WO2022058431A1 - Elastomerbuchse, lagerbuchsenanordnung und windkraftanlagenlager für windkraftanlagen - Google Patents

Elastomerbuchse, lagerbuchsenanordnung und windkraftanlagenlager für windkraftanlagen Download PDF

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WO2022058431A1
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wind turbine
bearing bush
fastening
axial direction
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PCT/EP2021/075493
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Michael SCHÄDDEL
Wolfgang Spatzig
Friedhelm Schreiber
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Effbe Gmbh
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    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Definitions

  • the present invention relates to a bearing bush for movably connecting a generator-side component and a foundation-side component of a wind turbine and wind turbine bearings for supporting a generator of a wind turbine on a foundation-side support structure of the wind turbine, and a bearing bush arrangement and a wind turbine.
  • a high torque is usually transmitted from the rotor to the generator via a gearbox.
  • Elastic bushings are usually used to reduce the dynamic loads on the gearbox and supporting structure.
  • the elastic bushings serve to isolate oscillation and vibration.
  • a wind turbine bearing for a machine train of the wind turbine has, for example, a flange with fastening openings.
  • Fastening units, in particular threaded rods, are fastened in the passage openings by means of elastomer bodies which serve as dampers.
  • the fastening elements are connected to the supporting structure, in particular the housing of the wind turbine, in particular screwed.
  • a wind turbine bearing is known from EP 2 352 930 Bi, in which a flange is clamped to the gear via two elastomer bodies. At least one of the elastomer bodies is conically shaped and has an angle of approximately 45 ° in order to be able to transmit forces acting radially and axially to the one axial direction between the flange and the transmission.
  • Such a bearing bush is suitable for movably holding a generator-side component and a foundation-side component of a wind turbine.
  • the bearing bush comprises an elastomer body with a cavity surrounded by the elastomer material for axially receiving a bearing bolt on the generator side or on the foundation side.
  • a wall thickness defined by an inside of the hollow elastomer body and its outside decreases at least in sections in the axial direction of the elastomer body.
  • Such a bearing bush stores the generator-side component damped in all spatial directions in relation to the foundation-side component of the wind turbine.
  • the generator-side component is preferably part of the machine train of the wind turbine, which includes the rotor, the generator and transmission elements arranged between them, such as a gearbox, a shaft or a clutch.
  • the bearing bush is preferably part of the wind turbine bearing for storing the generator-side component of a machine train of the wind turbine on a support structure of the wind turbine, which is preferably formed by the housing of the wind turbine.
  • the housing can be part of the nacelle of the wind turbine, for example, and the generator-side component can be a shaft bearing or a gearbox of the wind turbine, for example.
  • the wind turbine bearing thus supports a generator-side component in an elastically damped manner on a foundation-side support structure.
  • the support structure can be firmly connected to the nacelle, the tower or the foundation of the wind turbine.
  • the generator-side component can be a shaft bearing for a drive shaft of the machine train.
  • the shaft bearing preferably has a bearing opening in which the shaft of the machine train is mounted.
  • the engine mount comprises a mounting flange which is, for example, integral with the generator-side and/or the foundation-side component.
  • the mounting flange includes at least one mounting opening, which is preferably designed as a mounting hole.
  • the bearing bush can be positioned in the fastening opening, for example in a pre-assembly step.
  • a fastening unit with a bearing pin for example a threaded rod, can be guided through the bearing bush.
  • the fastening unit preferably has a thread at least at one end, which thread can be screwed into a counter-thread provided for this purpose in the supporting structure.
  • a screw head or another stop is provided, for example, which can be brought into contact with the flange in order to press against it.
  • the decreasing wall thickness of the bearing bush ensures particularly advantageous properties of the bearing bush when the elastomer body is axially compressed in the axial direction. In particular, a uniform force distribution of the radial forces along the axial direction between the bearing bush and the fastening unit and/or the fastening opening of the fastening flange is caused.
  • a further advantage of the decreasing wall thickness is that the bearing bush can be prevented from becoming wedged in the fastening opening when it is braced.
  • the elastomeric body is preferably annular in cross-section viewed along the axial direction.
  • the side lines of the ring are circles or ellipses. It is also possible that the inner side of the ring is a circle and the outer side is an ellipse.
  • the wall thickness is the thickness of the material in a radial direction of the elastomeric body, orthogonal to the axial direction.
  • such a bearing bush Compared to previously known elastomeric bodies, such a bearing bush enables clamping by applying a force in the axial direction, which leads to a compression of the elastomeric body in the axial direction. This leads to a radial expansion of the elastomer body. So a previously existing gap between the bearing bush and the mounting flange and / or Fastening unit is at least partially closed and causes a radially acting contact pressure between the bearing bush and the fastening flange and/or the fastening unit.
  • the contact pressure acts from the outside inwards on a preferably essentially cylindrical lateral surface of the fastening unit and from the inside outwards on a preferably essentially cylindrical opening inner surface of the fastening opening.
  • the bearing bush In a clamped state, the bearing bush preferably has a constant wall thickness, at least in sections, and is more preferably cylindrical, i.e. the bearing bush has no conical outer peripheral surface or inner peripheral surface in the clamped state.
  • the bearing bush preferably consists of the elastomer body. The features defined in the following description for the bearing bush or the elastomeric body are also applicable to the other.
  • the elastomeric body comprises the material polyurethane, in particular polyurethane-polyester or polyester-urethane rubber, preferably Urelast.
  • the elastomer body can also consist entirely of this material.
  • polyurethane in particular polyurethane-polyester or polyester-urethane rubber, preferably Urelast
  • Urelast a good damping effect, in particular a vibration decoupling between the supporting structure and the generator-side component, can nevertheless be ensured.
  • the outside and/or inside of the elastomeric body is/are at a taper angle of 0.1° to 2.5°, 0.3° to 2.0°, 0.4° to L5°, 0.5° to 1.2° or 0.7° to 0.9°, in particular 0.8° to a reference plane arranged parallel to the axial direction.
  • the inside is formed by the cavity, which is designed in particular as a bore, and the outside is preferably essentially cylindrical.
  • the outside and inside of the elastomeric body form an inner peripheral surface and an outer peripheral surface tapered at a taper angle of 0.1° to 2.5°, 0.3° to 2.0°, 0.4° to 1.5°, 0 5° to 1.2° or 0.7° to 0.9°, in particular 0.8° to one another.
  • the outer peripheral surface faces the fastening opening of the flange and the inner peripheral surface faces the fastening unit.
  • the inner peripheral surface, the outer peripheral surface or both has/have a conical shape.
  • the taper angle between the outer peripheral surface and the inner peripheral surface is preferably constant around the circumference.
  • the wall thickness decreases continuously over the entire length of the elastomer body along the axial direction.
  • the taper angle is preferably constant over the entire length of the hollow body.
  • the ratio of the tapering section of the elastomeric body along the axial direction and an overall length of the bearing bush can be at least 0.5; 0.7; be 0.8 or 0.9.
  • the elastomeric body is made from one piece, that is to say in one piece.
  • the elastomer body is produced by means of an injection molding process or a mold casting process.
  • the elastomer body can be monolithic.
  • a one-piece body can be manufactured and assembled inexpensively and easily.
  • the fact that the body is monolithic means that it consists of only one material, for example one of the aforementioned polyurethanes.
  • the design in monolithic form enables a small installation space and an inexpensive and simple production of the bearing bush.
  • a bearing bush arrangement comprising a plurality, in particular at least 6, 8, 12, 15 or 20 bearing bushes according to one of the previously described embodiments is according to the invention.
  • the bearing bushes in a clock dial arrangement are arranged in particular equidistantly around an axis of a wind turbine bearing.
  • a wind power plant bearing for supporting a generator of a wind power plant on a foundation-side support structure of the wind power plant is according to the invention.
  • a wind turbine bearing comprises a plurality of bearing bushes and/or a bearing bush arrangement according to one of the previously described embodiments.
  • / is the bearing bushes and / or Bearing bushing assembly located at a mounting interface between the generator and the rotor.
  • the bearing bush includes an unstressed state in which there is a gap between the elastomer body and the fastening unit and/or between the elastomer body and the fastening flange that decreases in its radial width in the axial direction of the bearing bolt.
  • Such a wind turbine bearing offers the advantage that it takes up only a small amount of space, can be produced inexpensively and is easy and safe to assemble.
  • the wind turbine bearing comprises a bearing bolt that extends at least partially through the elastomer body and a fastening flange with a plurality of fastening openings, in each of which one of the bearing bolts and one of the bearing bushes is arranged, the bearing bushes being in an unstressed state in which the bearing bolts move in the axial direction in its radial width decreasing gap between the elastomeric body and the bearing pin and / or between the elastomeric body and the mounting flange is present at least in sections.
  • the fastening flange has a plurality, in particular at least or exactly 6, 8, 10, 12, 14 or 16 fastening openings.
  • the fastening flange preferably encloses a bearing opening for accommodating a generator-side component, for example a shaft, of the machine train of the wind turbine.
  • the fastening openings are preferably arranged in a circular path around the shaft in the fastening flange.
  • the fastening openings can be equidistant from one another along the circular path and/or equidistant from the shaft.
  • the bearing bush can be in a clamped or an unclamped state.
  • the elastomeric body In the braced state, the elastomeric body is compressed along the longitudinal direction compared to the unbraced state.
  • the elastomer body In the unstressed state, the elastomer body is thus preferably essentially not elastically deformed.
  • the bearing bush in the unstressed state, the bearing bush is preferably not subjected to forces acting in the longitudinal direction.
  • the gap that decreases in its radial width is preferably caused by the changing wall thickness of the elastomer body according to one of the previously described embodiments.
  • the term radial refers here, as in the rest of this document, to the bearing pin, which is preferably rotationally symmetrical. The axis of rotation is along the axial direction and the radial direction is orthogonal to it.
  • the bearing bush is preferably arranged coaxially with the fastening opening and the fastening unit.
  • the fastening unit has a cylindrical shape in the section in which it is arranged within the cavity of the elastomeric body, and the fastening opening of the fastening flange is also cylindrical.
  • a gap between a tapered outer peripheral surface of the bearing bush and the fastening opening and/or a gap between a tapered inner peripheral surface of the bearing bush and the fastening unit is formed to decrease or increase along the longitudinal direction.
  • the fastening opening and/or the section of the fastening unit arranged within the cavity of the elastomeric body can be made conical instead of cylindrical.
  • the outer peripheral surface and/or the inner peripheral surface of the bearing bush can be embodied as cylindrical.
  • the width of the gap increases at a gap angle of 0.1° to 2.5°, 0.3° to 2.0°, 0.4° to 1.5°, 0.5° to 1. 2° or 0.7° to 0.9°, in particular 0.8°.
  • the outside and/or inside of the elastomeric body is/are at a taper angle of 0.1° to 2.5°, 0.3° to 2.0°, 0.4° to 1.5°, 0.5° to 1.2° or 0.7° to 0.9°, in particular 0.8° to a reference plane arranged parallel to the axial direction.
  • the inside is formed by the cavity, which is in particular designed as a bore, and the outside is in particular essentially cylindrical.
  • the reference plane is preferably a cylindrical, imaginary plane arranged coaxially to the bearing pin.
