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Die Erfindung betrifft eine Wälzlageranordnung gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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In dem deutschen Gebrauchsmuster
DE 20 2014 010 876 U1 wird eine Wälzlageranordnung für eine Windkraftanlage beschrieben, die einen Außenring und einen relativ zum Außenring um eine Rotationsachse drehbaren Innenring aufweist. Zwischen dem Außenring und dem Innenring sind ein erstes Kegelrollenlager mit ersten Wälzkörpern und ein zweites Kegelrollenlager mit zweiten Wälzkörpern ausgebildet. Die Drehachsen der ersten und zweiten Wälzkörper sind gegenüber der Rotationsachse jeweils geneigt ausgerichtet, wobei das erste und das zweite Kegelrollenlager asymmetrisch ausgebildet sind. Die ersten Wälzkörper rotieren jeweils um eine erste Drehachse und weisen eine um die erste Drehachse konzentrisch angeordnete erste Lauffläche auf. Die zweiten Wälzkörper rotieren jeweils um eine zweite Drehachse und weisen eine um die zweite Drehachse konzentrisch angeordnete zweite Lauffläche auf. Die Erstreckung der ersten Lauffläche parallel zur ersten Drehachse ist jeweils größer als die Erstreckung der zweiten Lauffläche parallel zur zweiten Drehachse. Durch die beiden unterschiedlich ausgebildeten Kegelrollenlager wird erreicht, dass die Wälzlageranordnung an die bei Windkraftanlagen auftretenden ungleichmäßigen Belastungen der beiden Wälzkörperreihen angepasst werden kann.
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Aus der Druckschrift
DE 10 2010 054 948 A1 ist mit dem in
3 dargestellten Ausführungsbeispiel eine dem Oberbegriff von Anspruch 1 entsprechende Lageranordnung bekannt.
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Der Innenring kann gemäß einer Ausgestaltung der in
DE 10 2010 054 948 A1 beschriebenen Lagerordnung mit der festen Maschinenstruktur (vgl.
2) sowie gemäß einer anderen Ausgestaltung (
3) mit dem daran drehbar zu lagernden Teil verschraubt werden, wobei der Außenring dann jeweils mit dem anderen Drehpartner verbunden wird.
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Gemäß einer bevorzugten konstruktiven Ausgestaltung der aus
DE 10 2010 054 948 A1 bekannten Lageranordnung ist vorgesehen, dass der Innenring über zur Ringachse parallele, jeweils den Innenring durchsetzende Schraubbolzen mit dem zugeordneten Drehpartner, nämlich der festen Maschinenstruktur oder dem drehbaren Teil, verschraubt wird. Auf diese Weise ergibt sich für die Aufnahme der im Betrieb auftretenden Momente um zur Lagerachse senkrechte Achsen eine Aufnahmebasis, die im Wesentlichen dem Durchmesser des Innenringes entspricht.
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Der Innenring kann gemäß
DE 10 2010 054 948 A1 als symmetrischer Innenring mit gleichen Laufbahndruckwinkeln/Tragwinkeln für die beiden Wälzkörperreihen oder als asymmetrischer Innenring mit unterschiedlichen Laufbahndruckwinkeln/Tragwinkeln für die beiden Wälzkörperreihen ausgestaltet sein (vgl. Ausführungsbeispiel gemäß
9).
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3 von
DE 10 2010 054 948 A1 zeigt konkret eine Lageranordnung, bei der der Innenring 32 mit der Rotornabe 36 einer Windenergieanlage mittels Schraubenbolzen 34 verschraubt ist. Die Schraubenbolzen 34 sind dazu durch eine in dem Innenring 32 angeordnete Durchgangsbohrung hindurchgesteckt, und der Innenring 32 ist mit der Rotornabe 36 durch Muttern verspannt, die an den beiden Enden der Schraubenbolzen 34 aufgeschraubt sind. Die Lageranordnung weist keine Abstützung des Innenrings 32 durch eine Anschlusskonstruktion der Windenergieanlage auf.
