WO2025201591A1

WO2025201591A1 - Lageraufnahme für ein gleitlager für eine rotorwelle einer windenergieanlage

Info

Publication number: WO2025201591A1
Application number: PCT/DE2025/100211
Authority: WO
Inventors: Christoph König
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2024-03-28
Filing date: 2025-02-25
Publication date: 2025-10-02
Anticipated expiration: 2026-09-28
Also published as: DE102024108943A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lageraufnahme (1 ) für ein Gleitlager (2) für eine Rotorwelle (3) einer Windenergieanlage (4), aufweisend zumindest die folgenden Komponenten: - eine Positioniereinrichtung (5) zum Positionieren eines Lagerelements (6), wobei das Lagerelement (6) eine definierte Lagerachse (7) aufweist; - eine Führungsschiene (8) zum Führen der Positioniereinrichtung (5) entlang einer Positionierachse (9); und - eine Fixiereinrichtung (10) zum Fixieren der Positioniereinrichtung (5) in einer bei der Montage eingestellten Position. Die Lageraufnahme (1 ) ist vor allem dadurch gekennzeichnet, dass die Positionierachse (9) zu der Lagerachse (7) des zu positionierenden Lagerelements (6) geneigt ausgerichtet ist. Mit der hier vorgeschlagenen Lageraufnahme ist eine Einstellung eines Lagerspalts dauerhaft gesichert.

Description

Laqeraufnahme für ein Gleitlager für eine Rotorwelle einer Windenerqieanlaqe

Die Erfindung betrifft eine Lageraufnahme für ein Gleitlager für eine Rotorwelle einer Windenergieanlage, ein Gleitlager mit einer solchen Lageraufnahme für eine Rotorwelle einer Windenergieanlage, einen Rotor mit einem solchen Gleitlager für eine Windenergieanlage, sowie eine Windenergieanlage mit einem solchen Rotor.

Im Zuge der Energiewende und der Dekarbonisierung der Energieinfrastruktur bekommen Windenergieanlagen eine immer größer werdende Bedeutung. Mit Leistungen von bis zu 7 MW [sieben Megawatt] an Land (Onshore) und bis zu einer Leistung von über 15 MW [fünfzehn Megawatt] im Meer (Offshore) pro Windenergieanlage, stellen die Windenergieanlagen in Zukunft die sogenannte Grundlast des Energieverbrauchs dar. Dabei werden mittels der Windenergieanlage, aus eh vorherrschendem Wind, mittels Rotorblättern und einer damit verbundenen Rotorwelle (gemeinsam dem Rotor) ein Generator angetrieben, welcher zum Erzeugen von elektrischem Strom aus dem bereitgestellten Drehmoment eingerichtet ist. Zukünftige (Offshore) Windenergieanlagen sollen sogar Leistungen von 20 MW oder mehr leisten, was sich in einer Vergrößerung der Rotorblätter und des Generators, aber auch der Rotorwelle widerspiegelt.

Die Rotorwelle ist in konventionellen Windenergieanlagen radial als auch axial gelagert, wobei mit steigender Leistung der Windenergieanlagen auch die Lager der Rotorwelle gesteigerten Anforderungen genügen müssen. Neben der zu lagernden Rotorwelle und der damit gesteigerten Gewichtskraft auf die Lager ist das erhöhte Drehmoment auf die Lager ein zu beachtender Faktor in der Auslegung der Windenergieanlage. Konventionelle Lager in Windenergieanlagen sind meist vor Ort nur sehr aufwendig montierbar oder austauschbar. Zudem ist nach einem Austauschen der Lager, beispielsweise bei einer Wartung, die exakte radiale und/oder axiale Position der Rotorwelle einzustellen, weil es sonst zu Unwuchten und damit Beschädigungen des Generators führen kann. Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest teilweise zu überwinden. Die erfindungsgemäßen Merkmale ergeben sich aus den unabhängigen Ansprüchen, zu denen vorteilhafte Ausgestaltungen in den abhängigen Ansprüchen aufgezeigt werden. Die Merkmale der Ansprüche können in jeglicher technisch sinnvollen Art und Weise kombiniert werden, wobei hierzu auch die Erläuterungen aus der nachfolgenden Beschreibung sowie Merkmale aus den Figuren hinzugezogen werden können, welche ergänzende Ausgestaltungen der Erfindung umfassen.

Die Erfindung betrifft eine Lageraufnahme für ein Gleitlager für eine Rotorwelle einer Windenergieanlage, aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:

- eine Positioniereinrichtung zum Positionieren eines Lagerelements, wobei das Lagerelement eine definierte Lagerachse aufweist;

- eine Führungsschiene zum Führen der Positioniereinrichtung entlang einer Positionierachse; und

- eine Fixiereinrichtung zum Fixieren der Positioniereinrichtung in einer bei der Montage eingestellten Position.

Die Lageraufnahme ist vor allem dadurch gekennzeichnet, dass die Positionierachse zu der Lagerachse des zu positionierenden Lagerelements geneigt ausgerichtet ist.

