WO2012080350A1

WO2012080350A1 - Nabe für eine windturbine

Info

Publication number: WO2012080350A1
Application number: PCT/EP2011/072786
Authority: WO
Inventors: Stefan Tietze
Original assignee: Suzlon Energy Gmbh
Priority date: 2010-12-15
Filing date: 2011-12-14
Publication date: 2012-06-21
Also published as: WO2012080350A4; DE102010063181A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Nabe für einen Rotor einer Windturbine, wobei der Rotor die Nabe, mindestens ein um eine Blattachse drehbar gelagertes Rotorblatt und ein zwischen Nabe und Rotorblatt montierbares Lager umfasst. Das Lager umfasst zwei Ringe, wobei der erste Ring an der Nabe und der zweite Ring an dem Rotorblatt montierbar ist. Die Nabe weist mindestens einen radial zu einer Blattachse ausgerichteten Flansch zur Abstützung des ersten Rings und mindestens einen weiteren Flansch zur Aufnahme einer Rotorwelle auf. Das Lager hat zur Aufgabe, die Kräfte, die durch den Wind auf die Rotorblätter ausgeübt werden, auf die Nabe des Rotors zu übertragen. Da die Nabe aber relativ unsteif ist und somit das Lager unzureichend abstützt, kann es durch die äußeren Kräfte zu einer Verformung des Lagers kommen. Auf Dauer führt die Verformung zu einer Überlastung des Lagers, was sich z.B. bei einem Wälzlager durch Laufbahnschäden, Verschleiß der Wälzkörperführungskäfige und ein Versagen der Dichtung des Lagers sichtbar machen kann. Um die Verformung des Lagers zu reduzieren, wird die Nabe daher mit Abstützmitteln zur radialen Abstützung des Lagers ausgebildet.

Description

Nabe für eine Windturbine

Die Erfindung betrifft eine Nabe für einen Rotor einer Windturbine, wobei der Rotor die Nabe, mindestens ein um eine Blattachse drehbar gelagertes Rotorblatt und ein zwischen Nabe und Rotorblatt montierbares Lager umfasst. Gemäß dem Stand der Technik verfügt das Lager meist über zwei Lagerringe, die durch Wälzkörper getrennt sind, wobei der erste Lagerring an der Nabe und der zweite Lagerring an dem Rotorblatt montierbar ist. Der erste Lagerring wird dabei an einen an der Nabe vorhandenen und orthogonal zu einer Blattachse ausgerichteten Flansch abgestützt und montiert. Die Nabe weist daher mindestens einen Flansch zur Abstützung des Lagers auf und weist dazu noch mindestens einen Flansch zur Aufnahme einer Rotorwelle auf.

Um eine Verstellung eines Anstellwinkels des Rotorblatts zu ermöglichen und dadurch die aerodynamischen Eigenschaften des Rotorblatts an die Windverhältnisse anpassen zu können, ist es bekannt, ein Drehlager zwischen Rotorblatt und Nabe einzusetzen. Außer einer Verstellung des Anstellwinkels zu ermöglichen, muss das Drehlager auch die Kräfte, die durch den Wind auf die Rotorblätter ausgeübt werden, auf die Nabe des Rotors übertragen. Das Drehlager gemäß dem Stand der Technik ist meist als Wälzlager ausgebildet, kann aber auch als Gleitlager ausgebildet sein. Die Kraft, die während des Betriebs auf die Drehlager wirkt, ergibt sich aus der Gewichtskraft der Rotorblätter und den durch den Wind auf die Rotorblätter ausgeübten Kräften, d.h. Widerstandskraft und Auftriebskraft. Diese resultierende Belastung während des Betriebs der Turbine ist ein Kippmoment über das Drehlager. Unter nominellen und maximalen Betriebsbedingungen beschränkt sich die Ausrichtung der Belastungen auf bestimmte Bereiche des Lagerumfangs. Dadurch P039-PC

