WO2024223500A1 - Device for fastening a rotor blade to a hub body, and multi-part hub assembly for a wind turbine - Google Patents
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- F03D80/701—Pitch or yaw bearings
Definitions
- the invention relates to a device for fastening a rotor blade to a hub body according to the preamble of claim 1, as well as a multi-part hub arrangement for a wind turbine according to the preamble of claim 6.
- the rotor blades of wind turbines are attached to the hub using large roller bearings.
- the large roller bearings enable the angle of attack of the rotor blades to the wind to be adjusted, which is necessary, among other things, to regulate the power of the wind turbine.
- Hub bodies are currently usually constructed as one-piece castings. Because the hub body alone is only partially able to meet the ever-increasing demands on the rigidity of the bearing-side connection surfaces as wind turbines grow in size, or would have to be designed to be ever more massive and heavy, it is known that additional, separately manufactured components, such as stiffening elements mounted on the blade connection or hub connection side, can be screwed to the bearing-side attachment parts for targeted, local stiffening of the blade and/or rotor bearing connection surfaces. These stiffening elements can, for example, be designed in a simplified manner as plates with a central hole in the middle to enable access to the components adjacent to the bearing, i.e. the hub or the blade, for assembly and maintenance purposes. The known plates primarily serve to increase the torsional rigidity of the connecting surfaces in order to relieve the connected large roller bearings with regard to the induced structural deformations.
- hub transport particularly for onshore wind turbines
- hub bodies with dimensions of more than 4 meters can no longer be transported to the site by road without significant additional costs as a result of increased transport and traffic control logistics, due to bridge heights, tunnel diameters, etc.
- EP 2 837 820 B1 describes a segmented wind turbine hub, wherein the segments are designed as hollow bodies and each comprise two structurally designed areas with connection surfaces for connecting the segment to two other segments inside the hub.
- Each area for connecting the segments has a substantially closed surface that rests on the corresponding surface of the adjacent segment and is attached to it with bolts, rivets or by welding.
- the symmetrical segmentation here takes place specifically between the blade bearing connection surfaces, so that the blade bearing ring does not structurally perform any function in the mechanical fixation of the adjacent hub segments.
- US 8449263 B2 also shows a segmented rotor hub, which is designed as a double shell with an inner hub and a hub housing, each of which is segmented and is screwed or riveted together via flanges at the segment joints.
- the inner hub and hub housing are connected to each other via support struts. The segmentation also takes place here between the blade bearing connection surfaces.
- DE 10 2011 052 668 B4 a device for fastening a rotor blade to a hub body according to the preamble of claim 1, as well as a hub arrangement for a wind turbine according to the preamble of claim 5 are known.
- DE 10 2011 052 668 B4 describes another segmented hub for a wind turbine.
- the segments have at least one side that rests against the side of an adjacent segment and extends from an outer circumference of the hub to a central region of the hub.
- the segments are connected to a front plate that is mounted on the side surfaces of the segments that point in a direction away from the nacelle, i.e. against the direction of the wind.
- Each rotor blade is attached to the hub via an additional component, the so-called connecting hub, which has two concentric, circular arrangements of bolt holes.
- the outer bolt circle is provided for connection to the hub segments and the inner bolt circle is provided for mounting rotor blade bearings.
- the disadvantage is that the connecting hubs must be designed to transfer the load from the blade-side connection diameter to another hub-side connection diameter, and the two bolt circles result in significantly increased manufacturing and assembly costs.
- Another disadvantage is that the connecting hub only allows the assembly of rotor blade bearings and thus rotor blades that have a smaller diameter than the larger of the two bolt circles.
- the full potential of the blade bearing and thus the blade root diameter cannot be exploited, which leads to a reduced load-bearing capacity and service life of the blade bearing in relation to the smaller blade bearing diameter. Derived from the smaller blade root diameter, this limits the overall rotor diameter and thus the achievable yield of the wind turbine.
- With the same hub size only a comparatively small rotor can be supported by the segmented hub.
- connecting hub which causes a radial reduction in the maximum blade root diameter
- the usual blade bearings require a continuous, i.e. unsegmented, connection surface.
- access to the 2 bolt hole circles on the connecting hub - once for fastening the connecting hub on the hub side and once for fastening the connecting hub on the blade side - must be guaranteed for both assembly and maintenance purposes at height.
- the connecting hub has the function of transferring the normal and thrust forces to the abutting surfaces of adjacent hub segments in order to protect the fixed rings of the blade bearings from additional transmission of additional loads resulting from the hub segmentation.
- the object of the invention is therefore to provide a device for fastening a rotor blade to a hub body, as well as a multi-part hub arrangement for a wind turbine, which can be easily manufactured, transported and assembled on site, and which offers greater flexibility in terms of the connection diameter of the blade bearing and rotor blade.
- This creates a device for fastening a rotor blade to a hub body of a wind turbine which comprises a blade-side extender bearing unit and a hub-side extender bearing unit.
- the blade-side extender bearing unit comprises a first bearing ring with a first bolt circle for fastening to the hub body, and a second bearing ring for fastening to the rotor blade.
- the second bearing ring is arranged coaxially to the first bearing ring so as to be rotatable about the common bearing axis.
- the hub-side extender bearing unit is plate-shaped and has a second bolt circle.
- the first bearing ring is designed with a rotor hub extension which extends on the hub side in the direction of the bearing axis beyond the second bearing ring and in whose hub-side end region the first bolt circle is arranged.
- the second bolt circle of the hub-side extender bearing unit is aligned with the first bolt circle of the blade-side extender bearing unit for joint fastening to the hub body.
- the at least two-part device according to the invention for fastening a rotor blade to a hub body enables the fastening of the rotor blade to a segmented Hub body with screw connections that extend through the first and second bolt circles and thus simultaneously fasten the blade-side and hub-side extender bearing units to the hub body - preferably symmetrically segmented in the blade bearing connection surface.
- the hub-side extender bearing unit can also absorb the stresses that occur when hub body segments meet, thus relieving the load on the blade-side extender bearing unit.
- the rotor hub extension integrated in the blade-side extender bearing unit is also designed in its end area for connection to the hub to absorb the additional stresses that occur as a result of segmentation of the hub body. In this way, deformations of the bearing ring arranged on the blade-side extender bearing unit, which could lead to an impairment of the blade bearing, are specifically avoided.
- the hub-side extender bearing unit preferably has a plate thickness that is at least 20% of an axial wall thickness of the rotor hub extension in its hub-side end region.
- the plate thickness is particularly preferably at least 50% or even at least 70% of the wall thickness of the rotor hub extension in its hub-side end region.
- Such plate thicknesses go well beyond the extent of plate-like stiffening means for stiffening blade connection surfaces of one-piece rotor hubs, which only have to absorb torsional stresses on the blade connection surfaces.
