-
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Lageranordnung und eine Solaranlage.
-
Bei
Solaranlagen ist es vorteilhaft, wenn die verwendeten Solarkollektoren
stets optimal zur Sonne ausgerichtet werden, um die volle Leistungsfähigkeit
auszuschöpfen.
Oftmals wird dies durch schräg gestellte
Solarkollektoren erreicht, die drehbar angeordnet sind, so dass
sie dem Lauf der Sonne folgen können.
Dabei wird im Allgemeinen keine ganze Umdrehung ausgeführt, sondern
die Anlage nach Sonnenuntergang wieder zurück in Richtung des nächsten Sonnenaufgangs
geschwenkt. Der Solarkollektor ist beispielsweise auf einer senkrecht
stehenden Welle befestigt, die gegenüber einer Bodenplatte dreh-
bzw. schwenkbar gelagert ist. Zur Lagerung der Welle werden oftmals
Wälzlager
verwendet.
-
Derartige
Anordnungen stellen hohe Anforderungen an die verwendeten Lagerung,
da einerseits durch Einwirkung des Eigengewichtes und von Wind sowohl
hohe radiale, als auch hohe axiale Kräfte durch die Lageranordnung
aufnehmbar sein müssen.
Zudem werden stets nur sehr kleine Bewegungen durchgeführt, da
die Kollektoren lediglich entsprechend der langsam wandernden Sonne
gedreht werden. Nachteilig ist, dass infolge der geringfügigen Drehbewegungen
der Lager und der teilweise erheblichen Kräfte, die auf das Lager wirken,
eine sog. Brinelling-Neigung
vorliegt. Unter „Brinelling” oder auch „False
Brinelling” werden
Ver schleißerscheinungen bei
Wälzlagern
verstanden, die nur sehr geringe Bewegungen ausführen. Bei diesen Stillstandsmarkierungen,
Riffelbildungen oder Muldenbildungen werden durch Schwingungen oder
elastische Verformungen in die Kontaktflächen zwischen Wälzkörper und Lauffläche Mikrobewegungen
eingeleitet. Diese können
bereits nach wenigen tausend Lastwechseln zu Schäden führen. Im weiteren Betrieb werden
diese Markierungen überrollt
und führen
dabei zu unruhigem Lauf und dann zu vorzeitigen Ausfällen. Die
Mikrobewegungen werden vorliegend durch die hohen Kräfte verursacht,
die dann auf die Lageranordnung wirken, wenn Windkräfte auf
den großflächigen Kollektor
wirken.
-
Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lageranordnung
und eine entsprechende Solaranlage bereit zu stellen, bei der auch
hohe Kräfte
aufgenommen werden können.
-
Diese
Aufgabe wird durch eine Lageranordnung mit den Merkmalen des Schutzanspruchs
1 und durch eine Solaranlage mit den Merkmalen des Schutzanspruchs
11 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Unteransprüche.
-
Gemäß Schutzanspruch
1 wird eine Lageranordnung zur drehbaren Lagerung einer Welle auf
einem Halteelement, aufweisend folgende Merkmale, angegeben:
- – Es
sind zwei Lagerringe vorgesehen, von denen einer mit der Welle und
einer mit dem Halteelement verbunden ist,
- – die
Lagerringe sind über
erste Gleitelemente gegeneinander drehbar gelagert, und
- – zur
Aufnahme von Axialkräften
sind zweite Gleitelemente zwischen den Lagerringen vorgesehen.
-
Durch
die Verwendung der ersten und zweiten Gleitelemente wird einerseits
die Drehbarkeit der Lagerringe gegeneinander sichergestellt, so
dass die Welle auf dem Halteelement drehbar gelagert ist. Zur Aufnahme
der Axialkräfte
sind die zweiten Gleitelemente zwischen den Lagerringen angeordnet,
so dass auch im Außeneinsatz der
Lageranordnung bei variierenden Gewichtsbelastungen der Welle und des
Halteelements eine Drehbarkeit der Lageranordnung gewährleistet
ist. Besonders vorteilhaft lässt sich
die Lageranordnung bei senkrecht stehender Welle verwenden.
-
In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist wenigstens
einer der Lagerringe flanschartige Fortsätze auf, mittels derer die
Welle bzw. das Halteelement am jeweiligen Lagerring befestigbar
ist. Derartige Lageranordnungen lassen sich vorteilhaft universell
einsetzen, wobei jeweils die zu halternde Welle und das Halteelement
an die flanschartigen Fortsätze
angepasst werden müssen.
Folglich lassen sich derartige Lageranordnungen in großer Zahl
in verschiedenen Anwendungsbereichen einsetzen.
-
In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine Antriebseinheit
vorgesehen, die derart ausgebildet ist, dass die Lagerelemente kontrolliert
gegeneinander gedreht und/oder geschwenkt werden können. Es
ist vorteilhaft, die Antriebseinheit in das Lager zu integrieren.
Die ermöglicht
eine deutlich kompaktere Ausführung
der entsprechenden Solaranlage.