- 2 - ergeben sich auf den Lagerumfang verteilt gering und hoch belastete Bereiche. Der erste hoch belastete Bereich des Lagers befindet sich im Wesentlichen in der Richtung der auf dem Rotorblatt wirkenden Auftriebskraft. Durch das von den Rotorblättern aufgeprägte und von dem Lager abgestützte Kippmoment entsteht an der gegenüber liegenden Seite des Lagers eine dem Kippmoment entgegenhaltende Kraft. Die hoch belasteten Bereiche verteilen sich dadurch mit im Wesentlichen 180° Verschiebung zu einander entlang des Lagerrings. Die sich radial zu einer Blattachse und durch die hoch belasteten Bereiche streckende Ausrichtung wird nachfolgend als Hauptbelastungsrichtung benannt. Gemäß dem Stand der Technik wird der erste Ring des Lagers an einen orthogonal zu der Blattachse ausgerichteten Flansch der Nabe und der zweite Ring des Lagers an dem Rotorblatt montiert. Das Lager wird dabei durch Formschluss in einer axial zu der Blattachse verlaufenden Richtung und durch Kraftschluss zwischen Lager und Flansch auch in einer radial zu der Blattachse verlaufenden Richtung von dem Flansch abgestützt. Da die Nabe und das Rotorblatt aber in einer radial zu der Blattachse verlaufenden Richtung relativ unsteif sind und die Lagerringe nur an einer Stirnseite abgestützt sind, kann es durch die Einwirkung von den äußeren Kräften zu einer ungewünschten Verformung des Lagers kommen. Diese Verformung kann in drei verschiedene Formen auftreten: - Ovalisierung, wobei sich das Lager in radialer Richtung zu einer Blattachse verformt,

- Höhenschlag, wobei sich die Lagerringe in axialer Richtung zur Blattachse verschieben,

- Wegkippen, wobei sich die freien Stirnseiten der Lagerringe in einer im Wesentlichen radial zu der Blattachse verlaufenden Richtung bewegen und die

Lagerringe sich dabei so verdrehen, dass die freien Stirnseiten der Lagerringe nicht mehr parallel zu den abgestützten Stirnseiten verlaufen. P039-PC

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Auf Dauer führt eine Verformung außerhalb der Toleranz des Lagers zu einer Überlastung des Lagers, was sich z.B. bei einem Wälzlager durch Laufbahnschäden, Verschleiß der Wälzkörperführungskäfige und/oder der Wälzkörper und ein Versagen der Dichtung des Lagers sichtbar machen kann. Die nahe liegende Lösung, um eine Verformung des Lagers zu verhindern, wäre das Lager einfach größer zu dimensionieren. Aus Kosten- und Gewichtsgründen wäre aber eine weitere Vergrößerung der Lager unwirtschaftlich.

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Nabe anzugeben, welche unter anderem die Nachteile des Stands der Technik vermeidet. Insbesondere soll dabei eine verbesserte Nabe angegeben werden, welche Abstützmittel für die radiale Abstützung eines Drehlagers aufweist, ohne dass dabei das Gewicht des Rotors allzu stark zunimmt.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Nabe nach Hauptanspruch 1 gelöst, wobei die Nabe Abstützmittel zur radialen Abstützung mindestens eines Lagers aufweist. Durch die radiale Abstützung des Lagers wird ein Wegkippen der Lagerringe verhindert. Radial- und Axialrichtungsangaben sind auf die Blattachse bezogen.

Das Abstützmittel erstreckt sich gemäß einer Ausführungsform entlang der ganzen äußeren Mantelfläche des Lagers und umschlingt somit den äußeren Ring des Lagers vollständig.

Da das Lager aber während des Betriebs hauptsächlich in einer radial zu einer Blattachse ausgerichteten Hauptbelastungsrichtung belastet wird und ein zusätzliches Gewicht unerwünscht ist, wird das Abstützmittel vorteilhafterweise mit einer sich rampenförmig ändernde Höhe ausgebildet. Möglich ist, dass sich die Höhe des Abstützmittels in der Hauptbelastungsrichtung am höchsten und ändert sich, über 90° des Blattumfangs, zu einer Höhe von im P039-PC

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Wesentlichen null. Somit entstehen in dem Abstützmittel zwei Rampen und zwei Senken, wobei sowohl die beiden Rampen als auch die Senken 180° von einander versetzt sind.

Zur Gewichtseinsparung kann das Abstützmittel in einer weiteren Ausführungsform als Lagerböcke ausgebildet sein, die einen Außenring des Lagers an den hoch belasteten Stellen abstützen. Da an jedem Lager jeweils zwei hoch belastete Stellen entstehen, ist es von Vorteil, wenn die Nabe mindestens zwei Abstützmittel pro Lager aufweist.

