WO2015144805A1 - Lageranordnung zur drehbaren lagerung eines turbinenblattes an einer turbinennabe - Google Patents

Lageranordnung zur drehbaren lagerung eines turbinenblattes an einer turbinennabe Download PDF

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turbine blade
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Stefan HENNEMANN
Siegfried Derrer
Matthias Gessendorfer
Sigrid HASENBANK
Holger Kristandt
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    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Definitions

  • Bearing arrangement for rotatably supporting a turbine blade on a
  • the following invention is in the field of rotatably supporting a turbine blade on a turbine hub.
  • Turbine blades are often rotatably supported by bearings on a turbine hub. It may be possible that the turbine blades are exposed to strong compressive forces, and the corresponding bearings are exposed to high axial and radial loads. To withstand these forces conventionally simple tapered roller bearings can be used in so-called O-arrangement. These can each store a shaft to which in turn the blade and a toothing for blade adjustment are attached. A large bearing clearance may be required to accommodate the high forces and moments to avoid overloading the bearings.
  • conventional pivot bearings such as preloaded multi-row cylindrical roller bearings, cross roller bearings or double-row four-point bearings with internal toothing come into consideration, as they are often used for example in wind power as a blade bearing.
  • the leaves can be loaded by high hydrodynamic forces, eg thrust, shear forces or moments. Since a movable storage of the leaves may be desirable, such as to control the rotational speed of the rotor to turn the blades according to the flow direction or stop the turbine by appropriate blade position, the sheet storage can be exposed to great forces and especially moments.
  • the installation space for pitch adjustment and storage can However, be limited radially as well as axially, which can give problems in conventional solutions.
  • conventional solutions in terms of production and sales price can be comparatively expensive, and assembly can prove unnecessarily complicated. These problems may include submarine turbines as well as other areas of engineering where the use of turbines plays a role. Functional integration is desirable for cost reasons, to reduce complexity and to simplify assembly.
  • Embodiments relate to an underwater turbine for power generation by water flow.
  • the underwater turbine includes a hub, a turbine blade, and a bearing assembly for rotatably supporting a turbine blade on a turbine hub.
  • the turbine blade is rotatably connected to the hub by means of the bearing arrangement.
  • the bearing assembly comprises a double row tapered roller bearing.
  • the tapered roller bearing has an inner toothing rotatably connected to a bearing inner ring of the tapered roller bearing for connecting a drive for rotating the turbine blade. It may thus be possible to use the bearing assembly in an environment where increased tilting stiffness may be required.
  • a high tilting stiffness can be achieved with at least one bearing and at the same time a connection possibility for blade adjustment can be provided. This can possibly save installation space and production costs and reduce assembly costs.
  • a bearing ring of the tapered roller bearing is separated by a gap from another bearing ring of the tapered roller bearing.
  • the bearing ring is in contact with a first row of rolling elements.
  • the further bearing ring is in contact with a second row of rolling elements.
  • the first and the second row of rolling elements are also in contact with a counter ring of the tapered roller bearing. This can be a Pretension of the bearing can be generated. In addition, manufacturing or assembly costs can be reduced.
  • the bearing ring correspond to the bearing inner ring, the further bearing ring another bearing inner ring and the mating ring a bearing outer ring of the tapered roller bearing.
  • the bearing ring correspond to a bearing outer ring, the further bearing ring another bearing outer ring and the counter ring the bearing inner ring of the tapered roller bearing.
  • a bearing inner ring or a bearing outer ring can be made at least two parts.
  • the bearing ring has at least one bore with an axial course and the further bearing ring has at least one further bore with an axial course.
  • the at least one bore and the at least one further bore are aligned substantially flush with each other. This can allow insertion of a connecting means, for example a bolt or a screw, with the aid of which a preload of the bearing can be generated. This in turn can reduce the risk of occurrence of standstill markings, since an existing clearance between rolling elements and running surfaces can promote the occurrence of standstill markings.
  • the bearing inner ring further includes a fastening device for securing the turbine blade. It may thus be possible to use the bearing for mounting a variety of turbine blades. In other words, a flexible use can be made possible.
  • the bearing inner ring is further rotatably connected to an additional ring.
  • the additional ring has the internal teeth.
  • the underwater turbine further includes a drive pinion coupled to a drive unit.
  • the drive pinion is engaged with the internal teeth of the bearing assembly.
  • the turbine blade is rotatable by means of the drive pinion by the drive unit.
  • Embodiments also relate to a method for rotating a turbine blade connected to a bearing inner race of a double row tapered roller bearing with respect to a turbine hub.
  • the method comprises connecting a drive to an inner toothing rotatably connected to the bearing inner ring of the double row tapered roller bearing.
  • the method also includes rotating the drive.
  • FIG. 1 shows a bearing assembly according to an embodiment
  • FIG. 3 shows an underwater turbine with a bearing arrangement according to an embodiment
  • FIG. 4 shows a flowchart of a method for the rotatable mounting of a turbine blade on a turbine hub according to one exemplary embodiment.
  • FIG. 1 shows a bearing arrangement 100 for the rotatable mounting of a turbine blade on a turbine hub according to a first exemplary embodiment.
  • the bearing assembly 100 comprises a double row tapered roller bearing 102.
