本发明涉及一种用于支撑风力涡轮机的转子轴的主轴承单元。本公开还涉及一种包括这种主轴承单元的风力涡轮机。
在风力涡轮机中，转子叶片通常连接至转子轴，以便将由风力产生的旋转运动传递至发电机单元。另外已知的单元例如可以定位在转子轴与发电机单元(例如齿轮箱或制动器)之间。
背景技术：
为了旋转地支承转子轴，设置了所谓的主轴承单元，该主轴承单元设置在风力涡轮机的机舱或吊舱内。在无齿轮的风力涡轮机中，主轴承单元通常仅包括一个轴承位置，该轴承位置可以靠近发电机单元的区域设置或直接设置在发电机单元的区域中以实现紧凑的设计。如果设置齿轮箱，则通常将在两个轴承位置处支撑转子轴的定位和非定位轴承组合用作主轴承单元。
技术实现要素：
问题
在风力涡轮机的运行期间，发生转子轴的与负载有关的偏转，该偏转使与发电机单元的可靠联接变得困难。如果主轴承单元包括定位和非定位轴承组合，情况尤其是这样。然而，补偿这样的问题的先前方法的特征在于不利的大结构尺寸。
因此，本公开的目的是提供一种用于支撑转子轴的紧凑方案，其允许转子轴可靠地联接至发电机单元。
提出的方案
为了实现该目的，提出了一种用于支撑风力涡轮机的转子轴的主轴承单元。主轴承单元包括滚动轴承，该滚动轴承具有内圈、外圈和接收在外圈和内圈之间的滚动元件装置。主轴承单元还包括联接装置，该联接装置被设计为至少间接地并以传递扭矩的方式将转子轴联接至风力涡轮机的输出轴。在这种情况下，转子轴和联接装置联接至外圈或内圈以便传递扭矩。
特性、优点和变型
这里公开和要求保护的主轴承单元能够减小风力涡轮机的传动系的结构尺寸，因为根据下面的实施方式尤其可以允许偏移和偏转补偿的联接装置直接联接至主轴承单元的圈元件(内圈或外圈)。这也可以包括例如通过螺栓和/或螺钉连接直接附接至圈元件。然而，同样地，可以提供联接装置的至少一部分(例如，下面说明的第一联接元件)和内圈的一体式设计。
在同样的意义上，转子轴也可以直接与外圈或内圈联接，特别是例如通过螺栓连接附接至外圈或内圈。在另一个变型中，间接联接经由中间元件实现。
风力涡轮机的主轴承单元和/或传动系的结构尺寸尤其可以涉及沿转子轴的旋转轴线的轴向结构尺寸，其中，该轴向结构尺寸可以通过转子轴和联接装置与主轴承单元的同一圈元件(内圈或外圈)的联接来减小。与联接件设置在齿轮箱单元的区域中或集成在齿轮箱单元中的现有方案相比，这特别适用。与输出轴传递扭矩地间接联接可以包括联接装置，该联接装置将对应的扭矩直接传递至输出轴或任何中间轴、齿轮箱单元等，该中间轴、齿轮箱单元等又与输出轴连接(例如，以发电机输入轴的形式)。
滚动元件装置可以形成为一排或多排、特别是两排或三排。滚动元件在此可以成排布置，其中每个滚动元件排通常都是对齐的并且可沿着相关联的轨道移动。滚动元件可以包括球体、圆柱体、辊、滚针或锥体。滚动轴承例如可以设计成三排滚子轴承、三排圆锥滚子轴承、三排倾斜滚子轴承或优选多排轴向-径向组合。
在一个变型中，转子轴联接至内圈。为此目的，转子轴和内圈的凸缘部分可以包括彼此对准的通孔，连接螺栓可以插入所述通孔中。
根据一个实施方式，联接装置被设计为至少部分地补偿转子轴和/或主轴承单元与联接至联接装置的输出轴之间的偏移。输出轴可以是齿轮箱输入轴、中间轴或直接是发电机输入轴。该偏移可以涉及例如经由联接装置连接的轴的旋转轴线之间的轴向偏移。补充地或替代地，偏移可以涉及角度偏移，该角度偏移又可以涉及经由联接装置连接的轴的旋转轴线。
