Die Erfindung betrifft eine Rollenlageranordnung zum Bestimmen von Belastungen.

Im Allgemeinen werden die Belastungen, denen beispielhaft eine

Rollenlageranordnung einer Windenergieanlage im Laufe ihres Betriebs ausgesetzt ist, nicht aufgezeichnet. Daher ist die Belastungshistorie von Windenergieanlagen daher meist unbekannt. Lastmessungen erfolgen häufig lediglich an

Prototypenanlagen als Teil der Zertifizierung. Allerdings ist ein Übertrag der

Auslegungs- und Prototypen lasten auf Serienanlagen nicht ohne weiteres möglich, da standortabhängige Einflüsse nicht bekannt/ übertragbar sind. Dies können beispielhaft Effekte sein mit Bezug auf Windfeld, Windpark-Effekte oder auch Betriebsstrategie je nach Netzqualität.

Für allgemeine Wälzlager gibt es bereits Ansätze einer permanenten Bestimmung der Belastung. So ist in der Offenlegungsschrift DE 10 2014 204 025 A1 ein Bauteil mit einem wenigstens einen Sensor aufweisenden Messelement offenbart. Dabei ist das Bauteil beispielhaft als Wälzlager ausgebildet. Konkret sieht die Lösung dieser Offenlegungsschrift ein Bauteil vor mit einer Materialausnehmung und einem wenigstens einen Sensor aufweisenden Messelement, das kraftschlüssig in die Materialausnehmung eingepasst ist, wobei der Sensor derart an oder auf dem

Messelement angeordnet ist, dass die Messrichtung des Sensors im Wesentlichen mit der Wirkungslinie des Druckwinkels übereinstimmt.

Ein Druckwinkel ist der Winkel zwischen der Radialebene und der Drucklinie, wobei die Lage der Drucklinie stark von verwendeten Wälzkörpern und Rollbahnen abhängig ist.

Allerdings hat sich für die Anwendung an Rollenlagern herausgestellt, dass das Maximum der Pressungsverteilung aus konstruktiven Gründen oftmals nicht in der Mitte der Laufbahn liegt, was der Wirkungslinie des Druckwinkels entspricht. Damit ist die Lehre der Offenlegungsschrift nicht zuverlässig auf Rollenlager anwendbar. Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Rollenlageranordnung mit einer verbesserten Belastungsmessung zu schaffen.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch eine Rollenlageranordnung und ein Rollenlager mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung angegeben, die jeweils einzeln oder in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können.

Die Erfindung betrifft somit eine Rollenlageranordnung zum Bestimmen von

Belastungen an einem Rollenlager, aufweisend

ein Rollenlager mit zwei koaxialen Ringen, nämlich einem Innenring und einem

Außenring, und mit einer Drehachse, wobei zwischen dem Innenring und dem

Außenring eine Vielzahl von Rollen mit einer jeweiligen Rotationsachse angeordnet ist, und wobei zumindest einer der Ringe zumindest eine Ausnehmung zur Aufnahme eines Kraftmessbolzens aufweist,

zumindest einen Kraftmessbolzen, der jeweils in der Ausnehmung aufgenommen ist, wobei sich der in der Ausnehmung angeordnete Kraftmessbolzen mit seiner

Längsachse zumindest teilweise entlang der Drehachse des Rollenlagers erstreckt, wobei sich die zumindest eine Ausnehmung und der mindestens eine

Kraftmessbolzen entlang der Längsachse in einen mit einer Belastung beaufschlagten Bereich des die mindestens eine Ausnehmung aufweisenden Rings derart erstrecken, dass zumindest eine zur Rotationsachse der Rollen senkrechte

Projektionsvertikalebene entlang dem Kraftmessbolzen und einem Maximalbereich der Belastung verläuft.

Grundidee der Erfindung ist es somit, dass die zumindest eine Ausnehmung und der mindestens eine Kraftmessbolzen entlang der Längsachse derart angeordnet sind, dass sie eine Projektionsvertikalebene durch den Maximalbereich der Belastung bilden. Wesentlich ist somit nicht die Position des Druckwinkels, da dieser bei

Rollenlagern nicht stets durch den Maximalbereich der Belastung verläuft. Stattdessen wird fallabhängig der den Maximalbereich der Belastung individuell erkannt und die zumindest eine Ausnehmung und der mindestens eine Kraftmessbolzen entsprechend angeordnet. Dies ermöglicht eine zuverlässige Detektion der auf das Rollenlager wirkenden Belastungen.