Es wird im Folgenden auf die genannte Rotorachse Bezug genommen, wenn ohne explizit anderen Hinweis die axiale Richtung, radiale Richtung oder die Umlaufrichtung und entsprechende Begriffe verwendet werden. In der vorhergehenden und nachfolgenden Beschreibung verwendete Ordinalzahlen dienen, sofern nicht explizit auf das Gegenteilige hingewiesen wird, lediglich der eindeutigen Unterscheidbarkeit und geben keine Reihenfolge oder Rangfolge der bezeichneten Komponenten wieder. Eine Ordinalzahl größer eins bedingt nicht, dass zwangsläufig eine weitere derartige Komponente vorhanden sein muss.

Es ist hier eine Lageraufnahme für ein Gleitlager vorgeschlagen. Die Lageraufnahme ist beispielsweise für eine Windenergieanlage, beispielsweise zur Anordnung innerhalb einer Gondel, eingerichtet. Alternativ ist die Lageraufnahme für andere Anlagen, besonders Großanlagen eingerichtet. Ein von der Lageraufnahme aufgenommenes Lager (beispielsweise Gleitlager) ist zum Lagern einer Rotorwelle (beispielsweise einer Windenergieanlage) eingerichtet.

Hier ist vorgeschlagen, dass die Lageraufnahme eine Positioniereinrichtung umfasst, welche zum Positionieren eines Lagerelements eingerichtet ist. Das betreffende Lagerelement ist über diese Positioniereinrichtung also bezogen auf die Rotorachse axial (beispielsweise für ein Axiallager) und/oder radial (beispielsweise für ein Radiallager) einstellbar. Bei einem Gleitlager ist damit beispielsweise der gewünschte Lagerspalt einstellbar. Das Lagerelement ist als eine Komponente eines Gleitlagers ausgeführt, womit mithilfe eines Ölfilms zwischen der Rotorwelle und der Lageraufnahme ein reibungsarmes Rotieren gewährleistet ist. In einer Ausführungsform ist das Gleitlager für eine hydrostatische, in einer anderen für eine hydrodynamische Lagerung eingerichtet. Ein solches Lagerelement wird, wenn es segmentiert ausgeführt ist, auch als Gleitlagersegment oder Lager-Pad bezeichnet, wobei von solchen La- ger-Pads eine Mehrzahl über den Umfang einer Rotorwelle (gleichmäßig oder lastabhängig) verteilt sind. Es sei darauf hingewiesen, dass in einer Ausführungsform solche Lager-Pads an der Rotorwelle mitrotierend montiert sind oder umgekehrt in der Lageraufnahme fest montiert sind. Eine korrespondierende Gegenlagerfläche ist dann von der Lageraufnahme oder eben von der Rotorwelle gebildet. Die Gegenlagerfläche ist vor der Montage ebenfalls segmentiert bereitstellbar, aber nach der Montage für den Rotationsbetrieb eine vollständig um laufende Fläche.

Das Lagerelement weist eine definierte Lagerachse auf. Die Lagerachse ist dabei eine Achse, entlang welcher die Lagerkräfte verlaufen. Bei einem (reinen) Axiallager ist die Lagerachse als axial, also parallel zu der Rotorachse ausgerichtet. Bei einem (reinen) Radiallager ist die Lagerachse eben radial zu der Rotorachse ausgerichtet. Bei einem Gleitlager ist die Lagerachse normal zu der Gleitfläche ausgerichtet. In einer Ausführungsform als Schräglager, also mit Axialkraftanteil und Radialkraftanteil, ist die Lagerachse entsprechend geneigt zu der Rotorachse ausgerichtet. Bei gleichen Anteilen beträgt der Winkel 45°. Es sei darauf hingewiesen, dass es eine Vielzahl von Möglichkeiten gibt, wie ein Lagerelement ausgeführt ist und hier ausschließlich für eine bessere Übersichtlichkeit einzig die einfachsten und geläufigsten Formen genannt sind. Weiterhin ist hier eine Führungsschiene zum Führen der Positioniereinrichtung vorgeschlagen. Um eine exakte Position des Lagerelements und damit auch der Rotorwelle in der Montage sicherzustellen, ist die Führungsschiene eingerichtet, die Positioniereinrichtung entlang einer Positionierachse auszurichten. Die Führungsschiene ist dabei in der Art einer Lehre ausgeführt und beispielsweise mit der Lageraufnahme verbunden, bevorzugt einstückig verbunden. Nach der Montage, also im Betrieb, ist die Positioniereinrichtung koaxial zur Positionierachse ausgerichtet.

Wenn bei der Montage eine Position der Positioniereinrichtung entlang der Positionierachse eingestellt ist, ist diese mittels der Fixiereinrichtung fixierbar. Die Fixiereinrichtung ist in einer Ausführungsform als eine Gewindepaarung ausgeführt, bei welcher als die Führungsschiene ein Gewinde und die Positioniereinrichtung ein korrespondierendes Gegengewinde aufweist. Dies ist vorteilhaft bei kleinen Baugrößen und/oder bei einer Positionierung des betreffenden Lagerelements auf Basis einer Vorspannkraft. Für größere Lagerelemente ist bevorzugt die Positioniereinrichtung über separate Mittel, beispielsweise Gewindestäbe und Muttem, zur Befestigung an oder mittelbar zu der Lageraufnahme ausgeführt. In einer alternativen Ausführungsform ist die Fixiereinrichtung als Verschweißung zwischen (mittelbar oder unmittelbar) der Lageraufnahme und der Positioniereinrichtung.