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Von zentraler Bedeutung bei der der
DE 10 2010 054 948 A1 zugrundeliegenden technischen Lehre ist, dass sowohl der Außenring als auch der Innenring der Lageranordnung einstückig ausgebildet sein muss. Durch diesen Aufbau ergebe sich eine Lageranordnung mit einer wesentlich höheren Formstabilität gegenüber einer Lösung mit geteiltem Innenring und mit einer erheblich vereinfachten Montage gegenüber einem Innenring, welcher seinerseits auf einer massiven Trag- und Montagestruktur abgestützt ist. Ferner wird positiv hervorgehoben, dass sich die Laufbahnen der Wälzkörperreihen wegen der einstückigen Ausbildung des Innenringes nicht gegeneinander verschieben können.
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Lageranordnungen mit geteiltem Innenring werden in
DE 10 2010 054 948 A1 grundsätzlich kritisiert und als problematisch dargestellt für die Vermeidung von Überbelastungen der Wälzkörper und der Laufbahnen einerseits und für die Sicherstellung einer geforderten Lebensdauer der Laufbahnen und der Wälzkörperreihen andererseits. So wird in Abs. [0004] der
DE 10 2010 054 948 A1 ausgeführt: „Bei einer Verwendung derartiger Lager mit geteiltem Innenring als Einlagerkonzept besteht ein besonderes konstruktives Problem hinsichtlich der radialen Abstützung der Innenringanordnung. Diese muss einerseits als Ganzes gegenüber dem zugeordneten Drehpartner korrekt ausgerichtet und fixiert sein, andererseits müssen die beiden Einzelringe zueinander genau zentriert sein. Wenn die Innenringanordnung nur stirnseitig an die zugeordnete Struktur angeschraubt und über kleine, nur einem Einzelring zugeordnete Zentrieransätze radial zentriert wird, dann bestehen ungünstige Beanspruchungen für die Befestigungsschrauben. Andererseits kann es für den jeweils radial nicht zentrierten Einzelring infolge von Verkippungen zum Auseinanderklaffen und zu gegenseitigen radialen Verschiebungen der Einzelringe kommen, welche dann zu einer ungünstigen Lastverteilung und damit zu erhöhten Lagerbeanspruchungen der Wälzkörperreihen führen, was eine Verringerung der Lebensdauer zur Folge hat. Geteilte Innenringe müssen deshalb im allgemeinen radial auf der gesamten axialen Breite des Lagers abgestützt werden, um die Radialkräfte sicher in die Anschlusskonstruktion abzuleiten“.
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Zur Vermeidung der voranstehend beschriebenen Nachteile schlägt die
DE 10 2010 054 948 A1 vor, den Innenring einstückig auszubilden. Gleichzeitig soll auch der Außenring einstückig ausgebildet sein. Durch die einstückige Ausbildung von Innenring und Außenring besteht jedoch der Nachteil, dass der Zusammenbau des Lagers erheblich erschwert ist. Der Außenring muss gemäß
DE 10 2010 054 948 A1 auf erheblich höhere Temperaturen erwärmt werden, um das Lager zusammenbauen zu können.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Lageranordnung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 derart weiterzubilden, dass auch ohne eine konstruktive Einschränkung auf einen einstückig ausgebildeten Innenring ungünstige Lastverteilungen sowie Überbelastungen in den Wälzkörperreihen und den Laufbahnen vermieden und die geforderte Lebensdauer der Laufbahnen und der Wälzkörper sichergestellt werden.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Lageranordnung gemäß Anspruch 1.
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Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den Zeichnungen.
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Erfindungsgemäß weist der Innenring mindestens einen rotornabenseitig angeordneten ersten Teilring und einen generatorseitig angeordneten zweiten Teilring auf, wobei die axiale Erstreckung einer dem Generator zugewandten Hälfte des Innenrings größer ist als die axiale Erstreckung einer der Rotornabe zugewandten Hälfte des Innenrings, wobei die axiale Erstreckung der dem Generator zugewandten Hälfte des Innenrings in Richtung des Generators so bemessen ist, dass der gesamte Innenring unter den im Betrieb der Lageranordnung auftretenden Belastungen einen so großen Verformungswiderstand aufweist, dass eine maximal zulässige Flächenpressung zwischen den Wälzkörpern und den Laufbahnen eingehalten und eine geforderte Laufbahnlebensdauer erreicht wird.