- the hub-side extender bearing unit is, however, designed for stresses that are of the same order of magnitude as the stresses introduced into the hub body by the entire rotor blade via the rotor hub extension.
- Such hub-side extender bearing units are therefore particularly well suited to absorbing the additional thrust forces in the segment joint that occur with a split hub.
- the hub-side extender bearing unit has, in addition to the second bolt circle, fastening means for temporary or permanent fixation the hub-side extender bearing unit on the hub body.
- the additional fastening means allow the device to be assembled step by step on a multi-part hub body.
- the fastening means can be formed, for example, by fastening holes, form-fitting assembly elements or similar.
- At least one row of rolling elements can be provided which roll between the first and second bearing rings of the blade-side extender bearing unit and which have a rolling element diameter, wherein the rotor hub extension extends in the direction of the bearing axis beyond the second bearing ring by at least 3 times the rolling element diameter of the row of the largest rolling elements.
- the rolling element diameter of the rolling element row with the largest diameter is a measure of the maximum forces that can be transmitted by the rolling bearing.
- the tensile and thrust forces occurring at the joint on a multi-part, segmented hub are directly related to the forces introduced by the rotor blades via the blade bearings.
- the raceway system of the blade bearing is particularly well protected against deformation due to the forces at the segment joints of the hub if the rotor hub extension extends in the direction of the bearing axis beyond the second bearing ring by at least 3 times the largest rolling element diameter.
- the hub-side extender bearing unit can comprise at least two parts, each of which contains a circumferential section of the second bolt circle.
- the multi-part design of the hub-side extender bearing unit further reduces the number of components the size of the blade diameter.
- the blade-side extender bearing unit can be the only component whose dimensions reach or exceed the diameter of the rotor blade to be mounted.
- the object is further achieved by a multi-part hub arrangement for a wind turbine.
- the hub arrangement comprises a hub body with fastening means for fastening the hub arrangement to a nacelle of the wind turbine and at least one third bolt circle for fastening a rotor blade of the wind turbine.
- the hub body comprises at least two hub body segments, on each of which a circumferential section of the third bolt circle is formed.
- the hub body segments are arranged such that the circumferential sections together form the third bolt circle.
- the hub arrangement further comprises a fastening device according to the invention as described above, wherein the third bolt circle is aligned with the first bolt circle and the second bolt circle of the fastening device.
- the fastening device is fastened to the hub body with a plurality of screws, each of which extends through the first, second and third bolt circles.
- the multi-part hub arrangement according to the invention achieves a significant reduction in the transport volume to the construction site of the wind turbine compared to a one-piece hub and at the same time enables simple assembly on site using screw connections.
- the hub body segments can be manufactured with less production effort than a one-piece hub, which can mitigate foreseeable bottlenecks in the manufacture of large structural components.
- the third hole circle is designed as through holes that are arranged in a radial flange of the hub body.
- the radial flange of the hub body simultaneously forms both a stiffening element for the respective hub segment and an enlarged support surface for the frictional engagement with the fastening device.
- the hub-side extender bearing unit is particularly preferably arranged on the inside of the hub and the blade-side extender bearing unit is arranged on the outside of the hub.
- the sandwich-like arrangement and screwing of the radial flanges of adjacent hub segments between the blade-side and hub-side extender bearing units further increases the area effective for the frictional engagement, since both axial surfaces of the flange are made usable for the transmission of thrust and friction forces.
- the bending stress on the screw connection that connects both extender bearing units to the hub segments can be reduced.
- the third bolt circle is designed as blind holes in the hub body, with the hub-side extender bearing unit and the blade-side extender bearing unit being arranged on the outside of the hub body.
- These embodiments are characterized by a particularly simple casting mold for the hub body segments, which are also equipped with only one finely machined support surface for the fastening device.
- circumferential sections of the second bolt circle formed on the parts of the hub-side extender bearing unit are each arranged to overlap at least two circumferential sections of the third bolt circle formed on the hub body segments. In this way, despite the hub body and the hub-side extender bearing unit being formed in at least two parts, it is possible to transmit the forces occurring at the joint of the hub body segments via the hub-side extender bearing unit.
- the hub body segments are connected to one another on the windward and/or leeward side with at least one stiffening ring.
- Stiffening rings particularly seamless rolled stiffening rings, are designed to absorb particularly high tensile stresses.
- a stiffening ring also absorbs the tensile forces in the radial direction further out and thus closer to the blade roots, where the loads are introduced into the hub body.
- Fig. 1 shows schematically a wind turbine whose rotor blades are mounted on the hub body by means of fastening devices according to the invention
- Fig. 2 shows schematically a hub arrangement according to the invention with a three-part hub body and three fastening devices according to the invention
- FIG. 3 shows schematically in a partially sectioned, perspective view parts of the hub arrangement according to Fig. 2,
- Fig. 4 and 5 show schematically in sectional representations the interaction of fastening device and hub body segments according to the embodiment according to Fig. 1 to 3,
- Fig. 6 shows schematically in a sectional view the interaction of fastening device and hub body segments according to a second embodiment of the invention
- Fig. 7 shows schematically the second embodiment according to Fig. 6 in an equipment variant with an electric blade adjustment drive.
- a wind turbine 100 according to the invention is shown.
- the wind turbine 100 comprises a tower 110, a nacelle 120 and a rotor 130 rotatably mounted on the nacelle 120.
- the rotor 130 comprises a multi-part hub arrangement 150 and a plurality of rotor blades 140 rotatably attached to the hub arrangement 150.
- the rotor 130 comprises three rotor blades 140 as shown.
- the rotor blades 140 are rotatably mounted on the hub arrangement 150 in order to enable power control of the wind turbine 100 in fluctuating wind conditions.
- a Adjustment of the rotor blades 140 into the vane position, i.e. in the direction of the wind is possible in order to minimize the power consumption of the rotor blades 140 and to take the wind turbine 100 out of operation.
- At least one of the rotor blades 140 is mounted on the hub arrangement 150 by means of a fastening device 1 according to the invention.
- a fastening device 1 Preferably, all of the rotor blades 140 are mounted on the hub 150 by means of fastening devices 1 according to the invention.
- Figs. 2 to 5 show a first embodiment of a multi-part hub arrangement 150 according to the invention for a wind turbine 100 (see Fig. 1).
- the hub arrangement 150 comprises a hub body 13 with fastening means 22 for fastening the hub arrangement 150 to the nacelle 120 of the wind turbine 100 and with preferably three third hole circles 14 for fastening a rotor blade 140 of the wind turbine 100.
- the hub body 13 preferably comprises three hub body segments 13', 13", 13'", on each of which a circumferential section 14', 14" of two of the three third hole circles 14 is formed.
