LU103210B1 - Nabenanordnung für eine Windenergieanlage - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Nabenanordnung (1) für eine Windenergieanlage, umfassend einen Nabenkörper (2), mit mindestens einer Anschlussfläche (3), in der ein erster Lochkreis (4) ausgebildet ist, eine blattseitige Extenderlagereinheit (5) umfassend einen ersten Lagerring (6) mit einem zweiten Lochkreis (7), der mit dem ersten Lochkreis (4) fluchtet, und einen zweiten Lagerring (8) zur Befestigung an einem Rotorblatt der Windenergieanlage, wobei der zweite Lagerring (8) koaxial zu dem ersten Lagerring (6) um die gemeinsame Lagerachse verdrehbar angeordnet ist, und eine nabenseitige Extenderlagereinheit (9), wobei der Nabenkörper (2) mit dem ersten Lagerring (6) über den ersten und den zweiten Lochkreis (4, 7) verschraubt ist und wobei die nabenseitige Extenderlagereinheit (9) zumindest zwei Laschen (10) umfasst, die sich jeweils über einen Umfangsabschnitt der Lochkreise (4, 7) erstrecken und einen entsprechenden Lochkreisbogen aufweisen, der mit den Lochkreisen (4, 7) fluchtet, wobei die Laschen (10) in die Verschraubung des Nabenkörpers (2) mit dem ersten Lagerring (6) eingefügt sind.

Description

Nabenanordnung für eine Windenergieanlage

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Nabenanordnung für eine Windenergieanlage nach dem Oberbe- griff des Anspruchs 1.

Die Rotorblätter von Windenergieanlagen werden an dem Nabenkôrper mithilfe von Groß- wälzlagern befestigt. Die GroRwalzlager ermöglichen die Verstellung des Anstellwinkels der

Rotorblatter zum Wind, der unter anderem zur Leistungsregelung der Windenergieanlage er- forderlich ist. Zusätzlich zu dem Lager ist für die Verstellung des Rotorblattes ein üblicher- weise hydraulischer oder elektrischer Verstellantrieb vorgesehen.

Aktuell im Markt erhältliche Nabenkôrper für Windenergieanlagen sind in der Regel als ein- teilige Gussformen konstruiert. Bei Bedarf können zur Versteifung an Blatt- und/oder Rotorla- geranschlussflächen zusätzlich separat gefertigte Versteifungsplatten mit dem Nabenkôrper verschraubt werden. Diese konventionellen Versteifungsplatten haben eine einfache, kreis- scheibenférmige Geometrie, und werden über 360° Lagerumfang über einen Lochkreis mit dem Nabenkôrper, dem Rotorblatt oder dem Blattlager verschraubt.

Aus WO 2012/069062 A1 ist eine Nabenanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt. WO 2012/069062 A1 beschreibt ein Blattverstellsystem zum Drehen eines Blattes einer Windturbine relativ zu einer Nabe, das ein Lager mit einem inneren Lagerring zur Mon- tage an der Nabe, und einen äußeren Lagerring zur Montage an dem Blatt umfasst. Ein ers- tes plattenfôrmiges Verbindungselement ist zwischen der Nabe und dem inneren Lagerring angeordnet und deckt die Offnung der Nabe an der Befestigungsstelle für den inneren Lager- ring bis auf eine Offnung, die den Zugang von der Nabe ins Blatt ermôglicht, ab.

Nachteilig ist, dass das plattenférmige Verbindungselement ein hohes Eigengewicht auf- weist, welches die Masse des Nabenkôrpers erhöht. Zudem werden Platten mit dem Durch- messer der Blattanschlussflache durch die technische Entwicklung hin zu immer größer wer- denden Nabenkôrpern immer schwieriger zu fertigen und zum Standort der Windenergiean- lage zu transportieren. Soll auf Versteifungsplatten verzichtet werden, ist es eine konventio- nelle Lôsung, die Wandstärke des Nabenkôrpers entsprechend massiver auszulegen, was aber den Nachteil eines besonders hohen Gewichts der Nabe mit sich bringt.

Erste Überlegungen für eine segmentierte Bauweise von Naben für Windenergieanlagen sind beispielsweise aus EP 2 691 646 B1, EP 2 516 845 B1 und DE 10 2011 052 668 B4 be- kannt. Allen diesen Patentschriften ist gemein, dass die einzelnen Nabensegmente aufwän- dig durch zusätzliche Verschraubungen miteinander verbunden werden müssen. Um eine hinreichende Steifigkeit der Nabe zu erzielen, werden die Segmente entweder mit zuséatzli- chen Flanschen ausgebildet, um diese in den Fügestellen direkt miteinander zu verbinden oder es sind zusätzliche Verbindungsplatten mit mehreren Lochkreisen erforderlich, um eine hinreichend stabile Anschlussfläche für die Blattlager bereitzustellen. Teilweise werden sogar zusätzliche Versteifungskörper in der Nabe benötigt, die die Zugänglichkeit erschweren. All diese Maßnahmen führen zu einer aufwendigen Fertigung und Montage der segmentierten

Naben und einem hohen Gewicht.

Offenbarung der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Nabenanordnung für eine Windenergieanlage anzu- geben, die unter Beibehaltung einer ausreichenden Verwindungssteifigkeit der nabenseitigen

Blattlager-Anschlussflächen ein reduziertes Gewicht aufweist und zu Vereinfachungen in

Herstellung, Transport und Montage führt.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Nabenanordnung für eine Windenergieanlage mit den

Merkmalen des Anspruchs 1.

