Wälzlager und Verfahren zur Herstellung eines Wälzlagers Beschreibung

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Wälzlager, insbesondere für eine Drehverbindung einer Windkraftanlage, umfassend einen Außenring, einen Zwischenring und einen Innenring, wobei zwischen dem Außenring und dem Zwischenring sowie zwischen dem Zwischenring und dem Innenring jeweils zumindest eine Lage mit Wälzköpern angeordnet ist, so dass der Außenring gegen den Zwischenring einerseits und der Zwischenring gegen den Innenring andererseits drehbar gelagert ist. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines entsprechenden Wälzlagers.

Hintergrund der Erfindung Für die Drehverbindungen vieler moderner Windkraftanlagen werden sogenannte Großwälzlager eingesetzt, deren Abmessungen im Meter-Bereich liegen. Derartige Großwälzlager sollen nicht nur Drehbewegungen bei möglichst geringen Reibungsverlusten und geringem Verschleiß ermöglichen, sie müssen darüber hinaus in der Regel auch sehr hohen Belastungen widerstehen, insbe- sondere auch der Einwirkung hoher Biegekräfte. Zudem ist bei Großwälzlagern ein recht hoher Herstellungsaufwand gegeben, da Produktionsanlagen, wie sie typischerweise für die Massenfertigung genutzt werden, nicht zur Verfügung stehen.

Aufgabe der Erfindung Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein vorteilhaft gestaltetes Wälzlager sowie ein Verfahren zur Herstellung eines entsprechenden Wälzlagers anzugeben. Zusammenfassung der Erfindung

Die auf das Wälzlager bezogene Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Wälzlager mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die rückbezogenen Ansprüche beinhalten teilweise vorteilhafte und teilweise für sich selbst er- finderische Weiterbildungen dieser Erfindung.

Bei einem hier vorgestellten Wälzlager handelt es sich insbesondere um ein Großwälzlager für eine Drehverbindung einer Windkraftanlage und bevorzugt um ein Großwälzlager mit einem Durchmesser im Bereich 0,5 m bis 4 m. Dabei umfasst das Wälzlager einen Außenring, einen Zwischenring und einen Innenring, wobei zwischen dem Außenring und dem Zwischenring sowie zwischen dem Zwischenring und dem Innenring jeweils zumindest eine Lage mit Wälzkörpern angeordnet ist, so dass der Außenring gegen den Zwischenring einerseits und der Zwischenring gegen den Innenring andererseits drehbar ge- lagert ist. Zudem ist der Außenring und/oder der Innenring mit einem Verzahnungssegment verbunden, welches ein Ende eines Befüllungskanals im Außenring bzw. Innenring überdeckt. Das Verzahnungssegment ist hierbei als Bestandteil einer Versteilvorrichtung vorgesehen, an dem ein Stellmotor angeflanscht wird, so dass hierdurch eine Drehverbindung mit steuerbarer Drehstellung realisiert wird. Eine derartige Drehverbindung wird beispielsweise bei einer Windkraftanlage genutzt, um die Drehstellung der sogenannten Gondel gegenüber dem Turm verstellen zu können oder aber zur Steuerung der Blattstellung der Rotorblätter relativ zur Nabe.

Aufgrund der gewählten Gestaltung des Wälzlagers ist eine verhältnismäßig einfache Fertigung entsprechender Wälzlager gewährleistet. Dabei werden vorzugsweise zunächst der Außenring, der Zwischenring, der Innenring, die Wälzkörper sowie das Verzahnungssegment in einem jeweils eigenen Ferti- gungsprozess hergestellt und nachfolgend im Rahmen eines Montageprozesses zusammengefügt. Im Rahmen dieses Montageprozesses dient der Be- füllungskanal zur Einbringung der Wälzkörper in den Zwischenraum zwischen dem Außenring bzw. dem Innenring und dem Zwischenring. In einem nachfolgenden Montageprozessschritt wird dann das Verzahnungssegment mit dem Außenring bzw. dem Innenring verbunden, wodurch der Befüllungskanal überdeckt und somit verschlossen wird. Gegenüber dem Stand der Technik, gemäß dem die Verzahnung nicht an einem separaten Verzahnungselement angeord- net ist, sondern am Außenring bzw. am Innenring direkt ausgebildet ist, bietet die hier vorgeschlagene Lösung den Vorteil, dass der typischerweise für die Fertigung des Wälzlagers notwendige Befüllungskanal nicht durch die Verzahnung geführt werden muss. Da gerade an die Verzahnung sehr hohe qualitative Ansprüche gestellt werden, ist eine entsprechende Durchführung des Be- füllungskanals durch die Verzahnung tendenziell ungünstig.