  • the gap angle extends between the two walls delimiting the gap, ie the inner peripheral surface and a lateral surface of the fastening unit and/or the outer peripheral surface and an opening wall of the fastening flange. If there is a gap both inside the bearing bush and outside the bearing bush, the specified angle ranges/angles apply to the sum of the gap angles of the inner and outer gap.
  • the unstressed state is preferably used for the assembly or pre-assembly of the bearing bushes in the fastening flange.
  • the bearing bushes can therefore be inserted into the fastening openings manually and/or with a tool.
  • the fastening units can be inserted into the cavities of the elastomer body manually and/or with a tool.
  • the bearing bushes, the fastening flange and the fastening units can thus be freely movable in relation to one another in the unstressed state.
  • the bearing bushes, the fastening flange and the fastening units can no longer be moved relative to one another in a clamped state, or only with significantly more force than in the unclamped state, but only according to the elasticity of the elastomer body.
  • the elastomer body By compressing the bearing bush in the axial direction, the elastomer body expands in the radial direction, i.e. orthogonally to the axial direction, and closes the gap which, as described, surrounds the bearing bush in the radial direction and/or which is surrounded by the bearing bush in the radial direction . If the gap is at least partially closed, the outer peripheral surface of the bearing bush is in contact with the fastening opening and the inner peripheral surface is in contact with the fastening unit.
  • the gap can be closed over the entire length of the bearing bush.
  • the gap can only be partially closed by bracing.
  • the gap can remain along a portion along the axial direction.
  • the bearing bush it is also possible for the bearing bush to have recesses that extend along the longitudinal direction and are not closed by the bracing, so that the gap in the circumferential direction is closed only in sections.
  • the fastening unit is braced with the fastening flange by the radial pressure of the bearing bush.
  • the fastening unit is preferably fastened in the axial direction in the fastening opening of the fastening flange only by a frictional force which is caused by the pressure acting in the radial direction.
  • the wind turbine bearing also comprises a bracing unit with a first frontal stop that can be brought into contact with a first frontal surface of the bearing bush and a second frontal stop that can be brought into contact with a second frontal surface at the opposite end of the bearing bush, with an axial spacing along the axial direction between the first end stop and the second end stop, in particular by means of a thread unit, is adjustable in length in order to exert a compressive force acting in the axial direction on the bearing bush in order to connect the bearing bolt of the fastening unit to the fastening flange to brace by means of the bearing bush by compressing the elastomeric body in the axial direction.
  • Each bearing bush can have its own bracing unit.
  • several, preferably all, bearing bushes can also be braced via a bracing unit.
  • the bearing bushes, the fastening units and/or the fastening flange are shaped and/or dimensioned in such a way that the bearing bushes can be transferred from the unstressed state to a stressed state by means of the bracing unit(s) and the fastening flange can thus be connected to the fastening units by means of the Bearing bushes can be braced.
  • the first end stop can extend orthogonally to the axial direction and can be brought into contact with a first end face of the bearing bush.
  • the second end stop which can be brought into contact with a second end face on the opposite end of the bearing bush, is preferably also aligned orthogonally to the axial direction.
  • An axial distance along the axial direction between the first end-side stop and the second end-side stop can be adjusted in length, in particular by means of a thread unit, in order to exert a compressive force acting in the axial direction on the bearing bush.
  • the first and/or second end stop can extend over the entire first or second end face of the bearing bush.
  • the first and/or second end stop can extend over parts of the first or second end face of the bearing bush.
  • an outer ring of the first and/or second end faces can protrude beyond the first and/or second stop.
  • At least 80%, 90% or 95% of the first and/or second end face of the bearing bush is covered by the first and/or second end stop when the bearing bush is in a clamped state.
  • a non-stressed state can / can a contact surface / contact surfaces of the first and / or second end stop, with which this / these with is/are in contact with the face surfaces of the bearing bushes, be the same as, larger or smaller than/than the face surfaces of the bearing bushes.
  • the first or second end stop can be firmly connected to the rest of the fastening unit in the axial direction, in particular can be designed in one piece with the rest of the fastening unit or parts of the rest of the fastening unit.
  • the respective other end stop can be movably but fixably mounted on the fastening unit in the axial direction.
  • the movable end stop can have an internal thread, which is arranged on an external thread of the fastening unit.
  • the first and/or the second end stop are preferably located outside of the fastening opening.
  • the first and/or second end stop is preferably located within the fastening opening.
  • the fastening unit comprises a bearing bolt and a sleeve which is fastened to the bearing bolt and forms a second end stop.
  • the bearing bolt has a fastening end, preferably a thread, by means of which it can be connected to the supporting structure of the wind turbine.
  • the fastening unit can be designed in one piece or in several pieces.
  • a bearing bolt preferably a threaded rod, on which a sleeve is fitted.
  • the sleeve then forms possible shoulders, stops and the contact surface with the bearing bush.
  • the sleeve can be attached to the bearing pin via a thread, an interference fit, a welded connection or in some other way.
  • the bearing bolt can have one or more threads. At least one thread is preferably provided at one end of the bearing bolt in order to connect the bearing bolt to the supporting structure of the wind turbine.
  • the same or another thread can be used to attach the sleeve to the bearing pin.
  • the same or another thread as for fastening the sleeve or the supporting structure can be used to fasten and guide the first and/or second end stop.
  • the first end stop is screwed onto the sleeve or the bearing bolt by means of a thread.
  • the axial distance between the first and the second end stop can be adjusted.
  • the first front-side stop is in contact with a front-side surface of the bearing bush at which the gap is greatest.
  • the gap between the bearing bush and the fastening unit and/or the fastening flange preferably increases or decreases continuously in or counter to the axial direction.
  • the gap has its greatest extent in the longitudinal direction at a front end of the bearing bush or at the end of the flange.
  • only one of the two end stops can be designed to be movable in relation to the rest of the fastening unit, in particular this is the first end stop.
  • Arranging the stop which can be moved to change the longitudinal distance, at the end of the bearing bush with the largest gap or the smallest wall thickness of the elastomer body enables a particularly even distribution of force and reduces the risk of the bearing bush tilting during compression.
  • the bearing bush has a smaller volume and/or higher rigidity in a clamped state, in which it is compressed in the axial direction, than in the unclamped state, in which it is not compressed in the axial direction or to a lesser extent .
  • the stiffness of the damping can also be adjusted by compressing the bearing bush.
  • a bearing bush that is highly compressed in volume behaves more rigidly and allows less elastic spring deflection for movements of the fastening unit in the fastening opening of the fastening flange.
  • the compression can also be used to set how high the forces acting axially, ie in the longitudinal direction, may be and which the wind turbine bearing can withstand.
  • the lateral surface of the fastening unit and the opening wall of the fastening opening are of cylindrical design.
  • a wind power plant according to the invention comprises a wind power plant bearing according to one of the embodiments described above.
  • the machine bearing can be fastened to the supporting structure by means of an elastomer bushing with a hollow body, damped in all spatial directions, and an elastomer bushing with a hollow body is arranged in each of the fastening openings of the first or second fastening flange, and a fastening unit with a fastening bolt passes through the hollow body and has a fastening end in a fastening opening of the other fastening flange in each case and the elastomer bushing is, by compressing the elastomer bushing by means of the fastening unit, between an unstressed state in which there is a gap between the elastomer bushing and the fastening unit and/or between the elastomer bushing that decreases in its radial width in a longitudinal direction of the hollow body and the fastening flange, and a clamped state in which
  • the fastening openings are arranged on at least one circle that is concentric to a bearing opening of the wind turbine bearing, in particular equidistant.
  • a machine bearing and/or an elastomeric bushing according to one of the exemplary embodiments described above can be installed in a wind turbine.
  • a wind turbine can include a support structure, for example a housing, and a machine train with a nacelle-side component, preferably a shaft or a gear unit.
  • the housing can, for example, be the housing of a nacelle of the wind turbine.
  • the supporting structure and the generator-side component of such a wind turbine each have a fastening flange. At least one of these fastening flanges has a plurality of fastening openings which can accommodate bearing bushes, as described in one of the preceding exemplary embodiments. .
  • the bearing bushes can be penetrated by a fastening unit, which is fastened to the respective other fastening flange.
  • the fastening unit can, for example, connect these to one another via a threaded hole in the respective other fastening flange or by means of a connection using a lock nut. Due to its elasticity, the bearing bush has a dampening effect and thus decouples the supporting structure from the generator-side component, so that vibrations or oscillations are no longer transmitted or are transmitted to a reduced extent.
  • the bearing bush can be upset, ie compressed, via the fastening unit or a further bracing unit in its axial direction, in which the fastening unit is also guided through the bearing bush.
  • the bearing bush expands in a radial direction, orthogonal to the axial direction, and braces the fastening section with the fastening unit and thus also with the other fastening section.
  • the generator-side component can be connected to the support structure of the wind power plant in an assembly process using the wind power plant bearing with at least the following steps: a) providing the generator-side component with a fastening flange on a foundation-side support structure of a wind power plant; b) positioning the generator-side component in an assembly position; c) inserting the plurality of bearing bushes according to the exemplary embodiments described in each fastening opening of the fastening flange; d) inserting a fastening unit into each bearing bush; e) fastening the fastening units in the supporting structure of the wind turbine, for example by means of a threaded connection; f) compression of the bearing bush by means of the fastening unit and g) bracing of the fastening unit with the fastening flange by means of the bearing bushes.
  • Steps f) and g) are preferably carried out at the same time. Furthermore, step e) can be carried out at the same time as steps f) and g). Otherwise, steps e), f) and g) can be performed in the order given or in any order.
  • a wind turbine bearing according to the described embodiments is preferably used for the described assembly method, which includes the bearing bushes, the fastening units and the fastening flange.
  • FIG. 1 shows a cross-sectional view of a wind turbine bearing according to the invention in a viewing direction orthogonal to an axial direction of the bearing bush;
  • FIG. 2a shows the wind turbine bearing from FIG. 1 in a cross-sectional view looking along the axial direction;
  • FIG. 2b shows a cross-sectional view of the wind power plant bearing offset along the axial direction in relation to FIG. 2a;
  • FIGS. 2a and 2b shows a cross-sectional view of the wind turbine bearing offset along the axial direction with respect to FIGS. 2a and 2b;
  • FIG. 3a shows an alternative embodiment of the wind turbine bearing in the cross-sectional view from FIG. 2a;
  • FIG. 3b shows a cross-sectional view of the wind turbine bearing offset from FIG. 3a along the axial direction
  • 3c shows a cross-sectional view of the wind turbine bearing offset along the axial direction with respect to FIGS. 3a and 3b; 4a shows a cross-sectional view of an embodiment of the wind turbine bearing in the viewing direction orthogonal to the longitudinal direction in an unstressed state; and
  • FIG. 4b shows the wind turbine bearing from FIG. 4a in a clamped state.
  • FIGS. 1 to 2c show an embodiment of a wind turbine bearing 1 according to the invention for fastening the generator-side component of the wind turbine to a support structure, which in the exemplary embodiment shown is a housing of the wind turbine.
  • the wind turbine bearing 1 comprises a fastening flange 2, a fastening unit 4 and a bearing bush, which consists of an elastomer body 6.
  • the machine mount 1 is shown in an unstressed state.
  • the bearing bush 6 is essentially ring-shaped in a cross section in the viewing direction of its axial direction L.
  • the bearing bush 6 is accommodated in a fastening opening 8 in the fastening flange 2 .
  • the fastening unit 4 is guided through the hollow space of the elastomer body 6 formed by the bearing bush 6 .