Die Projektionsvertikalebene ist nach alledem unabhängig von der Wirkungslinie des Druckwinkels.

Ein Rollenlager ist vorzugsweise sowohl in radialer als auch in axialer Richtung sehr hoch belastbar. Es wird in der Regel paarweise eingebaut: Beispielhaft werden zwei Kegelrollenlager gegeneinander angestellt, denn Kegelrollenlager bestehen aus zwei losen Elementen: dem Innenring mit Kegelrollen als Wälzkörpern, und dem Außenring als Lagerschale. Die Kegelrollen auf dem Innenring haben die Form eines

Kegelstumpfes, außerdem sind sie etwas gegen die Drehachse geneigt. Das Spiel ist einstellbar. Die Kegelspitzen, und beliebige Erzeugende der Kegelmäntel, von Innenring, Außenring und aller Rollen treffen sich in einem Punkt auf der Drehachse, denn dann können die Rollen ohne Schlupf abrollen.

Als Rollenlager werden im Sinne der Erfindung neben dem beispielhaft erwähnten Kegelrollenlager auch Pendelrollenlager, Zylinderrollenlager und ähnlich wirkende Lager verstanden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Rollenlager an mindestens einem Ring, vorzugsweise beiden Ringen, eine Vielzahl von in Ausnehmungen angeordneten Kraftmessbolzen aufweist, wobei vorzugsweise mindestens zwei in den Ausnehmungen angeordnete Kraftmessbolzen entlang ihrer Längsachse unterschiedlich lang ausgebildet sind, wobei bevorzugt mindestens zwei in den Ausnehmungen angeordnete Kraftmessbolzen an einem jeweiligen Ring umfangsgemäß verteilt angeordnet sind. Je mehr Kraftmessbolzen vorhanden sind, desto genauere Messungen können erfolgen. Die unterschiedlichen Längen ermöglichen, unterschiedlich in die Belastungsbereiche detektierend einzugreifen. Hierzu ist insbesondere eine umfangsgemäß gleichmäßige Verteilung bevorzugt.

Die mindestens eine Ausnehmung, vorzugsweise mehrere Ausnehmungen, zur Aufnahme jeweils eines Kraftmessbolzens kann oder können insbesondere an einer Stirnfläche oder beiden Stirnflächen des Innenrings und/oder des Außenrings angeordnet sein. Möglich ist jedoch auch, dass die mindestens eine Ausnehmung, vorzugsweise mehrere Ausnehmungen, zur Aufnahme jeweils eines

Kraftmessbolzens an der Mantelfläche des Innenrings und/oder des Außenrings angeordnet ist oder sind.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die zumindest eine Ausnehmung zur Aufnahme eines Kraftmessbolzens in einem zum Umfeld fixierten Ring angeordnet ist. Dies ermöglicht eine Messung mit leichten Mitteln. Insbesondere können Kabel verwendet werden, wohingegen bei einem zum Umfeld drehbaren Ring eine Telemetrieverbindung benötigt würde. Ein zum Umfeld fixierter Ring ist jene Ring eines Rollenlagers, der zu seinem Umfeld fest steht. Es entspricht dem Prinzip eines Wälzlagers, dass ein Ring einen Rotationskörper drehbar lagert und der andere Ring ein zum Umfeld fixierter Ring ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass an mindestens einem Ring mindestens vier Kraftmessbolzen derart angeordnet und ausgebildet sind, dass jeweils zwei Kraftmessbolzen zueinander gegenüberliegend entlang einer jeweiligen diagonalen Achse an dem mindestens einen Ring angeordnet sind, wobei die beiden diagonalen Achsen vorzugsweise derart verlaufen, dass eine diagonale Achse eine horizontale Achse ist und/oder die andere diagonale Achse eine vertikale Achse ist. Dies ermöglicht eine gute Verteilung der Kraftmessbolzen und somit gute Messergebnisse. Die Anordnung, dass eine diagonale Achse eine horizontale Achse ist und/oder die andere diagonale Achse eine vertikale Achse ist kann interpretiert werden mit horizontal als über den Horizont erstreckend und mit vertikal als zum Erdmittelpunkt weisend. Anders formuliert entspricht diese Anordnung beispielhaft an einer Uhr den Zeiten 12, 15, 18 und 21 Uhr.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die mindestens beiden Kraftmessbolzen entlang der als horizontale Achse