In einer weiteren Ausführungsform sind die Abstützmittel einstückig, z.B. in den Gußkörper der Nabe integriert, mit der Nabe ausgebildet. Durch Ausbilden der Abstützmittel und der Nabe in einem Stück ergeben sich mehrere Vorteile. Zum einen werden die Kosten für Herstellung und Montage des Rotors reduziert und zum anderen kann das Design von Abstützmitteln und Nabe so ausgebildet sein, dass der Kräftefluss durch die Teile optimiert wird. Zu Nachrüstungszwecken wäre es aber auch möglich, die Abstützmittel als Einzelteile herzustellen, welche durch eine feste Verbindung, z.B. eine Schraub- oder Nietverbindung oder durch Schweißen, in der gewünschten Position an der Nabe angebracht werden.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Struktur der Abstützmittel so ausgebildet, dass der Kräftefluss, der von dem Rotorblatt auf das Lager übertragen wird, über die Abstützmittel in der Nabe an die Rotorwelle weitergeleitet wird. Dies kann unter anderem durch Gießen der Abstützmittel in Form von Angüssen an der Nabe erreicht werden. Hierdurch wird die Nabe abgestützt und die Verformung der Nabe kann somit reduziert werden.

Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung können die Abstützmittel, abhängig von der Belastung, der sie ausgesetzt sind, unterschiedlich groß ausgebildet sein. Insbesondere kann ein, im Betriebzustand, auf einer höher belasteten Seite des P039-PC

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Rotors montiertes Abstützmittel größer ausgebildet sein, als ein auf einer niedriger belasteten Seite des Rotors montiertes Abstützmittel.

Da die Toleranzen bei der maschinellen Bearbeitung der Nabe und des Lagers relativ hoch sein können und eine dichte Passung zwischen Lager und Abstützmittel zur effektiven Abstützung des Lagers notwendig ist, ist es in einer weiteren Ausführungsform von Vorteil, die Abstützmittel so auszubilden, dass sie eine Vorspannvorrichtung, die z.B. aus einem Keil bestehen kann, aufnehmen können. Die Vorspannvorrichtung wird zwischen Abstützmittel und Lager geschoben, wodurch eine dichte Passung zwischen Abstützmittel und Lager hergestellt wird. In einer weiteren Ausführungsform kann der Außenring des Lagers keilförmig ausgebildet sein, sodass keine separate Vorspannvorrichtung benötigt wird. Bei der Montage wird das Lager durch den Keileffekt zwischen den Außenring des Lagers und das Abstützmittel vorgespannt.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist die zu einer radialen Außenfläche des Lagers zugewandte Fläche der Abstützmittel einen Winkel zu der jeweiligen Blattachse bzw. Drehachse des Lagers auf. Durch Abwinkeln der zu einer radialen Außenfläche des Lagers zugewandten Fläche der Abstützmittel und entsprechendem Abwinkeln einer zu dem Abstützmittel gerichteten Fläche der Vorspannvorrichtung entsteht beim Einbringen der Vorspannvorrichtung zwischen Abstützmittel und Lager ein Keileffekt. Der Keileffekt kann auch dazu genutzt werden, das Lager in radialer Richtung vorzuspannen. Durch das Vorspannen wird die Geometrie des Lagers so verändert, dass die Kinematik des Lagers gestört wird. Im Betriebzustand der Windturbine wird durch den Wind aber eine gegen die Vorspannkraft wirkende Kraft erzeugt, die das Lager in die ursprüngliche Geometrie zurück versetzt, wodurch eine ungestörte Kinematik gewährleistet ist. Der Winkel sollte dabei kleiner als 10°, insbesondere zwischen 2° bis 8° und vorzugsweise 5° sein. P039-PC

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Zum Verhindern eines Herausrutschens der Vorspannvorrichtung aus der Montageposition kann die Vorspannvorrichtung mit einer Sicherungsvorrichtung ausgestattet werden. Diese Sicherungsvorrichtung kann z.B. aus Schrauben bestehen, mit denen die Vorspannvorrichtung an die Nabe oder an das Abstützmittel geschraubt wird.