Von Vorteil ist weiter eine Ausgestaltungsvariante des Wälzlagers, bei der zumindest eine Lage mit Wälzkörpern zwischen dem Außenring und dem Zwischenring konzentrisch und koaxial zu zumindest einer Lage mit Wälzkörpern zwischen dem Zwischenring und dem Innenring angeordnet ist. Somit sind zumindest zwei Lagen mit Wälzkörpern in radialer Richtung versetzt zueinander angeordnet, wodurch die Steifigkeit des Wälzlagers erhöht ist.

In vorteilhafter Weiterbildung ist das Wälzlager außerdem derart gestaltet, dass die Lagen mit Wälzkörpern jeweils gekreuzte Drucklinien aufweisen. Eine entsprechende Lagerung von Wälzkörpern mit gekreuzten Drucklinien ist ausführlich in der auf die Anmelderin zurückgehenden WO 2010/037370 A1 beschrieben und auf den gesamten Inhalt dieser Schrift wird hiermit ausdrücklich Bezug genommen. Die darin genannten Varianten zur Lagerung von Wälzkörpern mit gekreuzten Drucklinien sind prinzipiell geeignet für ein hier vorgeschlagenes Wälzlager und werden dementsprechend je nach Anwendungszweck für das Wälzlager genutzt. Bevorzugt wird dabei eine Variante, bei der zumindest eine Lage mit Wälzkörpern durch Kugeln in einer Vierpunktlagerung gebildet wird. Im Falle der Nutzung des Wälzlagers für eine Drehverbindung einer Windkraftanlage wird darüber hinaus eine Ausgestaltung bevorzugt, bei der jede Lage mit Wälzkörpern jeweils durch Kugeln in einer Vierpunktlage gebildet wird.

Zweckmäßig ist es darüber hinaus, wenn der Befüllungskanal mit einer Füllung versehen ist. Hierdurch wird nicht nur verhindert, dass einzelne Wälzkörper aus ihrer vorgesehenen Bewegungsbahn gelangen können, sondern auch dafür Sorge getragen, dass der entsprechende Außenring bzw. Innenring im Bereich des Befüllungskanals in etwa genauso belastbar ist wie in den übrigen Bereichen. Die Füllung wird dabei in einem separaten Fertigungsteilprozess in den Befüllungskanal eingebracht, nachdem die Wälzkörper in den entspre- chenden Zwischenbereich zwischen Außenring bzw. Innenring und Zwischenring eingebracht wurden.

Zweckdienlicherweise ist des Weiteren das Verzahnungssegment als Ringkörper ausgebildet, der bevorzugt eine Verzahnung aufweist, die sich über einen Winkelbereich < 360° erstreckt. Der Winkelbereich, über den sich die Verzahnung erstreckt, wird dabei typischerweise an den jeweiligen Anwendungszweck angepasst. Wenn also eine Verstellbarkeit über einen Winkelbereich von 180° gewünscht ist, so genügt es, die Verzahnung über einen Winkelbereich auszuführen, der geringfügig größer als 180° ist.

