DE102023106818A1 - Bearing bush, bearing bush assembly and wind turbine bearing for wind turbines - Google Patents
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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. The present invention relates to a bearing bush for a wind turbine bearing for supporting a generator, a gearbox or an assembly unit comprising a generator and gearbox of a wind turbine on a foundation-side support structure of the wind turbine and for receiving a main rotor shaft of the wind turbine, comprising an elastomer hollow body, such as a hollow cylinder, the inner and/or outer peripheral surface of which is treated at least in sections in such a way that it has an increased roughness compared to an untreated surface, such as an end face, of the elastomer hollow body.
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.The present invention relates to a bearing bush for movably holding a generator-side component, such as a gearbox and/or a generator, and a foundation-side component of a wind turbine, a wind turbine bearing for supporting a generator and/or a gearbox of a wind turbine on a foundation-side support structure of the wind turbine, and a bearing bush arrangement.
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.In wind turbines, a large torque is usually transmitted from the rotor to the generator via a gearbox. Elastic bushings are usually used to reduce the dynamic loads on the gearbox and supporting structure. The elastic bushings serve to decouple oscillations and vibrations. For this purpose, a wind turbine bearing for a machine train of the wind turbine, for example, has a flange with fastening openings. Fastening units, in particular threaded rods or bearing bolts, are fastened in the openings by means of elastomer bodies that serve as dampers. Furthermore, the fastening elements are connected, in particular screwed, to the supporting structure, in particular the housing of the wind turbine.
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. Elastic bushings of this type must be able to transfer high axial forces, i.e. forces acting in the direction of the main shaft, from the gearbox to the machine support. The elastic bushings known to date have caused adhesion problems, which can be attributed to temperature fluctuations or similar.
Aus
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.It is an object of the present invention to overcome the disadvantages of the known prior art, in particular to improve a bearing bush for movably holding a generator-side component and a foundation-side component of a wind turbine in such a way that the transferable forces in the longitudinal axis direction are increased.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.This problem is solved by the features of the independent claims.
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.According to this, a bearing bush for a wind turbine bearing is provided for supporting a generator, a gearbox or an assembly unit comprising a generator and gearbox of a wind turbine on a foundation-side support structure, such as a machine support, of the wind turbine and for receiving a rotor main shaft, in particular with a diameter of at least 1600 mm, of the energy plant. The bearing bush can be used to movably hold a generator-side component and a foundation-side component of a wind turbine. For example, it is a bearing bush for an elastic bearing of a wind turbine. Elastic bearings are used in wind turbines to absorb dynamic loads that act on the components of the wind turbine. By means of the bearings Oscillation and/or vibration damping and decoupling can take place in the bearing bush. The bearing bush can have a diameter of at least 150 mm, in particular of at least 160 mm, 170 mm or 180 mm, and/or an axial length of at least 150 mm, in particular 160 mm, 170 mm or at least 180 mm, whereby a load-bearing length, i.e. the contact with the supporting structure, can be at least 80 mm, in particular at least 90 mm or less than 100 mm. In addition to the dimensioning of the bearing bush, the forces that can be absorbed and transmitted are crucial when used in a wind turbine. During normal operation of the wind turbine, radial forces of around 220 kN can occur, with an extreme load of up to 500 kN. Bearing bushes of this type have a radial stiffness of up to 220 kN/mm, in particular of approximately 190 kN/mm, and/or an axial stiffness in the range of 6 kN/mm to 10 kN/mm.
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.The generator-side component can be, for example, a part of the machine train of the wind turbine, which includes the rotor, the generator and transmission elements arranged between them, such as a gearbox, a shaft or a coupling. The generator-side component can in particular be a shaft bearing for a drive shaft of the machine train. The shaft bearing can preferably have a bearing opening in which the shaft of the machine train is mounted. The foundation-side component can be a supporting structure of the wind turbine, which is formed, for example, by the housing of the wind turbine.
