DE102022132745A1 - Elastomer bushing and elastic bearing for wind turbines - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Elastomerbuchse für ein elastisches Lager einer Triebstrangkomponente einer Windkraftanlage, insbesondere eines Getriebes an einem Gehäuse, wie einem Maschinenträger, einer Windkraftanlage, umfassend zwei jeweils aus einem Elastomerstück hergestellte Halbschalen und eine wenigstens abschnittsweise wenigstens eine Halbschale von der Triebstrangkomponente und/oder dem Gehäuse entkoppelnde Lagereinrichtung mit einer gegenüber dem Elastomermaterial reduzierten Haft- und/oder Gleitreibung.The present invention relates to an elastomer bushing for an elastic bearing of a drive train component of a wind turbine, in particular a gearbox on a housing, such as a machine support, of a wind turbine, comprising two half-shells each made from an elastomer piece and a bearing device which at least partially decouples at least one half-shell from the drive train component and/or the housing and has a reduced static and/or sliding friction compared to the elastomer material.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Elastomerbuchse für ein elastisches Lager einer Triebstrangkomponente einer Windkraftanlage. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein elastisches Lager, insbesondere ein Entkopplungslager, zum Lagern einer Triebstrangkomponente, insbesondere eines Getriebes, einer Windkraftanlage insbesondere an dessen Gehäuse, wie Maschinenträger.The present invention relates to an elastomer bushing for an elastic bearing of a drive train component of a wind turbine. Furthermore, the present invention relates to an elastic bearing, in particular a decoupling bearing, for supporting a drive train component, in particular a gearbox, of a wind turbine, in particular on its housing, such as a machine carrier.
In Windkraftanlagen wird ein großes Drehmoment vom Motor auf das Getriebe und von dort auf den Generator übertragen. Zur Reduzierung der dynamischen Lasten auf Getriebe und Tragkonstruktion werden üblicherweise elastische Lager in den Getriebestützen verwendet. Die elastischen Lager weisen elastische Buchsen zur Schwingungs- und Vibrationsentkopplung auf, welche in die Lagerung des Triebstrangs integriert sind und beispielsweise Bestandteil der Loslagereinheit im Triebstrang sind. Die Loslagereinheit wird aus vier elastischen Buchsen und der Wälzlagereinheit im Getriebe gebildet. Die elastischen Buchsen sind über die Drehmomentstütze (Achsbolzen) mit dem Getriebe und über Lagerblöcke mit dem Gehäuse bzw. dem Maschinenträger verbunden. An die elastischen Buchsen wird die Anforderung gestellt, zum einen den hohen und schwankenden, auf die Lagerung wirkenden Kräften beispielsweise infolge von Wind standzuhalten und zum anderen in Längsrichtung möglichst weich zu sein, damit ein Bewegungsspiel des Achsbolzens gewährleistet ist.In wind turbines, a large amount of torque is transferred from the motor to the gearbox and from there to the generator. To reduce the dynamic loads on the gearbox and the supporting structure, elastic bearings are usually used in the gearbox supports. The elastic bearings have elastic bushings for oscillation and vibration decoupling, which are integrated into the drive train bearings and are, for example, part of the floating bearing unit in the drive train. The floating bearing unit is made up of four elastic bushings and the roller bearing unit in the gearbox. The elastic bushings are connected to the gearbox via the torque support (axle bolt) and to the housing or machine support via bearing blocks. The elastic bushings must, on the one hand, withstand the high and fluctuating forces acting on the bearings, for example as a result of wind, and, on the other hand, be as soft as possible in the longitudinal direction to ensure that the axle bolt can move freely.
Aus der
Ferner ist aus der
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile aus dem bekannten Stand der Technik zu verbessern, insbesondere eine Elastomerbuchse sowie ein elastisches Lager für Windkraftanlagen bereitzustellen, bei dem der Zielkonflikt aus hoher Radialsteifigkeit und geringer Axialsteifigkeit gelöst ist und/oder das eine verringerte Axialsteifigkeit aufweist, ohne dass die Radialsteifigkeit vermindert ist.It is an object of the present invention to improve the disadvantages of the known prior art, in particular to provide an elastomer bushing and an elastic bearing for wind turbines in which the conflicting objectives of high radial stiffness and low axial stiffness are resolved and/or which has a reduced axial stiffness without the radial stiffness being reduced.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.This problem is solved by the features of the independent claims.
