DE102023106818A1

DE102023106818A1 - Lagerbuchse, Lagerbuchsenanordnung und Windenergieanlagenlager für Windenergieanlagen

Info

Publication number: DE102023106818A1
Application number: DE102023106818.0A
Authority: DE
Inventors: Michael Schäddel
Original assignee: EFFBE GmbH
Current assignee: EFFBE GmbH
Priority date: 2023-03-17
Filing date: 2023-03-17
Publication date: 2024-09-19
Also published as: WO2024193909A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lagerbuchse für ein Windenergieanlagenlager zum Abstützen eines Generators, eines Getriebes oder einer Montageeinheit aus Generator und Getriebe einer Windenergieanlage an einer fundamentseitigen Tragkonstruktion der Windenergieanlage und zum Aufnehmen einer Rotorhauptwelle der Windenergieanlage, umfassend einen Elastomerhohlkörper, wie einen Hohlzylinder, dessen Innen- und/oder Außenumfangsfläche wenigstens abschnittsweise derart behandelt ist, dass sie eine gegenüber einer unbehandelten Fläche, wie einer Stirnfläche, des Elastomerhohlkörpers erhöhte Rauheit aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lagerbuchse zum beweglichen Halten einer generatorseitigen Komponente, wie ein Getriebe und/oder ein Generator, und einer fundamentseitigen Komponente einer Windenergieanlage, ein Windenergieanlagenlager zum Abstützen eines Generators und/oder eines Getriebes einer Windenergieanlage an einer fundamentseitigen Tragkonstruktion der Windenergieanlage sowie eine Lagerbuchsenanordnung.
In Windenergieanlagen wird ein großes Drehmoment vom Rotor meist über ein Getriebe auf den Generator übertragen. Zur Reduzierung der dynamischen Lasten auf Getriebe und Tragkonstruktion werden üblicherweise elastische Buchsen verwendet. Die elastischen Buchsen dienen zur Schwingungs- und Vibrationsentkopplung. Dazu weist ein Windenergieanlagenlager für einen Maschinenstrang der Windenergieanlage beispielsweise einen Flansch mit Befestigungsöffnungen auf. Befestigungseinheiten, insbesondere Gewindestangen bzw. Lagerbolzen, sind mittels Elastomerkörpern, die als Dämpfer dienen, in den Durchtrittsöffnungen befestigt. Ferner sind die Befestigungselemente mit der Tragkonstruktion insbesondere dem Gehäuse der Windenergieanlage verbunden, insbesondere verschraubt.
Gattungsgemäße elastische Buchsen müssen hohe axiale, also in Richtung der Hauptwelle wirkende, Kräfte vom Getriebe auf den Maschinenträger übertragen können. Bei den bislang bekannten elastischen Buchsen haben sich Haftungsprobleme ergeben, die beispielsweise auf Temperaturschwankungen oder dergleichen zurückzuführen sind.
Aus EP 2 352 930 B1 ist ein Windenergieanlagenlager bekannt, bei dem ein Flansch über zwei Elastomerkörper mit dem Getriebe verspannt ist. Dabei ist zumindest einer der Elastomerkörper konisch geformt und weist einen Winkel von ca. 45° auf, um radial und axial zu einer axialen Richtung wirkende Kräfte zwischen dem Flansch und dem Getriebe übertragen zu können. Bei dem Lager gemäß EP 2 352 930 B1 hat sich zum einen das einseitige Verspannen der Elastomerkörper als nachteilig erwiesen. Des Weiteren hat sich das Verwenden des Befestigungsbolzens von Maschinenträger und Befestigungsflansch auch zum Verspannen der Elastomerkörper als nachteilig herausgestellt. Denn beim einseitigen Verspannen der Elastomerkörper treten axiale Scherkräfte auf, die unerwünscht sind. Zum anderen bewegt sich der Befestigungsbolzen, auf dem sowohl der Befestigungsflansch als auch der Maschinenträger montiert sind, in Richtung der Verspannungskomponente, die als Druckplatte ausgebildet ist und mit einer Bohrung versehen ist, die den Bolzen aufnimmt, was dazu führt, dass Maschinenträger und Befestigungsflansch zu wandern beginnen, nämlich sich aufeinander zu bewegen. Die oben beschriebenen Haftungsprobleme in Längsachsenrichtung können ferner nicht durch das in der EP 2 352 930 B1 beschriebene Windenergieanlagenlager gelöst werden.