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Der erfindungsgemäßen Lehre liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass bei Wälzlageranordnungen mit mehrteilig ausgebildetem Innenring durch das Vorsehen einer gezielt bemessenen, an der dem Generator zugewandten Seite des Innenrings angeordneten und sich in Richtung Generator erstreckenden Zusatzmasse der Verformungswiderstand des Innenrings (oder anders ausgedrückt die Verwindungssteifigkeit des Innenrings) im Vergleich zu einem Innenring ohne Zusatzmasse gezielt derart erhöhen lässt, dass die im Stand der Technik der
DE 10 2010 054 948 A1 zu Lageranordnungen mit mehrteiligen Innenringen kritisierten Nachteile (Auseinanderklaffen und gegenseitige radiale Verschiebungen der Einzelringe) vermieden werden. Auch ein Abkippen des Ringes wird durch die vorstehenden konstruktiven Maßnahmen vermieden. So können ohne eine konstruktive Einschränkung auf einen einstückig ausgebildeten Innenring ungünstige Lastverteilungen sowie Überbelastungen in den Wälzkörperreihen und den Laufbahnen vermieden und die geforderte Lebensdauer der Laufbahnen und der Wälzkörper sichergestellt werden. Gleichzeitig wird aufgrund des mehrteiligen Innenrings der Vorteil erreicht, dass die erfindungsgemäße Wälzlageranordnung wesentlich einfacher, schneller und kostengünstiger zusammengebaut werden kann als die aus der
DE 10 2010 054 948 A1 bekannte Lageranordnung.
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Erfindungsgemäß wird die Zusatzmasse so dimensioniert, dass sich unter den im Betrieb der Wälzlageranordnung auftretenden Belastungen keine Überbelastungen in den Wälzkörperreihen und den Laufbahnen ergeben und die geforderte Lebensdauer der Laufbahnen sicher erreicht wird.
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Bei der erfindungsgemäßen Wälzlageranordnung kann der mehrteilige Innenring z.B. zweiteilig mit einem sogenannten Tragring und einem sogenannten Haltering ausgebildet sein. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann der Innenring zum Beispiel dreiteilig mit Tragring, Haltering und zwischen diesen angeordnetem Mittelring ausgebildet sein.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Innenring eine Durchgangsbohrung aufweist, durch die ein Gewindebolzen oder eine Schraube durchsteckbar ist, wobei der Innenring über diesen Gewindebolzen oder diese Schraube mit der Rotornabe verbindbar ist. Diese Ausführungsform bietet sich insbesondere dann an, wenn ausreichend Bauraum vorhanden ist, um einerseits rotornabenseitig einen Schraubenkopf oder eine Mutter anzuordnen, und andererseits auch generatorseitig eine Mutter vorzusehen, um den Innenring mit der Rotornabe zu verbinden.
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Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Innenring eine sich von der ersten axialen Stirnseite in Richtung der zweiten axialen Stirnseite erstreckende Gewindebohrung aufweist, die als Sacklochbohrung ausgebildet ist und über die der Innenring mit der Rotornabe verbindbar ist.
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Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass die Gewindebohrung durch eine sich durch den ersten Teilring erstreckende Durchgangbohrung und eine mit der Durchgangbohrung fluchtende, sich in den zweiten Teilring erstreckende Sacklochbohrung gebildet ist.
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Diese beiden voranstehenden Ausführungsformen der Erfindung bieten insbesondere in solchen Konstruktionen Vorteile, in denen der Bauraum in der Windenergieanlage sehr knapp bemessen ist und keine Abstützung des Innenrings durch die Anschlusskonstruktion realisiert werden kann. Insbesondere die Ausführungsform mit der als Sacklochbohrung ausgebildeten Gewindebohrung ist geeignet, wenn auf der Generatorseite nicht genug Bauraum an der Außenseite des Innenrings zur Verfügung steht, um eine Mutter zur Verschraubung mit der Schraube oder dem Gewindebolzen unterbringen zu können.