  • the tapered roller bearing 102 has an inner toothing 106 rotatably connected to a bearing inner race 104-1 of the tapered roller bearing 102 for connecting a drive for rotating the turbine blade.
  • the tapered roller bearing 102 has a bearing ring 104-1 and a further bearing ring 104-2 and a counter ring 108.
  • the bearing ring 104-1 corresponds to the inner ring 104-1
  • the further bearing ring 104-2 corresponds to a further inner ring 104-2
  • the counter ring 108 corresponds to an outer ring 108.
  • the inner toothing 106 can also be attached to the further inner ring 104-2 to be appropriate.
  • the bearing inner ring 104-1 and the further bearing inner ring 104-2 are separated by a gap 110, and each comprise a tread. Opposite these are two treads covered by the outer ring 108.
  • the inner ring 104-1 can be supported against the outer ring 108 under the action of axial and radial forces, and over a series of further tapered rollers 112-2 the further inner ring 104-2 against the outer ring 108.
  • bearing cages 113-1; 113-2 be present.
  • the tapered rollers 112-1 are inclined by about 90 ° against the further tapered rollers 112-2 so that their axes of rotation intersect a bearing axis in each case at an angle of about 45 ° and together form an angle of about 90 ° open radially outwards.
  • angles may well also differ from these, in connection with FIGS. 1 and 2 merely by way of example mentioned amounts.
  • the arrangement described here is also referred to as O-arrangement.
  • an X-arrangement may also be used.
  • the inner ring 104-1 further has bores 116-1 distributed over the circumference, and the further inner ring 104-2 has further bores 116-2 distributed over the circumference.
  • the drilling gene 116-1; 116-2 are each aligned parallel to a bearing axis and flush with each other, in other words their central axes 118-1 coincide; 118-2, which are shown in Fig. 1 as dashed lines.
  • a connecting means through the bores 116-1; 116-2 introduce, for example, a screw or a bolt to thereby, possibly with the help of a corresponding counterpart
  • the bearing 102 is biased.
  • the surfaces of the inner rings 104-1; 104-2 adapt by grinding. By biasing the bearing 102, the risk of stoppage marks on the treads, e.g. can be reduced by vibrations, changing loads or swelling loads.
  • the bores 116-1; 116-2 serve as fastening means for the turbine blade on the inner ring 104-1 or the further inner ring 104-2.
  • outer ring 108 has additional circumferentially distributed holes 120, which is also oriented parallel to a bearing axis. This can serve, for example, a fastening of the tapered roller bearing 102 on a turbine hub.
  • FIG. 2 shows a second exemplary embodiment of a bearing arrangement 200 for the rotatable mounting of a turbine blade on a turbine hub.
  • the bearing assembly 200 includes again a double-row tapered roller bearing 202.
  • the tapered roller bearing 202 has a with a bearing inner ring 208 of the tapered roller bearing 202 rotatably connected internal teeth 206 for connecting a drive for rotating the turbine blade.
  • the bearing ring 204-1 corresponds to the outer ring 204-1
  • the further bearing ring 204-2 corresponds to a further outer ring 204-2
  • the counter ring 208 corresponds to an inner ring 208.
  • the bearing outer ring 204-1 and the further outer bearing ring 204-2 are connected by a Slit 210 separated from each other, and each comprise a tread. These opposite are two covered by the inner ring 208 treads. Through a series of tapered rollers 212-1, the inner ring 208 can act on axial and radial
  • the tapered rollers 212-1 are inclined relative to the other tapered rollers 212-2 by an angle of about 90 ° to each other, so that their axes of rotation intersect a bearing axis in each case at an angle of about 45 ° and together open an angle radially inwardly of about 90 ° form. This arrangement is also referred to as X-arrangement.
  • the outer ring 204-1 further comprises circumferentially distributed holes 116-1, and the further outer ring 204-2 distributed over the circumference further holes 216-2.
  • the holes 216-1; 216-2 are each parallel to a bearing axis and aligned flush with each other, in other words their central axes 218-1 coincide; 218-2, which are shown in Fig. 2 as dashed lines. It can here, according to the principle already explained with reference to FIG. 1 by means of a connecting means, a bias voltage are generated, from which also the effects mentioned above can arise.
  • the bores may also be used to connect the tapered roller bearing 202 to a turbine hub.
  • the inner ring 208 on the circumference distributed additional holes 220 which is also oriented parallel to a bearing axis. This can for example serve to secure the inner ring 208 of the tapered roller bearing 102 to the turbine blade.
  • the internal toothing 106; 206 is applied on an additional ring. This additional ring could by means of force, form or material connection to the inner ring 104-1; 208 are connected rotatably.
  • the internal toothing could be exchangeable with the bearing 102; 202 connected.
  • also seals and lubrication channels on and in the bearing 102; 202 are provided to allow easy lubrication, for example, with oil or fat. It may also be possible, the bearing 102; 202 seal so that a complete filling of the interior of a turbine hub with lubricant can be omitted.
  • FIG. 3 shows an underwater turbine 300 comprising a turbine hub 302 and three turbine blades 304.
  • the underwater turbine 300 may be configured to generate energy by water flow.
  • the turbine blades 304 are rotatably mounted by bearing assemblies 100 in a radial plane about the hub 302, about 120 ° apart from each other.
  • the three turbine blades 304 and the associated bearing arrangements 100 in FIG. 3 are identical with respect to their structure and mode of operation, and therefore will be explained in greater detail only with reference to the turbine blade 304 facing a viewer in FIG.
