DE102014104863B4

DE102014104863B4 - Wälzlageranordnung und Windkraftanlage

Info

Publication number: DE102014104863B4
Application number: DE102014104863.6A
Authority: DE
Inventors: Stefan Löffler; Jan-Peter Bochert; Thomas Handreck; Bernd Lüneburg; Wolfgang Claus
Original assignee: ThyssenKrupp AG; ThyssenKrupp Rothe Erde GmbH
Current assignee: ThyssenKrupp AG; ThyssenKrupp Rothe Erde Germany GmbH
Priority date: 2014-04-04
Filing date: 2014-04-04
Publication date: 2018-02-22
Anticipated expiration: 2034-04-05
Also published as: DE102014104863A1; CN106460802A; WO2015150158A1; CN106460802B

Abstract

Wälzlageranordnung (1), insbesondere Großwälzlageranordnung (1) für eine Windkraftanlage, aufweisend einen Außenring (2) und einen relativ zum Außenring (2) um eine Rotationsachse (100) drehbaren Innenring (3), wobei die Wälzlageranordnung (1) eine erste Laufbahn (10) aufweist, in welcher eine Mehrzahl von ersten Wälzkörpern (11) angeordnet sind, wobei die erste Laufbahn (10) zwischen einem ersten Ringfortsatz (15) des Außenrings (2) und einem zweiten Ringfortsatz (16) des Innenrings (3) ausgebildet ist, wobei der zweite Ringfortsatz (16) den ersten Ringfortsatz (15) entlang einer zur Rotationsachse (100) radialen Richtung (101) hintergreift, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzlageranordnung (1) eine mehrere zweite Wälzkörper (21) aufweisende zweite Laufbahn (20) und eine mehrere dritte Wälzkörper (31) aufweisende dritte Laufbahn (30) aufweist, wobei die erste Laufbahn (10) entlang einer zur Rotationsachse (100) parallelen Richtung zwischen der zweiten und dritten Laufbahn (20, 30) angeordnet ist, wobei die Drehachsen (14) der ersten Wälzkörper (11) parallel zur Rotationsachse (100) verlaufen und wobei die ersten Wälzkörper (11) zylinderförmig ausgebildet sind und eine radiale Abstützung des Außenrings (2) und des Innenrings (3) gegeneinander bewirken.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung geht aus von einer Wälzlageranordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Solche Wälzlageranordnungen sind aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt und werden beispielsweise in Form von sogenannten Großwälzlagern zur Lagerung der Rotorwelle einer Windkraftanlage verwendet. Windkraftanlagen weisen üblicherweise einen Turm und eine auf dem Turm drehbar angeordnete und als Maschinenträger fungierende Gondel auf. Die in der Gondel angeordnete Rotorwelle ist an einem Ende mit einer Rotornabe verbunden, welche die vom Wind angetriebenen Rotorblätter trägt, während das andere Ende über ein etwaiges Getriebe direkt oder indirekt mit einem Generator zur Stromerzeugung gekoppelt ist.
Problematisch bei derartigen Windkraftanlagen ist, dass insbesondere bei wechselnden Windlasten im Bereich der Rotorwelle sehr hohe axiale Kräfte entlang der Rotorwelle, als auch erhebliche Kippkräfte senkrecht zur Rotorwelle auftreten, welche durch die Wälzlager zur Lagerung der Rotorwelle aufgenommen werden müssen.
Als Stand der Technik sind aus den Druckschriften DE 210 527 A und US 2 488 825 A bereits Wälzlageranordnungen, die einen Außenring und einen relativ zum Außenring um eine Rotationsachse drehbaren Innenring besitzen bekannt. Hier weist die Wälzlageranordnung eine erste Laufbahn auf, in welcher eine Mehrzahl von ersten Walzkörpern angeordnet sind, wobei die erste Laufbahn zwischen einem ersten Ringfortsatz des Außenrings und einem zweiten Ringfortsatz des Innenrings ausgebildet ist. Der zweite Ringfortsatz hintergreift den ersten Ringfortsatz entlang einer zur Rotationsachse radialen Richtung. Aus der Druckschrift DE 10 2007 049 087 A1 ist bekannt, die Rotorwelle mittels zweireihiger Kegelrollenlager zu lagern, um sowohl axiale, als auch radiale Kräfte aufzunehmen.