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Durch die erfindungsgemäße, gezielte Erhöhung des Verformungswiderstands des Innenrings in Kombination mit der Befestigung des Innenrings an der Rotornabe über eine als Sacklochbohrung ausgebildete Gewindebohrung kann auch bei stark beengten Bauraumverhältnissen eine einseitige, rotornabenseitige Befestigung des Innenrings umgesetzt werden, ohne dass sich der Innenring unter den im Betrieb auf ihn einwirkenden Belastungen zu stark verformt. Auf eine (bei stark beengten Bauraumverhältnissen konstruktiv nicht umsetzbare) Abstützung des Innenrings durch die Anschlusskonstruktion zur Verhinderung einer übermäßig großen Verformung des Innenrings unter Last kann bei der vorliegenden erfindungsgemäßen Lösung verzichtet werden.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass zwischen dem ersten Teilring und dem zweiten Teilring ein Mittelring angeordnet ist, wobei der Mittelring eine Durchgangsbohrung aufweist, die mit der Durchgangsbohrung des ersten Teilrings und der Durchgangsbohrung oder der Sacklochbohrung des zweiten Teilrings fluchtet. Durch den Mittelring wird der Vorteil erreicht, dass das Lager leichter montierbar ist und sich das Lagerspiel einfacher einstellen lässt.
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Grundsätzlich können die Wälzkörper der ersten und zweiten Wälzkörperreihe durch Käfige geführt bzw. gehalten werden. Dabei können unterschiedliche Käfigbauweisen zum Einsatz kommen, zum Beispiel Bolzenkäfige oder Fenster- bzw. Taschenkäfige. Bei Bolzenkäfigen sind die einzelnen Wälzkörper drehbar auf Bolzen gehalten, wobei die Bolzen in ihrer Befestigungsposition in einen umlaufenden Käfigring eingeschraubt sind. Bei Fenster- oder Taschenkäfigen sind die Wälzkörper in Aufnahmefenstern oder Aufnahmetaschen angeordnet.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Wälzkörper der ersten und zweiten Wälzkörperreihe als auf Bolzen geführte Rollen ausgebildet sind, wobei der Mittelring Bolzensicherungselemente aufweist, die ein Lösen oder Verrutschen der Bolzen aus ihrer Befestigungsposition verhindern. Nach einer Ausführungsform der Erfindung sind die Bolzensicherungselemente als an dem Mittelring ausgebildete Stützflächen oder Sicherungsflächen ausgebildet, die ein Verrutschen der Bolzen verhindern.
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Sofern es sinnvoll erscheint, können die Stützflächen oder Sicherungsflächen gehärtet werden, um einem vorzeitigen Verschleiß dieser Stützflächen entgegenzuwirken. Dadurch, dass die Stützflächen an einem separaten Mittelring ausgebildet sind, können die Stützflächen auf einfache Weise an dem Mittelring gehärtet werden, ohne dass dabei auch der erste Teilring oder der zweite Teilring gehandhabt werden müssten.
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Das Härten der Stützflächen kann z.B. durch induktives Randschichthärten erfolgen.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Wälzkörper der ersten und zweiten Wälzkörperreihe in Aufnahmefenstern von Fensterkäfigen angeordnet sind. Bei dieser Ausführungsform werden keine vorzugsweise einsatzgehärteten Rollen als Wälzkörper benötigt. Außerdem müssen keine Bohrungen zur Aufnahme von Bolzen in die Rollen eingebracht werden, wie dies bei Bolzenkäfigen der Fall ist.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Wälzkörper der ersten Wälzkörperreihe eine andere tragende Länge aufweisen und/oder mit einem anderen Tragwinkel angeordnet sind als die Wälzkörper der zweiten Wälzkörperreihe, so dass die beiden Wälzkörperreihen hinsichtlich der im Betrieb auf sie einwirkenden Belastungen optimiert ausgebildet sind. Auf diese Weise kann eine unnötige Überdimensionierung der weniger belasteten Wälzkörperreihe vermieden werden. Wenn die Wälzkörperreihen nicht an die jeweiligen Belastungen angepasst, sondern symmetrisch und gleich ausgebildet werden, dann muss die Wälzkörperreihe, die im Betrieb den geringeren Belastungen unterworfen ist, zwangsläufig überdimensioniert werden, denn die stärker belastete Wälzkörperreihe bestimmt die Auslegung. Dies wird bei einer gezielten konstruktiven Anpassung der Auslegung der Wälzkörper und der Laufbahnen an die im Betrieb tatsächlich auftretenden Belastungen der jeweiligen Wälzkörperreihe verhindert. Durch eine Vermeidung von Überdimensionierungen kann das Gewicht der Wälzkörperanordnung optimiert werden.