WO2010037372A1 - Drehverbindung insbesondere mehrreihiges schrägwälzlager mit drei konzentrischen lagerringen für eine windenergieanlage sowie windenergieanlage mit der drehverbindung - Google Patents

Drehverbindung insbesondere mehrreihiges schrägwälzlager mit drei konzentrischen lagerringen für eine windenergieanlage sowie windenergieanlage mit der drehverbindung Download PDF

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Rudolf Zeidlhack
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    • Y02E10/70—Wind energy
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Definitions

  • the invention relates to a rotary joint with an inner ring, which is non-rotatably connected and / or connectable with a first rotary partner, with an outer ring, which is also rotatably connected and / or connectable with the first rotary partner, and with an intermediate ring, which with a second Wheelpartner rotatably connected and / or connectable, where-
  • the invention further relates to a wind turbine with the rotary joint.
  • Document DE 100 114 64 C1 which forms the closest prior art, relates to the mounting of an adjustable rotor blade of a wind energy plant, wherein a rolling bearing is proposed, which is designed or arranged for the pivotable mounting of the rotor blade on a rotor hub.
  • the rolling bearing has two radially offset rows of rolling elements, which run in a total of three bearing rings with grooves that receive the WälzSystem Herbertn positive fit.
  • the advantage of the bearing assembly is seen in the fact that the center ring receives this dreiringigen bearing when bending moments and axial forces of the innermost and outermost ring compressive forces in more or less mutually perpendicular directions and thus automatically symmetrized, the pressure forces in each case in the central region of the bearing grooves - Quadrants remain.
  • the forces from the rotor blade are simultaneously introduced into the innermost and the outermost bearing ring, so that a more uniform loading of the bearing and the rotor blade root is achieved.
  • the invention is based on the object, a rotary joint, for play for a wind turbine, as well as to propose a wind turbine with the rotary joint, which has or have advantages in use over the prior art.
  • a rotary joint preferably designed for use in a wind turbine, proposed, which comprises a plurality, in particular three, four or more bearing rings, which are arranged coaxially and / or concentrically with each other.
  • the rotary joint shows at least a double track system, wherein the pitch circles of the track systems are coaxial and / or concentric with each other with different diameters.
  • the rotary joint is designed as a large roller bearing, which has an outer diameter and / or free inner diameter of at least 1,000 mm, preferably at least 2,000 mm and in particular at least 4,000 mm.
  • the rotary joint has an inner ring, which rotatably connected to a first rotary partner - to name as a first connection structure - rotatably or pivotally connected about the axis of rotation of the rotary joint and / or connectable.
  • an outer ring is provided, which is rotatably connected to the same rotational partner and / or connectable, so that inner ring and outer ring rotate or pivot together about the common axis of rotation of the rotary joint.
  • an intermediate ring is arranged, which with a second rotary partner - to name as a second connecting structure - rotatably connected or pivotally connected and / or connectable.
  • the rotary joint comprises the first and the second turning partner.
  • Inner ring, outer ring and intermediate ring are also summarized below under the generic term bearing ring.
  • the rotary joint has between inner ring and intermediate ring or between the intermediate ring and outer ring at least one row of rolling elements, which rotate around the axis of rotation of the rotary connection and are arranged such that the intermediate ring is rotatable about the rows of rolling relative to the outer ring and the inner ring and on the WälzSystem Herbertn on the In ⁇ enring and the outer ring rolls.
  • inner ring and outer ring or intermediate ring referred to in a first embodiment of the invention, the absolute position of the bearing rings, so that exactly three bearing rings are provided. In a further embodiment of the invention, these terms only refer to the relative position to each other, as will be explained below in preferred embodiments.
  • each rolling element row can transmit axial forces in only one axial direction and radial forces.
  • the inner ring is rotatably arranged via an inner row of rolling elements, and / or that the outer ring is rotatably arranged via an outer row of rolling elements relative to the intermediate ring.
  • axial forces can be transmitted in all axial directions through all rows of rolling elements. It is possible that axial forces can be transmitted in both axial directions through the rows of rolling elements between the outer ring and the intermediate ring and / or through the rows of rolling elements between the inner ring and the intermediate ring. It is also conceivable that axial forces can be transmitted in an axial direction in an axial direction and through the WälzMechschn between the inner ring and intermediate ring axial forces in another axial direction by the rows of rolling elements between the outer ring and intermediate ring.
  • one or each row of rolling elements of the inner and / or the outer Wälzkör- per marinencrus is formed and / or stored as an angular ball row.
  • each rolling body of the rolling element row formed as angular contact ball bearing has exactly two rolling contact points or areas, in particular pressure ellipses, to the corresponding raceways of the bearing rings.
  • the sliding portion is very low in a rotation of the first rotating partner relative to the second rotating partner or that the rolling elements roll off friction.
  • one or each row of rolling elements of the inner and / or outer WälzSystem giantncrus is formed as a tapered roller row.
  • the pressure lines of the rolling elements of the inner and / or outer WälzSystem 1942ncrus are crossing and / or aligned together in X-arrangement.
  • the printing lines are arranged so that the intersection of the pressure lines of the inner WälzSystem 1942npares radially outside to the pitch of one or both rows of WälzSystem Swissnsections and / or the crossing points of the pressure lines of the outer WälzSystem 1942ncrus radially inside to the or the pitch circles of one or both Wälz stresses Herbertn of outer WälzSystem 1942ncrus are arranged.
  • one of the rows of rolling elements is designed to be free of play until small prestressing and the other pair of rolling elements is formed with a preferably small clearance.
  • each WälzSystem 1942ncrus are aligned symmetrically to each other, so intersect at a 90 ° angle to each other and each at a 45 ° angle to a radial plane to the axis of rotation of the rotary joint.
  • the printing lines are asymmetrical, so that they can be designed specifically for the load. Preference is given to printing angle between 30 ° and 75 °.
