WO2010037371A1 - Drehverbindung für eine windkraftmaschine, insbesondere doppeltes, mehrreihiges wälzlager mit drei konzentrischen lagerringen - Google Patents

Drehverbindung für eine windkraftmaschine, insbesondere doppeltes, mehrreihiges wälzlager mit drei konzentrischen lagerringen Download PDF

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WO2010037371A1
WO2010037371A1 PCT/DE2009/001364 DE2009001364W WO2010037371A1 WO 2010037371 A1 WO2010037371 A1 WO 2010037371A1 DE 2009001364 W DE2009001364 W DE 2009001364W WO 2010037371 A1 WO2010037371 A1 WO 2010037371A1
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rolling elements
bearing
connection according
rotary connection
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PCT/DE2009/001364
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Rudolf Zeidlhack
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Schaeffler Kg
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    • F16C19/38Bearings 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
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2360/00Engines or pumps
    • F16C2360/31Wind motors

Definitions

  • the invention is in the field of storage technology, in particular in the field of heavy-duty slewing bearings with roller bearings.
  • Such storage systems are used in heavily loaded slewing rings, for example in wind turbines, cranes or the like and in rotary or rotary feedthroughs application.
  • special types or combinations of rolling bearings have been developed, such as a four-point bearing or a cross roller bearing.
  • several rows of rolling elements can also be connected in parallel, that is, they can be arranged side by side for common load absorption.
  • problems arise except for the question of load bearing also by the construction of the corresponding bearing, especially if there is little space available or the size of the bearing is limited for other reasons.
  • the introduction of the forces from the mutually rotatable parts to be stored can be problematic in heavy load bearings. It must be used according to stable bearing rings, the material thickness allows the introduction of correspondingly sufficient threaded holes or other fasteners.
  • the load capacity of bearings depends not only on the absolute weight load but also on overturning moments and not least on dynamic aspects such as the speed or the occurrence of vibrations.
  • the present invention has for its object to provide a Drehverbin- PHg of the type described above, which is able to absorb extremely high loads, the size should be kept as small as possible.
  • a first bearing ring is mounted with a plurality of rolling element rows, which are arranged partly inside, partly radially outside of the fastening region, so that the load acting on the first bearing ring can be removed at least partially symmetrically. This results in a uniform load on the first bearing ring without torsional moments arise.
  • An advantageous embodiment of the invention provides that each of the rolling element rows formed by the rolling elements transmits either only axial forces or only radial forces.
  • An advantageous embodiment of the invention provides that a first row of rolling elements radially inside and a second row of rolling elements are arranged radially outside the mounting region of the first bearing ring and each serve to support the first bearing ring in a first axial direction. This is at least in the support in the axial direction given a symmetry and also ensures that the bearings can absorb a tilting moment of the first bearing ring.
  • a further advantageous embodiment of the invention provides that a third row of rolling elements is arranged radially within the mounting region of the first bearing ring and serves to support the first bearing ring in a second axial direction.
  • a further advantageous embodiment of the invention provides that a fourth row of rolling elements is arranged radially outside the fastening region of the first bearing ring and serves to support the first bearing ring in a second axial direction.
  • the bearing ring can also be supported in the other axial direction or be stabilized against tilting moments which would otherwise result in a lifting of the bearing ring from the second connection element. It may also be advantageously provided that a fifth row of rolling elements is arranged radially within the mounting region of the first bearing ring and the radial bearing of the first bearing ring is used.
  • the first bearing ring is also at least easily determined radially.
  • a sixth row of rolling elements is arranged radially outside the mounting region of the first bearing ring and serves for the radial bearing of the first bearing ring.
  • At least one row of rolling elements consists of balls.
  • the corresponding bearing is particularly good biased because of the high point load and the elasticity of the balls.
  • a further embodiment of the invention provides that at least one of the rolling element rows consists of rollers.
  • Roller bearings are characterized by very high load capacity and low flexibility. Thus, although a roller bearing is harder to pretension than the corresponding ball bearing but roller bearings may optionally serve to accommodate the main load.
  • roller bearings and ball bearings it appears to be particularly advantageous when rolling elements containing rows of rollers as well as balls containing rows of rolling elements are provided. This allows the positive properties of roller bearings and ball bearings to be linked together.
  • a further advantageous embodiment of the invention provides that the running surfaces, which are associated with each other with respect to the mounting area WälzShmaschineschn, each coplanar with each other.
  • the invention can also be advantageously configured in that the rolling bodies associated treads are aligned only parallel or perpendicular to the axis of rotation of the rotary joint.