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.For example, the foundation-side component can be a housing that is part of the nacelle of the wind turbine, and the generator-side component can be a shaft bearing or a gearbox of the wind turbine. A bearing bush according to the invention supports the generator-side component in all spatial directions with damping relative to the foundation-side component of the wind turbine. The bearing bush supports, for example, a generator-side component with elastic damping on a foundation-side support structure.
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.According to the invention, the bearing bush comprises a hollow elastomer body, such as a hollow cylinder, the inner and/or outer circumferential surface of which is treated at least in sections in such a way that it has a higher roughness than an untreated surface, such as an end face, of the hollow elastomer body. By deliberately increasing the coefficient of friction on at least one of the bearing surfaces, the forces that can be transmitted in the longitudinal axis direction of the bush can be increased. In particular, the adhesion problems in the longitudinal axis direction that occurred in the prior art can be solved. By deliberately treating the elastomer bush locally at those points that are responsible for the axial force transmission, it can also be ensured that the basic functionality of the bearing bush in terms of damping and decoupling is maintained. The bearing bush can be designed to be clamped in the longitudinal axis direction in the assembled state in the wind turbine bearing. The bearing bush can also be designed in such a way that a force and surface pressure that is evenly distributed over the entire circumference is achieved. Due to the treatment of the elastomer body to achieve the increase in the coefficient of friction, no additional components such as coating or the like are necessary. Alternative ways of fixing the bearing bush to increase the axial rigidity, for example by gluing or the like, can be avoided in favor of dismantling and better maintenance options. Furthermore, the influence of the surface roughness of the bore on the axial force that can be absorbed is massively reduced. A further advantage of the present invention is that a separation of functions can be achieved, namely the fixing of the bearing bush in the bore or receptacle provided for it on the one hand and the vibration isolation on the other. For example, the present invention makes it possible to use materials of lower hardness and/or due to chemical incompatibility, which are advantageous in terms of vibration isolation, but would be unsuitable due to other aspects that can be circumvented by the treatment to increase the coefficient of friction.
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.The hollow elastomer body has a cavity for receiving a foundation- or generator-side bearing bolt, which is, for example, screwed to the foundation- or generator-side component and protrudes through a through-hole in the other component. The bearing bolt defines a longitudinal direction of the bearing bush. The inside of the elastomer body can be in contact with the bearing bolt. The outside of the elastomer body can accordingly be in contact with the foundation- or generator-side component, in particular with the through-hole of the foundation- or generator-side component. In particular, it can be provided that the elastomer body is arranged completely in the through-hole of the foundation- or generator-side component, i.e. does not protrude from the through-hole in the longitudinal direction of the bearing bolt.
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.According to a further aspect of the present invention, which is combined with the preceding aspects and exemplary embodiments A bearing bush is provided for movably holding a generator-side component and a foundation-side component of a wind turbine. The bearing bush for a wind turbine bearing can be used to support a generator, a gearbox or an assembly unit comprising a generator and gearbox of a wind turbine on a foundation-side support structure, such as a machine support, of the wind turbine and to accommodate a main rotor shaft, in particular with a diameter of at least 1600 mm, of the energy plant. For example, it is a bearing bush for an elastic bearing of a wind turbine. Elastic bearings are used in wind turbines to absorb dynamic loads which act on the components of the wind turbine. The bearing bush can be used to dampen and decouple oscillations and/or vibrations. The bearing bush can have a diameter of at least 150 mm, in particular of at least 160 mm, 170 mm or 180 mm, and/or an axial length of at least 150 mm, in particular 160 mm, 170 mm or at least 180 mm, wherein in particular a load-bearing length, i.e. the contact with the supporting structure, can be at least 80 mm, in particular at least 90 mm or less than 100 mm. In addition to the dimensioning of the bearing bush, the absorbable and transferable forces are crucial when used in a wind turbine. During normal operation of the wind turbine, radial forces of around 220 kN can occur, with an extreme load of up to 500 kN. Bearing bushes of this type have a radial stiffness of up to 220 kN/mm, in particular of around 190 kN/mm, and/or an axial stiffness in the range from 6 kN/mm to 10 kN/mm.