EP 3 992 455 A1 betrifft zwar keine gattungsgemäße Lagerung des Getriebes an dem Maschinenträger, sondern eine Lageranordnung für die Rotorblätter einer Windenergieanlage, bei der ganz andere Dimensionen und Kräfte maßgeblich sind bzw. wirken. Bei der Lageranordnung ist es angedacht, eine die Reibung erhöhende Schicht zwischen Ringkomponenten der Lagerung vorzusehen, um den Schlupf zwischen den zu lagernden Komponenten zu verringern. Die Schicht kann durch Beschichten oder durch Aufsprühen aufgebracht werden. Zwar führt die zwischen den zu lagernden Komponenten eingesetzte Schicht zu einer Erhöhung des Reibwerts, es hat sich allerdings herausgestellt, dass bei andauernder und/oder hoher Belastung weiterhin ungewünschte Relativbewegungen in Axialrichtung zwischen den zu lagernden Komponenten bzw. der eingesetzten Schicht auftreten. Ferner eignen sich die in EP 3 992 455 A1 beschriebenen Verfahren Besprühen und Auftragen nur bedingt für eine insbesondere kostengünstige und/oder montagoptimierte Massenfertigung.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile aus dem bekannten Stand der Technik zu überwinden, insbesondere eine Lagerbuchse zum beweglichen Halten einer generatorseitigen Komponente und einer fundamentseitigen Komponente einer Windenergieanlage dahingehend zu verbessern, dass die übertragbaren Kräfte in Längsachsenrichtung erhöht sind.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Danach ist eine Lagerbuchse für ein Windenergieanlagenlager zum Abstützen eines Generators, eines Getriebes oder einer Montageeinheit aus Generator und Getriebe einer Windenergieanlage an einer fundamentseitigen Tragkonstruktion, wie einem Maschinenträger, der Windenergieanlage und zum Aufnehmen einer Rotorhauptwelle, insbesondere mit einem Durchmesser von wenigstens 1600 mm, der Energieanlage bereitgestellt. Dabei kann die Lagerbuchse zum beweglichen Halten einer generatorseitigen Komponente und einer fundamentseitigen Komponente einer Windenergieanlage dienen. Beispielsweise handelt es sich um eine Lagerbuchse für ein elastisches Lager einer Windenergieanlage. Elastische Lager werden in Windenergieanlagen eingesetzt, um dynamische Lasten, welche auf die Komponenten der Windenergieanlage einwirken, aufzunehmen. Mittels der Lagerbuchse kann eine Schwingungs- und/oder Vibrationsdämpfung sowie -entkopplung stattfinden. Die Lagerbuchse kann einen Durchmesser von wenigstens 150 mm, insbesondere von wenigstens 160 mm, 170 mm oder 180 mm, und/oder eine Axiallänge von wenigstens 150 mm, insbesondere 160 mm, 170 mm oder von wenigstens 180 mm, aufweisen, wobei insbesondere eine tragende Länge, also der Kontakt zur Tragkonstruktion, wenigstens 80 mm, insbesondere wenigstens 90 mm oder weniger als 100 mm, betragen kann. Neben der Dimensionierung der Lagerbuchse sind die aufnehmbaren und übertragbaren Kräfte beim Einsatz in einer Windenergieanlage entscheidend. Beim Normalbetrieb der Windenergieanlage können Radialkräfte von etwa 220 kN, bei einer Extrembelastung von bis zu 500 kN auftreten. Gattungsgemäße Lagerbuchsen weisen eine radiale Steifigkeit von bis zu 220 kN/mm, insbesondere von etwa 190 kN/mm, und/oder eine axiale Steifigkeit im Bereich von 6 kN/mm bis 10 kN/mm auf.
Die generatorseitige Komponente kann beispielsweise ein Teil des Maschinenstrangs der Windenergieanlage, der den Rotor, den Generator und dazwischen angeordnete Übertragungselemente, wie ein Getriebe, eine Welle oder eine Kupplung umfasst, sein. Die generatorseitige Komponente kann insbesondere ein Wellenlager für eine Antriebswelle des Maschinenstrangs sein. Das Wellenlager kann bevorzugt eine Lageröffnung aufweisen, in dem die Welle des Maschinenstrangs gelagert ist. Die fundamentseitige Komponente kann eine Tragkonstruktion der Windenergieanlage sein, die beispielsweise durch das Gehäuse der Windenergieanlage gebildet wird.
Beispielsweise kann die fundamentseitige Komponente ein Gehäuse sein, das ein Teil der Gondel der Windenergieanlage ist, und die generatorseitige Komponente ein Wellenlager oder ein Getriebe der Windenergieanlage sein. Eine erfindungsgemäße Lagerbuchse lagert die generatorseitige Komponente in sämtliche Raumrichtungen gedämpft gegenüber der fundamentseitigen Komponente der Windenergieanlage. Die Lagerbuchse lagert beispielsweise eine generatorseitige Komponente elastisch gedämpft an einer fundamentseitigen Tragkonstruktion.
Erfindungsgemäß umfasst die Lagerbuchse einen Elastomerhohlkörper, wie einen Hohlzylinder, dessen Innen- und/oder Außenumfangsfläche wenigstens abschnittsweise derart behandelt ist, dass sie eine gegenüber einer unbehandelten Fläche, wie einer Stirnfläche, des Elastomerhohlkörpers erhöhte Rauheit aufweist. Durch die gezielte Reibwerterhöhung an wenigstens einer der Lagerflächen können die in Längsachsenrichtung der Buchse übertragbaren Kräfte erhöht werden. Insbesondere können die im Stand der Technik aufgetretenen Haftungsprobleme in Längsachsenrichtung gelöst werden. Durch die gezielte, lokale Behandlung der Elastomerbuchse an solchen Stellen, welche für die axiale Kraftübertragung verantwortlich sind, kann ferner sichergestellt sein, dass die grundsätzliche Funktionalität der Lagerbuchse in Bezug auf Dämpfung und Entkopplung aufrechterhalten bleibt. Die Lagerbuchse kann dazu eingerichtet sein, im montierten Zustand in dem Windenergieanlagenlager in Längsachsenrichtung verspannt zu werden. Die Lagerbuchse kann ferner so beschaffen sein, dass eine über den gesamten Umfang gleichmäßig verteilte Kraft und Flächenpressung erreicht wird. Aufgrund der Behandlung des Elastomerkörpers zur Erzielung der Reibwerterhöhung sind keine zusätzlichen Komponenten, wie einzulegen Beschichten oder dergleichen, notwendig. Alternative Fixierungsmöglichkeiten der Lagerbuchse zur Erhöhung der Axialsteifigkeit, beispielsweise durch Kleben oder dergleichen, können zugunsten einer Demontierbarkeit und besseren Wartungsoption vermieden werden. Ferner wird der Einfluss der Oberflächenrauheit der Bohrung auf die aufnehmbare Axialkraft massiv reduziert. Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass eine Funktionstrennung erfolgen kann, nämlich die Fixierung der Lagerbuchse in der dafür vorgesehenen Bohrung bzw. Aufnahme einerseits und die Schwingungsisolierung andererseits. Beispielsweise ist es mit der vorliegenden Erfindung möglich, auf Materialien geringerer Härte und/oder aufgrund chemischer Unverträglichkeit zurückzugreifen, welche in Bezug auf Schwingungsisolierung zwar vorteilhaft sind, aber aufgrund anderer Aspekte ungeeignet wären, die durch die Reibwerterhöhung der Behandlung umgegangen werden können.