Für die oben beschriebene Einstellbarkeit der Lagerelements ist dieses mittels der Positioniereinrichtung ausrichtbar. Bei einem Axiallager ist also ein axialer Lagerspalt beziehungsweise eine axiale Toleranz ausgleichend oder Vorspannkraft einzustellen, wobei radial lediglich ein ausreichendes Spiel vorzuhalten ist. Dies gilt für ein Radiallager analog umgekehrt mit einer Einstellung in radialer Richtung und einem Spiel in axialer Richtung. Damit ist es möglich, einen Zustellweg für das Positionieren zu nutzen, welcher zu der einzustellenden Richtung geneigt ist, der Einfachheit halbe beispielsweise unter 45°. Mit einer Verringerung des einzustellenden Wegs wird zwar auch das Spiel verringert, aber damit sind die Lagerkraft und die Positionierachse nicht entlang einer Achse ausgerichtet. Hiermit wird eine Kombination eines formschlüssigen Kraftflusses (aufgrund der Neigung) mit einer axialen beziehungsweise radialen Einstellbarkeit in einer Funktion erzielt. Indem der Kraftfluss von dem Lagerelement (entlang der Lagerachse) und die Positionierachse nicht parallel zueinander ausgerichtet sind, ist nämlich ein Formschluss gebildet. Der Formschluss unterbindet das Auftreten von einem Kriechen über die angestrebte Lebensdauer der Anlage (beispielsweise in einer Verschraubung) und die relative Neigung der Positionierachse zu der Lagerachse verringert zudem den Einfluss eines solchen Kriechwegs aus der eingestellten Position.

Es sei darauf hingewiesen, dass bei einem Radiallager und bei einem Axiallager die Positioniereinrichtung jeweils zu der Rotorachse geneigt ist, bei einem Schräglager (für beispielsweise eine verspannte Lagerung in O-Anordnung oder X-Anordnung) aber infolge der zu der Rotorachse geneigten Lagerachse beispielsweise radial oder axial (also parallel) zu der Rotorachse ausgerichtet ist.

Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform der Lageraufnahme vorgeschlagen, dass die Führungsschiene von einer Durchgangsöffnung gebildet ist, wobei bevorzugt ein betreffendes Lagerelement durch die Durchgangsöffnung hindurchführbar ist.

Hier ist nun vorgeschlagen, dass die Führungsschiene als eine Durchgangsöffnung ausgeführt ist. Somit ist eine exakte Position des Lagerelements relativ zu der Rotorwelle innerhalb der Lageraufnahme darstellbar, wobei hohe Wechselkräfte sicher und robust aufnehmbar sind.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist ein betreffendes Lagerelement beziehungsweise die Durchgangsöffnung derart ausgeführt, dass das Lagerelement durch die Durchgangsöffnung hindurchführbar ist. Somit ist zusätzlich ein Herausnehmen und Ersetzen beziehungsweise Wiedereinsetzen eines Lagerelements bei einer Revision ermöglicht, ohne dabei die Lageraufnahme selbst demontieren zu müssen. Gerade bei Windenergieanlagen sind die Zeitfenster für Montagearbeiten häufig klein, weil diese in windigen Gegenden beziehungsweise Höhen aufgestellt sind. Die Verkürzung der Montagezeit ist daher fast noch wichtiger als der eigentliche Montageaufwand.

Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform der Lageraufnahme vorgeschlagen, dass die Lageraufnahme Bestandteil eines Lagergehäuses ist. Gemäß einem Aspekt ist ein Lagergehäuse für ein Gleitlager für eine Rotorwelle einer Windenergieanlage vorgeschlagen, aufweisend eine Lageraufnahme nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung.

Hier ist nun ein Lagergehäuse vorgeschlagen, welches die Lageraufnahme umfasst. Das Lagergehäuse ist dabei zum Einhausen der Lageraufnahme eingerichtet. Beispielsweise ist das Lagergehäuse aus einem oder einer Mehrzahl von Blechen ausgeführt, sodass die Lageraufnahme gegenüber äußeren Einflüssen geschützt ist. In einer Ausführungsform ist das Lagergehäuse als ein Nassraum ausgeführt, sodass das zumindest eine Lagerelement für den Betrieb (geschützt vor Umwelteinflüssen) mit einem Film aus Schmieröl benetzbar ist.

Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform der Lageraufnahme vorgeschlagen, dass die Positioniereinrichtung eine Anschlagfläche umfasst, wobei die Anschlagfläche zu einer fixierten Gegenfläche der Lageraufnahme mit einem einstellbaren Abstand fixierbar ist, wobei bevorzugt der Abstand zwischen der Anschlagfläche und der korrespondierenden Gegenfläche mittels zumindest eines Shims einstellbar ist.

