CN106460802B - 滚柱轴承装置和风力涡轮机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及滚柱轴承装置，特别是用于风力发电站的大型滚柱轴承装置，所述滚珠轴承装置包括外环和内环，所述内环可相对于所述外环围绕旋转轴线旋转，所述滚柱轴承装置包括第一滚道，所述第一滚道中设置多个第一滚动体，所述第一滚道设计在外环的第一环延伸部和内环的第二环延伸部之间，所述第二环延伸部沿着相对于旋转轴线的径向方向接合在第一环延伸部的后方。

Description

滚柱轴承装置和风力涡轮机
技术领域
本发明涉及根据权利要求1的前序部分的滚柱轴承装置。
背景技术
所述滚柱轴承装置是现有技术中完全公知的并且例如以所谓的大型滚柱轴承的形式用于安装风力发电站的转子轴。风力发电站通常包括塔和可旋转地设置在塔上并且充当机器支架的吊篮。设置在吊篮中的转子轴的一端连接至带有由风力驱动的转子叶片的转子轮毂，而另一端经由可能的传动装置直接或间接联接至用于发电的发电机。
所述风力发电站的问题在于，特别是在风力负载变化的情况下，在转子轴的区域中产生沿着转子轴的极高的轴向力以及垂直于转子轴的基本上倾斜的力，需要由用于安装转子轴的滚柱轴承来吸收这些力。
通过公开文献DE 10 2007 049 087A1已知通过双排锥形滚柱轴承安装转子轴从而吸收轴向力和径向力。
公开文献WO 2013/113 487A1进一步提出使用具有两个锥形滚柱轴承的滚柱轴承装置用于安装风力发电站的转子轴，所述两个锥形滚柱轴承在轴向方向上彼此隔开。在该情况下，两个轴承设置在风力发电站的定子单元或转子单元的相反端部区域中并且部分设置有固定的轴向止动件从而实现风力负载的尽可能刚性和无游隙的支撑。
上述锥形滚柱轴承用于吸收轴向力和径向力。然而存在的风险在于：由于这些轴承主要用于吸收大的轴向力，因此当倾斜力变得特别大的时候轴承的内环和外环远离彼此移动并且发生轴承环的椭圆化。
属于现有技术的公开文献DE 20 2007 018 480U1的教导提出设置倾斜滚珠轨道形式的额外的滚动体轨道从而解决该问题。该解决方案的缺点在于，垂直于轴向方向作用的力造成倾斜滚珠轨道的倾斜，由此影响轴承的平稳运行并造成额外的轴向力。
发明内容
本发明的目的是提供具有内环和外环的滚柱轴承装置，通过所述滚柱轴承装置克服现有技术的缺点。特别地，即使在具有垂直于旋转轴线的极高的力的情况下也可以有效避免内环和外环在某些截面的逐渐分离，而不会由于此出现额外的轴向力或增加的摩擦。此外，滚柱轴承装置可以高性价比制得并具有低磨损且由此具有长效动力学。
根据本发明，通过滚柱轴承装置，特别是用于风力发电站的大型滚柱轴承装置实现该目的，所述滚珠轴承装置包括外环和内环，所述内环可相对于外环围绕旋转轴线旋转，其中滚柱轴承装置包括第一滚道，所述第一滚道中设置多个第一滚动体，其特征在于，第一滚道在外环的第一环延伸部和内环的第二环延伸部之间形成，其中第二环延伸部沿着相对于旋转轴线的径向方向接合在第一环延伸部的后方。
相比于现有技术，根据本发明的滚柱轴承装置的优点在于：第一滚道在沿径向方向前后接合的两个环延伸部之间形成从而通过第一环延伸部和第二环延伸部之间的利用位于其间的第一滚动体形成的刚性连接作用而避免内环与外环在径向方向上隔开。在本发明中，术语“接合在后方”特别表示第一环延伸部和第二环延伸部在径向方向上重叠，第一环延伸部至少部分地设置在第二环延伸部和旋转轴线之间，使得相比于现有技术，通过根据本发明的滚柱轴承装置实现了相对于以径向方向作用的力的显著更高的稳定性。同时，实现了径向方向上基本上更小的游隙，因此相比于现有技术动力学显示出更少的磨损并且具有更长的寿命。显而易见的是内环和外环均可旋转，即外环也可以相对于内环围绕旋转轴线旋转。因此装配有根据本发明的滚柱轴承装置的风力发电站可以吸收更高的倾斜力并且具有增加的使用寿命。