  • the rotary joint has at least one further bearing ring, which is non-rotatably connected to the first or the second rotary partner and rotates together with the inner ring or the intermediate ring. It is particularly appropriate to have another, Dial outside or inside bearing ring to add, which is rotatably connected to the intermediate ring and rolls over a row of rolling elements and / or WälzSystem Herbertncover on the outer ring or inner ring.
  • At least one of the bearing rings in particular the inner ring, the outer ring or the intermediate ring, made of tempered steel and / or is surface hardened.
  • the connecting end faces of the bearing rings of a rotary partner are formed plane-parallel.
  • the rolling elements of the rolling element rows and / or the WälzArchitectschnpare are preferably formed as balls in particular from roller bearing steel and are through hardened.
  • other rolling elements in particular cylindrical rollers or barrel rollers can be used.
  • the first rotary partner has to provide only a flat surface as a connecting construction, with the optionally usable advantage that gradations and the like in the connecting contour are avoided.
  • at least one of the bearing rings, preferably the inner or outer ring, in the circumferential direction at least one interruption or division. This interruption allows a change in the bearing preload still in the installed state.
  • the interruption is designed as an expansion joint whose width is realized adjustable in the direction of rotation.
  • the rotary joint is designed for a wind energy plant and in particular for the storage of parts which are exposed only to extremely low rotational speeds over short time intervals.
  • the wind turbine comprises a housing, a rotor hub, which is rotatably mounted on the housing, and at least one rotor blade, wherein the rotor blade is arranged on the rotor hub.
  • the rotary joint is designed as a bearing at least one rotor blade and / or the housing of the wind turbine. Due to the special construction of the rotary joint according to the invention, this can be advantageously used in particular in larger wind turbines, that is, with powers greater than 2 MW, in particular greater than 5 MW.
  • the inner ring and / or the radially innermost ring and / or the outer ring and / or the radially outermost bearing ring or another bearing ring a toothing, preferably a radially encircling, end-side Has toothing.
  • the intermediate ring and / or a bearing ring arranged between two other bearing rings is widened in a longitudinal section in the region of the row of rolling elements or pairs.
  • the intermediate ring and / or the intermediate ring overlaps in axial projection with the adjacent rings.
  • the intermediate ring and / or a bearing ring arranged between two other bearing rings has a T-shaped configuration in longitudinal section, the raceways for the rolling bodies of the adjacent rows of rolling elements being arranged in a T-shaped widened region.
  • At least one of the bearing rings on holes for receiving screws or bolts. These can be blind holes, through holes, threaded holes or the like.
  • at least one of the bearing rings preferably the intermediate ring, has two rows arranged holes and / or shows holes with different pitch diameters.
  • the rotary joint for guiding the rolling elements may comprise one or more cages or cage segments, e.g. made of steel, brass, light metal or plastic.
  • the rotary joint on one or both sides of a seal for sealing the Wälz stressesraums.
  • Another object of the invention relates to a wind turbine with the features of claim 19, which a rotatable housing, a Tomabe, which is rotatably mounted on the housing, and at least one rotor blade, which is rotatably mounted on the rotor hub having.
  • the wind energy plant is characterized in that the bearing of at least one rotor blade and / or the housing is formed as a rotary joint, as described above or according to one of the preceding claims.
  • Figure 1 is a schematic longitudinal section through a rotary joint as a first embodiment of the invention
  • Figure 2 is a schematic longitudinal section through a rotary joint as a second embodiment of the invention.
  • Figure 3 is a schematic sectional view of a wind turbine as a further embodiment of the invention.
  • a rotary joint 1 shows in a schematic longitudinal section a detail of a rotary joint 1, which has an inner ring 2, an intermediate ring 3 and an outer ring 4, which are arranged coaxially and / or concentrically with each other.
  • the rotary joint 1 is designed as a slewing bearing with a diameter of more than 1,000 mm, for example more than 2,000 mm and in borderline cases greater than 4,000 mm.
  • the Drehverbin- Phyg 1 is realized for low speeds with low use times.
  • the bearing rings, so the inner ring 2, the intermediate ring 3 and the outer ring 4, are made of a tempered steel and have surface hardened raceways.
  • the intermediate ring 3 is formed inverted T-shaped in the longitudinal section shown, wherein the free ends of the horizontal leg of the "T" of the inner ring 2 and the outer ring 4 at least partially in radia- ler direction are enclosed.
  • the rotary joint 1 has an inner row of rolling elements 5 and an outer row of rolling elements 6.
  • the inner row of rolling elements 5 includes two inner rows of rolling bearings 7 a and 7 b, which are arranged in axial plan view aligned with each other or at least overlapping.
  • the inner roller bearing rows 7 a, b roll on the intermediate ring 3 on raceways 8 a and 8 b and on the inner ring 2 on raceways 9 a and 9 b from.
  • the rolling elements 10 of the WälzSystem 1942npare 5 and 6 are balls, in this example through hardened balls made of bearing steel, the raceways 8 a, b, and 9 a, b, are formed so that each individual ball of the inner WälzSystem Herbertncrus 5 with exactly two contact points on the raceways 9 a, b, 8 a, b contacted.
  • the rolling elements 10 of the inner WälzSystem Herbertncrus 5 are thus performed in the context of an angular contact ball bearing in O arrangement.
  • Figure 1 shows pressure lines 11 a, 11 b of the two angular contact ball bearings, wherein the pressure lines in a region radially outside meet the pitch circle of the rolling element row 7 a and 7 b.
  • the WälzSystem-2 also has two rows of rolling elements 12 a and 12 b, which are arranged in an analogous manner as in the WälzSystem Herbertncrument 5 and thus also in angular contact ball bearing assembly, here in X-arrangement, are realized.
  • Their pressure lines 13 a and 13 b meet in a region which is radially inward to the pitch circles of the rows of rolling elements 12 a and 12 b.