Hierdurch wird eine Nabenanordnung für eine Windenergieanlage geschaffen, die einen Na- benkdrper, eine blattseitige Extenderlagereinheit und eine nabenseitige Extenderlagereinheit umfasst. Der Nabenkôrper ist mit mindestens einer Anschlussflache ausgestattet, in der ein erster Lochkreis ausgebildet. Die blattseitige Extenderlagereinheit umfasst einen ersten La- gerring mit einem zweiten Lochkreis, der mit diesem ersten Lochkreis der Anschlussfläche fluchtet. Die blattseitige Extenderlagereinheit umfasst ferner einen zweiten Lagerring zur Be- festigung an einem Rotorblatt der Windenergieanlage. Der zweite Lagerring ist koaxial zu dem ersten Lagerring um die gemeinsame Lagerachse verdrehbar angeordnet. Der Naben- körper ist mit dem ersten Lagerring über den ersten und den zweiten Lochkreis verschraubt.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die nabenseitige Extenderlagereinheit zumindest zwei Laschen umfasst, die sich jeweils über einen Umfangsabschnitt der Lochkreise erstre- cken und einen entsprechenden Lochkreisbogen aufweisen, der mit den Lochkreisen fluch- tet. Die Laschen sind in die Verschraubung des Nabenkdrpers mit dem ersten Lagerring ein- gefügt.

Der Erfindung liegt somit die Erkenntnis zugrunde, dass es zur Versteifung der nabenseiti- gen Blattlager-Anschlussflachen des Nabenkôrpers ausreichend ist, lokale Verstärkungen des Nabenkôrpers in Form von laschenfôrmigen Versteifungselementen einer nabenseitigen

Extenderlagereinheit vorzusehen, vorausgesetzt, dass diese in die Verschraubung des Na- benkôrpers mit dem ersten Lagerring einer blattseitigen Extenderlagereinheit eingefügt sind.

Durch die gemeinsame Verschraubung von Nabenkôrper, nabenseitiger Extenderlagerein- heit und blattseitiger Extenderlagereinheit wird lokal die Kontaktfläche im Reibschluss der

Verschraubung erhöht. Die resultierende Erhöhung der Belastbarkeit des Reibschlusses ver- mindert Verformungen des Nabenkôrpers in diesem Bereich. Zudem wird durch die gemein- same Verschraubung von nabenseitiger und blattseitiger Extenderlagereinheit die verstei- fende Wirkung der blattseitigen Extenderlagereinheit auf die nabenseitige Anschlussfläche in verbessertem Maße nutzbar gemacht. Da die Belastungen des Nabenkôrpers bei der Rota- tion der Nabe ungleichmäBig Über den Umfang der Anschlussflache auftreten, weil sie zu-

Mindest zum Teil durch das Eigengewicht der Rotorblätter bei Rotation um die Nabenachse verursacht werden, hat sich herausgestellt, dass derartige lokale Verstärkungen insbeson- dere in den strukturell am meisten beanspruchten Umfangsbereichen eine ausreichende

Versteifung der nabenseitigen Anschlussflache gewährleisten. Gleiches gilt analog hierzu für den Fall segmentierter Nabenkôrper, bei denen sich die hoch beanspruchten Umfangsberei- che der nabenseitigen Blattlager-Anschlussflächen — bedingt durch die Segmentierung — an den SegmentstôBen der benachbarten Nabensegmente ergeben. Eine lokale Versteifung entsprechend der Erfindung gewährleistet auch hier eine ausreichende Versteifung der na- benseitigen Blattlager-Anschlussflächen.

Weiterhin ist es vorteilhaft, dass die erfindungsgemäße Nabenanordnung ein verringertes

Gesamtgewicht aufweist. Durch die Verwendung von Laschen zur lokalen Versteifung kann

Gewicht gegenüber einer herkömmlichen Versteifungsplatte eingespart werden. Auch ge- genuber einer Lösung ohne Versteifungselement und entsprechend höherer Wandstärke der

Nabe werden Gewichtsvorteile realisiert.

Schließlich bildet die die gemeinsame Verschraubung von Nabenkôrper mit nabenseitiger und blattseitiger Extenderlagereinheit in einem gemeinsamen Lochkreis Vorteile in der Ferti- gung durch geringeren Bearbeitungsaufwand zum Fertigen von Verbindungsflanschen und

Bohrungen, sowie in der Montage durch die geringere benötigte Schraubenanzahl.

In bevorzugten Ausführungsformen sind zumindest zwei der Laschen diametral gegenüber- liegend zueinander angeordnet. Aufgrund der von der Nabenachse bedingten Vorzugsrich- tung der in die Anschlussfläche eingebrachten Belastungen - sei es infolge der äußeren Be- lastungen der Windenergieanlage oder infolge der Nabensegmentierung - treten die struktu- rell am meisten beanspruchten Bereiche der nabenseitigen Anschlussflache typischerweise diametral gegenüberliegend voneinander am Umfang der Anschlussfläche auf.

Ferner ist es bevorzugt, wenn zur radialen Versteifung der Anschlussflache zumindest zwei der Laschen über einen Steg miteinander verbunden sind. Die Verbindung der Laschen über einen Steg reduziert effektiv radiale Verformungen der Anschlussfläche und beugt so Ovali- sierungen vor. Besonders bevorzugt sind die Laschen dabei einteilig mit dem Steg ausgebil- det.

Weiterhin ist es bevorzugt, wenn der Steg mindestens eine Rippe zur Erhôhung der Biege- steifigkeit aufweist. Unter einer Rippe ist im Sinne dieser Offenbarung eine in Richtung der

Breite des Steges lokale Erhöhung der Dicke des Steges zu verstehen, die sich in Längsrich- tung des Steges erstreckt. Rippen bewirken somit eine Erhöhung des Flachentragheitsmo- mentes des Steges und versteifen diesen gegenüber Durchbiegung in Dickenrichtung. Die

Baugruppe bestehend aus Laschen, Steg und radialer Verrippung stellt darüber hinaus aus

Sicht der Fertigungs- und Montagekosten eine besonders vorteilhafte Lösung dar — insbe- sondere bei großen Nabenstrukturen und demzufolge großen Durchmessern der nabenseiti- gen Blattlager-Anschlußflächen.

