durch Formabweichungen des Lagerrings führen kann. Weiterhin wird dadurch auch bei vielen Lagerbauformen die Lagerluft, also ein positives Lagerspiel verändert, was sich direkt auf die Lebensdauer und Laufruhe des Lagers negativ auswirken kann.With large bearing diameters, there is a very unfavorable ratio of diameter/ring cross-section, which means that sufficient force (joint pressure) for a tight bearing seat can no longer be ensured. A further increase in the interference fit only leads to a slight increase in the joint pressure, since the thin-walled bearing ring expands more easily, whereas the more solid rotor or the more solid adjacent construction only constricts slightly. Excessive widening of the bearing ring, in turn, leads to high tensile stresses or compressive stresses in the bearing ring, which can have a negative impact on the raceway geometry due to deviations in the shape of the bearing ring. Furthermore, this also changes the bearing clearance, i.e. a positive bearing clearance, in many bearing designs, which can have a direct negative effect on the service life and smooth running of the bearing.
Der somit nicht ausreichende Presssitz zwischen Lagerring und Rotor/ Anschlusskonstruktion birgt daher das Risiko von Passungsrost und Ringwandern, was zum Versagen der Wälzlagerung und/oder des Rotors (der Rotorwelle) bzw. der Anschlusskonstruktion (auch als „Gehäuse“ der Windenergieanlagengondel bezeichnet) führt. Der Schadensmechanismus beginnt in der Regel mit kleinen Relativbewegungen im Lagersitz zwischen diesem und dem Lagerring, die aufgrund zu geringer Spannungen bzw. Kräfte (Fugenpressung) möglich werden. Dadurch kommt es zum gleitenden Verdrehen (in Umfangsrichtung) und Verschieben (in Axialrichtung) der Passungsflächen zueinander. Hierdurch werden Randschichtteilchen meist vom weicheren Bauteil abgeschert, wodurch Löcher und schuppenartige Materialteilchen entstehen. Man spricht bei diesem Verschleißmechanismus von adhäsivem Verschleiß. Überlagert und beschleunigt wird dieser Prozess durch eine Oxidation in der Passungsfuge. Aufgrund der Relativbewegungen können Wasser, Sauerstoff und andere Medien in den Kontaktbereich gelangen, was wiederum zu einer chemischen Reaktion führt, die in Kombination mit der Bauteilbewegung als Tribooxidation bezeichnet wird.The insufficient press fit between the bearing ring and the rotor/adjoining construction therefore harbors the risk of fretting corrosion and ring creep, which leads to failure of the roller bearing and/or the rotor (rotor shaft) or the adjoining construction (also referred to as the "housing" of the wind turbine nacelle). The damage mechanism usually begins with small relative movements in the bearing seat between this and the bearing ring, which are possible due to insufficient stresses or forces (joint pressure). This results in sliding twisting (in the circumferential direction) and shifting (in the axial direction) of the mating surfaces relative to one another. As a result, surface layer particles are usually sheared off the softer component, resulting in holes and scale-like material particles. This wear mechanism is referred to as adhesive wear. This process is superimposed and accelerated by oxidation in the fitting joint. Due to the relative movements, water, oxygen and other media can get into the contact area, which in turn leads to a chemical reaction which, in combination with the component movement, is called tribo-oxidation.
In der Regel ermüdet bei diesem Schadensverlauf der weichere Teil in der Verschleißkette, was in der Regel die Welle bzw. das Gehäuse / die Anschlusskonstruktion ist. Oftmals kommt es erst zum großflächigen Materialabtrag unter dem Lager und letztendlich zum Bruch der Welle direkt am Lagersitz aufgrund der Kerbwirkung und hohen Kräfte. Verstärkt wird diese Problematik durch den erforderlichen Leichtbau in der Windkraft. Aufgrund der limitierten Turmkopfmassen, des anspruchsvollen Transportes und der teuren Krankapazitäten wird versucht, die mechanischen Strukturen leichter zu gestalten. Maschinenträger, Welle und Gehäuse sind daher nicht (mehr) als hochsteife Strukturbauteile anzusehen. Doch genau eine sehr steife Umgebung wird bei der Basisauslegung von den Wälzlagerherstellern für jedes Wälzlager gefordert. Die Strukturbauteile moderner Windkraftanlagen verformen sich unter den hohen Windlasten so massiv, dass auch der Wälzlagersitz großflächigen Verformungen unterworfen ist. Diese globalen Verformungen tragen zusätzlich zur Verschärfung der Problematik hinsichtlich Passungsrost und adhäsivem Verschleiß bei.As a rule, the softer part in the wear chain, which is usually the shaft or the housing / the adjacent construction, fatigues with this damage process. Often, material is removed over a large area under the bearing and ultimately the shaft breaks directly at the bearing seat due to the notch effect and high forces. This problem is exacerbated by the need for lightweight construction in wind power. Due to the limited tower head mass, the demanding transport and the expensive crane capacities, attempts are being made to make the mechanical structures lighter. Machine carrier, shaft and housing are therefore not (any longer) to be regarded as highly rigid structural components. However, it is precisely a very rigid environment that is required for the basic design by the rolling bearing manufacturers for each rolling bearing. The structural components of modern wind turbines deform so massively under the high wind loads that the roller bearing seat is also subject to large-scale deformations. These global deformations also contribute to aggravating the problem of fretting corrosion and adhesive wear.