Obwohl das Lager durch die Abstützmittel radial abgestützt ist, wird ein Ovalisieren des Lagers zwar reduziert, aber nicht verhindert, da die Nabe sich mit dem Lager verformt. Die Nabe weist, um im Wartungsfall den Zugang für Monteure in die Nabe und die Rotorblätter zu ermöglichen, Zugangsöffnungen auf. Diese Zugangsöffnungen reduzieren die Steifigkeit der Nabe und führen dadurch zu der Verformung der Nabe bei hoher Belastung der Lager. Um die Nabe und somit auch das Lager gegen ein Ovalisieren zu versteifen, kann in einer weiteren Ausführungsform die Nabe mit mindestens einer Versteifungsrippe versehen sein. Diese Versteifungsrippe wird quer durch die im Wesentlichen orthogonal zu der Blattachse ausgerichteten Zugangsöffnungen in der Nabe montiert.

Vorteilhafterweise wird die Versteifungsrippe in der radial zu der Blattachse verlaufenden Hauptbelastungsrichtung des Lagers ausgerichtet, da sie dadurch die größten Belastungen des Lagers effektiv aufnehmen kann.

Die Versteifungsrippe ist in einer bevorzugten Ausführungsform einstückig, z.B. durch Gießen, mit der Nabe ausgebildet. Durch Ausbilden der Versteifungsrippe und der Nabe in einem Stück ergeben sich mehrere Vorteile. Zum einen werden die Kosten für Herstellung und Montage des Rotors reduziert und zum anderen kann das Design von Versteifungsrippe und Nabe so ausgebildet sein, dass der Kräftefluss durch die Teile optimiert wird. Zu Nachrüstungszwecken wäre es aber auch möglich, die Versteifungsrippe als ein Einzelteil herzustellen, welches durch eine feste Verbindung, z.B. eine Schraub- oder Nietverbindung oder durch Schweißen, in der gewünschten Position an der Nabe montiert wird. P039-PC

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Teil der Erfindung ist auch eine Lagervorrichtung für die Montage eines Rotorblatts an einen Rotor einer Windturbine, wobei die Lagervorrichtung eine Nabe, ein Lager und einen Versteifungsring umfasst. Die Nabe ist dabei mit mindestens den oben genannten Abstützmittel ausgebildet, die ein Kippen des Lagers verhindern, kann aber auch gemäß einer anderen Ausführungsform die Versteifungsrippe, die eine Ovalisierung des Lagers verhindert, umfassen. Bei hohen Belastungen des Lagers kann der Außenring des Lagers dazu noch mit einem Versteifungsring, vorzugsweise auf einer zum Rotorblatt gerichteten Seite, versehen sein. Durch Befestigen des Versteigungsrings an der freien (zum Rotorblatt gerichteten) Stirnseite des Lagers wird ein Wegkippen der freien Stirnseite und ein Ovalisieren des Lagers verhindert. Der Versteifungsring kann einstückig ausgebildet und somit über den ganzen Umfang des Außenrings angeordnet sein. Der Versteifungsring kann aber auch mehrteilig ausgebildet sein und aus miteinander verbindbaren Ringsegmenten bestehen. Die Ringsegmente können entweder zu einem vollen Kreisbogen oder aber auch zu einem Teil eines Kreisbogens verbunden werden. Der Umfang des Versteifungsrings kann somit an die jeweiligen Belastungsfälle der Lager angepasst werden. Abhängig von der Größe der Belastung des Lagers können die Abstützmittel entweder selbständig oder in Kombination mit der Versteifungsrippe und/oder dem Versteifungsring die radiale Abstützung des Lagers übernehmen. In einer weiteren Ausführungsform der Lagervorrichtung weist der Versteifungsring einen variablen Außendurchmesser auf. Da das Lager hauptsächlich in einer Hauptbelastungsrichtung belastet ist, ist es aus Gewichts- und Kostengründen vorteilhaft, den Außendurchmesser des Versteifungsrings in der unbelasteten Richtung gering zu halten und ihn in der Hauptbelastungsrichtung größer werden zu lassen.

Weitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus den Zeichnungen anhand der Beschreibung hervor.

In den Zeichnungen zeigt P039-PC

Eine Windturbine,

Fig. 2 die im Betrieb auftretenden Belastungen an einem Lager,

Fig. 3 die durch die Belastung auftretende Deformation des Lagers,

Fig. 4 einen Schnitt durch das Lager in einem unbelasteten Zustand, Fig. 5 einen Schnitt durch das Lager in einem belasteten Zustand,

Fig. 6 eine Nabe mit Abstützmittel,

Fig. 7 Querschnitt durch eine Nabe mit Abstützmittel und Lager,

Fig. 8 Nabe mit Versteifungsrippe,

Fig. 9 Nabe mit Lager und Versteifungsring, Fig. 10 Nabe mit rampenförmiges Abstützmittel.