  • the first bearing ring has at least one cross-sectionally rectangular web, which is arranged circumferentially on an inner or outer lateral surface and in each case has at least one running surface for rolling bodies.
  • the first bearing ring can record the corresponding forces via one or more webs and rolling elements running on it.
  • the first bearing ring a first, rotating on its inner circumferential surface
  • each of the webs has at least two parallel opposing coplanar treads for rolling elements for the axial bearing.
  • the second connection element has a second and a third bearing ring, wherein the second bearing ring, the radially outside of the first bearing ring arranged rolling elements and the third bearing ring are assigned to the radially inside of the first bearing ring arranged rolling elements.
  • the second connection element has both parts which lie radially within the fastening region of the first bearing ring and also parts which lie outside the first bearing ring.
  • the second connection body can be divided in the radial direction and have at least two bearing rings, namely an inner and an outer bearing ring, which are arranged radially on either side of the first bearing ring.
  • the second connection element may also consist of a base ring, on the radially inner one hand, and on the other radiai outside relative to the first bearing ring each rings can be placed to complete the rotary connection.
  • At least one of the bearing rings is made of a tempering steel and / or has, for example, surface hardened, in particular inductively hardened raceways.
  • a preferred embodiment of the invention comprises a wind turbine with a tower and a machine house in which a rotor is mounted, wherein the machine house and / or a rotor blade is mounted on the rotor by means of a rotary connection according to the invention.
  • FIG. 1 shows a rotary joint according to the invention with a first, middle bearing ring which is mounted radially inwardly and outwardly on two further bearing rings;
  • Figure 2 shows a bearing assembly as in Figure 1, wherein the type of mechanical load connection is varied
  • Figure 3 shows an embodiment of the rotary joint with partly replaced by ball bearings roller bearings
  • Figure 4 shows a further embodiment of the rotary joint with both balls and rollers as rolling elements
  • Figure 5 schematically shows an application of the rotary joint according to the invention to a wind power plant.
  • the first bearing ring 1 is formed as a central ring, which has both at its inner circumference 5 and at its outer periphery 6 each have a circumferential, rectangular cross-section web 7, 8 with treads for Wälz endeavor Herbertn 9, 10, 11, 12, 13, 14 ,
  • the respective rows of rolling elements are respectively mounted opposite the second and third bearing rings 2, 3 of the second connecting element, where likewise corresponding running surfaces parallel to the respective opposite running surfaces of the webs 7, 8 are provided.
  • the corresponding treads are typically surface hardened or have a suitably hard surface that may be created by using a suitably hard bearing steel or surface finish. In this case, pronounced roll-over stabilities are required, especially in the case of the high loads to be transferred.
  • the rolling elements themselves typically consist of rolling steel and are advantageously through hardened. It can be provided for example of steel, brass, light metal or plastic in the individual camps cages or cage segments.
  • the bearing rings can be sealed to each other and / or in total to the outside by means of seals.
  • the first bearing ring 1 will be screwed to a first element, while the second and the third bearing ring 2, 3 are screwed to a rotatable element against this.
  • Other types of connection are also conceivable.
  • corresponding screw holes 15 in the first bearing ring, 16 in the second bearing ring and 17 in the third bearing ring are shown in the case of a screw.
  • the second and the third bearing ring can also be firmly connected to one another.
  • At least one of the bearing rings 2, 3 is divided in the axial direction.
  • the respective division plane is indicated in the figure by the lines 18, 19.
  • One of the advantages of the arrangement is the high load capacity in the axial direction, in that the middle bearing ring 1 is supported on its two sides in thrust bearings. This results in a total of high stability against tilting moments on the rotary joint.
  • the middle bearing ring itself is well supported against tilting by its symmetrical loading on the inside and outside. This can be optimally realized when the respective Axial anymorelzSystem #2n are respectively arranged on the inside and outside of the first bearing ring as possible at the same height.
  • the diameters of the respective pitch circles on which the rows of rolling elements lie may each be slightly different for the pairs on the outside or inside.
  • the thrust bearings between the first and the third bearing ring or between the first and the second bearing ring can be adjusted for free play or even have a slight bias.
  • first bearing ring is the uniform bearing on the radially inner side opposite the radially outer side, as seen from the mounting portion of the first bearing ring.
  • the fastening region of the first bearing ring is provided by a hollow-cylindrical region in the center of the first bearing ring, which is arranged circumferentially between the radially inner side of the bores 15 and the radially outer side of the same bores, as in the lower part of the figure 1 is indicated.
  • the attachment area is designated by the reference numeral 20.
  • the fastening area comprises the entire hollow cylindrical area in which the corresponding bores or fastening devices are located.