  • the structure of the bearing assembly 100 is substantially similar to that described in FIG. 1, and is merely illustrative of functionality. However, it can also be used a bearing assembly according to the embodiment shown in Fig. 2.
  • the bearing assembly 100 in Fig. 3 has an outer ring 108 which is connected to the turbine hub, for example by means of screws.
  • an inner ring 104-1 with an inner toothing 106 and a further inner ring 104-2 are present.
  • the inner ring 104-1 and optionally also the further inner ring 104-2 are connected to the turbine blade 304, for example by screws.
  • the inner rings 104-1; 104-2 are also interconnected and rotatable with respect to the turbine hub 302.
  • the turbine blade 304 is rotatably supported by the bearing assembly 100 relative to the hub 302.
  • the underwater turbine also has a drive pinion 306.
  • the drive pinion is supported to engage the internal gear 106 and rotation of the drive pinion 306 causes rotation of the inner ring 104-1, and thus the turbine blade 304.
  • the rotation of the drive pinion 306 can via a drive unit 308, for example a motor with gearbox, to be controlled.
  • a bearing of the turbine blade 304 on a shaft or a rotation of the turbine blade 304 by means of a shaft can be omitted.
  • 4 shows a method 400 for rotating a turbine blade connected to a bearing inner ring of a double row tapered roller bearing with respect to a turbine hub.
  • the method 400 includes connecting 402 of a drive to an inner toothing rotatably connected to the bearing inner ring of the double row tapered roller bearing.
  • the method 400 also includes rotating 404 the drive.
  • the double row tapered roller bearing explained in exemplary embodiments can also be referred to as "Nautilus”, in smaller embodiments also as “Baby Nautilus” or “Mini Nautilus.”
  • the tapered roller bearing comprises an internal toothing and can support the mounting of turbine blades.
  • the bearing may provide improved stability over conventional concepts at high pressure angles and, in some embodiments, may have holes for attaching structural parts such as a turbine hub or turbine blade thereto
  • the internal teeth on one of the inner rings or the inner ring can be used to achieve blade pitch adjustment using a gearbox and / or a motor Tilting rigidity can be achieved.

Abstract

Eine Unterwasserturbine zur Energieerzeugung durch Wasserströmung umfasst eine Nabe, ein Turbinenblatt und eine Lageranordnung (100) zur drehbaren Lagerung eines Turbinenblattes an einer Turbinennabe. Das Turbinenblatt ist mittels der Lageranordnung (100) drehbar mit der Nabe verbunden. Die Lageranordnung (100) umfasst ein doppelreihiges Kegelrollenlager (102). Das Kegelrollenlager (102) weist eine mit einem Lagerinnenring (104-1; 104-2) des Kegelrollenlagers (102) drehfest verbundene Innenverzahnung (106) zum Anbinden eines Antriebs zum Drehen des Turbinenblattes auf.

Description

B e s c h r e i b u n g
Lageranordnung zur drehbaren Lagerung eines Turbinenblattes an einer
Turbinennabe
Die nachfolgende Erfindung liegt auf dem Gebiet der drehbaren Lagerung eines Turbinenblattes an einer Turbinennabe.
In vielen Bereichen der Technik, beispielsweise bei Unterwasserkraftwerken, kommen Turbinen zum Einsatz. Hierbei werden Turbinenblätter oft mit Hilfe von Lagern drehbar auf einer Turbinennabe gelagert. Dabei kann es möglich sein, dass die Turbinenblätter starken Druckkräften ausgesetzt sind, und die entsprechenden Lager hohen axialen und radialen Belastungen ausgesetzt sind. Um diesen Kräften standzuhalten, können konventionell einfache Kegelrollenlager in sogenannter O- Anordnung zum Einsatz kommen. Diese können jeweils eine Welle lagern, an die wiederum das Blatt als auch eine Verzahnung zur Blattverstellung angebracht sind. Es kann ein großer Lagerabstand erforderlich sein, um die hohen Kräfte und Momente aufzunehmen, um eine Überlastung der Lager zu vermeiden. Als konventionelle Alternative können klassische Schwenklager, beispielsweise vorgespannte mehrreihige Zylinderrollenlager, Kreuzrollenlager oder zweireihige Vierpunkt- lager mit Innenverzahnung in Betracht kommen, wie sie beispielsweise auch in der Windkraft als Blattlager häufig eingesetzt werden.
Jedoch können beispielsweise bei Gezeitenturbinen die Blätter durch hohe hydrodynamische Kräfte, z.B. Schub, Querkräfte oder Momente belastet werden. Da eine bewegliche Lagerung der Blätter erstrebenswert sein kann, etwa um die Drehzahl des Rotors zu kontrollieren, die Blätter entsprechend der Strömungsrichtung zu drehen oder die Turbine durch entsprechende Blattstellung anzuhalten, kann auch die Blattlagerung großen Kräften und v.a. Momenten ausgesetzt sein. Der Bauraum für Blattverstellung und -lagerung kann jedoch radial als auch axial begrenzt sein, was bei konventionellen Lösungen Probleme ergeben kann. Zudem können konventionelle Lösungen bezogen auf Produktion und Verkaufspreis vergleichsweise teuer sein, und eine Montage kann sich als unnötig kompliziert erweisen. Diese Probleme können neben Unterwasserturbinen auch andere Bereiche der Technik betreffen, bei denen die Verwendung von Turbinen eine Rolle spielt. Eine Funktionsintegration ist aus Kostengründen, zur Reduktion der Komplexität und zur Vereinfachung der Montage erstrebenswert.