In Figur 1 ist eine Windturbine 2 mit einem Turm 3, einem auf dem Turm 3 gelagerten Maschinenhaus 4 und ein Rotor 5 mit einer Nabe 1 , drei um jeweils eine Blattachse 7 drehbar gelagerten Rotorblätter 6 und ein zwischen Nabe 1 und Rotorblatt 6 montiertes Lager 8 dargestellt. Die Nabe 1 ist an einer in dem Maschinenhaus 4 drehbar gelagerten Rotorwelle befestigt. Gemäß dieser Ausführung ist die Nabe 1 mit Abstützmittel 9 zur radialen Abstützung eines Lagers 8 ausgebildet. Zur Orientierung werden bezüglich dieser Drehachse bzw. der Blattachse 7 eine Axialrichtung 20, eine Radialrichtung 21 und eine Umfangsrichtung 22, auch gültig für die folgenden Ausführungsbeispiele, definiert. Figur 2 zeigt die auf das aus einem Außenring 10 und einem Innenring 1 1 bestehenden Lager 8 während des Betriebs der Windturbine 2 wirkenden Belastungen. Während dem Betrieb ergibt sich aus der Gewichtskraft des Rotorblatts 6 und der durch den Wind auf die Rotorblätter 6 ausgeübten Kraft eine resultierende P039-PC

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Kraft, die über das Lager 8 auf die Nabe 1 weitergeleitet wird. Das Lager 8 wird hierbei in einer Radialrichtung 21 und in einer Axialrichtung 20 belastet. Da die Lagerringe 10, 1 1 in einem montierten Zustand gemäß dem Stand der Technik jeweils nur an einer Stirnseite 25, 25' abgestützt sind, wird durch die radiale Kraft auch ein Kippmoment MA, MI erzeugt, welches ein Wegkippen der freien Stirnseite 12, 12' zur Folge hat. Während des Betriebs der Windturbine 2 ist die Belastung weitgehend konstant und auf bestimmte Bereiche des Lagerumfangs begrenzt.

Figur 3 zeigt die Deformation des Stand-der-Technik-Lagers 8 durch die auftretenden Belastungen. Die Deformation des Lagers 8 kann in drei Formen auftreten. Die in Radialrichtung auftretende Belastung führt zu einer Ovalisierung des Innenrings 1 1 und des Außenrings 10, die in Axialrichtung auftretende Belastung führt zu einem Höhenschlag entlang der Lagerringe 10, 1 1 und das Kippmoment führt zu einem Wegkippen der Lagerringe 10, 1 1. Beim Ovalisieren entfernt sich der Außenring 10 an zwei Stellen des Umfangs von dem Innenring 1 1 , wobei ein Abstand Lo zwischen Außenring 10 und Innenring 1 1 entsteht. Da die beiden Ringe 10, 1 1 des Lagers 8 nur an einer Stirnseite abgestützt sind, können sich die Ringe 10, 1 1 an der freien Stirnseite 12, 12' weiter bewegen als an der abgestützten Stirnseite, was zu einem Wegkippen der freien Stirnseite 12, 12' der Lagerringe 10, 1 1 führt.

In Figur 4 und 5 wird ein Schnitt durch das Stand-der-Technik-Lager 8 in einem unbelasteten und in einem belasteten Zustand gezeigt. In Figur 4 ist das Lager 8 in dem unbelasteten Zustand zu sehen, hierbei ist der Außenring 10 und der Innenring 1 1 parallel zu einander ausgerichtet und der Wälzkörper 24 wird dadurch gleichmäßig abgestützt. In Figur 5 wird das Wegkippen der freien Stirnseite 12' des äu ßeren Lagerrings 10 gezeigt. Da die Stirnseiten 25, 25' der Lagerringe 10, 1 1 abgestützt sind, die Stirnseiten 12, 12' aber frei sind, wird durch die in radialer Richtung auf die Lagerringe 10, 1 1 wirkende Kraft eine radiale Verschiebung L_R und ein Wegkippen der freien Stirnseite 12' im Verhältnis zu der abgestützten Stirnseite 25' des Außenrings 10 erzeugt. Durch das Wegkippen der freien Stirnseite 12' des P039-PC

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Außenrings 10 werden die Wälzkörper 24 unregelmäßig abgestützt, was zu einem erhöhten Verschleiß der Wälzkörper 24, Wälzkörperkäfige und Lagerringe 10, 1 1 führen kann.

