EP4466468A1 - BELASTUNGSOPTIMIERTE GROßWÄLZLAGERANORDNUNG - Google Patents

BELASTUNGSOPTIMIERTE GROßWÄLZLAGERANORDNUNG

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Publication number
EP4466468A1
EP4466468A1 EP23701263.8A EP23701263A EP4466468A1 EP 4466468 A1 EP4466468 A1 EP 4466468A1 EP 23701263 A EP23701263 A EP 23701263A EP 4466468 A1 EP4466468 A1 EP 4466468A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
inner ring
ring
rolling
bearing arrangement
row
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP23701263.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Christian Büker
Marco Burtchen
Nico BUSEMANN
Michael DAHLHOFF
Martin Stolz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ThyssenKrupp AG
ThyssenKrupp Rothe Erde Germany GmbH
Original Assignee
ThyssenKrupp AG
ThyssenKrupp Rothe Erde GmbH
ThyssenKrupp Rothe Erde Germany GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ThyssenKrupp AG, ThyssenKrupp Rothe Erde GmbH, ThyssenKrupp Rothe Erde Germany GmbH filed Critical ThyssenKrupp AG
Publication of EP4466468A1 publication Critical patent/EP4466468A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C19/00—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement
    • F16C19/22—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing rollers essentially of the same size in one or more circular rows, e.g. needle bearings
    • F16C19/34—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing rollers essentially of the same size in one or more circular rows, e.g. needle bearings for both radial and axial load
    • F16C19/38—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing rollers essentially of the same size in one or more circular rows, e.g. needle bearings for both radial and axial load with two or more rows of rollers
    • F16C19/383—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing rollers essentially of the same size in one or more circular rows, e.g. needle bearings for both radial and axial load with two or more rows of rollers with tapered rollers, i.e. rollers having essentially the shape of a truncated cone
    • F16C19/385—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing rollers essentially of the same size in one or more circular rows, e.g. needle bearings for both radial and axial load with two or more rows of rollers with tapered rollers, i.e. rollers having essentially the shape of a truncated cone with two rows, i.e. double-row tapered roller bearings
    • F16C19/386—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing rollers essentially of the same size in one or more circular rows, e.g. needle bearings for both radial and axial load with two or more rows of rollers with tapered rollers, i.e. rollers having essentially the shape of a truncated cone with two rows, i.e. double-row tapered roller bearings in O-arrangement
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    • F16C33/36—Rollers; Needles with bearing-surfaces other than cylindrical, e.g. tapered; with grooves in the bearing surfaces
    • F16C33/366—Tapered rollers, i.e. rollers generally shaped as truncated cones

Definitions

  • the invention relates to a roller bearing arrangement according to the preamble of patent claim 1 .
  • a roller bearing arrangement for a wind turbine which has an outer ring and an inner ring that can rotate about an axis of rotation relative to the outer ring.
  • a first tapered roller bearing with first rolling elements and a second tapered roller bearing with second rolling elements are formed between the outer ring and the inner ring.
  • the axes of rotation of the first and second rolling bodies are each aligned inclined relative to the axis of rotation, with the first and the second tapered roller bearing being designed asymmetrically.
  • the first rolling elements each rotate about a first axis of rotation and have a first running surface arranged concentrically about the first axis of rotation.
  • the second rolling bodies each rotate about a second axis of rotation and have a second running surface arranged concentrically about the second axis of rotation.
  • the extent of the first running surface parallel to the first axis of rotation is in each case greater than the extent of the second running surface parallel to the second axis of rotation.
  • the two differently designed tapered roller bearings ensure that the roller bearing arrangement can be adapted to the uneven loads on the two rows of roller bodies that occur in wind turbines.
  • the inner ring can be screwed to the fixed machine structure (see FIG. 2) and according to another embodiment (FIG. 3) to the part to be rotatably mounted on it, with the outer ring then being connected to the other rotating partner.