Eine Anschlagfläche vereinfacht eine korrekte Montage, indem über einen Formschluss eine definierte Lage einstellbar ist. Gerade bei Lagern, bei welchen die Einstellung nicht mittels einer Vorspannkraft einzustellen ist, sondern rein geometrisch (wie bei einem Gleitlager), ist ein Formschluss für eine einfache und sichere Montierbarkeit vorteilhaft. Bevorzugt ist die Anschlagfläche außerhalb der Lageraufnahme, besonders bevorzugt außerhalb des Lagergehäuses angeordnet, sodass diese gut einsehbar und damit sicher korrekt einstellbar ist. In einer Ausführungsform umfasst die Anschlagfläche zusammen mit der korrespondierenden Gegenfläche eine Dichtungsfunktion (beispielsweise mittels eines O-Rings).

Die hier vorgeschlagene Gegenfläche ist korrespondierend zu der Anschlagfläche angeordnet und bevorzugt Bestandteil der Lageraufnahme beziehungsweise des Lagergehäuses. Beispielsweise ist die Gegenfläche ein Flansch der Lageraufnahme oder eine gefräste Fläche. Die Anschlagfläche ist relativ zu der Gegenfläche mit einem einstellbaren Abstand fixierbar. In einer Ausführungsform ist die Anschlagfläche derart ausgeführt, dass diese zu einer korrespondierenden Gegenfläche in unmittelbarem Kontakt steht, wenn der vorbestimmte Abstand beziehungsweise die Position der Rotorwelle eingerichtet ist. Es sei darauf hingewiesen, dass in einer bevorzugten Ausführungsform sowohl die Anschlagfläche an der Positioniereinrichtung fest fixiert ist als auch die korrespondierende Gegenfläche zu der Lageraufnahme der Positioniereinrichtung fest fixiert ist.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Abstand mittels zumindest eines Shims einstellbar. Ein Shim ist dabei beispielsweise eine Art Unterlegscheibe, eine Sprungscheibe oder eine Passscheibe. Der zumindest eine Shim ist zwischen der Anschlagfläche und der korrespondierenden Gegenfläche angeordnet und stellt mittels seiner (bezogen auf die Positionierachse) axialen Ausdehnung beziehungsweise mit einer Summe der Ausdehnungen mehrerer Shims den Abstand zwischen der Anschlagfläche der Positioniereinrichtung und der korrespondierenden Gegenfläche der Lageraufnahme formschlüssig ein. Eine Sicherung, beispielsweise mittels des Kraftschlusses mithilfe einer Verschraubung, ist dann nicht oder nur vernachlässigbarer Einfluss auf die korrekte Einstellung der Position der Positioniereinrichtung und damit des betreffenden Lagerelements.

Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform der Lageraufnahme vorgeschlagen, dass das zu positionierende Lagerelement und die Positioniereinrichtung einstückig gebildet sind. Hierbei sind das Lagerelement und die Positioniereinrichtung als ein einstückiges Bauteil ausgeführt. Beispielsweise sind die beiden als separate Bauteile beziehungsweise Baugruppen gebildet und vor der Montage mittels einer stoffschlüssigen Verbindung miteinander fixiert. Somit ist das zu positionierende Lagerelement mittels der Positioniereinrichtung in die vorbestimmte Orientierung und damit die Rotorwelle in die entsprechende Position gehalten angeordnet.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind das Lagerelement und die Positioniereinrichtung als zwei separate Bauteile gebildet, sodass ein Lagerelement austauschbar oder zwischenzeitlich entnehmbar ist, während die Positioniereinrichtung weiter benutzbar ist. Beispielsweise werden das Lagerelement und die Positioniereinrichtung aber vor der Montage beziehungsweise (endgültigen) Positionierung miteinander zu einer gemeinsamen Baugruppe verbunden. Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform der Lageraufnahme vorgeschlagen, dass das zu positionierende Lagerelement Bestandteil eines Radiallagers ist.

Das Lagerelement ist beispielsweise als ein Lagerung oder Lager-Pad für ein Radiallager ausgeführt. Bevorzugt sind eine Mehrzahl von Lagerelementen vorgesehen und damit auch Positioniereinrichtungen, welche bevorzugt jeweils einem einzigen Lagersegment (und damit bevorzugt Lagerelement) zugeordnet sind. Für eine sichere radiale Lagerung sind meist zwei oder mehr Radiallager verteilt an der zu lagernden Rotorwelle vorgesehen. Beispielsweise ist an der zu lagernden Rotorwelle ein Absatz gebildet, an welchem eine für eine optimale Führung der Rotation der Rotorwelle geeignete Oberflächeneigenschaft und Rundheit eingestellt ist. Unter Umständen sind aufgrund von Toleranzen die mehreren Lagerstellen aufeinander abzustimmen, und damit unter Berücksichtigung eines jeweils anderen Radiallagers die Lagerelemente von der Positioniereinrichtung einzustellen. Der radiale Abstand zu der Rotorwelle ist dabei mittels der hier vorgeschlagenen Positioniereinrichtung sicher einstellbar und wird infolge des Formschlusses über eine Lebensdauer sicher in der eingestellten Position gehalten.

Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform der Lageraufnahme vorgeschlagen, dass das zu positionierende Lagerelement Bestandteil eines Axiallagers ist.