Figur 6 zeigt einen Schnitt durch die Nabe 1 entlang der Linie A-A gemäß Figur 3. Die Nabe ist hier mit montiertem Lager 8, welches einen Innenring 1 1 und einen Außenring 10 umfasst, und mit auf der Nabe angebrachten Abstützmitteln 9 zur radialen Abstützung des Lagers 8 abgebildet. Zwischen Innenring 1 1 und Außenring 10 befinden sich Wälzkörper 24. Aufgabe der Wälzkörper 24 ist es, die radialen und axialen Kräfte vom Innenring 1 1 an den Außenring 10 weiterzuleiten und eine Verdrehung der Lagerringe zu einander zu ermöglichen. Beim Wegkippen der freien Stirnseiten 12, 12' der Lagerringe 10, 1 1 wird eine Reihe der Wälzkörper eingeklemmt, d. h. stärker belastet, wodurch die Kinematik des Lagers 8 gestört wird. Durch Abstützen des Lagers 8 mit den Abstützmitteln 9 wird das Wegkippen der freien Stirnseite 12' des Außenrings 1 1 und somit die Störung der Kinematik reduziert. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Abstützmittel 9 als Lagerböcke ausgebildet, die einstückig mit der Nabe 1 verbunden sind. Pro Lager 8 sind zwei Abstützmittel 9 in der Hauptbelastungsrichtung 23 des Lagers 8 angebracht. Da der Außendurchmesser des Lagers 8 hohe Toleranzen aufweisen kann, werden Vorspannvorrichtungen 13, z.B. Keile, zwischen Abstützmittel 9 und Lager 8 eingebracht, um eine dichte Passung zwischen Nabe 1 und Lager 8 sicherzustellen. Aufgabe der Vorspannvorrichtungen 13 ist auch ein Vorspannen des Lagers 8. Durch das Vorspannen wird die Geometrie des Lagers 8 so verändert, dass die Kinematik des Lagers 8 in unbelastetem Zustand gestört wird. Im Betriebszustand der Windturbine wird durch den Wind aber eine gegen die Vorspannkraft wirkende Kraft erzeugt, die das Lager 8 in die ursprüngliche Geometrie zurück versetzt, wodurch eine ungestörte Kinematik des Lagers gewährleistet ist.

Figur 7 zeigt einen Schnitt durch die Nabe 1 mit Abstützmittel 9, Lager 8 und eine zwischen Abstützmittel 9 und Lager 8 eingeschobene Vorspannvorrichtung 13. Durch P039-PC

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Abwinkeln der zu einer radialen Außenfläche 14 des Lagers 8 zugewandten Fläche 15 der Abstützmittel 9 und der zu dem Abstützmittel 9 gerichteten Fläche 16 der Vorspannvorrichtung 13 entsteht beim Einbringen der Vorspannvorrichtung 13 zwischen Abstützmittel 9 und Außenring 10 des Lagers 8 ein Keileffekt. Der Keileffekt wird dazu genutzt, eine dichte Passung zwischen Abstützmittel 9 und Lager 8 herzustellen. Dieser Effekt kann aber beim weiteren Einbringen der Vorspannvorrichtung 13 auch dazu genutzt werden, das Lager 8 in radialer Richtung vorzuspannen. Durch das Vorspannen wird die Geometrie des Lagers 8 so verändert, dass die Kinematik des Lagers 8 gestört wird, im Betriebzustand der Windturbine 2 wird durch den Wind aber eine gegen die Vorspannkraft wirkende Kraft erzeugt, die das Lager 8 in die ursprüngliche Geometrie zurück versetzt, wodurch eine ungestörte Kinematik gewährleistet ist. Die Vorspannvorrichtung 13 kann auch in den Außenring 10 des Lagers 8 integriert werden, sodass der Außenring 10 eine Keilform aufweist. Dadurch wird keine separate Vorspannvorrichtung 13 benötigt was die Montagezeit des Lagers 8 reduziert. Durch die keilförmige Ausbildung des Außenrings 10 wird auch eine gleichmäßigere Belastung des Lagers 8 erzielt.