  • the inner ring is screwed to the assigned rotating partner, namely the fixed machine structure or the rotating part, via bolts parallel to the ring axis and passing through the inner ring. In this way, for the absorption of the torques occurring during operation about axes perpendicular to the bearing axis, there is a base which essentially corresponds to the diameter of the inner ring.
  • the inner ring can be designed as a symmetrical inner ring with the same raceway pressure angles/support angles for the two rows of rolling elements or as an asymmetrical inner ring with different raceway pressure angles/support angles for the two rows of rolling elements (cf. exemplary embodiment according to FIG. 9).
  • both the outer ring and the inner ring of the bearing arrangement must be designed in one piece.
  • This design results in a bearing arrangement with a significantly higher dimensional stability compared to a solution with a split inner ring and with a significantly simplified assembly compared to an inner ring which in turn is supported on a solid supporting and assembly structure.
  • the raceways of the rows of rolling elements cannot shift against one another because of the one-piece design of the inner ring.
  • DE 10 2010 054 948 A1 proposes forming the inner ring in one piece.
  • the outer ring should also be designed in one piece.
  • the one-piece design of the inner ring and outer ring has the disadvantage that the assembly of the bearing is made considerably more difficult.
  • the outer ring has to be heated to considerably higher temperatures in order to be able to assemble the bearing.
  • the object of the invention is to further develop a bearing arrangement according to the preamble of claim 1 in such a way that unfavorable load distributions and overloads in the rows of rolling elements and the raceways are avoided and the required service life of the raceways and the rolling elements is ensured without a design restriction to a one-piece inner ring.
  • the inner ring has at least one first division arranged on the rotor hub side and a second division arranged on the generator side, the axial extent of one half of the inner ring facing the generator being greater than the axial extent of one half of the inner ring facing the rotor hub, the axial extent of the half of the inner ring facing the generator being dimensioned in the direction of the generator such that the entire inner ring has such a large resistance to deformation under the loads occurring during operation of the bearing arrangement that a maximum permissible surface pressure between the rolling elements and the raceways is maintained and that a required service life of the raceways is achieved.
  • the teaching according to the invention is based on the finding that in rolling bearing arrangements with a multi-part inner ring, the provision of a specifically dimensioned additional mass, which is arranged on the side of the inner ring facing the generator and extends in the direction of the generator, allows the deformation resistance of the inner ring (or, to put it another way, the torsional rigidity of the inner ring) to be increased in a targeted manner in comparison to an inner ring without an additional mass such that the in the prior art of DE 10 2010 054 948 A1
  • the disadvantages criticized for bearing arrangements with multi-part inner rings can be avoided.
  • the above design measures also prevent the ring from tipping over.
  • the roller bearing arrangement according to the invention can be assembled much more easily, quickly and cost-effectively than the bearing arrangement known from DE 10 2010 054 948 A1.
  • the additional mass is dimensioned such that under the loads occurring during operation of the roller bearing arrangement, there is no overloading in the rows of rolling elements and the raceways, and the required service life of the raceways is reliably achieved.
  • the multi-part inner ring can, for example, be designed in two parts with a so-called support ring and a so-called retaining ring.
  • the inner ring can be designed in three parts, for example, with a support ring, a retaining ring and a middle ring arranged between them.
  • the inner ring has a through hole through which a threaded bolt or a screw can be pushed, the inner ring being able to be connected to the rotor hub via this threaded bolt or this screw.
  • This embodiment is particularly useful when there is sufficient space to arrange a screw head or a nut on the rotor hub side and also to provide a nut on the generator side to connect the inner ring to the rotor hub.
  • the inner ring has a threaded bore extending from the first axial end face in the direction of the second axial end face, which is designed as a blind hole and via which the inner ring can be connected to the rotor hub.
  • the threaded bore is formed by a through bore extending through the first partial ring and a blind bore which is aligned with the through bore and extends into the second partial ring.
  • a one-sided, rotor-hub-side attachment of the inner ring can be implemented even in very cramped installation spaces, without the inner ring deforming too much under the loads acting on it during operation.
  • support of the inner ring by the connecting structure to prevent an excessively large deformation of the inner ring under load (which cannot be implemented structurally in the case of extremely cramped installation space conditions) can be dispensed with.