Danach ist eine Elastomerbuchse für ein elastisches Lager einer Triebstrangkomponente einer Windkraftanlage bereitgestellt. Beispielsweise handelt es sich um eine Elastomerbuchse für ein elastisches Lager eines Getriebes an einem Gehäuse, wie einem Maschinenträger, einer Windkraftanlage. Elastische Lager werden in Windkraftanlagen eingesetzt, um die dynamischen Lasten, welche auf die Triebstrangkomponente und das Gehäuse einwirken, aufzunehmen. Mittels der Elastomerbuchse kann eine Schwingungs- und/oder Vibrationsdämpfung sowie -entkopplung stattfinden. In Bezug auf die grundsätzliche Einbausituation der Elastomerbuchse bzw. des elastischen Lagers sei auf
Die erfindungsgemäße Elastomerbuchse umfasst zwei Halbschalen, die jeweils aus einem Elastomerstück, insbesondere monolithisch und/oder mit einer Shore-Härte von mehr als 85 Shore A, hergestellt sind. Die Shore-Härte ist ein Werkstoffkennwert für Elastomere und Kunststoffe, der in den Normen DIN EN ISO 868, DIN ISO 7619-1 und ASTM D 2240-00 festgelegt ist. Die Halbschalen können aus demselben Material hergestellt sein und/oder dieselbe Dimension aufweisen. In einem Montagezustand in dem elastischen Lager können die beiden Halbschalen zur Bildung einer insbesondere zylindrischen Durchführung beispielsweise für ein Befestigungsteil der Triebstrangkomponente, wie die Drehmomentstütze oder der Achsbolzen, stirnseitig aufeinander aufliegen. Eine Wandstärke der Halbschalen kann deutlich kleiner dimensioniert sein als deren Umfangserstreckung. Im Querschnitt können die Halbschalen eine c-Form oder eine Halbring-Form aufweisen. Die bevorzugte Shore-Härte der Halbschalen, insbesondere des Elastomerstück-Materials, gewährleistet die notwendige Belastbarkeit, wobei beispielsweise im Vergleich zu standardgemäß eingesetzten Gummi-Metall-Elastomerbuchsen bis zu vier Mal höhere Belastungen aufgenommen werden können bei vergleichbarer Verformung, wobei es gleichzeitig möglich ist, die Elastomerbuchsen deutlich kleiner zu dimensionieren. Insofern können ein geringeres Bauteilgewicht, geringere Bauteilkosten sowie geringere Bauteilabmessungen erzielt werden.The elastomer bushing according to the invention comprises two half shells, each made from an elastomer piece, in particular monolithic and/or with a Shore hardness of more than 85 Shore A. The Shore hardness is a material characteristic value for elastomers and plastics, which is defined in the standards DIN EN ISO 868, DIN ISO 7619-1 and ASTM D 2240-00. The half shells can be made from the same material and/or have the same dimensions. In an assembled state in the elastic bearing, the two half shells can rest on one another at the front to form a particularly cylindrical passage, for example for a fastening part of the drive train component, such as the torque support or the axle bolt. The wall thickness of the half shells can be significantly smaller than their circumferential extent. In cross section, the half shells can have a c-shape or a half-ring shape. The preferred Shore hardness of the half shells, especially of the elastomer piece material, ensures the necessary load capacity, whereby, for example, compared to standard rubber-metal elastomer bushings, up to four times higher loads can be absorbed with comparable deformation, while at the same time it is possible to Elastomer bushings can be made significantly smaller. This allows for lower component weight, lower component costs and smaller component dimensions.
Des Weiteren umfasst die erfindungsgemäße Elastomerbuchse eine wenigstens abschnittsweise wenigstens eine Halbschale von der Triebstrangkomponente und/oder dem Gehäuse entkoppelnde Lagereinrichtung mit einer gegenüber dem Elastomermaterial der Halbschalen reduzierten Haft- und/oder Gleitreibung. Dadurch kann die Elastomerbuchse so ausgestaltet werden, dass sie in radialer Richtung, insbesondere vertikal und horizontal sowie in den dazwischenliegenden Raumrichtungen, als ein Elastomerkörper mit federelastischen Eigenschaften wirkt, während sie in axialer Richtung, das heißt in Längsachsenrichtung der Elastomerbuchse, als stützendes Gleitlager ausgebildet ist und somit nur minimale Reaktionskräfte erzeugt. Dadurch kann zum einen den auf elastische Lager in Windenergieanlagen wirkenden hohen Belastungen in radialer Richtung eine hohe Federsteifigkeit entgegengesetzt werden, andererseits aber der Zielkonflikt, in axialer Richtung eine möglichst geringe Steifigkeit auszubilden, gelöst werden, indem die übertragbaren Kräfte in axiale Kräfte minimiert werden. Beispielweise wirken auf eine Elastomerbuchse eines elastischen Lagers in einem Normalbetriebszustand zwischen 750 kN und 1000 kN, wobei eine Mindestradialsteifigkeit in Vertikalrichtung von 150 kN/mm von Vorteil ist. In Horizontalrichtung wirken im Normalbetriebszustand auf die Elastomerbuchse Kräfte im Bereich von 0 kN bis 500 kN, wobei eine Mindestradialsteifigkeit in Horizontalrichtung von 160 kN/mm zu bevorzugen ist. In einer in Längsachsenrichtung der Elastomerbuchse orientierten Axialrichtung ist eine maximale Steifigkeit von 12 kN/mm ausreichend, um den Anforderungen an das elastische Lager gerecht zu werden. Dadurch, dass durch die erfindungsgemäße Maßnahme der wenigstens abschnittsweise entkoppelnden Lagereinrichtung die Gleit- und/oder Haftreibung in Axialrichtung, das heißt Längsachsenrichtung der Buchse, reduziert ist, dennoch aber die gewünschten Federsteifigkeiten quer zur Längsachsenrichtung eingehalten