  • the pressure angle of the pressure lines 11 a, b and 13 a, b may be compared to a radial plane 14 which is perpendicular to the axis of rotation 15 of the rotary joint 1, be symmetrical and / or 45 °. In modified embodiments, however, the pressure angles are adapted to the load and can be between 30 ° to 75 °.
  • the rotary joint 1 comprises a cage or cage segments (not shown) formed, for example, of steel, brass, light metal or plastic.
  • the bearing rings 2, 3, 4 can be sealed to each other on one or both sides with seals.
  • connection geometry of the rotary joint 1 for a rotary partner the inner ring 2 and outer ring 4 are formed such that their axial end faces are coplanar in a common radial plane 16, so that the connection structure of the spin partner must be formed on this page only as a flat surface.
  • the bearing rings, ie inner ring 2, intermediate ring 3 and outer ring 4 each show passage openings 17, which allow the inclusion of bolts or screws or other fasteners. It is optionally also possible that in one of the bearing rings, in particular in the intermediate ring 3, the through holes 17 are arranged in two rows with different pitch circles.
  • the inner ring 2 carries a radially inwardly directed toothing 19. Alternatively, the toothing on one of the other rings, so outer ring or inner ring, be.
  • the advantage of the rotary joint 1 shown is mainly in the high load capacity compared to a conventional double-row angular contact ball bearings, a favorable load application and stress between the rolling elements 10 and the raceways 9 a, b, etc.
  • the rotary joint 1 shows only a very small clearance, at the same time almost no ring tilting of the intermediate ring 3 is possible.
  • the use of through holes 17 in the inner ring 2 and the outer ring 4 leads to a very favorable Screw stress, especially in comparison to a conventional Zweiringsearch.
  • FIG. 2 shows in a schematic longitudinal section a section of a rotary joint 1 which has an inner ring 2, an intermediate ring 3 and an outer ring 4, which are arranged coaxially and / or concentrically with one another.
  • the rolling element rows 12b and 7b have a higher contact angle than the rolling body rows 12a and 7a.
  • the rows of rolling elements 12b and 7b can thus absorb higher axial forces.
  • the rolling elements 10 of the rolling element rows 12b, 7b, 12a, 7a can each move independently in the circumferential direction freely.
  • the balls of each row of rolling elements 12b, 7b, 12a, 7a are kept separate with a cage or with cage segments at a distance.
  • the rows of rolling elements of a ring can be biased against each other.
  • the contact angle of the rolling element rows 12a and 7a is e.g. 45 °, while the contact angle of the rows of rolling elements 12b and 7b is between 60 ° and 90 °.
  • the rings 2, 3, 4 may consist of tempered steel and have surface hardened raceways.
  • the rolling elements can be made of bearing steel and be through hardened.
  • the internal toothing 18 can be designed with or without curing and with or without profile displacement.
  • FIG. 3 shows, in a very schematic representation, a wind energy system 19 in order to illustrate a possible application of the rotary joint 1 from one of the preceding figures.
  • the wind turbine 19 has a tower 20 on which or on which a housing 21 is arranged.
  • a rotor hub 22 is mounted, are attached to the rotatable rotor blades 23.
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Drehverbindung (1) mit einem Innenring (2), welcher mit einem ersten Drehpartner drehfest verbunden und/oder verbindbar ist, mit einem Außenring (4), welcher ebenfalls mit dem ersten Drehpartner drehfest verbunden und/ oder verbindbar ist, und mit einem Zwischenring (3), welcher mit einem zweiten Drehpartner drehfest verbunden und/oder verbindbar ist, wobei der Innenring (2) und der Außenring (4) jeweils über mindestens eine Wälzkörperreihe (7a, 7b, 12a, 12b) relativ drehbar zu dem Zwischenring (3) gelagert sind, und wobei jede Wälzkörperreihe (7a, 7b, 12a,.12b) Axialkräfte in nur einer Axialrichtung sowie Radialkräfte übertragen kann.

Description

10 Bezeichnung der Erfindung
DREHVΞRBINDDNG INSBESONDERE MEHRREIHIGES SCHRAGWALZLAGER MIT DREI KONZENTRISCHEN LAGERRINGEET FÜR EINE WINDENERGIEANLAGE SOWIE WINDENERGΓEANLAGE MIT DER DREHVERBINDONG
15
Beschreibung
Gebiet der Erfindung
20 Die Erfindung betrifft eine Drehverbindung mit einem Innenring, welcher mit einem ersten Drehpartner drehfest verbunden und/oder verbindbar ist, mit einem Außenring, welcher ebenfalls mit dem ersten Drehpartner drehfest verbunden und/oder verbindbar ist, und mit einem Zwischenring, welcher mit einem zweiten Drehpartner drehfest verbunden und/oder verbindbar ist, wo-
25 bei der Innenring und der Außenring jeweils über mindestens eine Wälzkörperreihe relativ drehbar zu dem Zwischenring gelagert sind, und wobei die mindestens eine Wälzkörperreihe Axialkräfte in nur einer Axialrichtung sowie Radialkräfte übertragen kann. Die Erfindung betrifft im Weiteren eine Windenergieanlage mit der Drehverbindung.
30 Hintergrund der Erfindung
Die Lagerung von hohen Kräften und Momenten erfordert Wälzlager hoher Tragfähigkeit, welche bei konventionellen Bauformen von Wälzlagern nur durch einen sehr großen Durchmesser erreichbar sind. Fertigungstechnisch ist es jedoch eine Herausforderung, immer größere Wälzlager herzustellen, da Beschränkungen hinsichtlich der Maßhaltigkeit oder hinsichtlich der Fertigungsanlagen gegeben sind. So ist es beispielsweise schwierig, Ringe eines Wälzlagers ab einer bestimmten Größe durchzuhärten, da derartige Härte- anlagen oftmals nicht zur Verfügung stehen.
