风力发电设备的转子轴承 技术领域 本发明涉及一种根据权利要求 1 的前序部分的所述的用于风力发电设备的转子 轴承， 并且该转子轴承可以尤其有利地在风力发电设备上用支承在主轴承中的转子和连接 在后面的行星齿轮变速器实现。
背景技术 这种风力发电设备例如由 WO 03/014 567 A1 或者由 US6.872.049 B2 中公开。在 这些文件中公开的风力发电设备基本上相应地包括 ： 可旋转地安装在机塔上的、 具有用于 发电的发电机的机房 ； 承载至少两个转子叶片的转子轮毂的、 风力驱动的转子 ； 以及承载 转子的大型滚动轴承。在此， 该大型滚动轴承至少构造成两列式的圆锥滚子轴承并且具有 抗扭地固定在机房上的、 并与转子轮毂同轴布置的第一轴承环以及可扭转地保持在第一轴 承环上的并固定在转子轮毂上的第二轴承环， 大量构造成锥形滚子的滚动体在第一和第二 轴承环之间滚动。 此外， 大型滚动轴承与和机房中的发电机连接的、 并以已知的方式由带有 环绕的内齿部的环形齿轮、 多个支承在行星齿轮架上的行星齿轮以及中间的恒星齿轮组成 的行星齿轮变速器相连接， 方法是该大型滚动轴承的两个轴承环的内轴承环通过压力配合 连接固定在行星齿轮变速器的环形齿轮的外罩面上。
此外， 通过 EP 811 764 A1 也公开了如此实现大型滚动轴承与行星齿轮变速器的 连接， 使得大型滚动轴承的两个轴承环的内轴承环压到与转子轮毂连接的并承载行星齿轮 架的环上。
然而， 这种转子轴承的缺点是， 大型滚动轴承和连接在后面的行星齿轮变速器由 较多的单个部件组成， 并且由此一方面在其制造中非常耗成本并且另一方面具有较高的总 重量， 该总重量在其装配在 120m 高度以下的机房中时会引起很多缺点。此外， 行星齿轮变 速器的环形齿轮和大型滚动轴承的内轴承环必须具有至少一个 2m 以上的外直径或者说内 直径， 尽管其尺寸制造得非常精确， 使得可以可靠地排除由在内轴承环和环形齿轮之间进 行压力配合连接时正的配合过度形成的或者说由有待夯实的配合形成的对轴颈的功能或 者对行星齿轮变速器的齿部的负面影响。 这种有待夯实的配合一方面会导致大型滚动轴承 的内轴承环在其装配在环形齿轮上时略微地扩开并且大型滚动轴承的所调节的径向缝隙 太小， 从而过度地增加了滚动体和其在轴承环中的滚动面之间的摩擦。这会导致超过大型 滚动轴承的允许的操作温度， 这有时会引起润滑材料燃烧并且由此引起大型滚动轴承中缺 少润滑作用并且最后该大型滚动轴承提前失效。另一方面， 在大型滚动轴承的内轴承环和 行星齿轮变速器的环形齿轮之间的有待夯实的配合也会使得环形齿轮略微收缩， 从而改变 了在环形齿轮的内齿部和行星齿轮变速器的行星齿轮的齿部之间的接触点， 伴随着这样的 结果， 即行星齿轮变速器内部不再有确定的力传递并且在最不利的情况下会在齿部之一上 出现齿断裂。
发明内容 因此， 从现有技术的解决方案的缺点出发， 本发明的目的是提出一种用于风力发 电设备的转子轴承， 其构造紧凑并且重量减少， 并且其特征在于， 大型滚动轴承上的以及连 接在后面的行星齿轮变速器上的更少量的单个部件， 并且其中可靠地排除由在大型滚动轴 承的内轴承环和行星齿轮变速器的环形齿轮之间进行压力配合连接时正的配合过度形成 的对轴颈的功能或者对行星齿轮变速器的齿部的负面影响。
根据本发明， 该目的在根据权利要求 1 前序部分所述的转子轴承中如此实现， 即 大型滚动轴承的两个轴承环的径向内部的轴承环同时形成了与发电机连接的行星齿轮变 速器的环形齿轮， 方法是其内侧设有环形齿轮的环绕的内齿部。
由此， 本发明基于这样的认识， 即所提出的目的能够以简单的方式通过以下方法 得以实现， 即代替在行星齿轮变速器的环形齿轮和大型滚动轴承的内轴承环之间的耗费的 压力配合连接， 仅仅通过唯一一个成本低廉的并且重量减少的结构部件来相互集成两个环 形的结构部件， 其中根本不会出现对轴颈或者行星齿轮变速器的齿部的负面的配合影响。