Es ist daher wünschenswert, einen Kompromiss aus Kosten, Komplexität, Montage- und Wartungsaufwand und Bauraumerfordernissen zu verbessern.
Diesen Anforderungen tragen eine Lageranordnung gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1 und ein Verfahren zur drehbaren Lagerung eines Turbinenblattes an einer Turbinennabe gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 10 Rechnung.
Ausführungsbeispiele beziehen sich auf eine Unterwasserturbine zur Energieerzeugung durch Wasserströmung. Die Unterwasserturbine umfasst eine Nabe, ein Turbinenblatt und eine Lageranordnung zur drehbaren Lagerung eines Turbinenblattes an einer Turbinennabe. Das Turbinenblatt ist mittels der Lageranordnung drehbar mit der Nabe verbunden. Die Lageranordnung umfasst ein doppelreihiges Kegelrollenlager. Das Kegelrollenlager weist eine mit einem Lagerinnenring des Kegelrollenlagers drehfest verbundene Innenverzahnung zum Anbinden eines Antriebs zum Drehen des Turbinenblattes auf. Es kann somit möglich sein, die Lageranordnung in einer Umgebung zu verwenden, wo eine erhöhte Kipp Steifigkeit erforderlich werden kann. So kann bereits mit wenigstens einem Lager eine hohe Kipp Steifigkeit erzielt und gleichzeitig eine Anbindungsmöglichkeit zur Blattverstellung bereitgestellt werden. Dadurch können möglicherweise Bauraum und Produktionskosten eingespart und Montageaufwand reduziert werden.
Bei manchen Ausführungsbeispielen ist ein Lagerring des Kegelrollenlagers durch einen Spalt von einem weiteren Lagerring des Kegelrollenlagers getrennt. Dabei steht der Lagerring mit einer ersten Wälzkörperreihe in Anlage. Der weitere Lagerring steht mit einer zweiten Wälzkörperreihe in Anlage. Außerdem stehen die erste und die zweite Wälzkörperreihe ferner mit einem Gegenring des Kegelrollenlagers in Anlage. Hierdurch kann eine Vorspannung des Lagers erzeugt werden. Außerdem können Herstellungs- oder Montageaufwand reduziert werden.
Bei einigen Ausführungsbeispielen entsprechen der Lagerring dem Lagerinnenring, der weitere Lagerring einem weiteren Lagerinnenring und der Gegenring einem Lageraußenring des Kegelrollenlagers. Bei anderen Ausführungsbeispielen entsprechen der Lagerring einem Lageraußenring, der weitere Lagerring einem weiteren Lageraußenring und der Gegenring dem Lagerinnenring des Kegelrollenlagers. Je nach Verwendungszweck oder Geometrie eines verfügbaren Bauraumes kann also eine von mehreren Varianten gewählt werden. Mit anderen Worten können also ein Lagerinnenring oder ein Lageraußenring wenigstens zweiteilig ausgeführt sein.
Bei manchen Ausführungsbeispielen weist der Lagerring wenigstens eine Bohrung mit axialem Verlauf und der weitere Lagerring wenigstens eine weitere Bohrung mit axialem Verlauf auf. Die wenigstens eine Bohrung und die wenigstens eine weitere Bohrung sind dabei im Wesentlichen bündig aufeinander ausgerichtet. Dies kann ein Einbringen eines Verbindungsmittels, beispielsweise eines Bolzens oder einer Schraube, ermöglichen, mit dessen Hilfe eine Vorspannung des Lagers erzeugt werden kann. Dadurch wiederum kann ein Risiko eines Auftretens von Stillstandsmarkierungen verringert werden, da ein vorhan- denes Spiel zwischen Wälzkörpern und Laufflächen das Auftreten von Stillstandsmarkierungen begünstigen kann.
Bei einigen Ausführungsbeispielen weist der Lagerinnenring ferner eine Befestigungsvorrichtung zum Befestigen des Turbinenblattes auf. Es kann somit möglich sein, das Lager für eine Montage verschiedenartiger Turbinenblätter zu verwenden. Mit anderen Worten kann ein flexibler Einsatz ermöglicht werden.
Bei manchen Ausführungsbeispielen ist der Lagerinnenring ferner mit einem zusätzlichen Ring drehfest verbunden. Der zusätzliche Ring weist dabei die Innenverzahnung auf. Dadurch kann beispielsweise ein Nachrüsten der Innenverzahnung auf einem bereits vorhandenen Lager erfolgen. Auch kann die Verzahnung, etwa bei Verschleiß, ausgewechselt werden, und dabei ein Auswechseln des gesamten Lagers vermieden werden. Bei manchen Ausführungsbeispielen umfasst die Unterwasserturbine ferner ein an eine Antriebseinheit gekoppeltes Antriebsritzel. Das Antriebsritzel steht mit der Innenverzahnung der Lageranordnung in Eingriff. Dadurch ist das Turbinenblatt vermittels des Antriebsritzels durch die Antriebseinheit drehbar. Somit kann eine erhöhte Belastbarkeit der Lageranordnung zusammen mit einer Möglichkeit zur Blattverstellung realisiert werden.