通过从属权利要求和参考附图的描述可知本发明的有利构造和其它改进方案。
根据本发明的一个优选的实施方案提出的是，第一滚道由在第一环延伸部上形成的第一滚道表面和在第二环延伸部上形成的第二滚道表面形成，其中第一滚道表面背对旋转轴线而第二滚道表面面对旋转轴线。在该情况下，第一滚道表面和第二滚道表面优选形成与旋转轴线同轴的外表面使得在第一滚道表面和第二滚道表面之间设置第一滚动体并且仅吸收径向力。在该情况下，第一滚动体的旋转轴线特别地平行于旋转轴线延伸。第一滚动体优选以圆柱形形成从而仅使得外轴承和内轴承相对于彼此的径向支撑。使用圆柱形滚动体用于支撑径向力确保可以吸收相当高的力而不存在由于内环和外环的椭圆化造成的内环和外环分开的风险。同时，即使当这些高径向力作用于滚柱轴承装置的时候，仍然确保滚柱轴承装置的低磨损和减少游隙和平稳运行的功能。第一环延伸部和/或第二环延伸部优选以L形形成从而实现用于相互前后接合的底切以实现尽可能紧凑的安装空间。
根据本发明的一个优选的实施方案提出的是，滚柱轴承装置包括具有多个第二滚动体的第二滚道和具有多个第三滚动体的第三滚道。第二滚道和第二滚动体以及第三滚道和第三滚动体优选以如下方式形成：内环和外环沿径向并独立于轴向推力的方向且沿轴向彼此支撑。在该情况下，第二和第三滚动体各自特别地以截头圆锥的形状形成。因此以有利的方式，仅通过第二和第三滚道或滚动体吸收轴向力，而第一滚道或第一滚动体仅用于吸收径向力。
根据本发明的一个优选的实施方案提出的是，第一滚道沿着平行于旋转轴线的方向设置在第二和第三滚道之间。因此以有利的方式，避免了第一环延伸部和第二环延伸部由于内环相对于外环的相对移动而变得分离。
根据本发明的一个优选的实施方案提出的是，第二滚动体和第三滚动体的旋转轴线在每种情况下与旋转轴线交叉，其中第二滚动体的旋转轴线和第三滚动体旋转轴线相对于平行于旋转轴线延伸的截面以60度和120度之间，优选80度和100度之间，特别优选基本上90度的角度彼此交叉。因此可以以有利的方式吸收相当高的轴向推力。
根据本发明的一个优选的实施方案提出的是，相对于垂直于旋转轴线的镜面，第二滚道和第二滚动体相对于第三滚道和第三滚动体基本上以镜面对称的方式形成。因此以有利的方式实现了：内环和外环独立于轴向推力的方向沿轴向彼此支撑。
根据本发明的一个优选的实施方案提出的是，第二滚道由在外环上形成的第三滚道表面和在内环上形成的第四滚道表面形成，在所述第三滚道表面和第四滚道表面之间设置第二滚动体，并且第三滚道由在外环上形成的第五滚道表面和在内环上形成的第六滚道表面形成，在所述第五滚道表面和第六滚道表面之间设置第三滚动体，其中第三和第五滚道表面和/或第四和第六滚道表面相对于彼此具有60度和120度之间，优选80度和100度之间，特别优选基本上90度的角度，和/或其中第三和第五滚道表面和/或第四和第六滚道表面相对于旋转轴线具有25度至65度，优选40度至50度，特别优选基本上45度的角度。
根据本发明的一个优选的实施方案提出的是，第二和第三滚动体具有相同尺寸。通过这种方式实现完全对称的滚柱轴承装置。
根据本发明的一个替代性优选实施方案提出的是，第二滚动体比第三滚动体以更大的尺寸形成。因此可以以有利的方式使单独轴承单独地适应于例如在风力发电站的不对称构造的情况下预期的负载。此外通过该实施方案可想到，第二滚动体的旋转轴线和第三滚动体的旋转轴线还相对于旋转轴线具有不同角度。换言之，第二滚动体相对于旋转轴线的倾斜度不同于第三滚动体相对于旋转轴线的倾斜度。