Die Druckschrift WO 2013/113 487 A1 schlägt ferner vor, eine Wälzlageranordnung mit zwei in Axialrichtung weiter voneinander beabstandeten Kegelrollenlagern zur Lagerung der Rotorwelle einer Windkraftanlage zu verwenden. Die beiden Lager sind dabei in den gegenüberliegenden Endbereichen der Stator- oder Rotoreinheit der Windkraftanlage angeordnet und teilweise mit festen Axialanschlägen versehen, um eine möglichst steife und spielfreie Abstützung der Windlasten zu erzielen.
Die vorstehend beschriebenen Kegelrollenlager dienen dazu sowohl axiale, als auch radiale Kräfte aufzunehmen. Allerdings besteht die Gefahr, dass sich der Innenring und der Außenring der Lager voneinander entfernen, wenn die Kippkräfte besonders groß werden und es zu einer Ovalisierung der Lagerringe kommt, da diese Lager vornehmlich zur Aufnahme von großen axialen Kräfte vorgesehen sind.
Die zum Stand der Technik gehörende Lehre der Druckschrift DE 20 2007 018 480 U1 schlägt zur Lösung dieses Problems vor, eine zusätzliche Wälzkörperbahn in Form einer Schrägkugelbahn vorzusehen. Nachteilig an dieser Lösung ist, dass senkrecht zur Axialrichtung wirkende Kräfte zu einem Verkanten der Schrägkugelbahn führen und somit den Leichtlauf des Lagers beeinträchtigt, sowie zusätzliche Axialkräfte verursacht.
Offenbarung der Erfindung
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Wälzlageranordnung mit einem Innenring und einem Außenring zur Verfügung zu stellen, bei welcher die Nachteile des Standes der Technik vermieden werden. Insbesondere soll ein abschnittsweises Entfernen von Innenring und Außenring auch bei sehr großen Kräften senkrecht zur Rotationsachse wirksam verhindert werden, ohne dass hierdurch zusätzliche Axialkräfte oder eine erhöhte Reibung auftreten. Ferner soll die Wälzlageranordnung kostengünstige herstellbar, sowie eine verschleißarme und somit langlebige Kinematik aufweisen.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch eine Wälzlageranordnung, insbesondere Großwälzlager für eine Windkraftanlage, gemäß Anspruch 1 der vorliegenden Erfindung.
Die erfindungsgemäße Wälzlageranordnung hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass die erste Laufbahn zwischen den beiden Ringfortsätzen ausgebildet ist, welche sich in radialer Richtung hintergreifen, so dass eine Beabstandung des Innenrings vom Außenrings in radialer Richtung durch einen in radialer Richtung wirkenden Formschluss zwischen dem ersten Ringfortsatz und dem zweiten Ringfortsatz über den dazwischenliegenden ersten Wälzkörper verhindert wird. Der Begriff ”Hintergreifen” bedeutet im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere, dass der erste Ringfortsatz und der zweite Ringfortsatz sich in radialer Richtung überlappen, wobei der erste Ringfortsatz zumindest teilweise zwischen dem zweiten Ringfortsatz und der Rotationsachse angeordnet ist, so dass bei der erfindungsgemäße Wälzlageranordnung im Vergleich zum Stand der Technik eine deutlich höhere Stabilität gegenüber in radialer Richtung wirkenden Kräften erzielt wird. Zugleich wird ein erheblich geringes Spiel in radialer Richtung und somit eine im Vergleich zum Stand der Technik verschleißärmere und langlebigere Kinematik erzielt. Es versteht sich von selbst, dass sowohl der Innenring, als auch der Außenring drehbar sein können, d. h. der Außenring kann auch relativ zum Innenring um die Rotationsachse drehbar sein. Eine mit der erfindungsgemäßen Wälzlageranordnung ausgestattete Windkraftanlage kann somit höhere Kippkräfte vertragen und hat eine gesteigerte Standzeit.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die erste Laufbahn durch eine am ersten Ringfortsatz ausgebildete erste Laufbahnfläche und eine am zweiten Ringfortsatz ausgebildete zweite Laufbahnfläche gebildet ist, wobei die erste Laufbahnfläche der Rotationsachse abgewandt und die zweite Laufbahnfläche der Rotationsachse zugewandt ist. Die erste Laufbahnfläche und die zweite Laufbahnfläche bilden dabei vorzugsweise zur Rotationsachse konzentrische Mantelflächen, so dass zwischen der ersten Laufbahnfläche und der zweiten Laufbahnfläche die ersten Wälzkörper angeordnet sind und ausschließlich radiale Kräfte aufnehmen. Die Drehachsen der ersten Wälzkörper verlaufen erfindungsgemäß