根据本发明构造的转子轴承的优选设计方案和改进方案在从属权利要求中得到 描述。
对此， 根据权利要求 2 在根据本发明构造的转子轴承中， 在第一实施方式中优选 将大型滚动轴承构造成具有两列并排布置的、 作为滚动体的锥形滚子的圆锥滚子轴承， 其 具有内齿部的内轴承环沿轴向非对称地分成两个部分环。
然而根据权利要求 3 也可以作为替代方案， 在第二实施方式中将根据本发明构造 的转子轴承的大型滚动轴承构造成具有两列并排布置的、 作为滚动体的滚珠的径向推力球 轴承， 其具有内齿部的内轴承环同样沿轴向非对称地分成两个部分环。
在此， 在实践中优选的实施方式是将大型滚动轴承构造成两列的圆锥滚子轴承， 因为这种轴承原则上用于较高的承载量或者说较高的功率密度。 然而如果要使用具有较大 直径的大型滚动轴承， 其中功率密度不再是决定性的标准， 那么技术上可替换的替代方案 是将该大型滚动轴承构造成两列的径向推力球轴承。在此， 可以在两种轴承中将内轴承环 和外轴承环要么抗扭地固定在机房或者说机架上， 要么与转子的转子轮毂相连接， 其中首 先将两个实施方式的内轴承环轴向非对称地分成两个部分环， 从而能够更简单地装配该大 型滚动轴承。
独立于前面所描述的实施方式， 根据权利要求 4， 根据本发明构造的转子轴承的另 一特征是， 内轴承环通过非对称的划分由在其内侧上具有完整的内齿部的第一部分环和通 过压力配合连接固定在该部分环上的第二部分环组成。由此， 非对称地划分内轴承环除了 能够更简单地装配大型滚动轴承外， 同时具有这样的优点， 即内齿部可以完全加入部分环 之一中并且由此可以成本低廉地进行制造。 在此， 证明特别有利的是， 第二部分环完全形成 了大型滚动轴承的滚动体的两个滚动面之一， 然而其中也可以考虑内轴承环的其它非对称 的划分。
此外， 从前面所述的特征出发， 根据权利要求 5 的本发明的转子轴承的特征还在 于， 在内轴承环的第一部分环的内侧上的内齿部可选地构造成连续的直齿或者斜齿或者构 造成分别以轴向中间的分隔槽相互偏移的人字齿或者说人字齿部。
在此， 常规的方案是将内齿部构造成直齿， 首先在察觉到由内齿部产生的噪音排
放和声音排放之前使用这种方案。首先在直齿与现代的降噪措施相结合的使用中， 这种直 齿在其有利的制造成本方面还是一如既往地让人感兴趣。
然而， 最新的传动概念通常设置用于行星齿轮变速器的所有轮的斜齿， 因为在这 种齿部中可以选择倾斜角度， 该倾斜角度相对于直齿会在齿部中产生显著更高的接触比， 从而明显降低在风力操作中的振动和噪音。此外， 该齿部可以设计成直齿的齿长的两倍以 下， 从而可以在结构空间需求相同时显著提高力矩传递。该斜齿额外地提供了补偿外部轴 向力的方案， 方法是根据作用的外部轴向力的方向来确定齿部的倾斜方向。
然而， 行星齿轮变速器提供了具有间隔的最大的优点， 在该行星齿轮变速器中， 不 仅环形齿轮而且行星齿轮和恒星齿轮都设有人字齿或者说人字齿部。在此， 这种人字齿或 者说人字齿部的特点是齿部的高接触比， 该接触比实现了行星齿轮变速器的安静的并且少 振动的运行。在此， 通过反向的斜齿形成的两侧的轴向力如此定向， 使得其相互抵消， 从而 确保最佳的负载传递。 此外， 在人字齿或者说人字齿部中特别有利的是， 通过行星齿轮的轴 向运动的轴承最终补偿了在齿部制造中出现在内轴承环上的在两个齿部范围之间的不同 心度， 因为行星齿轮通过齿部移动自动地定心。
此外， 根据权利要求 6， 根据本发明构造的转子轴承的有针对性的改进方案是， 为 了可以调节大型滚动轴承的轴向间隙， 在内轴承环的两个部分环之间优选布置了具有求得 的确定的宽度的隔离环。 在此， 该隔离环优选具有和内轴承环的第二部分环一样的内直径， 并且同样在第二部分环之前推到第一部分环上。