- the circumferential sections 14', 14" are arranged such that together they form the third hole circles 14.
- the hub body 13 is divided into hub body segments 13', 13", 13'", wherein the joints of the hub body segments 13', 13", ⁇ '" are each located in the blade connection surfaces defined by the third hole circles 14.
- the hub arrangement 150 further comprises a fastening device 1 according to the invention for each of the third bolt circles 14, which is explained in more detail below with reference to Figs. 4 and 5.
- the fastening device 1 for fastening the rotor blade 140 to the hub body 13 of the wind turbine 100 comprises a blade-side extender bearing unit 2 and a hub-side extender bearing unit 10.
- the blade-side extender bearing unit 2 has a first bearing ring 3 with a first bolt circle 4 for fastening to the hub body 13 and a second bearing ring 5 for attachment to the rotor blade 140.
- the second bearing ring 5 is arranged coaxially to the first bearing ring 3 and can rotate about the common bearing axis A.
- the first bearing ring 3 is formed with a rotor hub extension 9, which extends on the hub side in the direction of the bearing axis A beyond the second bearing ring 5.
- the first bolt circle 4 is arranged in a hub-side end region E of the rotor hub extension 9.
- the hub-side end region E is preferably formed as a radially extending flange.
- the rotor hub extension can be essentially cylindrical or conically widening or reducing towards the rotor blade.
- rotor blades 140 with different blade root diameters can be mounted on a standardized hub body 13.
- the fastening device 1 according to the invention therefore functions as an adapter between standardized components of a modular system.
- FIGS. 1 and 2 show preferred embodiments with a conical extension of the rotor hub extension 9 towards the rotor blade.
- a conical extension has the advantage that with the same size of the hub body 13, larger blade root diameters and thus also longer rotor blades 140 can be mounted, which enable wind turbines with higher performance.
- the hub-side extender bearing unit 10 is plate-shaped and has a second hole circle 11.
- the plate-shaped hub-side extender bearing unit can have a central opening through which the interior of the rotor blade 140 (see Fig. 1) is accessible from the hub body 13.
- Plate-shaped in the sense of this disclosure means that the radial extent of the hub-side extender bearing unit 10 is at least three times, preferably at least five times, its plate thickness D.
- the plate thickness D of the hub-side extender bearing unit 10 is preferably at least 20% of the axial wall thickness W of the rotor hub extension 9 in its hub-side end region E. In some embodiments, the plate thickness D of the hub-side extender bearing unit 10 can also preferably be at least 50% or even at least 70% of the axial wall thickness W of the rotor hub extension 9 in its hub-side end region E in order to achieve additional stabilization of the segmented hub body.
- the second bolt circle 11 is aligned with the first bolt circle 4 for joint fastening to the hub body 13.
- the third bolt circle 14 is also aligned with the first bolt circle 4 and the second bolt circle 11.
- the fastening device 1 is thus to be fastened to the hub body 13 with a plurality of screws 15, which each extend through the first 4, second 11 and third bolt circle 14.
- inventions in which at least a second, radially offset set of three bolt circles aligned with one another is provided in the hub-side and blade-side extender bearing units, as well as the hub body.
- the additional screw row can increase the transfer of loads via the frictional engagement and the area for clamping the adjacent hub body segments between the blade-side and hub-side extender bearing units.
- the hub-side extender bearing unit 10 can have, in addition to the second bolt circle 11, fastening means 12 for temporarily or permanently fixing the hub-side extender bearing unit 10 to the hub body 13.
- fastening means 12 for temporarily or permanently fixing the hub-side extender bearing unit 10 to the hub body 13.
- the hub-side extender bearing unit 10 is fastened to the hub body segments 13', 13" via the fastening means 12 so that they are correctly positioned relative to one another.
- the type and number of fastening means 12 are not sufficient to absorb the loads in the segment joint during operation. Rather, they are aids to simplify fail-safe assembly. Centering and/or form-fitting assembly aids for the clear assignment and positioning of the parts can be provided as additional aids for fail-safe assembly. This allows the assembly sequence on site to be optimized and its complexity reduced.
- the first bearing ring 3 and the second bearing ring 5 can, for example, be designed as a plain bearing with sliding pads.
- at least one row of rolling elements 6, 7, 8 which can roll between the bearing rings 3, 5 and which have a largest rolling element diameter WD is provided.
- the rolling elements 6, 7, 8 can be balls, cylindrical rollers or tapered rollers, for example.
- the rotor hub extension 9 extends in the direction of the bearing axis A at least 3 times, more preferably at least 5 times, the largest rolling element diameter WD of the row of the largest rolling elements 7, 8 beyond the second bearing ring 5.
- the rotor hub extension 9 Due to the axial extension of the rotor hub extension 9, the rotor hub extension 9 has additional rigidity compared to a conventional blade bearing ring, which allows the forces occurring in the segment joint of the hub body segments to be absorbed and deformations of the raceway system to be limited to a tolerable level.
- the first and second bearing rings 3, 5 can form, for example, a three-row roller bearing. Alternatively, other bearing designs are also conceivable, such as a double tapered roller bearing or a double-row angular contact ball bearing.
- the first and/or second bearing rings 3, 5 can be divided in the axial direction to simplify the assembly of the bearing.
- the outer ring 3 is divided in the axial direction A.
- embodiments in which the inner ring is divided in the axial direction A or in which there is no division at all in the axial direction A are also conceivable.
- the hub-side extender bearing unit 10 preferably comprises at least two parts 10', 10", each containing a circumferential section 1T, 11" of the second bolt circle 11.
- the circumferential sections 1T, 11" of the second bolt circle 11 formed on the parts 10', 10" of the hub-side extender bearing unit 10 are then each arranged to overlap with at least two circumferential sections 14', 14" of the third bolt circle 14 formed on the hub body segments 13', 13".
- the hub body segments 13', 13" can be connected to one another on the windward side and/or the leeward side by means of at least one stiffening ring 17, 18, 19.
- two stiffening rings 17, 18 are used at least on the windward side, which sandwich a flange 23 formed on the hub body segments 13', 13" and are penetrated by a row of screw connections.
- the fastening means 22 are preferably also designed as a flange with a bolt circle, wherein the stiffening ring 19 is preferably arranged on the inside of the hub body 13.
- the flange 22 is then also sandwiched between the stiffening ring 19 and the connection component of the nacelle 120, usually a bearing ring of a rotor bearing or an end flange of a rotor shaft.
- a stiffening ring on the side facing away from the wind can advantageously also be structurally integrated into the rotatable bearing ring of the rotor bearing or the rotor shaft by a correspondingly more solid design of the rotor bearing ring or rotor shaft.
