WO2013152850A1 - Lageranordnung sowie verfahren zur einstellung der vorspannung einer lageranordnung - Google Patents

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WO2013152850A1 PCT/EP2013/001053 EP2013001053W WO2013152850A1 WO 2013152850 A1 WO2013152850 A1 WO 2013152850A1 EP 2013001053 W EP2013001053 W EP 2013001053W WO 2013152850 A1 WO2013152850 A1 WO 2013152850A1
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clamping ring
ring
clamping
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Mathias Pick
Wolfgang Losert
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Eolotec Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a bearing assembly, in particular for a rotor of a wind turbine and a method for adjusting a bias of such a bearing assembly.
  • Wind turbines generally have a tower, at the head end of which a rotatable nacelle is arranged, which forms a machine carrier.
  • a rotor hub On the nacelle a rotor hub is rotatably mounted about a rotation axis, are attached to the rotor blades.
  • a transmission is interposed between the rotor hub and the generator.
  • a technical challenge in such wind turbines is the provision of a storage that meets the high technical requirements, such as a high flexural rigidity, a backlash-free storage, a low-wear kinematics and the simplest possible Assembly with high economic efficiency.
  • Modern wind turbines are exposed to a variety of load fluctuations and environmental influences during operation, which have a significant influence on the stress and function of all components. These fluctuations can lead to overloading and damage to the components and the associated high follow-up costs. To avoid this, the individual components are usually over-dimensioned to ensure all possible load fluctuations. This problem also exists in the so-called main bearing of the wind turbine, which forms the link between the rotating system and the stationary system. All load fluctuations resulting from the location of the system, malfunctions in so-called pitch or azimuth systems or control
  • CONFIRMATION COPY Variations of grid, generator and inverter result must be absorbed by this main storage. This leads to a conservative and thus to a not particularly economical dimensioning of the main storage. In addition to these economic aspects, the friction torque also increases in such an oversizing compared to a normal design, which in turn leads to lower lifetimes, increased breakaway torque at low wind speeds and increased stress on materials and construction elements.
  • the present invention seeks to provide an improved bearing arrangement, in particular for the storage of a rotor of a wind turbine.
  • the claim 1 is based on a bearing assembly, as described in the not yet published at the time of application international application of the applicant with the official file number PCT / EP 2013/000245.
  • This bearing assembly comprises a stator and a rotor unit, which are mounted on two spaced bearings together, wherein on the two bearings and the two units, a closed bias circuit is formed, via which a base bias is set during assembly of the bearing unit.
  • This base bias corresponds to a design bias for which the bearing assembly is generally designed with respect to the expected application. This is usually set in conventional bearing arrangements by a structural design of the individual components, such as manufacturing dimensions, clearances, etc.
  • an adjusting device which comprises a clamping ring, via which the bias voltage relative to the base bias voltage is variable.
  • the clamping ring acts on one of the bearing rings of one of the bearings, hereinafter referred to as a bearing clamping ring, so that over this the bearing preload is set in total. Due to the special design with the bias circuit is therefore transmitted via the acting only on the one bearing clamping ring bias on the bias circuit to both bearings, so that a particularly efficient setting and variation of the total bearing preload is possible.
  • the bearing preload can therefore be adjusted in a simple manner, starting from the base bias, so that overall the bearing preload can be adjusted for the prevailing operating conditions.
  • the bearing arrangement does not need to be oversized any more, so that overall it can be more cost-effective and therefore more economical.
  • An optimized bearing preload also has a positive effect on the overall service life and on the frictional forces.
  • a particular advantage of the adjustability is also to be seen in the fact that the entire bearing assembly is characterized in a way also fault-tolerant in terms of design inaccuracies or tolerance inaccuracies.
  • the bearing arrangement is thus expediently identical for all plants of the same plant type or a same power class, for example with a power variability of only 300 kW, for all sites and is set only during the final assembly according to the occurring loads (wind loads at the site) and / or device configurations , This decisively simplifies the planning and production of such systems.
  • the adjustability offers the possibility of compensating for signs of wear that lead, for example, to a loss of preload.
  • the clamping ring of the adjusting device preferably comprises two ring parts, namely a retaining ring part and a clamping ring part, which preferably has a protruding collar.
  • the retaining ring part is by means of fasteners, in particular special screws, clamped against the stator or the rotor unit.
  • the clamping ring part is connected to transmit a preload on the bearing with the bearing clamping ring. The transmission can be done both directly by a direct investment as well as indirectly via a clamping or adjustment.
  • About the clamping ring is generally the relative position of the bearing clamping ring in relation to the bearing units, so the stator and the rotor unit displaceable by a Einstellweg, preferably in the longitudinal direction and / or also radially thereto.
  • the adjustment path in the longitudinal direction is in the range of a few tenths of a millimeter.
  • the installation of the holding part on the associated stator or rotor unit usually defines the conventional base bias.
  • a spacer element is arranged according to a first embodiment between the clamping ring and the bearing clamping ring, which is interchangeably arranged with mounted bearing units, wherein over the thickness of the spacer element, the bias voltage is adjustable.
  • the bias voltage is adjustable.
  • the spacer elements are interchangeable mounted bearings.
  • mounted bearings are understood in particular to mean that the clamping ring remains in its mounted position, if at all, it is loosely loosened so that there is no danger of the bearing elements slipping.
  • the spacer element is formed as a spacer ring, which is preferably divided into individual segments, in such a way that they can be removed in the radial direction. Due to the segmentation of the circumferential spacer ring and the formation of individual separate ring segments a particularly simple exchange is therefore possible. Also, this simplifies the assembly and disassembly of the spacer ring. Conveniently, in this case, the procedure is such that segmentally one spacer element is replaced by another becomes. Thus, in the remaining areas, the camp remains held. For the removal or the insertion of the replacement segment, preferably only the bias voltage is somewhat released, so that the individual segments can be removed.
  • the segments have recesses open to one side, through which fastening elements, such as, for example, the fastening screws for fastening the clamping ring, are or can be carried out.
  • the opening is directed in such a way that the segments can be removed with mounted fasteners in the radial direction.
  • threaded bores are formed in the clamping ring part in a preferred development for Abdrückschrauben. For assembly / disassembly therefore forcing screws are screwed into these threaded holes, which offset the bearing clamping ring in the longitudinal direction, so that the voltage is reduced to the spacer elements and they can be removed with it. Due to the open recesses, these can be removed in the radial direction despite the jacking screws.
  • the threaded bores serve to receive clamping screws, by means of which the preload is exerted and maintained during normal operation. About this clamping screws therefore the axial position of the bearing clamping ring and thus the bias is adjusted. To change the bearing preload therefore only the clamping screws need to be tightened accordingly or something to be solved.
  • clamping elements such as the mentioned clamping screws are generally arranged on the clamping ring part, via which the bias is transmitted to the bearing clamping ring in normal operation.
  • the clamping ring part forms insofar an abutment for these clamping elements, which are thus effective between the clamping ring, in particular the clamping ring part and the bearing clamping ring and this offset in particular in the axial direction and / or in the radial direction.
  • clamping elements are used as clamping elements in preferred alternatives hydraulic elements, adjustable spring elements, electrically controllable elements, in particular piezoelectric elements, or clamping wedges.
  • a plurality of hydraulic cylinders arranged, which are used for example in corresponding holes on the clamping ring part.
  • the hydraulic cylinders are completely self-contained hydraulic units.
  • the respective hydraulic element is formed within the clamping ring part itself, ie in recesses, in particular bores on the clamping ring part sealing a hydraulic piston is used.
  • a hydraulic fluid is arranged, which is in communication with a corresponding hydraulic system and via which the hydraulic piston can be displaced.
  • the spring elements are preferably passive springs, for example spring assemblies, helical springs, etc.
  • the bias of the spring elements for generating different bearing preloads can be adjusted. This is preferably done by the already mentioned clamping screws in the formed as threaded holes recesses screwed and act on the respective spring element, so that this is compressed by it.
  • piezo-stacks are preferably used which, electrically controlled, execute a lifting movement which is transmitted in particular to the bearing clamping ring in the longitudinal direction.
  • the stroke length is preferably implemented via a lever mechanism to achieve a sufficient Verstellhub.
  • clamping wedge preferably several such clamping wedges between clamping ring part and bearing clamping ring are driven.
  • it may also be a wedge ring, which is formed completely circumferentially.
  • the at least one clamping wedge is thereby offset by means of a further clamping element, in particular the clamping screw.
  • the variant with the clamping wedge leads advantageously at the same time to a change in the axial and the radial bias.
  • the adjusting device is designed for tempering the rotor unit and / or the stator unit.
  • the thermal expansion of the material of the rotor unit or the stator unit is used to adjust the bias voltage.
  • a plurality of temperature control zones are expediently formed for this purpose, which extend in the axial direction and preferably adjoin one another. Different temperatures can be set in the different tempering zones.
  • the adjusting device is designed both for heating and for cooling. As a result, a targeted adjustment of the bias is possible depending on the particular requirement profile.
  • a temperature control is provided both for the stator unit and for the rotor unit, wherein the two parts are heated differently, so for example, one part is heated and the other is cooled. Due to the temperature control, preferably special balanced even different thermal expansions of the two storage units due to uneven heating, for example, when starting the system. In normal, stationary operation, ie if the individual storage units are typically at the same or similar temperature level, the adjustment of the bearing preload takes place via the temperature control according to the requirements.
  • the temperature control zones of a storage unit it is also preferred to counteract the temperature in the opposite direction, for example, the peripheral areas are heated and the central area is cooled.
  • the outer bearing rings are connected to the bearing unit, this leads to an overall increase in both the radial and the axial bias, since the distance between the two axially spaced outer bearing rings shortened and simultaneously by heating in the edge zones of the radius of the preferably inner Bearing unit is increased, so that the radial bias is increased.
  • the temperature serves both for adjusting the radial and the axial bias.
  • the temperature control is expediently resorted to existing cooling or heating sources of the system.
  • an existing cooling system for example for generator cooling
  • the heating is preferably carried out using waste heat from the operation, for example, waste heat from the generator.
  • waste heat from the generator for example, waste heat from the generator.
  • a cooling medium in this case air is used according to a first embodiment, which is guided over the respective component.
  • liquid is used as the cooling medium, which emits, for example via heat exchangers heat or cold to the respective storage unit.
  • the temperature difference due to the cooling or heating is typically in a range between 5 ° C and 10 ° C.