Figur 8 zeigt die Nabe 1 mit einer Versteifungsrippe 16 und einem radial zu einer Blattachse 7 ausgerichteten Flansch 17 zur axialen Abstützung eines Lagers 8. Die Versteifungsrippe 16 ist in dieser Ausführungsform quer durch eine im Wesentlichen orthogonal zu einer Blattachse 7 ausgerichteten Zugangsöffnung 18 in einer Hauptbelastungsrichtung 23 des Lagers 8 ausgerichtet. Die Versteifungsrippe 16 verhindert dabei die Ovalisierung des Flansches 17 und dadurch auch die Ovalisierung des auf dem Flansch 17 montierten Lagers 8. In dieser Ausführungsform ist die Versteifungsrippe in den Gußkörper der Nabe integriert, die Versteifungsrippe kann aber auch als Einzelteil ausgebildet sein. Die als Einzelteil ausgebildete Versteifungsrippe wird durch eine feste Verbindung, z.B. eine Schraub- oder Nietverbindung oder durch Schweißen, in der gewünschten Position an der Nabe montiert. P039-PC

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Figur 9 zeigt eine Lagervorrichtung zur Montage eines Rotorblatts 6 an einen Rotor 5 einer Windturbine 2. Die Lagervorrichtung umfasst eine Nabe 1 mit den erfindungsgemäßen Abstützmitteln 9 zur radialen Abstützung des Lagers 8, ein Lager

8 bestehend aus einem Außenring 10 und einem Innenring 1 1 und einem auf einer zum Rotorblatt 6 gerichteten Stirnseite 12' des Außenrings 10 montierbaren

Versteifungsring 19. Die Abstützmittel 9 verhindern ein Wegkippen des äußeren Lagerrings 10, sie können aber nicht ein Ovalisieren des Lagers verhindern. Durch die Montage des Versteifungsrings 19 wird die freie Stirnseite 12' des Außenrings 10 auch von dem Versteifungsring 12 abgestützt, wodurch ein Ovalisieren des Lagers verhindert wird. Die Lagervorrichtung verhindert somit sowohl das Wegkippen der freien Stirnseite 12' als auch das Ovalisieren des Lagers 8.

In Figur 10 wird eine weitere Ausführungsform des Abstützmittels 9 gezeigt. In dieser Ausführungsform ist das Abstützmittel 9 ringförmig ausgebildet und umschlingt den Umfang des hier nicht gezeigten Lagers 8 vollständig. Das Abstützmittel 9 weist aber eine Rampenförmig variierende Höhe auf, sodass die Höhe des Abstützmittels 9 im Bereich der Hauptbelastungsrichtung des Lagers 8 am höchsten ist und über 90° des Lagerumfangs abnimmt, bis die Höhe im Wesentlichen null beträgt, um danach wieder über 90° anzusteigen. Somit bildet das Abstützmittel 9 über den Umfang des Lagers 8 zwei Rampen 26 und zwei Senken 27, wobei die Rampen 26 180° von einander und die Senken 27 180° von einander versetzt sind. Durch die ringförmige Ausformung des Abstützmittels 9 wird der Kräftefluss vom Lager 8 in die Abstützmittel

9 über eine größere Fläche in die Nabe geleitet, was die Verformung der Nabe reduziert. Durch das Abstützmittel 9 wird nicht nur der Außenring 10 des Lagers 8 in radialer Richtung abgestützt sondern auch die Nabe 1 an sich versteift, sodass sowohl ein Wegkippen des Außenrings 10 des Lagers 8, eine Ovalisierung des Lagers 8 sowie ein Wegkippen des Flansches 17 wirksam entgegengewirkt wird. Um eine dichte Passung zwischen Lagerring 10 und Abstützmittel 9 sicherzustellen, kann im Bereich der Rampen 26 des Abstützmittels 9 eine oder mehrere Vorspannvorrichtungen 13 zwischen Lager 8 und Abstützmittel 9 eingebracht werden. P039-PC

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Der Außenring 10 des Lagers 9 kann auch eine Keilform aufweisen, sodass keine separate Vorspannvorrichtung 13 zum Vorspannen des Lagers 8 benötigt wird. Analog zu dem Ausführungsbeispiel in Figur 7 wird die der radialen Außenfläche 14 des Lagers 8 zugewandten Fläche 15 des Abstützmittels 9 abgewinkelt, sodass der gewünschte Keileffekt bei Montage des Lagers 8 entsteht.

Die in den beschriebenen Ausführungsbeispielen offenbarten Merkmalskombinationen sollen nicht limitierend auf die Erfindung wirken, vielmehr sind auch die Merkmale der unterschiedlichen Ausführungen miteinander kombinierbar.