parallel zur Rotationsachse. Die ersten Wälzkörper sind vorzugsweise zylinderförmig ausgebildet, um die ausschließlich radiale Abstützung des Außenlagers und des Innenlagers gegeneinander zu bewirken. Die Verwendung von zylinderförmigen Wälzkörpern zur Abstützung der radialen Kräfte sorgt dafür, dass vergleichsweise hohe Kräfte aufgenommen werden können, ohne dass dabei die Gefahr einer Entfernung zwischen Innenring und Außenring aufgrund einer Ovalisierung des Innen- und Außenrings besteht. Gleichzeitig wird auch dann eine verschleißarme, spielreduzierte und leichtlaufende Funktion der Wälzlageranordnung gewährleistet, wenn diese hohen radialen Kräfte auf die Wälzlageranordnung wirken. Der erste Ringfortsatz und/oder der zweite Ringfortsatz sind vorzugsweise L-förmig ausgebildet, um in einer möglichst bauraumkompakten Weise Hinterschneidungen zum gegenseitigen Hintergreifen zu realisieren.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Wälzlageranordnung eine Mehrzahl von zweiten Wälzkörpern aufweisende zweite Laufbahn und eine Mehrzahl von dritten Wälzkörpern aufweisende dritte Laufbahn aufweist. Die zweite Laufbahn und die zweiten Wälzkörper, sowie die dritte Laufbahn und die dritten Wälzkörper sind vorzugsweise derart ausgebildet, dass der Innenring und der Außenring radial und unabhängig von der Richtung von Achsschubkräften axial gegeneinander abgestützt sind. Die zweiten und dritten Wälzkörper sind dabei insbesondere jeweils kegelstumpfförmig ausgebildet. In vorteilhafter Weise werden demnach die axialen Kräfte nur von den zweiten und dritten Laufbahnen bzw. Wälzkörper aufgenommen, während die erste Laufbahn bzw. die ersten Wälzkörper lediglich zur Aufnahme von radialen Kräften dienen.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die erste Laufbahn entlang einer zur Rotationsachse parallelen Richtung zwischen der zweiten und dritten Laufbahn angeordnet ist. In vorteilhafter Weise wird hierdurch verhindert, dass der erste Ringfortsatz und der zweite Ringfortsatz durch eine axiale Relativbewegung des Innenrings gegenüber dem Außenring außer Eingriff gelangen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Drehachsen der zweiten Wälzkörper und der dritten Wälzkörper die Rotationsachse jeweils schneiden, wobei sich die Drehachsen der zweiten Wälzkörper und die Drehachsen der dritten Wälzkörper bezüglich einer sich parallel zur Rotationsachse erstreckenden Schnittebene in einem Winkel zwischen 60 und 120 Grad, bevorzugt zwischen 80 und 100 Grad und besonders bevorzugt von im Wesentlichen 90 Grad schneiden. In vorteilhafter Weise können somit vergleichsweise hohe Axialschubkräfte aufgenommen werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die zweite Laufbahn und die zweiten Wälzkörper im Wesentlichen spiegelsymmetrisch zur dritten Laufbahn und den dritten Wälzkörper bezüglich einer zur Rotationsachse senkrechten Spiegelebene ausgebildet sind. In vorteilhafter Weise wird somit erreicht, dass der Innenring und der Außenring unabhängig von der Richtung von Achsschubkräften axial gegeneinander abgestützt sind.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die zweite Laufbahn durch eine am Außenring ausgebildete dritte Laufbahnfläche und eine am Innenring ausgebildete vierte Laufbahnfläche ausgebildet ist, zwischen welchen die zweiten Wälzkörper angeordnet sind, und die dritte Laufbahn durch eine am Außenring ausgebildete fünfte Laufbahnfläche und eine am Innenring ausgebildete sechste Laufbahnfläche ausgebildet ist, zwischen welchen die dritten Wälzkörper angeordnet sind, wobei die dritte und fünfte Laufbahnfläche und/oder die vierte und sechste Laufbahnfläche einen Winkel zwischen 60 und 120 Grad, bevorzugt zwischen 80 und 100 Grad und besonders bevorzugt von im Wesentlichen 90 Grad zueinander aufweisen und/oder wobei die dritte und fünfte Laufbahnfläche und/oder die vierte und sechste Laufbahnfläche einen Winkel von 25 bis 65 Grad, bevorzugt von 40 bis 50 Grad und besonders bevorzugt von im Wesentlichen 45 Grad zur Rotationsachse aufweisen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die zweiten und dritten Wälzkörper identisch dimensioniert sind. Auf diese Weise wird eine vollständig symmetrische Wälzlageranordnung erzielt.