In einigen Ausführungsformen weist der Steg eine Stegbreite auf, die im Bereich von 30 % bis 90% der maximalen Breite der jeweils von den durch den Steg verbundenen Laschen überdeckten Umfangsabschnitte beträgt. Die Stegbreite ist somit kleiner als die Breite sämtli- cher durch die Laschen überdeckten Umfangsabschnitte. Da der Steg hauptsächlich zur Auf- nahme von Zug- und Druckbelastungen, sowie Biegebelastungen in Längsrichtung des Ste- ges dient, kann die Breite des Steges in dem genannten Bereich gewählt werden, um das

Gewicht zu reduzieren.

Vorzugsweise ist der Nabenkörper im Bereich der Laschen mit einem radial gegenüber dem ersten Lagerring vorstehenden Flanschabschnitt ausgebildet und der Flanschabschnitt ist mit den Laschen über eine Mehrzahl von Befestigungsbohrungen verschraubt. Im Bereich des vorstehenden Flanschabschnitts besteht somit eine zusätzliche Verschraubung zwischen dem Nabenkôrper und der nabenseitigen Extenderlagereinheit, die gegenüber dem ersten und zweiten Lochkreis radial beabstandet ist. Die zusätzliche Verbindung zwischen Naben- körper und Laschen kann die Steifigkeit des Nabenkôrpers weiter erhöhen. Bei segmentier- ter Ausbildung des Nabenkôrpers kann die zusätzliche Verschraubung zudem vorteilhaft zur

Vormontage des Nabenkôrpers vor dem Anschluss der blattseitigen Extenderlagereinheit ge- nutzt werden.

Weiterhin sind Ausführungsformen denkbar, bei denen die nabenseitige Extenderlagereinheit mindestens vier Laschen umfasst, die gleichmäßig oder ungleichmäßig über den Umfang der

Lochkreise verteilt angeordnet sind. Insbesondere können die vier Laschen sternförmig mit- einander über Stege verbunden sein. Bei einer derartigen Ausbildung ist es vorteilhaft, dass die Kreisform der Anschlussfläche unter Belastungen des Nabenkôrpers in mehr als einer

Richtung stabilisiert werden.

Bevorzugt erstrecken sich die Laschen über Umfangsabschnitte der Lochkreise mit einem

Zentrumswinkel im Bereich von 20° bis 70°, bevorzugt zwischen 30° und 60°. Die Laschen decken damit jeweils nur einen Bruchteil des Umfangs der Lochkreise ab und wirken dementsprechend lokal versteifend.

Weiterhin ist es bevorzugt, wenn die Zentrumswinkel der von den Laschen überdeckten Um- fangsabschnitte in der Summe höchstens 280°, besonders bevorzugt höchstens 230° und weiter bevorzugt höchstens 180° betragen.

Besondere weitere Vorzüge der Erfindung ergeben sich in Ausführungsformen, bei denen der Nabenkörper mindestens zwei Nabenkörpersegmente umfasst, an denen jeweils ein Ab- schnitt des ersten Lochkreises ausgebildet ist, wobei die Abschnitte derart zusammengefügt sind, dass sie gemeinsam den ersten Lochkreis bilden und die Fügestellen jeweils von einer

Lasche überbrückt sind. Durch die Segmentierung des Nabenkörpers lassen sich größere

Naben in Teilen an den Standort der Windenergieanlage transportieren. Die Nabensegmente sind auch einfacher in der Fertigung, weil kein einteiliger Hohlkörper gegossen werden muss.

Das Handling während der Bearbeitung und die Montage sind durch das geringere Gewicht und die geringeren Abmessungen der Segmente im Vergleich zu einem einteiligen Naben- körper vereinfacht. Bei der erfindungsgemäßen Nabenanordnung ist daher die blattseitige

Extenderlagereinheit das im Transportdurchmesser größte an den Standort der Windener- gieanlage zu verschaffende Bauteil. Die erfindungsgemäße Nabenanordnung ermöglicht eine besonders einfache Montage, bei der die blattseitige Extenderlagereinheit den Hauptan- teil an der Stabilisierung des mehrteiligen Nabenkörpers trägt. In den Fügestellen wird der

Nabenkôrper zusätzlich durch die Laschen als lokale Versteifungselemente unterstützt. Es ist somit keine direkte Verschraubung der Nabensegmente miteinander erforderlich und es werden auch keine zusätzlichen konstruktiven Elemente im Inneren der Nabe zur Stabilisie- rung benötigt.

Der Zusammenbau der erfindungsgemäßen Nabenanordnung erfolgt vorteilhaft durch die gemeinsame Verschraubung von den Nabenkörpersegmenten mit blattseitiger und na- benseitiger Extenderlagereinheit.

Bevorzugt ist die Anschlussfläche als ein Anschlussflansch mit Durchgangsbohrungen als erstem Lochkreis ausgebildet, wobei die nabenseitige Extenderlagereinheit nabeninnenseitig des Anschlussflansches und die blattseitige Extenderlagereinheit nabenaußenseitig des An- schlussflansches angeordnet ist. Durch die sandwichartige Anordnung und Verschraubung des Anschlussflansches zwischen der blattseitigen und der nabenseitigen Extenderlagerein- heit wird die für den Reibschluss wirksame Fläche weiter vergrößert, da beide axialen Ober- flächen des Flansches für die Übertragung von Schub- und Reibkräften nutzbar gemacht werden. Ferner kann bei diesen Ausführungsformen die Biegebeanspruchung der Schraub- verbindung, die beide Extenderlagereinheiten mit dem einteiligen Nabenkôrper bzw. den Na- bensegmenten verbindet, reduziert werden.