- the stiffening rings 17, 18, 19 are preferably seamless rolled rings.
- the stiffening rings 17, 18, 19 can also be designed in segments, wherein the ring segment boundaries each cover the joints of the hub body segments 13', 13".
- the third bolt circle 14 is designed as through holes which are arranged in a radial flange 16 of the hub body 13.
- the hub-side extender bearing unit 10 is arranged on the inside of the hub flange 16 and the blade-side extender bearing unit 2 is arranged on the outside of the hub flange 16.
- a second embodiment of the invention is shown in Fig. 6. It differs from the first embodiment shown in Figs. 2 to 5 in that the third bolt circle 14 is designed as blind holes in the hub body 13. Both the hub-side extender bearing unit 10 and the blade-side extender bearing unit 2 are arranged on the outside of the hub body 13.
- Fig. 7 shows an equipment variant of the second embodiment with an electric adjustment drive 20.
- the adjustment drive 20 is integrated into the blade-side extender bearing unit 2.
- the adjustment drive 20 is mounted on a stiffening plate 21, which in turn is attached to the second bearing ring 5 of the blade-side extender bearing unit 2.
- the drive pinion of the adjustment drive 20 is in engagement with a toothing in the hub-side end region E of the rotor hub extension 9. In this way, an adjustment of the pitch angle of the connected rotor blade 140 can be effected.
- the integration of the The integration of the adjustment drive 20 into the fastening device 1 according to the invention has the advantage that the drive 20 can already be pre-assembled and tested in the factory and assembly in the field is limited to simple screw connections for assembling the hub. A separate supply line for the hub and blade bearing unit including the adjustment drive is also possible. Instead of a single adjustment drive 20, several adjustment drives 20 can be provided distributed over the circumference of the fastening device 1.
- the equipment variant with integrated adjustment drive 20 is shown in Fig. 7 as an example for the second embodiment.
- the fastening device according to the first embodiment according to Figs. 2 to 5 can also be equipped with an integrated adjustment drive 20.
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Abstract
The invention relates to a device (1) for fastening a rotor blade (140) to a hub body (13) of a wind turbine (100), said device comprising a blade-side extender bearing unit (2) having a first bearing ring (3) with a first bolt circle (4) for fastening to the hub body (13), and a second bearing ring (5) for fastening to the rotor blade (140), the second bearing ring (5) being arranged coaxially to the first bearing ring (3) so as to be rotatable about the common bearing axis (A), the first bearing ring (3) being integrally formed with a rotor hub extension (9) which extends on the hub side in the direction of the bearing axis (A) beyond the second bearing ring (5), with the first bolt circle (4) being arranged in the hub-side end region (E) of said rotor hub extension, the device (1) also comprising a hub-side extender bearing unit (10) which is plate-shaped and has a second bolt circle (11), the first bolt circle (4) being aligned with the second bolt circle (11) for joint fastening to the hub body (13). The invention also relates to a multi-part hub assembly (150) which is held together by means of at least one fastening device (1) according to the invention.
Description
Vorrichtung zur Befestigung eines Rotorblattes an einem Nabenkörper und mehrteilige Nabenanordnung für eine Windenergieanlage Device for fastening a rotor blade to a hub body and multi-part hub arrangement for a wind turbine
Stand der Technik State of the art
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Befestigung eines Rotorblattes an einem Nabenkörper nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 , sowie eine mehrteilige Nabenanordnung für eine Windenergieanlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 6. The invention relates to a device for fastening a rotor blade to a hub body according to the preamble of claim 1, as well as a multi-part hub arrangement for a wind turbine according to the preamble of claim 6.
Die Rotorblätter von Windenergieanlagen werden an der Nabe mithilfe von Großwälzlagern befestigt. Die Großwälzlager ermöglichen die Verstellung des Anstellwinkels der Rotorblätter zum Wind, der unter anderem zur Leistungsregelung der Windenergieanlage erforderlich ist. The rotor blades of wind turbines are attached to the hub using large roller bearings. The large roller bearings enable the angle of attack of the rotor blades to the wind to be adjusted, which is necessary, among other things, to regulate the power of the wind turbine.
Üblicherweise werden die Nabenkörper aktuell als einteilige Gussformen konstruiert. Weil der Nabenkörper allein den im Zuge des Größenwachstums der Windenergieanlagen immer größer werdenden Anforderungen an die Steifigkeit der lagerseitigen Anschlussflächen lediglich bedingt gewachsen ist bzw. dafür immer massiver und schwerer ausgelegt werden müsste, ist es bekannt, bei Bedarf zu gezielten, lokalen Versteifung der Blatt- und/oder Rotorlageranschlussflächen zusätzliche, separat gefertigte Bauteile, wie beispielsweise blattan- schluss- oder nabenanschlussseitig montierte Versteifungselemente mit den lagerseitigen Anbauteilen zu verschrauben. Diese Versteifungselemente können beispielsweise vereinfacht als Platten mit einer zentrischen Bohrung in der Mitte ausführt sein, um zu Montage- und Wartungszwecken den Zugang in die an das Lager angrenzenden Bauteile d.h. in die Nabe oder in das Blatt zu ermöglichen. Die bekannten Platten dienen primär der Erhöhung der Verwindungssteifigkeit der Anschlussflächen, um die daran angeschlossenen Großwälzlager im Hinblick auf die induzierten Strukturverformungen zu entlasten. Hub bodies are currently usually constructed as one-piece castings. Because the hub body alone is only partially able to meet the ever-increasing demands on the rigidity of the bearing-side connection surfaces as wind turbines grow in size, or would have to be designed to be ever more massive and heavy, it is known that additional, separately manufactured components, such as stiffening elements mounted on the blade connection or hub connection side, can be screwed to the bearing-side attachment parts for targeted, local stiffening of the blade and/or rotor bearing connection surfaces. These stiffening elements can, for example, be designed in a simplified manner as plates with a central hole in the middle to enable access to the components adjacent to the bearing, i.e. the hub or the blade, for assembly and maintenance purposes. The known plates primarily serve to increase the torsional rigidity of the connecting surfaces in order to relieve the connected large roller bearings with regard to the induced structural deformations.