Der Elastomerhohlkörper weist einen Hohlraum zum Aufnehmen eines fundament- oder generatorseitigen Lagerbolzens, der beispielsweise mit der fundament- oder generatorseitigen Komponente verschraubt ist und durch eine Durchgangsbohrung der anderen Komponente ragt. Der Lagerbolzen legt eine Längsrichtung der Lagerbuchse fest. Die Innenseite des Elastomerkörpers kann mit dem Lagerbolzen in Kontakt stehen. Die Außenseite des Elastomerkörpers kann entsprechend mit der fundament- oder generatorseitigen Komponente, insbesondere mit der Durchgangsbohrung der fundament- oder generatorseitigen Komponente, in Kontakt stehen. Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass der Elastomerkörper vollständig in der Durchgangsbohrung der fundament- oder generatorseitigen Komponente angeordnet ist, d.h. in Längsrichtung des Lagerbolzens nicht aus der Durchgangsbohrung vorsteht.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung, der mit den vorhergehenden Aspekten und beispielhaften Ausführungen kombinierbar ist, ist eine Lagerbuchse zum beweglichen Halten einer generatorseitigen Komponente und einer fundamentseitigen Komponente einer Windenergieanlage bereitgestellt. Dabei kann die Lagerbuchse für ein Windenergieanlagenlager zum Abstützen eines Generators, eines Getriebes oder einer Montageeinheit aus Generator und Getriebe einer Windenergieanlage an einer fundamentseitigen Tragkonstruktion, wie einem Maschinenträger, der Windenergieanlage und zum Aufnehmen einer Rotorhauptwelle, insbesondere mit einem Durchmesser von wenigstens 1600 mm, der Energieanlage eingesetzt werden. Beispielsweise handelt es sich um eine Lagerbuchse für ein elastisches Lager einer Windenergieanlage. Elastische Lager werden in Windenergieanlagen eingesetzt, um dynamische Lasten, welche auf die Komponenten der Windenergieanlage einwirken, aufzunehmen. Mittels der Lagerbuchse kann eine Schwingungs- und/oder Vibrationsdämpfung sowie -entkopplung stattfinden. Die Lagerbuchse kann einen Durchmesser von wenigstens 150 mm, insbesondere von wenigstens 160 mm, 170 mm oder 180 mm, und/oder eine Axiallänge von wenigstens 150 mm, insbesondere 160 mm, 170 mm oder von wenigstens 180 mm, aufweisen, wobei insbesondere eine tragende Länge, also der Kontakt zur Tragkonstruktion, wenigstens 80 mm, insbesondere wenigstens 90 mm oder weniger als 100 mm, betragen kann. Neben der Dimensionierung der Lagerbuchse sind die aufnehmbaren und übertragbaren Kräfte beim Einsatz in einer Windenergieanlage entscheidend. Beim Normalbetrieb der Windenergieanlage können Radialkräfte von etwa 220 kN, bei einer Extrembelastung von bis zu 500 kN auftreten. Gattungsgemäße Lagerbuchsen weisen eine radiale Steifigkeit von bis zu 220 kN/mm, insbesondere von etwa 190 kN/mm, und/oder eine axiale Steifigkeit im Bereich von 6 kN/mm bis 10 kN/mm auf.
Die generatorseitige Komponente kann beispielsweise ein Teil des Maschinenstrangs der Windenergieanlage, der den Rotor, den Generator und dazwischen angeordnete Übertragungselemente, wie ein Getriebe, eine Welle oder eine Kupplung umfasst, sein. Die generatorseitige Komponente kann insbesondere ein Wellenlager für eine Antriebswelle des Maschinenstrangs sein. Das Wellenlager kann bevorzugt eine Lageröffnung aufweisen, in dem die Welle des Maschinenstrangs gelagert ist. Die fundamentseitige Komponente kann eine Tragkonstruktion der Windenergieanlage sein, die beispielsweise durch das Gehäuse der Windenergieanlage gebildet wird.
Beispielsweise kann die fundamentseitige Komponente ein Gehäuse sein, das ein Teil der Gondel der Windenergieanlage ist, und die generatorseitige Komponente ein Wellenlager oder ein Getriebe der Windenergieanlage sein. Eine erfindungsgemäße Lagerbuchse lagert die generatorseitige Komponente in sämtliche Raumrichtungen gedämpft gegenüber der fundamentseitigen Komponente der Windenergieanlage. Die Lagerbuchse lagert beispielsweise eine generatorseitige Komponente elastisch gedämpft an einer fundamentseitigen Tragkonstruktion.
Gemäß dem weiteren Aspekt umfasst die Lagerbuchse einen Elastomerhohlkörper, wie einen Hohlzylinder, dessen Innen- und/oder Außenumfangsfläche wenigstens abschnittsweise derart mittels Aufkleben oder Eingießen eines Abrasivstoffs oder eines Reibmittels, wie eines Netzes oder Geflechts insbesondere aus Metall, Kunststoff, Keramik, Glasfasern oder Kohlefasern, behandelt ist, dass sie eine gegenüber einer unbehandelten Fläche, wie einer Stirnfläche, des Elastomerhohlkörpers erhöhte Rauheit aufweist. Durch die gezielte Reibwerterhöhung an wenigstens einer der Lagerflächen können die in Längsachsenrichtung der Buchse übertragbaren Kräfte erhöht werden. Insbesondere können die im Stand der Technik aufgetretenen Haftungsprobleme in Längsachsenrichtung gelöst werden. Durch die gezielte, lokale Behandlung der Elastomerbuchse an solchen Stellen, welche für die axiale Kraftübertragung verantwortlich sind, kann ferner sichergestellt sein, dass die grundsätzliche Funktionalität der Lagerbuchse in Bezug auf Dämpfung und Entkopplung aufrechterhalten bleibt. Die konkrete Maßnahme des Aufklebens oder Eingießens kann sich im Hinblick auf Herstellbarkeit und Langlebigkeit als besonders vorteilhaft für den vorliegenden Einsatz der Lagerbuchse erwiesen. Sowohl beim Eingießen als auch beim Aufkleben des für die Reibwerterhöhung verantwortlichen Abrasivstoffs und/oder Treibmittels geht die feste Verbindung zwischen Innen- bzw. Außenumfangsfläche und Abrasivstoff bzw. Reibmittel einher.