Weiterhin problematisch an der zunehmenden Lagergröße sind die erhöhten Toleranzen für die Lagersitzflächen. Eine Passung für einen Lagerring von 2,5m Durchmesser weist ein sehr hohes Toleranzfeld auf. Kombiniert mit dem ebenfalls hohen Toleranzfeld für den Lagersitz an der Welle oder am Gehäuse ergibt sich eine hohe Schwankung in der Presspassung. Fallen diese hohen Toleranzen ungünstig zusammen, verbleibt nur noch ein sehr geringer Anteil an Fugenpressung in dem Presssitz. Somit ist dieser Presssitz besonders anfällig auf Relativbewegung, die Passungsrost und adhäsiven Verschleiß auslöst. Dies erklärt auch die unterschiedlichen Ausfallraten bei Schäden durch Passungsrost und Verschleiß im Pressverband.Another problem with the increasing bearing size are the increased tolerances for the bearing seats. A fit for a bearing ring with a diameter of 2.5 m has a very high tolerance range. Combined with the likewise high tolerance field for the bearing seat on the shaft or on the housing, there is a high fluctuation in the press fit. If these high tolerances coincide unfavorably, only a very small proportion of joint pressure remains in the press fit. This press fit is therefore particularly susceptible to relative movement, which triggers fretting corrosion and adhesive wear. This also explains the different failure rates for damage caused by fretting corrosion and wear in the interference fit.
Insbesondere für Hauptlager von Windenergieanlagen gibt es aktuell noch keine hinreichenden technischen Lösungen für diese Problematik. Spezielle Kunststoffbeschichtungen wie PTFE auf dem Lagerring und/oder am Lagersitz an der Welle bzw. am Gehäuse können die Problematik der chemischen Reaktion zwischen den beiden metallischen Passungsträgern etwas reduzieren. Allerdings wird sich die Problematik des geringen Fugendrucks mit solchen Beschichtungen nicht beheben lassen. Harte Schichten wie DLC (Diamond Like Carbon) oder Hartchrombeschichtung für Lagerring und/oder Welle bzw. Gehäuse können den adhäsiven Verschleiß reduzieren, jedoch bleibt die Problematik der chemischen Reaktion und somit des Passungsrostes bestehen. Da beide Alternativen nur einen der zwei Verschleißmechanismen reduzieren und zudem mit sehr hohen Kosten verbunden sind, werden sie bei Hauptlagerungen nicht eingesetzt.There are currently no adequate technical solutions to this problem, especially for the main bearings of wind turbines. Special plastic coatings such as PTFE on the bearing ring and/or on the bearing seat on the shaft or on the housing can somewhat reduce the problem of the chemical reaction between the two metallic spacers. However, the problem of low joint pressure cannot be solved with such coatings. Hard layers such as DLC (Diamond Like Carbon) or hard chrome coatings for the bearing ring and/or shaft or housing can reduce adhesive wear, but the problem of chemical reactions and therefore fretting corrosion remain. Since both alternatives only reduce one of the two wear mechanisms and are also associated with very high costs, they are not used for main bearings.
Alternativ wurden in den letzten Jahren bereits Einlager-Lösungen mit verschraubten Außenringen und später auch des Innenringes der Hauptlagerung eingesetzt. Fokus war jedoch hier nicht der Pressverband, sondern die Schaffung einer voreinstellbaren Lageranordnung.Alternatively, single bearing solutions with screwed outer rings and later also the inner ring of the main bearing have already been used in recent years. However, the focus here was not on the interference fit, but on creating a presettable bearing arrangement.
Die Verschraubung von Lagerringen ist jedoch wie bekannt mit zahlreichen Nachteilen verbunden. Dazu zählen hohe Ringquerschnitte (Gewicht & Kosten), limitierte Steifigkeit der Verschraubung sowie schwierige Montage solcher Wälzlagersysteme.However, as is known, the screwing of bearing rings is associated with numerous disadvantages. These include high ring cross-sections (weight & costs), limited rigidity of the screw connection and difficult assembly of such roller bearing systems.