werden, kann die Elastomerbuchse in ihrer Längsachsenrichtung, das heißt, beispielsweise in Richtung einer das Getriebe mit dem Maschinenträger verbindenden Hauptwelle, sich schwimmend bewegen, beziehungsweise ausweichen und dabei nur wenig Axialkräfte aufnehmen, um eine möglichst geringe Axialsteifigkeit zu etablieren.Furthermore, the elastomer bushing according to the invention comprises a bearing device that decouples at least one half-shell from the drive train component and/or the housing at least in sections and has a reduced static and/or sliding friction compared to the elastomer material of the half-shells. The elastomer bushing can thus be designed in such a way that it acts as an elastomer body with spring-elastic properties in the radial direction, in particular vertically and horizontally and in the spatial directions in between, while in the axial direction, i.e. in the longitudinal axis direction of the elastomer bushing, it is designed as a supporting plain bearing and thus generates only minimal reaction forces. On the one hand, this means that the high loads acting on elastic bearings in wind turbines in the radial direction can be counteracted by a high spring stiffness, but on the other hand the conflicting objectives of achieving the lowest possible stiffness in the axial direction can be resolved by minimizing the transferable forces into axial forces. For example, in a normal operating state, forces between 750 kN and 1000 kN act on an elastomer bushing of an elastic bearing, whereby a minimum radial stiffness in the vertical direction of 150 kN/mm is advantageous. In the horizontal direction, forces in the range of 0 kN to 500 kN act on the elastomer bushing in the normal operating state, whereby a minimum radial stiffness in the horizontal direction of 160 kN/mm is preferable. In an axial direction oriented in the longitudinal axis of the elastomer bushing, a maximum stiffness of 12 kN/mm is sufficient to meet the requirements of the elastic bearing. Because the sliding and/or static friction in the axial direction, i.e. the longitudinal axis direction of the bushing, is reduced by the inventive measure of the at least partially decoupling bearing device, but the desired spring stiffnesses transverse to the longitudinal axis direction are nevertheless maintained, the elastomer bushing can move in a floating manner or give way in its longitudinal axis direction, i.e., for example, in the direction of a main shaft connecting the transmission to the machine carrier, and in doing so absorb only a small amount of axial forces in order to establish the lowest possible axial stiffness.
In diesem Zusammenhang besteht ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung darin, bestehende Elastomerbuchsen aus aus Elastomerstücken gebildeten Halbschalen-Paaren mit der erfindungsgemäß wenigstens abschnittsweise wenigstens eine Halbschale von der Triebstrangkomponente und/oder dem Gehäuse entkoppelten Lagereinrichtung nachzurüsten.In this context, a further aspect of the present invention consists in retrofitting existing elastomer bushings made of half-shell pairs formed from elastomer pieces with the bearing device according to the invention, at least one half-shell being decoupled from the drive train component and/or the housing at least in sections.
Gemäß einer bespielhaften Ausführung der vorliegenden Erfindung weist die Lagereinrichtung einen einen Außen- und/oder Innenumfang der Halbschale belegenden Belag auf. Der Belag kann den Außen- und/oder Innenumfang der entsprechenden Halbschale auch nur wenigstens abschnittsweise, das heißt auch nur abschnittsweise in Umfangsrichtung und/oder in Längsachsenrichtung, belegen. Durch den Belag ergibt sich im Wesentlichen eine Sandwich-Konstruktion aus Halbschale, Belag und Triebstrangkomponente und/oder Gehäuseteil, sodass die die Axialsteifigkeit reduzierende Entkopplung zwischen Halbschale und Triebstrangkomponente bzw. Gehäuseteil realisiert ist. Der Belag kann an die entsprechende Halbschale und/oder das Gehäuse beziehungsweise die Triebstrangkomponente formangepasst sein. Beispielsweis kann der Belag die Halbschale flächig und/oder zu wenigstens 50%, insbesondere wenigstens 60%, 70%, 80% oder wenigstens 90%, bedecken, insbesondere um eine möglichst großflächige Entkopplung zwischen Triebstrangkomponente und Gehäuse sowie eine bestmögliche Reduzierung der Axialsteifigkeit zu erreichen.According to an exemplary embodiment of the present invention, the bearing device has a coating that covers an outer and/or inner circumference of the half-shell. The coating can also cover the outer and/or inner circumference of the corresponding half-shell only in sections, i.e. only in sections in the circumferential direction and/or in the longitudinal axis direction. The coating essentially results in a sandwich construction of half-shell, coating and drive train component and/or housing part, so that the decoupling between the half-shell and the drive train component or housing part, which reduces the axial rigidity, is realized. The coating can be shaped to the corresponding half-shell and/or the housing or the drive train component. For example, the coating can cover the half-shell flatly and/or at least 50%, in particular at least 60%, 70%, 80% or at least 90%, in particular in order to achieve the largest possible decoupling between the drive train component and the housing and the best possible reduction in axial rigidity.