  • an internal toothing 21 is shown on the third bearing ring 3, the relative rotation of the first bearing ring relative to the second and third bearing ring and thus allows the setting of the rotary connection on there engaging pinion and a corresponding gear.
  • the center ring can be connected as a first bearing ring with a rotor head while the second and the third bearing ring is connected to a rotor blade. But it can also be provided that a part of the connection with the tower and the second part relative to this rotatably connected to the machine house.
  • FIG 2 is shown substantially the configuration of Figure 1, wherein the compounds are shown schematically without the indication of tapped holes.
  • Advantages of the illustrated two-row three-row roller bearing is the high load capacity compared to a design with only two bearing rings and a favorable symmetrical load transfer via the middle bearing ring and cheaper connection possibilities characterized in that the middle bearing ring can be made radially thicker and both on the second and on the third bearing ring each fastening options consist of screws.
  • FIG. 3 shows a variant of the rotary joint according to the invention, in which the first bearing ring 1 is mounted axially and radially relative to the outer second bearing ring 2 by means of a three-roller bearing, in particular similar to the configuration in FIGS. 1 and 2, wherein according to FIG However, in the radially inner region of the middle bearing ring 1, the double thrust bearing is realized by two rows of rolling elements in the form of a first and second ball bearing 12a, 14a.
  • the corresponding radial bearing is designed as a roller bearing 13.
  • a radial bearing as a ball bearing. It is advantageous, in turn, that the radial prestressing in this case is better adjusted in the form of spheres due to the greater deformability of the rolling elements.
  • FIG. 5 shows in a longitudinal section a wind power machine with a rotor 22 which carries rotor blades 23 and is mounted in the machine house 24.
  • the nacelle 24 is rotatably mounted relative to the tower 25 by means of a rotary connection 1, 2, 3 according to the invention, wherein the rotary connection is adjustable by means of corresponding gearing, that is, the nacelle can be aligned as desired and also fixed in a desired angular position become.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Drehverbindung mit zwei gegeneinander drehbaren Anschlusselementen, zwischen denen Wälzkörper angeordnet sind, wobei ein erstes Anschlusselement als erster Lagerring (1) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Lagerring einen ringförmigen Befestigungsbereich (20) aufweist, in dem Kräfte in ihn eingeleitet werden und dass sowohl radial innerhalb als auch radial außerhalb des Befestigungsbereichs Wälzkörper angeordnet sind, wobei zumindest eine durch die Wälzkörper gebildete Wälzkörperreihe (9, 10, 11, 12, 13, 14) entweder nur Axialkräfte oder nur Radialkräfte überträgt.

Description

Bezeichnung der Erfindung
DREHVERBINDUNG FÜR EINE WINDKRAFTMASCHINE, INSBESONDERE DOPPELTES, MEHRREIHIGES WÄLZLAGER MIT DREI KONZENTRISCHEN LAGERRINGEN
Beschreibung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Lagertechnik, insbesondere dem Ge- biet hochbelastbarer Drehverbindungen mit Wälzlagern.
Solche Lagersysteme finden bei schwerbelasteten Drehverbindungen, beispielsweise in Windkraftmaschinen, bei Kränen oder ähnlichem und bei Dreh- bzw. Schwenkdurchführungen Anwendung. Für die Aufnahme beson- ders hoher Lasten sind besondere Arten oder Kombinationen von Wälzlagern entwickelt worden, wie beispielsweise ein Vierpunktlager oder ein Kreuzrollenlager. Grundsätzlich können auch mehrere Wälzkörperreihen parallel geschaltet, das heißt nebeneinander zur gemeinsamen Lastaufnahme angeordnet werden. Probleme ergeben sich außer bei der Frage der Last- aufnähme auch durch die Konstruktion des entsprechenden Lagers, insbesondere dann, wenn wenig Platz zur Verfügung steht oder die Baugröße des Lagers aus anderen Gründen begrenzt ist. Auch die Einleitung der Kräfte von den gegeneinander drehbar zu lagernden Teilen kann bei Schwerlastlagern problematisch sein. Es müssen entsprechend stabile Lagerringe eingesetzt werden, deren Materialstärke das Einbringen entsprechend ausreichender Gewindebohrungen oder anderer Befestigungselemente erlaubt.
Dabei hängt die Belastbarkeit von Lagern außer von der absoluten Gewichtsbelastung auch von Kippmomenten und nicht zuletzt von dynamischen Aspekten wie beispielsweise der Drehzahl oder dem Auftreten von Vibrationen ab.