  • a heating is provided for temperature control, in particular by utilizing a waste heat which is present anyway. As a result, no additional energy is required for the temperature control.
  • only one cooling can be provided.
  • an electrical heating device is arranged in an alternative embodiment. This allows rapid, short-term heating, for example during start-up or for other short-term adjustments.
  • a thread is formed on the stator unit or the rotor unit and the clamping ring is designed as a kind of shaft nut and screwed onto this thread.
  • To adjust the bias of the clamping ring therefore only needs to be rotated relative to the stator or rotor unit, which leads to an axial offset and thus to a variation of the axial bias.
  • an adjustable cone composite which has a first cone element and a second cone element, which are mutually displaceable, wherein the one cone element is clamped against the bearing clamping ring.
  • the two cone elements are usually offset from one another with an adjusting element, such as screws.
  • the first cone element is formed by the clamping ring and the second cone element is formed directly by the stator or rotor unit.
  • the conical elements each have conical surfaces on which they come to rest on each other.
  • a rotatable wedge ring with wedge surfaces rising in the circumferential direction, which interact with associated wedge surfaces on the clamping ring is arranged as spacer element between the bearing clamping ring and the clamping ring.
  • the different adjusting devices for setting the bearing preload described here are alternatively or partially also combined in combination, preferably in conjunction with the special method described in PCT / EP 2013/000245. used storage unit.
  • they are not limited to such a special bearing arrangement, but can in principle be used for all large-scale bearing arrangements, especially in motors or generators, where high bearing forces act.
  • large-scale installations are understood in particular to mean motors or generators having an electrical power of several 100 kW and in particular a power in the MW range.
  • Such motors or generators are used, for example, in the maritime sector as ship engines or generators for container ships or large passenger ships.
  • the stator unit is fastened to a fixed part and the rotor unit to a rotating part of the large-scale system.
  • a method for adjusting the bias of such a bearing assembly having the features of claim 17.
  • a static adjustment of the bearing preload is made, for example with the aid of the exchangeable spacer elements with different width.
  • the static setting is used in particular for the exact setting of the desired bias after the initial installation or after a
  • the bias after the initial assembly is possible.
  • the setting with the aid of a control loop in dependence on current measurement data.
  • a corresponding sensor is arranged, which determines, for example, in addition to the environmental conditions and the stresses from the operation of the plant as a whole and makes an adjustment or readjustment of the bias.
  • the adjustability leads in particular to an increased service life, low friction values and a lower load, which overall increases the overall efficiency of the system.
  • the optimized adjustment of the bias voltage also allows an adapted design for lower loads and thus, in a certain way, down-sizing, resulting in weight and cost reductions.
  • the dynamic adjusting device is integrated into the control of the system, so that the adjusting device and the bearing assembly serves as an active overall control element in the drive train.
  • Preferably critical natural frequencies in the drive train are avoided by active control of the bearing preload, which further components such as gear and generator are protected from destruction.
  • FIGS. show each in partially simplified representations: a partial elevation view of a wind turbine with a bearing assembly and a directly driven generator, a simplified sectional view of the bearing assembly,
  • FIG. 1 is a fragmentary sectional view of the bearing arrangement with an adjustment device for adjusting the prestressing by means of an exchangeable spacer ring according to a first embodiment variant
  • FIG. 3 shows an alternative embodiment to that according to FIG. 3A, a plan view of a spacer ring used in FIGS. 3A and 3B,
  • FIG. 1 is a partial sectional view of a fifth embodiment with clamping screws as clamping elements for adjusting the bias voltage
  • FIG. 6 is a fragmentary sectional view of a sixth embodiment, in which, unlike that of FIG. 6, an intermediate element between clamping screw and bearing clamping ring is inserted, a partial representation of a seventh embodiment in which the prestressing is performed with the aid of a hydraulic cylinder,
  • 1 is a partial sectional view of a ninth embodiment, in which the adjustment is made by means of a spring element
  • 11 is a fragmentary sectional view of a tenth embodiment variant in which the adjustment is made with the aid of a piezoelectric element
  • FIG. 12 is a fragmentary sectional view of an eleventh embodiment in which the adjustment is made with the aid of a clamping wedge
  • FIG. 13 is a fragmentary sectional view of a twelfth embodiment, in which the adjustment is made via an adjustable cone compound and
  • FIG. 1 shows a detail of a wind turbine with a bearing assembly 2, as shown in detail and in a larger view again in Figure 2.
  • a rotatable and a machine carrier 6 forming gondola is attached to an upper head of a tower 4.
  • the bearing assembly 2 is fixed with a stator 8 via a stator 10.
  • This is an annular end flange encircling the end face.
  • a rotor unit 14 is mounted, on which, opposite the tower 4, a rotor hub 18 is fastened via a rotor flange 16. At this rotor blades are fastened in a manner not shown here.
  • a generator flange 20 is formed between the two flanges 10, 16, via which a rotor 22 of a generator 24 is attached. Via the stator flange 10, a stator 26 of the generator 24 is additionally attached.
  • the rotor unit 14 is mounted on the stator unit 8 via two bearings, namely a rotor-side bearing 28A and a tower-side bearing 28B.
  • the two bearings 28A, 28B are along an axis of rotation 29 which also defines a longitudinal or axial direction, spaced from each other.
  • a distance A between the two bearings 28A, 28B is usually at least 0.35 times a maximum bearing diameter.
  • the outer diameter of the tower-side bearing 28B In the approximately conical configuration of the bearing unit acting as a bearing pin 8, this is defined by the outer diameter of the tower-side bearing 28B. This diameter is typically in the range of about 2 to 3.5 m, the entire bearing assembly (ie the bearing unit without flanged components) typically has a diameter of about 2, 5 to 4 m with a total length of 2 to 3.5 m between on the two opposite ends. The distance A is therefore at least - depending on the size - between 0.7 to 1, 2 m.
  • the two bearings 28A, 28B are formed in the embodiment as a tapered roller bearing in O arrangement.
  • the bearings 28A, 28B each have an inner ring 30, an outer ring 32 and arranged therebetween rolling elements 34. While the tower-side bearing 28 B is clamped between fixed, formed on the stator unit 8 and the rotor unit 14 bearing seats, the rotor-side bearing 28 A is only a fixed bearing seat, formed in the embodiment of the outer ring 32 on the rotor unit 14.
  • the inner ring 30 is arranged offset and serves as a bearing clamping ring 36.
  • the bearing clamping ring 36 is held by means of a clamping ring 38 and braced against the outer ring 32.
  • the clamping ring 38 is in this case fastened by means of fastening screws 40 end face on the stator 8.
  • a bias circuit 42 is formed, which is shown in Figure 2 by dashed lines.
  • the applied over the clamping ring 38 bias is therefore transmitted via this biasing circuit 42 to the entire bearing assembly, so that in a particularly simple manner, the entire camp is biased.
  • the bearing assembly 2 is preferably formed as a prefabricated unit, which is pre-assembled in the state shown in Figure 2 and then brought, for example, to the site or in a simple manner on site on the site pre-assembled.
  • an adjusting device is formed, which will be explained in more detail below with reference to FIGS. 3 to 14 on the basis of different embodiments.
  • the bearing preload starting from a base bias for which the bearing assembly 2 is designed, is variable by the bearing clamping ring 36 in its relative position relative to the stator 8 and is also offset simultaneously relative to the rotor unit 14.
  • the distance between the clamping ring 38 and the bearing clamping ring 36 is changed by an effective between these two parts clamping element is introduced.
  • the basic or default (base bias) is determined by the position of the clamping ring 38, which is fastened via the fastening screws 40 in a fixed position with respect to the stator 8 at the front end thereto.
  • the clamping ring 38 is usually formed by two ring parts, namely by an outer clamping ring part 38A and by a holding part 38B. About the clamping ring part 38A, the clamping force is transmitted to the bearing clamping ring 36.
  • a spacer ring 44 is arranged to adjust the bearing preload, which is clamped between the retaining ring part 38B and the stator unit 8 in the embodiment according to FIG. 3A.
  • the spacer ring 44 is placed between the clamping ring part 38A and the bearing clamping ring 36.
  • the spacer ring 44 itself is shown in more detail in FIG. 3C. It is divided into a plurality of ring segments 46 and has respective recesses 48, which are U-shaped, so that they are open to a radial side, in the embodiment of Figure 3C to the outside.
  • the bearing preload can be adjusted. Therefore, various spacer rings 44 are held with different thicknesses d and inserted into the bearing arrangement 2 as needed.
  • the replacement of the spacer 44th takes place at mounted bearings 28A, 28B.
  • the clamping ring 40 remains mounted on the stator 8 and does not need to be removed. This allows a simple, even subsequent adjustment of the bias after an initial installation, for example, in the context of maintenance after a first commissioning or to switch from a summer to winter operation or to compensate for wear in the course of operation or possibly adjust to new load situations.
  • the replacement of the spacer ring 44 is carried out in particular segment by segment, that is, successively removed the individual ring segments 46 and replaced by a new ring segment before the next ring segment is removed, etc., so that the bearing clamping ring 36 at any time over at least a large circumference of Spacer ring 44 is supported.
  • first the fastening elements 40 are somewhat loosened, so that the existing stress can be resolved and the individual ring segments 46 can be removed successively.
  • the fastening screws 40 are not released.
  • a threaded bore 50 is introduced into the clamping ring part 38A, into which a jacking screw not shown here is then screwed for assembly purposes.
  • the bearing clamping ring 36 is pressed away from the clamping ring 38, so that the individual ring segments 46 can be removed.
  • a temperature of both the rotor unit 14 and the stator 8 is now provided for adjusting the bearing preload.
  • different tempering zones 52A to 52C are respectively formed on the rotor unit 14 and on the stator unit 8. Namely, a tower side zone 52A, an intermediate zone 52B and a rotor side
  • Tempering zone 52C formed.
  • the stator unit 8 and the rotor unit 14 are temperature-controlled by way of these tempering zones 52A to 52C, that is to say either heated or cooled.
  • the tempering is designed for cooling as well as for heating overall. Alternatively, it is preferred borrowed for heating by utilizing waste heat. Basically, only a cooling using an existing cooling system would be possible.
  • the different tempering zones 52A to 52C can be tempered at different temperatures. The same applies to stator unit 8 and rotor unit 14.
  • the intermediate zone B extends between the two bearings 28A, 28B. By cooling the intermediate zone 52B of the stator unit 8, the axial bearing preload can be increased in the embodiment according to FIG. 4, for example.