In einer beispielhaften Ausführung der erfindungsgemäßen Lagerbuchse ist der Abrasivstoff oder das Reibmittel zumindest teilweise in das Material des Elastomerhohlkörpers eingebettet, insbesondere darin verankert. Beispielsweise kann der Abrasivstoff oder das Reibmittel zu mehr als 10%, insbesondere zu mehr als 20%, mehr als 30%, mehr als 40% oder mehr als 50%, einer reibenden Oberfläche mit der Innen- bzw. Außenfläche des Elastomerhohlkörpers eingebettet sein. Der Abrasivstoff oder das Reibmittel kann bei der Einbettung eine Verankerung bewirken, die in einer erhöhten Befestigungskraft zwischen Abrasivstoff bzw. Reibmittel und Elastomerkörper resultiert. Die Verankerung kann beispielsweise durch insbesondere im Millimeter-, Mikro- oder Nanometerbereich dimensionierte widerhakenartige Verankerungs- und/oder Raststrukturen erreicht werden.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführung der erfindungsgemäßen Lagerbuchse weist der Abrasivstoff eine Korngröße von weniger als 5 mm, insbesondere von weniger als 4 mm, weniger als 3 mm oder weniger als 2 mm, auf. Prinzipiell sind auch Korngrößen im Mikrometerbereich oder sogar im Nanometerbereich denkbar.
In einer weiteren beispielhaften Ausführung der vorliegenden Erfindung ist der Abrasivstoff auf einen Träger aufgebracht oder als Verbundwerkstoff in eine Matrix eingesetzt. Der Abrasivstoff kann auf dem Träger beispielsweise durch Kleben aufgebracht sein oder auch eingegossen sein.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführung der erfindungsgemäßen Lagerbuchse weist das Reizmittel eine Netz- oder Geflechtstruktur mit einer Maschenweite von wenigstens 0,25 mm, 0,5 mm oder wenigstens 1 mm und/oder weniger als 5 mm, weniger als 4 mm oder weniger als 3 mm auf. Die beschriebene Maschenweite hat sich im Hinblick auf die Anforderungen zum einem bezüglich der Befestigung an dem Elastomerkörper, insbesondere Einbettung, sowie zum anderen im Hinblick auf die Reibwerterhöhung bei der Lagerung der zu verwendenden Komponenten als vorteilhaft erwiesen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung, der mit den vorhergehenden Aspekten und beispielhaften Ausführungen kombinierbar ist, ist eine Lagerbuchse zum beweglichen Halten einer generatorseitigen Komponente und einer fundamentseitigen Komponente einer Windenergieanlage bereitgestellt. Dabei kann die Lagerbuchse für ein Windenergieanlagenlager zum Abstützen eines Generators, eines Getriebes oder einer Montageeinheit aus Generator und Getriebe einer Windenergieanlage an einer fundamentseitigen Tragkonstruktion, wie einem Maschinenträger, der Windenergieanlage und zum Aufnehmen einer Rotorhauptwelle, insbesondere mit einem Durchmesser von wenigstens 1600 mm, der Energieanlage eingesetzt werden. Beispielsweise handelt es sich um eine Lagerbuchse für ein elastisches Lager einer Windenergieanlage. Elastische Lager werden in Windenergieanlagen eingesetzt, um dynamische Lasten, welche auf die Komponenten der Windenergieanlage einwirken, aufzunehmen. Mittels der Lagerbuchse kann eine Schwingungs- und/oder Vibrationsdämpfung sowie -entkopplung stattfinden. Die Lagerbuchse kann einen Durchmesser von wenigstens 150 mm, insbesondere von wenigstens 160 mm, 170 mm oder 180 mm, und/oder eine Axiallänge von wenigstens 150 mm, insbesondere 160 mm, 170 mm oder von wenigstens 180 mm, aufweisen, wobei insbesondere eine tragende Länge, also der Kontakt zur Tragkonstruktion, wenigstens 80 mm, insbesondere wenigstens 90 mm oder weniger als 100 mm, betragen kann. Neben der Dimensionierung der Lagerbuchse sind die aufnehmbaren und übertragbaren Kräfte beim Einsatz in einer Windenergieanlage entscheidend. Beim Normalbetrieb der Windenergieanlage können Radialkräfte von etwa 220 kN, bei einer Extrembelastung von bis zu 500 kN auftreten. Gattungsgemäße Lagerbuchsen weisen eine radiale Steifigkeit von bis zu 220 kN/mm, insbesondere von etwa 190 kN/mm, und/oder eine axiale Steifigkeit im Bereich von 6 kN/mm bis 10 kN/mm auf.
Die generatorseitige Komponente kann beispielsweise ein Teil des Maschinenstrangs der Windenergieanlage, der den Rotor, den Generator und dazwischen angeordnete Übertragungselemente, wie ein Getriebe, eine Welle oder eine Kupplung umfasst, sein.
Die generatorseitige Komponente kann insbesondere ein Wellenlager für eine Antriebswelle des Maschinenstrangs sein. Das Wellenlager kann bevorzugt eine Lageröffnung aufweisen, in dem die Welle des Maschinenstrangs gelagert ist. Die fundamentseitige Komponente kann eine Tragkonstruktion der Windenergieanlage sein, die beispielsweise durch das Gehäuse der Windenergieanlage gebildet wird.