-
Gemäß Schutzanspruch
11 wird eine Solaranlage mit wenigstens einem Solarkollektor und
einer Standeinheit angegeben, wobei der Solarkollektor drehbar mit
der Standeinheit verbunden ist und die drehbare Verbindung durch
eine Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 gebildet ist.
Hier ist die Lageranordnung besonders vorteilhaft einsetzbar.
-
Weitere
Vorteile und Ausführungen
der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen
im Zusammenhang mit den beigefügten
Figuren. Es zeigen:
-
1 eine
schematische Darstellung einer erster Ausführungsform der Erfindung,
-
2 eine
Detailansicht der Ausführungsform
der 1,
-
3 eine
Schnittdarstellung einer zweiten Ausführungsform der Erfindung und
-
4 eine
Schnittdarstellung einer dritten Ausführungsform der Erfindung.
-
In
der 1 ist schematisch eine Solaranlage 1 dargestellt.
Sie umfasst einen Solarkollektor 3, der auf einer Welle 5 abgewinkelt
montiert ist. Die Welle 5 ist am unteren Ende fest mit
einer angetriebenen Lagereinheit 7 verbunden, die wiederum
auf einem Wellenstummel 9 aufsitzt. Der Wellenstummel 9 ist
seinerseits mit dem Untergrund fest verbunden. Aufgrund von Windeinflüssen, die
auf den Solarkollektor 3 wirken, ergeben sich hohe Biegebelastungen für die Lagereinheit 7,
die entsprechend hohe Radialkräfte
aufnehmen muss. Ebenfalls weist der Solarkollektor 3 zusammen
mit der Welle 5 ein hohes Eigengewicht auf, das beispielsweise
im Winter durch Schneefall noch zusätzlich erhöht wird. Die Lagereinheit 7 muss
folglich ebenfalls hohe, axial wirkende Kräfte aufnehmen können. Gleichzeitig
muss die Lagereinheit 7 sicherstellen, dass der Solarkollektor 3 um
die Achse der Welle 5 drehbar gelagert ist, so dass die
Ausrichtung des Solarkollektors 3 dem Verlauf der Sonne
folgen kann.
-
In
der 2 ist die Lagereinheit 7 in vergrößerter Darstellung
schematisch dargestellt. Sie ist im oberen Bereich mit dem hier
nur ausschnittsweise dargestellten Ende der Welle 5 verbunden.
Die Lagereinheit 7 weist eine von unten sich axial erstreckende Öffnung auf,
in die die Welle 9 eingreift. Die Lagereinheit 7 ist
nun gegenüber
der Welle 9 mit zwei verschiedenen Lagerungen versehen.
Zum einen ist an der axialen Berührungsfläche der
Lagereinheit 7 und der Welle 9 eine Anlaufscheibe 13 angeordnet,
die zum einen eine drehbare Lagerung der Welle 9 in der Lagereinheit 7 sicherstellt
und andererseits zur Aufnahme von Axialkräften geeignet ist. So wird
das Gewicht des auf der Welle 5 montierten Sonnenkollektors
getragen. Zusätzlich
sind in der Lagereinheit 7 radial wirkende Lagerungen 15 vorge sehen,
die ebenfalls die radial drehbare Lagerung der Lagereinheit 7 auf
der Welle 9 gewährleisten.
Sie dienen der Aufnahme von Radialkräften. Die Lagerungen 15 können beispielsweise
als Gleit- oder Drehlager ausgeführt
sein.
-
Die
Lagereinheit 7 weist eine Antriebseinheit 17 auf,
die mit der Welle 9 derart zusammenwirkt, dass eine Verschwenkung
der Lagereinheit 7 und damit der Welle 5 und des
daran angeschlossenen Solarkollektors 3 relativ zur Welle 9 möglich ist.
Die Antriebseinheit 17 kann beispielsweise als Schneckenantrieb
ausgeführt
sein, bei dem eine quer zum Wellenstummel 9 angeordnete
Antriebswelle vorgesehen ist, die ein Gewinde aufweist. Am Wellenstummel 9 ist
eine entsprechend mit dem Gewinde in Wirkeingriff stehende, radial
umlaufende Zahnung vorgesehen. Die Zahnung kann beispielsweise in
den Wellenstummel 9 eingebracht sein. Alternativ ist es möglich, um
den Wellenstummel 9 einen Ring mit außen liegender Zahnung vorzusehen.
-
Bei
Rotation der Antriebswelle wird ein Drehmoment auf den Wellenstummel 9 ausgeübt, so dass sich
die Lagereinheit 7 und der damit verbunden Solarkollektor 3 verschwenken
lassen
-
In
der 3 ist eine alternative Ausführungsform der Erfindung dargestellt.
Sie besteht aus einem Innenring 101 und einem Außenring 103,
die über Gleitlagerelemente 105 drehbar
zueinander gelagert sind. Die Gleitlagerelemente 105 sind
dabei in entsprechenden Sitzflächen
des Außenrings 103 befestigt,
wobei der Innenring 101 eine entsprechende Gleitfläche 107 aufweist,
auf der die Gleitlagerelemente 105 gleiten können. Somit
ist eine Drehung des Innenrings 101 relativ zum Außenring 103 möglich. Der
Außenring 103 weist
einen radial nach außen
gerichteten Fortsatz auf, der eine axiale Sitzfläche 109 darstellt.