ausgebildeten diagonalen Achse entlang ihrer Längsachse die gleiche Länge aufweisen und/oder dass die mindestens beiden Kraftmessbolzen entlang der als vertikale Achse ausgebildeten diagonalen Achse entlang ihrer Längsachse die gleiche Länge aufweisen. Es hat sich herausgestellt, dass dies gute Messergebnisse ermöglicht. Weiterhin können etwaige Messfehler detektiert und berücksichtigt werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Länge des mindestens einen Kraftmessbolzens entlang seiner Längsachse von den mechanischen Eigenschaften des Rings abhängt, wobei die Länge des mindestens einen Kraftmessbolzens entlang seiner Längsachse bei einem Ring mit hoher Steifigkeit länger ausgebildet ist als bei einem Ring mit niedriger Steifigkeit. Es hat sich herausgestellt, dass dies gute Messergebnisse ermöglicht.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Längsachse mindestens eines Kraftmessbolzens, vorzugsweise mehrerer

Kraftmessbolzen, gewinkelt, insbesondere 45 Grad, zur Drehachse des Rollenlagers angeordnet ist beziehungsweise sind. Es hat sich herausgestellt, dass dies gute Messergebnisse ermöglicht.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Längsachse mindestens eines Kraftmessbolzens, vorzugsweise mehrerer

Kraftmessbolzen, derart gewinkelt zur Drehachse des Rollenlagers angeordnet ist beziehungsweise sind, dass die Längsachse mindestens eines Kraftmessbolzens, vorzugsweise mehrerer Kraftmessbolzen parallel zur Rotationsachse der Rollen angeordnet ist beziehungsweise sind. Es hat sich herausgestellt, dass dies bei großen Druckwinkeln, beispielsweise bei 45 Grad, sinnvoll ist und gute Messergebnisse ermöglicht.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Längsachse mindestens eines Kraftmessbolzens, vorzugsweise mehrerer

Kraftmessbolzen, parallel zur Drehachse des Rollenlagers angeordnet ist

beziehungsweise sind. Es hat sich herausgestellt, dass Ausnehmungen parallel zur Drehachse des Rollenlagers gut in den jeweiligen Ring eingearbeitet werden können und dass Kraftmessbolzen gut in entsprechende Bohrungen eingefügt werden können. Weiterhin droht kein Herausfallen bei einer ungünstigen Positionierung der Ausnehmung durch eine Gewichtskraft des Kraftmessbolzens. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Rollenlager für eine vorgenannte

Rollenlageranordnung, gekennzeichnet durch die Merkmale des Rollenlagers, insbesondere der mindestens einen Ausnehmung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Kraftmessbolzen bezüglich der Drehachse abhängig von einer Position eines Maximums einer Pressungsverteilung zwischen dem Innenring und dem Außenring und abhängig von einer umfangsgemäßen Position des Kraftmessbolzens

ausgerichtet und angeordnet ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass zumindest vier Kraftmessbolzen über einen Umfang verteilt an zumindest einem Ring umfangsverteilt beabstandet angeordnet sind.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass vier Kraftmessbolzen über einen Bogenwinkel von 90 Grad am Umfang eines Rings umfangsverteilt beabstandet angeordnet sind. Gemäß einer diesbezüglich besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass

zwei der vier Kraftmessbolzen auf einer stirnseitig am Rollenlager horizontal verlaufenden Gerade angeordnet sind und zwei der vier Kraftmessbolzen auf einer stirnseitig am Rollenlager vertikal verlaufenden Gerade angeordnet sind.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass zumindest zwei Kraftmessbolzen umfangsverteilt an einem der Ringe angeordnet sind, wobei die Kraftmessbolzen unterschiedlich lang ausgebildet sind,

wobei bevorzugt die zumindest zwei Kraftmessbolzen in unterschiedlichen Tiefen innerhalb der jeweiligen Ausnehmung angeordnet sind.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass zumindest zwei Kraftmessbolzen umfangsverteilt an einem der Ringe angeordnet sind, wobei jeweils zwei voneinander über einen Bogenwinkel von 180 Grad beabstandete Kraftmessbolzen gleich lang ausgebildet sind, wobei bevorzugt vier Kraftmessbolzen umfangsverteilt über einen Bogenwinkel von 90 Grad beabstandet an einem der Ringe angeordnet sind und alle vier Kraftmessbolzen gleich lang ausgebildet sind.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der zumindest eine Kraftmessbolzen sich mit seiner Längsachse parallel zu einer Laufbahn des Innenrings und/oder Außenrings erstreckt,