Gemäß einer alternativen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die zweiten Wälzkörper größer als die dritten Wälzkörper ausgebildet sind. In vorteilhafter Weise können die einzelnen Lager somit den beispielsweise bei einem asymmetrischen Aufbau einer Windkraftanlage zu erwartenden Belastungen individuell angepasst werden. Denkbar ist ferner, dass bei der Ausführungsform ferner die Drehachsen der zweiten Wälzkörper und die Drehachsen der dritten Wälzkörper unterschiedliche Winkel zur Rotationsachse aufweisen. Mit anderen Worten: Die Neigung der zweiten Wälzkörper relativ zur Rotationsachse unterscheidet sich von der Neigung der dritten Wälzkörper relativ zur Rotationsachse.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass der Außenring und/oder der Innenring mehrteilig ausgebildet sind. In vorteilhafter Weise wird hierdurch die Montage der Wälzlageranordnung, insbesondere hinsichtlich der in axialer Richtung ineinandergreifenden und in radialer Richtung hintergreifenden ersten und zweiten Ringfortsätze, vereinfacht.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Windkraftanlage aufweisend eine Rotornabe mit mehreren Rotorblättern, wobei die Rotornabe drehfest mit einer Rotorwelle verbunden ist und wobei die Rotorwelle direkt oder indirekt mit einem Generator gekoppelt ist, wobei die Windkraftanlage eine Lageranordnung zur Lagerung der Rotorwelle aufweist, wobei die Lageranordnung die erfindungsgemäße Wälzlageranordnung umfasst.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Zeichnungen, sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen anhand der Zeichnungen. Die Zeichnungen illustrieren dabei lediglich beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung, welche den wesentlichen Erfindungsgedanken nicht einschränken.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine schematische Schnittbildansicht einer Wälzlageranordnung gemäß einer beispielhaften ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt eine schematische Schnittbildansicht einer Wälzlageranordnung gemäß einer beispielhaften zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Ausführungsformen der Erfindung
In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt.
In 1 ist eine schematische Schnittbildansicht einer Wälzlageranordnung 1 gemäß einer beispielhaften ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt.
Die Wälzlageranordnung 1 weist einen Außenring 2 und einen Innenring 3 auf. Der Innenring 3 ist um eine Rotationsachse 100 drehbar gegenüber dem Außenring 2 gelagert. Die Wälzlageranordnung 1 weist drei Lager auf: Ein kleineres erstes Lager in Form einer mit ersten Wälzkörpern 11 bestückten ersten Laufbahn 10 und zwei im Wesentlichen symmetrische größere Lager, welche eine mit zweiten Wälzkörpern 21 bestückte zweite Laufbahn 20 und eine mit dritten Wälzkörpern 31 bestückte dritte Laufbahn 30 umfassen. Die zweite und dritte Laufbahn 20, 30 sind derart ausgebildet, dass der Innenring 3 und der Außenring 2 radial und unabhängig von der Richtung von Achsschubkräften axial gegeneinander abgestützt sind. Dies wird dadurch erreicht, dass die zweiten und dritten Wälzkörper 21, 31 gegenüber der Rotationsachse 100 geneigt ausgerichtet sind.
Die zweite Laufbahn 20 wird durch eine am Außenring 2 ausgebildete dritte Laufbahnfläche 22 und eine am Innenring 3 ausgebildete vierte Laufbahnfläche 23 gebildet. Die zweiten Wälzkörper 21 sind zwischen der dritten und vierten Laufbahnfläche 22, 23 angeordnet und laufen mit ihren Laufflächen auf der dritten und vierten Laufbahnfläche 22, 23 ab. Die Drehachsen der zweiten Wälzkörper 21 sind dabei winklig zur Rotationsachse 100 angeordnet. Die Drehachsen 24 sämtlicher zweiter Wälzkörper 21 liegen auf einer kegelförmigen Mantelfläche, welche sich um die Rotationsachse 100 herum erstreckt. Der Winkel zwischen dieser Mantelfläche und der Rotationsachse 100 beträgt ca. 45 Grad. Die zweiten Wälzkörper 21 sind jeweils leicht kegelstumpfförmig ausgebildet.