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Lageranordnung durch eine voneinander abweichende Gestaltung der beiden Wälzkörperreihen an die im Betrieb auftretenden Belastungen angepasst ist. Zusätzlich zu den Parametern „tragende Länge der Wälzkörper“ und „Tragwinkel“ können auch noch andere Merkmale der Wälzkörper und der Laufbahnen an die im Betrieb zu ertragenden Belastungen angepasst werden., z.B. die Krümmungsprofilverläufe der Wälzkörper und der Laufbahnen. Auch diese Konstruktionsmaßnahmen tragen zu einer Vermeidung von Überdimensionierungen und zur Optimierung des Gewichts der Wälzlageranordnung bei.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch
- 1 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wälzlageranordnung mit einem als Bolzenkäfig ausgebildeten Wälzkörperkäfig und einem dreigeteilten Innenring mit Durchgangsbohrung;
- 2 eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wälzlageranordnung, die im Wesentlichen der ersten Ausführungsform entspricht, wobei anstelle eines Bolzenkäfigs ein Fensterkäfig vorgesehen ist;
- 3 eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wälzlageranordnung mit einem als Bolzenkäfig ausgebildeten Wälzkörperkäfig und einem dreiteiligen Innenring mit einer als Sacklochbohrung ausgebildeten Gewindebohrung;
- 4 eine vierte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wälzlageranordnung, die im Wesentlichen der dritten Ausführungsform entspricht, wobei anstelle eines Bolzenkäfigs ein Fensterkäfig vorgesehen ist;
- 5 eine fünfte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wälzlageranordnung mit einem als Bolzenkäfig ausgebildeten Wälzkörperkäfig und einem vierteiligen Innenring mit einer als Sacklochbohrung ausgebildeten Gewindebohrung;
- 6 eine sechste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wälzlageranordnung, die im Wesentlichen der fünften Ausführungsform entspricht, wobei anstelle eines Bolzenkäfigs ein Fensterkäfig vorgesehen ist.
- 7 eine siebente Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wälzlageranordnung, die im Wesentlichen der dritten Ausführungsform entspricht, wobei die beiden Wälzkörperreihen unterschiedlich dimensionierte Wälzkörper und Laufbahnen aufweisen.
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1 zeigt eine erfindungsgemäße Wälzlageranordnung im axialen Halbschnitt. Die Wälzlageranordnung weist einen Außenring 1 auf. Der Außenring 1 ist im eingebauten Zustand der Wälzlageranordnung an einer nicht dargestellten Komponente einer Anschlusskonstruktion der Windenergieanlage über eine in 1 nicht dargestellte Schraubenverbindung befestigt. Weiterhin weist die Wälzlageranordnung einen Innenring 2 mit einer Stirnseite 20 und einer Stirnseite 21 auf. An seiner Stirnseite 20 ist der Innenring 2 im eingebauten Zustand über eine nicht dargestellte Schraubenverbindung 30 mit einer ebenfalls nicht dargestellten Nabe der Windenergieanlage verbunden. Außer dieser Verbindung mit der Nabe der Windenergieanlage weist der Innenring 2 keine weitere Verbindung oder Unterstützung durch die Anschlusskonstruktion der Windenergieanlage auf. Insbesondere ist die Stirnseite 21 des Innenrings 2 nicht mit einer Komponente der Anschlusskonstruktion der Windenergieanlage verbunden.
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Zwischen dem Außenring 1 und dem Innenring 2 sind zwei in axialer Richtung voneinander beanstandet angeordnete Wälzkörperreihen 3, 4 angeordnet. Die erste Wälzkörperreihe 3 weist Wälzkörper 8 und die zweite Wälzkörperreihe 4 weist Wälzkörper 10 auf. Die Wälzkörper 8, 10 sind in Umfangsrichtung des Wälzlagers umlaufend nebeneinander angeordnet. Die Wälzkörper 8, 10 wälzen auf den Laufbahnen 7, 9, 11, 13 ab, so dass der mit der Nabe der Windenergieanlage verbundene Innenring 2 relativ zu dem mit der Anschlusskonstruktion der Windenergieanlage verbundenen, drehfesten Außenring 1 verdrehbar ist.