最后根据权利要求 7， 作为用于能够调节根据本发明构造的转子轴承的大型滚动 轴承的轴向间隙的替代方案， 还提出额外地将大型滚动轴承的外轴承环沿轴向对称地分成 两个部分环， 具有求得的确定的宽度的隔离环布置在这两个部分环之间。在此特别有利的 是， 在外轴承环的部分环之间的隔离环具有和部分环一样的径向高度， 然而其中也可以将 隔离环布置在加入两个部分环的相互抵靠的轴向表面中的环形槽中， 使得该部分环相互间 具有微小的间隔和 / 或相互间进行额外的形状配合的连接。
作为替代方案， 另一合适的、 用于调节构造成圆锥滚子轴承或者径向推力球轴承 的大型滚动轴承的轴向间隙的措施是， 至少通过打磨第二部分环的面对第一部分环的轴向 侧面以确定的宽度构造内轴承环的第二部分环。 然而也可以考虑通过切削加工来处理两个 部分环的相互指向的轴向侧面或者通过对其轴向尺寸进行涂层来影响其轴向侧面。 因为这 种加工在制造技术方面是比较复杂的并且成本较高的， 所以出于成本原因并且通过以下方 法证明是最有利的是通过隔离环来调节轴向间隙， 方法是在此通过更换合适的隔离环能够 比较简单地补偿在隔离环的宽度中出现的加工误差。
总之， 根据本发明构造的转子轴承相对于现有技术公开的转子轴承具有这样的优 点， 即大型滚动轴承能够承受所有作用到转子上的力和力矩， 并且同时通过连接在后面的 行星齿轮变速器的环形齿轮的、 集成到内轴承环中的齿部来承担该环形齿轮的功能。 由此， 根据本发明的转子轴承构造紧凑并且重量减少， 并且其特征在于大型滚动轴承和行星齿轮 变速器上的少量的单个部件。此外， 内轴承环和环形齿轮的一件式的构造可靠地排除了由 在内轴承环和环形齿轮之间进行压力配合连接时正的配合过度形成的对轴颈的功能或者 对行星齿轮变速器的齿部的负面影响。附图说明 下面在多个优选的实施方式中参照附图对根据本发明构造的转子轴承进行详细 解释。图中示出 ：
图 1 是具有根据本发明构造的转子轴承的风力发电设备的示意图 ；
图 2 是根据图 1 的细节 X 的放大的视图， 其具有根据本发明构造的转子轴承的转 子轮毂 - 大型滚动轴承 - 固定件的第一变型方案 ；
图 3 是根据图 1 的细节 X 的放大的视图， 其具有根据本发明构造的转子轴承的转 子轮毂 - 大型滚动轴承 - 固定件的第二变型方案 ；
图 4 是根据本发明构造的转子轴承的大型滚动轴承的第一实施方式的横截面的 部分视图 ；
图 5 是根据本发明构造的转子轴承的大型滚动轴承的第二实施方式的横截面的 部分视图 ；
图 6 是根据本发明构造的转子轴承的大型滚动轴承的第三实施方式的横截面的 部分视图 ；
图 7 是根据本发明构造的转子轴承的大型滚动轴承的第四实施方式的横截面的 部分视图。
具体实施方式 在图 1 中示意性地示出了风力发电设备 1， 该风力发电设备基本上包括 ： 可旋转地 安装在机塔 2 上的、 具有用于发电的发电机 4 的机房 3 ； 承载至少两个转子叶片 6 的转子轮 毂 7 的、 风力驱动的转子 5 ； 以及承载转子 5 的大型滚动轴承 8。在此， 如图 2 和 3 所示， 大 型滚动轴承 8 具有抗扭地固定在机房 3 上并与转子轮毂 7 同轴布置的第一轴承环 9 以及可 扭转地保持在第一轴承环 9 上并固定在转子轮毂 7 上的第二轴承环 10， 其中与机房 3 连接 的第一轴承环 9 要么像图 2 中示出的第一变型方案一样由大型滚动轴承 8 的外环形成， 要 么像图 3 中示出的第二变型方案一样由大型滚动轴承 8 的内环形成， 并且固定在转子 5 上 的第二轴承环 10 相应地同样构造成内环或者外环。同样可以从图 2 和 3 中获知， 大型滚动 轴承 1 具有大量在轴承环 9， 10 之间滚动的滚动体 11 并且与连接在后面的与发电机 4 连接 的行星齿轮变速器 12 连接， 该行星齿轮变速器以已知的方式由带有环绕的内齿部 14 的环 形齿轮 13、 多个支承在行星齿轮架 15 上的并没有详细示出的行星齿轮以及同样没有详细 示出的中间的恒星齿轮组成。