Die Druckschrift DE 100 114 64 C1 , die wohi den nächstkommenden Stand der Technik bildet, betrifft die Lagerung eines verstellbaren Rotorblatts einer Windenergieanlage, wobei ein Wälzlager vorgeschlagen wird, welches zur schwenkbaren Lagerung des Rotorblatts auf einer Rotornabe ausgebildet bzw. angeordnet ist. Das Wälzlager weist zwei radial zueinander versetzte Reihen von Wälzkörpern auf, welche in insgesamt drei Lagerringen mit Rillen laufen, die die Wälzkörperreihen formschlüssig aufnehmen. Der Vorteil der Lageranordnung wird darin gesehen, dass der Mittelring dieses dreiringigen Wälzlagers beim Auftreten von Biegemomenten und Axialkräften von dem innersten und äußersten Ring Druckkräfte in mehr oder weniger senkrecht zueinander verlaufenden Richtungen erhält und sich dadurch selbsttätig symmetriert, die Druckkräfte also jeweils im Mittelbereich der Lagerrillen- Quadranten bleiben. Andererseits werden die Kräfte aus dem Rotorblatt gleichzeitig in den innersten und den äußersten Lagerring eingeleitet, so dass eine gleichmäßigere Belastung der Lagerung sowie der Rotorblatt- Wurzel erzielt wird.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Drehverbindung, zum Bei- spiel für eine Windenergieanlage, sowie eine Windenergieanlage mit der Drehverbindung vorzuschlagen, welche Gebrauchsvorteile gegenüber dem Stand der Technik aufweist bzw. aufweisen.
Zusammenfassung der Erfindung
Diese Aufgabe wird durch eine Drehverbindung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch eine Windenergieanlage mit den Merkmalen des An- spruchs 15 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
Es wird eine Drehverbindung, vorzugsweise ausgebildet für den Einsatz in einer Windenergieanlage, vorgeschlagen, welche eine Mehrzahl, insbesondere drei, vier oder mehr Lagerringe umfasst, die koaxial und/oder konzentrisch zueinander angeordnet sind. Damit zeigt die Drehverbindung ein mindestens doppeltes Laufbahnsystem, wobei die Teilkreise der Laufbahnsysteme koaxial und/oder konzentrisch zueinander mit unterschiedlichen Durchmessern ausgebildet sind. Bevorzugt ist die Drehverbindung als ein Großwälzlager ausgebildet, welches einen Außendurchmesser und/oder freien Innendurchmesser von mindestens 1.000 mm, vorzugsweise mindestens 2.000 mm und insbesondere mindestens 4.000 mm aufweist.
Die Drehverbindung weist einen Innenring auf, welcher drehfest mit einem ersten Drehpartner - auch als erste Anschlusskonstruktion zu benennen - drehfest bzw. schwenkfest um die Drehachse der Drehverbindung verbunden und/oder verbindbar ist. Zudem ist ein Außenring vorgesehen, welcher mit dem gleichen Drehpartner drehfest verbunden und/oder verbindbar ist, so dass Innenring und Außenring gemeinsam um die gemeinsame Drehachse der Drehverbindung rotieren bzw. schwenken. Zwischen dem Innenring und dem Außenring ist ein Zwischenring angeordnet, welcher mit einem zweiten Drehpartner - auch als zweite Anschlusskonstruktion zu benennen - drehfest bzw. schwenkfest verbunden und/oder verbindbar ist. Optional um- fasst die Drehverbindung den ersten und den zweiten Drehpartner. Innenring, Außenring und Zwischenring werden nachfolgend auch unter dem Oberbegriff Lagerring gefasst.
Die Drehverbindung weist zwischen Innenring und Zwischenring bzw. zwischen Zwischenring und Außenring mindestens eine Wälzkörperreihe auf, welche die Drehachse der Drehverbindung umlaufen und derart angeordnet sind, dass der Zwischenring über die Wälzkörperreihen relativ zu dem Außenring und dem Innenring verdrehbar ist und über die Wälzkörperreihen auf dem Inπenring und dem Außenring abwälzt.
Die Bezeichnungen Innenring und Außenring bzw. Zwischenring bezeichnet bei einer ersten Ausführungsform der Erfindung die absolute Position der Lagerringe, so dass genau drei Lagerringe vorgesehen sind. Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung bezeichnen diese Begriffe nur die relative Position zueinander, wie nachfolgend an bevorzugten Ausführungsformen noch dargelegt wird.