  • the section of the fastening unit 4 which is arranged in the bearing bush 6 is essentially cylindrical.
  • the fastening opening 8 in the fastening flange 2 is also essentially cylindrical.
  • the bearing bush 6 has a substantially cylindrical outer peripheral surface 10 and a conical inner peripheral surface 12 . Accordingly, there is a gap 14 between the inner peripheral surface 12 of the bearing bush 6 and the fastening unit 4 .
  • the gap 14 narrows from a first end face 16 of the bearing bush 6 to a second end face 18 of the bearing bush 6 along the axial direction L of the bearing bush 6.
  • the bearing bush 6 is in contact with the fastening unit 4 on the second end face 18 of the bearing bush, so that there is no longer a gap 14.
  • FIGS. 2a, 2b and 2c show the cross-sectional views with a viewing direction orthogonal to the axial direction L, which are shown in FIGS. 2a, 2b and 2c.
  • FIG. 2a shows the cross section at the point marked AA in FIG. 1, at which the gap 14 is largest.
  • Fig. 2b shows the cross-sectional view in a central position along the axial direction L of the bearing bush 6, which is marked by a marking BB in Fig.
  • FIG. 2c shows the cross section at a marking CC, where there is no longer a visible gap 14 between the bearing bush 6 and the fastening unit 4.
  • the bearing bush 6 can have projections 20a, 20b on both front ends, which form the front surfaces 16, 18.
  • the projections 20a, 20b have a smaller wall thickness 22 than the rest of the bearing bush 6. This can prevent the formation of bulges at the ends of the bearing bush 6 via the end faces 16, 18 when the bearing bush 6 is compressed, which bulges prevent further compression or cause an uneven distribution of force.
  • Attachment unit 4 has a first end stop 24 adjoining the first end face 16 of the bearing bush 6 and a second end stop 26 on the second end face 18 of the bearing bush 6.
  • the second end stop 26 is designed in one piece with the rest of the attachment unit 4 .
  • the first end stop 24 is mounted on the rest of the fastening unit 4 by means of a thread.
  • an axial distance along the axial direction L between the first end-side stop 24 and the second end-side stop 26 can be set accordingly. If the first end stop 24 is screwed further onto the fastening unit 4, the axial distance between the first end stop 24 and the second end stop 26 is reduced. As a result, the end stops 24, 26 press the bearing bush 6 together via the end faces 16, 18 . The bearing bush 6 is thereby compressed in the axial direction L and expands in a radial direction Out. As a result, the gap 14 between the inner peripheral surface 12 of the bearing bush 6 and the fastening unit 4 disappears.
  • the fastening unit 4 also has a housing stop 28 and a threaded extension 30, which are used to fasten the fastening unit 4 in a threaded hole provided for this purpose in the housing of a wind turbine.
  • a component of the machine train for example a shaft, is mounted in the generator-side component with the fastening flange 2 .
  • the fastening flange 2 is arranged around a bearing opening for the shaft.
  • fastening openings 8 distributed over the fastening flange 2 around the bearing opening, only one of which is shown.
  • Figures 3a to 3c like Figures 2a to 2c, represent cross-sectional views of an embodiment of a wind turbine bearing 1 according to the invention, viewed in the axial direction L.
  • the cross sections along the axial direction L of the bearing bush 6 are distributed like the cross sections in Figures 2a to 2c.
  • the inner peripheral surface 12 of the bearing bush 6 is already cylindrical in an unstressed state and is in contact with the fastening unit 4.
  • the outer peripheral surface 10 of the bearing bush 6 runs conically. Accordingly, the gap 14 is located in the illustrated embodiment between the outer peripheral surface 10 of the bearing bush 6 and the mounting flange 2.
  • Figures 4a and 4b show a further embodiment of the wind turbine bearing 1 in a cross-sectional view with a viewing direction orthogonal to the axial direction L in an unbraced and in a braced state.
  • the bearing bush 6 is arranged between a fastening unit 4 and a fastening flange 2 .
  • the bearing bush 6 is ring-shaped in cross section when viewed along the axial direction L.
  • both the outer peripheral surface 10 and the inner peripheral surface 12 of the bearing bush 6 are conical. Accordingly, there is an external gap 14a between the outer peripheral surface 10 and the fastening flange 2 and an internal gap 14b between the inner peripheral surface 12 and the fastening unit 4.
  • the wall thickness 22 of the bearing bush 6 increases from the second end face 18 along the axial direction L to the first end face 16 from.
  • the fastening unit 4 consists of several components.
  • a contact surface of the fastening unit 4 to the bearing bush 6 and the second end stop 26 are formed by a sleeve 32 .
  • the sleeve 32 is applied to a bearing bolt 34, in the present example a threaded rod with a continuous external thread.
  • the sleeve 32 has a corresponding internal thread.
  • the first end-side stop 24 is mounted on a shoulder 36 provided for this purpose on the sleeve 32 and can be moved along the axial direction L on it.
  • a clamping nut 38 is provided, which is screwed onto the external thread of the threaded rod 34 .
  • an intermediate piece 40 is provided, which is also mounted on the threaded rod 34 in order to transmit a tightening force of the clamping nut 38 to the first stop 24 on the end face.
  • the intermediate piece 40 has a bore with which it is guided on the threaded rod 34 .
  • the bore of the intermediate piece 40 widens so far that the end of the sleeve 32 can be accommodated therein, so that the first stop can be reached by means of the intermediate piece 40 24 can be pushed onto the shoulder 36 of the sleeve 32.
  • Paragraph 36 includes a locking groove 42 and a locking ring 44 received therein.
  • the locking ring 44 can facilitate pre-assembly of the wind turbine bearing 1 and/or one or two edge positions of the define the first end-side stop 24 for an unstressed state and a stressed state of the bearing bush 6 .
  • the edge positions thus indicate the positions of the first end stop 24 at which the bearing bush 6 has reached a desired degree of compression, at which the bearing bush 6 has reached a maximum permissible degree of compression, at which the bearing bush 6 has reached a minimum permissible degree Compression in a tensed state and/or a desired clearance in an unstressed state.
  • a housing-side end of the threaded rod 34 is screwed into the housing 46 of the wind turbine.
  • the second end stop 26 serves as a stop against the housing 46 with the side facing away from the bearing bush 6.
  • the sleeve 32 also has a guide extension 48 which is accommodated in a guide receptacle 50 of the housing 46 provided for this purpose in order to guide the sleeve 32 or the fastening unit 4 radially in the housing and to simplify assembly.
  • the edge of the guide extension 48 has a chamfer.
  • the bearing bush 6 is compressed in the axial direction L, as shown in FIG. 4B. As a result, the bearing bush 6 expands in the radial direction R and the gaps 14a and 14b are closed. Furthermore, the projection 20b is compensated or flattened. Due to the radial expansion of the bearing bush 6 , a contact force or pressure is exerted against the fastening unit 4 and the fastening flange 2 via the bearing bush 6 .
  • the clamping nut 38 is screwed further onto the threaded rod 34, as a result of which the intermediate piece 40 is pushed further over the threaded rod 34 and the first end stop 24 is pushed over the shoulder 36 of the sleeve 32 in the direction of the second end stop 26.
  • the thereby shortened axial distance between the first frontal stop 24 and the second Front stop 26 causes the compression of the bearing bush 6 in the axial direction L.
  • the bearing bush 6 cannot expand further and the pressure in the radial direction R on the fastening unit 4 and the fastening flange 2 increases. Furthermore, this increases the rigidity of the bearing bush 6, as a result of which the damping effect between the housing 46 and the generator-side component connected to the fastening flange 2 is reduced.
  • the securing ring 44 forms a stop, as shown in FIG. 4b, which defines a maximum compression of the bearing bush 6.

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Abstract

Lagerbuchse zum beweglichen Verbinden einer generatorseitigen Komponente und eine fundamentseitigen Komponente einer Windkraftanlage, umfassend einen Elastomerkörper (6) mit einem von dem Elastomermaterial umgebenen Hohlraum zum axialen Aufnehmen eines generatorseitigen oder fundamentseitigen Lagerbolzens (34), wobei eine von einer Innenseite des hohlen Elastomerkörpers (6) und dessen Außenseite definierte Wandstärke (22) in Axialrichtung des Elastomerkörpers (6) zumindest abschnittsweise abnimmt.

Description

Elastomerbuchse. Lagerbuchsenanordnung und Windkraftanlagenlager für Windkraftanlagen
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lagerbüchse zum beweglichen Verbinden einer generatorseitigen Komponente und einer fundamentseitigen Komponente einer Windkraftanlage und Windkraftanlagenlager zum Abstützen eines Generators einer Windkraftanlage an einer fundamentseitigen Tragkonstruktion der Windkraftanlage sowie eine Lagerbuchsenanordnung und eine Windkraftanlage.
In Windkraftanlagen wird ein großes Drehmoment vom Rotor meist über ein Getriebe auf den Generator übertragen. Zur Reduzierung der dynamischen Lasten auf Getriebe und Tragkonstruktion werden üblicherweise elastische Buchsen verwendet. Die elastischen Buchsen dienen zur Schwingungs- und Vibrationsentkopplung. Dazu weist ein Windkraftanlagenlager für einen Maschinenstrang der Windkraftanlage beispielsweise einen Flansch mit Befestigungsöffnungen auf. Befestigungseinheiten, insbesondere Gewindestangen, sind mittels Elastomerkörpern, die als Dämpfer dienen, in den Durchtrittsöffnungen befestigt. Ferner sind die Befestigungselemente mit der Tragkonstruktion insbesondere dem Gehäuse der Windkraftanlage verbunden, insbesondere verschraubt.
Aus EP 2 352 930 Bi ist ein Windkraftanlagenlager bekannt, bei dem ein Flansch über zwei Elastomerkörper mit dem Getriebe verspannt ist. Dabei ist zumindest einer der Elastomerkörper konisch geformt und weist einen Winkel von ca. 450 auf, um radial und axial zu der einer axialen Richtung wirkende Kräfte zwischen dem Flansch und dem Getriebe übertragen zu können.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile aus dem bekannten Stand der Technik zu verbessern, insbesondere eine Lagerbüchse und ein Windkraftanlagenlager sowie eine Windkraftanlage bereitzustellen, die weniger Bauraum beanspruchen, kostengünstig herstellbar sind und gleichzeitig ein Einstellen der Dämpfungswirkung der Lagerbüchse in radialer und axialer Richtung ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Bevorzugte Ausführungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Eine solche Lagerbüchse ist zum beweglichen Halten einer generatorseitigen Komponente und einer fundamentseitigen Komponente einer Windkraftanlage geeignet. Dabei umfasst die Lagerbüchse einen Elastomerkörper mit einem von dem Elastomermaterial umgebenen Hohlraum zum axialen Aufnehmen eines generatorseitigen oder fundamentseitigen Lagerbolzens. Dabei nimmt eine von einer Innenseite des hohlen Elastomerkörpers und dessen Außenseite definierte Wandstärke in Axialrichtung des Elastomerkörpers zumindest abschnittsweise ab.
Eine solche Lagerbüchse lagert die generatorseitige Komponente in sämtliche Raumrichtungen gedämpft gegenüber der fundamentseitigen Komponente der Windkraftanlage. Die generatorseitige Komponente ist dabei bevorzugt Teil des Maschinenstrangs der Windkraftanlage, der den Rotor, den Generator und dazwischen angeordnete Übertragungselemente, wie ein Getriebe, eine Welle oder eine Kupplung umfasst.