Die
In der Druckschrift
Die in
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Hauptlageranordnung zur drehbaren Lagerung eines Rotors einer Windenergieanlage zur Verfügung zu stellen, bei der die voranstehend beschriebenen Schäden vermieden werden, die durch Ringwandern des mittels Presssitz auf dem Rotor angeordneten Wälzlagerinnenrings auftreten.The present invention is based on the object of providing a main bearing arrangement for the rotatable mounting of a rotor of a wind turbine, in which the damage described above is avoided due to ring creep of the roller bearing inner ring, which is arranged on the rotor by means of a press fit.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Hauptlageranordnung mit den in dem unabhängigen Anspruch angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den Zeichnungen.This problem is solved by a main bearing arrangement with the features specified in the independent claim. Advantageous developments result from the dependent claims, the following description and the drawings.
Die Erfindung geht von einer Hauptlageranordnung zur Lagerung eines drehbaren Rotors einer Windenergieanlage aus, wobei der Rotor über mindestens ein Wälzlager drehbar gegenüber einer Anschlusskonstruktion gelagert ist, wobei das Wälzlager einen Innenring aufweist, der über seine radiale Innenumfangsfläche mit einer Mantelfläche des Rotors über einen Presssitz verbundenen ist. Dabei kann es sich um ein reines Radiallager handeln, oder auch um ein Lager, welches sowohl Radial- als auch Axialkräfte aufnimmt bzw. überträgt.The invention is based on a main bearing arrangement for mounting a rotatable rotor of a wind turbine, the rotor being mounted via at least one roller bearing so that it can rotate with respect to a connecting structure, the roller bearing having an inner ring which, via its radial inner circumferential surface, is connected to a lateral surface of the rotor via a press fit is. This can be a purely radial bearing, or a bearing that absorbs or transmits both radial and axial forces.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Innenring an mindestens einer axialen Stirnfläche mindestens ein erstes Formschlusselement aufweist, wobei ein mit dem Rotor drehfest verbundenes Gegenelement vorgesehen ist, welches mindestens ein zweites Formschlusselement aufweist, und wobei zwischen dem ersten und dem zweiten Formschlusselement eine in Umfangsrichtung des Innenrings wirksame Formschlussverbindung ausgebildet ist.According to the invention, it is provided that the inner ring has at least one first positive-locking element on at least one axial end face, with a counter-element which is connected in a rotationally fixed manner to the rotor being provided and which has at least one second positive-locking element, and with one in the circumferential direction of the inner ring between the first and the second positive-locking element effective positive connection is formed.
Das Gegenelement kann durch einen an dem Rotor ausgebildeten radialen Flansch gebildet werden. Alternativ kann auch ein mit dem Rotor drehfest verbundener Ring das Gegenelement bilden. Ein solcher Ring kann auf unterschiedliche Weise drehfest mit dem Rotor verbunden sein, z.B. mittels Schraubverbindungen, durch Verschweißung, Verklebung oder Verlötung, usw.The counter-element can be formed by a radial flange formed on the rotor. Alternatively, a ring non-rotatably connected to the rotor can also form the counter-element. Such a ring can be non-rotatably connected to the rotor in different ways, e.g. by means of screw connections, by welding, gluing or soldering, etc.
Durch die erfindungsgemäße Lösung wird der Vorteil erreicht, dass keine hochgenaue Fertigung der axialen Stirnflächen (Nut und Nase) notwendig ist. Durch ein umfangsseitiges, im Betrieb des Lagers auftretendes Setzen der formschlüssigen Verbindung zwischen Lagerring und Gegenelement und eine damit einhergehende Zunahme der tragenden umfangsseitigen Bereiche der Verbindung wird eine steigende umfangsseitige Tragkraft und Steifigkeit der Verbindung erzielt. Mit jeder Setzerscheinung wird die umfangsseitige Relativbewegung von Lagerring und Anschlusskonstruktion kleiner und kommt letztendlich zum Erliegen. Die Setzerscheinungen werden durch die in Umfangsrichtung wirkenden Kräfte, die zwischen Innenring und Gegenelement auftreten, bewirkt. Das mindestens eine Formschlusselement arbeitet sich sozusagen in die an der formschlüssigen Verbindung beteiligten Bauteile ein. So wird letztendlich das Ringwandern und Rutschen vollständig unterbunden.The advantage achieved by the solution according to the invention is that no high-precision production of the axial end faces (groove and nose) is necessary. A circumferential setting of the form-fitting connection between the bearing ring and counter-element during operation of the bearing and an associated increase in the load-bearing circumferential areas of the connection result in an increasing circumferential load-bearing capacity and rigidity of the connection. With each occurrence of settlement, the circumferential relative movement of the bearing ring and adjacent construction becomes smaller and ultimately comes to a standstill. The settling phenomena are caused by the forces acting in the circumferential direction, which occur between the inner ring and the mating element. The at least one form-fitting element works its way into the components involved in the form-fitting connection, so to speak. In the end, ring wandering and slipping is completely prevented.