In alternativen Ausführungsformen ist der erste Lochkreis als Sacklochbohrungen in der An- schlussfläche ausgebildet, wobei die nabenseitige Extenderlagereinheit und die blattseitige

Extenderlagereinheit nabenaußenseitig des Nabenkörpers angeordnet sind. Um in diesem

Fall eine gleichmäßige Abstützung der blattseitigen Extenderlagereinheit über deren Umfang sicherzustellen, kann die Anschlussfläche am Nabenkörper und/oder die entsprechende An- schlussfläche der blattseitigen Extenderlagereinheit mit Ausnehmungen versehen sein zur

Aufnahme der nabenseitigen Extenderlagereinheit. Die Ausnehmungen zur Aufnahme der nabenseitigen Extenderlagereinheit erlauben eine direkte Auflage der blattseitigen Extender- lagereinheit auf dem Nabenkôrper in den übrigen Umfangsabschnitten. Alternativ können zum Zweck der gleichmäßigen Abstützung zwischen den Laschen der nabenseitigen Exten- derlagereinheit Distanzringelemente vorgesehen sein. Diese Ausführungsform zeichnet sich durch nur eine bearbeitete nabenseitige Auflagefläche für die Befestigung der Extenderlage- reinheiten aus.

Schließlich ist es bevorzugt, wenn der erste Lagerring mit einer Rotornabenverlängerung ausgebildet ist, die sich nabenseitig in Richtung der Lagerachse über den zweiten Lagerring hinaus erstreckt und in deren nabenseitigem Endbereich der zweite Lochkreis angeordnet ist. Die in der blattseitigen Extenderlagereinheit integrierte Rotornabenverlängerung bewirkt eine erhôhte Steifigkeit der blattseitigen Extenderlagereinheit, die zur Versteifung der na- benseitigen Anschlussflache beiträgt. Dies erlaubt insbesondere eine verbesserte Aufnahme der infolge einer Segmentierung des Nabenkörpers auftretenden, zusätzlichen Beanspru- chungen. Weiterhin werden durch die Beabstandung der Anschlussfläche von dem an der blattseitigen Extenderlagereinheit angeordneten ersten Lagerring, Verformungen des Lager- rings reduziert, die zu einer Beeinträchtigung der Blattlagerung führen könnten.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind der nachfolgenden Beschreibung und den Un- teransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in den beigefügten Abbildungen dargestellten

Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt schematisch eine Windenergieanlage mit einer erfindungsgemäß en

Nabenanordnung,

Fig. 2 zeigt schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen

Nabenanordnung in einer perspektivischen Darstellung,

Fig. 3 zeigt schematisch den Aufbau des Nabenkörpers der Nabenanordnung ge- mäß Fig. 2 in einer Explosionsdarstellung,

Fig. 4 zeigt schematisch in einer teilweise geschnittenen, perspektivischen An- sicht eine Detaildarstellung der Befestigung der blattseitigen und der na- benseitigen Extenderlagereinheit am Nabenkörper der Nabenanordnung gemäß Fig. 2,

Fig. 5 zeigt schematisch in einer teilweise geschnittenen, perspektivischen An- sicht eine Detaildarstellung der als ein Anschlussflansch mit Durchgangs- bohrungen ausgebildeten Anschlussfläche des Nabenkôrpers der Naben- anordnung gemäß Fig. 2,

Fig. 6 zeigt schematisch in einer teilweise geschnittenen Darstellung ein zweites

Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Nabenanordnung, bei der der erste Lochkreis als Sacklochbohrungen in der Anschlussfläche ausgebildet ist,

Fig. 7 zeigt schematisch eine nabenseitige Anschlussfläche eines Nabenkôrpers mit einer als zwei Laschen ausgebildeten nabenseitigen Extenderlagerein- heit,

Fig. 8 zeigt schematisch eine nabenseitige Anschlussflache eines Nabenkôrpers mit einer nabenseitigen Extenderlagereinheit, die zwei über einen Steg ver- bundene Laschen umfasst,

Fig. 9 zeigt schematisch eine nabenseitige Anschlussfläche eines Nabenkörpers mit einer nabenseitigen Extenderlagereinheit, die zwei über einen Steg ver- bundene Laschen umfasst, die zusätzlich mit einem radial vorstehenden

Flanschabschnitt des Nabenkdrpers verschraubt sind, und

Fig. 10A bis C zeigen schematisch weitere Ausführungsvarianten der nabenseitigen Ex- tenderlagereinheit.

Ausführungsformen der Erfindung

In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen ver- sehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt.

In Fig. 1 ist eine Windenergieanlage 100 mit einer erfindungsgemäfBen Nabenanordnung 1 dargestellt. Die Windenergieanlage 100 umfasst einen Turm 110, eine Gondel 120 und einen drehbar an der Gondel 120 gelagerten Rotor 130. Der Rotor 130 umfasst die erfindungsge- mäße Nabenanordnung 1 und eine Mehrzahl von drehbar an der Nabenanordnung 1 befes- tigten Rotorblättern 140. Üblicherweise umfasst der Rotor 130 wie dargestellt drei Rotorblät- ter 140.

Die Rotorblätter 140 sind drehbar an der Nabenanordnung 1 gelagert, um eine Leistungsre- gelung der Windenergieanlage 100 bei schwankenden Windverhältnissen zu ermöglichen.

Darüber hinaus ist eine Verstellung der Rotorblätter 140 in die Fahnenstellung, also in Wind- richtung, môglich, um die Leistungsaufnahme der Rotorblätter 140 zu minimieren und die

Windenergieanlage 100 außer Betrieb zu nehmen.