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Bezugszeichenliste

1 Nabe 20 Axialrichtung

Windturbine 21 Radialrichtung

Turm 22 Umfangsrichtung

Maschinenhaus 23 Hauptbelastungsrichtung

Rotor 24 Wälzkörper

Rotorblatt 25 Abgestützte Stirnseite des

Blattachse Innenrings

Lager 25' Abgestützte Stirnseite des

Abstützmittel Außenrings

10 Außenring 26 Rampe des Abstützmittels

1 1 Innenring 27 Senke des Abstützmittels

12 Freie Stirnseite des Innenrings M_A Kippmoment des Außenrings 2' Freie Stirnseite des Außenrings M, Kippmoment des Innenrings

13 Vorspannvorrichtung Lo Durch Ovalisierung entstehender

14 Außenfläche des Außenrings Abstand

15 Eine dem Lager zugewandten LR Radiale Verschiebung

Fläche der Abstützmittel

16 Versteifungsrippe

17 Flansch

18 Zugangsöffnung

19 Versteifungsring

Claims

P039-PC - 15 - Patentansprüche

1. Nabe (1 ) für einen Rotor (5) einer Windturbine (2), wobei

- der Rotor (5) eine Nabe (1 ), mindestens ein um eine Blattachse (7) drehbar gelagertes Rotorblatt (6) und ein zwischen Nabe (1 ) und Rotorblatt (6) montierbares Lager (8) umfasst,

- das Lager (8) zwei Ringe (10, 1 1 ) umfasst, wobei der erste Ring (10) an die Nabe (1 ) und der zweite Ring (1 1 ) an das Rotorblatt (6) montierbar ist,

- die Nabe (1 ) mindestens einen Flansch (17) zur Abstützung wirksam in einer Axialrichtung (20) des ersten Rings (10)

- und mindestens einen weiteren Flansch zur Aufnahme einer Rotorwelle aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabe (1 ) in einer Radialrichtung (20) des Lagers (8) wirksame Abstützmittel (9) zur Abstützung des Lagers (8) aufweist.

2. Nabe (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Abstützmittel (9) als Lagerböcke ausgelegt sind.

3. Nabe (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabe (1 ) pro Lager (8) mindestens zwei Abstützmittel (9) aufweist.

4. Nabe (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstützmittel (9) in einer radial zur Blattachse (7) ausgerichteten Hauptbelastungsrichtung (23) des Lagers (8) angeordnet sind.

5. Nabe (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstützmittel (9) einstückig mit der Nabe (1 ) ausgebildet sind.

6. Nabe (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstützmittel (9) unterschiedlich groß ausgebildet sind.

7. Nabe (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstützmittel (9) auf einer, im Betriebszustand, höher belasteten Seite des P039-PC

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Rotors (5) kleiner als das Abstützmittel (9) auf einer niedriger belasteten Seite des Rotors (5) ausgebildet ist.

8. Nabe (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstützmittel (9) so ausgebildet sind, dass sie eine Vorspannvorrichtung (13), z.B. einen Keil, aufnehmen können.

9. Nabe (1 ) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zur radialen Außenfläche des Lagers (8) zugewandte Fläche (15) der Abstützmittel (9) antiparallel zur Blattachse (7) ausgebildet ist.

10. Nabe (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabe (1 ) mit mindestens einer Versteifungsrippe (16), die in einer im wesentlichen radialen Ebene zu der Blattachse (7) liegt, zur Versteifung der Nabe (1 ) versehen ist.

1 1. Nabe (1 ) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Versteifungsrippe (16) als ein Anguss an der Nabe (1 ) ausgebildet ist.

12. Nabe (1 ) nach Anspruch 10 oder 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die

Versteifungsrippe (16) in einer radial zur Blattachse (7) ausgerichteten Hauptbelastungsrichtung (23) des Lagers (8) ausgebildet ist.

13. Lagervorrichtung für die Montage eines Rotorblatts (6) an einen Rotor (5) einer Windturbine (2), wobei die Lagervorrichtung eine Nabe (1 ) und ein Lager (8) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabe (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüchen ausgebildet ist und der erste Ring (10) des Lagers (8) auf einer zum Rotorblatt (6) gerichteten Stirnseite (12) mit einem Versteifungsring (19) versehen ist

14. Lagervorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der

Versteifungsring (19) einen variablen Außendurchmesser aufweist.