Gemäß einer bespielhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Elastomerbuchse ist der Belag als Buchse, insbesondere als Halbbuchse, ausgebildet und/oder aus Kunststoff, wie PTFE, Polyamid, PET-Polyester, oder Polyethylenterephthalat, oder aus Metall, wie Messing, Bronze oder Sintermetall, oder einem Trockenschmierstoff, wie Graphit, hergestellt. Beispielsweise ist der Belag, entsprechend den Halbschalen, zweiteilig ausgebildet, wobei je ein Belag je einer Halbschale zugeordnet ist. Der Belag kann auch mehrteilig ausgebildet sein und weitere Teile umfassen, um jeweils abschnittsweise Innen- und/oder Außenumfangsflächen des Gehäuses und/oder der Triebstrangkomponente zu belegen.According to an exemplary development of the elastomer bushing according to the invention, the coating is designed as a bushing, in particular as a half-bush, and/or made of plastic, such as PTFE, polyamide, PET polyester, or polyethylene terephthalate, or of metal, such as brass, bronze or sintered metal, or a dry lubricant, such as graphite. For example, the coating is designed in two parts, corresponding to the half-shells, with one coating assigned to each half-shell. The coating can also be designed in several parts and include further parts in order to cover sections of the inner and/or outer peripheral surfaces of the housing and/or the drive train component.
In einer weiteren beispielhaften Ausführung der erfindungsgemäßen Elastomerbuchse weist die Lagereinrichtung einen Schmierstoff, insbesondere einen Festkörper- und/oder Fettschmierstoff auf. Insbesondere ist die Lagereinrichtung daraus gebildet. Durch die erfindungsgemäß beschriebenen Maßnahmen sind einfach umzusetzende Möglichkeiten genannt, den Zielkonflikt aus hoher Steifigkeit in Radialrichtung, sowohl horizontal als auch vertikal, sowie in jeder dazwischen liegenden Richtung, zu etablieren, während die Axialsteifigkeit möglichst gering auszubilden ist, um den Anforderungen der Getriebehersteller gerecht zu werden.In a further exemplary embodiment of the elastomer bushing according to the invention, the bearing device has a lubricant, in particular a solid and/or grease lubricant. In particular, the bearing device is formed from this. The measures described according to the invention provide easy-to-implement options for establishing the conflicting objectives of high rigidity in the radial direction, both horizontally and vertically, and in every direction in between, while the axial rigidity is to be as low as possible in order to meet the requirements of the gearbox manufacturers.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführung der vorliegenden Erfindung weist die Lagereinrichtung eine Beschichtung insbesondere aus PTFE auf, insbesondere ist die Lagereinrichtung daraus gebildet. Durch das Beschichten der Halbschale kann eine festhaftende Schicht aus einem insbesondere formlosen Stoff auf die Oberfläche der Halbschale aufgebracht werden, wobei die Beschichtung beispielsweise durch chemische, mechanische, thermische und/oder thermomechanische Verfahrenstechnik aufgebracht werden kann. Beispielsweise kann die Halbschale mechanisch und/oder chemisch vorbehandelt sein, bevor die Beschichtung aufgebracht wird.According to a further exemplary embodiment of the present invention, the bearing device has a coating, in particular made of PTFE, in particular the bearing device is formed from it. By coating the half-shell, a firmly adhering layer made of a particularly shapeless material can be applied to the surface of the half-shell, wherein the coating can be applied, for example, by chemical, mechanical, thermal and/or thermomechanical process technology. For example, the half-shell can be mechanically and/or chemically pretreated before the coating is applied.
In einer weiteren beispielhaften Ausführung der erfindungsgemäßen Elastomerbuchse weist wenigstens eine Halbschale in einer ersten Radialrichtung quer zur Längsachsenrichtung, insbesondere Vertikalrichtung, eine größere Radialsteifigkeit als in einer zweiten Radialrichtung quer zur Längsachsenrichtung, insbesondere Horizontalrichtung, auf. Beispielsweise kann wenigstens eine Halbschale eine in der ersten Radialrichtung, insbesondere horizontal, orientierte Versteifungsstruktur, wie ein Versteifungsvorsprung oder eine Versteifungsrippe, aufweisen, die zur Erhöhung der Radialsteifigkeit in dieser Richtung dazu im Stande ist, weitere Kräfte aufzunehmen. Beispielweise wirken auf eine Elastomerbuchse eines elastischen Lagers in einem Normalbetriebszustand zwischen 750 kN und 1000 kN, wobei eine Mindestradialsteifigkeit in Vertikalrichtung von 150 kN/mm von Vorteil ist. In Horizontalrichtung wirken im Normalbetriebszustand auf die Elastomerbuchse Kräfte im Bereich von 0 kN bis 500 kN, wobei eine Mindestradialsteifigkeit in Horizontalrichtung von 160 kN/mm zu bevorzugen ist. In einer in Längsachsenrichtung der Elastomerbuchse orientierten Axialrichtung ist eine maximale Steifigkeit von 12 kN/mm ausreichend, um den Anforderungen an das elastische Lager gerecht zu werden.In a further exemplary embodiment of the elastomer bushing according to the invention, at least one half-shell has a greater radial stiffness in a first radial direction transverse to the longitudinal axis direction, in particular vertical direction, than in a second radial direction transverse to the longitudinal axis direction, in particular horizontal direction. For example, at least one half-shell can have a stiffening structure oriented in the first radial direction, in particular horizontal, such as a stiffening projection or a stiffening rib, which is able to absorb further forces in order to increase the radial stiffness in this direction. For example, between 750 kN and 1000 kN act on an elastomer bushing of an elastic bearing in a normal operating state, with a minimum radial stiffness in the vertical direction of 150 kN/mm being advantageous. In the horizontal direction, forces in the range of 0 kN to 500 kN act on the elastomer bushing in the normal operating state, with a minimum radial stiffness in the horizontal direction of 160 kN/mm being preferable. In an axial direction oriented in the longitudinal axis of the elastomer bushing, a maximum stiffness of 12 kN/mm is sufficient to meet the requirements of the elastic bearing.