wobei das Rollenlager bevorzugt einen Druckwinkel zwischen einer Radialebene und einer Drucklinie von 30 Grad bis 90 Grad, besonders bevorzugt von 45 Grad bis 90 Grad aufweist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der zumindest eine Kraftmessbolzen unter Berücksichtigung einer Belastung der Lauffläche so nah wie möglich an der Laufbahn angeordnet ist,

wobei bevorzugt der mindestens eine Kraftmessbolzen umso kürzer ausgebildet ist, je näher er an der Lauffläche angeordnet ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der zumindest eine Kraftmessbolzen umso länger ausgebildet ist, je steifer ein die Ausnehmung umgebendes Material ausgebildet ist, und umso kürzer ausgebildet ist, je weicher das die Ausnehmung umgebende Material ausgebildet ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der zumindest eine Kraftmessbolzen nach dem Funktionsprinzip eines

Dehnungsmessstreifens ausgebildet ist,

wobei bevorzugt der zumindest eine Kraftmessbolzen an einem zum Umfeld stehenden Ring des Rollenlagers angeordnet ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der zumindest eine Kraftmessbolzen in einem beweglichen Ring des Rollenlagers angeordnet ist. Bevorzugt weist die Rollenlageranordnung eine Vorrichtung zur verbindungsfreien Datenübertragung auf. Dies ist insbesondere eine

Telemetrieverbindung. Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele exemplarisch erläutert, wobei die

nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigen:

Fig. 1 : Rollenlageranordnung mit einem einreihigen Rollenlager und mit zwei unterschiedlich lang ausgebildeten Kraftmessbolzen gemäß einer ersten

Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 2: Rollenlageranordnung mit einem zweireihigen Rollenlager und mit zwei parallel zur jeweiligen Rotationsachse der Rollen angeordneten Kraftmessbolzen gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.

Die Figuren 1 und 2 zeigen jeweils eine Rollenlageranordnung 10 zum Bestimmen von Belastungen B an einem Rollenlager 12. Die konkret dargestellte

Rollenlageranordnung 10 ist beispielhaft eine Kegelrollenlageranordnung. Das konkret dargestellte Rollenlager 12 ist beispielhaft ein Kegelrollenlager. Ebenso möglich sind Pendelrollenlageranordnungen mit Pendelrollenlagern,

Zylinderrollenlageranordnungen mit Zylinderrollenlagern und ähnlich wirkende

Lageranordnungen mit ähnlich wirkenden Lägern.

Hierzu weist die Rollenlageranordnung 10 auf

ein Rollenlager 12 mit zwei koaxialen Ringen 14, 16, nämlich einem Innenring 14 und einem Außenring 16, und mit einer Drehachse D, wobei zwischen dem Innenring 14 und dem Außenring 16 eine Vielzahl von Rollen 15 mit einer jeweiligen

Rotationsachse R angeordnet ist, und wobei zumindest einer der Ringe 14, 16 zumindest eine Ausnehmung 18 zur Aufnahme eines Kraftmessbolzens 20 aufweist,

Weiterhin weist die Rollenlageranordnung 10 auf

zumindest einen Kraftmessbolzen 20, der jeweils in der Ausnehmung 18

aufgenommen ist, wobei sich der in der Ausnehmung 18 angeordnete

Kraftmessbolzen 20 mit seiner Längsachse L zumindest teilweise entlang der

Drehachse D des Rollenlagers 12 erstreckt. Dabei erstrecken sich die zumindest eine Ausnehmung 18 und der mindestens eine Kraftmessbolzen 20 entlang der Längsachse L in einen mit einer Belastung B beaufschlagten Bereich des die mindestens eine Ausnehmung 18 aufweisenden Rings 14, 16 derart, dass zumindest eine zur Rotationsachse R der Rollen 15 senkrechte Projektionsvertikalebene P entlang dem Kraftmessbolzen 20 und einem Maximalbereich der Belastung B verläuft.

Eine schematische Darstellung der Projektionsvertikalebene P ist in Figur 1 dargestellt. Demgegenüber zeigen die Figuren 1 und 2 eine stets eine Achse DR des Druckwinkels der Rollen 15. Wie in Figur 1 dargestellt ist, deckt sich die Achse DR des Druckwinkels der Rollen 15 nicht mit dem Maximalbereich der Belastung B. Dies ist nur durch die zur Rotationsachse R der Rollen 15 senkrechte

Projektionsvertikalebene P gegeben. Dabei kann es ausreichen, wenn der

Kraftmessbolzen 20 mit einem Ende an der Projektionsvertikalebene P anliegt.