Die Lagerbüchse ist bevorzugt Teil des Windkraftanlagenlagers zum Lagern der generatorseitigen Komponente eines Maschinenstrangs der Windkraftanlage an einer Tragkonstruktion der Windkraftanlage, welche bevorzugt durch das Gehäuse der Windkraftanlage gebildet wird. Das Gehäuse kann zum Beispiel Teil der Gondel der Windkraftanlage sein und die generatorseitige Komponente kann zum Beispiel ein Wellenlager oder ein Getriebe der Windkraftanlage sein.
Das Windkraftanlagenlager lagert also eine generatorseitige Komponente elastisch gedämpft an einer fundamentseitigen Tragkonstruktion. Ferner kann die Tragkonstruktion fest mit der Gondel, dem Turm oder dem Fundament der Windkraftanlage verbunden sein. Die generatorseitige Komponente kann ein Wellenlager für eine Antriebswelle des Maschinenstrangs sein. Das Wellenlager weist bevorzugt eine Lageröffnung auf, in dem die Welle des Maschinenstrangs gelagert ist. Bevorzugt umfasst das Maschinenlagereinen Befestigungsflansch, der zum Beispiel einstückig mit der generatorseitigen und/oder der fundamentseitigen Komponente ausgeführt ist. Der Befestigungsflansch umfasst zumindest eine Befestigungsöffnung, die bevorzugt als Befestigungsbohrung ausgeführt ist. In der Befestigungsöffnung ist die Lagerbüchse positionierbar, zum Beispiel in einem Vormontageschritt.
Durch die Lagerbüchse ist eine Befestigungseinheit mit einem Lagerbolzen, zum Beispiel eine Gewindestange, führbar. Die Befestigungseinheit weist bevorzugt zumindest an einem Ende ein Gewinde auf, das in einem dafür vorgesehen Gegengewinde in der Tragkonstruktion verschraubbar ist. An jenem dem Gewinde gegenüberliegenden Ende der Befestigungseinheit ist zum Beispiel ein Schraubenkopf oder ein anderer Anschlag vorgesehen, der mit dem Flansch in Kontakt bringbar ist, um sich gegen diesen abzudrücken.
Die abnehmende Wandstärke der Lagerbüchse sorgt für besonders vorteilhafte Eigenschaften der Lagerbüchse bei einem axialen Komprimieren des Elastomerkörpers in der Axialrichtung. Insbesondere wird eine gleichmäßige Kraftverteilung der Radialkräfte entlang der Axialrichtung zwischen der Lagerbüchse und der Befestigungseinheit und/oder der Befestigungsöffnung des Befestigungsflansches verursacht. Ein weiterer Vorteil der abnehmenden Wandstärke ist, dass ein Verkeilen der Lagerbüchse in der Befestigungsöffnung beim Verspannen verhindert werden kann.
Der Elastomerkörper ist im Querschnitt mit Blickrichtung entlang der Axialrichtung bevorzugt ringförmig. Die Seitenlinien des Rings sind zum Beispiel Kreise oder Ellipsen. Es ist auch möglich, dass die innere Seite des Rings ein Kreis und die äußere Seite eine Ellipse ist.
Die Wandstärke ist die Dicke des Materials in einer radialen Richtung des Elastomerkörpers, orthogonal zu der Axialrichtung.
Gegenüber bisher bekannten Elastomerkörpern ermöglicht eine solche Lagerbüchse ein Verspannen durch das Aufbringen einer Kraft in der Axialrichtung, die zu einer Komprimierung des Elastomerkörpers in der Axialrichtung führt. Dadurch kommt es zu einer radialen Ausdehnung des Elastomerkörpers. So wird ein zuvor vorhandener Spalt zwischen der Lagerbüchse und dem Befestigungsflansch und/oder der Befestigungseinheit zumindest teilweise geschlossen und eine radial wirkende Anpresskraft zwischen der Lagerbüchse und dem Befestigungsflansch und/oder der Befestigungseinheit bewirkt. Dabei wirkt die Anpresskraft von außen nach innen auf eine bevorzugt im Wesentlichen zylindrische Mantelfläche der Befestigungseinheit und von innen nach außen auf eine bevorzugt im Wesentlichen zylindrische Öffnungsinnenfläche der Befestigungsöffnung.
Bevorzugt weist die Lagerbüchse in einem verspannten Zustand zumindest Abschnittsweise eine konstante Wanddicke auf und ist weiter bevorzugt zylinderförmig, d.h. die Lagerbüchse hat in dem verspannten Zustand keine konische Außenumfangsfläche oder Innenumfangsfläche. Bevorzugt besteht die Lagerbüchse aus dem Elastomerkörper. Die in der folgenden Beschreibung für die Lagerbüchse oder den Elastomerkörper definierten Merkmale sind auch auf das jeweils andere anwendbar.
In einer Ausführungsform umfasst der Elastomerkörper das Material Polyurethan, insbesondere Polyurethan-Polyester oder Polyester-Urethan-Kautschuk, vorzugsweise Urelast. Der Elastomerkörper kann auch vollständig aus diesem Material bestehen.
Die Verwendung von Polyurethan, insbesondere Polyurethan-Polyester oder Polyester- Urethan-Kautschuk, vorzugsweise Urelast als Material für die Elastomerkörper ermöglicht eine lange Lebensdauer und geringe Wartungsintervalle. Insbesondere in Wechselwirkung mit den übrigen Merkmalen dieser Erfindung kann dennoch eine gute Dämpfungswirkung, insbesondere eine Vibrationsentkopplung zwischen der Tragkonstruktion und der generatorseitigen Komponente gewährleistet werden.
In einer Ausführungsform ist/sind die Außenseite und/oder Innenseite des Elastomerkörpers in einem Verjüngungswinkel von o,i° bis 2,5°, 0,3° bis 2,0°, 0,4° bis L5°, o,5° bis 1,2° oder 0,7° bis 0,9°, insbesondere o,8° zu einer parallel zu der Axialrichtung angeordneten Referenzebene angeordnet. Dabei wird die Innenseite durch den insbesondere als Bohrung ausgeführten Hohlraum gebildet und die Außenseite ist bevorzugt im Wesentlichen zylinderförmig.
Die Außenseite und die Innenseite des Elastomerkörpers bilden eine Innenumfangsfläche und eine Außenumfangsfläche, die in einem Verjüngungswinkel von o,i° bis 2,5°, 0,3° bis 2,0°, 0,4° bis 1,5°, 0,5° bis 1,2° oder 0,7° bis 0,9°, insbesondere o,8° zueinander angeordnet seien können. Die Außenumfangsfläche ist in einem montierten Zustand der Befestigungsöffnung des Flansches zugewandt und die Innenumfangsfläche ist der Befestigungseinheit zugewandt. Bevorzugt weist/ weisen entweder die Innenumfangsfläche, die Außenumfangsfläche oder beide eine konische Form auf. Der Verjüngungswinkel zwischen der Außenumfangsfläche und der Innenumfangsfläche ist bevorzugt umlaufend konstant.
In einer weiteren Ausführungsform nimmt die Wandstärke kontinuierlich über die gesamte Länge des Elastomerkörpers entlang der Axialrichtung ab. Dabei ist der Verjüngungswinkel bevorzugt über die gesamte Länge des Hohlkörpers konstant. Alternativ kann das Verhältnis aus dem Verjüngungsabschnitt des Elastomerkörpers entlang der Axialrichtung und einer Gesamtlänge der Lagerbüchse mindestens 0,5; 0,7; 0,8 oder 0,9 betragen.
In einer Ausführungsform ist der Elastomerkörper aus einem Stück hergestellt, also einstückig. Insbesondere ist der Elastomerkörper mittels eines Spritzgussverfahrens oder Formgussverfahrens hergestellt. Ferner kann der Elastomerkörper monolithisch ausgebildet sein.
Ein einstückiger Körper lässt sich kostengünstig und einfach herstellen und montieren. Dass der Körper monolithisch ist, bedeutet, dass er lediglich aus einem Material, zum Beispiel einem der zuvor genannten Polyurethane, besteht. Die Ausführung in monolithischer Form ermöglicht einen geringen Bauraum und eine kostengünstige und einfache Herstellung der Lagerbüchse.
Ferner ist eine Lagerbuchsenanordnung, aufweisend mehrere, insbesondere zumindest 6, 8, 12, 15 oder 20 Lagerbüchsen nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsformen erfindungsgemäß. Dabei sind die Lagerbüchsen in einer Uhrenziffernblattanordnung insbesondere äquidistant um eine Achse eines Windkraftanlagenlagers angeordnet.
Ferner ist ein Windkraftanlagenlager zum Abstützen eines Generators einer Windkraftanlage an einer fundamentseitigen Tragkonstruktion der Windkraftanlage erfindungsgemäß. Ein solches Windkraftanlagenlager umfasst mehrere Lagerbüchsen und/oder eine Lagerbuchsenanordnung nach einem der zuvor beschrieben Ausführungsformen. Dabei sind/ist die Lagerbüchsen und/oder die Lagerbuchsenanordnung an einer Montageschnittstelle zwischen dem Generator und dem Rotor angeordnet.
Dabei umfasst die Lagerbüchse einen unverspannten Zustand, in welchem ein in Axialrichtung des Lagerbolzens in seiner radialen Breite abnehmender Spalt zwischen dem Elastomerkörper und der Befestigungseinheit und/oder zwischen dem Elastomerkörper und dem Befestigungsflansch vorliegt.
Ein solches Windkraftanlagenlager bietet den Vorteil, dass es nur einen geringen Bauraum beansprucht, kostengünstig herstellbar ist und einfach und sicher zu montieren ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Windkraftanlagenlager einen sich wenigstens teilweise durch den Elastomerkörper erstreckenden Lagerbolzen und einen Befestigungsflansch mit mehreren Befestigungsöffnungen, in denen jeweils einer der Lagerbolzen und eine der Lagerbüchsen angeordnet sind, wobei die Lagerbüchsen einen unverspannten Zustand, in welchem ein in Axialrichtung der Lagerbolzen in seiner radialen Breite abnehmender Spalt zwischen dem Elastomerkörper und dem Lagerbolzen und/oder zwischen dem Elastomerkörper und dem Befestigungsflansch zumindest abschnittsweise vorliegt, umfassen.
Der Befestigungsflansch weist eine Mehrzahl, insbesondere mindestens oder genau 6, 8, io, 12, 14 oder 16 Befestigungsöffnungen auf. Dabei umschließt der Befestigungsflansch bevorzugt eine Lageröffnung zur Aufnahme einer generatorseitigen Komponente, zum Beispiel einer Welle, des Maschinenstrangs der Windkraftanlage. Die Befestigungsöffnungen sind in diesem Fall bevorzugt auf einer Kreisbahn um die Welle umlaufend in dem Befestigungsflansch angeordnet. Die Befestigungsöffnungen können entlang der umlaufenden Kreisbahn äquidistant zueinander sein und/oder äquidistant zu der Welle sein.