  • the end zones 52A, C can each be tempered independently of the intermediate zone 52B.
  • the zones 52A, 52C of the stator unit 8 will be heated.
  • a radial bias is exerted on the bearings 28A, 28B at the same time.
  • the clamping ring 38 is configured as a shaft nut with an internal thread, which is screwed onto a thread 54, which is formed on the stator unit 8 at the end face.
  • actuating means such as a lever device or a controllable example, electric motor drive provided. This allows a dynamic adjustment even during operation without any problems. A dynamic adjustment is also possible in the embodiment according to FIG.
  • the clamping ring 38 is again similar to that of the embodiment variants according to FIGS. 3A and 3B.
  • a clamping screw 56 is screwed into the threaded bore 50 instead of a spacer ring 44 and presses directly (FIG. 6) or else indirectly via the intermediary of an intermediate ring 58 (FIG. 7) against the bearing clamping ring 36.
  • a hydraulic cylinder 60 is arranged as an alternative to the clamping screw 56, which exerts a clamping force on the bearing clamping ring 36 via a hydraulic ram, in the exemplary embodiment also with the intermediary of an intermediate ring 58.
  • an alternative hydraulic adjustment variant is shown, in which in the clamping ring part 38A directly a hydraulic ram or piston 62 is slidably mounted, wherein formed at the bottom of a blind hole in which the hydraulic piston is mounted, a fluid reservoir 64 for a hydraulic fluid is. This is in a manner not shown here with a hydraulic supply in fluid communication, so that on the pressure of the hydraulic fluid of the hydraulic piston 62 is displaceable in order to exert a desired bias on the bearing clamping ring 36.
  • a spring element 66 which is clamped between the clamping screw 56 and an intermediate ring 58, is arranged to adjust the preload. About the adjustment of the clamping screw 56, the spring preload is changed and thus the bearing preload.
  • a piezo element 67 in particular a piezo stack consisting of a multiplicity of individual piezo elements, which in turn is effective between the clamping ring part 38A and the bearing clamping ring 36 by means of the intermediate ring 58, is now used as clamping element.
  • a two-part design of the clamping elements is also provided in the embodiment of Figure 12, wherein in addition to the clamping screw 56, an additional clamping element, in the embodiment of Figure 12, a clamping wedge 68 is arranged.
  • This is arranged on the stator 8 in the longitudinal direction displaceable between the peripheral side of the stator 8 and the bearing clamping ring 36.
  • This has on its inner ring surface on a clamping wedge 68 corresponding wedge surface 70.
  • About the clamping screw 56 of the clamping wedge 68 is offset in the axial direction. Thereby At the same time both the axial and the radial bearing preload are increased.
  • FIG. 13 a modified variant of a wedge adjustment is shown, in which the clamping ring 38 and the stator unit 8 themselves form a wedge composite.
  • the stator unit 8 has a wedge surface 70 at its end and, correspondingly, the clamping ring has a corresponding wedge surface 70 on its inner ring surface.
  • the clamping ring 38 is displaceable along the wedge surfaces 70 by means of the fastening screws 40 and exerts on the bearing clamping ring 36, the desired bias.
  • a spacer sleeve is arranged in a preferred development between the screw head and the clamping ring 38.
  • a spacer element between the clamping ring 38 and the bearing clamping ring 36 is finally clamped again, via which the distance between these two parts can be varied in order to adjust the prestressing.
  • the spacer element is in this case designed as a wedge ring 72, which has a plurality of sawtooth-like wedge surfaces 70 peripherally on its end face oriented toward the clamping ring 38. Corresponding thereto, a plurality of saw teeth with such wedge surfaces 70 are formed on the clamping ring 38.
  • To adjust the bias of the wedge ring 52 is rotated, so that the mutually associated wedge surfaces 70 slide against each other and thereby increase or decrease the distance.
  • the rotation of the wedge ring 72 is again - similar to the embodiment of Figure 5 with the trained as a shaft nut clamping ring 38 - via a manually operable lifting mechanism or drive, preferably by a controllable (electric motor) drive.
  • the embodiment variants according to FIGS. 4, 5, 8, 9, 11 and 14 can also be adjusted during operation by means of corresponding control elements in a simple manner.
  • these variants are set and readjusted, for example, for a dynamic adjustment of the bearing preload as a function of the current operating states.
  • a corresponding control and regulating unit is formed, which is preferably integrated in the normal control of the wind turbine.
  • a plurality of transducers are arranged, which detect, for example, the current wind speed, current load values of the bearing and readjust the bearing preload in dependence on these measured values via the adjusting device. This also allows a forward-looking adaptation of the bearing preload for an expected changing load conditions. LIST OF REFERENCE NUMBERS

Abstract

Um insbesondere bei einer Windkraftanlage eine Lageranordnung (2) für unterschiedliche Betriebssituationen in einfacher Weise einstellen zu können, weist die Lageranordnung (2) eine Einstelleinrichtung auf, mit der die Lagervorspannung ausgehend von einer Basis-Vorspannung einstellbar ist. Hierdurch können beispielsweise Verschleißerscheinungen nachjustiert, Fertigungstoleranzen oder Auslegungsungenauigkeiten korrigiert und insbesondere auch auf aktuelle Belastungszustände reagiert werden. Dadurch wird eine ansonsten übliche Überdimensionierung der Lageranordnung (2) vermieden, die Effizienz der Windkraftanlage sowie die Lebensdauer der Lageranordnung (2) erhöht.

Description

Beschreibung
Lageranordnung sowie Verfahren zur Einstellung der Vorspannung einer
Lageranordnung
Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung, insbesondere für einen Rotor einer Windkraftanlage sowie ein Verfahren zur Einstellung einer Vorspannung einer derartigen Lageranordnung.
Windkraftanlagen weisen allgemein einen Turm auf, an dessen Kopfende eine drehbare Gondel angeordnet ist, die einen Maschinenträger bildet. An der Gondel ist eine Rotornabe um eine Rotationsachse drehbar gelagert, an der Rotorblätter befestigt sind. Bei Windkraftanlagen gibt es sowohl Direktantriebskonzepte, bei denen die Drehbewegung der Rotornabe direkt und unmittelbar auf einen Rotor eines Generators übertragen wird. Alternativ ist zwischen der Rotornabe und dem Generator ein Getriebe zwischengeschaltet.
Eine technische Herausforderung bei derartigen Windkraftanlagen, die typischerweise für einen Leistungsbereich von mehreren MW elektrischer Leistung ausgelegt sind, ist die Bereitstellung einer Lagerung, die den hohen technischen Anforderungen genügt, wie beispielsweise eine hohe Biegesteifigkeit, eine spielfreie Lagerung, eine verschleißarme Kinematik sowie eine möglichst einfache Montage bei gleichzeitig hoher Wirtschaftlichkeit. Moderne Windkraftanlagen sind im Betrieb dabei einer Vielzahl von Belastungsschwankungen und Umgebungseinflüssen ausgesetzt, die erheblichen Einfluss auf die Beanspruchung und Funktion sämtlicher Komponenten haben. Diese Schwankungen können zu Überbelastungen und Schädigung der Komponenten und damit verbundenen hohen Folgekosten führen. Um diese zu vermeiden werden die einzelnen Komponenten üblicherweise überdimensioniert, um alle möglichen Lastschwankungen abzusichern. Dieses Problem besteht ebenfalls bei der sogenannten Hauptlagerung der Windkraftanlage, die das Bindeglied zwischen dem drehenden System und dem stehenden System bildet. Sämtliche Lastschwankungen, die aus dem Standort der Anlage, aus Fehlfunktionen in sogenannten Pitch- oder Azimutsystemen oder aus Regel-
1
BESTÄTIGUNGSKOPIE Schwankungen von Netz, Generator und Umrichter resultieren, müssen von dieser Hauptlagerung aufgenommen werden. Dies führt zu einer konservativen und damit zu einer nicht besonders wirtschaftlichen Dimensionierung der Hauptlagerung. Neben diesen wirtschaftlichen Aspekten erhöht sich zudem bei einer solchen Überdimensionierung das Reibmoment im Vergleich zu einer normalen Auslegung, was wiederum zu geringeren Lebensdauern, einem erhöhten Losbrechmoment bei geringen Windgeschwindigkeiten und einer erhöhten Beanspruchung von Materialien und Konstruktionselementen führt.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Lageranordnung insbesondere für die Lagerung eines Rotors einer Wind kraftan- lage anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Lageranordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 oder des Anspruchs 16.
Der Anspruch 1 geht dabei von einer Lageranordnung aus, wie sie in der zum Anmeldezeitpunkt noch nicht veröffentlichten internationalen Anmeldung der Anmelderin mit dem amtlichen Aktenzeichen PCT/EP 2013/000245 beschrieben ist. Diese Lageranordnung weist eine Statoreinheit sowie eine Rotoreinheit auf, die über zwei beabstandete Lager aneinander gelagert sind, wobei über die zwei Lager sowie die beiden Einheiten ein geschlossener Vorspannkreis gebildet ist, über den bei der Montage der Lagereinheit eine Basis-Vorspannung eingestellt ist. Diese Basis-Vorspannung entspricht einer Auslegungs-Vorspannung, für die die Lageranordnung allgemein im Hinblick auf den zu erwartenden Einsatzfall ausgelegt ist. Dies wird bei herkömmlichen Lageranordnungen üblicherweise durch eine konstruktive Auslegung der einzelnen Komponenten, wie beispielsweise Fertigungsmaße, Spaltmaße etc. eingestellt.
Demgegenüber ist erfindungsgemäß nunmehr eine Einsteileinrichtung ausgebildet, die einen Klemmring umfasst, wobei über diesen die Vorspannung gegenüber der Basis-Vorspannung veränderbar ist. Hierzu wirkt der Klemmring auf einen der Lagerringe eines der Lager, nachfolgend als Lagerspannring bezeichnet ein, so dass über diesen die Lager-Vorspannung insgesamt eingestellt wird. Aufgrund der speziellen Ausgestaltung mit dem Vorspannkreis wird daher über die nur auf den einen Lagerspannring einwirkende Vorspannung über den Vorspannkreis auf beide Lager übertragen, so dass eine besonders effiziente Einstellung und Variation der Gesamtlager-Vorspannung ermöglicht ist.