为了补偿偏移，联接装置可以包括至少一个弹性元件。弹性元件可以由可弹性变形的材料制成或者可以包括这种材料。例如，该材料可以是弹性体或诸如聚酰胺的塑料。在另一个变型中，可以实现纤维增强的和/或高强度且低磨损的塑料。弹性材料可以设置成使得其可以由于磨损而容易地进行更换，特别是无需大量拆卸风力涡轮机或其传动系。例如，这可以通过弹性元件实现，该弹性元件被设计成多个部分和/或以分段的方式设计并且可插入联接装置的联接元件之间，这在下面进行描述。根据一个实施方式实现的在连接螺栓上的弹性元件的设置也便于简单更换。
在一个变型中，联接装置包括第一联接元件和第二联接元件，第一联接元件联接至外圈和内圈中的对应元件，第二联接元件至少间接地联接至输出轴。第一联接元件与外圈或内圈的联接还可包括联接元件和对应的圈的至少部分一体式设计。第二联接元件可以包括凸缘或另一种合适的结构，以便接收连接螺栓。这又可以接收在输出轴的凸缘部分中。
在一个变型中，第一联接元件和第二联接元件之间的扭矩传递至少部分地经由弹性元件发生。换言之，联接元件之间的力的流和/或扭矩流可经由或通过弹性元件发生。因此，这可以相应地变形，特别是提供所需的偏移补偿。
一个实施方式规定，第一联接元件和第二联接元件分别包括齿并且其中联接元件的齿彼此相互作用以便传递扭矩。例如，第一联接元件的齿可以被设计为内齿和/或形成在该联接元件的内周区域上，而第二联接元件的齿可以形成为外齿和/或形成在该联接元件的外周表面上。齿可以彼此啮合以传递扭矩，或者可以彼此支撑以便至少间接地传递扭矩。原则上，任何合适的啮合结构都可以用作齿，但是优选突起状的齿和位于它们之间的凹陷的规则布置。
在一个变型中，第二联接元件的齿被设计为螺旋齿。原则上还可以想到，第二联接元件的齿被设计为螺旋齿和/或两个联接元件均包括对应的螺旋齿。
一个实施方式规定，弹性元件至少部分地设置在齿之间。例如，弹性元件可以被设计为环形并且径向地定位在联接元件之间。补充地或替代地，弹性元件可以设置在齿之间的啮合区域中，从而使齿不直接接触或者仅在预定范围直接接触。由此可以经由弹性元件在齿之间的压缩来实现联接元件之间的偏移补偿。在该变型中，弹性元件可以具有适当的轮廓以与齿相互作用。例如，其可以包括对应形状的啮合结构，尤其是可以优选与两个联接元件或它们的齿啮合的齿。此外，弹性元件可以形成为多个部分和/或分段的形式，其中各个分段可以根据上述变型来设计和设置。
根据另外的改进，第一联接元件和第二联接元件经由至少一个螺栓彼此联接以便传递扭矩。例如，联接元件可各自包括凸缘和/或环形区域，它们各自具有彼此对准的通孔。螺栓可以插入这些孔中，因此联接元件彼此附接以便传递扭矩。
在一个变型中，弹性元件例如以弹性护套的形式设置在螺栓上。弹性元件可以(特别是以护套的形式)设置在螺栓部分上，该螺栓部分与至少一个联接元件联接或啮合。例如，这可能涉及螺栓轴的自由端部区域。例如，护套可以接收大约螺栓长度的一半。替代地或补充地，弹性元件可以例如以插入元件或孔的内壁涂层的形式设置在螺栓和接收螺栓的孔之间。由于至少一个联接元件可相对于另一个联接元件在限定的范围移动，因此由此可以再次进行偏移补偿。
本发明还涉及一种风力涡轮机，其包括根据前述一个方面的主轴承单元。风力涡轮机可包括转子轴和主轴承单元至少部分地接收在其中的吊舱或机舱。
在一个变型中，风力涡轮机包括联接至主轴承单元的转子轴以及联接至或能联接至输出轴的齿轮箱单元，其中，联接装置被设计为联接转子轴和齿轮箱单元以便传递扭矩。在这种情况下，输出轴可以构成齿轮箱输入轴。