Erfindungsgemäß sollen die Wälzkörperreihen zwar jeweils Radialkräfte aufnehmen können, mindestens eine Wälzkörperreihe soll jedoch Axialkräfte in nur einer Axialrichtung aufnehmen können. Dadurch ergibt sich eine wesentlich bessere Kinematik als bei herkömmlichen Lösungen, z.B. Vierpunktla- gern, bei denen Wälzkörperreihen Axialkräfte in beiden Axialrichtungen aufnehmen können. Die Verbesserung der Kinematik stellt sich daher insbesondere dann ein, wenn gemäß einer Ausführungsform der Erfindung jede Wälzkörperreihe Axialkräfte in jeweils nur einer Axialrichtung sowie Radialkräfte übertragen kann. Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Innenring über ein inneres Wälzkörperreihenpaar, und/oder dass der Außenring über ein äußeres Wälzkörperreihenpaar relativ zu dem Zwischenring drehbar angeordnet ist. Zwischen dem Innenring und dem Zwischenring sind somit zwei vonein- ander unabhängige Wälzkörperreihen, also ein zweireihiges Wälzkörperreihenpaar, angeordnet. Alternativ oder ergänzend sind zwischen dem Außenring und dem Zwischenring zwei voneinander unabhängige Wälzkörperreihen, also ein zweireihiges Wälzkörperreihenpaar, angeordnet. Bemerkenswert bei der erfinderischen Lösung ist es, dass der Zwischenring durch eine radiale, mindestens einseitige Lagerung über ein Wälzkörperreihenpaar auch bei hohen Beanspruchungen nahezu verkippungsfrei geführt ist. Diese Konstruktion erlaubt es, Drehverbindungen mit relativ hoher Tragfähigkeit bei gleichzeitig verringertem Durchmesser zu realisieren.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass durch alle Wälzkörperreihen zusammen Axialkräfte in beiden Axialrichtungen übertragen werden können. Dabei ist es möglich, dass durch die Wälzkörperreihen zwischen Außenring und Zwischenring und/oder durch die Wälzkörperreihen zwischen Innenring und Zwischenring Axialkräfte in beiden Axi- alrichtungen übertragen werden können. Denkbar ist auch, dass durch die Wälzkörperreihen zwischen Außenring und Zwischenring Axialkräfte in einer Axialrichtung und durch die Wälzkörperreihen zwischen Innenring und Zwischenring Axialkräfte in einer anderen Axialrichtung übertragen werden können.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass eine oder jede Wälzkörperreihe des inneren und/oder des äußeren Wälzkör- perreihenpaars als Schrägkugelreihe ausgebildet und/oder gelagert ist. Hierbei ist es bevorzugt, dass jeder Wälzkörper der als Schrägkugellager ausge- bildeten Wälzkörperreihe genau zwei Wälzkontaktpunkte bzw. -bereiche, insbesondere Druckellipsen, zu den korrespondierenden Laufbahnen der Lagerringe aufweist. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform ist es vorteil- haft, dass der Gleitanteil bei einer Rotation des ersten Drehpartners relativ zu dem zweiten Drehpartner sehr gering ist bzw., dass die Wälzkörper reibungsarm abwälzen. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass eine oder jede Wälzkörperreihe des inneren und/oder des äußeren Wälzkörperreihenpaars als Kegelrollenreihe ausgebildet ist.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind die Drucklinien der Wälzkörper des inneren und/oder des äußeren Wälzkörperreihenpaars kreu- zend und/oder gemeinsam in X-Anordnung ausgerichtet. Bevorzugt sind die Drucklinien so angeordnet, dass der Kreuzungspunkt der Drucklinien des inneren Wälzkörperreihenpaares radial außenseitig zu dem Teilkreis einer oder beider Wälzkörperreihen des inneren Wälzkörperreihenpaars und/oder die Kreuzungspunkte der Drucklinien des äußeren Wälzkörperreihenpaars radial innenseitig zu dem oder den Teilkreisen von einem oder beiden Wälzkörperreihen des äußeren Wälzkörperreihenpaars angeordnet sind. Optional ist eine der Wälzkörperreihenpaar spielfrei bis kleine Vorspannung und das andere Wälzkörperreihenpaar mit einem vorzugsweise geringen Spiel ausgebildet.
Es ist prinzipiell möglich, dass die Drucklinien eines jeden Wälzkörperreihenpaars symmetrisch zueinander ausgerichtet sind, also sich in einem 90° Winkel gegeneinander und jeweils in einem 45° Winkel gegenüber einer Radialebene zu der Drehachse der Drehverbindung kreuzen. Es ist jedoch be- vorzugt, dass die Drucklinien asymmetrisch ausgebildet sind, so dass diese spezifisch belastungsgerecht ausgelegt werden können. Bevorzugt sind Druckwinkel zwischen 30° und 75°.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung weist die Drehverbindung mindestens einen weiteren Lagerring auf, welcher drehfest mit dem ersten oder dem zweiten Drehpartner verbunden ist und gemeinsam mit dem Innenring bzw. dem Zwischenring rotiert. Es bietet sich insbesondere an, einer weiteren, ra- dial außen oder innen liegenden Lagerring hinzuzunehmen, welcher drehfest mit dem Zwischenring verbunden ist und über eine Wälzkörperreihe und/oder ein Wälzkörperreihenpaar auf dem Außenring bzw. Innenring abwälzt.
Es liegt ebenso im Rahmen der Erfindung, dass zwischen Innenring und Zwischenring und/oder zwischen Außenring und Zwischenring weitere Wälzkörperreihen vorgesehen sind, welche koaxial und/oder konzentrisch zu dem jeweiligen Wälzkörperreihenpaar angeordnet ist bzw. sind.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist mindestens einer der Lagerringe, insbesondere der Innenring, der Außenring oder der Zwischenring, aus Vergütungsstahl gefertigt und/oder ist randschichtgehärtet.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Anschlussstirnseiten der Lagerringe eines Drehpartners planparallel ausgebildet.
Die Wälzkörper der Wälzkörperreihen und/oder der Wälzkörperreihenpaare sind bevorzugt als Kugeln insbesondere aus Wälzlagerstahl ausgebildet und sind durchgehärtet. Alternativ hierzu können auch andere Wälzkörper, insbesondere Zylinderrollen oder Tonnenrollen zum Einsatz kommen.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weisen der Innenring und der Außenring und optional ergänzend sonstige, miteinander drehfest ver- bundene Lagerringe eine axialseitige Stirnfläche auf, welche in einer gemeinsamen Ebene liegen und/oder planparallel zueinander angeordnet sind. Bei dieser Weiterbildung muss der erste Drehpartner als Anschlusskonstruktion nur eine plane Fläche bereitstellen, mit dem optional nutzbaren Vorteil, dass Abstufungen und dergleichen in der Anschlusskontur vermieden wer- den. Bei einer möglichen Ausführungsform weist mindestens einer der Lagerringe, bevorzugt der Innen- oder Außenring, in Umlaufrichtung mindestens eine Unterbrechung oder Teilung auf. Diese Unterbrechung erlaubt eine Änderung der Lagervorspannung noch im eingebauten Zustand. Hierbei ist die Unterbrechung als eine Dehnungsfuge ausgebildet, deren Breite in Umlaufrichtung einstellbar realisiert ist.