Aufgabe der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Drehverbin- düng der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, die in der Lage ist, außerordentlich hohe Lasten aufzunehmen, wobei die Baugröße möglichst klein gehalten werden soll.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Lösung der Aufgabe gelingt mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Ein erster Lagerring ist mit mehreren Wälzkörperreihen gelagert, die teils in- nerhalb, teils radial außerhalb des Befestigungsbereichs angeordnet sind, so dass die Last, die auf den ersten Lagerring wirkt, wenigstens teilweise symmetrisch abgeführt werden kann. Es ergibt sich damit eine gleichmäßige Belastung des ersten Lagerrings ohne dass Verdrehungsmomente entstehen. Dadurch, dass zumindest eine durch die Wälzkörper gebildete Wälzkörper- reihe entweder nur Axialkräfte oder nur Radialkräfte überträgt, d.h. dazu ausgebildet ist nur Axialkräfte oder nur Radialkräfte übertragen zu können, wird eine kontrollierte Krafteinleitung in die Lagerringe gewährleistet. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass jede der durch die Wälzkörper gebildeten Wälzkörperreihen entweder nur Axialkräfte oder nur Radialkräfte überträgt. Es liegt also eine definierte Aufteilung der Axial- und Radialkräfte auf unterschiedliche Wälzkörperreihen vor. Dies hat den Vorteil, dass axiale und radiale Spielverhältnisse separat eingestellt werden können, was wiederum zu einer genaueren radialen bzw. axialen Führung bzw. zu geringeren Verkippungen führt. Mit einer minimalen Vorspannung der einzelnen Wälzkörperreihen kann diese Führungsgenauigkeit weiter verbessert werden, ohne einen wesentlichen Anstieg des Reibmoments zu er- halten.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass eine erste Wälzkörperreihe radial innerhalb und eine zweite Wälzkörperreihe radial außerhalb des Befestigungsbereichs des ersten Lagerrings angeordnet sind und jeweils zur Abstützung des ersten Lagerrings in einer ersten Axialrichtung dienen. Damit ist zumindest bei der Abstützung in axialer Richtung eine Symmetrie gegeben und auch sichergestellt, dass die Lager ein Kippmoment des ersten Lagerrings aufnehmen können.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass eine dritte Wälzkörperreihe radial innerhalb des Befestigungsbereichs des ersten Lagerrings angeordnet ist und zur Abstützung des ersten Lagerrings in einer zweiten Axialrichtung dient. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass eine vierte Wälzkörperreihe radial außerhalb des Be- festigungsbereichs des ersten Lagerrings angeordnet ist und zur Abstützung des ersten Lagerrings in einer zweiten Axialrichtung dient.
Damit kann der Lagerring auch in der anderen Axialrichtung abgestützt werden beziehungsweise gegen Kippmomente stabilisiert werden, die ansons- ten ein Abheben des Lagerrings von dem zweiten Anschlusselement zur Folge hätten. Es kann außerdem vorteilhaft vorgesehen sein, dass eine fünfte Wälzkörperreihe radial innerhalb des Befestigungsbereichs des ersten Lagerrings angeordnet ist und der Radiallagerung des ersten Lagerrings dient.
Damit ist der erste Lagerring auch radial zumindest einfach festgelegt.
Es kann zudem vorgesehen sein, dass eine sechste Wälzkörperreihe radial außerhalb des Befestigungsbereich des ersten Lagerrings angeordnet ist und der Radiallagerung des ersten Lagerrings dient.
Damit ist eine mögliche Radiallagerung innerhalb und außerhalb des ersten Lagerrings gegeben.
Dabei kann einerseits vorgesehen sein, dass wenigstens eine Wälzkörperreihe aus Kugeln besteht. Das entsprechende Lager ist wegen der hohen Punktbelastung und der Elastizität der Kugeln besonders gut vorspannbar.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass wenigstens eine der Wälzkörperreihen aus Rollen besteht.
Rollenlager zeichnen sich durch sehr hohe Belastbarkeit und geringe Nachgiebigkeit aus. Damit ist ein Rollenlager zwar schwieriger vorzuspannen als das entsprechende Kugellager aber Rollenlager können gegebenenfalls zur Aufnahme der Hauptlast dienen.
Besonders vorteilhaft erscheint es, wenn sowohl Rollen enthaltende Wälzkörperreihen als auch Kugeln enthaltende Wälzkörperreihen vorgesehen sind. Damit können die positiven Eigenschaften von Rollenlagern und Kugellagern miteinander verbunden werden.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Laufflächen, die einander bezüglich des Befestigungsbereichs gegenüberliegenden Wälzkörperreihen zugeordnet sind, jeweils koplanar zueinander sind.