上面说明的设备细节被描绘为是相连的；但要指出的是，它们也彼此独立，并且也可以彼此自由组合。图中所示的各个部件和它们的部分相互之间的关系及其尺寸和比例不应理解为限制性的。相反，各个尺寸和比例也可能偏离所示的尺寸和比例。
权利要求书也不限制本公开，因此不限制所示出的所有特征的组合选项。所示的所有特征在此也单独以及与所有其他特征组合地明确公开。
附图说明
现在借助于所附的示意图更详细地说明可能的实施方式。
图1示出了根据第一实施方式的包含旋转轴线的主轴承单元的截面图。
图2示出了第一实施方式的细节图，以说明联接装置的弹性元件。
图3示出了根据第二实施方式的包含旋转轴线的主轴承单元的截面图。
图4示出了根据第三实施方式的包含旋转轴线的主轴承单元的截面图。
具体实施方式
此处描述的设备变型以及它们的功能和操作方面仅用于更好地理解其结构、操作模式和特性；例如，它们不将本公开限制于所示的示例性实施方式。附图是示意性的，其中实质性的特性和效果部分明显放大地示出，以阐明功能、有效原理、技术构造和特征。这里，在附图或文本中公开的每个操作模式、每个原理、每个技术构造和每个特征可以与所有权利要求、文本和其他附图中的每个特征、包含在本公开中或由其得出的其他操作模式、原理、技术构造和特征自由地并以任何方式组合，使得所有可想到的组合都与所描述的设备相关联。在此也包括文本中(是指说明书的各个部分)、权利要求中的所有单独的实现方式之间的组合以及文本中、权利要求中和附图中的不同变型之间的组合，并且可以使这些组合作为另外的权利要求的主题。权利要求也不限制本公开，因此也不限制证明的所有特征彼此的组合可能性。在此还明确地单独地以及与所有其他特征组合地公开了所有公开的特征。
在附图中，在功能上彼此对应或相似的组件具有对应的附图标记。现在借助于示例性实施方式描述设备。
图1示出了根据第一实施方式的风力涡轮机的主轴承单元10的截面图。主轴承单元10包括具有外圈12和内圈14的滚动轴承11。在圈12、14之间设置有两排滚动元件装置16，其包括多个呈对角滚子形式的滚动元件18。外圈12包括通孔20，以便将外圈12附接至风力涡轮机的固定区域。内圈14同样包括通孔22。该通孔22与仅部分示出的转子轴28的凸缘区域26中的对应的通孔24成一直线。
转子轴28连接至未被详细示出的风力涡轮机的转子叶片，并与这些转子叶片一起围绕旋转轴线r旋转。通过未被示出且可插入到通孔24、22中的螺栓，将转子轴28附接至主轴承单元10的内圈14以便传递扭矩。在图1中还认识到，转子轴28、特别是其凸缘区域26在此抵接在主轴承单元10的第一端面30上。
主轴承单元10还包括联接装置32，该联接装置联接至示意性示出的输出轴35。在所示情况下，输出轴35是齿轮箱输入轴，该齿轮箱输入轴又经由未被示出的齿轮箱联接至发电机输入轴(未被示出)，以便传递扭矩。联接装置32包括两个联接元件34、36。第一联接元件34在这里以单件形式成型到内圈14上，并因此联接至内圈14以便传递扭矩。此外，第一联接元件34包括内齿38，该内齿38围绕旋转轴线r延伸。
另一方面，第二联接元件36形成为环形并且在其外周表面上具有螺旋齿40。螺旋齿40和内齿38相互作用以便传递扭矩。