Das bisherige Konstruktionsprinzip mit einteiliger Nabe stößt bei weiter zunehmender Leistungsklasse und Größe der Windenergieanlagen an Grenzen. Diese Grenzen sind zum einen fertigungstechnischer Natur, weil es insbesondere bedingt durch die zu erwartenden Nabengrößen und -gewichte nur mit hohem fertigungstechnischen Aufwand möglich ist, derartig große Nabenkörper mit der erforderlichen Präzision in einem Stück zu gießen und im Anschluss mechanisch mit dem erforderlichen hohen Detaillierungsgrad zu bearbeiten. Zum anderen stößt die gesamte Branche der Windenergieanlagenhersteller aber auch erwartbar
an Verfügbarkeitsgrenzen, weil die weltweite Anzahl an Gießereien, die in der Lage sind so große Nabenkörper in einem Stück zu fertigen, ein wesentliches Hemmnis für den erwarteten Zubau an Windenergieanlagen bildet. Schließlich kommt es erwartbar auch zu logistischen Beschränkungen durch den Nabentransport insbesondere für Onshore-Windenergie- anlagen, da Nabenkörper mit Abmessungen über 4 Metern nicht mehr ohne signifikante Mehrkosten infolge erhöhter Transport- und Verkehrsleitlogistik auf der Straße zum Einsatzort transportiert werden können, aufgrund zu geringer Brückenhöhen, Tunneldurchmesser, etc. Im Onshore-Bereich ist daher ab einer Anlagenleistung von >7 - 8 MW damit zu rechnen, dass einteilige Nabenkörper auf Basis eines konventionellen Designs des Nabe-Blattla- ger Gesamtsystems nicht mehr kosteneffizient und damit praktikabel auf der Straße transportiert werden können. The previous design principle with a one-piece hub is reaching its limits as the power class and size of wind turbines continue to increase. On the one hand, these limits are of a manufacturing nature because, particularly due to the expected hub sizes and weights, it is only possible to cast such large hub bodies in one piece with the required precision and then machine them mechanically with the required high level of detail with great effort. On the other hand, the entire wind turbine manufacturing industry is also predictably reaching its limits. availability limits, because the number of foundries worldwide that are able to manufacture such large hub bodies in one piece is a major obstacle to the expected increase in wind turbines. Finally, there will also be expected to be logistical restrictions due to hub transport, particularly for onshore wind turbines, as hub bodies with dimensions of more than 4 meters can no longer be transported to the site by road without significant additional costs as a result of increased transport and traffic control logistics, due to bridge heights, tunnel diameters, etc. In the onshore area, it can therefore be expected that from a system output of >7 - 8 MW, one-piece hub bodies based on a conventional design of the hub-blade bearing overall system can no longer be transported by road in a cost-effective and therefore practical manner.
Aus dem Stand der Technik sind daher bereits einige Konzepte bekannt, nach denen der Nabenkörper in mehrere kleinere Teile aufgeteilt werden kann. Therefore, some concepts are already known from the state of the art according to which the hub body can be divided into several smaller parts.
Beispielsweise beschreibt EP 2 837 820 B1 eine segmentierte Windturbinennabe, wobei die Segmente als Hohlkörper ausgebildet sind und im Nabeninneren jeweils zwei konstruktiv ausgeführte Bereiche mit Anschlussflächen zum Verbinden des Segmentes mit zwei anderen Segmenten umfassen. Jeder Bereich zum Verbinden der Segmente weist eine im Wesentlichen geschlossene Fläche auf, die auf der entsprechenden Fläche des benachbarten Segments aufliegt und mit Bolzen, Nieten oder mittels Schweißen daran befestigt ist. Die symmetrische Segmentierung findet hier gezielt zwischen den Blattlageranschlussflächen statt, so dass der Blattlagerring konstruktiv keine Funktion bei der mechanischen Fixierung der benachbarten Nabensegmente übernimmt. For example, EP 2 837 820 B1 describes a segmented wind turbine hub, wherein the segments are designed as hollow bodies and each comprise two structurally designed areas with connection surfaces for connecting the segment to two other segments inside the hub. Each area for connecting the segments has a substantially closed surface that rests on the corresponding surface of the adjacent segment and is attached to it with bolts, rivets or by welding. The symmetrical segmentation here takes place specifically between the blade bearing connection surfaces, so that the blade bearing ring does not structurally perform any function in the mechanical fixation of the adjacent hub segments.
US 8449263 B2 zeigt ebenfalls eine segmentierte Rotornabe, die zweischalig mit einer inneren Nabe und einem Nabengehäuse ausgebildet ist, die jeweils segmentiert sind und über Flansche an den Segmentstößen miteinander verschraubt oder vernietet werden. Innere Nabe und Nabengehäuse sind über Stützstreben miteinander verbunden. Die Segmentierung findet hier ebenfalls zwischen den Blattlageranschlussflächen statt. US 8449263 B2 also shows a segmented rotor hub, which is designed as a double shell with an inner hub and a hub housing, each of which is segmented and is screwed or riveted together via flanges at the segment joints. The inner hub and hub housing are connected to each other via support struts. The segmentation also takes place here between the blade bearing connection surfaces.
Nachteilig bei den beiden vorgenannten Patentschriften ist es, dass die Nabensegmente und hier insbesondere die konstruktiven Elemente zur Fixierung benachbarter Nabensegmente
kompliziert zu fertigen sind und ein erheblicher Aufwand zur Verschraubung der Nabensegmente zusätzlich zur ohnehin anfallenden Montage der Blattlager anfällt. The disadvantage of the two aforementioned patents is that the hub segments and in particular the structural elements for fixing adjacent hub segments are complicated to manufacture and require considerable effort to screw the hub segments together in addition to the assembly of the blade bearings.
Aus DE 10 2011 052 668 B4 ist eine Vorrichtung zur Befestigung eines Rotorblattes an einem Nabenkörper nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 , sowie eine Nabenanordnung für eine Windenergieanlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 5 bekannt. DE 10 2011 052 668 B4 beschreibt eine weitere segmentierte Nabe für eine Windkraftanlage. Die Segmente weisen wenigstens eine Seite auf, die an der Seite eines benachbarten Segmentes anliegt und sich von einem Außenumfang der Nabe zu einem zentralen Bereich der Nabe erstrecken. Die Segmente sind mit einer Frontplatte verbunden, die an den Seitenflächen der Segmente montiert ist, die in eine Richtung von der Gondel weg, also der Windrichtung entgegen, weist. Jedes Rotorblatt ist an der Nabe über ein zusätzliches Bauteil, die sogenannte Verbindungsnabe, befestigt, die zwei konzentrische, kreisförmige Anordnungen von Bolzenlöchern aufweist. Dabei ist der äußere Lochkreis zur Verbindung mit den Nabensegmenten und der innere Lochkreis zur Montage von Rotorblattlagern vorgesehen. From DE 10 2011 052 668 B4 a device for fastening a rotor blade to a hub body according to the preamble of claim 1, as well as a hub arrangement for a wind turbine according to the preamble of claim 5 are known. DE 10 2011 052 668 B4 describes another segmented hub for a wind turbine. The segments have at least one side that rests against the side of an adjacent segment and extends from an outer circumference of the hub to a central region of the hub. The segments are connected to a front plate that is mounted on the side surfaces of the segments that point in a direction away from the nacelle, i.e. against the direction of the wind. Each rotor blade is attached to the hub via an additional component, the so-called connecting hub, which has two concentric, circular arrangements of bolt holes. The outer bolt circle is provided for connection to the hub segments and the inner bolt circle is provided for mounting rotor blade bearings.