根据本发明的一个优选的实施方案提出的是，外环和/或内环以多个部件形成。因此特别是关于在轴向方向上彼此接合并且在径向方向上前后接合的第一和第二环延伸部，以有利的方式简化了滚柱轴承装置的组装。
本发明的另一个主题是风力发电站，所述风力发电站包括具有多个转子叶片的转子轮毂，其中转子轮毂以旋转固定的方式连接至转子轴，并且其中转子轴直接地或间接地联接至发电机，其中风力发电站包括用于安装转子轴的轴承装置，其中所述轴承装置包括根据本发明的滚柱轴承装置。
借助于附图，通过借助于附图的如下优选实施方案的说明获得本发明的其它细节、特征和优点。在此，附图仅显示本发明的示例性实施方案而不限制实质发明理念。
附图说明
图1显示了根据本发明的示例性第一实施方案的滚柱轴承装置的截面示意图。
图2显示了根据本发明的示例性第二实施方案的滚柱轴承装置的截面示意图。
具体实施方式
在各个附图中，相同的部件始终用相同的附图标记表示，因此在每种情况下通常也仅指定或提及一次。
在图1中，显示了根据本发明的示例性第一实施方案的滚柱轴承装置1的截面示意图。
滚柱轴承装置1包括外环2和内环3。内环3相对于外环2可旋转地围绕旋转轴线100安装。滚柱轴承装置1包括三个轴承：装配有第一滚动体11的第一滚道10形式的较小的第一轴承和两个基本上对称的较大的轴承，所述较大的轴承包括装配有第二滚动体21的第二滚道20以及装配有第三滚动体31的第三滚道30。第二和第三滚道20、30以如下方式形成：内环3和外环2沿径向并独立于轴向推力的方向且沿轴向彼此支撑。这通过如下方式实现：第二和第三滚动体21、31相对于旋转轴线100倾斜排列。
第二滚道20通过外环2上形成的第三滚道表面22和内环3上形成的第四滚道表面23形成。第二滚动体21设置在第三和第四滚道表面22、23之间并且其运行表面在第三和第四滚道表面22、23上运行。第二滚动体21的旋转轴线在该情况下相对于旋转轴线100成角度设置。所有第二旋转体21的旋转轴线24位于围绕旋转轴线100延伸的锥形外表面上。该外表面与旋转轴线100之间的角度为约45度。第二滚动体21各自以略微截头圆锥的方式形成。
相对于镜面或对称面，第三滚道30相对于第二滚道20基本上镜面对称地形成，所述镜面或对称面垂直于旋转轴线100延伸并且位于第二和第三滚道20、30之间的中间。第三滚道30通过外环2上形成的第五滚道表面32和内环3上形成的第六滚道表面33形成。与第二滚动体21相似，第三滚动体31设置在第五和第六滚道表面32、33之间并且其运行表面在第五和第六滚道表面32、33上运行。第三滚动体31各自同样以略微截头圆锥的形状形成。第二滚动体21的旋转轴线24和第三滚动体31的旋转轴线34相对于沿着旋转轴线100并经过旋转轴线100延伸的截面以基本上90度的角度彼此交叉。
在第二滚道20和第三滚道30之间形成第一滚道10。第一滚道10通过在外环2上形成的第一滚道表面12和在内环3上形成的第二滚道表面13而形成，外环2包括第一环延伸部15并且在第一环延伸部15上形成第一滚道表面12，内环3包括第二环延伸部16并且在第二环延伸部16上形成第二滚道表面13。第一和第二环延伸部15、16各自为底切并且以如下方式设置：第二环延伸部16沿着垂直于旋转轴线100且源自旋转轴线100的径向方向101接合在第一环延伸部15的后方，并且第一和第二环延伸部15、16沿着平行于旋转轴线100的方向彼此接合。换言之，第一环延伸部15和第二环延伸部16在径向方向100上重叠，外轴承2的第一环延伸部15设置在第二环延伸部16和旋转轴线100之间。在该情况下第二滚道表面13面对旋转轴线100而第一滚道表面12背对旋转轴线100。
