DE202022101187U1

DE202022101187U1 - Wälzlager mit verlängerter Lebensdauer

Info

Publication number: DE202022101187U1
Application number: DE202022101187.7U
Authority: DE
Original assignee: ThyssenKrupp AG; ThyssenKrupp Rothe Erde Germany GmbH
Current assignee: ThyssenKrupp AG; ThyssenKrupp Rothe Erde Germany GmbH
Priority date: 2022-03-03
Filing date: 2022-03-03
Publication date: 2022-03-10
Anticipated expiration: 2032-03-04

Abstract

Wälzlager (10), wobei das Wälzlager (10) einen Außenring (20) und einen Laufring (30) aufweist, wobei zwischen dem Außenring (20) und dem Laufring (30) wenigstens eine Reihe von Wälzkörpern angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlager (10) weiter einen Innenring (40) aufweist, wobei zwischen dem Laufring (30) und dem Innenring (40) wenigstens eine Reihe von Wälzkörpern angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Wälzlager, insbesondere für eine Windkraftanlage, insbesondere ein Pitchlager für eine Windkraftanlage.
Aus der DE 10 2008 049 814 A1 ist eine Drehverbindung beispielsweise für eine Windenergieanlage sowie eine Windenergieanlage mit der Drehverbindung bekannt.
Aus der EP 2 372 146 A1 ist eine Windkraftanlage und ein Pitchlager für eine Windkraftanlage bekannt.
Aus der WO 2013/039292 A1 ist ein Pitchlager für eine Windkraftanlage bekannt.
Aus der EP 2 372 149 A1 ist eine Windkraftanlage und ein Pitchlager für eine Windkraftanlage bekannt.
Aus der EP 1 907 694 B2 ist eine Windturbine und eine Nabe für eine Windturbine bekannt.
Aus der EP 1 741 943 A2 ist ein kraftübertragendes Lager für Windkraftanlagen bekannt.
Aus der DE 10 2008 049 813 A1 ist eine Drehverbindung für eine Windenergieanlage sowie eine Windenergieanlage mit der Drehverbindung bekannt.
Aus der DE 100 11 464 C1 ist eine Lagerung für ein verstellbares Rotorblatt einer Windenergieanlage bekannt.
Aus der EP 1 286 048 B1 ist eine Einrichtung zum Verstellen des Rotorblatts eines Rotors einer Windkraftanlage bekannt.
Aus der US 2018/0283362 A1 ist ein Lager für eine Windkraftanlage bekannt.
Aus der EP 1 741 940 B1 ist ein Tonnenlager bekannt.
Aus der WO 2007/006301 A1 ist eine Windkraftanlage und eine Nabe für eine Windkraftanlage bekannt.
Mit zunehmender Größe der Windenergieanlagen werden spezielle Regelverfahren für die Pitchverstellung verwendet. Folge hiervon ist, dass es zu mehr Drehbewegung kommt, was wiederum Einfluss auf die Laufbahnlebensdauer hat, da die Lebensdauer in erster Näherung durch die Summe der Drehbewegung bestimmt ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Lager bereitzustellen, welches eine größere Gesamtsumme an Drehbewegungen innerhalb seiner Lebensdauer aufweist.
Gelöst wird diese Aufgabe durch das Wälzlager, zum Beinspiel ein Vierpunktlager oder ein Doppelvierpunktlager, mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den Zeichnungen.
Das erfindungsgemäße Wälzlager, zum Beinspiel ein Vierpunktlager oder ein Doppelvierpunktlager, weist einen Außenring und einen Laufring auf. Zwischen dem Außenring und dem Laufring sind wenigstens eine Reihe von Wälzkörpern, insbesondere Kugeln angeordnet. Optional können auch zwei Reihen von Wälzkörpern, insbesondere Kugeln, angeordnet sein. Eine Reihe ist für größere Wälzkörper, zwei Reihen für kleinere Wälzkörper bevorzugt. Dieses entspricht dem üblichen Aufbau herkömmlicher Lager, die insbesondere als Pitchlager eingesetzt werden. Deren Lebensdauer ist aber durch die Anzahl der Überrollungen begrenzt. Um die Anzahl der Überrollungen zu reduzieren bei jedoch gleichzeitig weiterhin voller Drehbeweglichkeit für die Blätter, also insgesamt nicht verringerter Bewegung, weist das Wälzlager zusätzlich erfindungsgemäß einen Innenring auf, wobei zwischen dem Laufring und dem Innenring wenigstens eine Reihen von Wälzkörpern, insbesondere Kugeln, angeordnet sind. Hierdurch wird erreicht, dass sich die Drehbewegung aus der Bewegung zwischen dem Außenring und dem Laufring sowie zwischen dem Laufring und dem Innenring verteilt. Somit halbiert sich die Anzahl an Überrollungen für alle Wälzkörper, insbesondere Kugeln, bei ansonsten gleicher Drehbewegung.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Außenring oder Innenring starr angeordnet, kann also nicht rotieren, die beiden anderen Ringe sind hingegen beweglich. Beispielsweise ist der Außenring starr mit dem Motorgehäuse einer Windenergieanlage verbunden und kann somit nicht rotieren. Der Innenring ist mit dem Blatt verbunden und Laufring und Innenring sind drehbeweglich. Der Aufbau kann jedoch auch umgekehrt sein, sodass der Innenring fest mit dem Motorgehäuse einer Windenergieanlage verbunden ist und somit nicht rotieren kann. In diesem Fall ist der Außenring mit dem Blatt verbunden und Laufring und Außenring sind drehbeweglich.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Innenring mit einem ersten Antrieb verbunden. Der Innenring und der Laufring sind über ein Getriebe verbunden. Das Getriebe ist bevorzugt so ausgebildet, dass der Laufring bei einer vollen Umdrehung des Innenrings eine halbe Umdrehung durchläuft. Hierdurch wird die Bewegung gleichmäßig auf beide Lager verteilt und so die optimale Lebensdauer sichergestellt.
