Search

EP-4737719-A1 - BEARING ARRANGEMENT FOR A WIND TURBINE

EP4737719A1EP 4737719 A1EP4737719 A1EP 4737719A1EP-4737719-A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung für eine Windkraftanlage zum Lagern eines Triebstrangs an einem Turm der Windkraftanlage. Die Lageranordnung umfasst eine Grundplatte, welche an dem Turm anbringbar ist, und eine Hauptlagereinheit zum drehbaren Lagern einer Rotorwelle des Triebstrangs und zum Abstützen von radialen Kräften der Rotorwelle. Die radialen Kräfte umfassen mit Bezug auf eine Rotorwellenachse Komponenten in einer zu der Rotorwellenachse senkrechten horizontalen Querrichtung und in einer zu der Rotorwellenachse und der Querrichtung senkrechten Hochrichtung. Die Lageranordnung umfasst ferner ein Lagergehäuse zum Aufnehmen und Lagern von Teilen des Triebstrangs und eine Hilfslagereinheit zum Abstützen des Lagergehäuses. Die Lageranordnung umfasst zwei oder mehr Koppelelemente zum Lagern von mindestens einer der Hauptlagereinheit und der Hilfslagereinheit an der Grundplatte. Jedes Koppelelement ist als ein Stablenker ausgebildet, welcher an seinen zwei Enden drehbar gelagert ist und in seiner Längsrichtung eine größere Steifigkeit aufweist als quer zu seiner Längsrichtung.

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, einer Hauptlagereinheit (30) zum drehbaren Lagern einer Rotorwelle (11) des Triebstrangs (10) und zum Abstützen von radialen Kräften der Rotorwelle (11), wobei die radialen Kräfte mit Bezug auf eine Rotorwellenachse (70) Komponenten in einer zu der Rotorwellenachse (70) senkrechten horizontalen Querrichtung (74) und in einer zu der Rotorwellenachse (70) und der Querrichtung (74) senkrechten Hochrichtung (72) aufweisen, einem Lagergehäuse (24) zum Aufnehmen und Lagern von Teilen (12, 13, 14) des Triebstrangs (10), und einer Hilfslagereinheit (40) zum Abstützen des Lagergehäuses (24), wobei die Lageranordnung zwei oder mehr Koppelelemente (31; 32; 41; 42; 43; 51; 52; 54) zum Lagern von mindestens einer der Hauptlagereinheit (30) und der Hilfslagereinheit (40) an der Grundplatte (20) aufweist, und wobei jedes Koppelelement (31; 32; 41; 42; 43; 51; 52; 54) als ein Stablenker (90) ausgebildet ist, welcher an seinen zwei Enden drehbar gelagert ist und in seiner Längsrichtung eine größere Steifigkeit aufweist als quer zu seiner Längsrichtung.
  2. Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Hauptlagereinheit (30) und der Hilfslagereinheit (40) über ein Paar erster Koppelelemente (31; 41), welche in entgegengesetzten Richtungen entlang der Querrichtung (74) verlaufen, an der Grundplatte (20) gelagert ist.
  3. Lageranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eines der ersten Koppelelemente (31; 41) an einem unteren Endabschnitt (44) der einen der Hauptlagereinheit (30) und der Hilfslagereinheit (40) drehbar gelagert ist.
  4. Lageranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Hauptlagereinheit (30) und der Hilfslagereinheit (40) über ein Paar zweiter Koppelelemente (32; 42), welche in einer zu der Rotorwellenachse (70) senkrechten Ebene auf gegenüberliegenden Seiten der Rotorwellenachse (70) angeordnet sind und in der Hochrichtung (72) verlaufen, an der Grundplatte (20) gelagert ist.
  5. Lageranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eines der zweiten Koppelelemente (32; 42) an einem Ort, welcher eine Anbringungsfläche der Grundplatte (20) an den Turm (2) in der Hochrichtung (72) überlagert, an der Grundplatte (20) gelagert ist.
  6. Lageranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Hauptlagereinheit (30) und der Hilfslagereinheit (40) über ein Paar dritter Koppelelemente (43), welche auf gegenüberliegenden Seiten der Rotorwellenachse (70) angeordnet sind und in Richtung der Rotorwellenachse (70) verlaufen, an der Grundplatte (20) gelagert ist.
  7. Lageranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eines der dritten Koppelelemente (43) an einem Endabschnitt (44; 45) in der Hochrichtung (72) der einen der Hauptlagereinheit (30) und der Hilfslagereinheit (40) drehbar gelagert ist.
  8. Lageranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der dritten Koppelelemente (43) über ein Stützelement (50) an der Grundplatte (20) gelagert ist, wobei das Stützelement (50) um eine erste Achse (76) relativ zu der Grundplatte (20) drehbar ist und das Lagergehäuse (24) um eine zweite Achse (78) relativ zu dem Stützelement (50) drehbar ist, wobei die erste Achse (76) und die zweite Achse (78) zueinander senkrecht sind.
  9. Lageranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (50) über mindestens eines von einem lateralen Koppelelement (51), einem vertikalen Koppelelement (52) und einem schrägen Koppelelement (54) an der Grundplatte (20) gelagert ist.
  10. Lageranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eines der Koppelelemente (31; 32; 41; 42; 43; 51; 52; 54) als ein Aktuator zum Beeinflussen einer Ausrichtung der Rotorwelle (11) ausgebildet ist.
  11. Lageranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eines der Koppelelemente (31; 32; 41; 42; 43; 51; 52; 54) zwischen seinen Enden elektrisch isolierend ausgebildet ist.
  12. Windkraftanlage (1) mit einem Triebstrang (10), einem Turm (2) und einer Lageranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, welche an einer Spitze des Turms angebracht ist.
  13. Windkraftanlage (1) nach Anspruch 12 mit einer Lageranordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass eines der zweiten Koppelelemente (32; 42) an einem Ort, welcher eine spitzenseitige Wand des Turms in der Hochrichtung (72) überlappt, an der Grundplatte (20) gelagert ist.

Description

Technisches Gebiet Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Lageranordnung für eine Windkraftanlage. Die vorliegende Offenbarung bezieht sich ferner auf eine Windkraftanlage mit der 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. Aufgrund 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. In Anbetracht der Anforderungen werden zur Aufnahme und Lagerung des Triebstrangs 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 und somit der Rotorwelle 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. Das Drehmoment an dem Antrieb des Getriebes kann im Betrieb zum Beispiel zwischen 500.000 Nm und 15.000.000 Nm, beispielsweise zwischen 3.000.000 Nm und 10.000.000 Nm, betragen. 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