Vorteilhaft ist zudem eine Ausgestaltung des Wälzlagers, bei der das Verzahnungssegment mittels einer Schraubverbindung am Außenring bzw. am Innenring befestigt wird. Aufgrund einer solchen lösbaren Befestigung ist es möglich, das Verzahnungssegment bei Bedarf, also im Falle eines vorliegenden Scha- dens, einzeln auszutauschen. Dementsprechend muss in einem solchen Fall nicht das komplette Wälzlager ersetzt werden, sondern nur das tatsächlich beschädigte Bauteil, nämlich das Verzahnungssegment. Die gestellte Aufgabe, ein vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung eines entsprechenden Wälzlagers anzugeben, wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 10 gelöst. Das Verfahren dient dabei insbesondere zur Herstellung ei- nes Wälzlagers einer der zuvor genannten Ausführungen, wobei ein entsprechendes Wälzlager einen Außenring, einen Zwischenring und einen Innenring umfasst. Im Rahmen des Verfahrens wird zwischen dem Außenring und dem Zwischenring sowie zwischen dem Zwischenring und dem Innenring jeweils zumindest eine Lage mit Wälzkörpern angeordnet, so dass der Außenring ge- gen den Zwischenring einerseits und der Zwischenring gegen den Innenring andererseits im Montageendzustand drehbar gelagert ist. Dabei wird zur Anordnung zumindest einer Lage mit Wälzkörpern ein Befüllungskanal in den Außenring und/oder in den Innenring eingearbeitet, durch welchen die Wälzkörper im Rahmen eines Montageprozessschrittes in den Zwischenraum zwischen dem Außenring bzw. dem Innenring und dem Zwischenring eingeführt werden. In einem späteren Verfahrensschritt wird der Befüllungskanal mit einer Füllung versehen und in der Folge wird der Außenring bzw. der Innenring mit einem Verzahnungssegment verbunden, wobei das Verzahnungssegment ein Ende des mit der Füllung versehenen Befüllungskanals überdeckt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand einer schematischen Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 in einer Seitenansicht ein Wälzlager mit einem Innenring und mit einem

Verzahnungssegment,

Fig. 2 in einer Schnittdarstellung das Wälzlager,

Fig. 3 in einer Schnittdarstellung das Verzahnungssegment,

Fig. 4 in einer Seitenansicht der Innenring mit dem Verzahnungssegment, Fig. 5 in einer Seitenansicht ein Ausschnitt des Innenrings mit einem alternativen

Verzahnungssegment und Fig. 6 in einer Seitenansicht ein Ausschnitt einer Drehverbindung mit dem Wälzlager.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren jeweils mit den gleichen Bezugszei- chen versehen.

Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen

Ein nachfolgend exemplarisch beschriebenes Wälzlager 2 ist Bestandteil einer Drehverbindung zwischen einem Rotorblatt 4 und einer Rotornabe 6 einer Windkraftanlage, bei der die Drehstellung des Rotorblattes 4 relativ zur Rotornabe 6 mittels eines nicht mit dargestellten Stellmotors und eines Zahnradgetriebes vorgegeben wird. Das Wälzlager 2, welches in Fig. 1 in einer Aufsicht und in Fig. 2 in einer Schnittdarstellung gezeigt wird, ist dabei als sogenanntes Großwälzlager ausgebildet und weist einen Durchmesser von 1 ,5 m auf. Es umfasst einen Außenring 8, einen Zwischenring 10 sowie einen Innenring 12, wobei zwischen dem Außenring 8 und dem Zwischenring 10 einerseits sowie zwischen dem Zwi- schenring 10 und dem Innenring 12 andererseits jeweils eine Lage mit Wälzkörpern angeordnet ist, so dass der Außenring 8 gegen den Zwischenring 10 und der Zwischenring 10 gegen den Innenring 12 drehbar gelagert ist.

Gebildet wird dabei jede Lage mit Wälzkörpern durch Kugeln 14, die in einer sogenannten Vierpunktlagerung nach an sich bekanntem Prinzip gelagert sind.

Zur Positionierung der Kugeln 14 zwischen dem Außenring 8 und dem Zwischenring 10 einerseits sowie zwischen dem Zwischenring 10 und dem Innenring 12 andererseits weisen sowohl der Außenring 8 als auch der Innenring 12 jeweils zwei Befüllungskanäle 16 auf, die die jeweiligen Ringe 8, 12 in radialer Richtung 18 vollständig durchsetzen. Jene Befüllungskanäle 16 sind jeweils mit einer Füllung 20 versehen, so dass ein Ausbrechen der Kugeln 14 aus ihren vorgesehenen Bahnen in die Befüllungskanäle 16 hinein verhindert ist.