In einer weiteren alternativen Ausführungsform der Erfindung ist der Innenring mit einem ersten Antrieb über eine erste Übersetzung verbunden. Der Laufring ist mit einem ersten Antrieb über eine zweite Übersetzung verbunden. Die erste Übersetzung ist doppelt so groß wie die zweite Übersetzung. Auch hierdurch kann erreicht werden, dass die Laufbelastung für alle Wälzkörper, insbesondere Kugeln, gleich ist. Beispielsweise weist die erste Übersetzung ein erstes Zahnrad auf und die zweite Übersetzung ein zweites Zahnrad, wobei der Umfang des ersten Zahnrads doppelt so groß gewählt ist wie der Umfang des zweiten Zahnrads.
In einer weiteren alternativen Ausführungsform der Erfindung ist der Innenring mit einem ersten Antrieb über eine erste Übersetzung verbunden. Der Laufring ist mit dem ersten Antrieb über eine zweite Übersetzung verbunden. Die erste Übersetzung ist im Verhältnis zur zweiten Übersetzung so gewählt, dass die Laufleistung zwischen den beiden Lagern entsprechend einer optimalen Lebensdauer gewählt wird. Insbesondere ist zwischen der ersten Übersetzung und der zweiten Übersetzung ein Getriebe, insbesondere ein stufenloses Getriebe. Insbesondere kann das Übersetzungsverhältnis dadurch an Betriebszustand beziehungsweise Verschleiß angepasst werden.
In einer weiteren alternativen Ausführungsform der Erfindung ist der Innenring mit einem ersten Antrieb verbunden und der Laufring ist mit einem zweiten Antrieb verbunden. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass über eine Steuerung langfristig die gleiche Belastung erzielt werden kann. Hierbei kann auch nur ein Lager in einem Einzelfall angesteuert werden, beispielsweise bei kleinen, langsamen Rotationen. Bei schnellen Rotationen kann auf beide Lager gelichzeitig zurückgegriffen werden. Weiter wird hierdurch eine Redundanz erreicht, denn selbst wenn eines der Lager ausfällt, ist ein Weiterbetrieb möglich. Dafür ist die Ansteuerung aufwändiger.
In einer weiteren alternativen Ausführungsform der Erfindung sind der Innenring und der Laufring alternativ mit einem ersten Antrieb verbindbar. Besonders bevorzugt sind der Außenring und der Laufring mit einander verbindbar (um eine relative Bewegung zueinander zu vermeiden), wenn der erste Antrieb mit dem Innenring verbunden ist. Ebenso sind dann besonders bevorzugt der Innenring und der Laufring mit einander verbindbar (um eine relative Bewegung zueinander zu vermeiden), wenn der erste Antrieb mit dem Laufring verbunden ist.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Wälzlager ein Pitchlager einer Windenergieanlage.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Reihen von Wälzkörpern, insbesondere Kugeln, zwischen dem Außenring und dem Laufring sowie die Reihen von Wälzkörpern, insbesondere Kugeln, zwischen dem Laufring und dem Innenring fluchtend angeordnet. Es ergibt sich eine kompakte Bauweise, die Lager sind somit ineinander verschachtelt. Hierdurch steigt jedoch die Dicke des Lagers. Ist dieser Dickenzuwachs nicht gewünscht, so sind in einer weiteren alternativen Ausführungsform der Erfindung die Reihen von Wälzkörpern, insbesondere Kugeln, zwischen dem Außenring und dem Laufring sowie die Reihen von Wälzkörpern, insbesondere Kugeln, zwischen dem Laufring und dem Innenring seitlich zueinander versetzt angeordnet. Hierdurch sind die beiden Lager quasi teleskopartig versetzt zueinander angeordnet, was die Baulänge vergrößert, aber im Inneren einen größeren Freiraum erzeugt. Hierbei kann der Versatz variabel gewählt werden, abhängig von den Anforderungen des Einsatzgebietes.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Windenergieanalage mit wenigstens einem erfindungsgemäßen Wälzlager, wobei der Außenring mit der Nabe und der Innenring mit einem Blatt der Windenergieanalage verbunden ist.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Windenergieanalage mit wenigstens einem erfindungsgemäßen Wälzlager, wobei der Innenring mit der Nabe und der Außenring mit einem Blatt der Windenergieanalage verbunden ist.
Nachfolgend ist das erfindungsgemäße Wälzlager anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.