Durch die Erfindung werden die voranstehend beschriebenen Schädigungen, die durch Ringwandern hervorgerufen werden, zuverlässig verhindert.The damage described above, which is caused by ring migration, is reliably prevented by the invention.
Nach einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Hauptlageranordnung ist vorgesehen, dass über den Umfang verteilt eine Mehrzahl von ersten und zweiten Formschlusselementen angeordnet sind, wobei vorzugsweise die Umfangsabschnitte zwischen benachbarten Formschlusselementen gleich lang sind. Dadurch wird insgesamt in Umfangsrichtung eine große Fläche der formschlüssigen Verbindung zur Verfügung gestellt. Jede einzelne Formschlussverbindung ist daher nur vergleichsweise geringen Flächenpressungen ausgesetzt. Die Lebensdauer von Lageranordnungen mit einer Mehrzahl von formschlüssigen Verbindungen kann gegenüber Ausführungsformen mit nur einer einzigen formschlüssigen Verbindung deutlich gesteigert werden. Sind die einzelnen formschlüssigen Verbindungen gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordnet, d.h. sind die Umfangsabschnitte zwischen benachbarten Formschlussverbindungen gleich lang, so werden die Kräfte in Umfangsrichtung sehr gleichmäßig von dem Innenring in das Gegenelement eingeleitet und eine unerwünschte Verformung des Innenrings durch ungleichmäßig in das Gegenelement eingeleitete Umfangskräfte wird vermieden.According to one embodiment of the main bearing arrangement according to the invention, it is provided that a plurality of first and second form-fitting elements are distributed over the circumference, with the circumferential sections between adjacent form-fitting elements preferably being of the same length. As a result, a large area of the form-fitting connection is made available overall in the circumferential direction. Each individual positive connection is therefore only exposed to comparatively low surface pressures. The service life of bearing arrangements with a plurality of form-fitting connections can be significantly increased compared to embodiments with only a single form-fitting connection. If the individual form-fitting connections are distributed evenly over the circumference, i.e. if the circumferential sections between adjacent form-fitting connections are of the same length, the forces in the circumferential direction are transmitted very evenly from the inner ring to the counter-element and an undesirable deformation of the inner ring is caused by circumferential forces that are introduced unevenly into the counter-element is avoided.
Nach einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Hauptlageranordnung ist vorgesehen, dass das Gegenelement ein mit dem Rotor drehfest verbundenes Bauteil oder ein an dem Rotor integral ausgebildeter Flansch ist, wobei das Bauteil oder der Flansch in radialer Richtung über eine Mantelfläche des Rotors hinausragt, wobei das mindestens eine zweite Formschlusselement an einer axialen Stirnfläche des Bauteils oder des Flansches ausgebildet ist, welche der axialen Stirnfläche des Innenrings mit dem mindestens einen ersten Formschlusselement zugewandt ist. Dadurch, dass die Formschlusselemente an den Stirnflächen der jeweiligen Bauelemente angeordnet sind, können die Formschlusselemente so ausgebildet werden, dass sie in Radialrichtung eine große Länge aufweisen. Auf diese Weise wird eine große Kraftübertragungsfläche in Umfangrichtung zur Verfügung gestellt, was wiederum zu relativ geringen Flächenpressungen in der einzigen formschlüssigen Verbindung oder in den einzelnen formschlüssigen Verbindungen beiträgt. Auch sind die an den Stirnflächen der Bauteile angeordneten Formschlusselemente fertigungstechnisch einfach herzustellen, was zur Realisierung geringer Herstellungskosten beiträgt.According to one embodiment of the main bearing arrangement according to the invention, it is provided that the counter-element is a component non-rotatably connected to the rotor or a flange integrally formed on the rotor, with the component or the flange protruding in the radial direction beyond a lateral surface of the rotor, with the at least one second Form-fitting element is formed on an axial end face of the component or the flange, which faces the axial end face of the inner ring with the at least one first form-fitting element. Due to the fact that the form-fitting elements are arranged on the end faces of the respective structural elements, the form-fitting elements can be designed in such a way that they have a great length in the radial direction. In this way, a large force transmission surface is made available in the circumferential direction, which in turn contributes to relatively low surface pressures in the single positive connection or in the individual positive connections. The form-fitting elements arranged on the end faces of the components are also easy to produce in terms of production technology, which contributes to the realization of low production costs.