Die Lagerbüchse kann sich in einem verspannten oder einem unverspannten Zustand befinden. In dem verspannten Zustand ist der Elastomerkörper im Vergleich zu dem unverspannten Zustand entlang der Längsrichtung komprimiert. Im unverspannten Zustand ist der Elastomerkörper somit bevorzugt im Wesentlichen nicht elastisch verformt. Ferner ist die Lagerbüchse in dem unverspannten Zustand bevorzugt nicht mit in der Längsrichtung wirkenden Kräften beaufschlagt. Bevorzug wird der in seiner radialen Breite abnehmende Spalt durch die sich ändernde Wandstärke des Elastomerkörpers gemäß einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen hervorgerufen. Der Begriff radial bezieht sich hierbei, wie im Rest dieser Schrift, auf den Lagerbolzen, der bevorzugt rotationssymmetrisch ist. Dabei liegt die Rotationsachse entlang der Axialrichtung und die radiale Richtung orthogonal dazu.
Die Lagerbüchse ist bevorzugt koaxial zu der Befestigungsöffnung und der Befestigungseinheit angeordnet.
Die Befestigungseinheit weist in dieser Aufführungsform in dem Abschnitt, in dem sie innerhalb des Hohlraums des Elastomerkörpers angeordnet ist, eine zylindrische Form auf und die Befestigungsöffnung des Befestigungsflansches ist ebenfalls zylindrisch. So ist entweder ein Spalt zwischen einer konisch verlaufenden Außenumfangsfläche der Lagerbüchse und der Befestigungsöffnung und/oder ein Spalt zwischen einer konisch verlaufenden Innenumfangsfläche der Lagerbüchse und der Befestigungseinheit entlang Längsrichtung abnehmend oder zunehmend ausgebildet.
Alternativ oder zusätzlich zu einer Lagerbüchse mit sich ändernder Wandstärke kann/können die Befestigungsöffnung und/oder der innerhalb des Hohlraums des Elastomerkörpers angeordnete Abschnitt der Befestigungseinheit konisch anstatt zylindrisch ausgeführt sein. In einer solchen Ausführungsform kann/können die Außenumfangsfläche und/oder die Innenumfangsfläche der Lagerbüchse zylindrisch ausgeführt sein.
In einer weiteren Ausführungsform nimmt die Breite des Spalts in einem Spaltwinkel von o,i° bis 2,5°, o,3° bis 2,o°, o,4° bis 1,5°, 0,5° bis 1,2° oder 0,7° bis 0,9°, insbesondere o,8° ab.
Die Außenseite und/oder Innenseite des Elastomerkörpers ist/sind in einem Verjüngungswinkel von o,i° bis 2,5°, 0,3° bis 2,0°, 0,4° bis 1,5°, 0,5° bis 1,2° oder 0,7° bis 0,9°, insbesondere 0,8° zu einer parallel zu der Axialrichtung angeordneten Referenzebene angeordnet. Dabei wird die Innenseite durch den insbesondere als Bohrung ausgeführten Hohlraum gebildet und die Außenseite ist insbesondere im Wesentlichen zylinderförmig. Die Referenzebene ist bevorzugt eine koaxial zu dem Lagerbolzen angeordnete, zylindrische, fiktive Ebene. Diese Winkel/ Winkelbereiche des Spaltwinkels verhindern ein Verkanten der Lagerbüchse beim Komprimieren und ermöglichen gleichzeitig eine gleichmäßige Kraftverteilung der radial wirkenden Kräfte, welche die Lagerbüchse auf die Befestigungseinheit und den Befestigungsflansch ausübt.
Der Spaltwinkel erstreckt sich dabei zwischen den beiden den Spalt begrenzenden Wänden, also der Innenumfangsfläche und einer Mantelfläche der Befestigungseinheit und/oder der Außenumfangsfläche und einer Öffnungswand des Befestigungsflansches. Liegt sowohl innerhalb der Lagerbüchse als auch außerhalb der Lagerbüchse ein Spalt vor, gelten die angegebenen Winkelbereiche/ Winkel für die Summe aus dem Spaltwinkel des inneren und des äußeren Spaltes.
In einer weiteren Aufführungsform liegt in einem verspannten Zustand der Lagerbüchse, in dem der Elastomerkörper entlang der Axialrichtung im Vergleich zu dem unverspannten Zustand komprimiert ist, zumindest in einem längeren Abschnitt entlang der Axialrichtung als in dem unverspannten Zustand kein Spalt zwischen der Lagerbüchse und dem Lagerbolzen der Befestigungseinheit oder dem Befestigungsflansch vor.
Bevorzugt wird der unverspannte Zustand zur Montage oder Vormontage der Lagerbüchsen in dem Befestigungsflansch genutzt. Die Lagerbüchsen können also manuell und/oder mit einem Werkzeug in die Befestigungsöffnungen eingeführt werden. Ferner können die Befestigungseinheiten in die Hohlräume der Elastomerkörper manuell und/oder mit einem Werkzeug eingeführt werden. Die Lagerbüchsen, der Befestigungsflansch und die Befestigungseinheiten können somit in dem unverspannten Zustand frei zueinander bewegbar sein. Im Gegensatz dazu sind die Lagerbüchsen, der Befestigungsflansch und die Befestigungseinheiten in einem verspannten Zustand nicht mehr oder nur noch mit wesentlich mehr Kraft als im unverspannten Zustand frei zueinander bewegbar, sondern nur noch entsprechend der Elastizität des Elastomerkörpers.
Durch ein Komprimieren der Lagerbüchse entlang der Axialrichtung dehnt sich der Elastomerkörper in radialer Richtung, also orthogonal zu der Axialrichtung aus und schließt den Spalt, welcher, wie beschrieben, die Lagerbüchse in radialer Richtung umgibt und/ oder welcher von der Lagerbüchse in radialer Richtung umgeben ist. Ist der Spalt zumindest teilweise geschlossen, steht die Außenumfangsfläche der Lagerbüchse mit der Befestigungsöffnung und die Innenumfangsfläche mit der Befestigungseinheit in Kontakt.
Der Spalt kann in dem verspannten Zustand über die gesamte Länge der Lagerbüchse geschlossen sein. Alternativ kann der Spalt durch das Verspannen nur abschnittsweise geschlossen werden. So kann der Spalt entlang eines Abschnitts entlang der Axialrichtung bestehen bleiben. Es ist ferner möglich, dass die Lagerbüchse sich entlang der Längsrichtung erstreckende Aussparungen aufweist, welche durch die Verspannung nicht geschlossen werden, sodass der Spalt in Umfangsrichtung nur abschnittsweise geschlossen wird.
Durch ein weiteres Komprimieren in der Axialrichtung wird der Druck, welchen die Lagerbüchse in radialer Richtung nach außen auf Befestigungsöffnung und nach innen auf die Befestigungseinheit ausübt, erhöht. Ferner nimmt das Volumen ab und der Elastomerkörper wird insgesamt komprimiert, da er sich nicht mehr in radialer Richtung ausdehnen kann, dadurch nimmt die Steifigkeit des Elastomerkörpers zu und die Dämpfungswirkung ab.
Durch den radialen Druck der Lagerbüchse wird die Befestigungseinheit mit dem Befestigungsflansch verspannt.
Die Befestigungseinheit ist in der Axialrichtung bevorzugt lediglich durch eine Reibkraft, die durch den in radialer Richtung wirkenden Druck hervorgerufen wird, in der Befestigungsöffnung des Befestigungsflansches befestigt.
In einer Ausführungsform umfasst das Windkraftanlagenlager ferner eine Verspannungseinheit mit einem ersten mit einer ersten stirnseitigen Fläche der Lagerbüchse in Kontakt bringbaren stirnseitigen Anschlag und einem zweiten mit einer zweiten stirnseitigen Fläche an dem gegenüberliegenden Ende der Lagerbüchse in Kontakt bringbaren stirnseitigen Anschlag, wobei ein Axialabstand entlang der Axialrichtung zwischen dem ersten stirnseitigen Anschlag und dem zweiten stirnseitigen Anschlag , insbesondere mittels einer Gewindeeinheit, längenverstellbar ist, um einen in der Axialrichtung wirkende Kompressionskraft auf die Lagerbüchse auszuüben, um den Lagerbolzen der Befestigungseinheit mit dem Befestigungsflansch mittels der Lagerbüchse durch ein Komprimieren des Elastomerkörpers in der Axialrichtung zu verspannen.
Es kann jede Lagerbüchse über eine eigene Verspannungseinheit verfügen. Alternativ können auch mehrere, bevorzugt alle Lagerbüchse über eine Verspannungseinheit verspannbar sein.
In einer Ausführungsform sind die Lagerbüchsen, die Befestigungseinheiten und/ oder der Befestigungsflansch derart aufeinander formabgestimmt und/oder dimensioniert, dass die Lagerbüchsen mittels der Verspannungseinheit/-en von dem unverspannten Zustand in einen verspannten Zustand überführbar sind und so der Befestigungsflansch mit den Befestigungseinheiten mittels der Lagerbüchsen verspannbar ist.
Der erste stirnseitige Anschlag kann sich orthogonal zu der Axialrichtung erstrecken und mit einer ersten stirnseitigen Fläche der Lagerbüchse in Kontakt bringbar sein. Der mit einer zweiten stirnseitigen Fläche an dem gegenüberliegenden Ende der Lagerbüchse in Kontakt bringbare zweite stirnseitige Anschlag ist bevorzugt ebenfalls orthogonal zu der Axialrichtung ausgerichtet. Dabei ist ein Axialabstand entlang der Axialrichtung zwischen dem ersten stirnseitigen Anschlag und dem zweiten stirnseitigen Anschlag, insbesondere mittels einer Gewindeeinheit, längenverstellbar, um einen in der Axialrichtung wirkende Kompressionskraft auf die Lagerbüchse auszuüben.
Der erste und /oder zweite stirnseitige Anschlag können sich über die gesamte erste oder zweite stirnseitige Fläche der Lagerbüchse erstrecken. Alternativ kann sich der erste und /oder zweite stirnseitige Anschlag über Teile der erste oder zweite stirnseitige Fläche der Lagerbüchse erstrecken. Insbesondere kann ein äußerer Ring der ersten und/oder zweiten stirnseitigen Flächen über den ersten und/oder zweiten Anschlag herausragen.
Bevorzugt sind zumindest 80 %, 90 % oder 95 % der ersten und oder zweiten stirnseitigen Fläche der Lagerbüchse von dem ersten und/oder zweiten stirnseitigen Anschlag bedeckt, wenn sich die Lagerbüchse in einem verspannten Zustand befindet. In einem nicht verspannten Zustand kann/können eine Kontaktfläche/ Kontaktflächen des ersten und/oder zweiten stirnseitigen Anschlags, mit denen dieser/diese mit dem/den stirnseitigen Flächen der Lagerbüchsen in Kontakt steht/stehen, genauso, größer oder kleiner sein wie/als die stirnseitigen Flächen der Lagerbüchsen.
Der erste oder zweite stirnseitige Anschlag kann in der Axialrichtung fest mit der übrigen Befestigungseinheit verbunden sein, insbesondere einstückig mit der übrigen Befestigungseinheit oder Teilen der übrigen Befestigungseinheit ausgeführt sein. Der jeweils andere stirnseitige Anschlag kann in der Axialrichtung beweglich aber fixierbar auf der Befestigungseinheit gelagert sein. Zum Beispiel kann der bewegliche stirnseitige Anschlag ein Innengewinde aufweisen, welches auf einem Außengewinde der Befestigungseinheit angeordnet ist.