Nachteilig ist, dass die Verbindungsnaben konstruktiv zur Übertragung der Belastung von blattseitigen auf einen anderen nabenseitigen Anschlussdurchmesser ausgelegt sein müssen und infolge der zwei Lochkreise ein deutlich erhöhter Fertigungs- als auch Montageaufwand entsteht. Weiterhin ist von Nachteil, dass die Verbindungsnabe nur die Montage von Rotorblattlagern und damit von Rotorblättern erlaubt, die einen kleineren Durchmesser aufweisen, als der größere der beiden Lochkreise. Es kann damit bezogen auf die Nabengröße nicht das volle Potential des Blattlager- und damit des Blattwurzeldurchmessers ausgeschöpft werden, was bezogen auf den geringeren Blattlagerdurchmesser zu einer reduzierten Tragfähigkeit und Lebensdauer des Blattlagers führt. Abgeleitet von dem geringeren Blattwurzeldurchmesser wird hierdurch insgesamt der Rotordurchmesser beschränkt und damit der erzielbare Ertrag der Windenergieanlage limitiert. Es kann bei gleicher Nabengröße nur ein vergleichsweise kleiner Rotor von der segmentierten Nabe getragen werden. In dem bekannten Design ist eine solche, eine radiale Reduktion des maximalen Blattwurzeldurchmessers bewirkende Verbindungsnabe jedoch erforderlich, weil die üblichen Blattlager eine durchgängige d.h. unsegmentierte Anschlussfläche benötigen. Zudem müssen die Zugänglichkeiten zu den 2 Schraubenlochkreisen an der Verbindungsnabe - einmal zur Befestigung der Verbindungsnabe nabenseitig und einmal zur Befestigung der Verbindungsnabe blattseitig - sowohl für Montage als auch für Wartungszwecke in der Höhe gewährleistet sein. Die
Verbindungsnabe hat die Funktion, die Normal- und Schubkräfte an den Stoßflächen benachbarter Nabensegmente zu übertragen, um die feststehenden Ringe der Blattlager vor einer zusätzlichen Übertragung von aus der Nabensegmentierung resultierenden Zusatzbelastungen zu schützen. The disadvantage is that the connecting hubs must be designed to transfer the load from the blade-side connection diameter to another hub-side connection diameter, and the two bolt circles result in significantly increased manufacturing and assembly costs. Another disadvantage is that the connecting hub only allows the assembly of rotor blade bearings and thus rotor blades that have a smaller diameter than the larger of the two bolt circles. In relation to the hub size, the full potential of the blade bearing and thus the blade root diameter cannot be exploited, which leads to a reduced load-bearing capacity and service life of the blade bearing in relation to the smaller blade bearing diameter. Derived from the smaller blade root diameter, this limits the overall rotor diameter and thus the achievable yield of the wind turbine. With the same hub size, only a comparatively small rotor can be supported by the segmented hub. In the known design, however, such a connecting hub, which causes a radial reduction in the maximum blade root diameter, is necessary because the usual blade bearings require a continuous, i.e. unsegmented, connection surface. In addition, access to the 2 bolt hole circles on the connecting hub - once for fastening the connecting hub on the hub side and once for fastening the connecting hub on the blade side - must be guaranteed for both assembly and maintenance purposes at height. The connecting hub has the function of transferring the normal and thrust forces to the abutting surfaces of adjacent hub segments in order to protect the fixed rings of the blade bearings from additional transmission of additional loads resulting from the hub segmentation.
Offenbarung der Erfindung disclosure of the invention
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zur Befestigung eines Rotorblattes an einem Nabenkörper, sowie eine mehrteilige Nabenanordnung für eine Windenergieanlage anzugeben, die auf einfache Weise herzustellen, zu transportieren und vor Ort zu montieren ist, sowie konstruktiv eine höhere Flexibilität hinsichtlich des Anschlussdurchmessers von Blattlager und Rotorblatt bietet. The object of the invention is therefore to provide a device for fastening a rotor blade to a hub body, as well as a multi-part hub arrangement for a wind turbine, which can be easily manufactured, transported and assembled on site, and which offers greater flexibility in terms of the connection diameter of the blade bearing and rotor blade.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zur Befestigung eines Rotorblattes an einem Nabenkörper mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine mehrteilige Nabenanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 5. This object is achieved by a device for fastening a rotor blade to a hub body with the features of claim 1 and a multi-part hub arrangement with the features of claim 5.
Hierdurch wird eine Vorrichtung für die Befestigung eines Rotorblattes an einem Nabenkörper einer Windenergieanlage geschaffen, die eine blattseitige Extenderlagereinheit und eine nabenseitige Extenderlagereinheit umfasst. Die blattseitige Extenderlagereinheit umfasst dabei einen ersten Lagerring mit einem ersten Lochkreis zur Befestigung an dem Nabenkörper, und einen zweiten Lagerring zur Befestigung an dem Rotorblatt. Der zweite Lagerring ist koaxial zu dem ersten Lagerring um die gemeinsame Lagerachse verdrehbar angeordnet. Die nabenseitige Extenderlagereinheit ist plattenförmig ausgebildet und weist einen zweiten Lochkreis auf. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass 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 erste Lochkreis angeordnet ist. Der zweite Lochkreis der nabenseitigen Extenderlagereinheit fluchtet mit dem ersten Lochkreis der blattseitigen Extenderlagereinheit zur gemeinsamen Befestigung an dem Nabenkörper. This creates a device for fastening a rotor blade to a hub body of a wind turbine, which comprises a blade-side extender bearing unit and a hub-side extender bearing unit. The blade-side extender bearing unit comprises a first bearing ring with a first bolt circle for fastening to the hub body, and a second bearing ring for fastening to the rotor blade. The second bearing ring is arranged coaxially to the first bearing ring so as to be rotatable about the common bearing axis. The hub-side extender bearing unit is plate-shaped and has a second bolt circle. According to the invention, it is provided that the first bearing ring is designed with a rotor hub extension which extends on the hub side in the direction of the bearing axis beyond the second bearing ring and in whose hub-side end region the first bolt circle is arranged. The second bolt circle of the hub-side extender bearing unit is aligned with the first bolt circle of the blade-side extender bearing unit for joint fastening to the hub body.