Gemäß einer beispielhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung weist wenigstens eine Halbschale wenigstens einen sich in Richtung der Längsachse, insbesondere um wenigstens 30%, 40%, oder wenigstens 50% der Längserstreckung der Halbschale, sich erstreckenden Anlagevorsprung, wie einen Anlagesteg für die Lagereinrichtung, insbesondere den Belag, auf. In einer beispielhaften weiteren Weiterbildung weist die wenigstens eine Halbschale zwei Anlagevorsprünge auf, die in Umfangsrichtung derart in einem Abstand zueinander angeordnet sind, dass die Lagereinrichtung, insbesondere der Belag, stirnseitig, das heißt an den Umfangsenden, an beiden Anlagevorsprüngen anliegt. Beispielsweise kann der Belag oder die Lagereinrichtung zwischen den beiden Anlagevorsprüngen klemmend aufgenommen sein. Der Anlagevorsprung, insbesondere die Anlagevorsprünge, kann eine gegenüber der Außen- und/oder Innenoberfläche der Halbschale stark geneigte Anlageflanke besitzen und/oder eine der Lagereinrichtung oder dem Belag abgewandte Rückflanke, die gegenüber dem Außen- und/oder Innenumfang der Halbschale geneigt ist, insbesondere geringer geneigt ist, als die Anlageflanke.According to an exemplary development of the present invention, at least one half-shell has at least one contact projection extending in the direction of the longitudinal axis, in particular by at least 30%, 40%, or at least 50% of the longitudinal extent of the half-shell, such as a contact web for the bearing device, in particular the lining. In an exemplary further development, the at least one half-shell has two contact projections which are arranged at a distance from one another in the circumferential direction such that the bearing device, in particular the lining, rests on the front side, i.e. at the circumferential ends, on both contact projections. For example, the lining or the bearing device can be clamped between the two contact projections. The contact projection, in particular the contact projections, can have a contact flank that is strongly inclined with respect to the outer and/or inner surface of the half-shell and/or a rear flank facing away from the bearing device or the lining, which is inclined with respect to the outer and/or inner circumference of the half-shell, in particular is less inclined than the contact flank.
In einer weiteren beispielhaften Ausführung der erfindungsgemäßen Elastomerbuchse sind zwei einander zugewandte Umfangsenden der Halbschalen, die insbesondere zur Bildung der Buchse aufeinander aufliegen, zur Bildung einer Spundung und/oder Schwalbenschanzverbindung mit zwei windkraftanlagenseitigen, insbesondere maschinenträgerseitigen, Lagerblockteilen zum insbesondere verklemmenden Aufnehmen der Elastomerbuchse ausgebildet. Durch die form- und/oder kraftschlüssige Verbindung der Halbschalen mit den Lagerblockteilen ist zum einen eine zuverlässige und einfache Montage gegeben, da die Montagereihenfolge und Position der Komponenten definiert sind, sowie zum anderen eine Sicherung gegen eine Relativbewegung der Komponenten zueinander quer zur Längsachsenrichtung sicher bereitgestellt.In a further exemplary embodiment of the elastomer bushing according to the invention, two circumferential ends of the half shells facing each other, which rest on each other in particular to form the bushing, are designed to form a tongue and groove and/or dovetail joint with two bearing block parts on the wind turbine side, in particular on the machine support side, for receiving the elastomer bushing in a particularly clamping manner. The positive and/or force-fitting connection of the half shells with the bearing block parts ensures reliable and simple assembly, since the assembly sequence and position of the components are defined, and also provides a secure safeguard against relative movement of the components to each other transversely to the longitudinal axis direction.