在第一和第二滚道表面12、13之间设置第一滚动体11，所述第一滚动体11以圆柱形形成并且其运行表面在第一和第二滚道表面12、13上运行。第一和第二滚道表面12、13设置在与旋转轴线100同轴的外表面上。第一滚动体11的旋转轴线14由此始终平行于旋转轴线100设置，因此第一滚动体11仅使得外轴承2和内轴承3的彼此径向支撑。第一和第二环延伸部15、16在径向方向101上前后接合使得连接至外轴承2的第一环延伸部15设置在内部并且连接至内轴承的第二环延伸部16设置在外部，由此所有径向力被第一滚动体11直接吸收。因此即使在存在径向力的情况下，外轴承2本身也可以直接支撑在内轴承3上。因此根据本发明的滚柱轴承装置1能够吸收极高的径向力而不存在外轴承2与内轴承3的局部分隔以及外轴承和/或内轴承2、3椭圆化的风险。特别地，因此可以以有效方式吸收通常在风力发电站中出现的倾斜力并且未造成过大的摩擦和过早的轴承磨损。此外，主要轴承不需要以更昂贵的方式具有过大尺寸来吸收所述提高的径向力。由于第一滚动体11不沿着旋转轴线100进行轴向支撑，滚动体11在其周长和宽度方面可以比第二和第三滚动体21、31以显著更小的尺寸形成，所述第二和第三滚动体21、31主要用于轴向方向上的支撑。
为了简化组装，外轴承2优选以两个部件的形式由第一和第二外部件4、5形成，其中第五滚道表面32和设置有第一滚道表面13的第一环延伸部15在第一外部件4上实现，并且第三滚道表面22在第二外部件5上实现。第一和第二外部件4、5例如通过螺钉6旋拧在一起。内轴承3优选同样体现为多个部件。在本实施例中，内轴承3包括三个部件：第一内部件7、第二内部件8和第三内部件9。第一内部件7包括第四滚道表面23而第三内部件9包括第六滚道表面33。在第二内部件8上，形成设置有第二滚道表面13的第二环延伸部16。第一、第二和第三内部件7、8、9通过另一个螺钉6彼此连接。
滚动体装置1包括两个密封元件40，所述密封元件40避免位于外轴承2和内轴承3之间，特别是位于第一、第二和第三滚道10、20、30中的润滑剂流出和污染。
可想到上述滚柱轴承装置1安装在风力发电站中并且用于安装风力发电站的转子轴。在该情况下，转子轴联接至内轴承3，同时转子轴的一端连接至带有多个转子叶片的转子轮毂而转子轴的另一端经由传动装置直接地或间接地联接至风力发电站的发电机。
在图2中，显示了根据本发明的示例性第二实施方案的滚柱轴承装置1的截面示意图。根据第二实施方案的滚柱轴承装置1基本上与根据第一实施方案的滚柱轴承装置1相同，然而在根据第二实施方案的滚柱轴承装置1的情况下，第二和第三轴承不再如第一实施方案那样对称地形成，而是不对称地形成。
因此，第二轴承的第二滚动体21比第三轴承的第三滚动体31以更大尺寸形成。第二滚动体21各自具有比第三滚动体31更大的标称直径。在本发明中，滚动体的标称直径特别包括滚动体在其中间沿着滚动体的相关旋转轴线的直径。此外，第二滚动体21的运行表面的宽度在每种情况下比第三滚动体31的运行表面的宽度更宽。因此，第二滚道20包括第三和第四滚道表面22、23，所述第三和第四滚道表面22、23同样比第三滚道30的第五和第六滚道表面32、33更宽。