Darüber hinaus weisen sowohl der Außenring 8 als auch der Innenring 12 meh- rere nach Art einer Gleichteilung über den Umfang verteilt angeordnete Befestigungsbohrungen 22 auf, durch welche im Montageendzustand Schrauben geführt sind zur Verbindung des Wälzlagers 2 mit dem Rotorblatt 4. Der Zwischenring 10 ist ebenfalls mit mehreren nach Art einer Gleichteilung über den Umfang verteilt angeordneten Befestigungsbohrungen 22 versehen, durch welche im Montageendzustand ebenfalls Schrauben geführt sind, allerdings zur Verbindung des Wälzlagers 2 mit der Rotornabe 6.

Wie aus Fig. 2 hervorgeht, umfasst das Wälzlager 2 des Weiteren ein Verzahnungssegment 24, welches in Fig. 3 separat dargestellt ist. Jenes Verzah- nungssegment 24 ist in einer Ausführungsvariante als Ringkörper ausgebildet mit einer Verzahnung 26, die sich über den vollen Umfang, also über 360°, erstreckt. Diese Variante ist in Fig. 4 dargestellt, wobei das Verzahnungssegment 24 in der Abbildung zusammen mit dem Innenring 12 gezeigt ist. Alternativ ist das Verzahnungssegment 24 durch ein Ringsegment gegeben, wobei in diesem Fall die Verzahnung 26 lediglich einen Winkelbereich < 360° abdeckt, also beispielsweise einen Winkelbereich von 90°. Diese Variante ist in Fig. 5 skizziert.

Die Befestigung des Verzahnungssegments 24 am Innenring 12 erfolgt, wie in Fig. 6 gezeigt, ebenfalls mittels einer Schraubverbindung. Dazu weist das Verzahnungssegment 24 mehrere über dessen Umfang verteilt angeordnete Montagebohrungen 28 auf, die derart angeordnet sind, dass diese mit den Befestigungsbohrungen 22 im Innenring 12 fluchten. Im Montageendzustand sind dann Sechskantschrauben 30 durch die Montagebohrungen 28 derart geführt, dass jede Sechskantschraube 30 sowohl eine Montagebohrung 28 als auch eine Befestigungsbohrung 22 im Innenring 12 durchsetzt und zudem in die aus Stahl gefertigte Blattwurzel 32 des Rotorblattes 4 hineingreift, so dass durch die entsprechenden Sechskantschrauben 30 sowohl das Verzahnungssegment 24 mit dem Innenring 12 verbunden ist als auch der Innenring 12 mit dem Rotorblatt 4. In entgegengesetzter Richtung sind Sechskantschrauben 30 durch die Befestigungsbohrungen 22 im Zwischenring 10 geführt, so dass diese den Zwischenring 10 durchsetzen und in die Rotornabe 6 eingreifen. Auf diese Weise ist der Zwischenring 10 mit der Rotornabe 6 verschraubt. Zur Verbindung des Außenrings 8 mit dem Rotorblatt 4 sind schließlich Sechskantschrauben 30 durch den Außenring 8 und durch die Blattwurzel 32 hindurchgeführt, so dass diese in Gewinde-Querbolzen 34 aus Stahl, die in der Wandung 36 des Rotorblattes 4 aus glasfaserverstärktem Kunststoff positioniert sind, eingreifen.

Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausfuhrungsbeispiel beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit dem Ausfuhrungsbeispiel beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.

Bezugszeichenliste

2 Wälzlager

4 Rotorblatt

6 Rotornabe

8 Außenring

10 Zwischenring

12 Innenring

14 Kugel

16 Befullungskanal

18 radiale Richtung

20 Füllung

22 Befestigungsbohrung

24 Verzahnungssegment

26 Verzahnung

28 Montagebohrung

30 Sechskantschraube

32 Blattwurzel

34 Gewinde-Querbolzen

36 Wandung