Dadurch ist sichergestellt, dass bei der Lagerbelastung keinen asymmetri- sehen Abtriebskräfte entstehen.
Die Erfindung kann außerdem vorteilhaft dadurch ausgestaltet werden, dass die den Wälzkörperreihen zugeordneten Laufflächen ausschließlich parallel oder senkrecht zur Drehachse der Drehverbindung ausgerichtet sind.
Somit ergeben sich ausschließlich Kraftwirkungen parallel oder senkrecht zur Drehachse der Drehverbindung, die besonders gut aufgenommen werden können. Auch Kippmomente, die auf die Drehverbindung wirken, können so gut aufgenommen werden.
Es kann auch vorteilhaft vorgesehen sein, dass der erste Lagerring wenigstens einen im Querschnitt rechteckigen Steg aufweist, der an einer inneren oder äußeren Mantelfläche umlaufend angeordnet ist und jeweils wenigstens eine Lauffläche für Wälzkörper aufweist.
Damit kann der erste Lagerring über einen oder mehrere Stege und an diesem laufende Wälzkörper die entsprechenden Kräfte aufnehmen.
Wenn in einer Ausgestaltungsform der Erfindung vorgesehen ist, dass der erste Lagerring einen ersten, an seiner inneren Mantelfläche umlaufenden
Steg und einen zweiten, an seiner äußeren Mantelfläche umlaufenden Steg aufweist, die jeweils Laufflächen für Wälzkörper aufweisen, dann ist eine symmetrische Kraftverteilung bei der Lastaufnahme durch das Lager gewährleistet.
Besonders vorteilhaft ist die Ausgestaltung, wenn jeder der Stege wenigstens zwei parallele einander gegenüberliegende koplanare Laufflächen für Wälzkörper für die Axiallagerung aufweist.
Vorteilhaft kann außerdem vorgesehen sein, dass das zweite Anschlusselement einen zweiten und einen dritten Lagerring aufweist, wobei dem zweiten Lagerring die radial außen an dem ersten Lagerring angeordneten Wälzkörper und dem dritten Lagerring die radial innen am ersten Lagerring angeordneten Wälzkörper zugeordnet sind.
Damit weist das zweite Anschlusselement sowohl Teile auf, die radial inner- halb des Befestigungsbereichs des ersten Lagerrings als auch Teile, die außerhalb des ersten Lagerrings liegen. Der zweite Anschlusskörper kann in radialer Richtung geteilt sein und wenigstens zwei Lagerringe, nämlich einen inneren und einen äußeren Lagerring aufweisen, die radial beiderseits des ersten Lagerrings angeordnet sind. Das zweite Anschlusselement kann jedoch auch aus einem Basisring bestehen, auf den radial innen einerseits und andererseits radiai außen bezüglich des ersten Lagerrings jeweils Ringe zur Vervollständigung der Drehverbindung aufgelegt werden können.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist mindestens einer der Lagerringe aus einem Vergütungsstahl gefertigt und/oder weist beispielsweise randschichtgehärtete, insbesondere induktiv gehärtete Laufbahnen auf.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung umfasst eine Windkraftma- schine mit einem Turm und einem Maschinenhaus, in dem ein Rotor gelagert ist, wobei das Maschinenhaus und/oder ein Rotorblatt am Rotor mittels einer erfindungemäßen Drehverbindung gelagert ist. Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles in einer Zeichnung gezeigt und anschließend beschrieben.
Dabei zeigen:
Figur 1 eine Drehverbindung gemäß der Erfindung mit einem ersten, mittleren Lagerring, der radial innen und außen an zwei weite- ren Lagerringen gelagert ist;
Figur 2 eine Lageranordnung wie in Figur 1 , wobei die Art des mechanischen Lastanschlusses variiert ist;
Figur 3 eine Ausgestaltung der Drehverbindung mit teilweise durch Kugellager ersetzten Rollenlagern;
Figur 4 eine weitere Ausgestaltung der Drehverbindung mit sowohl Kugeln als auch Rollen als Wälzkörper und
Figur 5 schematisch eine Anwendung der erfindungsgemäßen Drehverbindung an einem Windkraftwerk.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnung
Die Figur 1 zeigt schematisch in einem Schnitt eine Drehverbindung mit zwei Anschlusselementen, von denen eines als erster Lagerring 1 und das zweite Anschlusselement aus einer Kombination von zwei Lagerringen 2, 3 ausge- bildet ist. In der Figur ist die Drehachse der Drehverbindung mit 4 bezeichnet. Der erste Lagerring 1 ist als Mittelring ausgebildet, der sowohl an seinem inneren Umfang 5 als auch an seinem äußeren Umfang 6 jeweils einen umlaufenden, im Querschnitt rechteckigen Steg 7, 8 mit Laufflächen für Wälzkörperreihen 9, 10, 11 , 12, 13, 14 aufweist.