Bei einer bevorzugten Anwendung der Erfindung ist die Drehverbindung für eine Windenergieanlage ausgebildet und im speziellen zur Lagerung von Teilen, welchen nur äußerst geringen Drehzahlen über kurzen Zeitintervallen ausgesetzt sind. Die Windenergieanlage umfasst ein Gehäuse, eine Rotornabe, welche an dem Gehäuse drehbar gelagert ist, und mindestens ein Rotorblatt, wobei das Rotorblatt an der Rotornabe angeordnet ist. Bevorzugt ist die Drehverbindung als Lagerung mindestens eines Rotorblatts und/oder des Gehäuses der Windkraftanlage ausgebildet. Aufgrund der besonderen Konstruktion der erfindungsgemäßen Drehverbindung kann diese insbesondere bei größeren Windenergieanlagen, das heißt, mit Leistungen größer als 2 MW, insbesondere größer 5 MW, vorteilhaft eingesetzt werden.
Um die Anbindung eines Antriebselements an die Drehverbindung zu ermögliche, ist es bevorzugt, dass der Innenring und/oder der radial innerste Ring und/oder der Außenring und/oder der radial äußerste Lagerring oder ein anderer Lagerring eine Verzahnung, bevorzugt eine radial umlaufende, stirnseitige Verzahnung aufweist.
Bei einer möglichen Weiterbildung der Erfindung ist der Zwischenring und/oder ein zwischen zwei anderen Lagerringen angeordnete Lagerring im Längsschnitt im Bereich des oder der Wälzkörperreihenpaares bzw. -paare verbreitert ausgebildet. Insbesondere überlappt der Zwischenring und/oder der zwischenliegende Ring in axialer Projektion mit den benachbarten Ringen. Bei einer möglichen Weiterbildung der Erfindung weist der Zwischenring und/oder ein zwischen zwei anderen Lagerringen angeordneter Lagerring im Längsschnitt eine T-förmige Gestalt auf, wobei die Laufbahnen für die Wälzkörper der angrenzenden Wälzkörperreihen im T-förmig verbreiterten Be- reich angeordnet sind.
Zur Befestigung der Lagerringe an den Drehpartnern weist mindestens einer der Lagerringe Bohrungen zur Aufnahme von Schrauben oder Bolzen auf. Dabei kann es sich um Sacklochbohrungen, Durchgangsbohrungen, Gewin- debohrungen oder ähnliches handeln. Um eine besonders stabile Verbindung zwischen Lagerring und Drehpartner zu ermöglichen, ist es möglich, wenn mindestens einer der Lagerringe, bevorzugt der Zwischenring, zweireihig angeordnete Bohrungen aufweist und/oder Bohrungen mit unterschiedlichen Teilkreisdurchmessern zeigt.
Optional kann die Drehverbindung zur Führung der Wälzkörper einen oder mehreren Käfige oder Käfigsegmente, z.B. aus Stahl, Messing, Leichtmetall oder Kunststoff aufweisen. Bei möglichen Ausführungsformen zeigt die Drehverbindung einseitig oder beidseitig eine Dichtung zur Abdichtung des Wälzkörperraums.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft eine Windenergieanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 19, welche ein drehbares Gehäuse, eine Ro- tomabe, welche an dem Gehäuse drehbar gelagert ist, und mindestens ein Rotorblatt, welches an der Rotornabe drehbar gelagert ist, aufweist. Die Windenergieanlage zeichnet sich dadurch aus, dass die Lagerung mindestens eines Rotorblatts und/oder des Gehäuses als Drehverbindung ausgebildet ist, wie sie zuvor beschrieben wurde bzw. nach einem der vorhergehenden Ansprüche. Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Dabei zeigen:
Figur 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine Drehverbindung als ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Figur 2 einen schematischen Längsschnitt durch eine Drehverbindung als ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Figur 3 eine schematische Schnittansicht einer Windenergieanlage als ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnung
Die Figur 1 zeigt in einem schematischen Längsschnitt einen Ausschnitt ei- ner Drehverbindung 1 , welche einen Innenring 2, einen Zwischenring 3 und einen Außenring 4 aufweist, welche koaxial und/oder konzentrisch zueinander angeordnet sind. Die Drehverbindung 1 ist als ein Großwälzlager mit einem Durchmesser von mehr als 1.000 mm, beispielsweise mehr als 2.000 mm und in Grenzfällen größer als 4.000 mm ausgebildet. Die Drehverbin- düng 1 ist für niedrige Drehzahlen bei geringen Einsatzzeiten realisiert. Die Lagerringe, also der Innenring 2, der Zwischenring 3 und der Außenring 4, sind aus einem Vergütungsstahl gefertigt und weisen randschichtgehärtete Laufbahnen auf.
Der Zwischenring 3 ist in dem gezeigten Längsschnitt umgekehrt T-förmig ausgebildet, wobei die freien Enden des waagrechten Schenkels des „T" von dem Innenring 2 bzw. dem Außenring 4 zumindest abschnittsweise in radia- ler Richtung umschlossen sind. Zur gegenseitigen Lagerung weist die Drehverbindung 1 ein inneres Wälzkörperreihenpaar 5 und ein äußeres Wälzkör- perreihenpaar 6 auf. Das innere Wälzkörperreihenpaar 5 umfasst zwei innere Wälzlagerreihen 7 a und 7 b, welche in axialer Draufsicht zueinander fluchtend oder zumindest überlappend angeordnet sind. Die inneren Wälzlagerreihen 7 a, b wälzen an dem Zwischenring 3 an Laufbahnen 8 a bzw. 8 b und an dem Innenring 2 an Laufbahnen 9 a bzw. 9 b ab.