Ausführungsbeispiele beziehen sich ferner auf ein Verfahren zum Drehen eines mit einem Lagerinnenring eines doppelreihigen Kegelrollenlagers verbundenen Turbinenblattes bezüglich einer Turbinennabe. Das Verfahren umfasst ein Anbinden eines Antriebs an eine mit dem Lagerinnenring des doppelreihigen Kegelrollenlagers drehfest verbundene Innenverzahnung. Das Verfahren umfasst außerdem ein Drehen des Antriebs. Hierdurch kann ein Kompromiss aus Stabilität der Lageranordnung und Funktionalität durch eine Möglichkeit zur Blattverstellung verbessert werden. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden nachfolgenden anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen, auf welche Ausführungsbeispiele jedoch nicht beschränkt sind, näher beschrieben. Es zeigen im Einzelnen:
Fig. 1 eine Lageranordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 2 eine weitere Lageranordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 3 eine Unterwasserturbine mit einer Lageranordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
Fig. 4 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur drehbaren Lagerung eines Turbinenblattes an einer Turbinennabe gemäß einem Ausführungsbeispiel.
Bei der nachfolgenden Beschreibung der beigefügten Darstellungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten. Ferner werden zusammenfassende Bezugszeichen für Komponenten und Objekte verwendet, die mehrfach in einem Aus- führungsbeispiel oder in einer Darstellung auftreten, jedoch hinsichtlich eines oder mehrerer Merkmale gemeinsam beschrieben werden. Komponenten oder Objekte, die mit gleichen oder zusammenfassenden Bezugszeichen beschrieben werden, können hinsichtlich einzelner, mehrerer oder aller Merkmale, beispielsweise ihrer Dimensionierungen, gleich, jedoch gegebenenfalls auch unterschiedlich ausgeführt sein, sofern sich aus der Beschreibung nicht etwas anderes explizit oder implizit ergibt. Fig. 1 zeigt eine Lageranordnung 100 zur drehbaren Lagerung eines Turbinenblattes an einer Turbinennabe gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Die Lageranordnung 100 umfasst ein doppelreihiges Kegelrollenlager 102. Das Kegelrollenlager 102 weist eine mit einem Lagerinnenring 104-1 des Kegelrollenlagers 102 drehfest verbundene Innen Verzahnung 106 zum Anbinden eines Antriebs zum Drehen des Turbinenblattes auf.
Bei einigen Ausführungsbeispielen weist das Kegelrollenlager 102 einen Lagerring 104-1 und einen weiteren Lagerring 104-2 sowie einen Gegenring 108 auf. In einigen Ausführungsbeispielen entspricht der Lagerring 104-1 dem Innenring 104-1, der weitere Lagerring 104-2 einem weiteren Innenring 104-2 und der Gegenring 108 einem Außenring 108. Bei weiteren Ausführungsbeispielen kann die Innenverzahnung 106 auch an dem weiteren Innenring 104-2 angebracht sein. Der Lagerinnenring 104-1 und der weitere Lagerinnenring 104-2 sind durch einen Spalt 110 voneinander getrennt, und umfassen jeweils eine Lauffläche. Diesen gegenüberliegend befinden sich zwei von dem Außenring 108 umfasste Laufflächen. Über eine Reihe Kegelrollen 112-1 kann der Innenring 104-1 bei Wirkung axialer und radialer Kräfte gegen den Außenring 108 abgestützt werden, und über eine Reihe weiterer Kegelrollen 112-2 der weitere Innenring 104-2 gegen den Außenring 108. Zwei gepunktstrichelte Linien markieren dabei einen Kraftverlauf 114-1; 114-2, bei dem die abstützende Wirkung der jeweiligen Innenringe 104-1; 104-2 maximal ist. Gegebenenfalls können Lagerkäfige 113-1; 113-2 vorhanden sein. Die Kegelrollen 112-1 sind dabei gegen die weiteren Kegelrollen 112-2 um etwa 90° geneigt, sodass ihre Drehachsen eine Lagerachse jeweils in einem Winkel von etwa 45° schneiden und gemeinsam einen radial nach außen geöffneten Winkel von etwa 90° bilden. Bei anderen Ausführungsbeispielen können die Winkel durchaus auch von diesen, im Zusammenhang mit Fig. 1 und 2 lediglich beispielhaft genannten, Beträgen abweichen. Die hier beschriebene Anordnung wird auch als O-Anordnung bezeichnet. Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen kann auch eine X- Anordnung verwendet werden.