Das Lagerelement ist beispielsweise als ein Lagerring oder Lager-Pad für ein Axiallager ausgeführt. Bevorzugt sind eine Mehrzahl von Lagerelementen vorgesehen und damit auch Positioniereinrichtungen, welche bevorzugt jeweils einem einzigen Lagersegment (und damit bevorzugt Lagerelement) zugeordnet sind. Für eine sichere axiale Lagerung sind meist zwei oder mehr antagonistische Axiallager vorgesehen, sofern die rotierende Achse nicht parallel zum Erdschwerefeld ausgerichtet ist. Beispielsweise ist an der zu lagernden Rotorwelle ein Absatz gebildet, an welchem in axialer Richtung links und rechts jeweils ein Axiallager vorgesehen ist. Der axiale Abstand zueinander und zu dem Absatz der Rotorwelle ist mittels der Positioniereinrichtung sicher einstellbar. Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Gleitlager für eine Rotorwelle einer Windenergieanlage vorgeschlagen, aufweisend ein Lagergehäuse für eine Mehrzahl von Lagerelementen, wobei zumindest eines der Lagerelemente in einer Lageraufnahme nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung aufgenommen ist, wobei bevorzugt die Lagerelemente zum hydrodynamischen Lagern eingerichtet sind.

Hier ist ein Gleitlager mit einem Lagergehäuse vorgeschlagen, wobei das Lagergehäuse zum Einhausen des Gleitlagers eingerichtet ist. Das Gleitlager ist von einer Mehrzahl von (Gleit-) Lagerelementen gemeinsam gebildet. Das Lagergehäuse ist bevorzugt geschlossen ausgeführt, sodass die Lagerelemente vor äußeren Einflüssen geschützt sind. Zudem ist bevorzugt innerhalb des Lagergehäuses ein Nassraum gebildet, in welchem die Lagerelemente mittels eines Schmiermittels für die Gleitlagerung benetzbar sind.

Zumindest eines der Lagerelemente ist in einer Lageraufnahme aufgenommen, welche wie zuvor beschriebenen ausgeführt ist. In einer Ausführungsform sind die Lagerelemente als selbstschmierende Gleitlager ausgeführt.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Lagerelemente zum hydrodynamischen Lagern der Rotorwelle eingerichtet. Hierbei wird also von einer benetzten Oberfläche ein hydrodynamisch bedingtes Aufschwimmen der Rotorwelle verursacht, womit ein zuverlässiges reibungsarmes Rotieren erzielt ist. Dies hat zudem den Vorteil, dass die Flächenpressung reduziert ist infolge einer intrinsisch sehr gleichmäßigen Lastverteilung über den Ölfilm und zudem über eine an den jeweiligen Lastfall anpassbare (tragende) Flächengröße. Bevorzugt wird bei der hydrodynamischen Lagerung ein Unterdrück erzeugt und aus einer Ölquelle in den Lagerspalt hineingezogen, sodass eine ausreichende Benetzung des Lagerspalts dauerhaft intrinsisch sichergestellt ist.

Das Gleitlager umfasst mehrere Lagerelemente, von denen zumindest eines, bevorzugt alle, mittels einer Positioniereinrichtung mit geneigter Positionierachse eingestellt und bevorzugt zudem dauerhaft relativ zu der Lageraufnahme abgestützt sind. Ein Versetzen eines Lagerelements aus seiner eingestellten Position infolge von Kriecherscheinungen über eine Lebensdauer ist ausreichend sicher unterbunden. Zudem ist in einer Ausführungsform eine leichte Montage und Austauschbarkeit erzielt, womit sich Montagezeiten erheblich reduzieren lassen.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Rotor für eine Windenergieanlage vorgeschlagen, aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:

- eine Rotorwelle mit einer Rotorachse;

- zumindest ein Gleitlager nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung;

- eine Mehrzahl von Rotorblättern;

- eine Nabe, wobei die Rotorblätter über die Nabe an die Rotorwelle angebunden sind, wobei die Rotorwelle rotierbar um ihre Rotorachse mittels der Lagerelemente jeweils axial und/oder radial abgestützt ist.

Die Windenergieanlage ist zum Umwandeln der Windenergie in elektrischen Strom mittels eines infolge einer Luftanströmung in Rotation versetzbaren Rotors und einem drehmomentübertragend angeschlossenen Generator eingerichtet.

Der Generator ist dafür mittels einer Rotorwelle verbunden, wobei die Rotorwelle zur Rotation um eine Rotorachse eingerichtet ist.

Zur Lagerung der Rotorwelle ist zumindest ein Gleitlager gemäß der vorhergehenden Beschreibung vorgesehen. Bevorzugt sind eine Mehrzahl von Gleitlagern um die Rotorwelle angeordnet, wobei beispielsweise ein Lagerelement eines Gleitlagers in einer Lageraufnahme angeordnet ist.

Zur Umwandlung der Windenergie in elektrischen Strom sind eine Mehrzahl von Ro- torblättern vorgesehen, welche den anströmenden Wind aerodynamisch in ein Drehmoment umsetzen, wodurch die Rotorwelle in Rotation versetzt und im Lastbetrieb an dem Generator die Rotationsenergie in elektrische Energie umgewandelt wird. Die Kraftübertragung der Rotorblätter auf die Rotorwelle erfolgt mittels einer Nabe. In der Nabe ist in der Regel ein Stellgetriebe vorgesehen, um die Rotorblätter (beziehungsweise deren Strömungsprofil) angepasst an die Windgeschwindigkeit anzustellen, und gegebenenfalls sogar (beispielsweise bei Sturm) in eine neutrale Stellung zu überführen.