Die erfindungsgemäße, zumindest zweiteilige Vorrichtung zur Befestigung eines Rotorblattes an einem Nabenkörper ermöglicht die Befestigung des Rotorblattes an einem segmentierten
Nabenkörper mit Verschraubungen, die sich durch den ersten und den zweiten Lochkreis erstrecken und damit zugleich die blattseitige und die nabenseitige Extenderlagereinheit an dem - vorzugsweise in der Blattlageranschlussfläche symmetrisch segmentierten - Nabenkörper befestigen. Dadurch wird die benötigte Schraubenanzahl effektiv reduziert, wodurch sich der Montageaufwand vor Ort sowie zugleich die Kosten für die mechanische Bearbeitung der Einzelkomponenten erheblich verringert. The at least two-part device according to the invention for fastening a rotor blade to a hub body enables the fastening of the rotor blade to a segmented Hub body with screw connections that extend through the first and second bolt circles and thus simultaneously fasten the blade-side and hub-side extender bearing units to the hub body - preferably symmetrically segmented in the blade bearing connection surface. This effectively reduces the number of screws required, which significantly reduces the assembly effort on site and at the same time the costs for the mechanical processing of the individual components.
Diese vereinfachte Montage wird ermöglicht durch die erfindungsgemäß getrennte Ausbildung von blattseitiger und nabenseitiger Extenderlagereinheit. Durch die nabenseitige Extenderlagereinheit können die im Stoß von Nabenkörpersegmenten auftretenden Beanspruchungen mit aufgenommen werden und so die blattseitige Extenderlagereinheit entlasten. Die in der blattseitigen Extenderlagereinheit integrierte Rotornabenverlängerung ist in ihrem Endbereich zum Anschluss an die Nabe ebenfalls dazu ausgelegt, die infolge einer Segmentierung des Nabenkörpers auftretenden, zusätzlichen Beanspruchungen aufzunehmen. Auf diese Weise werden Verformungen des an der blattseitigen Extenderlagereinheit angeordneten Lagerrings, die zu einer Beeinträchtigung der Blattlagerung führen könnten, gezielt vermieden. This simplified assembly is made possible by the separate design of the blade-side and hub-side extender bearing units according to the invention. The hub-side extender bearing unit can also absorb the stresses that occur when hub body segments meet, thus relieving the load on the blade-side extender bearing unit. The rotor hub extension integrated in the blade-side extender bearing unit is also designed in its end area for connection to the hub to absorb the additional stresses that occur as a result of segmentation of the hub body. In this way, deformations of the bearing ring arranged on the blade-side extender bearing unit, which could lead to an impairment of the blade bearing, are specifically avoided.
Die nabenseitige Extenderlagereinheit weist vorzugsweise eine Plattenstärke auf, die mindestens 20 % einer axialen Wandstärke der Rotornabenverlängerung in deren nabenseitigem Endbereich beträgt. Besonders bevorzugt beträgt die Plattenstärke mindestens 50% oder sogar mindestens 70 % der Wandstärke der Rotornabenverlängerung in deren nabenseitigem Endbereich. Derartige Plattenstärken gehen deutlich über das Maß hinaus, wie es plattenartige Versteifungsmittel zur Versteifung von Blattanschlussflächen einteiliger Rotornaben aufweisen, die lediglich Verwindungsbeanspruchungen der Blattanschlussflächen aufnehmen müssen. Mit den vorgenannten bevorzugten Plattenstärken ist die nabenseitige Extenderlagereinheit dagegen für Beanspruchungen ausgelegt, die in der gleichen Größenordnung liegen, wie die von dem gesamten Rotorblatt über die Rotornabenverlängerung in den Nabenkörper eingebrachten Beanspruchungen. Derartige nabenseitige Extenderlagereinheiten sind demnach besonders gut geeignet, die bei einer geteilten Nabe zusätzlich auftretenden Schubkräfte in dem Segmentstoß aufzunehmen. The hub-side extender bearing unit preferably has a plate thickness that is at least 20% of an axial wall thickness of the rotor hub extension in its hub-side end region. The plate thickness is particularly preferably at least 50% or even at least 70% of the wall thickness of the rotor hub extension in its hub-side end region. Such plate thicknesses go well beyond the extent of plate-like stiffening means for stiffening blade connection surfaces of one-piece rotor hubs, which only have to absorb torsional stresses on the blade connection surfaces. With the aforementioned preferred plate thicknesses, the hub-side extender bearing unit is, however, designed for stresses that are of the same order of magnitude as the stresses introduced into the hub body by the entire rotor blade via the rotor hub extension. Such hub-side extender bearing units are therefore particularly well suited to absorbing the additional thrust forces in the segment joint that occur with a split hub.
In bevorzugten Ausführungsformern weist die nabenseitige Extenderlagereinheit zusätzlich zu dem zweiten Lochkreis Befestigungsmittel für eine temporäre oder permanente Fixierung
der nabenseitigen Extenderlagereinheit an dem Nabenkörper auf. Die zusätzlichen Befestigungsmittel erlauben eine schrittweise Montage der Vorrichtung an einem mehrteiligen Nabenkörper. Die Befestigungsmittel können beispielsweise durch Befestigungsbohrungen, formschlüssige Montageelemente oder ähnliches ausgebildet sein. Durch die Fixierung der nabenseitigen Extenderlagereinheit an dem Nabenkörper über die Befestigungsmittel, beispielsweise durch in die Befestigungsbohrungen eingreifende Fixierungselemente, können mehrere Nabenkörpersegmente in Bezug auf die nabenseitige Extenderlagereinheit und relativ zueinander einfach und zielsicher positioniert werden. Dies vereinfacht die Montage der Nabensegmente und die anschließende Montage der blattseitigen Extenderlagereinheit an dem bereits zusammengesetzten Nabenkörper und reduziert insbesondere mögliche Fehler bei der Montagedurchführung vor Ort. In preferred embodiments, the hub-side extender bearing unit has, in addition to the second bolt circle, fastening means for temporary or permanent fixation the hub-side extender bearing unit on the hub body. The additional fastening means allow the device to be assembled step by step on a multi-part hub body. The fastening means can be formed, for example, by fastening holes, form-fitting assembly elements or similar. By fixing the hub-side extender bearing unit to the hub body via the fastening means, for example by fixing elements engaging in the fastening holes, several hub body segments can be positioned easily and accurately in relation to the hub-side extender bearing unit and relative to one another. This simplifies the assembly of the hub segments and the subsequent assembly of the blade-side extender bearing unit on the already assembled hub body and in particular reduces possible errors when carrying out assembly on site.