  • a middle ring is arranged between the first partial ring and the second partial ring, the middle ring having a through bore which is aligned with the through bore of the first partial ring and the through bore or the blind hole of the second partial ring.
  • the middle ring has the advantage that the bearing is easier to mount and the bearing play can be adjusted more easily.
  • the rolling bodies of the first and second row of rolling bodies can be guided or held by cages.
  • Different cage designs can be used, for example bolt cages or window or pocket cages.
  • bolt cages the individual rolling elements are held on bolts so that they can rotate, with the bolts being screwed into a circumferential cage ring in their fastening position.
  • window or pocket cages the rolling elements are arranged in receiving windows or receiving pockets.
  • the rolling bodies of the first and second row of rolling bodies are designed as rollers guided on bolts, the middle ring having bolt securing elements which prevent the bolts from loosening or slipping out of their fastening position.
  • the bolt securing elements are designed as support surfaces or securing surfaces which are formed on the central ring and prevent the bolts from slipping.
  • the support surfaces or locking surfaces can be hardened to counteract premature wear of these support surfaces. Due to the fact that the support surfaces are formed on a separate center ring, the support surfaces can be hardened on the center ring in a simple manner without the first pitch or the second pitch also having to be handled.
  • the supporting surfaces can be hardened, for example, by inductive surface layer hardening.
  • the rolling bodies of the first and second row of rolling bodies are arranged in receiving windows of window cages.
  • preferably case-hardened rollers are not required as rolling bodies.
  • the rolling elements of the first row of rolling elements have a different supporting length and/or are arranged with a different supporting angle than the rolling elements of the second row of rolling elements, so that the two rows of rolling elements are optimally designed with regard to the loads acting on them during operation. In this way, an unnecessary oversizing of the less loaded row of rolling elements can be avoided. If the rows of rolling elements are not adapted to the respective loads, but are designed symmetrically and the same, then the row of rolling elements that is subjected to the lower loads during operation must inevitably be oversized, because the row of rolling elements that is subjected to the greater load determines the design. This is achieved with a targeted structural adjustment of the design of the rolling elements and the raceways to the loads that actually occur during operation of the respective Row of rolling elements prevented. By avoiding oversizing, the weight of the rolling body arrangement can be optimized.
  • the bearing arrangement is adapted to the loads that occur during operation by designing the two rows of rolling bodies that differ from one another.
  • other characteristics of the rolling elements and the raceways can also be adapted to the loads to be endured during operation, e.g. the curvature profiles of the rolling elements and the raceways.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of the roller bearing arrangement according to the invention with a roller body cage designed as a pin cage and a three-part inner ring with a through hole;
  • FIG. 2 shows a second embodiment of the roller bearing arrangement according to the invention, which essentially corresponds to the first embodiment, with a window cage being provided instead of a bolt cage;
  • FIG. 3 shows a third embodiment of the roller bearing arrangement according to the invention with a roller body cage designed as a pin cage and a three-part inner ring with a threaded hole designed as a blind hole;
  • FIG. 4 shows a fourth embodiment of the roller bearing arrangement according to the invention, which essentially corresponds to the third embodiment, with a window cage being provided instead of a pin cage;
  • 5 shows a fifth embodiment of the roller bearing arrangement according to the invention with a roller body cage designed as a pin cage and a four-part inner ring with a threaded hole designed as a blind hole;
  • FIG. 6 shows a sixth embodiment of the roller bearing arrangement according to the invention, which essentially corresponds to the fifth embodiment, with a window cage being provided instead of a pin cage.
  • FIG. 7 shows a seventh embodiment of the roller bearing arrangement according to the invention, which essentially corresponds to the third embodiment, the two rows of roller bodies having differently dimensioned roller bodies and raceways.
  • Fig. 1 shows a roller bearing assembly according to the invention in axial half section.
  • the roller bearing arrangement has an outer ring 1 .
  • the outer ring 1 is fastened to a component (not shown) of a connecting structure of the wind turbine via a screw connection (not shown in FIG. 1 ).