Beispielsweise kann die fundamentseitige Komponente ein Gehäuse sein, das ein Teil der Gondel der Windenergieanlage ist, und die generatorseitige Komponente ein Wellenlager oder ein Getriebe der Windenergieanlage sein. Eine erfindungsgemäße Lagerbuchse lagert die generatorseitige Komponente in sämtliche Raumrichtungen gedämpft gegenüber der fundamentseitigen Komponente der Windenergieanlage. Die Lagerbuchse lagert beispielsweise eine generatorseitige Komponente elastisch gedämpft an einer fundamentseitigen Tragkonstruktion.
Gemäß dem weiteren Aspekt umfasst die Lagerbuchse einen Elastomerhohlkörper, wie einen Hohlzylinder, dessen Innen- und/oder Außenumfangsfläche wenigstens abschnittsweise derart mittels einer chemischen, mechanischen und/oder thermischen Oberflächenbehandlung behandelt ist, dass sie eine gegenüber einer unbehandelten Fläche, wie einer Stirnfläche, des Elastomerhohlkörpers erhöhte Rauheit aufweist. Durch die gezielte Reibwerterhöhung an wenigstens einer der Lagerflächen können die in Längsachsenrichtung der Buchse übertragbaren Kräfte erhöht werden. Insbesondere können die im Stand der Technik aufgetretenen Haftungsprobleme in Längsachsenrichtung gelöst werden. Durch die gezielte, lokale Behandlung der Elastomerbuchse an solchen Stellen, welche für die axiale Kraftübertragung verantwortlich sind, kann ferner sichergestellt sein, dass die grundsätzliche Funktionalität der Lagerbuchse in Bezug auf Dämpfung und Entkopplung aufrechterhalten bleibt. Mechanische, thermische und/oder chemische Oberflächenbehandlungen lassen sich sehr gut in den Herstellungsprozess des Elastomerhohlkörpers einbinden. Des Weiteren kann bei derartigen Oberflächenbehandlungsmaßnahmen auf zusätzliche, für die Reibwerterhöhung verantwortliche Komponenten verzichtet werden.
In einer beispielhaften Ausführung der erfindungsgemäßen Lagerbuchse ist die Innen- und/oder Außenumfangsfläche wenigstens abschnittsweise, insbesondere zumindest oberflächennah, in einen flüssigen oder getrockneten Zustand gebracht und reibwerterhöhend behandelt. Beispielsweise ist in dem flüssigen oder getrockneten Zustand ein reizwerterhöhender Zusatz, wie ein Abrasivstoff oder ein Reizmittel, beispielsweise Grund oder Sand, auf die Innen- und/oder Außenoberfläche aufgebracht. Beispielsweise kann der Elastomerhohlkörper in dem Zusatz zum Aufbringen des gewählt werden. Ferner kann der Zusatz mit einer Walze aufgebracht werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung, der mit den vorgehenden Aspekten und beispielhaften Ausführungen kombinierbar ist, ist eine Lagerbuchsenanordnung aus mehreren, insbesondere aus 6, 8, 12, 15, 20, 25, 30 oder 32, erfindungsgemäßen Lagerbuchsen bereitgestellt. Die Lagerbuchsen sind erfindungsgemäß in einer Uhrenziffernblattanordnung, insbesondere äquidistant um eine Achse eines Windenergieanlagenlagers angeordnet.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung, der mit den vorhergehenden Aspekten und beispielhaften Ausführungen kombinierbar ist, ist ein Windenergieanlagenlager zum Abstützen einer generatorseitigen Komponente, wie eines Generators, eines Getriebes oder einer Montageeinheit aus Generator und Getriebe, einer Windenergieanlage an einer fundamentseitigen Komponente, wie einer Tragkonstruktion, der Windenergieanlage bereitgestellt.
Das Windenergieanlagenlager umfasst mehrere erfindungsgemäße Lagerbuchsen und/oder eine erfindungsgemäße Lagerbuchsenanordnung. Es kann vorgesehen sein, dass die Lagerbuchsen und/oder die Lagerbuchsenanordnung an einer Montageschnittstelle zwischen dem Generator und dem Rotor angeordnet ist/sind. Ein solches Windenergieanlagenlager bietet den Vorteil, dass es nur einen geringen Bauraum beansprucht, kostengünstig herstellbar ist und einfach und sicher zu montieren ist.
Gemäß einer beispielhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Windenergieanlagenlagers umfasst das Windenergieanlagenlager eine Durchführung zum Aufnehmen einer Rotorwelle oder Hauptwelle der Windenergieanlage. Beispielsweise weist die Durchführung einen Durchmesser von wenigstens 1600 mm auf, um die Rotorwelle aufnehmen zu können.
Bevorzugte Ausführungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Im Folgenden werden weitere Eigenschaften, Merkmale und Vorteile der Erfindung mittels Beschreibung bevorzugter Ausführungen der Erfindung anhand der beiliegenden beispielhaften Zeichnungen deutlich, in denen zeigen:

1 eine schematische perspektivische Ansicht einer beispielhaften Ausführung eines erfindungsgemäßen Windenergieanlagenlagers; und
2 eine Schnittansicht einer beispielhaften Ausführung einer erfindungsgemäßen Lagerbuchse im montierten Zustand in einem Windenergieanlagenlager.