Über die Einsteileinrichtung ist eine gezielte Einstellung bzw. auch eine Justierung der Hauptlagerung einer Windkraftanlage auf die unterschiedlichen konstruktiven Anforderungen und Laständerungen oder Belastungssituationen ermöglicht. Die Lagervorspannung kann daher in einfacher Weise ausgehend von der Basis- Vorspannung nachjustiert werden, so dass insgesamt die Lagervorspannung für die herrschenden Betriebsverhältnisse angepasst werden kann. Dadurch braucht die Lageranordnung insgesamt nicht mehr übermäßig überdimensioniert zu sein, so dass sie insgesamt kostengünstiger und damit wirtschaftlicher ausgebildet sein kann. Auch wirkt sich eine optimierte Lagervorspannung positiv auf die Gesamtlebensdauer sowie auf die Reibkräfte aus. Ein besonderer Vorteil der Einstellbarkeit ist auch darin zu sehen, dass die gesamte Lageranordnung dadurch in gewisser Weise auch fehlertolerant im Hinblick auf Auslegungsungenauigkeiten oder auch auf Toleranzungenauigkeiten ist. Die Lageranordnung ist damit zweckdienlicherweise für alle Anlagen eines gleichen Anlagentyps bzw. einer gleichen Leistungsklasse, beispielsweise mit einer Leistungsvariablität von lediglich 300 kW, für alle Standorte identisch und wird erst bei der Endmontage entsprechend den auftretenden Lasten (Windlasten am Standort) und / oder Gerätekonfigurationen eingestellt. Dies vereinfacht die Planung sowie Herstellung derartiger Anlagen entscheidend. Eine Entwicklung und separate Fertigung von unterschiedlichen
Hauptlagerungen ist daher nicht erforderlich.
Weiterhin bietet die Einstellbarkeit die Möglichkeit Verschleißerscheinungen, die beispielsweise zu einem Vorspannungsverlust führen, auszugleichen.
Der Klemmring der Einsteileinrichtung umfasst vorzugsweise zwei Ringteile, nämlich ein Halteringteil und ein Spannringteil, welches vorzugsweise einen überstehenden Kragen aufweist. Das Halteringteil ist mittels Befestigungselementen, ins- besondere Schrauben, gegen die Statoreinheit oder die Rotoreinheit verspannt. Das Spannringteil ist zur Übertragung einer Vorspannung auf das Lager mit dem Lagerspannring verbunden. Die Übertragung kann hierbei sowohl unmittelbar durch eine direkte Anlage als auch mittelbar über ein Spann- oder Einstellelement erfolgen. Über den Klemmring ist allgemein die Relativposition des Lagerspannrings in Relation zu den Lagereinheiten, also der Statoreinheit und der Rotoreinheit um einen Einstellweg versetzbar, vorzugsweise in Längsrichtung und / oder auch radial hierzu. Der Einstellweg in Längsrichtung liegt im Bereich von einigen zehntel Millimetern . Bei einer herkömmlichen Anlage definiert die Anlage des Hal- teringteils an der zugeordneten Stator- oder Rotoreinheit üblicherweise die herkömmliche Basis-Vorspannung.
Zur Variation der Lagervorspannung ist gemäß einer ersten Ausführungsvariante zwischen dem Klemmring und dem Lagerspannring ein Distanzelement angeordnet, welches bei montierten Lagereinheiten auswechselbar angeordnet ist, wobei über die Dicke des Distanzelements die Vorspannung einstellbar ist. Für die Einstellung der Vorspannung werden daher lediglich unterschiedlich dicke Distanzelemente vorgehalten und diese bei Bedarf eingebaut. Von besonderer Bedeutung ist dabei auch die Tatsache, dass die Distanzelemente bei montierten Lagern auswechselbar angeordnet sind. Unter montierten Lagern wird hierbei insbesondere verstanden, dass der Klemmring in seiner montierten Position verbleibt, allenfalls geringfügig gelöst wird, so dass keine Gefahr besteht, dass die Lagerelemente verrutschen.
Als Distanzelemente werden beispielsweise Distanzbleche, Blechfolien oder auch weitere austauschbare Zwischenstücke eingesetzt. Zweckdienlicherweise ist das Distanzelement als ein Distanzring ausgebildet, wobei dieser vorzugsweise in einzelne Segmente unterteilt ist, und zwar derart, dass diese in radialer Richtung entnehmbar sind. Durch die Segmentierung des umlaufenden Distanzrings und der Ausbildung von einzelnen separaten Ringsegmenten ist daher ein besonders einfacher Austausch ermöglicht. Auch wird dadurch die Montage und Demontage des Distanzrings vereinfacht. Zweckdienlicherweise wird hierbei derart vorgegangen, dass segmentweise jeweils ein Distanzelement durch ein anderes ersetzt wird. So bleibt in den übrigen Bereichen das Lager weiterhin gehalten. Für die Entnahme bzw. das Einsetzen des Austauschsegments wird dabei vorzugsweise lediglich die Vorspannung etwas gelöst, so dass die einzelnen Segmente entnehmbar sind.
In bevorzugter Weiterbildung weisen dabei die Segmente zu einer Seite offene Ausnehmungen auf, durch die Befestigungselemente, wie beispielsweise die Befestigungsschrauben zum Befestigung des Klemmrings, durchgeführt sind bzw. durchführbar sind. Die Öffnung ist dabei derart gerichtet, dass die Segmente bei montierten Befestigungselementen in radialer Richtung entnommen werden können.
In bevorzugter Ausbildung ist dabei das Distanzelement zwischen dem
Lagerspannring und dem Klemmring angeordnet. Das Halteringteil liegt daher jederzeit in definierter Position, insbesondere an der Stirnseite einer der jeweiligen Lagereinheiten an. Dies hat den Vorteil, dass die Befestigungsschrauben zur Befestigung des Klemmrings an der Lagereinheit bei dem Austausch der Distanzelemente nicht gelöst werden müssen, wie dies bei einer Anordnung der Distanzelemente zwischen Halteringteil und Lagereinheit, die alternativ vorgesehen ist, erforderlich wäre. Bei der Anordnung der Distanzelemente zwischen dem Spannringteil und dem Lagerspannring braucht demgegenüber für die Montage / Demontage der Lagerspannring lediglich etwas vom Spannringteil weggedrückt zu werden.
Um dies zu ermöglichen, sind in bevorzugter Weiterbildung im Spannringteil Gewindebohrungen für Abdrückschrauben ausgebildet. Zur Montage / Demontage werden daher in diese Gewindebohrungen Abdrückschrauben eingeschraubt, die den Lagerspannring in Längsrichtung versetzen, so dass die Spannung auf die Distanzelemente reduziert wird und diese damit entnommen werden können. Aufgrund der offenen Ausnehmungen lassen diese sich trotz der Abdrückschrauben in radialer Richtung herausnehmen. In einer alternativen Variante dienen die Gewindebohrungen für die Aufnahme von Spannschrauben, über die die Vorspannung im normalen Betrieb ausgeübt und aufrechterhalten wird. Über diese Spannschrauben wird daher die axiale Position des Lagerspannrings und damit die Vorspannung eingestellt. Zur Veränderung der Lagervorspannung brauchen daher lediglich die Spannschrauben entsprechend nachgezogen bzw. etwas gelöst zu werden.
Zweckdienlicherweise sind allgemein am Spannringteil Spannelemente, wie beispielsweise die erwähnten Spannschrauben angeordnet, über die die Vorspannung auf den Lagerspannring im normalen Betrieb übertragen wird. Das Spannringteil bildet insofern ein Gegenlager für diese Spannelemente, die also zwischen dem Klemmring, insbesondere dem Spannringteil und dem Lagerspannring wirksam sind und diesen insbesondere in Axialrichtung und / oder in Radialrichtung versetzen. Neben den bereits erwähnten Spannschrauben werden als Spannelemente in bevorzugten Alternativen hydraulische Elemente, einstellbare Federelemente, elektrisch ansteuerbare Elemente, insbesondere Piezoelemente, oder auch Spannkeile eingesetzt. Bei den hydraulischen Elementen werden gemäß einer ersten Alternative um den Umfang des Klemmrings verteilt eine Vielzahl von Hydraulikzylindern angeordnet, die beispielsweise in entsprechende Bohrungen am Spannringteil eingesetzt werden. Die Hydraulikzylinder sind dabei in sich vollständig abgeschlossene Hydraulikeinheiten. Alternativ wird das jeweilige Hydraulikelement innerhalb des Spannringteils selbst ausgebildet, d.h. in Ausnehmungen, insbesondere Bohrungen am Spannringteil wird dichtend ein Hydraulikkolben eingesetzt. Am Grund der beispielsweise als Sacklochbohrung ausgebildeten Ausnehmung ist ein Hydraulikfluid angeordnet, welches mit einem entsprechenden Hydraulik-System in Verbindung steht und über das der Hydraulikkolben versetzbar ist. Bei den Federelementen handelt es sich vorzugsweise um passive Federn, beispielsweise Federpakete, Schraubenfedem etc. Auch diese sind vorzugsweise in Ausnehmungen am Spannringteil eingesetzt. Ergänzend ist die Vorspannung der Federelemente zur Erzeugung unterschiedlicher Lager- Vorspannungen einstellbar. Dies erfolgt vorzugsweise durch die bereits erwähnten Spannschrauben, die in die als Gewindebohrungen ausgebildeten Ausnehmungen eingeschraubt und auf das jeweilige Federelement einwirken, so dass dieses dadurch komprimiert wird.
Bei der Ausführungsvariante mit dem Piezoelementen werden vorzugsweise sogenannte Piezostacks eingesetzt, die elektrisch angesteuert eine Hubbewegung ausführen, die insbesondere in Längsrichtung auf den Lagerspannring übertragen wird. Die Hublänge wird dabei vorzugsweise über eine Hebelmechanik umgesetzt, um einen ausreichenden Verstellhub zu erzielen.
Bei der Ausgestaltung der Spannelemente als Spannkeil werden vorzugsweise mehrere derartige Spannkeile zwischen Spannringteil und Lagerspannring eingetrieben. Grundsätzlich kann es sich auch um einen Keilring handeln, der vollständig umlaufend ausgebildet ist. Vorzugsweise wird der zumindest eine Spannkeil dabei mit Hilfe eines weiteren Spannelements, insbesondere der Spannschraube versetzt. Die Variante mit dem Spannkeil führt in vorteilhafter Weise gleichzeitig zu einer Veränderung der axialen sowie auch der radialen Vorspannung.