Dabei nehmen die Axialwälzkörperreihen 9, 11 , 12, 14 eine axiale Belastung der Drehverbindung in beiden Axialrichtungen auf, während die Wälzkörperreihen 10, 13 eine radiale Last aufnehmen.
Die jeweiligen Laufflächen der radialen Wälzkörperreihen Hegen parallel zur Drehmittelachse 4, die Laufflächen der axialen Wälzkörperreihen 9, 11 , 12, 14 senkrecht dazu. Hierdurch ergibt sich eine optimierte Krafteinleitung in die Stege 7, 8 ohne dass Abtriebskräfte entstehen.
Die jeweiligen Wälzkörperreihen sind jeweils gegenüber dem zweiten und dritten Lagerring 2, 3 des zweiten Anschlusselementes gelagert, wo ebenfalls entsprechende, zu den jeweils gegenüberliegenden Laufflächen der Stege 7, 8 parallele Laufflächen bereitgestellt sind. Die entsprechenden Laufflächen sind typischerweise oberflächengehärtet oder weisen eine ent- sprechend harte Oberfläche auf, die durch Verwendung eines entsprechend harten Lagerstahls oder eine Oberflächenveredelung erzeugt sein kann. Dabei sind insbesondere bei den hohen zu übertragenden Lasten ausgeprägte Überrollstabilitäten erforderlich.
Die Wälzkörper selbst bestehen typischerweise aus Wälzkörperstahl und sind vorteilhaft durchgehärtet. Es können in den einzelnen Lagern Käfige oder Käfigsegmente beispielsweise aus Stahl, Messing, Leichtmetall oder Kunststoff vorgesehen sein.
Die Lagerringe können zueinander und/oder insgesamt nach außen hin mittels Dichtungen abgedichtet sein. Im Einsatzfall wird der erste Lagerring 1 an ein erstes Element angeschraubt sein, während der zweite und der dritte Lagerring 2, 3 an ein hiergegen drehbares Element angeschraubt sind. Andere Arten der Verbindung sind ebenfalls denkbar. In der Figur sind für den Fall einer Verschraubung ent- sprechende Schraubenbohrungen 15 im ersten Lagerring, 16 im zweiten Lagerring sowie 17 im dritten Lagerring dargestellt.
Der zweite und der dritte Lagerring können gegebenenfalls auch miteinander fest verbunden sein.
Wenigstens einer der Lagerringe 2, 3 ist in axialer Richtung geteilt. Die jeweilige Teilungsebene ist in der Figur durch die Linien 18, 19 angedeutet. Durch die Teilung wird das Einbringen der Stege und der Wälzkörperreihen in die entsprechend hierfür vorgesehenen Ausnehmungen möglich.
Es ist auch denkbar, dass bei einer derartigen Konfiguration nur eine einzige Radialwälzkörperreihe vorgesehen ist.
Einer der Vorteile der Anordnung ist die hohe Tragfähigkeit in Axialrichtung, dadurch, dass der mittlere Lagerring 1 zu seinen beiden Seiten in Axiallagern abgestützt ist. Dies ergibt insgesamt auch eine hohe Stabilität gegenüber Kippmomenten auf die Drehverbindung. Der mittlere Lagerring selbst ist gegen Verkippung durch seine symmetrische Belastung auf der Innen- und Außenseite gut gestützt. Dies lässt sich optimal dann realisieren, wenn die jeweiligen Axialwälzkörperreihen jeweils auf der Innen- und Außenseite des ersten Lagerrings möglichst auf gleicher Höhe angeordnet sind. Dabei können die Durchmesser der jeweiligen Teilkreise, auf denen die Wälzkörperreihen liegen, jeweils bei den Paaren auf der Außen- beziehungsweise Innenseite etwas unterschiedlich sein. Die Axiallager zwischen dem ersten und dem dritten Lagerring beziehungsweise zwischen dem ersten und dem zweiten Lagerring können für sich spielfrei eingestellt sein oder auch eine leichte Vorspannung besitzen.
Für die Radiallager 10, 13 gilt, dass diese vorteilhaft spielfrei eingestellt sind.
Ausschlaggebend für eine optimierte Kraftverteilung insbesondere in dem mittleren, ersten Lagerring ist die gleichmäßige Lagerung auf der radial innen liegenden Seite gegenüber der radial außen liegenden Seite, gesehen vom Befestigungsbereich des ersten Lagerrings.