本发明的滚柱轴承装置1特别用于安装风力发电站的转子轴(未显示)。转子轴通常从设置有转子叶片的转子轮毂一直延伸到风力发电站的发电机。在该情况下，转子轮毂以部分独立的形式设计，使得由于风力和重力造成基本上倾斜的力矩作用在转子轴上。因此第二和第三轴承不均匀负载。为了吸收该不均匀负载，在本发明的第二实施方案中，第一和第二轴承此时体现为不对称的，即第一和第二轴承具有不同尺寸的滚动体21、31和不同宽度的运行表面和滚道22、23、32、33。还可想到在每种情况下第二滚动体21的旋转轴线24和旋转轴线100之间的支撑角度小于第三滚动体31的旋转轴线34和旋转轴线100之间的支撑角度。
当第二轴承为靠近转子轮毂设置的轴承而第三轴承为靠近发电机设置的轴承的时候，相比于第三轴承，第二轴承区域中的倾斜力造成更高的径向负载。借助于第二轴承的较大尺寸，吸收了第二轴承上出现的这些更大的力。此外，通过第二轴承的更小的支撑角度特别地以最佳方式释放产生的越来越多的径向力。第三轴承的较小尺寸能够同时优化滚柱轴承装置1的总成本。
附图标记列表
1 滚柱轴承装置
2 外环
3 内环
4 第一外部件
5 第二外部件
6 螺钉
7 第一内部件
8 第二内部件
9 第三内部件
10 第一滚道
11 第一滚动体
12 第一滚道表面
13 第二滚道表面
14 第一滚动体的旋转轴线
15 第一环延伸部
16 第二环延伸部
20 第二滚道
21 第二滚动体
22 第三滚道表面
23 第四滚道表面
24 第二滚动体的旋转轴线
30 第三滚道
31 第三滚动体
32 第五滚道表面
33 第六滚道表面
34 第三滚动体的旋转轴线
40 密封元件
100 旋转轴线
101 径向方向。

Claims (18)

1.滚柱轴承装置(1)，所述滚柱轴承装置(1)包括外环(2)和内环(3)，所述内环(3)能够相对于外环(2)围绕旋转轴线(100)旋转，其中滚柱轴承装置(1)包括第一滚道(10)，所述第一滚道(10)中设置多个第一滚动体(11)，其特征在于，第一滚道(10)在外环(2)的第一环延伸部(15)和内环(3)的第二环延伸部(16)之间形成，其中第二环延伸部(16)沿着相对于旋转轴线(100)的径向方向(101)接合在第一环延伸部(15)的后方；
其中滚柱轴承装置(1)包括具有多个第二滚动体(21)的第二滚道(20)和具有多个第三滚动体(31)的第三滚道(30)；
其中第一滚道(10)沿着平行于旋转轴线(100)的方向设置在第二滚道(20)和第三滚道(30)之间；
其中第二滚动体(21)的旋转轴线(24)在每种情况下与旋转轴线(100)交叉，其中第三滚动体(31)的旋转轴线(34)在每种情况下与旋转轴线(100)交叉。
2.根据权利要求1所述的滚柱轴承装置(1)，其中第一环延伸部(15)至少部分地设置在第二环延伸部(16)和旋转轴线(100)之间。
3.根据前述权利要求中的任一项所述的滚柱轴承装置(1)，其中第一滚道(10)通过在第一环延伸部(15)上形成的第一滚道表面(12)和在第二环延伸部(16)上形成的第二滚道表面(13)而形成，其中第一滚道表面(12)背对旋转轴线(100)而第二滚道表面(13)面对旋转轴线(100)。
4.根据权利要求3所述的滚柱轴承装置(1)，其中第一滚道表面(12)和第二滚道表面(13)形成与旋转轴线(100)同轴并且在径向方向(101)上彼此重叠的外表面。
5.根据前述权利要求4所述的滚柱轴承装置(1)，其中第一滚动体(11)的旋转轴线(14)平行于旋转轴线(100)延伸，并且其中第一滚动体(11)以圆柱形形成并使得外轴承(2)和内轴承(3)的彼此径向支撑。
6.根据权利要求1所述的滚柱轴承装置(1)，其中第二滚道(20)和第二滚动体(21)以及第三滚道(30)和第三滚动体(31)以如下方式形成：沿径向的内环(3)和外环(2)沿轴向彼此支撑并且独立于轴向推力的方向。