In der folgenden Beschreibung beispielhafter Ausführungen ist eine erfindungsgemäße Lagerbuchse im Allgemeinen mit der Bezugsziffer 1 versehen. Eine erfindungsgemäße Lagerbuchse 1 kann Teil einer erfindungsgemäßen Lagerbuchsenanordnung aus mehreren Lagerbuchsen 1, in 1 beispielhaft anhand von 32 Lagerbuchsen 1 abgebildet, sein. Die einzelnen Lagerbuchsen 1 können dabei in einer Uhrziffernblattanordnung insbesondere äquidistant um eine Achse A eines erfindungsgemäßen Windenergieanlagenlagers, das mit dem Bezugszeichen 10 angedeutet ist, angeordnet sein. Ein erfindungsgemäßes Windenergieanlagenlager dient zum Abstützen einer generatorseitigen Komponente 3 einer Windenergieanlage, beispielsweise ein Generator, ein Getriebe oder eine Montageeinheit aus Generator und Getriebe, an einer fundamentseitigen Komponente 5 der Windenergieanlage, beispielsweise eine Tragkonstruktion. In dem Windenergieanlagenlager 1 können die Lagerbuchsen 1 bzw. die Lagerbuchsenanordnung beispielsweise an einer Montageschnittstelle zwischen dem Generator und dem Rotor der Windenergieanlage angeordnet sein. Die Lagerbuchse 1 ist insbesondere für ein Windenergieanlagenlager zum Abstützen eines Generators, eines Getriebes oder einer Montageeinheit aus Generator und Getriebe (allgemein Bezugszeichen 3) einer Windenergieanlage an einer fundamentseitigen Tragkonstruktion 5 der Windenergieanlage und zum Aufnehmen einer Rotorhauptwelle 4 der Windenergieanlage vorgesehen.
1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Ausschnitts einer Windenergieanlage, bei der das Getriebe 3 über die in einer Durchführung 6 aufgenommene Rotorhauptwelle 4 mittels einer Uhrziffernblattanordnung aus 32 Lagerbuchsen 1 an dem Maschinenträger 5 gelagert ist. Die Uhrziffernblattanordnung ist dabei dadurch realisiert, dass ein konzentrisch in Bezug auf die Achse A angeordneter Befestigungsflansch 12 vorhanden ist, der für jede Lagerbuchse 1 eine separate Aufnahme 14 aufweist.
Die 1 bis 2 zeigen eine beispielhafte Ausführung einer erfindungsgemäßen Lagerbuchse 1. 1 zeigt die Lagerbuchse 1 in perspektivischer Ansicht eingebaut in einem Windenergieanlagenlager 10.
Das erfindungsgemäße Windenergieanlagenlager 10 umfasst die folgenden Hauptkomponenten (siehe 2): Einen inneren Elastomerhohlkörper 7 zum Abstützen an einem fest mit der generatorseitigen Komponente 3 verbundenen generatorseitigen Lagerbolzen 11; einen äußeren Elastomerhohlkörper 9 zum Abstützen an der fundamentseitigen Komponente 5; und eine im Allgemeinen mit dem Bezugszeichen 20 angedeutete Oberflächenbehandlung zur Reibwerterhöhung des Elastomermaterials gegenüber einer unbehandelten Fläche des Elastomerhohlkörpers 7, 9.
Ferner umfasst das Windenergieanlagenlager 10 eine Verspannungsbaugruppe 13 mit einer zwischen dem inneren Elastomerkörper 7 und dem äußeren Elastomerkörper 9 angeordneten und sich an beiden Elastomerkörpern 7, 9 abstützenden Stützbuchse 15.
2 zeigt eine Lagerbuchse 1 aus 1 in einer Schnittansicht entlang der Linie II - II in 1. Darin ist zu erkennen, dass der Lagerbolzen 11 in die generatorseitige Komponente 3 eingeschraubt ist. Der Lagerbolzen 11 steht von einer der fundamentseitigen Komponente 5 zugewandten Fläche 17 der generatorseitigen Komponente 3 senkrecht hervor und ragt durch eine Durchgangsbohrung 19 in der fundamentseitigen Komponente 5 hindurch. Der Lagerbolzen 11 definiert so eine Längsrichtung L der Lagerbuchse 1. In der Ausführung in den 1 bis 2 ist um den Lagerbolzen 11 eine hohlzylindrische Buchse 23 angeordnet, die ebenfalls in die generatorseitige Komponente 3 eingeschraubt wird. Diese wird in der folgenden Beschreibung der Funktion einer erfindungsgemäßen Lagerbuchse 1 als Teil des Lagerbolzens 11 betrachtet.
In 2 ist außerdem zu erkennen, dass die gesamte Lagerbuchse 1, also die beiden Elastomerkörper 7, 9, inkl. der Verspannungsbaugruppe 13 vollständig in der Durchgangsbohrung 19 der fundamentseitigen Komponente 5 angeordnet sind. Die Elastomerkörper 7, 9 sind in der Ausführung in den 1 bis 2 hohlzylindrisch ausgeführt und weisen jeweils einen Hohlraum 8 auf, durch den der Lagerbolzen 11 und die Buchse 13 hindurchragen. Der äußere Elastomerkörper 9 steht in Kontakt mit der fundamentseitigen Komponente 5 bzw. mit der Durchgangsbohrung 19 der fundamentseitigen Komponente 5 und der innere Elastomerkörper 7 steht in Kontakt mit der Buchse 23.
Die Stützbuchse 15 ist in dieser Ausführung ebenfalls rotationsförmig ausgebildet und weist einen hohlen Mantel 16 mit einer Durchgangsöffnung 26 für die Spanneinrichtung 28 auf. Die Stützbuchse 15 ist zwischen dem inneren Elastomerkörper 7 und dem äußeren Elastomerkörper 9 angeordnet und trennt die beiden Elastomerkörper 7, 9 voneinander ab. Entsprechend stützt sich eine innenseitige Mantelfläche 25 der Stützbuchse 15 an dem inneren Elastomerkörper 7 und eine außenseitige Mantelfläche 27 der Stützbuchse 15 an dem äußeren Elastomerkörper 9 ab.