Zur Befestigung mindestens eines der Rotorblätter 140 umfasst die erfindungsgemäße Na- benanordnung 1 eine blattseitige Extenderlagereinheit 5 und eine nabenseitige Extenderla- gereinheit 9, die an dem Nabenkôrper 2 befestigt sind (vgl. Fig. 4 und 6). Bevorzugt sind alle — Rotorblätter 140 an dem Nabenkôrper 2 auf diese Weise befestigt.

Der Aufbau der erfindungsgemäfBen Nabenanordnung 1 wird nachfolgend im Einzelnen mit

Bezug auf die Figuren 2 bis 10 näher erläutert.

Die Fig. 2 bis 5 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäfBen Nabenanord- nung 1. Fig. 2 zeigt eine perspektivische Außenansicht der Nabenanordnung 1. Um den Auf- bau der Nabenanordnung 1 besser zu verdeutlichen, zeigen Fig. 3 eine Explosionszeich- nung und die Fig. 4 und 5 Detaildarstellungen des Nabenkôrpers 2 und der daran ange- schlossenen Komponenten. In der Darstellung gemäß Fig. 3 ist ein Nabenkôrpersegment, sowie die blattseitige Extenderlagereinheit der Übersicht halber nicht dargestellt.

In dem in den Fig. 2 bis 5 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel ist eine Nabenanord- nung 1 für eine Windenergieanlage 100 gezeigt. Die Nabenanordnung 1 umfasst einen Na- benkôrper 2, sowie jeweils mindestens eine blattseitige Extenderlagereinheit 5 und eine na- benseitige Extenderlagereinheit 9. Der Nabenkôrper 2 weist mindestens eine Anschlussflä- che 3 auf, in der ein erster Lochkreis 4 ausgebildet ist.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst der Nabenkôrper 2 drei Anschlussflächen 3 die jeweils mit einer blattseitigen Extenderlagereinheit 5 und einer nabenseitigen Extender- lagereinheit 9 in der nachfolgend beschriebenen Weise zusammenwirken. Es sind jedoch auch Ausführungsbeispiele denkbar, bei denen eine von drei verschiedene Anzahl von Ro- torblättern mit dem Nabenkôrper zu verbinden sind, oder nur einzelne der Rotorblätter über die erfindungsgemäße Zusammenwirkung von Nabenkôrper, nabenseitiger Extenderlage- reinheit und blattseitiger Extenderlagereinheit an der Nabenanordnung befestigt sind.

Die blattseitige Extenderlagereinheit 5 umfasst einen ersten Lagerring 6 mit einem zweiten

Lochkreis 7, der mit dem ersten Lochkreis 4 fluchtet, und einen zweiten Lagerring 8 zur Be- festigung an einem Rotorblatt 140 der Windenergieanlage 100. Der Nabenkôrper 2 ist mit dem ersten Lagerring 6 Über den ersten und den zweiten Lochkreis 4, 7 verschraubt. Der zweite Lagerring 8 ist koaxial zu dem ersten Lagerring 6 um die gemeinsame Lagerachse A verdrehbar angeordnet.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die nabenseitige Extenderlagereinheit 9 zumindest zwei Laschen 10, 11 umfasst, die sich jeweils Über einen Umfangsabschnitt 17 der Loch- kreise 4, 7 erstrecken und einen entsprechenden Lochkreisbogen 14 aufweisen, der mit den

Lochkreisen 4, 7 fluchtet. Die Laschen 10, 11 sind dabei in die Verschraubung des Naben-

kôrpers 2 mit dem ersten Lagerring 6 eingefügt (vgl. Fig. 4). Vorzugsweise sind zumindest zwei der Laschen 10, 11 diametral gegenüberliegend zueinander angeordnet.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass der erste Lagerring 6 der blattseitigen Extenderlagereinheit 5 mit einer Rotornabenverlängerung 21 ausgebildet ist, die sich nabenseitig in Richtung der

Lagerachse À über den zweiten Lagerring 8 hinaus erstreckt und in deren nabenseitigem

Endbereich E der zweite Lochkreis 7 angeordnet ist. Bevorzugt erstreckt sich die Rotor- nabenverlängerung 21 in axialer Richtung À mindestens um die Hälfte der axialen Erstre- ckung des zweiten Lagerring 8 Über diesen hinaus. Hierdurch wird eine axiale Beabstandung der Lagerringe 6, 8 gegenüber der nabenseitigen Anschlussflache 3 erreicht, die Verformun- gen und dadurch hervorgerufene VerschleiRbeanspruchungen des Blattlagers reduziert.

Der erste Lagerring 6 kann unterteilt sein in zwei oder mehrere Teilringe 6°, 6°. Abhängig von der Lagerbauform kann alternativ oder zusätzlich auch der zweite Lagerring 8 in zwei oder mehr Teilringe unterteilt sein (nicht dargestellt). Die Unterteilung der Lagerringe vereinfacht den Zusammenbau des Lagers. Beispielhaft ist das aus dem ersten Lagerring 6 und dem zweiten Lagerring 8 zusammengesetzte Lager in den Ausführungsbeispielen als dreireihige

Rollendrehverbindung dargestellt. Die Erfindung umfasst jedoch auch andere Lagerbaufor- men mit beliebigen Wälzkôrpern (wie Kugeln oder Rollen) und/oder Gleitlager.

Wie insbesondere aus Fig. 3 ersichtlich, kann der Nabenkôrper 2 vorzugsweise mindestens zwei Nabenkôrpersegmente 2‘, 2“ umfassen, an denen jeweils ein Abschnitt 4°, 4“ des ers- ten Lochkreises 4 ausgebildet ist. Die Abschnitte 4‘, 4“ werden dann beim Zusammenbau des Nabenkdrpers 2 derart zusammengefügt, dass sie gemeinsam den ersten Lochkreis 4 bilden. Die Fügestellen 20 werden dabei jeweils von einer Lasche 10, 11 überbrückt. Bei ei- ner derartigen segmentierten Ausbildung des Nabenkôrpers 2 können die Nabenkôrperseg- mente 2°, 2“vorzugsweise zusätzlich durch einen oder mehrere Ringe 22 auf der windzuge- wandten und/oder der windabgewandten Seite des Nabenkörpers 2 miteinander verbunden sein.