Die dritte Laufbahn 30 ist zur zweiten Laufbahn 20 im Wesentlichen spiegelsymmetrisch bezüglich einer zur Rotationsachse 100 senkrechten und mittig zwischen der zweiten und dritten Laufbahn 20, 30 verlaufenden Spiegel- bzw. Symmetrieebene ausgebildet. Die dritte Laufbahn 30 wird durch eine am Außenring 2 ausgebildete fünfte Laufbahnfläche 32 und eine am Innenring 3 ausgebildete sechste Laufbahnfläche 33 gebildet. Analog zu den zweiten Wälzkörpern 21 sind die dritten Wälzkörper 31 zwischen der fünften und sechsten Laufbahnfläche 32, 33 angeordnet und laufen mit ihren Laufflächen auf der fünften und sechsten Laufbahnfläche 32, 33 ab. Die dritten Wälzkörper 31 sind ebenfalls jeweils leicht kegelstumpfförmig ausgebildet. Die Drehachsen 24 der zweiten Wälzkörper 21 und die Drehachsen 34 der dritten Wälzkörper 31 schneiden bezüglich einer sich entlang und durch die Rotationsachse 100 erstreckenden Schnittebene in einem Winkel von im Wesentlichen 90 Grad.
Zwischen der zweiten Laufbahn 20 und der dritten Laufbahn 30 ist die erste Laufbahn 10 ausgebildet. Die erste Laufbahn 10 wird durch eine am Außenring 2 ausgebildete erste Laufbahnfläche 12 und eine am Innenring 3 ausgebildete zweite Laufbahnfläche 13 gebildet, wobei der Außenring 2 einen ersten Ringfortsatz 15 aufweist, an welchem die erste Laufbahnfläche 12 ausgebildet ist und der Innenring 3 einen zweiten Ringfortsatz 16 aufweist, an welchem die zweite Laufbahnfläche 13 ausgebildet ist. Der erste und zweite Ringfortsatz 15, 16 sind jeweils hinterschnitten und derart angeordnet, dass der zweite Ringfortsatz 16 den ersten Ringfortsatz 15 entlang der zur Rotationsachse 100 senkrechten und von der Rotationsachse 100 ausgehenden Radialrichtung 101 hintergreift und dass der erste und der zweite Ringfortsatz 15, 16 entlang einer zur Rotationsachse 100 parallelen Richtung ineinandergreifen. Mit anderen Worten: Der erste Ringfortsatz 15 und der zweite Ringfortsatz 16 überlappen in radialer Richtung 100, wobei der erste Ringfortsatz 15 des Außenlagers 2 zwischen dem zweiten Ringfortsatz 16 und der Rotationsachse 100 angeordnet ist. Die zweite Laufbahnfläche 13 ist dabei der Rotationsachse 100 zugewandt, während die erste Laufbahnfläche 12 der Rotationsachse 100 abgewandt ist.
Zwischen der ersten und der zweiten Laufbahnfläche 12, 13 sind die ersten Wälzkörper 11 angeordnet, welche zylinderförmig ausgebildet sind und mit ihren Laufflächen auf der ersten und zweiten Laufbahnfläche 12, 13 ablaufen. Die erste und die zweite Laufbahnfläche 12, 13 sind auf konzentrisch zur Rotationsachse 100 gelegenen Mantelflächen angeordnet. Die Drehachsen 14 der ersten Wälzkörper 11 sind somit stets parallel zur Rotationsachse 100 angeordnet, so dass die ersten Wälzkörper 11 ausschließlich eine radiale Abstützung des Außenlagers 2 und des Innenlagers 3 gegeneinander bewirken. Das der erste und der zweite Ringfortsatz 15, 16 sich derart in radialer Richtung 101 hintergreifen, dass der mit dem Außenlager 2 verbundene erste Ringfortsatz 15 innen und der mit dem Innenlager verbundene zweite Ringfortsatz 16 außen angeordnet ist, führt dazu, dass sämtliche radialen Kräfte unmittelbar von den ersten Wälzkörper 11 aufgenommen werden. Dass Außenlager 2 kann sich also auch beim Vorhandensein von radialen Kräften unmittelbar am Innenlager 3 abstützen. Die erfindungsgemäße Wälzlageranordnung 1 ist somit in der Lage, sehr hohe radiale Kräfte aufzunehmen, ohne dass dabei eine partielle Beabstandung des Außenlagers 2 von dem Innenlager 3 und eine Ovalisierung des Außen- und/oder Innenlagers 2, 3 droht. Insbesondere die bei Windkraftanlagen typischerweise auftretenden Kippkräfte können somit in effizienter Weise aufgefangen werden und führen nicht zu einer überhöhten Reibung und frühzeitigem Lagerverschleiß. Zudem müssen die Hauptlager nicht in kostenaufwändiger Weise überdimensioniert werden, um solche überhöhten Radialkräfte aufzufangen. Da von den ersten Wälzkörpern 11 keine axiale Abstützung entlang der Rotationsachse 100 erfolgt, können die Wälzkörper 11 hinsichtlich ihres Umfangs und Breite deutlich kleiner als die zweiten und dritten Wälzkörper 21, 31 ausgebildet werden, welche dann vornehmlich zur Abstützung in axialer Richtung dienen.