  • the roller bearing arrangement has an inner ring 2 with an end face 20 and an end face 21 .
  • the inner ring 2 is connected on its end face 20 to a hub of the wind turbine, also not shown, via a screw connection 30 (not shown).
  • the inner ring 2 has no further connection or support from the connection structure of the wind turbine.
  • the end face 21 of the inner ring 2 is not connected to a component of the connection structure of the wind turbine.
  • the rolling elements 3, 4 are arranged spaced apart from one another in the axial direction.
  • the first row of rolling elements 3 has rolling elements 8 and the second row of rolling elements 4 has rolling elements 10 .
  • the rolling elements 8, 10 are arranged circumferentially next to one another in the circumferential direction of the roller bearing.
  • the rolling bodies 8, 10 roll on the raceways 7, 9, 11, 13, so that the inner ring connected to the hub of the wind turbine 2 is rotatable relative to the non-rotatable outer ring 1 connected to the adjacent structure of the wind turbine.
  • the rolling elements 8, 10 are arranged in pin cages 60.
  • the rolling elements 8, 10 are guided on bolts 61 such that they can rotate.
  • the rolling bodies 8, 10 have through bores which run coaxially to their axis of rotation and through which the bolts 61 are inserted.
  • the pin cages 60 have first cage rings 64 on the side of the rolling bodies 8 , 10 facing the inner ring 2 and second cage rings 65 on the side of the rolling bodies 8 , 10 pointing radially outwards.
  • the bolts 61 are pushed through the first cage rings 64 and screwed into the second cage rings 65 . In this way, the rolling elements 8, 10 are rotatably held between the first cage rings 64 and the second cage rings 65.
  • the outer ring 1 has two wedge flanks 5, 6 on which raceways 7, 8 for the rolling bodies 8, 10 are formed.
  • the inner ring 2 is designed in three parts.
  • the inner ring 2 has a first partial ring 40 , a second partial ring 41 and a middle ring 42 arranged between the first 40 and second partial ring 41 .
  • a raceway 11 is formed on the first partial ring 40, on which the rolling elements 8 of the first row 3 of rolling elements roll.
  • a raceway 13 is formed on the second partial ring 41, on which the rolling elements 10 of the second row 4 of rolling elements roll. All raceways 7, 9, 11, 13 are preferably hardened, in particular surface layer hardened, for example by inductive surface layer hardening.
  • the inner ring 2 has a through bore 50, via which the inner ring 2 is fastened to the hub of the wind energy installation with its end face 20 facing the hub (not shown).
  • the through hole 50 is formed by three through holes 50A, 50B, 50C aligned with one another.
  • a threaded bolt or a screw is inserted through the through hole 50 and screwed to the hub of the wind turbine.
  • the threaded bolt points to the one facing the generator
  • the end face 21 of the inner ring 2 has a nut (not shown in FIG. 1), or the screw has a screw head (not shown in FIG. 1) on the end face 21 of the inner ring 2 facing the generator.
  • the middle ring 42 has support surfaces 63 which prevent the bolts 61 from slipping or becoming detached unintentionally.
  • the support surfaces 63 thus form bolt securing elements 62 on which the bolts 61 are supported if they are released from their fastening position, i.e. if they are released, for example, from the position screwed into the second cage ring 65 and slip radially inwards towards the inner ring 2.
  • the inner ring 2 is asymmetrical.
  • the axial extent of the half of the inner ring 2 facing the generator is significantly greater than the axial extent of the half of the inner ring 2 facing the rotor hub.
  • the axial extent of the half of the inner ring 2 facing the generator is dimensioned in the direction of the generator in such a way that the entire inner ring 2 has such a great resistance to deformation under the loads occurring during operation of the bearing arrangement that a maximum permissible surface pressure between the rolling elements 8, 10 and the raceways 7, 9, 11, 13 are complied with and a required raceway service life is achieved.
  • the overall rigidity of the inner ring 2 can be increased and the resistance of the multi-part inner ring 2 to the disadvantageous behavior at high loads set out in the prior art can be improved in such a way that the maximum permissible surface pressure between the rolling elements and the raceways is maintained even at high and very high loads during operation and the required service life of the roller bearing arrangement is achieved .