In dem unverspannten Zustand der Lagerbüchse befinden sich bevorzugt der erste und/oder der zweite stirnseitige Anschlag außerhalb der Befestigungsöffnung. In einem verspannten Zustand der Lagerbüchse befinden sich bevorzugt der erste und/oder zweite stirnseitige Anschlag innerhalb der Befestigungsöffnung.
In einer Ausführungsform umfasst die Befestigungseinheit einen Lagerbolzen und eine auf dem Lagerbolzen befestigte Hülse, welche einen zweiten stirnseitigen Anschlag ausbildet. Dabei weist der Lagerbolzen ein Befestigungsende, bevorzugt ein Gewinde, auf, mittels dem es mit der Tragkonstruktion der Windkraftanlage verbindbar ist.
Die Befestigungseinheit kann einstückig oder mehrstückig ausgebildet sein. Im Sinne eines präzisen und dennoch kostengünstigen Herstellungsverfahrens ist es möglich, einen Lagerbolzen, bevorzugt eine Gewindestange, zu verwenden, auf welchem eine Hülse aufgebracht ist. Die Hülse bildet dann mögliche Absätze, Anschläge und die Kontaktfläche zu der Lagerbüchse aus.
Die Hülse kann über ein Gewinde, eine Presspassung, eine Schweißverbindung oder auf sonstige Weise auf dem Lagerbolzen befestigt sein. Der Lagerbolzen kann ein oder mehrere Gewinde aufweisen. Bevorzugt ist zumindest ein Gewinde an einem Ende des Lagerbolzens vorgesehen, um den Lagerbolzen mit der Tragkonstruktion der Windkraftanlage zu verbinden. Das gleiche oder ein weiteres Gewinde kann genutzt werden, um die Hülse auf dem Lagerbolzen zu befestigen. Das gleiche oder ein weiteres Gewinde wie zum Befestigen der Hülse oder der Tragkonstruktion kann dazu genutzt werden, den ersten und/oder zweiten stirnseitigen Anschlag zu befestigen und zu führen. In einer Ausführungsform ist der erste stirnseitige Anschlag mittels eines Gewindes auf der Hülse oder dem Lagerbolzen aufgeschraubt. Darüber ist der Axialabstand zwischen dem ersten und dem zweiten stirnseitigen Anschlag einstellbar. Ferner steht insbesondere der erste stirnseitige Anschlag mit einer stirnseitigen Fläche der Lagerbüchse in Kontakt, an welcher der Spalt am größten ist.
Bevorzugt nimmt der Spalt, welcher zwischen der Lagerbüchse und der Befestigungseinheit und/oder dem Befestigungsflansch ist, in oder entgegen der Axialrichtung kontinuierlich zu oder ab. Entsprechend hat der Spalt an einem stirnseitigen Ende der Lagerbüchse beziehungsweise an dem Ende des Flansches in Längsrichtung seine größte Ausdehnung.
Ferner kann zum Verändern des Axialabstandes zwischen dem ersten und dem zweiten stirnseitigen Anschlag, also zum Komprimieren der Lagerbüchse, nur einer der beiden stirnseitigen Anschläge in Bezug auf die übrige Befestigungseinheit bewegbar ausgeführt sein, insbesondere ist dies der erste stirnseitige Anschlag.
Ein Anordnen des zum Verändern des Längsabstandes bewegbaren Anschlags an dem Ende der Lagerbüchse mit dem größten Spalt beziehungsweise der geringsten Wandstärke des Elastomerkörpers ermöglicht eine besonders gleichmäßige Kraftverteilung und reduziert die Gefahr eines Verkantens der Lagerbüchse beim Komprimieren.
In einer Ausführungsform weist die Lagerbüchse in einem verspannten Zustand, in dem sie in der Axialrichtung komprimiert ist, ein kleineres Volumen und/oder eine höhere Steifigkeit auf, als in dem unverspannten Zustand, in dem sie nicht oder in geringerem Maße in der Axialrichtung komprimiert ist.
Somit lässt sich über die Komprimierung der Lagerbüchse auch die Steifigkeit der Dämpfung einstellen. Eine in Ihrem Volumen stark komprimierte Lagerbüchse verhält sich steifer und erlaubt weniger elastischen Federweg für Bewegungen der Befestigungseinheit in der Befestigungsöffnung des Befestigungsflansches. Gleichzeitig kann über die Komprimierung auch eingestellt werden, wie hoch die axial, also in Längsrichtung, wirkenden Kräfte sein dürfen, die von dem Windkraftanlagenlager ausgehalten werden. In einer Ausführungsform des Windkraftanlagenlagers sind die Mantelfläche der Befestigungseinheit und die Öffnungswand der Befestigungsöffnung zylindrisch ausgeführt.
Eine erfindungsgemäße Windkraftanlage umfasst ein Windkraftanlagenlager nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen. Dabei ist das Maschinenlager mittels einer Elastomerbuchse mit einem Hohlkörper in sämtliche Raumrichtungen gedämpft an der Tragkonstruktion befestigbar und in jeder der Befestigungsöffnungen des ersten oder zweiten Befestigungsflansches ist eine Elastomerbuchse mit einem Hohlkörper angeordnet und eine Befestigungseinheit mit einem Befestigungsbolzen durchgreift den Hohlkörper und ist mit einem Befestigungsende in einer Befestigungsöffnung des jeweils anderen Befestigungsflansches befestigt und die Elastomerbuchse ist durch ein Komprimieren der Elastomerbuchse mittels der Befestigungseinheit zwischen einem unverspannten Zustand, in welchem ein in einer Längsrichtung des Hohlkörpers in seiner radialen breite abnehmender Spalt zwischen der Elastomerbuchse und der Befestigungseinheit und/oder zwischen der Elastomerbuchse und dem Befestigungsflansch vorliegt, und einem verspannten Zustand, in welchem der Spalt entlang der Längsrichtung zumindest kürzer ist als in dem unverspannten Zustand, verstellbar. Der Spalt kann in dem verspannten Zustand ferner vollständig geschlossen sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Befestigungsöffnungen auf zumindest einem zu einer Lageröffnung des Windkraftanlagenlagers konzentrischen Kreis, insbesondere äquidistant, angeordnet.
Ein Maschinenlager und/oder eine Elastomerbuchse gemäß einem der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele kann in einer Windkraftanlage verbaut sein. Eine solche Windkraftanlage kann eine Tragkonstruktion, zum Beispiel ein Gehäuse, und einen Maschinenstrang mit einer gondelseitigen Komponente, bevorzugt einer Welle oder einer Getriebeeinheit, umfassen. Das Gehäuse kann zum Beispiel das Gehäuse einer Gondel der Windkraftanlage sein. Die Tragkonstruktion und die generatorseitige Komponente einer solchen Windkraftanlage weisen jeweils einen Befestigungsflansch auf. Zumindest einer dieser Befestigungsflansche weist mehrere Befestigungsöffnungen auf, welche Lagerbüchsen aufnehmen können, wie in einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele beschrieben. . Die Lagerbüchsen können von einer Befestigungseinheit durchgriffen sein, die an dem jeweils anderen Befestigungsflansch befestigt ist. Die Befestigungseinheit kann zum Beispiel über eine Gewindebohrung in dem jeweils anderen Befestigungsflansch oder durch eine Verbindung mittels einer Kontermutter diese miteinander verbinden. Die Lagerbüchse wirkt aufgrund ihrer Elastizität dämpfend und entkoppelt somit die Tragkonstruktion von der generatorseitigen Komponente, sodass Vibrationen oder Schwingungen nicht mehr oder reduziert übertragen werden.
Die Lagerbüchse kann über die Befestigungseinheit oder eine weitere Verspannungseinheit in Ihrer Axialrichtung, in der auch die Befestigungseinheit durch die Lagerbüchse geführt ist, gestaucht, also komprimiert, werden. Dadurch dehnt sich die Lagerbüchse in einer radialen Richtung, orthogonal zu der Axialrichtung, aus und verspannt den Befestigungsabschnitt mit der Befestigungseinheit und somit auch mit dem anderen Befestigungsabschnitt.
Die generatorseitige Komponente kann in einem Montageverfahren mittels des Windkraftanlagenlagers mit zumindest den folgenden Schritten mit der Tragkonstruktion der Windkraftanlage verbunden werden: a) Bereitstellen der generatorseitigen Komponente mit einem Befestigungsflansch an einer fundamentseitigen Tragkonstruktion einer Windkraftanlage; b) Positionieren des der generatorseitigen Komponente in einer Montageposition; c) Einsetzen der Mehrzahl von Lagerbüchsen gemäß den beschriebenen Ausführungsbeispielen in jede Befestigungsöffnung des Befestigungsflansches; d) Einsetzen von einer Befestigungseinheit in jede Lagerbüchse; e) Befestigen der Befestigungseinheiten in der Tragkonstruktion der Windkraftanlage, zum Beispiel mittels einer Gewindeverbindung; f) Komprimieren der Lagerbüchse mittels der Befestigungseinheit und g) Verspannen der Befestigungseinheit mit dem Befestigungsflansch mittels der Lagerbüchsen. Dabei werden die Schritte f) und g) bevorzugt zeitgleich durchgeführt. Ferner kann der Schritt e) zeitgleich mit den Schritten f) und g) durchgeführt werden. Ansonsten können die Schritte e), f) und g) in der angegebenen oder einer beliebigen Reihenfolge durchgeführt werden.
Bevorzugt wird für das beschriebene Montageverfahren ein Windkraftanlagenlager gemäß der beschriebenen Ausführungsformen genutzt, welches die Lagerbüchsen, die Befestigungseinheiten und den Befestigungsflansch umfasst.
Im Folgenden werden verschiedene Ausführungsformen der Erfindung anhand von Figuren näher erläutert. Dabei zeigt
Fig. i eine Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Windkraftanlagenlagers in einer Blickrichtung orthogonal zu einer Axialrichtung der Lagerbüchse;
Fig. 2a das Windkraftanlagenlager aus Fig. i in einer Querschnittsansicht mit Blickrichtung entlang der Axialrichtung;
Figur 2b eine zu Figur 2a entlang der Axialrichtung versetzte Querschnittsansicht des Windkraftanlagenlagers;
Fig. 2c eine zu den Fig. 2a und Fig. 2b entlang der Axialrichtung versetzte Querschnittsansicht des Windkraftanlagenlagers;
Fig. 3a eine alternative Ausführungsform des Windkraftanlagenlagers in der Querschnittsansicht aus Fig. 2a;
Fig. 3b eine zu der Fig. 3a entlang der Axialrichtung versetzte Querschnittsansicht des Windkraftanlagenlagers;
Fig. 3c eine zu Fig. 3a und Fig. 3b entlang der Axialrichtung versetzte Querschnittsansicht des Windkraftanlagenlagers; Fig. 4a eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform des Windkraftanlagenlagers in Blickrichtung orthogonal zu der Längsrichtung in einem unverspannten Zustand; und
Fig. 4b das Windkraftanlagenlager aus Fig. 4a in einem verspannten Zustand.
In den Figuren 1 bis 2c ist eine erfindungsgemäße Ausführungsform eines Windkraftanlagenlagers 1 zum Befestigen der generatorseitigen Komponente der Windkraftanlage an einer Tragkonstruktion, die im gezeigten Ausführungsbeispiel ein Gehäuse der Windkraftanlage ist, dargestellt.