Weiterhin sind die hydrodynamischen Lagerelemente für eine Lagerung der Rotorwelle vorgesehen. Bevorzugt ist ein oder eine Mehrzahl von Lagerelemente zur axialen Abstützung und/oder radialen Abstützung der Rotorwelle vorgesehen. Für die Axiallagerung ist an der Rotorwelle in einer Ausführungsform beispielsweise ein zweiseitiger Absatz beziehungsweise eine Nut (und radial-eintauchende Lagerelemente) gebildet. Es sei darauf hingewiesen, dass in einer Ausführungsform zwei oder mehr Lagerstellen mit einem (auf die Rotorachse bezogen) axialen Abstand vorgesehen sind, von denen bevorzugt ausschließlich eines für eine axiale Abstützung eingerichtet ist, sodass eine sogenannte Fest-Los-Lagerung gebildet ist.

Der Rotor umfasst zumindest ein Gleitlager, wobei zumindest eines, bevorzugt alle, der Lagerelemente des Gleitlagers mittels einer Positioniereinrichtung mit geneigter Positionierachse eingestellt und bevorzugt zudem dauerhaft relativ zu der Lageraufnahme abgestützt sind. Ein Versetzen eines Lagerelements aus seiner eingestellten Position infolge von Kriecherscheinungen über eine Lebensdauer ist ausreichend sicher unterbunden. Zudem ist in einer Ausführungsform eine leichte Montage und Austauschbarkeit erzielt, womit sich Montagezeiten erheblich reduzieren lassen.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Windenergieanlage vorgeschlagen, aufweisend

- einen Turm mit einer Hochachse;

- eine Gondel mit einem Generator, wobei die Gondel auf dem Turm angeordnet und mittels einer Windrichtungsnachführeinrichtung um die Hochachse drehbar ist;

- einen um seine Rotorachse rotierbaren Rotor nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung, wobei die Rotorwelle mit dem Generator zur Umwandlung ihrer Rotation um die Rotorachse in elektrischen Strom drehmomentübertragend verbunden ist. Es sei darauf hingewiesen, dass die Lageraufnahme beziehungsweise das Gleitlager für die explizit genannten Lagerstellen der Windenergieanlage besonders vorteilhaft sind. Die Verwendung des Gleitlagers ist jedoch nicht darauf und auch nicht auf Windenergieanlagen beschränkt.

Die Gondel ist zum Tragen und bevorzugt zum Einhausen, besonders bevorzugt mit außenseitig einer Stromlinienform, für die Funktionskomponenten zur Energiewandlung eingerichtet. Die Gondel ist um die Hochachse relativ zu dem Turm drehbar, sodass der Rotor entsprechend des Betriebszustands (beispielsweise entsprechend der vorliegenden Windrichtung) ausrichtbar ist, nämlich mittels der sogenannten Windrichtungsnachführeinrichtung.

Der Rotor mit seinen Rotorblättern ist mit der Rotorwelle verbunden, welche in der Gondel mittelbar (über beispielsweise ein Getriebe und/oder eine Überlastkupplung) oder unmittelbar mit dem Generator zur Stromerzeugung verbunden ist.

Der Rotor der Windenergieanlage umfasst zumindest ein Gleitlager, wobei zumindest eines, bevorzugt alle, der Lagerelemente des Gleitlagers mittels einer Positioniereinrichtung mit geneigter Positionierachse eingestellt und bevorzugt zudem dauerhaft relativ zu der Lageraufnahme abgestützt sind. Ein Versetzen eines Lagerelements aus seiner eingestellten Position infolge von Kriecherscheinungen über eine Lebensdauer ist ausreichend sicher unterbunden. Zudem ist in einer Ausführungsform eine leichte Montage und Austauschbarkeit erzielt, womit sich Montagezeiten erheblich reduzieren lassen.

Die oben beschriebene Erfindung wird nachfolgend vor dem betreffenden technischen Hintergrund unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen, welche bevorzugte Ausgestaltungen zeigen, detailliert erläutert. Die Erfindung wird durch die rein schematischen Zeichnungen in keiner Weise beschränkt, wobei anzumerken ist, dass die Zeichnungen nicht maßhaltig sind und zur Definition von Größenverhältnissen nicht geeignet sind. Es wird dargestellt in

Fig. 1 : eine Windenergieanlage mit Gondel und Rotor;

Fig. 2: in einer schematischen Seitenansicht eine Rotorwelle mit Radiallagern und Axiallager; und

Fig. 3: in einer schematischen Schnittansicht ein zu positionierendes Lagerelement einer Lageraufnahme.