Der Innenring 104-1 weist ferner über den Umfang verteilte Bohrungen 116-1 auf, und der weitere Innenring 104-2 über den Umfang verteilte weitere Bohrungen 116-2. Die Bohrun- gen 116-1; 116-2 sind jeweils parallel zu einer Lagerachse und bündig aufeinander ausgerichtet, mit anderen Worten koinzidieren ihre Mittelachsen 118-1; 118-2, die in Fig. 1 als gestrichelte Linien dargestellt sind. Dadurch kann es ermöglicht werden, ein Verbindungsmittel durch die Bohrungen 116-1; 116-2 einzuführen, z.B. eine Schraube oder einen Bolzen, um dadurch, eventuell unter Zuhilfenahme eines entsprechenden Gegenstücks
(Mutter, Flansch oder auch ein Umbauteil) eine Kraft zu erzeugen, durch die der Innenring 104-1 in Richtung des weiteren Innenrings 104-2 gedrückt wird. Da der Spalt 110 vor Montage des Verbindungsmittels ein Spiel der Innenringe 104-1; 104-2 in axialer Richtung ermöglichen kann, kann diese Kraft auf die Kegelrollen 112-1; 112-2 übertragen werden, sodass ein Spiel der Kegelrollen 112-1; 112-2 verringert oder sogar verhindert werden kann. Mit anderen Worten wird das Lager 102 vorgespannt. In manchen Ausführungsbeispielen kann es auch möglich sein, die den Spalt 110 eingrenzenden Flächen der Innenringe 104-1; 104-2 durch Schleifen anzupassen. Durch die Vorspannung des Lagers 102 kann die Gefahr von Stillstandsmarkierungen auf den Laufflächen, die z.B. durch Vibrationen, wechselnde Lasten oder schwellende Lasten entstehen können, reduziert werden. Ferner können die Bohrungen 116-1; 116-2 als Befestigungsmittel für das Turbinenblatt an dem Innenring 104-1 oder dem weiteren Innenring 104-2 dienen.
Durch den Abstand der beiden Reihen Kegelrollen 112-1; 112-2 voneinander und die geo- metrische Form der Kegelrollen 112-1; 112-2 kann bei einem großen Druckwinkel eine gegenüber anderen Lagertypen vergleichsweise große Stützweite erreicht werden. Die Schnittpunkte der Drucklinien 114-1 bzw. 114-2 auf der Lagerachse bilden die sogenannten Druckmittelpunkte. Die Stützweite kann zumindest teilweise durch einen Abstand der Druckmittelpunkte der Kegelrollen 112-1; 112-2 bestimmt werden. Eine Kraft auf das Turbinenblatt, die bei ausreichendem Spiel eine Verkippung des Lagers 102 bewirken würde, kann vergleichsweise gut aufgenommen werden. Dadurch kann auf geringem Bauraum eine hohe Kipp Steifigkeit erzeugt werden.
Ferner weist der Außenring 108 zusätzliche über den Umfang verteilte Bohrungen 120 auf, die ebenfalls parallel zu einer Lagerachse orientiert ist. Diese kann beispielsweise einer Befestigung des Kegelrollenlagers 102 an einer Turbinennabe dienen.
Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer Lageranordnung 200 zur drehbaren Lagerung eines Turbinenblattes an einer Turbinennabe. Die Lageranordnung 200 umfasst wiederum ein doppelreihiges Kegelrollenlager 202. Das Kegelrollenlager 202 weist eine mit einem Lagerinnenring 208 des Kegelrollenlagers 202 drehfest verbundene Innenverzahnung 206 zum Anbinden eines Antriebs zum Drehen des Turbinenblattes auf. In weiteren Ausführungsbeispielen entspricht der Lagerring 204-1 dem Außenring 204-1, der weitere Lagerring 204-2 einem weiteren Außenring 204-2 und der Gegenring 208 einem Innenring 208. Der Lageraußenring 204-1 und der weitere Lageraußenring 204-2 sind durch einen Spalt 210 voneinander getrennt, und umfassen jeweils eine Lauffläche. Diesen gegenüberliegend befinden sich zwei von dem Innenring 208 umfasste Laufflächen. Über eine Reihe Kegelrollen 212-1 kann der Innenring 208 bei Wirkung axialer und radialer
Kräfte gegen den Außenring 204-1 abgestützt werden, und über eine Reihe weiterer Kegelrollen 212-2 gegen den weiteren Außenring 204-2. Zwei gepunktstrichelte Linien markieren dabei einen Kraftverlauf 214-1; 214-2, bei dem die abstützende Wirkung der jeweiligen Außenringe 204-1; 204-2 maximal ist. Gegebenenfalls können Lagerkäfige 213-1; 213-2 vorhanden sein. Die Kegelrollen 212-1 sind dabei gegen die weiteren Kegelrollen 212-2 um einen Winkel von etwa 90° zueinander geneigt, sodass ihre Drehachsen eine Lagerachse jeweils in einem Winkel von etwa 45° schneiden und gemeinsam einen radial nach innen geöffneten Winkel von etwa 90° bilden. Diese Anordnung wird auch als X- Anordnung bezeichnet.
Der Außenring 204-1 weist ferner über den Umfang verteilte Bohrungen 116-1 auf, und der weitere Außenring 204-2 über den Umfang verteilte weitere Bohrungen 216-2. Die Bohrungen 216-1; 216-2 sind jeweils parallel zu einer Lagerachse und bündig aufeinander ausgerichtet, mit anderen Worten koinzidieren ihre Mittelachsen 218-1; 218-2, die in Fig. 2 als gestrichelte Linien dargestellt sind. Es kann hier, entsprechend dem anhand von Fig. 1 bereits erläuterten Prinzip mittels eines Verbindungsmittels eine Vorspannung erzeugt werden, aus der sich auch die bereits genannten Effekte ergeben können. Die Bohrungen können auch genutzt werden, um das Kegelrollenlager 202 mit einer Turbinennabe zu verbinden.