Zur Vereinfachung der Montage ist das Außenlager 2 vorzugsweise zweiteilig aus einem ersten und einem zweiten Außenteil 4, 5 ausgebildet, wobei die fünfte Laufbahnfläche 32 und der mit der ersten Laufbahnfläche 13 versehene erste Ringfortsatz 15 am ersten Außenteil 4 und die dritte Laufbahnfläche 22 am zweiten Außenteil 5 realisiert sind. Das erste und das zweite Außenteil 4, 5 sind beispielsweise mittels Schrauben 6 miteinander verschraubt. Das Innenlager 3 ist vorzugsweise ebenfalls mehrteilig ausgeführt. Im vorliegenden Beispiel umfasst das Innenlager 3 drei Teile: Ein erstes Innenteil 7, ein zweites Innenteil 8 und ein drittes Innenteil 9. Das erste Innenteil 7 weist die vierte Laufbahnfläche 23 auf, während das dritte Innenteil 9 die sechste Laufbahnfläche 33 aufweist. Am zweiten Innenteil 8 ist der mit der zweiten Laufbahnfläche 13 versehene zweite Ringfortsatz 16 ausgebildet. Das erste, zweite und dritte Innenteil 7, 8, 9 werden mittels weiterer Schrauben 6 miteinander verbunden.
Die Wälzkörperanordnung 1 weist zwei Dichtelemente 40 auf, welche ein Ausfließen und Verunreinigen eines zwischen dem Außenlager 2 und dem Innenlager 3 und insbesondere in der ersten, zweiten und dritten Laufbahn 10, 20, 30 befindliches Schmiermittel verhindert.
Denkbar ist, dass die vorstehend beschriebene Wälzlageranordnung 1 in einer Windkraftanlage verbaut ist und zur Lagerung einer Rotorwelle der Windkraftanlage dient. Die Rotorwelle ist dabei mit dem Innenlager 3 gekoppelt, wobei ein Ende der Rotorwelle mit einer Rotornabe, welche mehrere Rotorblätter trägt, verbunden ist und das andere Ende der Rotorwelle direkt oder indirekt über ein Getriebe mit einem Generator der Windkraftanlage gekoppelt ist.
In 2 ist eine schematische Schnittbildansicht einer Wälzlageranordnung 1 gemäß einer beispielhaften zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die Wälzlageranordnung 1 gemäß der zweiten Ausführungsform gleicht im Wesentlichen der Wälzlageranordnung 1 gemäß der ersten Ausführungsform, wobei bei der Wälzlageranordnung 1 gemäß der zweiten Ausführungsform das zweite und dritte Lager nicht mehr wie bei der ersten Ausführungsform symmetrisch, sondern antisymmetrisch ausgebildet sind.
Die zweiten Wälzkörper 21 des zweiten Lagers sind demnach größer als die dritten Wälzkörper 31 des dritten Lagers ausgebildet. Die zweiten Wälzkörper 21 weisen jeweils einen größeren Nenndurchmesser als die dritten Wälzkörper 31 auf. Der Nenndurchmesser eines Wälzkörpers umfasst im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere denjenigen Durchmesser, den der Wälzkörper entlang der zugehörigen Drehachse des Wälzkörpers auf seiner Mitte aufweist. Ferner ist die Breite der Lauffläche der zweiten Wälzkörper 21 jeweils breiter als die Breite der Lauffläche der dritten Wälzkörper 31. Entsprechend umfasst die zweite Laufbahn 20 eine dritte und vierte Laufbahnfläche 22, 23, welche ebenfalls breiter als die fünfte und sechste Laufbahnfläche 32, 33 der dritten Laufbahn 30 sind.