  • the gaping of the individual rings described in the prior art for multi-part inner rings and the occurrence of mutual radial displacements of the individual rings relative to one another and undesired tipping of the inner ring can be effectively avoided by the structural measure according to the invention.
  • FIG. 2 shows a second embodiment of the roller bearing arrangement according to the invention, which essentially corresponds to the first embodiment according to FIG. 1, a window cage 70 being provided instead of a bolt cage 60.
  • FIG. The rolling bodies 8, 10 are held in receiving windows of the window cage 70. This has the advantage that no preferably case-hardened rolling bodies 8, 10 have to be used.
  • the rolling bodies 8, 10 do not have to be provided with central bores for the passage of bolts 61.
  • the center ring 42 also does not have to have any special functional surfaces, such as the support surfaces 63 in the embodiment according to FIG. 1.
  • FIG. 3 shows a third embodiment of the roller bearing arrangement according to the invention.
  • What has already been described above with regard to FIG. 1 also applies to the embodiment of the invention shown in FIG.
  • a threaded bolt or a screw can be screwed into the threaded bore 51 designed as a blind bore 52 from the hub side.
  • the space requirement can be minimized in the case of very cramped space conditions, ie when only a very limited space is available for accommodating the roller bearing arrangement.
  • the installation space for accommodating the nuts or screw heads can be saved on the side facing the generator. This can also considerably simplify the assembly and disassembly of the roller bearing arrangement, particularly in the case of extremely cramped installation space.
  • FIG. 4 shows a fourth embodiment of the invention, which essentially corresponds to the third embodiment according to FIG. 3, a window cage 70 being provided instead of a bolt cage 60.
  • FIG. 5 The advantages of the window cage 70 described above for FIG. 2 also apply to the embodiment according to FIG. 4.
  • Fig. 5 a fifth embodiment of the invention is shown.
  • the rolling elements 8, 10 are in turn arranged in pin cages 60, as already described above.
  • a four-part inner ring 2 is provided in the embodiment according to FIG.
  • This four-part inner ring 2 is composed of a first partial ring 40, a second partial ring 41, a middle ring 42 arranged between the two partial rings 40, 41 and a reinforcing ring 43.
  • the first partial ring 40, the middle ring 42 and the second partial ring 41 each have a through hole 50A, 50B or 50C.
  • a threaded bore 51 designed as a blind bore 52 is arranged in the reinforcement ring 43 facing the generator side.
  • the middle ring 42 is comparable to the middle ring 42 according to the embodiments according to FIG. 1 and FIG.
  • the first partial ring 40 corresponds to the first partial ring 40 in the embodiments according to FIGS. 1 and 3 .
  • the second partial ring 41 is designed essentially symmetrically to the first partial ring 40 .
  • the axial extension of the second half of the inner ring 2 is adjusted in the embodiment of the invention shown in FIG.
  • the additional reinforcement ring 43 achieves advantages in the manufacture of the bearing rings.
  • the production process is more complex than the production process for the second partial ring 41 and the reinforcing ring in the embodiment according to FIG. 5 due to the special geometry of the second partial ring 41.
  • the separate reinforcing ring 43 can therefore save production time and costs.
  • FIG. 6 shows a sixth embodiment of the roller bearing arrangement according to the invention, which essentially corresponds to the fifth embodiment according to FIG.
  • the advantages explained in relation to FIG. 5 also apply analogously to the embodiment of the invention shown in FIG. Instead of a bolt cage 60 as in Fig. 5, in Fig. 6
  • a window cage 70 is provided, whereby the advantages already described for the exemplary embodiments according to FIGS. 2 and 4 are achieved.
  • Fig. 7 shows a seventh embodiment of the rolling bearing assembly according to the invention, which is essentially like the third embodiment. 3 corresponds. What has already been described above for Fig. 3 also applies to the embodiment of the invention shown in Fig. 7, wherein the rolling elements 8 of the first row of rolling elements 3 have a different supporting length and/or are arranged with a different supporting angle than the rolling elements 10 of the second row of rolling elements 4, so that the two rows of rolling elements are optimally designed with regard to the loads acting on them during operation.