Nach einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Hauptlageranordnung ist vorgesehen, dass das mindestens eine erste Formschlusselement als in Axialrichtung gegenüber der Stirnfläche des Innenrings vorspringender Vorsprung und das mindestens eine zweite Formschlusselement als in Axialrichtung gegenüber der Stirnfläche des Bauteils oder des Flansches zurückspringende Ausnehmung ausgebildet ist, oder dass das mindestens eine erste Formschlusselement als in Axialrichtung gegenüber der Stirnfläche des Innenrings zurückspringende Ausnehmung und das mindestens eine zweite Formschlusselement als in Axialrichtung gegenüber der Stirnfläche des Bauteils oder des Flansches vorspringender Vorsprung ausgebildet ist, wobei der Vorsprung in die Ausnehmung unter Ausbildung der in Umfangsrichtung wirksamen Formschlussverbindung eingreift. Auf diese Weise ausgebildete Formschlussverbindungen weisen Formschlusselemente auf, die integral mit dem jeweiligen Bauteil (Innenring bzw. Gegenelement) ausgebildet sind. Separate, getrennt von dem Innenring bzw. dem Gegenelement ausgebildete Verbindungselemente sind daher zur Bildung des Formschlusses nicht erforderlich. Die Anzahl der benötigten Bauteile wird dadurch minimiert. Auch der Montageaufwand ist vergleichsweise gering.According to one embodiment of the main bearing arrangement according to the invention, it is provided that the at least one first form-fitting element is designed as a projection projecting in the axial direction in relation to the end face of the inner ring and the at least one second form-fitting element is designed as a recess set back in the axial direction in relation to the face of the component or the flange, or that the at least one first form-fitting element is designed as a recess that is set back in the axial direction compared to the end face of the inner ring and the at least one second form-fitting element is designed as a projection that projects in the axial direction compared to the end face of the component or the flange, the projection engaging in the recess to form the form-fitting connection that is effective in the circumferential direction . Form-fitting connections formed in this way have form-fitting elements which are formed integrally with the respective component (inner ring or counter-element). Separate connecting elements, which are designed separately from the inner ring or the counter-element, are therefore not required to form the positive connection. This minimizes the number of components required. The installation effort is also comparatively low.
Alternativ ist nach einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Hauptlageranordnung vorgesehen, dass das mindestens eine erste Formschlusselement als in Axialrichtung gegenüber der Stirnfläche des Innenrings zurückspringende Ausnehmung und das mindestens eine zweite Formschlusselement als in Axialrichtung gegenüber der Stirnfläche des Bauteils oder des Flansches zurückspringende Ausnehmung ausgebildet ist, wobei die in Umfangsrichtung des Innenrings wirksame Formschlussverbindung über mindestens ein Verbindungselement bewirkt wird, welches sowohl in die Ausnehmung im Innenring als auch in die Ausnehmung in dem Bauteil oder Flansch formschlüssig eingreift. Bei dieser Ausführungsform sind also beide Formschlusselemente als gegenüber der jeweiligen Stirnfläche zurückspringende Ausnehmungen ausgebildet. Die formschlüssige Verbindung wird dabei erst durch ein zusätzliches Verbindungselement bewirkt. Zwei einander zugeordnete erste und zweite Formschlusselemente bilden einen Aufnahmeraum aus, in den ein Verbindungselement derart eingesetzt werden kann, dass zwischen Innenring und Gegenelement eine in Umfangsrichtung wirksame formschlüssige Verbindung entsteht. Das Verbindungselement kann dabei nach einer Ausführungsform der Erfindung als Passfeder ausgebildet sein, die formschlüssig sowohl in die Ausnehmungen des Innenrings als auch in die Ausnehmungen des Gegenelements eingreift.Alternatively, according to one embodiment of the main bearing arrangement according to the invention, it is provided that the at least one first form-fitting element is designed as a recess set back in the axial direction with respect to the end face of the inner ring and the at least one second form-fitting element is designed as a recess set back in the axial direction with respect to the end face of the component or the flange, with the in the circumferential direction of the inner ring effective positive connection is effected via at least one connecting element, which positively engages both in the recess in the inner ring and in the recess in the component or flange. In this embodiment, both positive-locking elements are designed as recesses set back in relation to the respective end face. The form-fitting connection is only brought about by an additional connecting element. Two mutually associated first and second positive-locking elements form a receiving space into which a connecting element can be inserted in such a way that a positive-locking connection that is effective in the circumferential direction is created between the inner ring and counter-element. According to one embodiment of the invention, the connecting element can be designed as a feather key which positively engages both in the recesses of the inner ring and in the recesses of the counter-element.