Gemäß einer bevorzugten Alternative zur Einstellung der Vorspannung, die jedoch auch in Kombination mit den bisher beschriebenen Einstellmechanismen kombiniert werden kann, ist die Einsteileinrichtung zur Temperierung der Rotoreinheit und / oder der Statoreinheit ausgebildet. Die thermische Ausdehnung des Materials der Rotoreinheit bzw. der Statoreinheit wird zur Einstellung der Vorspannung ausgenutzt. Im Hinblick auf eine besonders genaue und effiziente Einstellung sind hierzu zweckdienlicherweise mehrere Temperierungszonen ausgebildet, welche sich in Axialrichtung erstrecken und sich vorzugsweise aneinander anschließen. In den unterschiedlichen Temperierungszonen können dabei unterschiedliche Temperaturen eingestellt werden. Weiterhin ist die Einstellvorrichtung sowohl zur Erwärmung als auch zur Kühlung ausgebildet. Dadurch ist in Abhängigkeit des jeweiligen Anforderungsprofils eine gezielte Einstellung der Vorspannung ermöglicht. Dabei ist insbesondere auch vorgesehen, dass sowohl für die Statoreinheit als auch für die Rotoreinheit eine Temperierung vorgesehen ist, wobei die beiden Teile unterschiedlich temperiert werden, also beispielsweise das eine Teil erwärmt und das andere gekühlt wird. Durch die Temperierung werden vorzugsweise ins- besondere auch unterschiedliche thermische Ausdehnungen der beiden Lagereinheiten aufgrund eines ungleichmäßigen Erwärmens beispielsweise bei einem Anfahren der Anlage ausgeglichen. Im normalen, stationären Betrieb, wenn also die einzelnen Lagereinheiten typischerweise auf gleichem oder ähnlichem Temperaturniveau liegen, erfolgt über die Temperierung die Anpassung der Lagervorspannung entsprechend den Anforderungen.
Innerhalb der Temperierzonen einer Lagereinheit wird dabei vorzugsweise auch gegenläufig temperiert, so werden beispielsweise die randseitigen Bereiche geheizt und der mittlere Bereich gekühlt. Sind die äußeren Lagerringe mit der Lagereinheit verbunden, so führt dies insgesamt zu einer Erhöhung sowohl der radialen als auch der axialen Vorspannung, da der Abstand zwischen den zwei in Axialrichtung beabstandeten äußeren Lagerringen verkürzt und gleichzeitig durch das Heizen in den Randzonen der Radius der vorzugsweise inneren Lagereinheit vergrößert wird, so dass auch die radiale Vorspannung erhöht wird. Allgemein dient die Temperierung sowohl zur Einstellung der radialen als auch der axialen Vorspannung.
Für die Temperierung wird zweckdienlicherweise auf vorhandene Kühl- oder Heizquellen der Anlage zurückgegriffen. So wird zur Kühlung vorzugsweise auf ein bestehendes Kühlsystem beispielsweise zur Generatorkühlung zurückgegriffen. Die Beheizung erfolgt vorzugsweise mithilfe von Abwärme aus dem Betrieb, beispielsweise Abwärme aus dem Generator. Als Kühlmedium wird hierbei gemäß einer ersten Ausführungsvariante Luft herangezogen, die über das jeweilige Bauteil geführt wird. Alternativ hierzu wird als Kühlmedium Flüssigkeit verwendet, welches beispielsweise über Wärmetauscher Wärme bzw. Kälte an die jeweilige Lagereinheit abgibt. Der Temperaturunterschied durch das Kühlen bzw. Beheizen liegt dabei typischerweise in einem Bereich zwischen 5°C und 10°C.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung wird zur Temperierung lediglich eine Erwärmung vorgesehen, insbesondere unter Ausnutzung einer sowieso vorhandenen Abwärme Dadurch ist keine zusätzliche Energie für die Temperierung erforderlich. Alternativ hierzu kann auch lediglich eine Kühlung vorgesehen sein. Im Falle einer gewünschten schnellen Beheizung ist in einer alternativen Ausführungsvariante eine elektrische Heizeinrichtung angeordnet. Dies ermöglicht eine schnelle, kurzfristige Erwärmung beispielsweise beim Anlaufvorgang oder für sonstige kurzfristige Verstellungen.
In einer weiteren Alternative ist an der Statoreinheit oder der Rotoreinheit ein Gewinde ausgebildet und der Klemmring ist als eine Art Wellenmutter ausgebildet und auf dieses Gewinde aufgeschraubt. Zur Einstellung der Vorspannung braucht der Klemmring daher lediglich gegenüber der Statoreinheit bzw. Rotoreinheit verdreht zu werden, was zu einem axialen Versatz und damit zu einer Variation der axialen Vorspannung führt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante ist ein verstellbarer Kegelverbund angeordnet, der ein erstes Kegelelement sowie ein zweites Kegelelement aufweist, die gegeneinander versetzbar sind, wobei das eine Kegelelement gegen den Lagerspannring verspannt wird. Die beiden Kegelelemente sind dabei üblicherweise mit einem Verstellelement, wie beispielsweise Schrauben gegeneinander versetzbar. Zweckdienlicherweise ist dabei das erste Kegelelement durch den Klemmring gebildet und das zweite Kegelelement ist unmittelbar durch die Statoreinheit oder Rotoreinheit ausgebildet. Die Kegelelemente weisen dabei jeweils Kegelflächen auf, an denen sie aneinander zum Anliegen kommen.
Schließlich ist in einer weiteren Ausführungsvariante als Distanzelement zwischen dem Lagerspannring und dem Klemmring ein verdrehbarer Keilring mit in Um- fangsrichtung ansteigenden Keilflächen angeordnet, die mit zugeordneten Keilflächen am Klemmring zusammenwirken. Durch eine Verdrehung des Keilrings stützen sich die zueinander korrespondierenden Keilflächen gegeneinander ab, so dass der Abstand zwischen Klemmring und Lagerspannring variiert wird.
Die hier beschriebenen unterschiedlichen Einsteileinrichtung zur Einstellung der Lagervorspannung werden alternativ oder teilweise auch in Kombination vorzugsweise im Zusammenhang mit der speziellen, in der PCT/EP 2013/000245 be- schriebenen Lagereinheit eingesetzt. Sie sind jedoch nicht auf eine derartige spezielle Lageranordnung beschränkt, sondern lassen sich vielmehr grundsätzlich für alle großtechnischen Lageranordnungen, insbesondere bei Motoren oder Generatoren einsetzen, bei denen hohe Lagerkräfte wirken. Unter großtechnischen Anlagen werden hierbei insbesondere Motoren oder Generatoren verstanden mit einer elektrischen Leistung von mehreren 100 kW und insbesondere einer Leistung im MW-Bereich. Derartige Motoren oder Generatoren werden beispielsweise im maritimen Bereich als Schiffsmotoren oder -generatoren für Containerschiffe oder große Passagierschiffe eingesetzt. Allgemein ist dabei im montierten Zustand die Statoreinheit an einem feststehenden Teil und die Rotoreinheit an einem rotierenden Teil der großtechnischen Anlage befestigt.
Die in den Ansprüchen 2 bis 15 enthaltene Merkmale lassen sich daher grundsätzlich unabhängig von der speziellen Ausgestaltung der Lageranordnung mit dem Vorspannkreis, wie sie aus der PCT/EP 2013/000245 zu entnehmen ist, auch bei herkömmlichen Lageranordnungen einsetzen. Dies ist Gegenstand des nebengeordneten Anspruchs 16.
Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung weiterhin gelöst durch ein Verfahren zur Einstellung der Vorspannung einer derartigen Lageranordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 17. Gemäß einer ersten Ausführungsvariante wird dabei vorzugsweise eine statische Einstellung der Lagervorspannung beispielsweise mit Hilfe der austauschbaren Distanzelemente mit unterschiedlicher Breite vorgenommen. Die statische Einstellung dient insbesondere zur exakten Einstellung der gewünschten Vorspannung nach der Erstmontage oder auch nach einer
Inbetriebnehmungs-Phase, nachdem sich die jeweiligen Toleranzen eingelaufen haben, oder nach einer gewissen Betriebszeit zum Ausgleich von Verschleißerscheinungen. Über diese statische Einstellung werden insbesondere Fertigungstoleranzen ausgeglichen oder unterschiedliche Standortfaktoren, wie beispielsweise typische Windbedingungen oder auch die Rückwirkung von weiteren Gerätekomponenten wie die Turbinenkonfiguration etc. berücksichtigt. Die statische Einstellung erfolgt bei ruhendem Betrieb. Demgegenüber wird in einer zweiten Variante eine dynamische Einstellung vorgenommen. Bei dieser ist eine Variation der Vorspannung in Abhängigkeit der jeweils aktuell herrschenden Betriebsbedingungen, wie beispielsweise aktuelle Windverhältnisse etc. vorgesehen. Hierbei können insbesondere auch Vorhersagen berücksichtigt werden, also zu erwartende künftige Betriebsbedingungen.