De Spanneinrichtung 28 umfasst acht Spannschrauben 29 die rotationsförmig und gleichmäßig um eine durch die Längsrichtung L definierte Achse der Lagerbuchse 1 angeordnet sind. Die Stützbuchse 15 dient dazu, die Spannschrauben 29 zu führen und den nötigen Bauraum für die Spannschrauben 29 bereitzustellen. Die Verspannungsbaugruppe 13 umfasst außerdem für jede der acht Spannschrauben 29 jeweils zwei Spannscheiben 31, 33 die auf die jeweilige Spannschraube 29 aufgeschraubt sind und zusammen als Widerlager 30 bezeichnet werden können. Die Spannscheiben 31, 33 befinden sich auf beiden Seiten der Elastomerkörper 7, 9, die Elastomerkörper 7, 9 sind also mit anderen Worten zwischen den Spannscheiben 31, 33 angeordnet.
In 2 ist die Lagerbuchse 1 bzw. der äußere Elastomerkörper 9 in einem unkomprimierten Zustand, der auch als Entlastungszustand bezeichnet werden kann, bevor die Verspannungsbaugruppe 13 aktiviert ist, um die Lagerbuchse in einen Spannzustand zu verbringen, dargestellt. Der innere Elastomerkörper 7 ist sowohl im Entlastungszustand als auch im Spannzustand unkomprimiert. Dadurch kann die nötige Vorspannkraft der Lagerbuchse 1 reduziert werden.
Beim Aktivieren der Verspannungsbaugruppe 13 bewegen sich die Spannscheiben 31, 33 auf der Spannschraube 29 in Längsrichtung L auf die Elastomerkörper 7, 9 zu. Dabei schraubt sich die am Ende der Spannschraube 29 angeordnete Spannscheibe 33 auf die Spannschraube 29 auf, wenn die Spannschraube 29 gedreht wird. Dadurch bewegen sich die Spannscheibe 33 und die am Kopf der Spannschraube 29 anliegende Spannscheibe 31 aufeinander zu und komprimieren den dazwischen angeordneten äußeren Elastomerkörper 9 in Längsrichtung L von beiden Seiten. Der äußere Elastomerkörper 9 wird dadurch in Axialrichtung komprimiert und dehnt sich in Radialrichtung, also quer zur Axialrichtung bzw. Längsrichtung L, aus. Bei einem Vergleich des Entlastungs- mit dem Spannzustand ist zu erkennen, dass der äußere Elastomerkörper 9 im unkomprimierten Zustand in 2 in Längsrichtung L an beiden Seiten über die Stützbuchse 15 hinausragt und im komprimierten Zustand in Längsrichtung L die gleiche Breite wie die Stützbuchse 15 aufweist. Außerdem ist zu erkennen, dass in 2 ein Abstand zwischen den Spannscheiben 31, 33 und dem inneren Elastomerkörper 7 besteht, der beim Aktivieren der Verspannungsbaugruppe 13 durch das Aufeinanderzubewegen der Spannscheiben 31, 33 verschwindet.
Durch das Komprimieren des äußeren Elastomerkörpers 9 entsteht eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem äußeren Elastomerkörper 9 und der Durchgangsbohrung 19 der fundamentseitigen Komponente 5. Auf diese Weise wird die Lagerbuchse 1 in der Durchgangsöffnung 19 der fundamentseitigen Komponente 5 verspannt bzw. fixiert und stützt so die generatorseitige Komponente 3 an der fundamentseitigen Komponente 5 ab. Durch das beidseitige Komprimieren des äußeren Elastomerkörpers 9 entstehen keine unerwünschten Scherkräfte und ein Verschieben des äußeren Elastomerkörpers 9 bzw. der gesamten Lagerbuchse 1 kann verhindert werden, so dass der Abstand zwischen der Fläche 21 der fundamentseitigen Komponente 5 und der Fläche 17 der generatorseitigen Komponente 3 im unkomprimierten und komprimierten Zustand gleich bleibt.
Wie in 2 zu erkennen ist, besteht kein radialer Kontakt zwischen den Spannschrauben 29 und der Durchgangsöffnung 26 der Stützbuchse 15. Es herrscht damit also ein direkter Kraftfluss zwischen der Spannschraube 29, der ersten Spannscheibe 31, dem äußeren Elastomerkörper 9, der zweiten Spannscheibe 33 und schließlich wieder der Spannschraube 29. Der Kraftfluss ist also in sich geschlossen.
Die erfindungsgemäße Lagerbuchse 1 bietet den Vorteil, dass sie einfach und kostengünstig montiert werden kann, indem sie von einer Seite des Windenergieanlagenlagers, in den 2 und 3 von links, eingeschoben wird. In der Ausführung in den 1 bis 3 kann der innere Elastomerkörper 7 auf die Buchse 23 aufgepresst sein und zusammen mit dieser in den 2 und 3 von links in die Durchgangsbohrung 19 der fundamentseitigen Komponente 5 geschoben und in die generatorseitige Komponente 3 eingeschraubt werden. Zum Aktivieren der Verspannungseinrichtung 13 können die Spannschrauben 29 angezogen werden. Dadurch kann die Lagerbuchse 1 ohne schwer handhabbare hydraulische Spannwerkzeuge montiert werden. Eine der generatorseitigen Komponenten 3 zugewandte Fläche 21 der fundamentseitigen Komponenten 3 ist parallel zu der Fläche 17 der generatorseitigen Komponente 3 ausgerichtet. Dabei beträgt der Abstand zwischen der Fläche 17 der generatorseitigen Komponente 3 und der Fläche 21 der fundamentseitigen Komponente 5 etwa 5 mm bis 20 mm.
Durch die Oberflächenbehandlung 20 zur Reibwerterhöhung können die in Längsachsenrichtung der Lagerbuchse 1 übertragbaren Kräfte erhöht werden. Insbesondere können die im Stand der Technik aufgetretenen Haftungsprobleme in Längsachsenrichtung gelöst werden. Es kann ferner sichergestellt sein, dass die grundsätzliche Funktionalität der Lagerbuchse 1 in Bezug auf Dämpfung und Entkopplung aufrechterhalten bleibt.
Die in der vorstehenden Beschreibung, den Figuren und den Ansprüchen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Realisierung der Erfindung in den verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.