In einer beispielhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Elastomerbuchse sind die Umfangsenden als sich in Richtung der Längsachse der Halbschalen erstreckende Radialvorsprünge gebildet, deren Querschnitt zum Hintergreifen einer in den Lagerblockteilen ausgebildeten Nut in Radialrichtung geformt sind. Mit anderen Worten erstreckt sich der Radialvorsprung wenigstens um 30%, 40% oder 50% der Längsersterstreckung der Halbschalen und steht radial vom Außenumfang der Halbschalen weg, um in die in den Lagerblockteilen ausgebildeten Nuten eingreifen zu können und insbesondere Nutflanken der Nut hintergreifen zu können. Dadurch ist eine positionssichere Aufnahme der Halbschalen in den Lagerblockteilen gesichert.In an exemplary development of the elastomer bushing according to the invention, the circumferential ends are formed as radial projections extending in the direction of the longitudinal axis of the half-shells, the cross-section of which is shaped in the radial direction to engage behind a groove formed in the bearing block parts. In other words, the radial projection extends at least 30%, 40% or 50% of the longitudinal extension of the half-shells and protrudes radially from the outer circumference of the half-shells in order to be able to engage in the grooves formed in the bearing block parts and in particular to be able to engage behind the groove flanks of the groove. This ensures that the half-shells are held in a positionally secure manner in the bearing block parts.
In einer beispielhaften Ausführung der vorliegenden Erfindung umfasst wenigstens ein Elastomerstück Polyurethan. Beispielsweise handelt es sich um Polyurethan-Polyester oder Polyester-Urethan-Kautschuk. Bevorzugt wird Urelast eingesetzt. Die genannten Materialien für das Elastomerstück haben sich als besonders vorteilhaft erwiesen, insbesondere wegen der hohen Belastbarkeit, hohen Zugfestigkeit und einem sehr guten Verschleißverhalten. Vor allem wegen der hohen Belastbarkeit ist es möglich, die Elastomerbuchse kleiner zu dimensionieren. Somit ergeben sich Vorteile im Hinblick auf Bauraum, Materialaufwand und Kosten. Urelast ist im Allgemeinen ein Gießelastomer.In an exemplary embodiment of the present invention, at least one elastomer piece comprises polyurethane. For example, it is polyurethane-polyester or polyester-urethane rubber. Urelast is preferably used. The materials mentioned for the elastomer piece have proven to be particularly advantageous, in particular because of their high load-bearing capacity, high tensile strength and very good wear behavior. Above all, because of the high load-bearing capacity, it is possible to make the elastomer bushing smaller. This results in advantages in terms of installation space, material expenditure and costs. Urelast is generally a cast elastomer.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführung der erfindungsgemäßen Elastomerbuchse weisen die Halbschalen jeweils eine Mittelachse auf, die bei aufeinander aufliegenden Halbschalen und/oder im montierten Zustand in dem Lager, insbesondere im Betriebszustand, konzentrisch zueinander orientiert sind. Aufgrund der konzentrischen Anordnung ergeben sich vor allem weitere Bauraumvorteile. Es ist zur Etablierung von unterschiedlichen Steifigkeiten in unterschiedlichen Richtungen nicht mehr notwendig, die Halbschalen beispielsweise oval oder elliptisch zu konfigurieren und/oder exzentrisch zueinander im montierten Zustand in dem elastischen Lager anzuordnen. Im montierten Zustand bilden die Elastomerstück-Halbschalen im Wesentlichen eine Ringform, wobei eine insbesondere zylindrische Durchführung für ein Befestigungsteil der Triebstrangkomponente, wie der Drehmomentstütze oder dem Achsbolzen, sowie ein zumindest näherungsweise runder Außenumfang, der im montierten Zustand in dem Lager, insbesondere im Betriebszustand, von zwei Lagerblockteilen kontaktiert wird, insbesondere vollständig umgeben wird und/oder insbesondere verklemmend aufgenommen wird, gebildet sind.According to a further exemplary embodiment of the elastomer bushing according to the invention, the half shells each have a central axis which are oriented concentrically to one another when the half shells rest on one another and/or in the assembled state in the bearing, in particular in the operating state. The concentric arrangement results in further installation space advantages. In order to establish different stiffnesses in different directions, it is no longer necessary to configure the half shells ovally or elliptically, for example, and/or to arrange them eccentrically to one another in the assembled state in the elastic bearing. In the assembled state, the elastomer piece half shells essentially form a ring shape, with a particularly cylindrical passage for a fastening part of the drive train component, such as the torque arm or the axle bolt, and an at least approximately round outer circumference, which in the assembled state in the bearing, in particular in the operating state, is contacted by two bearing block parts, in particular is completely surrounded and/or in particular is clamped.