In allen Fällen ist jedoch eine Variation der Vorspannung nach der Erstmontage ermöglicht. Insbesondere bei der dynamischen Einstellung erfolgt die Einstellung mit Hilfe eines Regelkreises in Abhängigkeit von aktuellen Messdaten. Hierzu ist eine entsprechende Sensorik angeordnet, welche beispielsweise neben den Umgebungsbedingungen auch die Beanspruchungen aus dem Betrieb der Anlage insgesamt ermittelt und eine Justierung oder Nachregelung der Vorspannung vornimmt. Insgesamt führt die Einstellbarkeit insbesondere zu einer erhöhten Lebensdauer, geringen Reibungswerten und einer geringeren Belastung, wodurch insgesamt der Gesamtwirkungsgrad der Anlage erhöht wird. Darüber hinaus ist durch die optimierte Anpassung der Vorspannung auch eine angepasste Auslegung für geringere Lasten und damit in gewisser Weise ein down-sizing ermöglicht, wodurch sich Gewichts- und Kostenreduzierungen ergeben. Durch die an die aktuellen Betriebsverhältnisse angepasste Vorspannung lässt sich insgesamt auch die Zuverlässigkeit des Betriebs der Anlage erhöhen. Stoßartige Beanspruchungen und Lastüberhöhungen, die aus Böen, Fehlfunktionen der Anlage sowie Pitch-Fehlern und Netz- und Generatorfehlern resultieren, können zumindest teilweise mit der dynamischen Regelung kompensiert werden und zum Schutz der einzelnen Komponente vor Überbeanspruchung im Antriebsstrang beitragen. Hierzu ist die dynamische Einsteileinrichtung in die Steuerung der Anlage eingebunden, so dass die EinStelleinrichtung und die Lageranordnung insgesamt als aktives Regelelement im Antriebsstrang dient. Vorzugsweise werden dabei kritische Eigenfrequenzen im Antriebsstrang durch aktive Regelung der Lagervorspannung vermieden, wodurch weitere Bauteile wie Getriebe und Generator vor Zerstörung geschützt werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Diese zeigen jeweils in teilweise vereinfachten Darstellungen: eine ausschnittsweise Aufrissdarstellung einer Windkraftanlage mit einer Lageranordnung und einem direkt angetriebenen Generator, eine vereinfachte Schnittansicht der Lageranordnung,
eine ausschnittsweise Schnittansicht der Lageranordnung mit einer EinStelleinrichtung zur Einstellung der Vorspannung mittels eines austauschbaren Distanzrings gemäß einer ersten Ausführungsvariante,
eine alternative Ausführungsvariante zu der gemäß FIG 3A, eine Aufsicht auf einen in den FIG 3A und 3B eingesetzten Distanzring,
eine ausschnittsweise Schnittansicht der Lageranordnung zur Illustration einer dritten Ausführungsvariante mit einer Temperierung der Lagereinheiten,
eine ausschnittsweise Schnittdarstellung zur Illustration einer vierten
Ausführungsvariante mit einem als Wellenmutter ausgebildeten Klemmring,
eine ausschnittsweise Schnittdarstellung einer fünften Ausführungsvariante mit Spannschrauben als Spannelemente zur Einstellung der Vorspannung,
eine ausschnittsweise Schnittansicht einer sechsten Ausführungsvariante, bei der abweichend zu der der FIG 6 noch ein Zwischenelement zwischen Spannschraube und Lagerspannring eingesetzt ist, eine ausschnittsweise Darstellung einer siebten Ausführungsvariante, bei der die Vorspannung mit Hilfe eines Hydraulikzylinders vorgenommen wird,
eine ausschnittsweise Darstellung einer achten Ausführungsvariante, bei der die Einstellung mit Hilfe eines in den Klemmring integrierten Hydraulikkolbens vorgenommen wird,
eine ausschnittsweise Schnittdarstellung einer neunten Ausführungsvariante, bei der die Einstellung mit Hilfe eines Federelements vorgenommen wird, FIG 11 eine ausschnittsweise Schnittdarstellung einer zehnten Ausfüh- rungsvariante, bei der die Einstellung mit Hilfe eines Piezoelements vorgenommen wird,
FIG 12 eine ausschnittsweise Schnittdarstellung einer elften Ausführungsvariante, bei der die Einstellung mit Hilfe eins Spannkeils vorgenommen wird,
FIG 13 eine ausschnittsweise Schnittdarstellung einer zwölften Ausführungsvariante, bei der die Einstellung über einen verstellbaren Kegelverbund vorgenommen wird sowie
FIG 14 eine ausschnittsweise teilweise Schnittansicht einer dreizehnten
Ausführungsvariante, bei der ein Keilring zwischen Klemmring und Lagerspannring angeordnet ist.
In den Figuren sind gleichwirkende Teile jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Figur 1 zeigt eine ausschnittsweise Darstellung einer Windkraftanlage mit einer Lageranordnung 2, wie sie im Detail und in größerer Darstellung nochmals in Figur 2 dargestellt ist. Bei der Windkraftanlage ist an einem oberen Kopfende eines Turms 4 eine drehbare und einen Maschinenträger 6 bildende Gondel befestigt. An dieser ist die Lageranordnung 2 mit einer Statoreinheit 8 über einen Statorflansch 10 befestigt. Bei diesem handelt es sich um einen stirnendseitig umlaufenden Ringflansch. Umlaufend um die Statoreinheit 8 ist eine Rotoreinheit 14 gelagert, an der gegenüberliegend zum Turm 4 über einen Rotorflansch 16 eine Rotornabe 18 befestigt ist. An dieser sind in hier nicht näher dargestellter Weise Rotorblätter befestigt. An der Umfangsseite der Rotoreinheit 14 ist zwischen den beiden Flanschen 10, 16 ein Generatorflansch 20 ausgebildet, über den ein Rotor 22 eines Generators 24 befestigt ist. Über den Statorflansch 10 ist ergänzend ein Stator 26 des Generators 24 befestigt. Die Rotoreinheit 14 ist an der Statoreinheit 8 über zwei Lager, nämlich ein rotorseitiges Lager 28A sowie ein turmseitiges Lager 28B gelagert. Die beiden Lager 28A, 28B sind dabei entlang einer Rotationsachse 29 die zugleich eine Längs- oder Axialrichtung definiert, voneinander beabstandet. Ein Abstand A zwischen den beiden Lagern 28A, 28B beträgt übli- cherweise mindestens das 0,35-fache eines maximalen Lagerdurchmessers. Bei der in etwa kegelförmigen Ausgestaltung der als Lagerzapfen wirkenden Statoreinheit 8 ist dies definiert durch den Außendurchmesser des turmseitigen Lagers 28B. Dieser Durchmesser liegt typischerweise im Bereich von etwa 2 bis 3,5 m, die gesamte Lageranordnung (also die Lagereinheit ohne angeflanschte Bauteile) weist typischerweise einen Durchmesser von etwa 2, 5 bis 4 m bei einer Länge von insgesamt 2 bis 3,5 m zwischen den beiden gegenüberliegenden Stirnenden auf. Der Abstand A liegt daher mindestens - je nach Größe - zwischen 0,7 bis 1 ,2 m.
Wie insbesondere aus der vergrößerten Darstellung gemäß Figur 2 zu entnehmen ist, sind die beiden Lager 28A, 28B im Ausführungsbeispiel als Kegelrollenlager in O-Anordnung ausgebildet. Grundsätzlich können auch andere Lagerausgestaltungen, insbesondere eine X-Anordnung vorgesehen sein. Die Lager 28A, 28B weisen jeweils einen Innenring 30, einen Außenring 32 sowie dazwischen angeordnete Wälzkörper 34 auf. Während das turmseitige Lager 28B zwischen festen, an der Statoreinheit 8 bzw. der Rotoreinheit 14 ausgebildeten Lagersitzen eingespannt ist, ist beim rotorseitigen Lager 28A lediglich ein feststehender Lagersitz, im Ausführungsbeispiel für den Außenring 32 an der Rotoreinheit 14 ausgebildet. Der Innenring 30 ist demgegenüber versetzbar angeordnet und dient als Lagerspannring 36. Der Lagerspannring 36 ist dabei mit Hilfe eines Klemmrings 38 gehalten und gegen den Außenring 32 verspannt. Der Klemmring 38 ist hierbei mittels Befestigungsschrauben 40 stirnendseitig an der Statoreinheit 8 befestigt.
Über die beiden Lager 28A, 28B, über die Statoreinheit 8 sowie über die Rotoreinheit 14 ist ein Vorspannkreis 42 gebildet, welcher in Figur 2 durch gestrichelte Linien dargestellt ist. Die über den Klemmring 38 aufgebrachte Vorspannung wird daher über diesen Vorspannkreis 42 auf die gesamte Lageranordnung übertragen, so dass in besonders einfacher Weise das gesamte Lager vorgespannt ist. Die Lageranordnung 2 ist vorzugsweise als vorgefertigte Baueinheit ausgebildet, die in dem in Figur 2 dargestellten Zustand vormontiert und anschließend beispielsweise auf die Baustelle gebracht wird bzw. in einfacher Weise vor Ort auf der Baustelle vormontierbar ist. Um die Lagervorspannung auf einen gewünschten definierten Wert einzustellen oder auch nachzujustieren ist eine Einsteileinrichtung ausgebildet, die anhand von unterschiedlichen Ausführungsvarianten nachfolgend anhand der Figuren 3 bis 14 näher erläutert wird. Teil der Einstellvorrichtung ist in allen Ausführungsvarianten der Klemmring 38. Allen Ausführungsvarianten ist gemeinsam, dass die Lagervorspannung ausgehend von einer Basis-Vorspannung, für die die Lageranordnung 2 konstruktiv ausgelegt ist, veränderbar ist, indem der Lagerspannring 36 in seiner Relativposition gegenüber der Statoreinheit 8 und entsprechend auch gleichzeitig gegenüber der Rotoreinheit 14 versetzt wird. Bei einigen Ausführungsvarianten wird dabei der Abstand zwischen dem Klemmring 38 und dem Lagerspannring 36 verändert, indem ein zwischen diesen beiden Teilen wirksames Spannelement eingebracht wird. In den meisten Ausführungsbeispielen ist die Basis- oder Grundeinstellung (Basis-Vorspannung) durch die Position des Klemmrings 38 festgelegt, der über die Befestigungsschrauben 40 in fester Position bezüglich der Statoreinheit 8 stirnseitig an dieser befestigt ist.
Der Klemmring 38 ist dabei üblicherweise gebildet durch zwei Ringteile, nämlich durch einen äußeren Spannringteil 38A sowie durch ein Halteteil 38B. Über den Spannringteil 38A wird die Spannkraft auf den Lagerspannring 36 übertragen.
Bei den Ausführungsvarianten gemäß Figur 3A und Figur 3B ist zur Einstellung der Lagervorspannung ein Distanzring 44 angeordnet, welcher bei der Ausführungsvariante gemäß der Figur 3A zwischen dem Halteringteil 38B und der Statoreinheit 8 eingespannt ist. Bei der Ausführungsvariante gemäß der Figur 3B ist der Distanzring 44 demgegenüber zwischen dem Spannringteil 38A und dem Lagerspannring 36 eingelegt. Der Distanzring 44 selbst ist in Figur 3C näher dargestellt. Er ist unterteilt in mehrere Ringsegmente 46 und weist jeweils Ausnehmungen 48 auf, welche u-förmig ausgebildet sind, so dass sie zu einer Radialseite, in der Ausführungsvariante der Figur 3C zur Außenseite, offen sind. Über die Dicke d des Distanzrings 44 lässt sich die Lagervorspannung einstellen. Es werden daher verschiedene Distanzringe 44 mit unterschiedlichen Dicken d vorgehalten und bei Bedarf in die Lageranordnung 2 eingesetzt. Der Austausch des Distanzrings 44 erfolgt dabei bei montierten Lagern 28A, 28B. Der Klemmring 40 bleibt dabei an der Statoreinheit 8 montiert und braucht nicht abgenommen zu werden. Dies ermöglicht eine einfache, auch nachträgliche Einstellung der Vorspannung nach einer Erstmontage beispielsweise im Rahmen von Wartungsarbeiten nach einer ersten Inbetriebnahme oder um von einem Sommer- auf Winterbetrieb umzustellen oder auch um im Laufe der Betriebszeit Verschleißerscheinungen zu kompensieren oder gegebenenfalls auch auf neue Belastungssituationen einzustellen.