Den Detaildarstellungen in Fig. 4 und 5 ist zu entnehmen, dass die Anschlussfläche 3 in die- sem ersten Ausführungsbeispiel als ein Anschlussflansch mit Durchgangsbohrungen als ers- tem Lochkreis 4 ausgebildet ist. Die nabenseitige Extenderlagereinheit 9 ist nabeninnenseitig des Anschlussflansches und die blattseitige Extenderlagereinheit 5 nabenaußenseitig des

Anschlussflansches angeordnet. Die nabenseitige und die blattseitige Extenderlagereinheit 9, 5 bilden somit eine sandwichartige Anordnung mit dem die Anschlussfläche 3 bildenden

Anschlussflansch. Ober- und Unterseite des Anschlussflansches werden so nutzbar gemacht zum Aufbau eines Reibschlusses in der Verschraubung.

Ebenfalls ist den Fig. 4 und 5 zu entnehmen, dass der Nabenkôrper 2 im Bereich der La- schen 10, 11 mit einem radial gegenüber dem ersten Lagerring 6 vorstehenden Flanschab- schnitt 18 ausgebildet sein kann, wobei der Flanschabschnitt 18 mit den Laschen 10, 11

Über eine Mehrzahl von Befestigungsbohrungen 19 verschraubt ist. Die Befestigung der

Flanschabschnitte 18 mit den Laschen 10, 11 liefert eine zusätzliche, von der Verschraubung des ersten Lochkreises 4 unabhängige Stabilisierung des Nabenkôrpers 2. Insbesondere beim Zusammenbau eines mehrteiligen Nabenkôrpers, der aus Nabenkôrpersegmenten 2°, 2“, 2“ zusammengesetzt ist, erlaubt die Verschraubung der Flanschabschnitte 18 mit den

Laschen 10, 11 eine Vormontage des Nabenkôrpers 2, bevor die blattseitige Extenderlage- reinheit 5 über den ersten Lochkreis 4 angebracht wird.

Fig. 6 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Nabenanordnung 1 gemäß einem zweiten

Ausführungsbeispiel. Da nur der Unterschied in der Befestigung der blattseitigen Extenderla- gereinheit 5 und der nabenseitigen Extenderlagereinheit 9 gegenüber dem ersten Ausfüh- rungsbeispiel gemäß den Figuren 2 bis 5 verdeutlicht werden soll, ist in der Darstellung ge- mäf Fig. 6 der besseren Übersicht halber nur ein Nabenkôrpersegment 2‘ des Nabenkôrpers 2 dargestellt.

Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel ist in Fig. 6 der erste Lochkreis 4 als Sack- lochbohrungen in der nabenseitigen Anschlussfläche 3 ausgebildet. Die nabenseitige Exten- derlagereinheit 9 und die blattseitige Extenderlagereinheit 5 sind beide nabenaußenseitig des Nabenkörpers 2 angeordnet. Die Befestigung erfolgt durch Schrauben 24, die durch die blattseitige Extenderlagereinheit 5 und die nabenseitige Extenderlagereinheit 9 in die Sack- lochbohrungen eingreifen. Dies erlaubt eine vereinfachte Fertigung des Nabenkdrpers, mit nur einer fein zu bearbeitenden Auflagefläche 3 für die nabenseitige Extenderlagereinheit 9.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 ist bevorzugt vorgesehen, dass zwischen den

Laschen 10, 11 Distanzringabschnitte 23 auf der Anschlussfläche 3 angeordnet werden, die zwischen den Laschen 10, 11 eine zusätzliche Auflagefläche für die blattseitige Extenderla- gereinheit 5 bereitstellen. Die Distanzringabschnitte 23 schließen demnach bevorzugt plan mit den Laschen 10, 11 ab. Alternativ dazu kann gemäß einem nicht dargestellten Ausfüh- rungsbeispiel die Anschlussfläche Ausnehmungen für zur Aufnahme der Laschen aufweisen,

so dass die Laschen nach Aufnahme in die Ausnehmungen bevorzugt plan mit der An- schlussflache abschließen.

Mit Bezug zu den Fig. 7 bis 10 werden nachfolgend verschiedene Ausführungsvarianten der nabenseitigen Extenderlagereinheit 9 beschrieben. Sämtliche in den Fig. 7 bis 10 dargestell- ten Ausführungsvarianten sind mit beiden zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen kom- binierbar, d. h. jede der nabenseitigen Extenderlagereinheiten 9 gemäß den Fig. 7 bis 10 ist in den erfindungsgemäBen Nabenanordnungen gemäß den Figuren 2 bis 6 einsetzbar.

In Fig. 7 ist eine Ausführungsvariante gezeigt, bei der die nabenseitige Extenderlagereinheit 9 aus zwei Laschen 10, 11 besteht. Die Laschen 10, 11 erstrecken sich jeweils Über einen

Umfangsabschnitt 17 des ersten Lochkreises 4 in der Anschlussflache 3. Durch die umfangs- seitige Erstreckung der Laschen 10, 11 ist ein den jeweiligen Laschen 10, 11 zugeordneter

Zentrumswinkel 31, R2 definiert. Bevorzugt erstrecken sich die Laschen 10, 11 über einen

Umfangsabschnitt 17 des Lochkreises 4 mit einem Zentrumswinkel 31, 32, im Bereich von 20° bis 70°, besonders bevorzugt zwischen 30° und 60°. Beispielhaft ist die Lasche 11 mit

Befestigungsbohrungen 19 ausgestattet, für die Zusammenwirkung mit einem radial innen- seitig gegenüber dem ersten Lagerring vorstehenden Flanschabschnitt 18 ausgebildet, wäh- rend die Lasche 10 solche Befestigungsbohrungen nicht aufweist. Genauso sind Ausfüh- — rungsvarianten denkbar, bei denen beide Laschen derartige Befestigungsbohrungen aufwei- sen oder beide Laschen ohne solche Befestigungsbohrungen ausgebildet sind.