Bei einer beispielhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Elastomerbuchse ist dessen Radialsteifigkeit quer zur Längsachse größer als dessen Axialsteifigkeit in Längsachsenrichtung. Beispielsweise beträgt die Axialsteifigkeit weniger als 10%, insbesondere weniger als 5% oder weniger als 2% der, Radialsteifigkeit. Die angegebenen Verhältnisse haben sich als besonders vorteilhaft bezüglich der spezifischen Anforderungen in elastischen Lagern in Windkraftanlagen zum Lagern der Triebstrangkomponente an dem Gehäuse, insbesondere Maschinenträger, der Windkraftanlage erwiesen. Bei dem Einsatz der Elastomerbuchse in Loslagern ist eine besonders geringe Axialsteifigkeit erwünscht. Ferner ist es möglich, die Radialsteifigkeit abhängig von der Orientierung auszugestalten, wobei beispielsweise die Radialsteifigkeit in horizontaler Richtung größer oder kleiner der Radialsteifigkeit in vertikaler Richtung sein kann. Beispielsweise können die Radialsteifigkeiten in den verschiedenen Richtungen um 5% oder um 8% oder auch um mehr als 10% voneinander abweichen.In an exemplary development of the elastomer bushing according to the invention, its radial stiffness transverse to the longitudinal axis is greater than its axial stiffness in the longitudinal axis direction. For example, the axial stiffness is less than 10%, in particular less than 5% or less than 2% of the radial stiffness. The specified ratios have proven to be particularly advantageous with regard to the specific requirements in elastic bearings in wind turbines for supporting the drive train component on the housing, in particular the machine frame, of the wind turbine. When using the elastomer bushing in floating bearings, a particularly low axial stiffness is desired. It is also possible to design the radial stiffness depending on the orientation, whereby, for example, the radial stiffness in the horizontal direction can be greater or smaller than the radial stiffness in the vertical direction. For example, the radial stiffnesses in the various directions can differ from one another by 5% or 8% or even by more than 10%.
In einer weiteren beispielhaften Ausführung der erfindungsgemäßen Elastomerbuchse weist eine Halbschale eine quer zur Längsachse größere Radialsteifigkeit auf als die andere Halbschale. Beispielsweise beträgt die Steifigkeitsabweichung der beiden Halbschalen zueinander zwischen 0,1 % und/oder höchstens 5%.In a further exemplary embodiment of the elastomer bushing according to the invention, one half-shell has a greater radial stiffness transverse to the longitudinal axis than the other half-shell. For example, the stiffness deviation of the two half-shells from one another is between 0.1% and/or at most 5%.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung, der mit den vorhergehenden Aspekten und beispielhaften Ausführungen kombinierbar ist, ist ein elastisches Lager, insbesondere ein Entkopplungslager, zum Lagern einer Triebstrangkomponente, insbesondere eines Getriebes, einer Windkraftanlage insbesondere an dessen Gehäuse, wie dessen Maschinenträger, bereitgestellt. Beispielsweise handelt es sich um ein elastisches Lager eines Getriebes an einem Gehäuse, wie einem Maschinenträger, einer Windkraftanlage. Elastische Lager werden in Windkraftanlagen eingesetzt, um die dynamischen Lasten, welche auf die Triebstrangkomponente und das Gehäuse einwirken, aufzunehmen. Mittels des elastischen Lagers kann eine Schwingungs- und/oder Vibrationsdämpfung sowie -entkopplung stattfinden. In Bezug auf die grundsätzliche Einbausituation des elastischen Lagers sei auf
Das erfindungsgemäße elastische Lager umfasst eine insbesondere gemäß einem der zuvor beschriebenen Aspekte oder beispielhaften Ausführungen ausgebildete Elastomerbuchse und zwei Lagerblockteile zum insbesondere verklemmenden Aufnehmen der Elastomerbuchse.The elastic bearing according to the invention comprises an elastomer bushing designed in particular according to one of the previously described aspects or exemplary embodiments and two bearing block parts for receiving the elastomer bushing in a particularly clamping manner.
In einer beispielhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen elastischen Lagers weisen die Lagerblockteile einander zugewandte, insbesondere identisch ausgebildete, Nuten auf, und an zwei einander zugewandten Umfangsenden der aufeinanderliegenden Halbschalen sind Radialvorsprünge ausgebildet. Dabei sind die Nuten und die Radialvorsprünge aufeinander formabgestimmt. Gemäß einer beispielhaften Weiterbildung sind die Radialvorsprünge zum Hintergreifen von Nutflanken der Nut in Radialrichtung geformt, insbesondere nach Art einer Spundung und/oder Schwalbenschwanzverbindung ausgebildet. Die beiden Nuten der Lagerblockteile liegen im Montagezustand unmittelbar übereinander und begrenzen einen gemeinsamen Aufnahmeraum für die darin eingreifenden Radialvorsprünge der Halbschalen. Durch die Aufeinanderformabstimmung von Nuten und Radialvorsprüngen, insbesondere das form- und/oder kraftschlüssige Hintergreifen der Nutflanken durch die Radialvorsprünge, wird ein besonders kompaktes und fixiertes elastisches Lager geschaffen, sodass insbesondere Relativbewegungen quer zur Längsachsenrichtung ausgeschlossen sind.In an exemplary development of the elastic bearing according to the invention, the bearing block parts have grooves facing each other, in particular identically designed, and radial projections are formed on two circumferential ends of the superimposed half shells facing each other. The grooves and the radial projections are coordinated in shape with each other. According to an exemplary development, the radial projections are shaped to engage behind groove flanks of the groove in the radial direction, in particular in the manner of a tongue and groove and/or dovetail connection. In the assembled state, the two grooves of the bearing block parts lie directly above each other and delimit a common receiving space for the radial projections of the half shells engaging therein. By matching the shape of the grooves and radial projections, in particular the positive and/or non-positive engagement of the groove flanks by the radial projections, a particularly compact and fixed elastic bearing is created, so that relative movements transverse to the longitudinal axis direction are excluded.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung, der mit den vorhergehenden Aspekten und beispielhaften Ausführungen kombinierbar ist, ist eine Windkraftanlage mit einem elastischen Lager gemäß einem der zuvor beschriebenen Aspekte bereitgestellt.According to a further aspect of the present invention, which can be combined with the preceding aspects and exemplary embodiments, a wind turbine is provided with an elastic bearing according to one of the aspects described above.