1 erste beispielhafte Ausführungsform
2 zweite beispielhafte Ausführungsform
3 dritte beispielhafte Ausführungsform
4 vierte beispielhafte Ausführungsform

Alle Darstellungen sind rein schematisch und nicht maßstabsgerecht. Gleiche Bauteile sind in verschiedenen Ausführungsformen mit gleichen Bezugszeichen versehen. Alle Darstellungen sind als Querschnitt durch einen Teil des Wälzlagers 10 dargestellt. Das gesamte Wälzlager 10 erstreckt sich kreisförmig senkrecht zur Darstellungsebene.
In 1 ist eine erste beispielhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wälzlagers 10 dargestellt. Der Außenring 20 ist beispielsweise mit einer Nabe einer Windenergieanlage verbunden und wird hier und im Folgenden als der statische Teil angesehen. Der Innenring 40 ist beispielsweise mit dem Blatt verbunden. Um den Pitchwinkel des Blattes zu ändern, insbesondere um es an die aktuellen Windbedingungen anzupassen, wird das Blatt über das Wälzlager 10 verstellt. Zwischen dem Außenring 20 und dem Innenring 40 ist ein Laufring 30 angeordnet. Für die Drehbarkeit sind zwischen dem Außenring 20 und dem Laufring 30 sowie zwischen dem Laufring 30 und dem Innenring 40 jeweils zwei Reihen von Kugeln 50 angeordnet. Somit verteilt sich die Drehbewegung auf beide Teillager, sodass die Gesamtlebensdauer des Wälzlagers 10 verdoppelt werden kann.
Das in 2 gezeigte zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich zu der in 1 gezeigten ersten beispielhaften Ausführungsform dadurch, dass die zweite Ausführungsbeispiel zusätzlich einen ersten Antrieb 60 aufweist. Der Antrieb 60 ist über eine erste Übersetzung 70 in Form eines ersten Zahnrades mit dem Innenring 40 verbunden und über eine zweite Übersetzung 80 in Form eines zweiten Zahnrades mit dem halben Umfang des ersten Zahnrades mit dem Laufring 30 verbunden. Dadurch wird der Innenring 40 doppelt so schnell wie der Laufring 30 abgetrieben, was zu einer optimalen Verteilung bezüglich der Laufleistung der Kugeln 50 führt.
Das in 3 gezeigte dritte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich zu der dem in 1 gezeigten ersten beispielhaften Ausführungsform dadurch, dass die dritte Ausführungsbeispiel zusätzlich einen ersten Antrieb 60 und einen zweiten Antrieb 90 aufweist. Hierdurch können der Laufring 30 und der Innenring 40 gezielt angesteuert werden, was eine selektive Ansteuerung, gerade auch unter Berücksichtigung von Verschleiß oder Versagen ermöglicht.
4 zeigt die Anordnung der Reihen von Kugeln 50 nicht in der fluchtenden Anordnung, wie in der ersten drei beispielhaften Ausführungsformen, sondern in einer seitlich zueinander versetzten Anordnung. Hierdurch kann der Raum im Inneren vergrößert werden, gleichzeitig aber auch die Baulänge vergrößert.
Bezugszeichenliste