最后，第二联接元件36又具有通孔42，该通孔与输出轴35的凸缘区域46中的通孔44成一直线。连接螺栓48插入对应的通孔42、44中以将输出轴35和联接装置32彼此联接，以便传递扭矩。
可以理解的是，可以设置上述所有通孔20、24、42、44中的任意多个通孔以及插入其中的螺栓，以将对应的元件牢固地彼此附接。在此，通孔20、24、42、44和插入其中的螺栓可以在周向方向上均匀地和/或环形地分布。
在风力涡轮机的运行中，由于已说明的螺栓连接，转子轴28的旋转可传递至内圈14，该内圈相对于固定的外圈12围绕旋转轴线r旋转。与内圈14一起旋转的第一联接元件34将该旋转经由齿38、40传递至第二联接元件36，并因此传递至输出轴35。
从图1中已经清楚的是，将联接装置32直接设置在滚动轴承11上以及甚至部分集成到内圈14中有利于主轴承单元10的紧凑设计。特别地，沿旋转轴线的轴向构造尺寸r由此被减小。
然而，联接装置32另外的特征在于其包括弹性元件50(见图2)。该弹性元件插在齿之间使得经由该弹性元件50在联接元件34、36之间发生扭矩传递。
这可以从图2的示意性详细视图中清楚地看出。图2的可视轴线在此对应于旋转轴线r相对于纸平面的垂直延伸。可再次识别出两个联接元件34、36的内齿38和螺旋齿40。然而，它们并不直接彼此接触或啮合，而是各自仅与同样具有齿形轮廓的弹性元件50啮合。
因此，内齿38的旋转仅经由弹性元件50间接地传递至螺旋齿40。然而，由于元件50是弹性地设计的，因此在这种情况下可以通过偏移补偿的方式补偿联接元件34、36之间的轴向偏移或角度误差。弹性元件50可以形成为闭合环，或者也可以包括多个分段，该多个分段可以分开处理并且每个分段仅跨越有限的角度区域。
下面参照图3和图4描述主轴承单元10的其他实施方式。在此，与第一实施方式相比保持相同或以相同方式起作用的特征具有相同的附图标记。
在图3中，仅示意性示出了根据第二实施方式的主轴承单元10，而没有再次更详细示出滚动轴承11的内部结构以及与转子轴28的连接(未被示出)。然而，再次可识别出第一联接元件34，该第一联接元件34再次被设计为与滚动轴承11的内圈14(该圈没有被示出)成一体的凸缘状突起。
第一联接元件34包括通孔52，该通孔与第二联接元件36中的通孔54成一直线。第二联接元件36再次被设计为凸缘并与未被更详细示出的输出轴35成一体。为了连接联接元件34、36，提供了螺栓56。螺栓56在其伸入第二联接元件36的通孔54中的端部处被弹性体材料包覆，该弹性体材料又形成联接装置32的弹性元件50。
在本公开的上下文中，原则上还可以想到，弹性元件50与螺栓56分开地形成并且例如作为插入部件设置在通孔52、54中的一个通孔中。弹性元件50同样可以被设计为通孔52、54中的至少一个通孔的内壁涂层。还可以想到这些变型的任何组合。还可以理解的是，可以设置任意多个螺栓56以将联接元件34、36牢固地彼此附接。
通过弹性元件50又可以补偿联接元件34、36与分别与它们联接的其他元件之间的轴向偏移和角度误差。
在图4中示出了第三实施方式。在这种情况下，更详细示出了主轴承单元10，使得识别出两部分式的外圈12和具有突起形式的周向鼻部13的内圈14。在这种情况下，滚动轴承11包括三排圆柱形滚动元件18的设置。类似于图1的实施方式，外圈12和内圈14也具有通孔20、24，其中内圈14借助于通孔24连接至未被示出的转子轴28，以便传递扭矩。类似于图1，在图4中也标记了旋转轴线r的延伸。