Der Außenring 103 ist über ein
radial umlaufendes Gleitelement 111 axial auf der Sitzfläche 109 gelagert.
Zur Abdichtung des Spalts zwischen der Sitzfläche 109 und dem Außenring 103 ist eine
radial umlaufende Dichtung 113 vorgesehen. Diese kann beispielsweise
als O-Ring ausgeführt sein.
-
Am
oberen Ende des Innenrings 101 ist zur axialen Fixierung
des Außenrings 103 eine
Befestigungsscheibe 115 mit dem Innenring 101 verbunden. Die
Befestigungsscheibe 115 bildet ebenfalls eine axiale Sitzfläche 117 für Gleitelemente 119,
auf denen der Außenring 103 axial
gelagert ist. Der durch den Außenring 103 und
die Sitzfläche 117 definierte Spalt
ist ebenfalls durch ein Dichtelement 113 abgedichtet.
-
Durch
den derartigen Aufbau ist es möglich, dass
der Außenring 103 bezüglich des
Innenrings 101 drehbar gelagert ist, wobei durch die Gleitelemente 105 radiale
Kräfte
aufnehmbar sind, während durch
die axialen Gleitelemente 111 und 119 auch axiale
Kräfte
aufgenommen werden können.
Zudem lässt
sich die derartige Baueinheit kostengünstig fertigen.
-
Der
Innenring 101 weist einen flanschartigen Fortsatz 121 auf,
der eine Bohrung 123 aufweist. Mittels der Bohrung 123 im
Fortsatz 121 lässt
sich der Innenring 101 beispielsweise an einer Bodenplatte befestigen,
oder an einem Gehäuse.
Der Außenring 103 weist
ebenfalls einen flanschartigen Fortsatz 125 auf, der eine
Bohrung 127 umfasst. An der Bohrung 127 lässt sich
beispielsweise eine Welle befestigen, die dann den Sonnenkollektor
trägt.
Durch die Gestalt der Ausführung
ist der Sonnenkollektor drehbar gegenüber dem Untergrund gelagert,
wobei Axial- und Radialkräfte
aufgenommen werden können.
-
Alternativ
ist es möglich,
dass der Außenring 103 mittels
der Bohrung 127, die beispielsweise zur Aufnahme von Schrauben
geeignet ist, an einem entsprechenden Gehäuse befestigt ist. In diesem
Fall wäre
der Innenring 101 über
den flanschartigen Fortsatz 121 mit der Welle des Solarkollektors
verbunden, so dass der Außenring 103 ortsfest
ist, während sich
der Innenring 101 relativ dazu drehbar lagern lässt.
-
In
der 4 ist ein alternatives Ausführungsbeispiel der Erfindung
dargestellt. Es besteht aus einem analog zur Ausführungsform
der 3 geformten Innenring 201 und einem Außenring 203.
Sowohl der Innenring 201 als auch der Außenring 203 entsprechen
bezüglich
der Formgebung und Funktionsweise weitestgehend dem entsprechenden
Innenring 101 und dem Außenring 103 des Ausführungsbeispiels
der 3. Lediglich die in der 3 dargestellten
Gleitelemente 105, sowie 111 und 119 sind hier
in der vorliegenden Ausführungsform
der 4 andersartig ausgeführt. Zur axialen und radialen
Lagerung des Außenrings 203 am
Innenring 201 und an der Befestigungsscheibe 205 sind
abgewinkelte Gleitelemente 207 vorgesehen. Durch die abgewinkelte Ausführung befinden
sich die Gleitelemente 207 sowohl in einem radialen Spalt
zwischen dem Innenring 201 und dem Außenring 203, als auch
in den zwei Axialspalten 211 zwischen Innenring 201 und
Außenring 203.
Der Befestigungsring 205 ist mittels einer Schraubverbindung 213 am
Innenring 201 befestigt. Diese Befestigung lässt sich
auch im Ausführungsbeispiel
der 3 verwenden.
-
- 1
- Solaranlage
- 3
- Solarkollektor
- 5
- Welle
- 7
- angetriebene
Lagereinheit
- 9
- Wellenstummel
- 11
- Öffnung
- 13
- Anlaufscheibe
- 15
- radial
wirkende Lagerung
- 17
- Antriebseinheit
- 101
- Innenring
- 103
- Außenring
- 105
- Gleitlagerelement
- 107
- Gleitfläche
- 109
- axiale
Sitzfläche
- 111
- Gleitelement
- 113
- Dichtung
- 115
- Befestigungsscheibe
- 117
- axiale
Sitzfläche
- 119
- axiale
Gleitelemente
- 121,
125
- flanschartiger
Fortsatz
- 123,
127
- Bohrung
- 201
- Innenring
- 203
- Außenring
- 205
- Befestigungsscheibe
- 207
- abgewinkelte
Gleitelemente
- 211
- Axialspalt
- 213
- Schraubverbindung