Das Windkraftanlagenlager 1 umfasst einen Befestigungsflansch 2, eine Befestigungseinheit 4 und eine Lagerbüchse, die aus einem Elastomerkörper 6 besteht. Das Maschinenlager 1 ist dabei in einem unverspannten Zustand dargestellt.
Die Lagerbüchse 6 ist, wie insbesondere in den Figuren 2a bis 2c erkennbar ist, in einem Querschnitt in Blickrichtung ihrer Axialrichtung L im Wesentlichen ringförmig. Die Lagerbüchse 6 ist in einer Befestigungsöffnung 8 des Befestigungsflansches 2 aufgenommen. Durch den von der Lagerbüchse 6 gebildeten Hohlraum des Elastomerkörpers 6 ist die Befestigungseinheit 4 geführt.
Der Abschnitt der Befestigungseinheit 4, welcher in der Lagerbüchse 6 angeordnet ist, ist im Wesentlichen zylindrisch. Auch die Befestigungsöffnung 8 in dem Befestigungsflansch 2 ist im Wesentlichen zylindrisch. Die Lagerbüchse 6 hat im dargestellten Ausführungsbeispiel eine im Wesentlichen zylindrische Außenumfangsfläche 10 und eine konische Innenumfangsfläche 12. Entsprechend liegt ein Spalt 14 zwischen der Innenumfangsfläche 12 der Lagerbüchse 6 und der Befestigungseinheit 4 vor.
Der Spalt 14 verengt sich von einer ersten stirnseitigen Fläche 16 der Lagerbüchse 6 zu einer zweiten stirnseitigen Fläche 18 der Lagerbüchse 6 entlang der Axialrichtung L der Lagerbüchse 6. An der zweiten stirnseitigen Fläche 18 der Lagerbüchse steht die Lagerbüchse 6 mit der Befestigungseinheit 4 in Kontakt, sodass kein Spalt 14 mehr vorhanden ist. Dies ist insbesondere in den Querschnittsansichten mit Blickrichtung orthogonal zu der Axialrichtung L erkennbar, die in den Figuren 2a, 2b und 2c dargestellt sind. Dabei zeigt Fig. 2a den Querschnitt an der in Fig. 1 mit A-A markierten Stelle, an welcher der Spalt 14 am größten ist. Fig. 2b zeigt die Querschnittsansicht in einer mittigen Position entlang der Axialrichtung L der Lagerbüchse 6, welche durch eine Markierung B-B in Fig. 1 markiert ist und an der das Windkraftanlagenlager 1 einen im Vergleich zu der Ansicht in Fig. 2a kleineren Spalt 14 aufweist. Fig. 2c zeigt den Querschnitt an einer Markierung C-C, bei welcher kein sichtbarer Spalt 14 mehr zwischen der Lagerbüchse 6 und der Befestigungseinheit 4 vorliegt.
Die Lagerbüchse 6 kann dabei an beiden stirnseitigen Enden Vorsprünge 20a, 20b aufweisen, welche die stirnseitigen Flächen 16, 18 ausbilden. Die Vorsprünge 20a, 20b weisen dabei eine geringere Wandstärke 22 als die übrige Lagerbüchse 6 auf. Hierdurch kann verhindert werden, dass sich bei einem Zusammendrücken der Lagerbüchse 6 über die stirnseitigen Flächen 16, 18 Wülste an den Enden der Lagerbüchse 6 bilden, die ein weiteres Komprimieren verhindern oder eine ungleichmäßige Kraftverteilung verursachen.
Die Befestigungseinheit 4 weist angrenzend an die erste stirnseitige Fläche 16 der Lagerbüchse 6 einen ersten stirnseitigen Anschlag 24 auf und an der zweiten stirnseitigen Fläche 18 der Lagerbüchse 6 einen zweiten stirnseitigen Anschlag 26. Dabei ist der zweite stirnseitige Anschlag 26 einstückig mit der übrigen Befestigungseinheit 4 ausgeführt. Der erste stirnseitige Anschlag 24 ist mittels eines Gewindes auf der übrigen Befestigungseinheit 4 gelagert.
Durch ein Drehen des ersten stirnseitigen Anschlags 24 kann entsprechend ein Axialabstand entlang der Axialrichtung L zwischen dem ersten stirnseitigen Anschlag 24 und dem zweiten stirnseitigen Anschlag 26 eingestellt werden. Wird also der erste stirnseitige Anschlag 24 weiter auf die Befestigungseinheit 4 aufgedreht, verkürzt sich der Axialabstand zwischen dem ersten stirnseitigen Anschlag 24 und dem zweiten stirnseitigen Anschlag 26. Dadurch drücken die stirnseitigen Anschläge 24, 26 die Lagerbüchse 6 über die stirnseitigen Flächen 16, 18 zusammen. Die Lagerbüchse 6 wird dadurch in der Axialrichtung L komprimiert und dehnt sich in einer radialen Richtung R aus. Dadurch verschwindet der Spalt 14 zwischen der Innenumfangsfläche 12 der Lagerbüchse 6 und der Befestigungseinheit 4.
Die Befestigungseinheit 4 weist ferner einen Gehäuseanschlag 28 und ein Gewindefortsatz 30 auf, die zur Befestigung der Befestigungseinheit 4 in einer dafür vorgesehenen Gewindebohrung des Gehäuses einer Windkraftanlage dienen.
In der generatorseitigen Komponentei mit dem Befestigungsflansch 2 ist eine Komponente des Maschinenstrangs, zum Beispiel eine Welle, gelagert. Dazu ist der Befestigungsflansch 2 umlaufend um eine Lageröffnung für die Welle angeordnet. Es sind mehrere Befestigungsöffnungen 8 über den Befestigungsflansch 2 um die Lageröffnung verteilt, von denen nur eine dargestellt ist.
Die Figuren 3a bis 3c stellen, wie die Figuren 2a bis 2c, Querschnittsansichten einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Windkraftanlagenlagers 1 mit Blickrichtung in der Axialrichtung L dar. Dabei sind die Querschnitte entlang der Axialrichtung L der Lagerbüchse 6 wie die Querschnitte der Figuren 2a bis 2c verteilt.
Im Gegensatz zu der in den Figuren 2a bis 2c dargestellten Ausführungsform ist die Innenumfangsfläche 12 der Lagerbüchse 6 bereits in einem unverspannten Zustand zylindrisch und liegt an der Befestigungseinheit 4 an. Dafür verläuft die Außenumfangsfläche 10 der Lagerbüchse 6 konisch. Entsprechend befindet sich der Spalt 14 im dargestellten Ausführungsbeispiel zwischen der Außenumfangsfläche 10 der Lagerbüchse 6 und dem Befestigungsflansch 2.
Die Figuren 4a und 4b stellen eine weitere Ausführungsform des Windkraftanlagenlagers 1 in einer Querschnittsansicht mit Blickrichtung orthogonal zu der Axialrichtung L in einem unverspannten und in einem verspannten Zustand dar.
Wie in den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen ist die Lagerbüchse 6 zwischen einer Befestigungseinheit 4 und einem Befestigungsflansch 2 angeordnet. Die Lagerbüchse 6 ist im Querschnitt mit Blickrichtung entlang der Axialrichtung L ringförmig. Im Gegensatz zu den zuvor dargestellten Ausführungsbeispielen ist in dem in Figur 4a dargestellten unverspannten Zustand des Windkraftanlagenlagers 1 sowohl die Außenumfangsfläche 10 als auch die Innenumfangsfläche 12 der Lagerbüchse 6 konisch ausgeführt. Entsprechend ergibt sich ein außenliegender Spalt 14a zwischen der Außenumfangsfläche 10 und dem Befestigungsflansch 2 und ein innenliegender Spalt 14b zwischen der Innenumfangsfläche 12 und der Befestigungseinheit 4. Die Wandstärke 22 der Lagerbüchse 6 nimmt dabei von der zweiten stirnseitigen Fläche 18 entlang der Axialrichtung L zu der ersten stirnseitigen Fläche 16 ab.
Die Befestigungseinheit 4 besteht im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus mehreren Komponenten. Eine Kontaktfläche der Befestigungseinheit 4 zu der Lagerbüchse 6 sowie der zweite stirnseitige Anschlag 26 werden dabei durch eine Hülse 32 ausgebildet. Die Hülse 32 ist auf einem Lagerbolzen34, im vorliegenden Beispiel eine Gewindestange mit einem durchgehenden Außengewinde, aufgebracht. Dazu weist die Hülse 32 ein entsprechendes Innengewinde auf.
Der erste stirnseitige Anschlag 24 ist auf einem dafür vorgesehenen Absatz 36 der Hülse 32 gelagert und lässt sich auf diesem entlang der Axialrichtung L verschieben. Um den ersten stirnseitigen Anschlag 24 zu verschieben, ist eine Spannmutter 38 vorgesehen, die auf das Außengewinde der Gewindestange 34 aufgeschraubt ist.
Im vorliegenden Beispiel ist ein Zwischenstück 40 vorgesehen, welches ebenfalls auf der Gewindestange 34 gelagert ist, um eine Anzugskraft der Spannmutter 38 auf den ersten stirnseitigen Anschlag 24 zu übertragen. Das Zwischenstück 40 weist dazu eine Bohrung auf, mit welcher es auf der Gewindestange 34 geführt ist. Auf jener von der Spannmutter 38 abgewandten Seite, welche mit dem ersten stirnseitigen Anschlag 24 in Kontakt steht, weitet sich die Bohrung des Zwischenstücks 40 so weit auf, dass das Ende der Hülse 32 darin aufgenommen werden kann, sodass mittels des Zwischenstücks 40 der erste Anschlag 24 auf den Absatz 36 der Hülse 32 aufgeschoben werden kann.
Der Absatz 36 umfasst eine Sicherungsnut 42 und einen darin aufgenommenen Sicherungsring 44. Der Sicherungsring 44 kann eine Vormontage des Windkraftanlagenlagers 1 erleichtern und/oder eine oder zwei Randpositionen des ersten stirnseitigen Anschlags 24 für einen unverspannten Zustand und einen verspannten Zustand der Lagerbüchse 6 definieren.
Die Randpositionen geben also die Positionen des ersten stirnseitigen Anschlags 24 an, an denen die Lagerbüchse 6 einen gewünschten Grad an Komprimierung erreicht hat, an denen die Lagerbüchse 6 einen maximal zulässigen Grad an Komprimierung erreicht hat, an denen die Lagerbüchse 6 einen minimal zulässigen Grad an Komprimierung in einen verspannten Zustand und/oder ein gewünschtes Spiel in einem unverspannten Zustand aufweist.
Ein gehäuseseitiges Ende der Gewindestange 34 ist in dem Gehäuse 46 der Windkraftanlage verschraubt. Der zweite stirnseitige Anschlag 26 dient dabei mit jener der Lagerbüchse 6 abgewandten Seite als Anschlag gegen das Gehäuse 46.
Die Hülse 32 weist ferner einen Führungsfortsatz 48 auf, welche in einer dafür vorgesehenen Führungsaufnahme 50 des Gehäuses 46 aufgenommen ist, um die Hülse 32 beziehungsweise die Befestigungseinheit 4 radial in dem Gehäuse zu führen und eine Montage zu vereinfachen. Zur weiteren Vereinfachung der Montage weist die Kante des Führungsfortsatzes 48 eine Fase auf.