Bevorzugte Ausführungen sind in den Unteransprüchen angegeben.Preferred embodiments are specified in the subclaims.
Im Folgenden werden weitere Eigenschaften, Merkmale und Vorteile der Erfindung mittels Beschreibung bevorzugter Ausführungen der Erfindung anhand der beiliegenden beispielhaften Zeichnungen deutlich, in denen zeigen:
-
1 eine perspektivische Prinzipskizze zum Einsatzzweck beispielhafter Ausführungen erfindungsgemäßer elastischer Lager; -
2 eine Detailansicht eines elastischen Lagers in Explosionsdarstellung; -
3 eine beispielhafte Ausführung eines erfindungsgemäßen elastischen Lagers in Vorderansicht; -
4 daselastische Lager aus 3 in Schnittansicht; und -
5a -7b schematische Prinzipskizzen zu verschiedenen Ausführungsbeispielen elastischer Lager beziehungsweise erfindungsgemäßen Elastomerbuchsen.
-
1 a perspective schematic diagram of the intended use of exemplary embodiments of elastic bearings according to the invention; -
2 a detailed view of an elastic bearing in exploded view; -
3 an exemplary embodiment of an elastic bearing according to the invention in front view; -
4 the elastic bearing made of3 in sectional view; and -
5a -7b Schematic principle sketches of various embodiments of elastic bearings or elastomer bushings according to the invention.
Anhand der
Ein erfindungsgemäßes elastisches Lager 1 umfasst gemäß den Ausführungsbeispielen folgende Hauptkomponenten: eine erfindungsgemäße Elastomerbuchse 1, die aus zwei Halbschalen 5, 7 und einer die Getriebestützen 15, 17 von dem Gehäuse entkoppelnden Lagereinrichtung 9 gebildet ist; zwei insbesondere identisch ausgebildete Lagerblockteile 23, 25 zum insbesondere verklemmenden Aufnehmen der Elastomerbuchse 1, welche gehäuseseitig anzuordnen bzw. angeordnet sind und von dem elastischen Lager 1 in Bezug auf Schwingung und/oder Vibration voneinander entkoppelt bzw. gedämpft werden.According to the embodiments, an
Bezugnehmend auf das erste Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen elastischen Lagers 1 gemäß
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass wenigstens eine Halbschale 5, 7 wenigstens abschnittsweise von der Triebstrangkomponente und/oder dem Gehäuse mittels einer Lagereinrichtung 9 entkoppelt ist, die eine gegenüber dem Elastomermaterial der Halbschalen 5, 7 reduzierte Haft- und/oder Gleitreibung aufweist. Gemäß
Aus einer Zusammenschau der
Die in der vorstehenden Beschreibung, den Figuren und den Ansprüchen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Realisierung der Erfindung in den verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.The features disclosed in the above description, the figures and the claims can be important both individually and in any combination for the realization of the invention in the various embodiments.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- elastisches Lagerelastic bearing
- 33
- ElastomerbuchseElastomer bushing
- 5,75.7
- HalbschaleHalf shell
- 99
- LagereinrichtungStorage facility
- 1111
- Getriebetransmission
- 1313
- HauptwelleMain shaft
- 15, 1715, 17
- GetriebestützeGearbox support
- 19, 2119, 21
- LagerzapfenBearing journal
- 23, 2523, 25
- LagerblockteilBearing block part
- 2727
- Innenrauminner space
- 2929
- Oberflächesurface
- 31, 3331, 33
- BelagCovering
- 35, 3735, 37
- AnlagevorsprungInvestment advantage
- 3838
- SchwalbenschwanzverbindungDovetail joint
- 39, 4139, 41
- BefestigungsvorsprungMounting projection
- 43, 4543, 45
- AufnahmenutReceiving groove
- 5151
- Feder Feather
- AA
- LängsachsenrichtungLongitudinal axis direction
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- US 20130202232 A1 [0004]US 20130202232 A1 [0004]
- EP 2516883 A1 [0007, 0023]EP 2516883 A1 [0007, 0023]
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Legal Events
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---|---|---|---|
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Representative=s name: SKM-IP SCHMID KRAUSS KUTTENKEULER MALESCHA SCH, DE |