Nach einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Hauptlageranordnung ist vorgesehen, dass das Verbindungselement gegen Herausfallen in radialer Richtung gesichert ist. Die Sicherung kann dadurch erfolgen, dass das Verbindungselement mit dem Innenring oder dem Gegenelement oder mit beiden Bauteilen gleichzeitig verbunden wird. Die Verbindung kann z.B. durch Verschraubung oder stoffschlüssig durch Verschweißen, Verlöten oder Verkleben realisiert werden. Auch kann das Verbindungselement z.B. kraft- und formschlüssig in den Ausnehmungen im Innenring und im Gegenelement aufgenommen sein. Zum Beispiel kann das Verbindungselement in Radialrichtung keilförmig ausgebildet und in die in Radialrichtung ebenfalls keilförmig oder V-förmig ausgebildeten Ausnehmungen eingepresst sein. Durch diese Maßnahmen kann verhindert werden, dass der Formschluss verloren geht und die zugehörige Verbindung in Umfangsrichtung keine Kräfte mehr übertragen kann.According to one embodiment of the main bearing arrangement according to the invention, it is provided that the connecting element is secured against falling out in the radial direction. The securing can take place in that the connecting element is connected to the inner ring or the counter-element or to both components at the same time. The connection can be realized e.g. by screwing or materially by welding, soldering or gluing. The connecting element can also be accommodated in the recesses in the inner ring and in the counter-element, e.g. For example, the connecting element can be wedge-shaped in the radial direction and pressed into the recesses, which are also wedge-shaped or V-shaped in the radial direction. These measures can prevent the form fit from being lost and the associated connection no longer being able to transmit any forces in the circumferential direction.
Um auch einem Ringwandern in Axialrichtung des Rotors entgegenzuwirken und ein solches axiales Ringwandern zu unterbinden ist nach einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Hauptlageranordnung vorgesehen, dass der Innenring durch mindestens eine lösbare Verbindung wie z.B. eine Schraubverbindung gegen eine Relativbewegung zum Rotor in Axialrichtung gesichert ist. Die lösbare Verbindung kann z.B. zwischen dem Innenring und dem Gegenelement ausgebildet sein. Die lösbare Verbindung kann z.B. in den Umfangsbereichen zwischen den ersten und den zweiten Formschlusselementen angeordnet sein. Es kann eine oder es können mehrere lösbare Verbindungen vorgesehen sein.In order to also counteract ring creep in the axial direction of the rotor and to prevent such axial ring creep, one embodiment of the main bearing arrangement according to the invention provides that the inner ring is secured against movement relative to the rotor in the axial direction by at least one detachable connection such as a screw connection. The detachable connection can be formed, for example, between the inner ring and the counter-element. The detachable connection can be arranged, for example, in the peripheral areas between the first and the second positive-locking elements. One or more detachable connections can be provided.
Nach einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Hauptlageranordnung ist vorgesehen, dass der Innenring ein Lagerring aus einem Vergütungsstahl mit einer oder mehreren induktiv randschichtgehärteten Wälzkörperlaufbahnen ist. Bei dieser Ausführungsform können die ersten Formschlusselemente einfach und ohne großen fertigungstechnischen Aufwand in den Innenring eingebracht werden, weil die nicht zum randschichtgehärteten Laufbahnbereich gehörenden Bereiche des Innenrings nicht gehärtet sind und daher ohne Weiteres mechanisch bearbeitet, z.B. spanabhebend bearbeitet, werden können, um die ersten Formschlusselemente einzubringen. Grundsätzlich möglich wäre die Verwirklichung der vorliegenden Erfindung auch an durchgehärteten oder einsatzgehärteten Innenringen, die z.B. aus dem Werkstoff 100Cr6 oder aus Einsatzstahl bestehen, allerdings wäre dann das Einbringen der Formschlusselemente in den gehärteten Innenring deutlich aufwändiger.According to one embodiment of the main bearing arrangement according to the invention, it is provided that the inner ring is a bearing ring made of heat-treated steel with one or more inductively surface-hardened rolling element raceways. In this embodiment, the first form-fitting elements can be introduced into the inner ring simply and without great manufacturing effort, because the areas of the inner ring that do not belong to the surface layer-hardened raceway area are not hardened and can therefore be easily machined, e.g. machined, to form the first form-fitting elements bring in In principle, the implementation of the present invention would also be possible on through-hardened or case-hardened inner rings, which consist, for example, of the material 100Cr6 or case-hardened steel, but the introduction of the form-fitting elements into the hardened inner ring would then be significantly more complex.
