EP-4737716-A1 - BEARING ARRANGEMENT FOR A WIND TURBINE

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung für eine Windkraftanlage zum Lagern eines Triebstrangs (10) an einem Turm der Windkraftanlage. Die Lageranordnung umfasst eine Grundplatte (20), welche an dem Turm anbringbar ist und einen Hauptlagerabschnitt (22) zum drehbaren Lagern einer Rotorwelle des Triebstrangs und zum Abstützen von Kräften der Rotorwelle aufweist. Der Hauptlagerabschnitt ist ausgebildet, radiale Kräfte mit Bezug auf eine Rotorwellenachse in die Grundplatte einzuleiten und axiale Verschiebungen entlang der Rotorwellenachse zuzulassen. Die radialen Kräfte weisen Komponenten in einer Querrichtung und Komponenten in einer Hochrichtung auf. Die Lageranordnung umfasst ferner ein Lagergehäuse zum Aufnehmen und Lagern von Teilen des Triebstrangs, und eine Torsionslagereinheit (30) zum Abstützen eines Torsionsmoments um die Rotorwellenachse, welches von dem Triebstrang auf das Lagergehäuse aufgebracht wird. Die Torsionslagereinheit ist ausgebildet, axiale Kräfte in Richtung der Rotorwellenachse und Torsionsmomente um die Rotorwellenachse in die Grundplatte einzuleiten. Die Erfindung betrifft auch eine Windkraftanlage.

Inventors

• KLEIN-HITPASS, ARNO

Assignees

• ZF Friedrichshafen AG
• ZF Wind Power Antwerpen NV

Dates

Publication Date

20260506

Application Date

20251006

Claims (13)

1. Lageranordnung für eine Windkraftanlage (1) zum Lagern eines Triebstrangs (10) an einem Turm (2) der Windkraftanlage (1), mit einer Grundplatte (20), welche an dem Turm (2) anbringbar ist und einen Hauptlagerabschnitt (22) zum drehbaren Lagern einer Rotorwelle (11) des Triebstrangs (10) und zum Abstützen von Kräften der Rotorwelle (11) aufweist, wobei der Hauptlagerabschnitt (22) ausgebildet ist, radiale Kräfte mit Bezug auf eine Rotorwellenachse (70) in die Grundplatte (20) einzuleiten und axiale Verschiebungen entlang der Rotorwellenachse (70) zuzulassen, und wobei die radialen Kräfte Komponenten in einer Querrichtung (74) und Komponenten in einer Hochrichtung (72) aufweisen, einem Lagergehäuse (24) zum Aufnehmen und Lagern von Teilen (12, 13) des Triebstrangs (10), und einer Torsionslagereinheit (30) zum Abstützen eines Torsionsmoments um die Rotorwellenachse (70), welches von dem Triebstrang (10) auf das Lagergehäuse (24) aufgebracht wird, wobei die Torsionslagereinheit (30) ausgebildet ist, axiale Kräfte in Richtung der Rotorwellenachse (70) und Torsionsmomente um die Rotorwellenachse (70) in die Grundplatte (20) einzuleiten.
2. Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundplatte (20) einen Stützabschnitt (26) aufweist, der ausgebildet ist, die Torsionslagereinheit (30) drehbar um eine in der Querrichtung (74) verlaufende Stützachse (76) abzustützen.
3. Lageranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Torsionslagereinheit (30) zur Lagerung der Rotorwelle (11) eine angestellte Lagerung mit zwei Radial-Axial-Lagern (40) aufweist, die jeweils radiale und axiale Kräfte übertragen.
4. Lageranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Torsionslagereinheit (30) zur Lagerung der Rotorwelle (11) ein Radial-Axial-Lager (41) und ein separates Radiallager (42) aufweist.
5. Lageranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Torsionslagereinheit (30) zur Lagerung der Rotorwelle (11) ein Radiallager (42) und ein separates Axiallager (44) aufweist.
6. Lageranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Torsionslagereinheit (30) zur Lagerung der Rotorwelle (11) ein weiteres Radiallager (42) aufweist, und das Radiallager (42) und das weitere Radiallager (42) symmetrisch um die Stützachse (76) angeordnet sind.
7. Lageranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Torsionslagereinheit (30) zur Lagerung der Rotorwelle (11) ein weiteres Radiallager (46) aufweist, und das weitere Radiallager (46) weiter von der Stützachse (76) beabstandet ist als das Radiallager (42).
8. Lageranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lageranordnung eine Verbindungseinrichtung (32) aufweist, welche einen Rotorwellenabschnitt (34), welcher mit der Rotorwelle (11) drehfest verbindbar ist, und einen Getriebeabschnitt (36), welcher mit einem Getriebe (12) des Triebstrangs (10) drehfest verbindbar ist, aufweist.
9. Lageranordnung nach Anspruch 8, wobei mindestens einer von dem Rotorwellenabschnitt (34) und dem Getriebeabschnitt (36) in einem Kraftfluss zum Einleiten von axialen Kräften von der Rotorwelle (11) in die Torsionslagereinheit (30) angeordnet ist.
10. Lageranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Torsionslagereinheit (30) einen Schmiermittelaufnahmeraum (38) aufweist.
11. Lageranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundplatte (20) als ein Schalenelement ausgebildet ist, das im Wesentlichen einer Zylinderfläche folgt.
12. Windkraftanlage (1) mit einem Triebstrang (10), einem Turm (2) und einer Lageranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, welche an einer Spitze des Turms (2) angebracht ist.
13. Windkraftanlage (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Krafteinleitungsort (25) zum Einleiten von Kräften von der Torsionslagereinheit (30) in die Grundplatte (20) eine spitzenseitige Wand des Turms (2) in der Hochrichtung (72) überlappt.