Bezugszeichenliste

1: Lagerbuchse
3: generatorseitige Komponente
4: Rotorhauptwelle
5: fundamentseitige Komponente
6: Durchführung
7: innerer Elastomerkörper
8: Hohlraum
9: äußerer Elastomerkörper
10: Windenergieanlagenlager
11: Lagerbolzen
12: Befestigungsflansch
13: Verspannungsbaugruppe
14: Aufnahme
15: Stützbuchse
16: Mantel
17: Fläche generatorseitige Komponente
19: Durchgangsöffnung
20: Oberflächenbehandlung
21: Fläche fundamentseitige Komponente
23: Buchse
25: innenseitige Mantelfläche
26: Durchgangsöffnung
27: außenseitige Mantelfläche
28: Spanneinrichtung
29: Spannschraube
30: Widerlager
31, 33: Spannscheibe
L: Längsrichtung
A: Achse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2352930 B1 [0004]
EP 3992455 A1 [0005]

Claims

Lagerbuchse (4) für ein Windenergieanlagenlager zum Abstützen eines Generators, eines Getriebes oder einer Montageeinheit aus Generator und Getriebe einer Windenergieanlage an einer fundamentseitigen Tragkonstruktion der Windenergieanlage und zum Aufnehmen einer Rotorhauptwelle der Windenergieanlage, umfassend einen Elastomerhohlkörper (7, 9), wie einen Hohlzylinder, dessen Innen- und/oder Außenumfangsfläche wenigstens abschnittsweise derart behandelt ist, dass sie eine gegenüber einer unbehandelten Fläche, wie einer Stirnfläche, des Elastomerhohlkörpers (7, 9) erhöhte Rauheit aufweist.
Lagerbuchse (4), insbesondere nach Anspruch 1, zum beweglichen Halten einer generatorseitigen Komponente und einer fundamentseitigen Komponente einer Windenergieanlage, umfassend einen Elastomerhohlkörper (7, 9), wie einen Hohlzylinder, dessen Innen- und/oder Außenumfangsfläche wenigstens abschnittsweise derart mittels Aufkleben oder Eingießen eines Abrasivstoffs oder eines Reibmittels, wie eines Netzes oder Geflechts insbesondere aus Metall, Kunststoff, Keramik, Glasfasern und/oder Kohlefasern, behandelt ist, dass sie eine gegenüber einer unbehandelten Fläche, wie einer Stirnfläche, des Elastomerhohlkörpers (7, 9) erhöhte Rauheit aufweist.
Lagerbuchse (4) nach Anspruch 2, wobei der Abrasivstoff oder das Reibmittel zumindest teilweise in das Material des Elastomerhohlkörpers (7, 9) eingebettet ist, insbesondere darin verankert ist.
Lagerbuchse (4) nach Anspruch 2 oder 3, wobei der Abrasivstoff eine Korngröße von weniger als 5 mm, insbesondere weniger als 4 mm, 3 mm oder weniger als 2 mm, aufweist.
Lagerbuchse (4) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei der Abrasivstoff auf einen Träger aufgebracht oder als Verbundwerkstoff in eine Matrix eingebettet ist.
Lagerbuchse (4) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei das Reibmittel einen Netz- oder Geflechtstruktur mit einer Maschenweite von wenigstens 0,25 mm, 0,5 mm oder von wenigstens 1 mm und/oder weniger als 5 mm, weniger als 4 mm oder weniger als 3 mm aufweist.
Lagerbuchse (4), insbesondere nach einem der vorstehenden Ansprüche, zum beweglichen Halten einer generatorseitigen Komponente und einer fundamentseitigen Komponente einer Windenergieanlage, umfassend einen Elastomerhohlkörper (7, 9), wie einen Hohlzylinder, dessen Innen- und/oder Außenumfangsfläche wenigstens abschnittsweise derart mittels einer chemischen, mechanischen und/oder thermischen Oberflächenbehandlung (20) behandelt ist, dass sie eine gegenüber einer unbehandelten Fläche, wie einer Stirnfläche, des Elastomerhohlkörpers (7, 9) erhöhte Rauheit aufweist.
Lagerbuchse (4) nach Anspruch 7, wobei die Innen- und/oder Außenumfangsfläche mindestens abschnittsweise, insbesondere zumindest oberflächennah, in einen flüssigen oder viskosen Zustand gebracht ist und reibwerterhöhend behandelt ist, wobei insbesondere in dem flüssigen oder viskosen Zustand ein den Reibwert erhöhender Zusatz, wie ein Abrasivstoff oder ein Reibmittel, auf die Innen- und/oder Außenumfangsfläche aufgebracht ist.
Lagerbuchsenanordnung aufweisend mehrere, insbesondere zumindest 6, 8, 12, 15, 20, 25, 30 oder 32, Lagerbuchsen (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Lagerbuchsen (4) in einer Uhrziffernblattanordnung insbesondere äquidistant um eine Achse eines Windenergieanlagenlagers angeordnet sind.
Windenergieanlagenlager zum Abstützen einer generatorseitigen Komponente, wie eines Generators, eines Getriebes oder einer Montageeinheit aus Generator und Getriebe, einer Windenergieanlage an einer fundamentseitigen Komponente, wie einer Tragkonstruktion, der Windenergieanlage, umfassend mehrere Lagerbuchsen (4) und/oder eine Lagerbuchsenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Windenergieanlagenlager nach Anspruch 10, wobei die Lagerbuchsen (4) und/oder die Lagerbuchsenanordnung an einer Montageschnittstelle zwischen dem Generator und dem Rotor angeordnet sind/ist.
Windenergieanlagenlager nach Anspruch 10 oder 11, ferner umfassend eine Durchführung zum Aufnehmen einer Rotorhauptwelle der Windenergieanlage, wobei insbesondere die Durchführung einen Durchmesser von wenigstens 1600 mm aufweist.