10: Wälzlager
20: Außenring
30: Laufring
40: Innenring
50: Kugel
60: erster Antrieb
70: erste Übersetzung
80: zweite Übersetzung
90: zweiter Antrieb

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102008049814 A1 [0002]
EP 2372146 A1 [0003]
WO 2013/039292 A1 [0004]
EP 2372149 A1 [0005]
EP 1907694 B2 [0006]
EP 1741943 A2 [0007]
DE 102008049813 A1 [0008]
DE 10011464 C1 [0009]
EP 1286048 B1 [0010]
US 2018/0283362 A1 [0011]
EP 1741940 B1 [0012]
WO 2007/006301 A1 [0013]

Claims

Wälzlager (10), wobei das Wälzlager (10) einen Außenring (20) und einen Laufring (30) aufweist, wobei zwischen dem Außenring (20) und dem Laufring (30) wenigstens eine Reihe von Wälzkörpern angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlager (10) weiter einen Innenring (40) aufweist, wobei zwischen dem Laufring (30) und dem Innenring (40) wenigstens eine Reihe von Wälzkörpern angeordnet sind.
Wälzlager (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenring (40) mit einem ersten Antrieb (60) verbunden ist, wobei der Innenring (40) und der Laufring (30) über ein Getriebe verbunden sind.
Wälzlager (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenring (40) mit einem ersten Antrieb (60) über eine erste Übersetzung (70) verbunden ist, wobei der Laufring (30) mit einem ersten Antrieb (60) über eine zweite Übersetzung (80) verbunden ist, wobei die erste Übersetzung (70) doppelt so groß ist wie die zweite Übersetzung (80).
Wälzlager (10) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Innenring (40) mit einem ersten Antrieb (60) verbunden ist, wobei der Laufring (30) mit einem zweiten Antrieb (90) verbunden ist.
Wälzlager (10) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Innenring (40) und der Laufring (30) alternativ mit einem ersten Antrieb (60) verbindbar sind.
Wälzlager (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlager (10) ein Pitchlager einer Windenergieanlage ist.
Wälzlager (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reihen von Wälzkörpern zwischen dem Außenring (20) und dem Laufring sowie die Reihen von Wälzkörpern zwischen dem Laufring (30) und dem Innenring (40) fluchtend angeordnet sind.
Wälzlager (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Reihen von Wälzkörpern zwischen dem Außenring (20) und dem Laufring (30) sowie die Reihen von Wälzkörpern zwischen dem Laufring (30) und dem Innenring (40) seitlich zueinander versetzt angeordnet sind.
Windenergieanalage mit wenigstens einem Wälzlager (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Außenring (20) mit der Nabe und der Innenring (40) mit einem Blatt der Windenergieanalage verbunden ist.