  • the rolling elements 8, 10 are supported on shelves that ring on the part 40 and 41 are formed.

Landscapes

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  • Rolling Contact Bearings (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wälzlageranordnung mit einem Außenring (1) und einem Innenring (2) zur Lagerung eines Rotors einer Windenergieanlage. Der Innenring (2) weist eine einer Rotornabe der Windenergieanlage zugewandte erste axiale Stirnseite (20) und eine der ersten axialen Stirnseite (20) gegenüberliegende, einem Generator der Windenergieanlage zugewandte zweite axiale Stirnseite (21) auf. Der Innenring (2) ist an der ersten axialen Stirnseite (20) über eine Schraubverbindung (30) mit der Rotornabe der Windenergieanlage verbindbar und ohne eine zusätzliche Abstützung durch eine Anschlusskonstruktion der Windenergieanlage angeordnet. Um zu erreichen, dass ungünstige Lastverteilungen sowie Überbelastungen in den Wälzkörperreihen und den Laufbahnen vermieden und die geforderte Lebensdauer der Laufbahnen und der Wälzkörper sichergestellt werden, wird vorgeschlagen, dass der Innenring (2) mindestens einen rotornabenseitig angeordneten ersten Teilring (40) und einen generatorseitig angeordneten zweiten Teilring (41) aufweist, wobei die axiale Erstreckung einer dem Generator zugewandten Hälfte des Innenrings (2) größer ist als die axiale Erstreckung einer der Rotornabe zugewandten Hälfte des Innenrings (2), wobei die axiale Erstreckung der dem Generator zugewandten Hälfte des Innenrings (2) in Richtung des Generators so bemessen ist, 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.

Description

Titel: Belastungsoptimierte Großwälzlageranordnung Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Wälzlageranordnung gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 .
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.
Aus der Druckschrift DE 10 2010 054 948 A1 ist mit dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel eine dem Oberbegriff von Anspruch 1 entsprechende Lageranordnung bekannt.
Der Innenring kann gemäß einer Ausgestaltung der in DE 10 2010 054 948 A1 beschriebenen Lagerordnung mit der festen Maschinenstruktur (vgl. Fig. 2) sowie gemäß einer anderen Ausgestaltung (Fig. 3) mit dem daran drehbar zu lagernden Teil verschraubt werden, wobei der Außenring dann jeweils mit dem anderen Drehpartner verbunden wird. 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.
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 Fig. 9).
Fig. 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 Muttem 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.
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.
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“.
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.
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.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Lageranordnung gemäß Anspruch 1 . Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den Zeichnungen.
Erfindungsgemäß weist der Innenring mindestens einen rotornabenseitig angeordneten ersten Teilung und einen generatorseitig angeordneten zweiten Teilung 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.
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. 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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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 Teilung oder der zweite Teilung gehandhabt werden müssten.
Das Härten der Stützflächen kann z.B. durch induktives Randschichthärten erfolgen.
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.
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.
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.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch
Fig. 1 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wälzlageranordnung mit einem als Bolzenkäfig ausgebildeten Wälzkörperkäfig und einem dreigeteilten Innenring mit Durchgangsbohrung;
Fig. 2 eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wälzlageranordnung, die im Wesentlichen der ersten Ausführungsform entspricht, wobei anstelle eines Bolzenkäfigs ein Fensterkäfig vorgesehen ist;
Fig. 3 eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wälzlageranordnung mit einem als Bolzenkäfig ausgebildeten Wälzkörperkäfig und einem dreiteiligen Innenring mit einer als Sacklochbohrung ausgebildeten Gewindebohrung;
Fig. 4 eine vierte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wälzlageranordnung, die im Wesentlichen der dritten Ausführungsform entspricht, wobei anstelle eines Bolzenkäfigs ein Fensterkäfig vorgesehen ist; Fig. 5 eine fünfte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wälzlageranordnung mit einem als Bolzenkäfig ausgebildeten Wälzkörperkäfig und einem vierteiligen Innenring mit einer als Sacklochbohrung ausgebildeten Gewindebohrung;
Fig. 6 eine sechste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wälzlageranordnung, die im Wesentlichen der fünften Ausführungsform entspricht, wobei anstelle eines Bolzenkäfigs ein Fensterkäfig vorgesehen ist.