Die Wälzkörper 10 der Wälzkörperreihenpaare 5 und 6 sind Kugeln, in die- sem Beispiel durchgehärtete Kugeln aus Wälzlagerstahl, wobei die Laufbahnen 8 a, b, bzw. 9 a, b, so ausgebildet sind, dass jede einzelne Kugel des inneren Wälzkörperreihenpaars 5 mit genau zwei Kontaktstellen an den Laufbahnen 9 a, b, 8 a, b kontaktiert. Die Wälzkörper 10 des inneren Wälzkörperreihenpaars 5 sind somit im Rahmen einer Schrägkugellagerung in O- Anordnung geführt. Zur Verdeutlichung zeigt die Figur 1 Drucklinien 11 a, 11 b der beiden Schrägkugellagerungen, wobei sich die Drucklinien in einem Bereich radial außenseitig zu dem Teilkreis der Wälzkörperreihe 7 a bzw. 7 b treffen.
Das Wälzkörperreihenpaar 6 weist ebenfalls zwei Wälzkörperreihen 12 a bzw. 12 b auf, welche in analoger Weise wie bei dem Wälzkörperreihenpaar 5 angeordnet sind und somit ebenfalls in Schrägkugellageranordnung, hier in X-Anordnung, realisiert sind. Deren Drucklinien 13 a und 13 b treffen sich dagegen in einem Bereich, welcher radial innen zu den Teilkreisen der Wälzkörperreihen 12 a bzw. 12 b liegt.
Die Druckwinkel der Drucklinien 11 a, b bzw. 13 a, b kann gegenüber einer Radialebene 14, welche senkrecht zu der Drehachse 15 der Drehverbindung 1 angeordnet ist, symmetrisch sein und/oder 45° betragen. Bei abgewandel- ten Ausführungsbeispielen sind die Druckwinkel jedoch belastungsgerecht angepasst und können zwischen 30° bis 75° betragen. Optional weist die Drehverbindung 1 einen Käfig oder Käfigsegmente (nicht gezeigt) auf, welche zum Beispiel aus Stahl, Messing, Leichtmetall oder Kunststoff gebildet sind. Ebenfalls optional können die Lagerringe 2, 3, 4 zueinander auf eine oder auf beiden Seiten mit Dichtungen abgedichtet sein.
Bei einer bevorzugten Realisierung des Ausführungsbeispiels weist zumindest ein Paar der in axialer Richtung in etwa in der gleichen Höhe angeordneten Wälzkörperreihen 7 a und 12 a bzw. 7 b und 12 b eine Spielfreiheit bis zu einer kleinen Vorspannung auf, das jeweils andere Paar kann auch ein minimales Spiel aufweisen.
Ais Anschlussgeometrie der Drehverbindung 1 für einen Drehpartner sind der Innenring 2 und Außenring 4 derart ausgebildet, dass deren axialen Stirnseiten koplanar in einer gemeinsamen Radialebene 16 liegen, so dass die Anschlusskonstruktion des Drehpartners auf dieser Seite nur als eine plane Fläche ausgebildet sein muss. Zur Befestigung zeigen die Lagerringe, also Innenring 2, Zwischenring 3 und Außenring 4 jeweils Durchgangsöffnungen 17, welche die Aufnahme von Bolzen oder Schrauben oder anderen Befestigungselementen erlauben. Es ist optional auch möglich, dass bei ei- nem der Lagerringe, insbesondere bei dem Zwischenring 3, die Durchgangsöffnungen 17 zweireihig mit unterschiedlichen Teilkreisen angeordnet sind. Der Innenring 2 trägt eine radial nach innen gerichtete Verzahnung 19. Alternativ kann die Verzahnung auch an einem der anderen Ringe, also Außenring oder Innenring, sein.
Der Vorteil der gezeigten Drehverbindung 1 liegt vor allem in der hohen Tragfähigkeit gegenüber einem konventionellen zweireihigen Schrägkugellager, einer günstigen Lasteinleitung und Beanspruchung zwischen den Wälzkörpern 10 und den Laufbahnen 9 a, b, etc. Die Drehverbindung 1 zeigt ein nur sehr geringes Lagerspiel, wobei zugleich nahezu keine Ringverkippung des Zwischenrings 3 möglich ist. Die Verwendung von Durchgangsöffnungen 17 bei dem Innenring 2 und dem Außenring 4 führt zu einer sehr günstigen Schraubenbeanspruchung, insbesondere im Vergleich gegenüber einer konventionellen Zweiringdrehverbindung.
Die Figur 2 zeigt in einem schematischen Längsschnitt einen Ausschnitt ei- ner Drehverbindung 1 , welche einen Innenring 2, einen Zwischenring 3 und einen Außenring 4 aufweist, weiche koaxial und/oder konzentrisch zueinander angeordnet sind. Bezüglich gleicher Bezugszeichen wird auf die Beschreibung der Figur 1 verwiesen. Im Unterschied zur Figur 1 weisen die Wälzkörperreihen 12b und 7b einen höheren Druckwinkel auf als die Wälz- körperreihen 12a und 7a. Die Wälzkörperreihen 12b und 7b können somit höhere Axialkräfte aufnehmen. Die Wälzkörper 10 der Wälzkörperreihen 12b, 7b, 12a, 7a können sich jeweils unabhängig voneinander in Umfangs- richtung frei bewegen. Die Kugeln jeder Wälzkörperreihe 12b, 7b, 12a, 7a werden separat mit einem Käfig oder mit Käfigsegmenten auf Abstand gehalten. Die Wälzkörperreihen eines Ringes können gegeneinander vorgespannt sein. Der Druckwinkel der Wälzkörperreihen 12a und 7a beträgt z.B. 45°, während der Druckwinkel der Wälzkörperreihen 12b und 7b zwischen 60° und 90° beträgt. Die Ringe 2, 3, 4 können aus Vergütungsstahl bestehen und randschichtgehärtete Laufbahnen aufweisen. Die Wälzkörper können aus Wälzlagerstahl bestehen und durchgehärtet sein. Die Innenverzahnung 18 kann mit oder ohne Härtung sowie mit oder ohne Profilverschiebung ausgeführt sein.