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.The generator-side component can be, for example, a part of the machine train of the wind turbine, which includes the rotor, the generator and transmission elements arranged between them, such as a gearbox, a shaft or a coupling. The generator-side component can in particular be a shaft bearing for a drive shaft of the machine train. The shaft bearing can preferably have a bearing opening in which the shaft of the machine train is mounted. The foundation-side component can be a supporting structure of the wind turbine, which is formed, for example, by the housing of the wind turbine.
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.For example, the foundation-side component can be a housing that is part of the nacelle of the wind turbine, and the generator-side component can be a shaft bearing or a gearbox of the wind turbine. A bearing bush according to the invention supports the generator-side component in all spatial directions with damping relative to the foundation-side component of the wind turbine. The bearing bush supports, for example, a generator-side component with elastic damping on a foundation-side support structure.
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.According to the further aspect, the bearing bush comprises a hollow elastomer body, such as a hollow cylinder, the inner and/or outer circumferential surface of which is treated at least in sections by gluing or pouring in an abrasive material or a friction agent, such as a net or braid, in particular made of metal, plastic, ceramic, glass fibers or carbon fibers, in such a way that it has a higher roughness than an untreated surface, such as an end face, of the hollow elastomer body. By deliberately increasing the coefficient of friction on at least one of the bearing surfaces, the forces that can be transmitted in the longitudinal axis direction of the bush can be increased. In particular, the adhesion problems in the longitudinal axis direction that occurred in the prior art can be solved. By deliberately treating the elastomer bush in those places that are responsible for the axial force transmission, it can also be ensured that the basic functionality of the bearing bush in terms of damping and decoupling is maintained. The specific measure of gluing or pouring in can prove to be particularly advantageous for the present use of the bearing bush in terms of manufacturability and durability. Both when pouring in and when gluing on the abrasive and/or propellant responsible for increasing the coefficient of friction, a firm connection is created between the inner or outer peripheral surface and the abrasive or friction agent.
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.In an exemplary embodiment of the bearing bush according to the invention, the abrasive material or the friction agent is at least partially embedded in the material of the elastomer hollow body, in particular anchored therein. For example, the abrasive material or the friction agent can be embedded to more than 10%, in particular to more than 20%, more than 30%, more than 40% or more than 50% of a friction surface with the inner or outer surface of the elastomer hollow body. The abrasive material or the friction agent can cause an anchoring when embedded, which results in an increased fastening force between the abrasive material or friction agent and the elastomer body. The anchoring can be achieved, for example, by means of barb-like anchoring and/or locking structures, in particular dimensioned in the millimeter, micrometer or nanometer range.
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.According to a further exemplary embodiment of the bearing bush according to the invention, the abrasive material has a grain size of less than 5 mm, in particular less than 4 mm, less than 3 mm or less than 2 mm. In principle, grain sizes in the micrometer range or even in the nanometer range are also conceivable.
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.In a further exemplary embodiment of the present invention, the abrasive material is applied to a carrier or inserted as a composite material into a matrix. The abrasive material can be applied to the carrier, for example by gluing, or can also be cast in.
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.According to a further exemplary embodiment of the bearing bush according to the invention, the stimulant has a net or braided structure with a mesh size of at least 0.25 mm, 0.5 mm or at least 1 mm and/or less than 5 mm, less than 4 mm or less than 3 mm. The mesh size described has proven to be advantageous with regard to the requirements regarding the attachment to the elastomer body, in particular embedding, and with regard to the increase in the coefficient of friction when storing the components to be used.