Nach einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Hauptlageranordnung ist vorgesehen, dass das Wälzlager dazu eingerichtet ist, im Betrieb des Lagers in Axialrichtung wirkende Kräfte aufzunehmen, wobei der Innenring durch die auf ihn in Axialrichtung wirkenden Kräfte derart in Richtung des Gegenelements gedrückt wird, dass das mindestens eine erste Formschlusselement in Richtung des mindestens einen zweiten Formschlusselements gedrückt wird. Hierdurch wird der Vorteil erreicht, dass der Kraftfluss durch das Wälzlager die Formschlussverbindung unterstützt. Der Innenring wird im Betrieb des Wälzlagers durch die auf ihn einwirkenden Axialkräfte immer zum Gegenelement hin gedrückt, d.h. immer in Richtung auf die Formschlussverbindung. Dadurch kann der Formschluss nicht verloren gehen, selbst wenn keine mechanischen Sicherungsmaßnahmen zur Vermeidung eines Verlustes des Formschlusses ergriffen worden sind. Die im Betrieb auf das Wälzlager einwirkenden Kräfte stellen bei dieser Ausführungsform also den in Umfangsrichtung wirkenden Formschluss zwischen Innenring und Gegenelement sicher. Gemäß einer Ausführungsform dieser erfindungsgemäßen Hauptlageranordnung kann das Wälzlager als angestelltes Kegelrollenlager ausgebildet sein.According to one embodiment of the main bearing arrangement according to the invention, it is provided that the roller bearing is set up to operate of the bearing to absorb forces acting in the axial direction, the inner ring being pressed in the direction of the counter-element by the forces acting on it in the axial direction in such a way that the at least one first positive-locking element is pressed in the direction of the at least one second positive-locking element. This achieves the advantage that the flow of forces through the roller bearing supports the positive connection. During operation of the roller bearing, the inner ring is always pressed towards the counter element by the axial forces acting on it, ie always towards the positive connection. As a result, the form fit cannot be lost, even if no mechanical safety measures have been taken to avoid loss of the form fit. In this embodiment, the forces acting on the roller bearing during operation thus ensure the form fit between the inner ring and counter-element acting in the circumferential direction. According to one embodiment of this main bearing arrangement according to the invention, the roller bearing can be designed as a tapered roller bearing.
Nach einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Hauptlageranordnung ist vorgesehen, dass ein Außenring des Wälzlagers an mindestens einer axialen Stirnfläche mindestens ein drittes Formschlusselement aufweist, wobei ein mit der Anschlusskonstruktion drehfest verbundenes zweites Gegenelement vorgesehen ist, welches mindestens ein viertes Formschlusselement aufweist, und wobei zwischen dem dritten und dem vierten Formschlusselement eine in Umfangsrichtung des Außenrings wirksame Formschlussverbindung ausgebildet ist. Bei dieser Ausführungsform sind somit sowohl an dem Innenring als auch an dem Außenring des Wälzlagers in Umfangsrichtung wirksame formschlüssige Verbindungen vorgesehen, durch die ein Ringwandern sowohl des Innenrings als auch des Außenrings wirksam verhindert wird. Die eingangs beschriebenen Schadensmechanismen, die durch Ringwandern auftreten können, werden auf diese Weise erfindungsgemäß in Bezug auf beide Lagerringe verhindert.According to one embodiment of the main bearing arrangement according to the invention, it is provided that an outer ring of the roller bearing has at least one third positive-locking element on at least one axial end face, with a second counter-element which is non-rotatably connected to the adjacent structure being provided and has at least a fourth positive-locking element, and with between the third and the fourth form-fitting element is formed in a form-fitting connection that is effective in the circumferential direction of the outer ring. In this embodiment form-locking connections effective in the circumferential direction are thus provided both on the inner ring and on the outer ring of the roller bearing, through which ring migration of both the inner ring and the outer ring is effectively prevented. The damage mechanisms described above, which can occur as a result of ring migration, are prevented in this way according to the invention in relation to both bearing rings.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch
-
1 eine erste Ausführungsform der Erfindung mit auf dem Rotor montiertem Wälzlager, -
2 eine Detailansicht des Wälzlagers gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung, -
3 eine zweite Ausführungsform der Erfindung mit Verbindungselementen, welche die in Umfangsrichtung wirksame Formschlussverbindung herstellen, -
4 eine Detailansicht eines Innenrings des Wälzlagers gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung, -
5 ein auf dem Rotor montiertes Wälzlager gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung, -
6 ein auf dem Rotor montiertes Wälzlager gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung, -
7 ein gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung ausgebildetes Wälzlager, bei dem die im Betrieb des Lagers auftretenden Axialkräfte den Formschluss der Formschlussverbindung unterstützen, -
8 eine fünfte Ausführungsform der Erfindung, bei der sowohl der Innenring als auch der Außenring des Wälzlagers gegen Ringwandern in Umfangsrichtung gesichert sind, -
9 eine perspektivische Ansicht eines Außenrings, der gemäß der in8 dargestellten fünften Ausführungsform ausgebildet ist.
-
1 a first embodiment of the invention with a roller bearing mounted on the rotor, -
2 a detailed view of the roller bearing according to the first embodiment of the invention, -
3 a second embodiment of the invention with connecting elements which produce the form-fitting connection effective in the circumferential direction, -
4 a detailed view of an inner ring of the rolling bearing according to a third embodiment of the invention, -
5 a roller bearing mounted on the rotor according to the third embodiment of the invention, -
6 a roller bearing mounted on the rotor according to a fourth embodiment of the invention, -
7 a roller bearing designed according to the first embodiment of the invention, in which the axial forces occurring during operation of the bearing support the positive locking of the positive locking connection, -
8th a fifth embodiment of the invention, in which both the inner ring and the outer ring of the roller bearing are secured against ring migration in the circumferential direction, -
9 a perspective view of an outer ring according to in8th illustrated fifth embodiment is formed.