Die vorliegende Wälzlageranordnung 1 ist insbesondere zur Lagerung einer Rotorwelle einer nicht abgebbildeten Windkraftanlage vorgesehen. Die Rotorwelle erstreckt sich dabei üblicherweise von der mit den Rotorblättern versehenen Rotornabe bis zum Generator der Windkraftanlage. Die Rotornabe ist dabei teilweise freistehend ausgebildet, so dass auf die Rotorwelle aufgrund der Windkräfte, sowie der Gravitationskraft ein erhebliches Kippmoment wirkt. Das zweite und dritte Lager werden somit ungleich belastet. Zur Aufnahme dieser ungleichen Belastung sind das erste und das zweite Lager bei der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nun asymmetrisch ausgeführt, d. h. das erste und zweite Lager weisen unterschiedlich dimensionierte Wälzkörper 21, 31, sowie unterschiedlich breite Laufflächen und Laufbahnen 22, 23, 32, 33 auf. Denkbar ist auch, dass jeweils der Tragwinkel zwischen den Drehachsen 24 der zweiten Wälzkörper 21 und der Rotationsachse 100 geringer als der Tragwinkel zwischen den Drehachsen 34 der dritten Wälzkörper 31 und der Rotationsachse 100 ist.
Wenn das zweite Lager dasjenige Lager ist, welcher näher an der Rotornabe angeordnet ist, während das dritte Lager das näher am Generator angeordnete Lager ist, verursachen die Kippkräfte im Bereich des zweiten Lagers eine höhere Radialbelastung im Vergleich zum dritten Lager. Durch die größere Dimensionierung des zweiten Lagers werden diese am zweiten Lager auftretenden größeren Kräfte aufgenommen. Ferner werden durch den geringeren Tragwinkel des zweiten Lagers insbesondere die vermehrt auftretenden Radialkräfte optimal abgeleitet. Die geringere Dimensionierung des dritten Lagers ermöglicht gleichzeitig die Optimierung der Gesamtkosten für die Wälzlageranordnung 1.
Bezugszeichenliste

1: Wälzlageranordnung
2: Außenring
3: Innenring
4: Erstes Außenteil
5: Zweites Außenteil
6: Schraube
7: Erstes Innenteil
8: Zweites Innenteil
9: Drittes Innenteil
10: Erste Laufbahn
11: Erster Wälzkörper
12: Erste Laufbahnfläche
13: Zweite Laufbahnfläche
14: Drehachsen der ersten Wälzkörper
15: Erster Ringfortsatz
16: Zweiter Ringfortsatz
20: Zweite Laufbahn
21: Zweiter Wälzkörper
22: Dritte Laufbahnfläche
23: Vierte Laufbahnfläche
24: Drehachse der zweiten Wälzkörper
30: Dritte Laufbahn
31: Dritter Wälzkörper
32: Fünfte Laufbahnfläche
33: Sechste Laufbahnfläche
34: Drehachse der dritten Wälzkörper
40: Dichtelement
100: Rotationsachse
101: Radialrichtung

Claims

Wälzlageranordnung (1), insbesondere Großwälzlageranordnung (1) für eine Windkraftanlage, aufweisend einen Außenring (2) und einen relativ zum Außenring (2) um eine Rotationsachse (100) drehbaren Innenring (3), wobei die Wälzlageranordnung (1) eine erste Laufbahn (10) aufweist, in welcher eine Mehrzahl von ersten Wälzkörpern (11) angeordnet sind, wobei die erste Laufbahn (10) zwischen einem ersten Ringfortsatz (15) des Außenrings (2) und einem zweiten Ringfortsatz (16) des Innenrings (3) ausgebildet ist, wobei der zweite Ringfortsatz (16) den ersten Ringfortsatz (15) entlang einer zur Rotationsachse (100) radialen Richtung (101) hintergreift, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzlageranordnung (1) eine mehrere zweite Wälzkörper (21) aufweisende zweite Laufbahn (20) und eine mehrere dritte Wälzkörper (31) aufweisende dritte Laufbahn (30) aufweist, wobei die erste Laufbahn (10) entlang einer zur Rotationsachse (100) parallelen Richtung zwischen der zweiten und dritten Laufbahn (20, 30) angeordnet ist, wobei die Drehachsen (14) der ersten Wälzkörper (11) parallel zur Rotationsachse (100) verlaufen und wobei die ersten Wälzkörper (11) zylinderförmig ausgebildet sind und eine radiale Abstützung des Außenrings (2) und des Innenrings (3) gegeneinander bewirken.