第一环形联接元件34也附接至内圈14。更确切地，环形联接元件36通过螺钉连接而附接至内圈14的以凸缘状方式突出的环形部分15。第二环形联接元件36沿径向设置成在联接元件36内部，因为它的直径较小。第二联接元件36通过螺钉连接与输出轴35连接。
也可以理解的是，可以设置任意多个通孔20、24和螺钉连接件，以将相关元件牢固地彼此附接。
在所示的情况下，联接装置32也包括弹性元件50。该弹性元件50被设计为将联接元件34、36彼此连接以便传递扭矩的中间圈。弹性元件50在这种情况下可以胶合至联接元件34、36或以另一种方式附接。可以通过设置在力和扭矩流中的弹性元件50再次补偿经由联接装置32联接的元件之间的偏移和角度误差。
1.一种用于支撑风力涡轮机的转子轴(28)的主轴承单元(10)，包括：
-滚动轴承(11)，其具有至少一个内圈(14)、至少一个外圈(12)以及接收在外圈(12)和内圈(14)之间的滚动元件装置；
-联接装置(32)，其被设计为将转子轴(28)至少间接地且以传递扭矩的方式联接至所述风力涡轮机的输出轴(35)；
其中，转子轴(28)与外圈(12)和内圈(14)中的一个圈联接以便传递扭矩；并且
其中，联接装置(32)与转子轴(28)以传递扭矩的方式联接至外圈(12)和内圈(14)中相同的一个圈。
2.根据权利要求1所述的主轴承单元(10)，其中，转子轴(28)联接至内圈(14)。
3.根据前述任一项权利要求所述的主轴承单元(10)，其中，联接装置(32)被设计为至少部分地补偿转子轴(28)和/或主轴承单元(10)与联接至联接装置(32)的输出轴(35)之间的偏移。
4.根据权利要求3所述的主轴承单元(10)，其中，联接装置(32)包括用于偏移补偿的至少一个弹性元件(50)。
5.根据前述任一项权利要求所述的主轴承单元(10)，其中，联接装置(32)包括第一联接元件(34)和第二联接元件(36)，该第一联接元件(34)联接至外圈(12)和内圈(14)的对应元件，第二联接元件(36)至少间接地联接至输出轴(35)。
6.根据权利要求4和5所述的主轴承单元(10)，其中，第一联接元件(34)和第二联接元件(36)之间的扭矩传递至少部分地经由弹性元件(50)发生。
7.根据权利要求5或6所述的主轴承单元(10)，其中，第一联接元件(34)和第二联接元件(36)各自包括齿(38，40)，并且其中联接元件(34，36)的齿(38，40)彼此相互作用以便传递扭矩。
8.根据权利要求7所述的主轴承单元(10)，其中，第二联接元件(36)的齿(40)被设计为螺旋齿。
9.根据权利要求6以及权利要求7或8中一项所述的主轴承单元(10)，其中，弹性元件(50)至少部分地设置在齿(38，40)之间。
10.根据权利要求5所述的主轴承单元(10)，其中，第一联接元件(34)和第二联接元件(36)经由至少一个螺栓(56)彼此联接，以便传递扭矩。
11.根据权利要求6和10所述的主轴承单元(10)，其中，弹性元件(50)设置在螺栓(56)上，例如以弹性护套的形式。
12.一种风力涡轮机，其包括根据前述任一项权利要求所述的主轴承单元(10)。
13.根据权利要求14所述的风力涡轮机，其包括联接至主轴承单元(10)的转子轴(28)以及联接至或能联接至输出轴(35)的齿轮箱单元，其中主轴承单元(10)的联接装置(32)被设计为通过输出轴(35)联接转子轴(28)和齿轮箱单元以便传递扭矩。
技术总结