In Fig. 1 ist eine Windenergieanlage 4 mit Gondel 25 und Rotor 19 gezeigt. Die Hochachse 24 (hier waagerecht dargestellt) des Turms 23 ist im Erdschwerefeld 28 lotrecht ausgerichtet und die Rotorachse 20 der Rotorwelle 3 (hier vertikal dargestellt) ist im Erdschwerefeld 28 (meist etwas geneigt, beispielsweise mit der Nabe 22 von der Erdoberfläche nach oben um etwa 5° [fünf Grad] bis 7° weggeneigt, vergleiche Fig. 2) waagerecht ausgerichtet. Die Gondel 25 an der Spitze des Turms 23 ist mittels der Windrichtungsnachführeinrichtung 27 reibungsarm abgestützt relativ zu dem Turm 23 um die Hochachse 24 verdrehbar ausgeführt. Die Gondel 25 trägt und umhaust einen Generator 26 und (zumindest einen Großteil) der Rotorwelle 3, sowie eine Lagervorrichtung (beispielsweise als Gleitlager 2 ausgeführt) für die Rotorwelle 3. Das gezeigte Lager ist als Festlager mit Radiallagerung und Axiallagerung angedeutet. Beispielsweise ist dies das sogenannte Hauptlager für den Rotor 19. Beispielsweise ist eine weitere Abstützung (mittels eines Nebenlagers) für die Rotorwelle 3 vorgesehen, beispielsweise integriert in den Generator 26. An die Rotorwelle 3 (im Erzeugerbetrieb in entgegen Windanströmrichtung vorne) ist eine

Nabe 22 angeschlossen, an welche eine Mehrzahl von (beispielsweise drei, hier zwei sichtbaren) Rotorblättern 21 angebunden sind, und von denen somit der um die Rotorachse 20 rotierbare Rotor 19 gebildet ist. In Fig. 2 ist beispielhaft eine mögliche Ausführungsform eines Rotors 19, sowie Generators 26 in der Gondel 25 dargestellt und nachfolgend erläutert.

In Fig. 2 ist in einer schematischen teilgeschnittenen Seitenansicht eine um ihre Rotorachse 20 rotierbare Rotorwelle 3 (wie beispielsweise in einer Windenergieanlage 4 gemäß Fig. 1 einsetzbar) gezeigt, wobei links in der Darstellung eine angeschlossene Nabe 22 und zwei angeschnittene Rotorblätter 21 des Rotors 19, sowie rechts ein (rein optional vorgesehenes) Übersetzungsgetriebe 29 und angeschlossener Generator 26 gezeigt sind. Das Erdschwerefeld 28 ist in der Darstellung von oben nach unten ausgerichtet. Die Rotorwelle 3 ist bei dieser (von vielen möglichen) Ausführungsform mittels einer Lagervorrichtung mit einem Festlager (darstellungsgemäß rechts) und Loslager (links) reibungsarm rotierbar abgestützt. Zumindest eines, bevorzugt beide, der Lager der Lagervorrichtung ist als Gleitlager 2 ausgeführt und mit Lageröl zu versorgen.

Beispielsweise ist zumindest eines der Lager als hydrodynamisches Gleitlager 2 ausgeführt. In Fig. 3 ist beispielhaft eine mögliche Ausführungsform von einem Gleitlager 2 (bevorzugt für ein segmentiertes Gleitlager 2) gezeigt, und zwar beispielhaft mit einstellbarem Lagerelement 6 an einem Axiallager 18, und wird nachfolgend erläutert.

In Fig. 3 ist in einer schematischen Schnittansicht ein zu positionierendes Lagerelement 6 einer Lageraufnahme 1 gezeigt. Hier ist in einem Lagergehäuse 12 ein Radiallager 17 (hier rein optional mit einem Verkippelement 30) und ein Axiallager 18 dargestellt, welche hier beide (rein optional als Gleitlager 2 ausgebildet sind und mittels eines mit einem Ölfilm benetzten Lagerspalts 31 die zentrale Rotorwelle 3 um ihre Rotorachse 20 reibungsarm rotierbar abstützen. Hier ist (bevorzugt vereinfacht) die Rotorachse 20 waagerecht zu dem Erdschwerefeld 28 ausgerichtet dargestellt.

In der gezeigten Ausführungsform ist das Axiallager 18 mit einem mittels der Positioniereinrichtung 5 positionierbaren Lagerelement 6 ausgeführt dargestellt. Genauso ist aber auch ein Radiallager 17 positionierbar ausführbar. Die Lagerachse 7 des Axiallagers 18 (Flächennormale) ist hier parallel zu der Rotorachse 20 der zu lagernden Rotorwelle 3 ausgerichtet. Der Lagerspalt 31 ist mittels Bewegen der Positioniereinrichtung 5 in der Führungsschiene 8 (hier einer Durchgangsöffnung 11 in dem Lagergehäuse 12) entlang einer definierten Positionierachse 9 einstellbar. Das zu positionierende Lagerelement 6 des Axiallagers 18 ist dabei bevorzugt zu der Positioniereinrichtung 5 fixiert und wird also ebenfalls mit der Bewegung der Positioniereinrichtung 5 entlang der Positionierachse 9 bewegt. Die gewünschte Position des zu positionierenden Lagerelements 6 des Axiallagers 18 ist mittels eines Abstands 15 zwischen einer Anschlagfläche 13 der Positioniereinrichtung 5 und einer korrespondierenden Gegenfläche 14 (hier rein optional des Lagergehäuses 12) eingestellt. Hier ist rein optional ein Shim 16 zum Einstellen des Abstands 15 und eine separate Fixiereinrichtung 10 (hier rein optional mittels Verschraubung gebildet) relativ zu dem Lagergehäuse 12 vorgesehen. Infolge der Neigung der Positionierachse 9 relativ zu der Lagerachse 7 ist von der Positioniereinrichtung 5 ein Formschluss-Anteil der Haltekraft auf das Axiallager 18 gebildet, womit Kriecherscheinungen über eine Lebensdauer ausreichend sicher unterbindbar sind. Unabhängig davon ist hier eine von außen zugängliche Durchgangsöffnung 11 in dem Lagergehäuse 12 gebildet, nämlich von der Führungsschiene 8 für die Positioniereinrichtung 5, durch welche hindurch ein Lagerelement 6 an die gewünschte Stelle in das Gleitlager 2 einführbar ist. Es sei darauf hingewiesen, dass zudem das Positionieren des zu positionierenden Lagerelements 6 außerdem bei der gezeigten Ausführungsform gut von außen zugänglich ist.