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.According to a further aspect of the present invention, which can be combined with the preceding aspects and exemplary embodiments, a bearing bush is provided for movably holding a generator-side component and a foundation-side component of a wind turbine. The bearing bush for a wind turbine bearing can be used to support a generator, a gearbox or an assembly unit comprising a generator and gearbox of a wind turbine on a foundation-side support structure, such as a machine support, of the wind turbine and for receiving a main rotor shaft, in particular with a diameter of at least 1600 mm, of the energy plant. For example, it is a bearing bush for an elastic bearing of a wind turbine. Elastic bearings are used in wind turbines to absorb dynamic loads that act on the components of the wind turbine. Oscillation and/or vibration damping and decoupling can take place by means of the bearing bush. The bearing bush can have a diameter of at least 150 mm, in particular of at least 160 mm, 170 mm or 180 mm, and/or an axial length of at least 150 mm, in particular 160 mm, 170 mm or at least 180 mm, wherein in particular a load-bearing length, i.e. the contact with the supporting structure, can be at least 80 mm, in particular at least 90 mm or less than 100 mm. In addition to the dimensioning of the bearing bush, the absorbable and transferable forces are crucial when used in a wind turbine. During normal operation of the wind turbine, radial forces of around 220 kN can occur, with an extreme load of up to 500 kN. Bearing bushes of this type have a radial stiffness of up to 220 kN/mm, in particular of around 190 kN/mm, and/or an axial stiffness in the range from 6 kN/mm to 10 kN/mm.
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. The generator-side component can, for example, be a part of the machine train of the wind turbine, which comprises the rotor, the generator and transmission elements arranged therebetween, such as a gearbox, a shaft or a coupling.
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.The generator-side component can in particular be a shaft bearing for a drive shaft of the machine train. The shaft bearing can preferably have a bearing opening in which the shaft of the machine train is mounted. The foundation-side component can be a supporting structure of the wind turbine, which is formed, for example, by the housing of the wind turbine.
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.For example, the foundation-side component can be a housing that is part of the nacelle of the wind turbine, and the generator-side component can be a shaft bearing or a gearbox of the wind turbine. A bearing bush according to the invention supports the generator-side component in all spatial directions with damping relative to the foundation-side component of the wind turbine. The bearing bush supports, for example, a generator-side component with elastic damping on a foundation-side support structure.
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.According to the further aspect, the bearing bush comprises a hollow elastomer body, such as a hollow cylinder, the inner and/or outer circumferential surface of which is treated at least in sections by means of a chemical, mechanical and/or thermal surface treatment in such a way that it has an increased roughness compared to an untreated surface, such as an end face, of the hollow elastomer body. By deliberately increasing the coefficient of friction on at least one of the bearing surfaces, the forces that can be transmitted in the longitudinal axis direction of the bush can be increased. In particular, the adhesion problems in the longitudinal axis direction that occurred in the prior art can be solved. By deliberately treating the elastomer bush locally at those points that are responsible for the axial force transmission, it can also be ensured that the basic functionality of the bearing bush in terms of damping and decoupling is maintained. Mechanical, thermal and/or chemical surface treatments can be very well integrated into the manufacturing processes. process of the elastomer hollow body. Furthermore, with such surface treatment measures, additional components responsible for increasing the coefficient of friction can be dispensed with.
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.In an exemplary embodiment of the bearing bush according to the invention, the inner and/or outer circumferential surface is brought into a liquid or dried state at least in sections, in particular at least close to the surface, and treated to increase the friction value. For example, in the liquid or dried state, an additive that increases the friction value, such as an abrasive or an irritant, for example ground or sand, is applied to the inner and/or outer surface. For example, the elastomer hollow body can be selected in the additive for application. Furthermore, the additive can be applied with a roller.
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.According to a further aspect of the present invention, which can be combined with the preceding aspects and exemplary embodiments, a bearing bush arrangement is provided comprising a plurality of bearing bushes according to the invention, in particular 6, 8, 12, 15, 20, 25, 30 or 32. According to the invention, the bearing bushes are arranged in a clock face arrangement, in particular equidistantly around an axis of a wind turbine bearing.