Die Figur 3 zeigt in einer sehr schematischen Darstellung eine Windenergie- anläge 19, um eine mögliche Anwendung der Drehverbindung 1 aus einer der vorhergehenden Figuren zu illustrieren. Die Windenergieanlage 19 weist einen Turm 20 auf, auf dem oder an dem ein Gehäuse 21 angeordnet ist. In dem drehbaren Gehäuse 21 ist eine Rotornabe 22 gelagert, an der drehbare Rotorblätter 23 befestigt sind. Im Betrieb der Windenergieanlage 19 kann sowohl die Schwenkbewegung des Gehäuses 21 als auch die Schwenkbewegung der Rotorblätter 23 mittels einer erfindungsgemäßen Drehverbindung, z.B. gemäß Fig. 1 , bewerkstelligt werden. Bezugszeichenliste
1 Mehrringwälzlager
2 Innenring
3 Zwischenring
4 Außenring
5 inneres Wälzkörperreihenpaar
6 äußeres Wälzkörperreihenpaar
7a innere Wälzlagerreihen
8 a, b Laufbahnen
9a,b Laufbahnen
10 Wälzkörper
11 a,b Drucklinien
12a,b Wälzkörperreihen
13a,b Drucklinien
14, 16 Radialebene
15 Drehachse
16, 14 Radialebene
17 Durchgangsöffnungen
18 Verzahnung
19 Windenergieanlage
20 Turm
21 Gehäuse
22 Rotornabe
23 Rotorblätter

Claims

Patentansprüche
1. Drehverbindung (1 ) mit einem Innenring (2), welcher mit einem ersten Drehpartner dreh- fest verbunden und/oder verbindbar ist, mit einem Außenring (4), welcher ebenfalls mit dem ersten Drehpartner drehfest verbunden und/oder verbindbar ist, und mit einem Zwischenring (3), welcher mit einem zweiten Drehpartner drehfest verbunden und/oder verbindbar ist, wobei der Innenring (2) und der Außenring (4) jeweils über mindestens eine Wälzkörperreihe relativ drehbar zu dem Zwischenring (3) gelagert sind, und wobei die mindestens eine Wälzkörperreihe Axiai- kräfte in nur einer Axialrichtung sowie Radialkräfte übertragen kann.
2. Drehverbindung (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Innenring (2) über ein inneres Wälzkörperreihenpaar (5) und/oder dass der Außenring (4) über ein äußeres Wälzkörperreihenpaar (6) relativ zu dem Zwischenring (3) drehbar angeordnet ist.
3. Drehverbindung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jede Wälzkörperreihe Axialkräfte in jeweils nur einer Axialrichtung sowie Radialkräfte übertragen kann.
4. Drehverbindung (1) nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, dass durch alle Wäizkörperreihen zusammen Axialkräfte in beiden Axialrichtungen übertragen werden können.
5. Drehverbindung (1) nach einem der Ansprüche 2 - 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Drucklinien (11 a, b, 13 a, b) des inneren und/oder des äußeren Wälzkörperreihenpaars (5, 6) gegebenenfalls jeweils kreuzend ausgerichtet sind.
6. Drehverbindung (1) nach einem der Ansprüche 2 - 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder jede Wälzkörperreihe des inneren und/oder des äußeren Wälzkörperreihenpaars (5, 6) als Schrägkugelreihe ausgebildet ist und/oder jeder Wälzkörper (10) der Wälzkörperreihe genau zwei Wälzkontaktpunkte bzw. -bereiche zu Laufbahnen (8 a, b, 9 a, b) der Lagerringe aufweist.
7. Drehverbindung (1) nach einem der Ansprüche 2 - 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder jede Wälzkörperreihe des inneren und/oder des äußeren Wälzkörperreihenpaars (5, 6) als Kegelrollen- reihe ausgebildet ist.
8. Drehverbindung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch weitere Lagerringe, welche drehfest mit dem ersten oder dem zweiten Drehpartner verbunden sind und gemeinsam mit dem Innenring (2) bzw. Außenring (4) oder dem Zwischenring (3) rotieren.
9. Drehverbindung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Lagerring, insbesondere der Innenring (2), Außenring (4) oder Zwischenring (3) aus Vergütungsstahl besteht und/oder randschichtgehärtet ist.
10. Drehverbindung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Lagerringe, insbesondere der Innen- oder Außenring, in Umlaufrichtung mindestens eine Unterbrechung oder Teilung aufweist.
11. Drehverbindung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ausgebildet als Drehverbindung bevorzugt für eine Windenergieanlage (19), welche ein Gehäuse (21), eine Rotomabe (22), welche an dem Gehäuse (21) drehbar gelagert ist, und mindestens ein Rotorblatt (23), welches an der Rotornabe (22) angeordnet ist, aufweist, gekennzeichnet als Lagerung mindestens eines Rotorblatts (23) und/oder des Gehäuses (21) der Windkraftanlage.
12. Drehverbindung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da- durch gekennzeichnet, dass der Innenring (2) und/oder der radial innerste Lagerring und/oder der Außenring (3) und/oder der radial äußerste Lagerring und/oder der Zwischenring eine Verzahnung (18) aufweist.
13. Drehverbindung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenring (3) und/oder ein zwischen zwei anderen Lagerringen angeordneter Lagerring im Längsschnitt eine T-förmige Gestalt aufweist, wobei die Laufbahnen für die Wälzkörper (10) der angrenzenden Wälzkörperreihen im T-förmig verbreiterten Bereich angeordnet sind.
14. Drehverbindung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens einem der Lagerringe Bohrungen (17) zur Aufnahme von Schrauben oder Bolzen vorgesehen sind.
15. Windenergieanlage (19), welche ein drehbares Gehäuse (21), eine Rotornabe (22), welche an dem Gehäuse (12) drehbar gelagert ist, und mindestens ein Rotorblatt (23), welches an der Rotornabe (22) drehbar gelagert ist, aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerung mindestens eines Rotorblatts (23) und/oder des Gehäuses (21 ) als Drehverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.
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