Description

Technisches Gebiet Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Lageranordnung für eine Windkraftanlage. Die vorliegende Offenbarung bezieht sich ferner auf eine Windkraftanlage mit einer Lageranordnung. Stand der Technik Windkraftanlagen sind bekannt, welche dazu dienen, aus Windenergie durch Umwandlung Elektrizität zu erzeugen. Zur Umwandlung ist in derartigen Anlagen ein Rotor vorgesehen, welcher dazu ausgebildet ist, Windenergie in eine mechanische Leistung, beispielsweise in eine Rotation mit einem Drehmoment, umzuwandeln. Das so erzeugte Drehmoment kann in einen Triebstrang eingeleitet werden, um in elektrische Leistung umgewandelt zu werden, beispielsweise durch einen Generator. In Anbetracht der hohen Gewichte und Kräfte, die beispielsweise bei großen Windkraftanlagen mit einer Leistung von mehreren Megawatt auftreten, werden hinsichtlich Belastbarkeit und Krafteinleitung hohe Anforderungen an die Lagerung des Triebstrangs gestellt. Aufgrund dieser Anforderungen werden zur Aufnahme und Lagerung aller Kräfte des Triebstrangs herkömmlich massive Gehäuse mit hoher Steifigkeit zur Lagerung verwendet, was ein hohes Gewicht zur Folge haben kann. Darstellung der Erfindung Ein erster Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft eine Lageranordnung für eine Windkraftanlage zum Lagern eines Triebstrangs an einem Turm der Windkraftanlage. Die Windkraftanlage kann einen Rotor aufweisen. Der Rotor kann dazu ausgebildet sein, eine Windenergie in eine rotatorische mechanische Energie umzuwandeln und diese in den Triebstrang einzuleiten. Die Windkraftanlage kann einen Turm sowie eine Gondel aufweisen, welche zumindest Teile des Triebstrangs aufnimmt und lagert. Die Gondel kann an einem oberen Ende des Turms angebracht sein. Die Gondel kann drehbar an dem Turm angebracht sein. Die Gondel kann um eine vertikale Gierachse drehbar sein, um eine Gierbewegung der Gondel relativ zu dem Turm auszuführen. Die Windkraftanlage kann ein Gierlager zum Bereitstellen der Gierbewegung aufweisen. Die Gierbewegung kann dazu dienen, die Gondel beziehungsweise den Triebstrang in einer horizontalen Ebene relativ zu dem Wind auszurichten, beispielsweise um einen gewünschten Anstellwinkel zu der Windrichtung zu bewirken. Ein unteres Ende des Turms kann an einem Boden verankert sein. Alternativ kann das untere Ende des Turms an einer Offshore-Windanlagenplattform angebracht sein. Der Triebstrang kann einen Generator aufweisen, um Windenergie in elektrische Energie umzuwandeln. Der Rotor kann beispielsweise über eine Rotorwelle des Triebstrangs mit dem Generator verbunden sein. Der Rotor kann mehrere Rotorblätter, beispielsweise drei Rotorblätter, aufweisen. Der Triebstrang kann eine Nabe aufweisen, über welche der Rotor an der Rotorwelle gekoppelt ist. Die Nabe kann dazu ausgebildet sein, einen Anstellwinkel der Rotorblätter zu verstellen. Der Triebstrang kann ein Getriebe aufweisen, welches in einem Drehmomentfluss zwischen dem Rotor und dem Generator angeordnet ist. Der Generator kann dazu ausgebildet sein, die Rotation der Rotorwelle oder die Rotation eines Abtriebs des Getriebes für Stromerzeugung zu nutzen. Das Getriebe kann dazu ausgebildet sein, eine Drehzahl der Rotorwelle in eine andere, beispielsweise höhere, Drehzahl zum Antreiben des Generators zu überführen. Die Drehzahl der Rotorwelle kann im Betrieb zum Beispiel zwischen 2 U/min und 30 U/min, beispielsweise zwischen 5 U/min und 20 U/min, betragen. Die Drehzahl zum Antreiben des Generators kann im Betrieb zum Beispiel zwischen 500 U/min und 3000 U/min, beispielsweise zwischen 900 U/min und 2000 U/min, betragen. Ein Antrieb des Getriebes kann mit dem Rotor mechanisch wirkverbunden sein und der Abtrieb des Getriebes kann beispielsweise mit dem Generator mechanisch wirkverbunden sein. Das Getriebe kann dazu ausgebildet sein, ein Drehmoment von der Rotorwelle an den Generator zu übertragen. Der Triebstrang kann ferner Hilfsaggregate aufweisen. Die Hilfsaggregate können dazu ausgebildet sein, Parameter des restlichen Triebstrangs und physikalische Größen der Windkraftanlage zu beeinflussen. Die Hilfsaggregate können beispielsweise ein Heizsystem, ein Kühlsystem, ein Ausrichtsystem für die Gondel, ein Verstellsystem für die Nabe und/oder Wandlersysteme, beispielsweise Wechselrichter, für die erzeugte elektrische Energie umfassen. Die Lageranordnung kann dazu ausgebildet sein, mindestens manche kinematische Freiheitsgrade des Triebstrangs abzustützen. Die kinematischen Freiheitsgrade können drei Verschiebungen und drei Rotationen umfassen. Die Lageranordnung kann dazu ausgebildet sein, einen, mehrere oder alle Freiheitsgrade des Triebstrangs oder von Teilen davon abzustützen. Je nach Ausgestaltung der Lageranordnung kann eine weitere Lageranordnung vorgesehen sein, welche freibleibende Freiheitsgrade sperrt und/oder Teile des Triebstrangs, die nicht durch die Lageranordnung gelagert sind, lagert. Grundsätzlich kann es zum Betrieb der Windkraftanlage erforderlich sein, fünf der