Zum Befestigen der generatorseitigen Komponente an dem Gehäuse 46 wird die Lagerbüchse 6 in der Axialrichtung L komprimiert, wie in Figur 4B dargestellt. Dadurch dehnt sich die Lagerbüchse 6 in der radialen Richtung R aus und die Spalte 14a und 14b werden geschlossen. Ferner wird der Vorsprung 20b ausgeglichen beziehungsweise platt gedrückt. Durch die radiale Ausdehnung der Lagerbüchse 6 wird über die Lagerbüchse 6 eine Anpresskraft bzw. ein Druck gegen die Befestigungseinheit 4 und den Befestigungsflansch 2 ausgeübt.
Dazu wird die Spannmutter 38 weiter auf die Gewindestange 34 aufgeschraubt, wodurch das Zwischenstück 40 weiter über die Gewindestange 34 geschoben wird und der erster stirnseitige Anschlag 24 über den Absatz 36 der Hülse 32 in Richtung des zweiten stirnseitigen Anschlags 26 geschoben wird. Der dadurch verkürzte Axialabstand zwischen dem ersten stirnseitigen Anschlag 24 und dem zweiten stirnseitigen Anschlag 26 bedingt die Kompression der Lagerbüchse 6 in der Axialrichtung L.
Sobald die Spalte 14a, 14b geschlossen sind, kann sich die Lagerbüchse 6 nicht weiter ausdehnen und der Druck in der radialen Richtung R auf die Befestigungseinheit 4 und den Befestigungsflansch 2 steigt. Ferner erhöht sich dadurch die Steifigkeit der Lagerbüchse 6, wodurch die Dämpfungswirkung zwischen dem Gehäuse 46 und der mit dem Befestigungsflansch 2 verbundenen generatorseitigen Komponente geringer wird.
Um die gewünschte Dämpfungswirkung zu erzielen, bildet der Sicherungsring 44, wie in Fig. 4b dargestellt einen Anschlag, der eine maximale Kompression der Lagerbüchse 6 festlegt.
In dem unverspannten Zustand, wie in Fig. 4a dargestellt, ragen die Enden der Lagerbüchse 6 noch über die Befestigungsöffnung 8 des Befestigungsflansches 2 hinaus. Entsprechend befinden sich auch der erste und der zweite stirnseitige Anschlag 24, 26 außerhalb der Befestigungsöffnung 8 des Befestigungsflansches 2. Im Gegensatz dazu befindet sich die Lagerbüchse 6 in dem verspannten Zustand, wie in Fig. 4b dargestellt, vollständig innerhalb der Befestigungsöffnung 8 des Befestigungsflansches 2 und auch der erste und der zweite stirnseitige Anschlag 24, 26 sind teilweise in die Befestigungsöffnung 8 des Befestigungsflansches 2 eingedrungen.
Die in der vorstehenden Beschreibung, den Figuren und den Ansprüchen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Realisierung der Erfindung in den verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.
Bezugszeichenliste i Windkraftanlagenlager
2 Befestigungsflansch
4 Befestigungseinheit
6 Elastomerkörper, Lagerbüchse
8 Befestigungsöffnung io Außenumfangsfläche
12 Innenumfangsfläche
14 Spalt
14a äußerer Spalt
14b innerer Spalt
16 erste stirnseitige Fläche
18 zweite stirnseitige Fläche
20a, 20b Vorsprünge
22 Wandstärke
24 erster stirnseitiger Anschlag
26 zweiter stirnseitiger Anschlag
28 Gehäuseanschlag
30 Gewindefortsatz
32 Hülse
34 Lagerbolzen
36 Absatz
38 Spannmutter
40 Zwischenstück
42 Sicherungsnut
44 Sicherungsring
46 Tragkonstruktion
48 Führungsfortsatz
50 Führungsaufnahme
L Axialrichtung
R radiale Richtung

Claims

Ansprüche
1. Lagerbüchse zum beweglichen Halten einer generatorseitigen Komponente und einer fundamentseitigen Komponente einer Windkraftanlage, umfassend einen Elastomerkörper (6) mit einem von dem Elastomermaterial umgebenen Hohlraum zum axialen Aufnehmen eines generatorseitigen oder fundamentseitigen Lagerbolzens (34), wobei eine von einer Innenseite des hohlen Elastomerkörpers (6) und dessen Außenseite definierte Wandstärke (22) in Axialrichtung (L) des Elastomerkörpers (6) zumindest abschnittsweise abnimmt.
2. Lagerbüchse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Elastomerkörper (6) aus dem Material Polyurethan, insbesondere Polyurethan-Polyester oder Polyester-Urethan-Kautschuk, vorzugsweise Urelast, besteht oder es umfasst.
3. Lagerbüchse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenseite und/oder Innenseite des Elastomerkörpers (6) in einem Verjüngungswinkel von o,i° bis 2,5°, o,3° bis 2,0°, 0,4° bis 1,5°, 0,5° bis 1,2° oder 0,7° bis 0,9°, insbesondere 0,8° zu einer parallel zu der Axialrichtung (L) angeordneten Referenzebene angeordnet ist/ sind, wobei die Innenseite durch den insbesondere als Bohrung ausgeführten Hohlraum gebildet wird und die Außenseite insbesondere im Wesentlichen zylinderförmig ist.
4. Lagerbüchse nach Anspruch 1, 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke (22) in einem konischen Verjüngungsabschnitt kontinuierlich entlang der Axialrichtung (L) abnimmt, wobei der Verjüngungswinkel bevorzugt über die gesamte Länge des Verjüngungsabschnitts konstant ist.
5. Lagerbüchse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis aus dem Verjüngungsabschnitt des Elastomerkörpers (6) und einer Gesamtlänge der Lagerbüchse entlang der Axialrichtung (L) mindestens 0,5; 0,7; 0,8; 0,9 oder 1 beträgt.
6. Lagerbüchse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elastomerkörper (6) aus einem Stück hergestellt ist, insbesondere mittels
23 eines Spritzgussverfahrens oder Formgussverfahrens, und/oder monolithisch ausgebildet ist. Lagerbuchsenanordnung, aufweisend mehrere, insbesondere zumindest 6, 8, 12, 15 oder 20 Lagerbüchsen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Lagerbüchsen in einer Uhrenziffernblattanordnung insbesondere äquidistant um eine Achse eines Windkraftanlagenlagers angeordnet sind. Windkraftanlagenlager zum Abstützen eines Generators einer Windkraftanlage an einer fundamentseitigen Tragkonstruktion der Windkraftanlage, umfassend mehrere Lagerbüchsen und/oder eine Lagerbuchsenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Lagerbüchsen und/oder die Lagerbuchsenanordnung an einer Montageschnittstelle zwischen dem Generator und dem Rotor angeordnet sind/ist. Windkraftanlagenlager nach Anspruch 8, umfassend jeweils einen sich wenigstens teilweise durch den Elastomerkörper (6) erstreckenden Lagerbolzen (34) und einen Befestigungsflansch (2) mit mehreren Befestigungsöffnungen (8), in denen jeweils einer der Lagerbolzen (34) und eine der Lagerbüchsen angeordnet sind, wobei die Lagerbüchsen einen unverspannten Zustand, in welchem ein in Axialrichtung (L) der Befestigungsöffnung (8) in seiner radialen Breite abnehmender Spalt (14, 14a, 14b) zwischen dem Elastomerkörper (6) und dem Lagerbolzen (34) und/oder zwischen dem Elastomerkörper (6) und dem Befestigungsflansch (2) zumindest abschnittsweise vorliegt, umfassen. Windkraftanlagenlager nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite des Spalts (14, 14a, 14b) in einem Spaltwinkel von o,i° bis 2,5°, 0,3° bis 2,0°, 0,4° bis 1,5°, o,5° bis 1,2° oder 0,7° bis 0,9°, insbesondere o,8° abnimmt. Windkraftanlagenlager nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass in einem verspannten Zustand der Lagerbüchsen, in dem der Elastomerkörper (6) entlang der Axialrichtung (L) im Vergleich zu dem unverspannten Zustand komprimiert ist, zumindest in einem größeren Abschnitt entlang der Axialrichtung (L) als im unverspannten Zustand, kein Spalt (14, 14a, 14b) zwischen der Lagerbüchse und dem Lagerbolzen (34) oder dem Befestigungsflansch (2) vorliegt. Windkraftanlagenlager nach einem der Ansprüche 9 bis 11, umfassend eine Verspannungseinheit, insbesondere je eine Verspannungseinheit je Lagerbüchse, mit einem ersten mit einer ersten stirnseitigen Fläche (16) der Lagerbüchse in Kontakt bringbaren stirnseitigen Anschlag (24) und einem zweiten mit einer zweiten stirnseitigen Fläche (18) an dem gegenüberliegenden Ende des Lagerbüchse in Kontakt bringbaren stirnseitigen Anschlag (26), wobei ein Axialabstand entlang der Axialrichtung (L) zwischen dem ersten stirnseitigen Anschlag (24) und dem zweiten stirnseitigen Anschlag (26) insbesondere mittels einer Gewindeeinheit längenverstellbar ist, um einen in der Axialrichtung (L) wirkende Kompressionskraft auf den Elastomerkörper (6) auszuüben, um die Lagerbolzen (34) mit dem Befestigungsflansch (2) mittels der Elastomerbuchse (6) durch ein Komprimieren des Elastomerkörpers (6) in der Axialrichtung (L) zu verspannen. Windkraftanlagenlager nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerbüchsen, die Lagerbolzen (34) und/oder der Befestigungsflansch (2) derart aufeinander formabgestimmt und/oder dimensioniert sind, dass die Lagerbüchsen mittels der Verspannungseinheiten von dem unverspannten Zustand in einen verspannten Zustand überführbar sind und so der Befestigungsflansch (2) mit den Lagerbolzen (34) mittels der Lagerbüchsen verspannbar ist. Windkraftanlagenlager nach einem der Ansprüche 9 bis 13, ferner jeweils eine auf den Lagerbolzen (34) befestigte Hülse (32), welche einen zweiten stirnseitigen Anschlag (26) ausbildet, umfassend, wobei die Lagerbolzen (34) ein Befestigungsende, bevorzugt ein Gewinde, aufweisen, mittels dem sie mit der fundamentseitigen Tragkonstruktion (46) der Windkraftanlage verbindbar sind. Windkraftanlagenlager nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten stirnseitigen Anschläge (24) jeweils mittels eines Gewindes auf den Hülsen (32) oder den Lagerbolzen (34) aufgeschraubt sind und in Längsabständen zu zweiten stirnseitigen Anschlägen (26) einstellbar sind, wobei die ersten stirnseitigen Anschläge (24) insbesondere mit den ersten stirnseitigen Flächen (16) der Lagerbüchsen in Kontakt stehen, an denen der Spalt (14, 14a, 14b) am größten ist. Windkraftanlagenlager nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Elastomerkörper (6) in einem verspannten Zustand, in welchem jene in der Axialrichtung (L) komprimiert sind, ein kleineres Volumen und/oder eine höhere Steifigkeit aufweisen, als in dem unverspannten Zustand, in welchem sie nicht oder in geringerem Maße in der Axialrichtung (L) komprimiert sind. Windkraftanlagenlager nach einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelfläche der Lagerbolzen (34) und die Öffnungswand der Befestigungsöffnung (8) zylindrisch ausgeführt sind. Windkraftanlage umfassend ein Windkraftanlagenlager nach einem der Ansprüche 9 bis 17.
26
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