Ferner weist der Innenring 208 über den Umfang verteilte zusätzliche Bohrungen 220 auf, die ebenfalls parallel zu einer Lagerachse orientiert ist. Diese kann beispielsweise einer Befestigung des Innenrings 208 des Kegelrollenlagers 102 an dem Turbinenblatt dienen. Bei den beiden Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 1 und 2 kann es prinzipiell auch möglich sein, dass die Innenverzahnung 106; 206 auf einem zusätzlichen Ring aufgebracht ist. Dieser zusätzliche Ring könnte mittels Kraft-, Form- oder Stoffschluss an den Innenring 104-1; 208 drehfest angebunden werden. Die Innenverzahnung könnte so austauschbar mit dem Lager 102; 202 verbunden sein. Ferner können ebenfalls Dichtungen und Schmierkanäle am und im Lager 102; 202 vorgesehen werden, um auf einfache Weise eine Schmierung, z.B. mit Öl oder auch mit Fett, zu ermöglichen. Auch kann es möglich sein, das Lager 102; 202 derart abzudichten, dass eine vollständige Befüllung des Innenraumes einer Turbinennabe mit Schmiermittel entfallen kann.
Fig. 3 zeigt eine Unterwasserturbine 300, die eine Turbinennabe 302 und drei Turbinenblätter 304 umfasst. Die Unterwasserturbine 300 kann dazu ausgebildet sein, Energie durch Wasserströmung zu erzeugen. Die Turbinenblätter 304 sind in einer Radialebene um die Nabe 302 herum, mit etwa 120° Abstand zueinander, drehbar durch Lageranordnungen 100 montiert. Der Einfachheit halber sei erwähnt, dass die drei Turbinenblätter 304 und die zugehörigen Lageranordnungen 100 in Fig. 3 hinsichtlich ihres Aufbaus und ihrer Funktionsweise identisch sind, und daher nur anhand des in Fig. 3 einem Betrachter zugewandten Turbinenblattes 304 näher erläutert werden. Ebenso sei bemerkt, dass der Aufbau der Lageranordnung 100 im Wesentlichen dem in Fig. 1 Beschriebenen entspricht, und hier ledig - lieh der Veranschaulichung der Funktionalität dient. Es kann jedoch auch eine Lageranordnung entsprechend dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel verwendet werden.
Die Lageranordnung 100 in Fig. 3 weist einen Außenring 108 auf, der mit der Turbinennabe verbunden ist, beispielsweise mit Hilfe von Schrauben. Zudem sind ein Innenring 104-1 mit einer Innenverzahnung 106 und ein weiterer Innenring 104-2 vorhanden. Der Innenring 104-1 und optional auch der weitere Innenring 104-2 sind, beispielsweise durch Schrauben, mit dem Turbinenblatt 304 verbunden. Die Innenringe 104-1; 104-2 sind zudem miteinander verbunden, und gegenüber der Turbinennabe 302 drehbar. Somit ist das Turbinenblatt 304 mittels der Lageranordnung 100 drehbar gegenüber der Nabe 302 gelagert.
Die Unterwasserturbine weist außerdem ein Antriebsritzel 306 auf. Das Antriebsritzel ist so gelagert, dass es in die Innenverzahnung 106 greift, und eine Drehung des Antriebsritzels 306 eine Drehung des Innenrings 104-1, und somit des Turbinenblattes 304, bewirkt. Die Drehung des Antriebsritzels 306 kann über eine Antriebseinheit 308, beispielsweise einen Motor mit Getriebe, gesteuert werden. Durch die in Fig. 3 gezeigte Anordnung kann eine Lagerung des Turbinenblattes 304 auf einer Welle oder auch ein Drehen des Turbinenblatts 304 vermittels einer Welle entfallen. Fig. 4 zeigt ein Verfahren 400 zum Drehen eines mit einem Lagerinnenring eines doppelreihigen Kegelrollenlagers verbundenen Turbinenblattes bezüglich einer Turbinennabe. Das Verfahren 400 umfasst ein Anbinden 402 eines Antriebs an eine mit dem Lagerinnenring des doppelreihigen Kegelrollenlagers drehfest verbundene Innen Verzahnung. Das Verfahren 400 umfasst außerdem ein Drehen 404 des Antriebs.
Das in Ausführungsbeispielen erläuterte zweireihige Kegelrollenlager kann auch als„Nautilus", in kleineren Ausführungsformen auch als„Baby-Nautilus" oder„Mini-Nautilus" bezeichnet werden. Mit anderen Worten nochmals beschrieben, umfasst das Kegelrollenlager eine Innenverzahnung und kann der Lagerung von Turbinenblättern, z.B. bei Strö- mungs- oder Gezeitenturbinen, dienen. Das Lager kann eine verbesserte Stabilität gegenüber herkömmlichen Konzepten bei großen Druckwinkeln bieten, und verfügt bei manchen Ausführungsbeispielen über Bohrungen, sodass Umbauteile, z.B. eine Turbinennabe oder ein Turbinenblatt daran befestigt werden können. Zur Befestigungen können beispielsweise Schrauben dienen. Über die Innenverzahnung an einem der Innenringe oder dem Innen- ring kann unter Verwendung eines Getriebes und/oder eines Motors die Blattverstellung realisiert werden. Durch das vorgespannte zweireihige Kegelrollenlager mit Innenverzahnung kann bei minimalem Bauraum eine hohe Kipp Steifigkeit erreicht werden.