In bevorzugten Ausführungsformen erstrecken sich die Laschen 10, 11 über Umfangsab- schnitte 17 der Lochkreise 4, 7 mit einem Zentrumswinkel 31, 32 im Bereich von 20° bis 70°, bevorzugt zwischen 30° und 60°. Die Zentrumswinkel 81, 82 der von den Laschen 10, 11

Uberdeckten Umfangsabschnitte 17 betragen in der Summe vorzugsweise höchstens 280°, weiter bevorzugt hôchstens 230° und besonders bevorzugt hôchstens 180°.

Die Ausführungsvarianten gemäß Fig. 8 unterscheidet sich von der vorher beschriebenen — Ausführungsvarianten dadurch, dass zur radialen Versteifung der Anschlussflache 3 die zwei

Laschen 10, 11 über einen Steg 15 miteinander verbunden sind. Dabei ist es bevorzugt, wenn die Laschen 10, 11 mit dem Steg 15 einteilig ausgebildet sind, weil hierdurch beson- ders hohe Streitigkeiten erreicht werden können. Schließlich kann vorzugsweise der Steg 15 mindestens eine Rippe 16 zur Erhöhung der Biegesteifigkeit aufweisen. Durch die Rippe 16 ergibt sich in Fig. 8 im leicht vergrößert dargestellten Schnitt A-A ein T-Profil des Steges 15.

Der Steg 15 weist vorzugsweise eine Stegbreite W1 auf, die im Bereich von 30 % bis 90 % der maximalen Breite W2 der jeweils von den durch den Steg 15 verbundenen Laschen 10, 11 überdeckten Umfangsabschnitte 17 beträgt.

Die Ausführungsvarianten gemäß Fig. 9 unterscheidet sich von Fig. 8 dadurch, dass Befesti- gungsbohrungen 19 vorgesehen sind für eine zusätzliche Verschraubung der Laschen 10, 11 mit dem radial vorstehenden Flanschabschnitt 18 des Nabenkôrpers 2.

Im Übrigen gelten die Ausführungen zu den vorherigen Ausführungsvarianten für Fig. 8 und 9 entsprechend.

In Fig. 10A bis 10C sind 3 weitere Ausführungsvarianten der nabenseitigen Extenderlage- reinheit 9 gezeigt.

Fig. 10A zeigt eine Variante mit zwei über einen Steg verbundenen Laschen 10, 11. Im Ver- gleich zu Fig. 8 und 9 sind die Laschen unsymmetrisch ausgebildet, wobei sich die Lasche 11 über einen wesentlich größeren Umfangsabschnitt mit dem Zentrumswinkel R2 erstreckt, als die Lasche 10.

Die Fig. 10B zeigt eine Ausführungsvarianten der nabenseitigen Extenderlagereinheit 9 mit vier Laschen 10, 11, 12, 13, die gleichmäßig über den Umfang der Lochkreise 4, 7 verteilt angeordnet sind. Die vier Laschen 10, 11, 12, 13 sind sternförmig miteinander über Stege 15, 15° verbunden.

Zusätzlich sind in Fig. 10B Distanzringabschnitte 23 gestrichelt dargestellt, die bei einer Mon- tage gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel (vgl. Fig. 6) zur Verwendung kommen kôn- nen. Ähnliche Distanzringabschnitte 23 können auch bei allen übrigen Ausführungsvarianten bei Montage gemäß Fig. 6 zum Einsatz kommen.

Die Ausführungsvariante gemäß Fig. 10C entspricht der Variante gemäß Fig. 10B mit dem

Unterschied, dass die Laschen 10, 11, 12°, 13° ungleichmäBig über den Umfang der Loch- kreise 4, 7 verteilt angeordnet sind. Durch die ungleichmäBige Verteilung kann die Extender- lagereinheit 9 für ungleichmäBige Belastungsfälle optimiert werden.

Sämtliche Laschen 10, 11, 12, 13, 12°, 13° erstrecken sich über Umfangsabschnitte der

Lochkreise 4, 7 mit einem Zentrumswinkel 81, 82, R3, R4, die im Bereich von 20° bis 70°, be-

vorzugt zwischen 30° und 60° liegen. Die Zentrumswinkel 31, 32, 33, R4 der von den La- schen 10, 11, 12, 13, 12°, 13° Uberdeckten Umfangsabschnitte betragen in der Summe vor- zugsweise hôchstens 280°, weiter bevorzugt hôchstens 230° und besonders bevorzugt hôchstens 180°.

Im Übrigen gelten die Ausführungen zu den vorherigen Ausführungsvarianten für Fig. 10A bis 10C entsprechend.