7.根据权利要求1所述的滚柱轴承装置(1)，其中第二滚动体(21)的旋转轴线(24)和第三滚动体(31)的旋转轴线(34)相对于与旋转轴线(100)平行延伸的截面以60度和120度之间的角度彼此交叉。
8.根据权利要求7所述的滚柱轴承装置(1)，其中第二滚动体(21)的旋转轴线(24)和第三滚动体(31)的旋转轴线(34)相对于与旋转轴线(100)平行延伸的截面以80度和100度之间的角度彼此交叉。
9.根据权利要求8所述的滚柱轴承装置(1)，其中第二滚动体(21)的旋转轴线(24)和第三滚动体(31)的旋转轴线(34)相对于与旋转轴线(100)平行延伸的截面以基本上90度的角度彼此交叉。
10.根据权利要求6或7所述的滚柱轴承装置(1)，其中相对于与旋转轴线(100)垂直的镜面，第二滚道(20)和第二滚动体(21)相对于第三滚道(30)和第三滚动体(31)基本上以镜面对称的方式形成。
11.根据权利要求6至7中的任一项所述的滚柱轴承装置(1)，其中第二滚动体(21)和/或第三滚动体(31)以截头圆锥的形状形成。
12.根据权利要求6至9中的任一项所述的滚柱轴承装置(1)，其中第二滚道(20)由在外环(2)上形成的第三滚道表面(22)和在内环(3)上形成的第四滚道表面(23)形成，在所述第三滚道表面(22)和第四滚道表面(23)之间设置第二滚动体(21)，并且第三滚道(30)由在外环(2)上形成的第五滚道表面(32)和在内环(3)上形成的第六滚道表面(33)形成，在所述第五滚道表面(32)和第六滚道表面(33)之间设置第三滚动体(31)，其中第三滚道表面(22)和第五滚道表面(32)相对于彼此和/或第四滚道表面(23)和第六滚道表面(33)相对于彼此具有60度和120度之间的角度，和/或其中第三滚道表面(22)和第五滚道表面(32)和/或第四滚道表面(23)和第六滚道表面(33)相对于旋转轴线(100)具有25度至65度的角度。
13.根据权利要求12所述的滚柱轴承装置(1)，其中第三滚道表面(22)和第五滚道表面(32)相对于彼此和/或第四滚道表面(23)和第六滚道表面(33)相对于彼此具有80度和100度之间的角度，和/或其中第三滚道表面(22)和第五滚道表面(22)和/或第四滚道表面(23)和第六滚道表面(33)相对于旋转轴线(100)具有40度至50度的角度。
14.根据权利要求12所述的滚柱轴承装置(1)，其中第三滚道表面(22)和第五滚道表面(32)相对于彼此和/或第四滚道表面(23)和第六滚道表面(33)相对于彼此具有基本上90度的角度，和/或其中第三滚道表面(22)和第五滚道表面(22)和/或第四滚道表面(23)和第六滚道表面(33)相对于旋转轴线(100)具有基本上45度的角度。
15.根据权利要求6至7中的任一项所述的滚柱轴承装置(1)，其中第二滚动体(21)和第三滚动体(31)的尺寸相同或者其中第二滚动体(21)以比第三滚动体(31)更大的尺寸形成。
16.根据前述权利要求6-7中的任一项所述的滚柱轴承装置(1)，其中外环(2)和/或内环(3)以多个部件形成。
17.根据前述权利要求中1、6、7中任一项所述的滚柱轴承装置(1)，所述滚柱轴承装置是用于风力发电站的大型滚柱轴承装置。
18.风力发电站，所述风力发电站包括具有多个转子叶片的转子轮毂，其中转子轮毂以旋转固定的方式连接至转子轴，并且其中转子轴直接地或间接地联接至发电机，其中风力发电站包括用于安装转子轴的轴承装置，其特征在于，所述轴承装置包括根据前述权利要求中的任一项所述的滚柱轴承装置(1)。
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