Fig. 7 eine siebente Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wälzlageranordnung, die im Wesentlichen der dritten Ausführungsform entspricht, wobei die beiden Wälzkörperreihen unterschiedlich dimensionierte Wälzkörper und Laufbahnen aufweisen.
Fig. 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 Fig. 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.
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.
In dem in Fig. 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.
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 Fig. 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.
In dem in Fig.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 Fig. 1 nicht dargestellte) Mutter auf, oder die Schraube weist auf der dem Generator zugewandten Stirnseite 21 des Innenrings 2 einen (in Fig. 1 nicht dargestellten) Schraubenkopf auf.
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.
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.
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. Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wälzlageranordnung, die im Wesentlichen der ersten Ausführungsform gemäß Fig. 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 Fig. 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 Fig. 1.
Fig. 3 zeigt eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wälzlageranordnung. Das voranstehend zu Fig. 1 bereits Beschriebene gilt auch für die in Fig. 3 dargestellte Ausführungsform der Erfindung, wobei anstelle einer Durchgangsbohrung 50C im Teilung 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 Muttem bzw. Schraubenköpfe eingespart werden. Dies kann auch die Montage bzw. Demontage der Wälzlageranordnung erheblich vereinfachen, insbesondere bei stark beengten Bauraumverhältnissen.
In Fig. 4 ist eine vierte Ausführungsform der Erfindung dargestellt, die im Wesentlichen der dritten Ausführungsform gemäß Fig. 3 entspricht, wobei anstelle eines Bolzenkäfigs 60 ein Fensterkäfig 70 vorgesehen ist. Die voranstehend zu Fig. 2 beschriebenen Vorteile des Fensterkäfigs 70 gelten ebenso für die Ausführungsform gemäß Fig. 4. In Fig. 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 Fig. 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 Fig. 1 und Fig. 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 Fig. 1 und Fig. 3. Der zweite Teilring 41 ist im Wesentlichen symmetrisch zu dem ersten Teilring 40 ausgebildet.
Die axiale Erstreckung der zweiten Hälfte des Innenrings 2 wird bei der in Fig. 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 Fig. 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 Fig. 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.
In Fig. 6 ist eine sechste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wälzlageranordnung dargestellt, die im Wesentlichen der fünften Ausführungsform gemäß Fig. 5 entspricht. Die zu Fig. 5 erläuterten Vorteile gelten analog auch für die in Fig. 6 dargestellte Ausführungsform der Erfindung. Anstelle eines Bolzenkäfigs 60 wie in Fig. 5 ist in Fig. 6 jedoch ein Fensterkäfig 70 vorgesehen, wodurch die bereits zu den Ausführungsbeispielen gemäß den Fig. 2 und 4 beschriebenen Vorteile erreicht werden.
Fig. 7 zeigt eine siebente Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wälzlageranordnung, die im Wesentlichen der dritten Ausführungsform gern. Fig. 3 entspricht. Das voranstehend zu Fig. 3 bereits Beschriebene gilt auch für die in Fig. 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.