Mit der hier vorgeschlagenen Lageraufnahme ist eine Einstellung eines Lagerspalts dauerhaft gesichert.

Bezuqszeichenliste

Lageraufnahme

Gleitlager

Rotorwelle

Windenergieanlage

Positioniereinrichtung zu positionierendes Lagerelement

Lagerachse

Führungsschiene

Positionierachse

Fixiereinrichtung

Durchgangsöffnung

Lagergehäuse

Anschlagfläche

Gegenfläche

Abstand

Shim

Radiallager

Axiallager

Rotor

Rotorachse

Rotorblättern

Nabe

Turm

Hochachse

Gondel

Generator

Windrichtungsnachführeinrichtung

Erdschwerefeld

Übersetzungsgetriebe

Verkippelement

Lagerspalt

Claims

Patentansprüche

1 . Lageraufnahme (1 ) für ein Gleitlager (2) für eine Rotorwelle (3) einer Windenergieanlage (4), aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:

- eine Positioniereinrichtung (5) zum Positionieren eines Lagerelements (6), wobei das Lagerelement (6) eine definierte Lagerachse (7) aufweist;

- eine Führungsschiene (8) zum Führen der Positioniereinrichtung (5) entlang einer Positionierachse (9); und

- eine Fixiereinrichtung (10) zum Fixieren der Positioniereinrichtung (5) in einer bei der Montage eingestellten Position, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionierachse (9) zu der Lagerachse (7) des zu positionierenden Lagerelements (6) geneigt ausgerichtet ist.

2. Lageraufnahme (1 ) nach Anspruch 1 , wobei die Führungsschiene (8) von einer Durchgangsöffnung (11 ) gebildet ist, wobei bevorzugt ein betreffendes Lagerelement (6) durch die Durchgangsöffnung (11 ) hindurchführbar ist.

3. Lageraufnahme (1 ) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die Lageraufnahme (1 ) Bestandteil eines Lagergehäuses (12) ist.

4. Lageraufnahme (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Positioniereinrichtung (5) eine Anschlagfläche (13) umfasst, wobei die Anschlagfläche (13) zu einer fixierten Gegenfläche (14) der Lageraufnahme (1 ) mit einem einstellbaren Abstand (15) fixierbar ist, wobei bevorzugt der Abstand (15) zwischen der Anschlagfläche (13) und der korrespondierenden Gegenfläche (14) mittels zumindest eines Shims (16) einstellbar ist.

5. Lageraufnahme (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zu positionierende Lagerelement (6) Bestandteil eines Radiallagers (17) ist.

6. Lageraufnahme (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zu positionierende Lagerelement (6) Bestandteil eines Axiallagers (18) ist.

7. Gleitlager (2) für eine Rotorwelle (3) einer Windenergieanlage (4), aufweisend ein Lagergehäuse (12) für eine Mehrzahl von Lagerelementen (6), wobei zumindest eines der Lagerelemente (6) in einer Lageraufnahme (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufgenommen ist, wobei bevorzugt die Lagerelemente (6) zum hydrodynamischen Lagern eingerichtet sind.

8. Rotor (19) für eine Windenergieanlage (4), aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:

- eine Rotorwelle (3) mit einer Rotorachse (20);

- zumindest ein Gleitlager (2) nach Anspruch 7;

- eine Mehrzahl von Rotorblättern (21 );

- eine Nabe (22), wobei die Rotorblätter (21 ) über die Nabe (22) an die Rotorwelle (3) angebunden sind, wobei die Rotorwelle (3) rotierbar um ihre Rotorachse (20) mittels der Lagerelemente (6) jeweils axial und/oder radial abgestützt ist.

9. Windenergieanlage (4), aufweisend

- einen Turm (23) mit einer Hochachse (24);

- eine Gondel (25) mit einem Generator (26), wobei die Gondel (25) auf dem Turm (23) angeordnet und mittels einer Windrichtungsnachführeinrichtung (27) um die Hochachse (24) drehbar ist;

- einen um seine Rotorachse (20) rotierbaren Rotor (19) nach Anspruch 8, wobei die Rotorwelle (3) mit dem Generator (26) zur Umwandlung ihrer Rotation um die Rotorachse (20) in elektrischen Strom drehmomentübertragend verbunden ist.