Der Befestigungsbereich des ersten Lagerrings ist durch einen hohlzylindri- schen Bereich im Zentrum des ersten Lagerrings gegeben, der zwischen der radial innen liegenden Seite der Bohrungen 15 und der radial außen liegen- den Seite derselben Bohrungen umlaufend angeordnet ist, wie dies im unteren Teil der Figur 1 angedeutet ist. Der Befestigungsbereich ist mit dem Bezugszeichen 20 bezeichnet.
Sind in dem ersten Lagerring Bohrungen oder andere Befestigungseinrich- tungen auf mehreren Teilkreisen vorgesehen, so umfasst der Befestigungsbereich den gesamten hohlzylindrischen Bereich, in dem sich die entsprechenden Bohrungen oder Befestigungseinrichtungen befinden.
In der Figur 1 ist eine Innenverzahnung 21 am dritten Lagerring 3 dargestellt, die über dort eingreifende Ritzel und ein entsprechendes Getriebe die Relativdrehung des ersten Lagerrings gegenüber dem zweiten und dritten Lagerring und damit die Einstellung der Drehverbindung erlaubt.
Bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Drehverbindung bei einer Windkraftmaschine kann beispielsweise der Mittelring als erster Lagerring mit einem Rotorkopf verbunden sein während der zweite und der dritte Lagerring mit einem Rotorblatt verbunden ist. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass ein Teil der Verbindung mit dem Turm und der zweite Teil gegenüber diesem drehbar fest mit dem Maschinenhaus verbunden ist.
In der Figur 2 ist im wesentlichen die Konfiguration der Figur 1 dargestellt, wobei die Verbindungen ohne die Andeutung von Gewindebohrungen schematisch dargestellt sind.
Vorteile des dargestellten zweimal dreireihigen Rollenlagers ist die hohe Tragfähigkeit gegenüber einer Konstruktion mit nur zwei Lagerringen sowie eine günstige symmetrische Lasteinleitung über den mittleren Lagerring und günstigere Anschlussmöglichkeiten dadurch dass der mittlere Lagerring radial dicker ausgeführt sein kann und sowohl an dem zweiten als auch an dem dritten Lagerring jeweils Befestigungsmöglichkeiten durch Schrauben bestehen.
In der Figur 3 ist eine Variante der erfindungsgemäßen Drehverbindung dargestellt, bei der der erste Lagerring 1 gegenüber dem äußeren zweiten Lagerring 2 mittels einer Dreirollenlagerung axial und radial gelagert ist, inso- fern ähnlich der Konfiguration in den Figuren 1 und 2, wobei gemäß der Figur 3 jedoch im radial inneren Bereich des mittleren Lagerrings 1 das doppelte Axiallager durch zwei Wälzkörperreihen in Form eines ersten und zweiten Kugellagers 12a, 14a realisiert ist. Das entsprechende Radiallager ist als Rollenlager 13 ausgebildet.
Durch die Kombination von Rollenlagern und Kugellagern können bestimmte Eigenschaften der gesamten Drehverbindung ausbalanciert werden, beispielsweise kann die Vorspannung aufgrund der stärkeren Verformbarkeit der Wälzkörper in Form von Kugeln besser eingestellt werden. Grundsätzlich sind verschiedene Konstellationen denkbar, in denen beispielsweise auch die radial äußeren Axiallager durch Kugellager realisiert sind oder jeweils die unteren Axiallager sowohl radial außen als auch innen am mittleren Lagerring 1.
Diese Variante ist in der Figur 4 beispielhaft dargestellt.
Denkbar ist auch, ein Radiallager als ein Kugellager auszubilden. Vorteilhaft ist wiederum, dass die in diesem Fall radiale Vorspannung aufgrund der stärkeren Verformbarkeit der Wälzkörper in Form von Kugeln besser eingestellt werden.
Die Figur 5 zeigt in einem Längsschnitt eine Windkraftmaschine mit einem Rotor 22, der Rotorblätter 23 trägt und in dem Maschinenhaus 24 gelagert ist.
Das Maschinenhaus 24 ist gegenüber dem Turm 25 mittels einer hier nur schematisch dargestellten erfindungsgemäßen Drehverbindung 1 , 2, 3 drehbar gelagert, wobei die Drehverbindung mittels entsprechender Verzahnun- gen einstellbar ist, das heißt, das Maschinenhaus kann wunschgemäß ausgerichtet und auch in einer gewünschten Winkelposition festgesetzt werden.