Wälzlageranordnung (1) nach Anspruch 1, wobei der erste Ringfortsatz (15) zumindest teilweise zwischen dem zweiten Ringfortsatz (16) und der Rotationsachse (100) angeordnet ist.
Wälzlageranordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Laufbahn (10) durch eine am ersten Ringfortsatz (15) ausgebildete erste Laufbahnfläche (12) und eine am zweiten Ringfortsatz (16) ausgebildete zweite Laufbahnfläche (13) gebildet ist, wobei die erste Laufbahnfläche (12) der Rotationsachse (100) abgewandt und die zweite Laufbahnfläche (13) der Rotationsachse (100) zugewandt ist.
Wälzlageranordnung (1) nach Anspruch 3, wobei die erste Laufbahnfläche (12) und die zweite Laufbahnfläche (13) zur Rotationsachse (100) konzentrische Mantelflächen bilden und sich in radialer Richtung (101) gegenseitig überlappen.
Wälzlageranordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Laufbahn (20) und die zweiten Wälzkörper (21), sowie die dritte Laufbahn (30) und die dritten Wälzkörper (31) derart ausgebildet sind, dass der Innenring (3) und der Außenring (2) radial und unabhängig von der Richtung von Achsschubkräften axial gegeneinander abgestützt sind.
Wälzlageranordnung (1) nach Anspruch 5, wobei die Drehachsen (24) der zweiten Wälzkörper (21) die Rotationsachse (100) jeweils schneiden, wobei die Drehachsen (34) der dritten Wälzkörper (31) die Rotationsachse (100) jeweils schneiden und wobei sich die Drehachsen (24) der zweiten Wälzkörper (21) und die Drehachsen (34) der dritten Wälzkörper (31) bezüglich einer sich parallel zur Rotationsachse (100) erstreckenden Schnittebene in einem Winkel zwischen 60 und 120 Grad, bevorzugt zwischen 80 und 100 Grad und besonders bevorzugt von im Wesentlichen 90 Grad schneiden.
Wälzlageranordnung (1) nach einem der Ansprüche 5 oder 6, wobei die zweite Laufbahn (20) und die zweiten Wälzkörper (21) im Wesentlichen spiegelsymmetrisch zur dritten Laufbahn (30) und den dritten Wälzkörper (31) bezüglich einer zur Rotationsachse (100) senkrechten Spiegelebene ausgebildet sind.
Wälzlageranordnung (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die zweiten und/oder dritten Wälzkörper (21, 31) kegelstumpfförmig ausgebildet sind.
Wälzlageranordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Laufbahn (20) durch eine am Außenring (2) ausgebildete dritte Laufbahnfläche (22) und eine am Innenring (3) ausgebildete vierte Laufbahnfläche (23) ausgebildet ist, zwischen welchen die zweiten Wälzkörper (21) angeordnet sind, und die dritte Laufbahn (30) durch eine am Außenring (2) ausgebildete fünfte Laufbahnfläche (32) und eine am Innenring (3) ausgebildete sechste Laufbahnfläche (33) ausgebildet ist, zwischen welchen die dritten Wälzkörper (31) angeordnet sind, wobei die dritte und fünfte Laufbahnfläche (22, 32) und/oder die vierte und sechste Laufbahnfläche (23, 33) einen Winkel zwischen 60 und 120 Grad, bevorzugt zwischen 80 und 100 Grad und besonders bevorzugt von im Wesentlichen 90 Grad zueinander aufweisen und/oder wobei die dritte und fünfte Laufbahnfläche (22, 32) und/oder die vierte und sechste Laufbahnfläche (23, 33) einen Winkel von 25 bis 65 Grad, bevorzugt von 40 bis 50 Grad und besonders bevorzugt von im Wesentlichen 90 Grad zur Rotationsachse (100) aufweisen.
Wälzlageranordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweiten und dritten Wälzkörper (21, 31) identisch dimensioniert sind oder wobei die zweiten Wälzkörper (21) größer als die dritten Wälzkörper (31) ausgebildet sind.
Wälzlageranordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Außenring (2) und/oder der Innenring (3) mehrteilig ausgebildet sind.
Windkraftanlage aufweisend eine Rotornabe mit mehreren Rotorblättern, wobei die Rotornabe drehfest mit einer Rotorwelle verbunden ist und wobei die Rotorwelle direkt oder indirekt mit einem Generator gekoppelt ist, wobei die Windkraftanlage eine Lageranordnung zur Lagerung der Rotorwelle aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Lageranordnung eine Wälzlageranordnung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche umfasst.