Die in der vorstehenden Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und den beigefüg- ten Figuren offenbarten Merkmale können sowohl einzeln wie auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung eines Ausführungsbeispiels in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein und implementiert werden. Bezugszeichenliste
100 Lageranordnung
102 Kegelrollenlager
104-1 Innenring
104-2 weiterer Innenring
106 Innenverzahnung
108 Außenring
110 Spalt
112-1; 112-2 Kegelrollen
113-1; 113-2 Lagerkäfig
114-1; 114-2 Kraftverlauf
116-1 Bohrungen
116-2 weitere Bohrungen
118-1; 118-2 Mittelachse
120 zusätzliche Bohrungen
200 Lageranordnung
202 Kegelrollenlager
204-1 Außenring
204-2 weiterer Außenring
206 Innenverzahnung
208 Innenring
210 Spalt
212-1; 212-2 Kegelrollen
213-1; 213-2 Lagerkäfig
214-1; 214-2 Kraftverlauf
216-1 Bohrungen
216-2 weitere Bohrungen
218-1; 218-2 Mittelachse
220 zusätzliche Bohrungen
300 Unterwasserturbine
302 Turbinennabe
304 Turbinenblatt 306 Antriebsritzel 308 Antriebseinheit 400 Verfahren 402 Anbinden 404 Drehen

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e Lageranordnung zur drehbaren Lagerung eines Turbinenblattes an einer Turbinennabe
1. Unterwasserturbine (300) zur Energieerzeugung durch Wasserströmung, umfassend eine Nabe (302), ein Turbinenblatt (304) und eine Lageranordnung (100; 200) zur drehbaren Lagerung eines Turbinenblattes an einer Turbinennabe, wobei das Turbinenblatt (304) mittels der Lageranordnung (100; 200) drehbar mit der Nabe (302) verbunden ist, und wobei die Lageranordnung (100; 200)
ein doppelreihiges Kegelrollenlager (102; 202) mit einer mit einem Lagerinnenring (104-1; 104-2; 208) des Kegelrollenlagers (102; 202) drehfest verbundenen Innenverzahnung (106; 206) zum Anbinden eines Antriebs zum Drehen des Turbinenblattes umfasst.
2. Unterwasserturbine (300) gemäß Anspruch 1, wobei ein Lagerring (104-1; 204-1) des Kegelrollenlagers (102; 202) durch einen Spalt (110; 210) von einem weiteren Lagerring (104-2; 204-2) des Kegelrollenlagers (102; 202) getrennt ist, wobei der Lagerring (104-1; 204-1) mit einer ersten Wälzkörperreihe (112-1) in Anlage steht und der weitere Lagerring (104-2; 204-2) mit einer zweiten Wälzkörperreihe (112-2) in Anlage steht, und wobei die erste (112-1) und die zweite Wälzkörperreihe (112-2) ferner mit einem Gegenring (108; 208) des Kegelrollenlagers (102; 202) in Anlage stehen.
3. Unterwasserturbine (300) gemäß Anspruch 2, wobei der Lagerring (104-1) dem Lagerinnenring, der weitere Lagerring (104-2) einem weiteren Lagerinnenring und der Gegenring (108) einem Lageraußenring des Kegelrollenlagers (102; 202) entsprechen.
4. Unterwasserturbine (300) gemäß Anspruch 2, wobei der Lagerring (204-1) einem Lageraußenring, der weitere Lagerring (204-2) einem weiteren Lageraußenring und der Gegenring (208) dem Lagerinnenring des Kegelrollenlagers (102; 202) entsprechen.
5. Unterwasserturbine (300) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei der Lagerring (104-1; 204-1) wenigstens eine Bohrung (116-1; 216-1) mit axialem Verlauf und der weitere Lagerring (104-2; 204-2) wenigstens eine weitere Bohrung (116-2; 216-2) mit axialem Verlauf aufweisen, wobei die wenigstens eine Bohrung (116-1; 216-1) und die wenigstens eine weitere Bohrung (116-2; 216-2) im Wesentlichen bündig aufeinander ausgerichtet sind.
6. Unterwasserturbine (300) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Lagerinnenring (104-1; 104-2; 208) ferner eine Befestigungsvorrichtung zum Befestigen des Turbinenblattes aufweist.
7. Unterwasserturbine (300) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Lagerinnenring (104-1; 104-2; 208) ferner mit einem zusätzlichen Ring drehfest verbunden ist, und wobei der zusätzliche Ring die Innen Verzahnung (106; 206) aufweist.
8. Unterwasserturbine (300) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, ferner umfassend ein an einen Motor (308) gekoppeltes Antriebsritzel (306), wobei das Antriebsritzel (306) derart mit der Innenverzahnung (106; 206) der Lageranordnung (100; 200) in Anlage steht, dass das Turbinenblatt (304) vermittels des Antriebsritzels (306) durch den Motor (308) drehbar ist.
9. Verfahren (400) zum Drehen eines mit einem Lagerinnenring eines doppelreihigen Kegelrollenlagers verbundenen Turbinenblattes bezüglich einer Turbinennabe, mit:
Anbinden (402) eines Antriebs an eine mit dem Lagerinnenring des doppelreihigen Kegelrollenlagers drehfest verbundene Innen Verzahnung, und
Drehen (404) des Antriebs.
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