此外， 也可以从图 2 和 3 的附图中获知， 大型滚动轴承 8 的相应地形成内环的轴承 环 9 或 10 根据本发明同时形成了与发电机 4 连接的行星齿轮变速器 12 的环形齿轮 13， 方 法是其内侧 16 设有环形齿轮 13 的环绕的内齿部 14。在此， 该大型滚动轴承 8 要么可以如 图 4 和 5 中所示构造成具有两列 17， 18 并排布置的作为滚动体 11 的锥形滚子的圆锥滚子 轴承， 要么可以如图 6 和 7 所示构造成具有两列 17， 18 并排布置的作为滚动体 11 的滚珠的 径向推力球轴承， 其中该大型滚动轴承的具有内齿部 14 的内轴承环 9 或者 10 分别轴向非 对称地分成两个部分环 19， 20， 从而首先确保大型滚动轴承 8 能够简单地进行装配。 通过非 对称的划分， 内轴承环 9 或者 10 就包括在其内侧 16 上具有完整的内齿部 14 的第一部分环 19 以及通过压配合连接固定在该部分环 19 上的第二部分环 20， 该第二部分环完整地形成
了大型滚动轴承 8 的用于滚动体 11 的两个滚动面之一。
此外， 至少隐含地从图 2 和 3 中获知， 在内轴承环 9 或 10 的第一部分环 19 的内侧 16 上的内齿部 14 要么如图 2 所示构造成连续的斜齿， 要么如图 3 中所示构造成以轴向中间 的分隔槽 21 相互偏移的人字齿或者说人字齿部。在此， 斜齿具有这样的倾斜角度， 即在内 齿部 14 中获得较高的接触比， 通过该接触比明显减少了在风力操作中的干扰振动和噪音。 相反， 通过人字齿或者说人字齿部会出现游动的负载啮合点， 该负载啮合点对于行星齿轮 变速器 12 中的非常均匀的负载分配来说是有因果关系的， 并且同样会明显减少风力操作 中的振动和噪音， 其中由反向的齿部形状形成的两侧的轴向力相互抵消并且因此确保了最 佳的负载传递。
最后， 根据图 4 和 6 的大型滚动轴承 8 的方法的视图还说明了， 为了能够调节构造 成两列的圆锥滚子轴承或者径向推力球轴承的大型滚动轴承 8 的轴向间隙， 优选在内轴承 环 9 或者 10 的两个部分环 19， 20 之间布置了具有求得的确定的宽度的隔离环 22。在此， 该隔离环 22 明显可以看出具有和内轴承环 9 或者 10 的第二部分环 20 一样的内直径， 并且 同样在第二部分环 20 之前推到第一部分环 19 上。然而作为其替代方案， 也可以如图 5 和 7 所示， 通过将外轴承环 10 或者 9 轴向对称地分成两个部分环 23， 24 来实现大型滚动轴承 8 的轴向间隙的可调性， 方法是在部分环 23， 24 之间布置具有求得的确定的宽度的隔离环 25。在该构造中特别有利的是， 在外轴承环 10 或者 9 的部分环 23， 24 之间的隔离环 25 具 有和部分环 23， 24 一样的径向高度， 然而其中也可以将隔离环 25 以没有详细示出的方式布 置在添入两个部分环 23， 24 的相互抵靠的轴向表面中的环形槽中， 使得部分环 23， 24 相互 间具有少许间隔并且相互间具有额外的形状配合的连接。
参考标号 1 风力发电设备 2 机塔 3 机房 4 发电机 5 转子 6 转子叶片 7 转子轮毂 8 大型滚动轴承 9 8 的第一轴承环 10 8 的第二轴承环 11 8 的滚动体 12 行星齿轮变速器 13 12 的环形齿轮 14 13 的内齿部 15 12 的行星齿轮架 16 9 或 10 的内侧 17 11 的第一列 18 11 的第二列7101918711 A CN 101918712
说9 或 10 的部分环 9 或 10 的部分环 分隔槽 19， 20 之间的隔离环 10 或 9 的部分环 10 或 9 的部分环 23， 24 之间的隔离环明书6/6 页19 20 21 22 23 24 25