Der Außenring 22 des Wälzlagers 2 ist mit einem in
Der Innenring 3 weist eine axiale Stirnfläche 6 auf. Auf der axialen Stirnfläche 6 sind erste Formschlusselemente 7 angeordnet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel der
In dem in
Wie aus
In dem in
In
In
Die im Betrieb auftretenden, auf den Außenring 22 einwirkenden Kräfte unterstützen den Formschluss der Formschlussverbindungen 32. Das Wälzlager 2 ist dazu eingerichtet, im Betrieb des Lagers in Axialrichtung wirkende Kräfte aufzunehmen. Die von den Wälzkörpern 23 auf den Außenring 22 einwirkende Kraft 33 hat eine in Axialrichtung wirkende Kraftkomponente 34, durch welche der Außenring 22 in Richtung auf das zweite Gegenelement 30 gedrückt wird. Dadurch wird die Stirnfläche 28 des Außenrings 22 im Betrieb der Hauptlageranordnung durch die auf den Außenring 22 einwirkenden Kräfte gegen die der Stirnfläche 28 zugewandte Stirnfläche 35 des zweiten Gegenelements 30 gedrückt. Dies ist in
In dem in
Es verstehet sich, dass auch im Rahmen der fünften Ausführungsform die Formschlusselemente 29, 31 als Vorsprünge und/oder Ausnehmungen ausgebildet sein können, und dass auch beide Formschlusselemente 29, 31 als Ausnehmungen ausgebildet sein können, in die dann wie voranstehend beschrieben separate Verbindungselemente wie z.B. Passfedern eingeführt werden, um die im Umfangsrichtung wirksamen Formschlussverbindungen zu bilden.It goes without saying that the form-
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Rotorrotor
- 22
- Wälzlagerroller bearing
- 33
- Innenringinner ring
- 44
- Innenumfangsflächeinner peripheral surface
- 55
- Mantelflächelateral surface
- 66
- Stirnflächeface
- 77
- Formschlusselementinterlocking element
- 88th
- Gegenelementcounter element
- 99
- Formschlusselementinterlocking element
- 1010
- Formschlussverbindungpositive connection
- 1111
- Bauteilcomponent
- 1212
- Flanschflange
- 1313
- Mantelflächelateral surface
- 1414
- Stirnflächeface
- 1515
- Vorsprunghead Start
- 1616
- Ausnehmungrecess
- 1717
- Ausnehmungrecess
- 1818
- Vorsprunghead Start
- 1919
- Ausnehmungrecess
- 2020
- Ausnehmungrecess
- 2121
- Verbindungselementfastener
- 2222
- Außenringouter ring
- 2323
- Wälzkörperrolling elements
- 2424
- KäfigCage
- 2525
- KraftPower
- 2626
- Kraftkomponentepower component
- 2727
- PfeilArrow
- 2828
- Stirnflächeface
- 2929
- Formschlusselelementform key element
- 3030
- Gegenelementcounter element
- 3131
- Formschlusselementinterlocking element
- 3232
- Formschlussverbindungpositive connection
- 3333
- KraftPower
- 3434
- Kraftkomponentepower component
- 3535
- Stirnflächeface
- 3636
- PfeilArrow
- 3737
- Bauteilcomponent
- 3838
- Flanschflange
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- EP 2947339 B1 [0002, 0003, 0011]EP 2947339 B1 [0002, 0003, 0011]
- DE 102017109148 A1 [0012, 0013]DE 102017109148 A1 [0012, 0013]
Claims (12)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102021211697.3A DE102021211697A1 (en) | 2021-10-15 | 2021-10-15 | Main bearing arrangement for a wind turbine |
PCT/EP2022/078550 WO2023062145A1 (en) | 2021-10-15 | 2022-10-13 | Main bearing assembly for a wind turbine |
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---|---|---|---|
DE102021211697.3A DE102021211697A1 (en) | 2021-10-15 | 2021-10-15 | Main bearing arrangement for a wind turbine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102021211697A1 true DE102021211697A1 (en) | 2023-04-20 |
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DE102021211697.3A Pending DE102021211697A1 (en) | 2021-10-15 | 2021-10-15 | Main bearing arrangement for a wind turbine |
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Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2947339B1 (en) | 2014-05-20 | 2018-03-28 | Eolotec GmbH | Large bearing, in particular main bearing for a wind turbine, and wind turbine with such a large bearing |
DE102017109148A1 (en) | 2017-04-28 | 2018-10-31 | Schaeffler Technologies AG & Co. KG | Bearing ring with securing element for bearing preload and anti-rotation, rolling bearing and housing-shaft arrangement |
-
2021
- 2021-10-15 DE DE102021211697.3A patent/DE102021211697A1/en active Pending
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