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In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Wälzkörper 8, 10 in Bolzenkäfigen 60 angeordnet. Hierzu sind die Wälzkörper 8, 10 drehbar auf Bolzen 61 geführt. Die Wälzkörper 8, 10 weisen koaxial zu ihrer Rotationsachse verlaufende Durchgangsbohrungen auf, durch welche die Bolzen 61 hindurch gesteckt sind. Die Bolzenkäfige 60 weisen einerseits auf der dem Innenring 2 zugewandten Seite der Wälzkörper 8, 10 erste Käfigringe 64 und andererseits auf der radial nach außen weisenden Seite der Wälzkörper 8, 10 zweite Käfigringe 65 auf. Die Bolzen 61 sind durch die ersten Käfigringe 64 hindurch gesteckt und in die zweiten Käfigringe 65 eingeschraubt. Auf diese Weise sind die Wälzkörper 8, 10 drehbar zwischen den ersten Käfigringen 64 und den zweiten Käfigringen 65 gehalten.
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Der Außenring 1 weist zwei Keilflanken 5, 6 auf, an denen Laufbahnen 7, 8 für die Wälzkörper 8, 10 ausgebildet sind. Der Innenring 2 ist in dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel dreigeteilt ausgebildet. Der Innenring 2 weist einen ersten Teilring 40, einen zweiten Teilring 41 und einen zwischen dem ersten 40 und zweiten Teilring 41 angeordneten Mittelring 42 auf. An dem ersten Teilring 40 ist eine Laufbahn 11 ausgebildet, auf der die Wälzkörper 8 der ersten Wälzkörperreihe 3 abwälzen. An dem zweiten Teilring 41 ist eine Laufbahn 13 ausgebildet, auf der die Wälzkörper 10 der zweiten Wälzkörperreihe 4 abwälzen. Alle Laufbahnen 7. 9, 11, 13 sind vorzugsweise gehärtet, insbesondere randschichtgehärtet, zum Beispiel durch induktives Randschichthärten.
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In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Innenring 2 eine Durchgangsbohrung 50 auf, über die der Innenring 2 mit seiner der nicht dargestellten Nabe zugewandten Stirnseite 20 an der Nabe der Windenergieanlage befestigt ist. Die Durchgangsbohrung 50 wird gebildet durch drei miteinander fluchtende Durchgangsbohrungen 50A, 50B, 50C. Um den Innenring 2 mit der nicht dargestellten Nabe zu verbinden wird ein Gewindebolzen oder eine Schraube durch die Durchgangsbohrung 50 hindurch gesteckt und mit der Nabe der Windenergieanlage verschraubt. Dabei weist der Gewindebolzen auf der dem Generator zugewandten Stirnseite 21 des Innenrings 2 eine (in 1 nicht dargestellte) Mutter auf, oder die Schraube weist auf der dem Generator zugewandten Stirnseite 21 des Innenrings 2 einen (in 1 nicht dargestellten) Schraubenkopf auf.
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Der Mittelring 42 weist Stützflächen 63 auf, die ein ungewolltes Verrutschen oder Herauslösen der Bolzen 61 verhindern. Die Stützflächen 63 bilden somit Bolzensicherungselemente 62 aus, an denen sich die Bolzen 61 abstützen, falls sie sich aus ihrer Befestigungsposition lösen, d.h. wenn sie sich zum Beispiel aus der in den zweiten Käfigring 65 eingeschraubten Position lösen und radial nach innen Richtung Innenring 2 verrutschen.
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Der Innenring 2 ist asymmetrisch ausgebildet. Die axiale Erstreckung der dem Generator zugewandten Hälfte des Innenrings 2 ist deutlich größer als die axiale Erstreckung der der Rotornabe zugewandten Hälfte des Innenrings 2. Dabei ist die axiale Erstreckung der dem Generator zugewandten Hälfte des Innenrings 2 in Richtung des Generators so bemessen, dass der gesamte Innenring 2 unter den im Betrieb der Lageranordnung auftretenden Belastungen einen so großen Verformungswiderstand aufweist, dass eine maximal zulässige Flächenpressung zwischen den Wälzkörpern 8, 10 und den Laufbahnen 7, 9, 11, 13 eingehalten und eine geforderte Laufbahnlebensdauer erreicht wird.