Der Austausch des Distanzrings 44 erfolgt dabei insbesondere Segmentweise, das heißt es werden sukzessive die einzelnen Ringsegmente 46 entnommen und durch ein neues Ringsegment ersetzt bevor das nächste Ringsegment entnommen wird etc., so dass also der Lagerspannring 36 zu jeder Zeit über zumindest einen großen Umfang vom Distanzring 44 abgestützt ist. Bei der Ausführungsvariante gemäß der Figur 3A werden zunächst die Befestigungselemente 40 etwas gelöst, so dass die bestehende Spannung aufgelöst und die einzelnen Ringsegmente 46 sukzessive entnommen werden können.
Bei der Ausführungsvariante gemäß der Figur 3B werden die Befestigungsschrauben 40 nicht gelöst. Zur Aufhebung der Spannung ist in dem Spannringteil 38A eine Gewindebohrung 50 eingebracht, in die dann zu Montagezwecken eine hier nicht näher dargestellte Abdrückschraube eingeschraubt wird. Mit deren Hilfe wird der Lagerspannring 36 vom Klemmring 38 weggepresst, so dass die einzelnen Ringsegmente 46 entnommen werden können.
Bei der Ausführungsvariante der Figur 4 ist zur Einstellung der Lagervorspannung nunmehr eine Temperierung sowohl der Rotoreinheit 14 als auch der Statoreinheit 8 vorgesehen. Hierbei sind unterschiedliche Temperierzonen 52A bis 52C jeweils an der Rotoreinheit 14 als auch an der Statoreinheit 8 ausgebildet. Und zwar sind eine turmseitige Zone 52A, eine Zwischenzone 52B sowie eine rotorseitige
Temperierzone 52C ausgebildet. Über diese Temperierzonen 52A bis 52C werden allgemein die Statoreinheit 8 sowie die Rotoreinheit 14 gezielt temperiert, also entweder erwärmt oder gekühlt. Die Temperiereinrichtung ist insgesamt sowohl zur Kühlung als auch zur Erwärmung ausgelegt. Alternativ ist sie bevorzugt ledig- lieh zur Erwärmung unter Ausnutzung von Abwärme ausgebildet. Grundsätzlich wäre auch lediglich eine Kühlung unter Ausnutzung eines bestehenden Kühlsystems möglich. Die unterschiedlichen Temperierzonen 52A bis 52C können dabei unterschiedlich temperiert werden. Gleiches gilt auch für Statoreinheit 8 und Rotoreinheit 14. Die Zwischenzone B erstreckt sich zwischen den beiden Lagern 28A, 28B. Durch eine Kühlung der Zwischenzone 52B der Statoreinheit 8 lässt sich bei der Ausführungsvariante gemäß der Figur 4 beispielsweise die axiale Lagervorspannung erhöhen. Dies kann gleichzeitig durch eine Erwärmung der Zwischenzone 52B der Rotoreinheit 14 unterstützt werden. Gleichzeitig können die Endzonen 52A, C jeweils unabhängig von der Zwischenzone 52B temperiert werden. Beispielsweise werden die Zonen 52A, 52C der Statoreinheit 8 erwärmt werden. Hierdurch wird gleichzeitig eine radiale Vorspannung auf die Lager 28A, 28B ausgeübt.
Bei der Ausführungsvariante gemäß der Figur 5 ist zur Einstellung der Vorspannung der Klemmring 38 als eine Wellenmutter mit Innengewinde ausgebildet, die auf ein Gewinde 54 aufgeschraubt ist, welches stirnendseitig an der Statoreinheit 8 ausgebildet ist. Durch Verdrehen des Klemmrings 38 wird daher dessen axiale Position und damit die axiale Position des Lagerspannrings 36 versetzt. Zur Betätigung des Klemmrings 38 sind vorzugsweise hier nicht näher dargestellte Betätigungseinrichtungen wie beispielsweise eine Hebeleinrichtung oder auch ein ansteuerbarer beispielsweise elektromotorischer Antrieb vorgesehen. Über diesen ist eine dynamische Einstellung auch während des laufenden Betriebs problemlos möglich. Eine dynamische Einstellung ist auch bei der Ausführungsvariante gemäß Figur 4 ermöglicht.
Bei den Ausführungsvarianten der Figuren 6 bis 12 ist der Klemmring 38 wieder ähnlich zu dem der Ausführungsvarianten gemäß den Figuren 3A und 3B ausgebildet. Bei der Figur 6 ist anstelle eines Distanzrings 44 eine Spannschraube 56 in die Gewindebohrung 50 eingeschraubt und drückt direkt (Figur 6) oder auch indirekt unter Vermittlung eines Zwischenrings 58 (Figur 7) gegen den Lagerspannring 36. Bei der Ausführungsvariante gemäß der Figur 7 ist alternativ zu der Spannschraube 56 als Spannelement ein Hydraulikzylinder 60 angeordnet, welcher über einen Hydraulikstempel, im Ausführungsbeispiel ebenfalls unter Vermittlung eines Zwischenrings 58, eine Klemmkraft auf den Lagerspannring 36 ausübt.
Bei der Ausführungsvariante der Figur 9 ist eine hierzu alternative hydraulische Einstellvariante gezeigt, bei der im Spannringteil 38A unmittelbar ein Hydraulikstempel oder -kolben 62 gleitverschieblich gelagert ist, wobei am Grund einer Sacklochbohrung, in der der Hydraulikkolben gelagert ist, ein Fluidreservoir 64 für eine Hydraulikflüssigkeit ausgebildet ist. Diese steht in hier nicht näher dargestellter Weise mit einer Hydraulik-Versorgung in strömungstechnischer Verbindung, so dass über den Druck der Hydraulik Flüssigkeit der Hydraulikkolben 62 versetzbar ist, um eine gewünschte Vorspannung auf den Lagerspannring 36 auszuüben.
Bei der Ausführungsvariante gemäß Figur 10 ist zur Einstellung der Vorspannung ein Federelement 66 angeordnet, welches zwischen der Spannschraube 56 und einem Zwischenring 58 eingespannt ist. Über die Verstellung der Spannschraube 56 wird die Federvorspannung verändert und damit die Lagervorspannung.
Bei der Ausführungsvariante gemäß der Figur 11 ist als Spannelement nunmehr ein Piezoelement 67, insbesondere ein Piezostapel aus einer Vielzahl von einzelnen Piezoelementen eingesetzt, welcher wiederum zwischen dem Spannringteil 38A und dem Lagerspannring 36 unter Vermittlung des Zwischenrings 58 wirksam ist.
Ähnlich wie beim Ausführungsbeispiel der Figur 10 ist auch beim Ausführungsbeispiel der Figur 12 eine zweiteilige Ausbildung der Spannelemente vorgesehen, wobei neben der Spannschraube 56 noch ein zusätzliches Spannelement, im Ausführungsbeispiel der Figur 12 ein Spannkeil 68 angeordnet ist. Dieser ist an der Statoreinheit 8 in Längsrichtung verschieblich zwischen der Umfangsseite der Statoreinheit 8 und dem Lagerspannring 36 angeordnet. Dieser weist an seiner Innenringfläche eine zum Spannkeil 68 korrespondierende Keilfläche 70 auf. Über die Spannschraube 56 wird der Spannkeil 68 in Axialrichtung versetzt. Dadurch werden gleichzeitig sowohl die axiale als auch die radiale Lagervorspannung erhöht.
Bei der Ausführungsvariante gemäß der Figur 13 ist eine abgewandelte Ausführungsvariante einer Keilverstellung dargestellt, bei der der Klemmring 38 und die Statoreinheit 8 selbst einen Keilverbund bilden. Hierzu weißt die Statoreinheit 8 endseitig eine Keilfläche 70 und korrespondierend hierzu der Klemmring an seiner Innenringfläche eine korrespondierende Keilfläche 70 auf. Der Klemmring 38 ist entlang der Keilflächen 70 verschieblich und zwar mit Hilfe der Befestigungsschrauben 40 und übt auf den Lagerspannring 36 die gewünschte Vorspannung aus. Um die Belastung des Schraubenkopfes zu verringern ist in bevorzugter Weiterbildung zwischen dem Schraubenkopf und dem Klemmring 38 eine Distanzhülse angeordnet.
Bei der Ausführungsvariante gemäß Figur 14 ist schließlich wieder ein Distanzelement zwischen dem Klemmring 38 und dem Lagerspannring 36 eingespannt, über das der Abstand zwischen diesen beiden Teilen zur Einstellung der Vorspannung variierbar ist. Das Distanzelement ist hierbei als Keilring 72 ausgebildet, welcher umfangsseitig an seiner zum Klemmring 38 orientierten Stirnfläche eine Vielzahl von sägezahnartig ausgebildeten Keilflächen 70 aufweist. Korrespondierend hierzu sind auch am Klemmring 38 eine Vielzahl von Sägezähnen mit derartigen Keilflächen 70 ausgebildet. Zum Einstellen der Vorspannung wird der Keilring 52 verdreht, so dass die einander zugeordneten Keilflächen 70 aneinander gleiten und dadurch den Abstand vergrößern bzw. verkleinern. Die Verdrehung des Keilrings 72 erfolgt wiederum - ähnlich wie bei der Ausführungsvariante der Figur 5 mit dem als Wellenmutter ausgebildeten Klemmring 38 - über einen manuell betätigbaren Hebemechanismus oder -antrieb, vorzugsweise durch einen steuerbaren (elektromotorischen) Antrieb.
Die einzelnen Ausführungsvarianten für die Einsteilvorrichtung wurden jeweils anhand des bevorzugten Ausführungsbeispieles gemäß der Figur 1 bzw. Figur 2 erläutert. Die Ausführungsvarianten lassen sich jedoch grundsätzlich auch auf andere Lageranordnungen und Lagertypen übertragen. Ihre Anwendung ist daher nicht auf eine spezielle Lageranordnung gemäß Figur 1 beschränkt. Insbesondere können auch Rotor- und Statoreinheiten 8, 14 getauscht sein, das heißt je nach Ausführungsvariante kann innenliegend die Rotoreinheit 14 und außenliegend die Statoreinheit 8 ausgebildet sein.