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.According to a further aspect of the present invention, which can be combined with the preceding aspects and exemplary embodiments, a wind turbine bearing is provided for supporting a generator-side component, such as a generator, a gearbox or an assembly unit comprising a generator and gearbox, of a wind turbine on a foundation-side component, such as a supporting structure, of the wind turbine.
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.The wind turbine bearing comprises a plurality of bearing bushes according to the invention and/or a bearing bush arrangement according to the invention. It can be provided that the bearing bushes and/or the bearing bush arrangement is/are arranged at an assembly interface between the generator and the rotor. Such a wind turbine bearing offers the advantage that it requires only a small installation space, is inexpensive to manufacture and is easy and safe to assemble.
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.According to an exemplary embodiment of the wind turbine bearing according to the invention, the wind turbine bearing comprises a passage for receiving a rotor shaft or main shaft of the wind turbine. For example, the passage has a diameter of at least 1600 mm in order to be able to receive the rotor shaft.
Bevorzugte Ausführungen sind in den Unteransprüchen angegeben.Preferred embodiments are specified in the subclaims.
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.
-
1 a schematic perspective view of an exemplary embodiment of a wind turbine bearing according to the invention; and -
2 a sectional view of an exemplary embodiment of a bearing bush according to the invention in the assembled state in a wind turbine bearing.
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
Die
Das erfindungsgemäße Windenergieanlagenlager 10 umfasst die folgenden Hauptkomponenten (siehe
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.Furthermore, the
In
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.In this embodiment, the
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.The clamping
In
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
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.By compressing the
Wie in
Die erfindungsgemäße Lagerbuchse 1 bietet den Vorteil, dass sie einfach und kostengünstig montiert werden kann, indem sie von einer Seite des Windenergieanlagenlagers, in den
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.The
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.The features disclosed in the above description, the figures and the claims can be important both individually and in any combination for the realization of the invention in the various embodiments.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- LagerbuchseBearing bush
- 33
- generatorseitige Komponentegenerator-side component
- 44
- RotorhauptwelleRotor main shaft
- 55
- fundamentseitige Komponentefoundation component
- 66
- DurchführungImplementation
- 77
- innerer Elastomerkörperinner elastomer body
- 88
- Hohlraumcavity
- 99
- äußerer Elastomerkörperouter elastomer body
- 1010
- WindenergieanlagenlagerWind turbine bearings
- 1111
- LagerbolzenBearing bolt
- 1212
- BefestigungsflanschMounting flange
- 1313
- VerspannungsbaugruppeBracing assembly
- 1414
- AufnahmeRecording
- 1515
- StützbuchseSupport bushing
- 1616
- MantelCoat
- 1717
- Fläche generatorseitige KomponenteArea generator-side component
- 1919
- DurchgangsöffnungPassage opening
- 2020
- OberflächenbehandlungSurface treatment
- 2121
- Fläche fundamentseitige KomponenteArea foundation side component
- 2323
- BuchseSocket
- 2525
- innenseitige Mantelflächeinner shell surface
- 2626
- DurchgangsöffnungPassage opening
- 2727
- außenseitige Mantelflächeexternal surface
- 2828
- SpanneinrichtungClamping device
- 2929
- SpannschraubeClamping screw
- 3030
- WiderlagerAbutment
- 31, 3331, 33
- Spannscheibe Clamping disc
- LL
- LängsrichtungLongitudinal direction
- AA
- Achseaxis
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- EP 3992455 A1 [0005]EP 3992455 A1 [0005]
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R012 | Request for examination validly filed | ||
| R082 | Change of representative |
Representative=s name: BOEHMERT & BOEHMERT ANWALTSPARTNERSCHAFT MBB -, DE |
|
| R002 | Refusal decision in examination/registration proceedings | ||
| R003 | Refusal decision now final |