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Erfindungsgemäß wurde überraschend gefunden, dass sich durch die gezielte Erhöhung der axialen Erstreckung der dem Generator zugewandten Hälfte des Innenrings 2 die Gesamtsteifigkeit des Innenrings 2 derart erhöhen lässt und der Widerstand des mehrteiligen Innenrings 2 gegen die im Stand der Technik dargelegten nachteiligen Verhaltensweisen bei hohen Belastungen derart verbessern lässt, dass auch bei hohen und höchsten Belastungen im Betrieb die maximal zulässige Flächenpressung zwischen den Wälzkörpern und den Laufbahnen eingehalten und die geforderte Lebensdauer der Wälzlageranordnung erreicht wird. Insbesondere wurde überraschend festgestellt, dass das im Stand der Technik zu mehrteiligen Innenringen beschriebene Auseinanderklaffen der Einzelringe und das Auftreten gegenseitiger radialer Verschiebungen der Einzelringe zueinander sowie ein unerwünschtes Abkippen des Innenringes durch die erfindungsgemäße konstruktive Maßnahme wirksam vermieden werden kann.
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2 zeigt eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wälzlageranordnung, die im Wesentlichen der ersten Ausführungsform gemäß 1 entspricht, wobei anstelle eines Bolzenkäfigs 60 ein Fensterkäfig 70 vorgesehen ist. Dabei sind die Wälzkörper 8, 10 in Aufnahmefenstern des Fensterkäfigs 70 gehalten Dies hat den Vorteil, dass keine vorzugsweise einsatzgehärteten Wälzkörper 8, 10 verwendet werden müssen. Außerdem müssen im Unterschied zu der in 1 gezeigten Ausführungsform die Wälzkörper 8, 10 nicht mit zentralen Bohrungen zum Durchführen von Bolzen 61 versehen werden. Auch muss der Mittelring 42 keine speziellen Funktionsflächen aufweisen wie zum Beispiel die Stützflächen 63 bei der Ausführungsform gemäß 1.
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3 zeigt eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wälzlageranordnung. Das voranstehend zu 1 bereits Beschriebene gilt auch für die in 3 dargestellte Ausführungsform der Erfindung, wobei anstelle einer Durchgangsbohrung 50C im Teilring 41 eine als Sacklochbohrung 52 ausgebildete Gewindebohrung 51 vorgesehen ist. Dadurch wird ein weiterer konstruktiver Vorteil erreicht, denn auf der dem Generator zugewandten Stirnseite 21 des Innenrings 2 muss keine Mutter bzw. kein Schraubenkopf vorgesehen werden, um den Innenring 2 mit der Nabe der Windenergieanlage zu verbinden. Stattdessen kann von der Nabenseite her ein Gewindebolzen oder eine Schraube in die als Sacklochbohrung 52 ausgebildete Gewindebohrung 51 eingeschraubt werden. Auf diese Weise kann im Falle von sehr beengten Platzverhältnissen, also wenn nur ein sehr begrenzter Bauraum für die Unterbringung der Wälzlageranordnung zur Verfügung steht, der Bauraumbedarf minimiert werden. Insbesondere kann auf der dem Generator zugewandten Seite der Bauraum für die Unterbringung der Muttern bzw. Schraubenköpfe eingespart werden. Dies kann auch die Montage bzw. Demontage der Wälzlageranordnung erheblich vereinfachen, insbesondere bei stark beengten Bauraumverhältnissen.
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In 4 ist eine vierte Ausführungsform der Erfindung dargestellt, die im Wesentlichen der dritten Ausführungsform gemäß 3 entspricht, wobei anstelle eines Bolzenkäfigs 60 ein Fensterkäfig 70 vorgesehen ist. Die voranstehend zu 2 beschriebenen Vorteile des Fensterkäfigs 70 gelten ebenso für die Ausführungsform gemäß 4.
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In 5 ist eine fünfte Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Die Wälzkörper 8, 10 sind wiederum, wie bereits voranstehend beschrieben, in Bolzenkäfigen 60 angeordnet. Anstelle eines dreiteiligen Innenrings 2 ist bei der Ausführungsform gemäß 5 allerdings ein vierteiliger Innenring 2 vorgesehen. Dieser vierteilige Innenring 2 setzt sich zusammen aus einem ersten Teilring 40, einem zweiten Teilring 41, einem zwischen den beiden Teilringen 40, 41 angeordneten Mittelring 42 sowie einem Verstärkungsring 43. Der erste Teilring 40, der Mittelring 42 und der zweite Teilring 41 weisen jeweils eine Durchgangsbohrung 50A, 50B bzw. 50C auf. In dem der Generatorseite zugewandten Verstärkungsring 43 ist wiederum eine als Sacklochbohrung 52 ausgebildete Gewindebohrung 51 angeordnet. Der Mittelring 42 ist bei dieser Ausführungsform der Erfindung vergleichbar mit dem Mittelring 42 gemäß den Ausführungsformen nach 1 und 3, er weist auch dieselben Stützflächen 63 zur Sicherung der Bolzen 61 des Bolzenkäfigs 60 auf. Der erste Teilring 40 entspricht dem ersten Teilring 40 bei den Ausführungsformen gemäß 1 und 3. Der zweite Teilring 41 ist im Wesentlichen symmetrisch zu dem ersten Teilring 40 ausgebildet.