Bezugszeichenliste
1 erster Lagerring
2 zweiter Lagerring 3 dritter Lagerring
4 Drehachse
5 innerer Umfang des Mittelrings
6 äußerer Umfang des Mittelrings
7,8 Stege 9, 10, 11, 12, 12a,
13, 14, 14a Wälzkörperreihen
15, 16, 17 Schraubenöffnungen
18, 19 Teilungsebene
20 Befestigungsbereich 21 Innenverzahnung
22 Rotor
23 Rotorblätter
24 Maschinenhaus
25 Turm

Claims

Patentansprüche
1. Drehverbindung mit zwei gegeneinander drehbaren Anschlusselementen, zwischen denen Wälzkörper angeordnet sind, wobei ein ers- tes Anschlusselement als erster Lagerring (1 ) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Lagerring (1) einen ringförmigen Befestigungsbereich (20) aufweist, in dem Kräfte in ihn eingeleitet werden und dass sowohl radial innerhalb als auch radial außerhalb des Befestigungsbereichs Wälzkörper angeordnet sind, wobei zumindest eine durch die Wälzkörper gebildete Wälzkörperreihe (9,12,12a,11 ,11a,14,14a) entweder nur Axialkräfte oder nur Radialkräfte überträgt.
2. Drehverbindung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass jede der durch die Wälzkörper gebildeten Wälzkörperreihen (9,12,123,11 ,113,14,143) entweder nur Axialkräfte oder nur Radialkräfte überträgt.
3. Drehverbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Wälzkörperreihe (12,12a) radial innerhalb und eine zweite Wälzkörperreihe (9) radial außerhalb des Befestigungsbereichs (20) des ersten Lagerrings angeordnet sind und jeweils zur Abstützung des ersten Lagerrings in einer ersten Axialrichtung dienen.
4. Drehverbindung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine dritte Wälzkörperreihe (14,14a) radial innerhalb des Befestigungsbereichs (20) des ersten Lagerrings (1) angeordnet ist und zur Abstützung des ersten Lagerrings in einer zweiten Axialrichtung dient.
5. Drehverbindung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine vierte Wälzkörperreihe (11 ,11a) radial außerhalb des Be- festigungsbereichs (20) des ersten Lagerrings (1) angeordnet ist und zur Abstützung des ersten Lagerrings in einer zweiten Axialrichtung dient.
6. Drehverbindung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine fünfte Wälzkörperreihe (13) radial innerhalb des Befestigungsbereichs (20) des ersten Lagerrings angeordnet ist und der Radiallagerung des ersten Lagerrings dient.
7. Drehverbindung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine sechste Wälzkörperreihe (10) radial außerhalb des Befestigungsbereichs (20) des ersten Lagerrings angeordnet ist und der Radiallagerung des ersten Lagerrings dient.
8. Drehverbindung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Wälzkörperreihen aus Kugeln und/oder wenigstens eine der Wälzkörperreihen aus Rollen besteht.
9. Drehverbindung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufflächen, die einander bezüglich des Befestigungsbereichs gegenüberliegenden Wälzkörperreihen (9,12,10,13) zugeordnet sind, jeweils koplanar zueinander sind.
10. Drehverbindung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die den Wälzkörperreihen zugeordneten Laufflächen ausschließlich parallel oder senkrecht zur Drehachse (4) der Drehverbindung ausgerichtet sind.
11. Drehverbindung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Lagerring wenigstens einen im Querschnitt rechteckigen Steg (7,8) aufweist, der an einer inneren oder äußeren Mantelflä- che (5,6) umlaufend angeordnet ist und jeweils wenigstens eine Lauffläche für Wälzkörper aufweist.
12. Drehverbindung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Lagerring einen ersten, an seiner inneren Mantelfläche
(5) umlaufenden Steg (7) und einen zweiten, an seiner äußeren Mantelfläche (6) umlaufenden Steg (8) aufweist, die jeweils Laufflächen für Wälzkörper aufweisen.
13. Drehverbindung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Stege (7,8) wenigstens zwei parallele einander gegenüberliegende koplanare Laufflächen für Wälzkörper für die Axiallagerung aufweist.
14. Drehverbindung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Anschlusselement einen zweiten und einen dritten Lagerring (2,3) aufweist, wobei dem zweiten Lagerring (2) die radial außen an dem ersten Lagerring (1) angeordneten Wälzkörper und dem dritten Lagerring (3) die radial innen am ersten Lagerring angeordneten Wälzkörper zugeordnet sind.
15. Windkraftmaschine mit einem Turm (25) und einem Maschinenhaus
(24), in dem ein Rotor (22) gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Maschinenhaus (24) und/oder ein Rotorblatt (23) am Rotor (22) mittels einer Drehverbindung nach einem der vorangehenden Patentansprüche gelagert ist.
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