Bezugszeichenliste
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 Teilung
41 Teilung
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

Claims

Ansprüche
1. Wälzlageranordnung mit einem Außenring (1) und einem Innenring (2) zur Lagerung eines Rotors einer Windenergieanlage, wobei zwischen dem Innenring (2) und dem Außenring (1 ) eine erste Wälzkörperreihe (3) und eine zweite Wälzkörperreihe (4) angeordnet sind, wobei der Außenring (1 ) einen keilförmigen Querschnitt und zwei Keilflanken (5, 6) aufweist, wobei an einer Keilflanke (5) des Außenrings (1 ) eine erste Laufbahn (7) für die Wälzkörper (8) der ersten Wälzkörperreihe (3) und an der anderen Keilflanke (6) eine zweite Laufbahn (9) für die Wälzkörper (10) der zweiten Wälzkörperreihe (4) vorgesehen ist, wobei der Innenring (2) eine dritte Laufbahn (11 ) für die Wälzkörper (8) der ersten Wälzkörperreihe (3) und eine vierte Laufbahn (13) für die Wälzkörper (10) der zweiten Wälzkörperreihe (4) aufweist, wobei der Innenring (2) eine einer Rotornabe der Windenergieanlage zugewandte erste axiale Stirnseite (20) und eine der ersten axialen Stirnseite (20) gegenüberliegende, einem Generator der Windenergieanlage zugewandte zweite axiale Stirnseite (21 ) aufweist, wobei der Innenring (2) an der ersten axialen Stirnseite (20) über eine Schraubverbindung (30) mit der Rotornabe der Windenergieanlage verbindbar und ohne eine zusätzliche Abstützung durch eine Anschlusskonstruktion der Windenergieanlage angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenring (2) mindestens einen rotornabenseitig angeordneten ersten Teilring (40) und einen generatorseitig angeordneten zweiten Teilring (41 ) aufweist, wobei die axiale Erstreckung einer dem Generator zugewandten Hälfte des Innenrings (2) größer ist als die axiale Erstreckung einer der Rotornabe zugewandten Hälfte des Innenrings (2), wobei die axiale Erstreckung der dem Generator zugewandten Hälfte des Innenrings (2) in Richtung des Generators so bemessen ist, 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. Wälzlageranordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Innenring (2) eine Durchgangsbohrung (50) aufweist, durch die ein Gewindebolzen oder eine Schraube durchsteckbar ist, wobei der Innenring (2) über diesen Gewindebolzen oder diese Schraube mit der Rotornabe verbindbar ist. Wälzlageranordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Innenring (2) eine sich von der ersten axialen Stirnseite (20) in Richtung der zweiten axialen Stirnseite (21 ) erstreckende Gewindebohrung (51 ) aufweist, die als Sacklochbohrung (52) ausgebildet ist und über die der Innenring (2) mit der Rotornabe verbindbar ist. Wälzlageranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindebohrung (51 ) durch eine sich durch den ersten Teilung (40) erstreckende Durchgangbohrung (50a) und eine mit der Durchgangbohrung (50a) fluchtende, sich in den zweiten Teilung (41) erstreckende Sacklochbohrung (52) gebildet ist. Wälzlageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten Teilung (40) und dem zweiten Teilung (41) ein Mittelring (42) angeordnet ist, wobei der Mittelring (42) eine Durchgangsbohrung (50b) aufweist, die mit der Durchgangsbohrung (50a) des ersten Teilrings (40) und der Durchgangsbohrung (50c) oder der Sacklochbohrung (52) des zweiten Teilrings (41 ) fluchtet. Wälzlageranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bolzenkäfig (60) vorgesehen ist, wobei die Wälzkörper (8, 10) der ersten (3) und zweiten Wälzkörperreihe (4) als auf Bolzen (61) geführte Rollen ausgebildet sind, wobei der Mittelring (42) Bolzensicherungselemente (62) aufweist, die ein Lösen oder Verrutschen der Bolzen (61 ) aus ihrer Befestigungsposition verhindern. Wälzlageranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Bolzensicherungselemente (62) als an dem Mittelring (42) ausgebildete Stützflächen (63) ausgebildet sind. Wälzlageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörper (8, 10) der ersten (3) und zweiten Wälzkörperreihe (4) in Aufnahmefenstern von Fensterkäfigen (70 ) angeordnet sind. Wälzlageranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörper (8, 10) 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 (3, 4) hinsichtlich der im Betrieb auf sie einwirkenden Belastungen optimiert ausgebildet sind. Wälzlageranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lageranordnung durch eine voneinander abweichende Gestaltung der beiden Wälzkörperreihen (3, 4) an die im Betrieb auftretenden Belastungen angepasst ist.
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