Bezugszeichenliste 1 Nabenanordnung 2 Nabenkörper 2‘, 2“, 2°“ Nabenkörpersegmente 3 Anschlussfläche 4 erster Lochkreis 4‘, 4" Abschnitt des ersten Lochkreises 5 blattseitige Extenderlagereinheit 6 erster Lagerring 6‘, 6“ Teilringe 7 zweiter Lochkreis 8 zweiter Lagerring 9 nabenseitige Extenderlagereinheit 10 bis 13, 12, 13° Laschen 14 Lochkreisbogen 15 Steg 16 Rippe 17 Umfangsabschnitt 18 Flanschabschnitt 19 Befestigungsbohrungen 20 Fügestelle 21 Rotornabenverlängerung 22 Ringe 23 Distanzringabschnitte 24 Schraube 100 Windenergieanlage 110 Turm 120 Gondel 130 Rotor 140 Rotorblatt

A Lagerachse

R1, R2, 33, R4 Zentrumswinkel

E nabenseitiger Endbereich der Rotornabenverlängerung

W1 Stegbreite

W2 maximale Breite der Laschen

Claims (15)

PATENTANSPRÜCHE

1. Nabenanordnung für eine Windenergieanlage (100), umfassend einen Nabenkôrper (2), mit mindestens einer Anschlussfläche (3), in der ein erster Lochkreis (4) ausgebildet ist, eine blattseitige Extenderlagereinheit (5) umfassend einen ersten Lagerring (6) mit einem zweiten Lochkreis (7), der mit dem ersten Loch- kreis (4) fluchtet, und einen zweiten Lagerring (8) zur Befestigung an einem Rotorblatt (140) der Windener- gieanlage (100), wobei der zweite Lagerring (8) koaxial zu dem ersten Lagerring (6) um die gemeinsame Lagerachse (A) verdrehbar angeordnet ist, und eine nabenseitige Extenderlagereinheit (9), wobei der Nabenkôrper (2) mit dem ersten Lagerring (6) über den ersten und den zwei- ten Lochkreis (4, 7) verschraubt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die nabenseitige Extenderlagereinheit (9) zumindest zwei Laschen (10, 11, 12, 13) umfasst, die sich jeweils über einen Umfangsab- schnitt (17) der Lochkreise (4, 7) erstrecken und einen entsprechenden Loch- kreisbogen (14) aufweisen, der mit den Lochkreisen (4, 7) fluchtet und die La- schen (10, 11, 12, 13) in die Verschraubung des Nabenkdrpers (2) mit dem ers- ten Lagerring (6) eingefügt sind.

2. Nabenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei der Laschen (10, 11; 12, 13) diametral gegenüberliegend zueinander angeordnet sind.

3. Nabenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur radia- len Versteifung der Anschlussfläche (3) zumindest zwei der Laschen (10, 11, 12, 13) über einen Steg (15) miteinander verbunden sind.

4. Nabenanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Laschen (10, 11, 12, 13) mit dem Steg (15) einteilig ausgebildet sind.

5. Nabenanordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Steg (15) mindestens eine Rippe (16) zur Erhöhung der Biegesteifigkeit aufweist.

6. Nabenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Steg (15) eine Stegbreite (W1) aufweist, die im Bereich von 30 % bis 90% der ma-

ximalen Breite (VV2) der jeweils von den durch den Steg (15) verbundenen Laschen (10, 11, 12,13) überdeckten Umfangsabschnitte (17) beträgt.

7. Nabenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Nabenkôrper (2) im Bereich der Laschen (10, 11, 12, 13) mit einem radial gegen- Uber dem ersten Lagerring (6) vorstehenden Flanschabschnitt (18) ausgebildet ist und der Flanschabschnitt (18) mit den Laschen (10, 11, 12, 13) Uber eine Mehrzahl von Be- festigungsbohrungen (19) verschraubt ist.

8. Nabenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die nabenseitige Extenderlagereinheit (9) mindestens vier Laschen (10, 11, 12, 13) um- fasst, die gleichmäßig oder ungleichmäBig über den Umfang der Lochkreise (4, 7) ver- teilt angeordnet sind.

9. Nabenanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die vier Laschen (10, 11, 12, 13) sternförmig miteinander über Stege (15, 15°) verbunden sind.

10. Nabenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Laschen (10, 11, 12, 13) über Umfangsabschnitte (17) der Lochkreise (4, 7) mit einem Zentrumswinkel (31, R2, 83, R4) im Bereich von 20° bis 70°, bevorzugt zwi- schen 30° und 60°, erstrecken.

11. Nabenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrumswinkel (31, R2, R3, R4) der von den Laschen (10, 11, 12, 13) über- deckten Umfangsabschnitte (17) in der Summe höchstens 280°, bevorzugt höchstens 230° und besonders bevorzugt héchstens 180° betragen.

12. Nabenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Nabenkôrper (2) mindestens zwei Nabenkôrpersegmente (2°, 2“) umfasst, an denen jeweils ein Abschnitt (4°, 4”) des ersten Lochkreises (4) ausgebildet ist, wobei die Abschnitte (4°, 4”) derart zusammengefügt sind, dass sie gemeinsam den ersten Lochkreis (4) bilden, und die Fügestellen (20) jeweils von einer Lasche (10, 11, 12, 13) überbrückt sind.

13. Nabenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussflache (3) als ein Anschlussflansch mit Durchgangsbohrungen als erstem Lochkreis (4) ausgebildet ist, wobei die nabenseitige Extenderlagereinheit (9) nabeninnenseitig des Anschlussflansches und die blattseitige Extenderlagereinheit (5) nabenauBenseitig des Anschlussflansches angeordnet ist.

14. Nabenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Lochkreis (4) als Sacklochbohrungen in der Anschlussfläche (3) ausge- bildet ist, wobei die nabenseitige Extenderlagereinheit (9) und die blattseitige Extender- lagereinheit (5) nabenauBenseitig des Nabenkôrpers (2) angeordnet sind.

15. Nabenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Lagerring (6) mit einer Rotornabenverlängerung (21) ausgebildet ist, die sich nabenseitig in Richtung der Lagerachse (A) über den zweiten Lagerring (8) hinaus erstreckt und in deren nabenseitigem Endbereich (E) der zweite Lochkreis (7) angeord- net ist.