Gemäß Figur 1 ist beispielhaft dargestellt, dass

das Rollenlager 12 an einem Außenring 16 eine Vielzahl von in Ausnehmungen 18 angeordneten Kraftmessbolzen 20 aufweist. Dabei sind beispielhaft mindestens zwei in den Ausnehmungen 18 angeordnete Kraftmessbolzen 20 entlang ihrer Längsachse L unterschiedlich lang ausgebildet.

Gemäß den Figuren 1 und 2 ist beispielhaft dargestellt, dass Gemäß Figur 1 ist beispielhaft dargestellt, dass

mindestens zwei in den Ausnehmungen 18 angeordnete Kraftmessbolzen 20 am Außenring 16 umfangsgemäß verteilt angeordnet sind.

Insbesondere ist vorgesehen, dass

die zumindest eine Ausnehmung 18 zur Aufnahme eines Kraftmessbolzens 20 in einem zum Umfeld fixierten Ring 14, 16 angeordnet ist.

Weiterhin ist insbesondere vorgesehen, dass

an mindestens einem Ring 14, 16 mindestens vier Kraftmessbolzen 20 derart umfangsgemäß angeordnet und ausgebildet sind, dass jeweils zwei Kraftmessbolzen 20 zueinander gegenüberliegend entlang einer jeweiligen diagonalen Achse an dem mindestens einen Ring 14, 16 angeordnet sind.

Dabei verlaufen die beiden diagonalen Achsen vorzugsweise derart, dass eine diagonale Achse eine horizontale Achse ist und/oder die andere diagonale Achse eine vertikale Achse ist.

Gemäß Figur 1 ist beispielhaft dargestellt, dass

Am Außenring 16 mindestens zwei Kraftmessbolzen 20 derart umfangsgemäß angeordnet und ausgebildet sind, dass jeweils zwei Kraftmessbolzen 20 zueinander gegenüberliegend entlang einer jeweiligen diagonalen Achse an dem Außenring 16 angeordnet sind. Dabei verläuft die mindestens eine diagonale Achsen derart, dass sie eine vertikale Achse ist.

Insbesondere ist vorgesehen, dass

die mindestens beiden Kraftmessbolzen 20 entlang der als horizontale Achse ausgebildeten diagonalen Achse entlang ihrer Längsachse L die gleiche Länge aufweisen und/oder dass die mindestens beiden Kraftmessbolzen 20 entlang der als vertikale Achse ausgebildeten diagonalen Achse entlang ihrer Längsachse L die gleiche Länge aufweisen.

Weiterhin ist insbesondere vorgesehen, dass

die Länge des mindestens einen Kraftmessbolzens 20 entlang seiner Längsachse L von den mechanischen Eigenschaften des Rings 14, 16 abhängt, wobei die Länge des mindestens einen Kraftmessbolzens 20 entlang seiner Längsachse L bei einem Ring 14, 16 mit hoher Steifigkeit länger ausgebildet ist als bei einem Ring 14, 16 mit niedriger Steifigkeit.

Gemäß Figur 2 ist beispielhaft dargestellt, dass

die Längsachse L mindestens eines Kraftmessbolzens 20, vorzugsweise mehrerer Kraftmessbolzen 20, gewinkelt, insbesondere 45 Grad, zur Drehachse D des

Rollenlagers 12 angeordnet ist beziehungsweise sind.

Gemäß Figur 2 ist weiterhin beispielhaft dargestellt, dass die Längsachsen L mindestens zweier Kraftmessbolzens 20 derart gewinkelt zur Drehachse D des Rollenlagers 12 angeordnet sind, dass die Längsachsen L der mindestens beiden Kraftmessbolzens 20 parallel zur Rotationsachse R der Rollen 15 angeordnet sind.

Gemäß Figur 1 ist beispielhaft dargestellt, dass

die Längsachsen L mindestens zweier Kraftmessbolzens 20 parallel zur Drehachse D des Rollenlagers 12 angeordnet sind.

Bezuqszeichenliste

10 Rollenlageranordnung

12 Rollenlager

14 Innenring

15 Rolle

16 Außenring

18 Ausnehmung

20 Kraftmessbolzen

D Drehachse des Rollenlagers

R Rotationsachse der Rolle

L Längsachse des Kraftmessbolzens

B Mit einer Belastung beaufschlagten Bereich des die mindestens eine Ausnehmung aufweisenden Rings

DR Achse des Druckwinkels der Rolle