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Die axiale Erstreckung der zweiten Hälfte des Innenrings 2 wird bei der in 5 dargestellten Ausführungsform der Erfindung durch die Dimensionierung des Verstärkungsrings 43 angepasst. Durch den zusätzlichen Verstärkungsring 43 werden Vorteile in der Fertigung der Lagerringe erzielt. Bei den einstückig ausgebildeten zweiten Teilringen 41, die bei den Ausführungsformen gemäß den 1 bis 4 vorgesehen sind, ist der Produktionsprozess aufgrund der besonderen Geometrie des zweiten Teilrings 41 aufwendiger als der Produktionsprozess für den zweiten Teilring 41 und den Verstärkungsring bei der Ausführungsform gemäß 5. Durch den separaten Verstärkungsring 43 können daher Produktionszeit und -kosten gespart werden. Zudem ist es möglich, für den separaten Verstärkungsring ein anderes, kostengünstigeres Material als für die eigentlichen Lagerringe zu verwenden.
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In 6 ist eine sechste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wälzlageranordnung dargestellt, die im Wesentlichen der fünften Ausführungsform gemäß 5 entspricht. Die zu 5 erläuterten Vorteile gelten analog auch für die in 6 dargestellte Ausführungsform der Erfindung. Anstelle eines Bolzenkäfigs 60 wie in 5 ist in 6 jedoch ein Fensterkäfig 70 vorgesehen, wodurch die bereits zu den Ausführungsbeispielen gemäß den 2 und 4 beschriebenen Vorteile erreicht werden.
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7 zeigt eine siebente Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wälzlageranordnung, die im Wesentlichen der dritten Ausführungsform gem. 3 entspricht. Das voranstehend zu 3 bereits Beschriebene gilt auch für die in 7 dargestellte Ausführungsform der Erfindung, wobei die Wälzkörper 8 der ersten Wälzkörperreihe 3 eine andere tragende Länge aufweisen und/oder mit einem anderen Tragwinkel angeordnet sind als die Wälzkörper 10 der zweiten Wälzkörperreihe 4, so dass die beiden Wälzkörperreihen hinsichtlich der im Betrieb auf sie einwirkenden Belastungen optimiert ausgebildet sind. Bei allen voranstehend beschriebenen Ausführungsformen werden die Wälzkörper 8, 10 an Borden abgestützt, die an den Teil ringen 40 und 41 ausgebildet sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Außenring
- 2
- Innenring
- 3
- Wälzkörperreihe
- 4
- Wälzkörperreihe
- 5
- Keilflanke
- 6
- Keilflanke
- 7
- Laufbahn
- 8
- Wälzkörper
- 9
- Laufbahn
- 10
- Wälzkörper
- 11
- Laufbahn
- 13
- Laufbahn
- 20
- Stirnseite
- 21
- Stirnseite
- 30
- Schraubverbindung
- 40
- Teilring
- 41
- Teilring
- 42
- Mittelring
- 43
- Verstärkungsring
- 50
- Durchgangsbohrung
- 50A
- Durchgangsbohrung
- 50B
- Durchgangsbohrung
- 50C
- Durchgangsbohrung
- 51
- Gewindebohrung
- 52
- Sacklochbohrung
- 60
- Bolzenkäfig
- 61
- Bolzen
- 62
- Bolzensicherungselemente
- 63
- Stützflächen
- 64
- Käfigring
- 65
- Käfigring
- 70
- Fensterkäfig
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202014010876 U1 [0002]
- DE 102010054948 A1 [0003, 0004, 0005, 0006, 0007, 0008, 0009, 0010, 0015]