In den Schnittdarstellungen der Figuren 2 bis 14 ist jeweils lediglich nur eine einzige Befestigungsschraube 40 bzw. Spannschraube 56 sowie weitere Spannelemente 58, 60, 62, 66, 67 dargestellt. Aufgrund der großen Dimensionen sind über den Umfang verteilt eine Vielzahl derartiger Verstell- oder Spannelemente angeordnet, beispielsweise unter einem Winkelabstand von 10 bis 20°. Bei den weiteren typischerweise ringförmigen Einstellelementen wie beispielsweise Distanzring 44, Spannkeil 68 oder auch Keilring 72 handelt es sich demgegenüber vorzugsweise um umlaufende ringförmige Elemente. Diese können jedoch auch aus einzelnen Teilen zusammen gesetzt sein. Insbesondere bei den Spannkeilen 68 können diese als Einzelstücke einer jeweiligen Spannschraube 56 zugeordnet sein. Vorzugsweise ist jedoch der Spannkeil 68 als umlaufender Spannkeil-Ring ausgebildet.
Die Ausführungsvarianten gemäß den Figuren 4, 5, 8, 9, 11 sowie 14 sind über entsprechende AnSteuerelemente in einfacher Weise auch während des Betriebes verstellbar. Insbesondere diese Varianten werden für eine dynamische Einstellung der Lagervorspannung in Abhängigkeit der aktuellen Betriebszustände beispielsweise eingestellt und nachjustiert. Hierzu ist eine entsprechende Steuer- und Regeleinheit ausgebildet, welche vorzugsweise in die normale Steuerung der Windkraftanlage integriert ist. Zur Regelung sind dabei vorzugsweise mehrere Messwertgeber angeordnet, die beispielsweise die aktuelle Windstärke, aktuelle Belastungswerte des Lagers erfassen und in Abhängigkeit dieser gemessenen Werte über die Einstellvorrichtung die Lagervorspannung nachjustieren. Hierüber ist auch eine vorausschauende Anpassung der Lagervorspannung für eine zu erwartende sich verändernde Lastbedingungen ermöglicht. Bezugszeichenliste
2 Lageranordnung 52C rotorseitige Temperierzone
4 Turm 54 Gewinde
6 Maschinenträger 56 Spannschraube
8 Statoreinheit 58 Zwischenring
10 Statorflansch 60 Hydraulikzylinder
12 Rotornabe 62 Hydraulikkolben
14 Rotoreinheit 64 Fluidreservoir
16 Rotorflansch 66 Federelement
18 Rotornabe (!! Vgl. 12) 67 Piezoelement
20 Generatorflansch 68 Spannkeil
22 Rotor 70 Keilfläche
24 Generator 72 Keilring
26 Stator
28A rotorseitiges Lager
28B turmseitiges Lager
29 Rotationsachse
30 Innenring
32 Außenring
34 Wälzkörper
36 Lagerspannring
38 Klemmring
38A Spannringteil
38B Halteringteil
40 Befestigungsschraube
42 Vorspannkreis
44 Distanzring
46 Segment
48 Ausnehmung
50 Gewindebohrung
52A turmseitige Temperierzone
52B Zwischenzone

Claims

Ansprüche
1. Lageranordnung (2) insbesondere für einen Rotor einer Windkraftanlage mit einer Statoreinheit (8) und einer Rotoreinheit (14), die über ein rotorseitiges Lager (28A) sowie ein turmseitiges Lager (28B) aneinander gelagert sind, wobei die beiden Lager (28A, 28B) beabstandet zueinander angeordnet sind und jeweils zwei Lagerringe, nämlich einen Innenring (30) und einen Außenring (32) umfassen wobei über die beiden Lager (28A, 28B), über die Rotoreinheit (14) und über die Statoreinheit (8) ein Vorspannkreis (42) gebildet ist, über den bei der Montage eine Basis-Vorspannung eingestellt ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass einer der Lagerringe (30,32) als Lagerspannring (36) ausgebildet ist und eine EinStelleinrichtung (38; 44; 52A,B,C; 56; 58; 60; 62; 66; 67; 68; 72) angeordnet ist, die einen Klemmring (38) umfasst, über den eine Vorspannung auf den Lagerspannring (36) gegenüber der Basis-Vorspannung veränderbar ist, so dass über den Vorspannkreis die Vorspannung beider Lager (28A, 28B) eingestellt wird.
2. Lageranordnung (2) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Klemmring (38) zwei Ringteile, nämlich ein Halteringteil (38B) und ein Spannringteil (38A) aufweist, wobei das Halteringteil (38B) mittels Befestigungselementen (40) gegen die Statoreinheit (8) oder die Rotoreinheit (14) verspannt ist und das Spannringteil (38A) zur Übertragung einer Vorspannung mit dem Lagerspannring (36) verbunden ist.
3. Lageranordnung (2) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Klemmring (38) und dem Lagerspannring (36) ein bei montierten Lagern auswechselbares Distanzelement (44) angeordnet ist und über die Dicke (d) des Distanzelements (44) die Vorspannung einstellbar ist.
Lageranordnung (2) nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Distanzelement als Distanzring (44) ausgebildet ist und in einzelne Segmente (46) unterteilt ist, die in radialer Richtung entnehmbar sind.
Lageranordnung (2) nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Segmente (46) zu einer Seite offene Ausnehmungen (48) aufweisen, durch die Befestigungselemente (40) durchführbar sind, so dass die Segmente (46) bei montierten Befestigungselementen (40) entnehmbar sind
Lageranordnung (2) nach einem der Ansprüche 3 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Distanzelement (44) zwischen dem Spannringteil (38A) und dem Lagerspannring (36) angeordnet ist.
Lageranordnung (2) nach einem der Ansprüche 2 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass in dem Spannringteil (38A) Gewindebohrungen (50) für Spann- oder Abdrückschrauben (56) ausgebildet sind.
Lageranordnung (2) nach einem der Ansprüche 2 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass am Spannringteil (38A) Spannelemente angeordnet sind, über die die Vorspannung auf den Lagerspannring (36) übertragbar ist, wobei als Spannelemente wahlweise vorgesehen sind Spannschrauben (56), Hydraulikzylinder (60), in den Spannringteil (38A) integrierte Hydraulikkolben (62), einstellbare Federelemente (66), Piezoelemente (67) oder zumindest ein Spannkeil (68).
Lageranordnung (2) nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
dass durch das Spannringteil (38A) Spannschrauben (56) geführt sind und diese auf ein weiteres Spannelement (66, 68) einwirken.
10. Lageranordnung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Einstellvorrichtung zur Temperierung der Rotoreinheit (14) und / oder der Statoreinheit (8) ausgebildet ist.
11. Lageranordnung (2) nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass in Axialrichtung mehrere Temperierzonen (52A, 52B, 52C) ausgebildet sind.
12. Lageranordnung (2) nach Anspruch 10 oder 11 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Einstellvorrichtung sowohl zur Erwärmung als auch zur Kühlung ausgebildet ist.
13. Lageranordnung (2) nach einem der Ansprüche 10 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass zur Temperierung beim Betrieb anfallende Abwärme und/oder ein bestehendes Kühlsystem herangezogen wird.
14. Lageranordnung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass an der Statoreinheit (8) oder der Rotoreinheit (14) ein Gewinde (54) ausgebildet ist und der Klemmring (38) auf das Gewinde (54) aufgeschraubt ist und zur Einstellung der Vorspannung gegen den Lagerspannring (36) verstellbar ist.
15. Lageranordnung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein verstellbarer Kegelverbund angeordnet ist mit einem ersten Kegelelement, insbesondere der Klemmring (38) und einem zweiten Kegelele- ment, insbesondere die Statoreinheit (8) oder die Rotoreinheit (14), wobei das eine Kegelelement gegen den Lagerspannring (36) versetzbar ist.
Lageranordnung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass zwischen dem Klemmring (38) und dem Lagerspannring (36) ein verdrehbarer Keilring (72) mit in Umfangsrichtung ansteigenden Keilflächen (70) angeordnet ist, die mit zugeordneten Keilfächen (70) am Klemmring (38) zusammenwirken, so dass bei einer Verdrehung des Keilrings (72) der Abstand zwischen Klemmring (38) und Lagerspannring (36) variiert wird.
Lageranordnung (2) insbesondere für die Lagerung eines Rotors (22) einer Windkraftanlage umfassend zumindest ein Lager (28A, 28B) zur Lagerung einer Rotoreinheit (14) an einer Statoreinheit (8) und das Lager (28A, 28B) zwei Lagerringe, nämlich einen Innenring (30) und einen Außenring (32) aufweist, wobei die beiden Lagerringe (30, 32) mit einer Basis-Vorspannung gegeneinander verspannt sind,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Vorspannung des Lagers (28A, B) mit Hilfe einer Einsteileinrichtung (38; 44; 52A,B,C; 56; 58; 60; 62; 66; 67; 68; 72) gegenüber der Basis- Vorspannung veränderbar ist, und die Einsteileinrichtung (38; 44; 52A,B,C; 56; 58; 60; 62; 66; 67; 68; 72) insbesondere die Merkmale eines der Ansprüche 2 bis 15 aufweist.
Verfahren zur Einstellung der Vorspannung einer Lageranordnung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer Statoreinheit (16) und einer Rotoreinheit (14), wobei eine EinStelleinrichtung (38; 44; 52A,B,C; 56; 58; 60; 62; 66; 67; 68; 72) angeordnet ist, über die bei Bedarf die Vorspannung im Vergleich zu einer Basis- Vorspannung variiert wird.
Verfahren nach Anspruch 18,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Vorspannung nach der Erstmontage variierbar ist.
Verfahren nach Anspruch 18 oder 19,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Vorspannung während des Betriebs veränderbar ist.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 20,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Vorspannung bei einer veränderten Betriebsbedingung entsprechend einer veränderten Belastungssituation eingestellt wird.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 21 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Vorspannung in Abhängigkeit von aktuellen Messgrößen, insbesondere in Abhängigkeit von Umgebungsmessgrößen wie Windmessungen oder Windprognosen dynamisch eingestellt wird.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 22,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Vorspannung dynamisch mit Hilfe eines Regelkreises während des Betriebes vorgenommen wird.
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