Bevorzugt kann ferner mindestens eine Reihe von zwischen den ersten und zweiten Lagerringen der blattseitigen Extenderlagereinheit abrollenden Wälzkörpern vorgesehen sein, die einen Wälzkörperdurchmesser aufweisen, wobei sich die Rotornabenverlängerung in Richtung der Lagerachse mindestens um das 3-fache des Wälzkörperdurchmessers der Reihe der größten Wälzkörper über den zweiten Lagerring hinaus erstreckt. Der Wälzkörperdurchmesser der Wälzkörperreihe mit dem größten Durchmesser ist ein Maß für die von dem Wälzlager maximal zu übertragenden Kräfte. Die an einer mehrteiligen, segmentierten Nabe im Stoß auftretenden Zug- und Schubkräfte stehen in direktem Zusammenhang mit den von den Rotorblättern über die Blattlager eingebrachten Kräfte. Es hat sich herausgestellt, dass das Laufbahn system des Blattlagers besonders gut vor Verformungen aufgrund der Kräfte an den Segmentstößen der Nabe geschützt ist, wenn sich die Rotornabenverlängerung in Richtung der Lagerachse mindestens um das 3-fache des größten Wälzkörperdurchmessers über den zweiten Lagerring hinaus erstreckt. Preferably, at least one row of rolling elements can be provided which roll between the first and second bearing rings of the blade-side extender bearing unit and which have a rolling element diameter, wherein the rotor hub extension extends in the direction of the bearing axis beyond the second bearing ring by at least 3 times the rolling element diameter of the row of the largest rolling elements. The rolling element diameter of the rolling element row with the largest diameter is a measure of the maximum forces that can be transmitted by the rolling bearing. The tensile and thrust forces occurring at the joint on a multi-part, segmented hub are directly related to the forces introduced by the rotor blades via the blade bearings. It has been found that the raceway system of the blade bearing is particularly well protected against deformation due to the forces at the segment joints of the hub if the rotor hub extension extends in the direction of the bearing axis beyond the second bearing ring by at least 3 times the largest rolling element diameter.
In weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann die nabenseitige Extenderlagereinheit mindestens zwei Teile umfassen, die jeweils einen Umfangsabschnitt des zweiten Lochkreises enthalten. Durch die mehrteilige Ausbildung der nabenseitigen Extenderlagereinheit wird die Anzahl der Bauteile in der Größe des Blattdurchmessers weiter reduziert. In diesen Ausführungsformen kann die blattseitige Extenderlagereinheit das einzige Bauteil sein, dessen Abmessungen den Durchmesser des zu montieren Rotorblattes erreicht oder übersteigt.
Die Aufgabe wird ferner gelöst durch eine mehrteilige Nabenanordnung für eine Windenergieanlage. Die Nabenanordnung umfasst einen Nabenkörper mit Befestigungsmitteln zur Befestigung der Nabenanordnung an einer Gondel der Windenergieanlage und mindestens einem dritten Lochkreis zur Befestigung eines Rotorblattes der Windenergieanlage. Der Nabenkörper umfasst mindestens zwei Nabenkörpersegmente, an denen jeweils ein Umfangsabschnitt des dritten Lochkreises ausgebildet ist. Die Nabenkörpersegmente sind derart angeordnet, dass die Umfangsabschnitte gemeinsam den dritten Lochkreis bilden. Die Nabenanordnung umfasst ferner eine vorstehend beschriebene, erfindungsgemäße Befestigungsvorrichtung, wobei der dritte Lochkreis mit dem ersten Lochkreis und dem zweiten Lochkreis der Befestigungsvorrichtung fluchtet. Die Befestigungsvorrichtung ist an dem Nabenkörper mit einer Mehrzahl von Schrauben befestigt, die sich jeweils durch den ersten, zweiten und dritten Lochkreis erstrecken. In further preferred embodiments, the hub-side extender bearing unit can comprise at least two parts, each of which contains a circumferential section of the second bolt circle. The multi-part design of the hub-side extender bearing unit further reduces the number of components the size of the blade diameter. In these embodiments, the blade-side extender bearing unit can be the only component whose dimensions reach or exceed the diameter of the rotor blade to be mounted. The object is further achieved by a multi-part hub arrangement for a wind turbine. The hub arrangement comprises a hub body with fastening means for fastening the hub arrangement to a nacelle of the wind turbine and at least one third bolt circle for fastening a rotor blade of the wind turbine. The hub body comprises at least two hub body segments, on each of which a circumferential section of the third bolt circle is formed. The hub body segments are arranged such that the circumferential sections together form the third bolt circle. The hub arrangement further comprises a fastening device according to the invention as described above, wherein the third bolt circle is aligned with the first bolt circle and the second bolt circle of the fastening device. The fastening device is fastened to the hub body with a plurality of screws, each of which extends through the first, second and third bolt circles.
Durch die gemeinsame Verschraubung von den Nabenkörpersegmenten mit der mehrteiligen Befestigungsvorrichtung über den ersten, zweiten und dritten Lochkreis wird ein Reibschluss zwischen den Nabenkörpersegmenten und der Befestigungsvorrichtung erzeugt, der die im Stoß der Nabenkörpersegmente auftretenden Kräfte über die Befestigungsvorrichtung überträgt. Die fluchtende Anordnung aller drei Lochkreise erlaubt eine vereinfachte Montage mit nur einer Schraubenreihe. By screwing the hub body segments together with the multi-part fastening device over the first, second and third bolt circles, a frictional connection is created between the hub body segments and the fastening device, which transfers the forces occurring when the hub body segments meet via the fastening device. The aligned arrangement of all three bolt circles allows for simplified assembly with just one row of screws.
Durch die erfindungsgemäße, mehrteilige Nabenanordnung wird eine signifikante Reduzierung des Transportvolumens zur Baustelle der Windenergieanlage im Vergleich zu einer einteiligen Nabe erzielt und gleichzeitig eine einfache Montage vor Ort mittels Schraubverbindungen ermöglicht. Zusätzlich sind die Nabenkörpersegmente im Vergleich zu einer einteiligen Nabe mit geringerem Fertigungsaufwand herzustellen, wodurch absehbar zu erwartende Engpässe in der Herstellung von großen Strukturbauteilen abgeschwächt werden können. The multi-part hub arrangement according to the invention achieves a significant reduction in the transport volume to the construction site of the wind turbine compared to a one-piece hub and at the same time enables simple assembly on site using screw connections. In addition, the hub body segments can be manufactured with less production effort than a one-piece hub, which can mitigate foreseeable bottlenecks in the manufacture of large structural components.
In einigen bevorzugten Ausführungsformen ist der dritte Lochkreis als Durchgangsbohrungen ausgebildet, die in einem radialen Flansch des Nabenkörpers angeordnet sind. Der radiale Flansch des Nabenkörpers bildet zugleich sowohl ein Versteifungselement für das jeweilige Nabensegment, als auch eine vergrößerte Auflagefläche für den Reibschluss mit der Befestigungsvorrichtung. Besonders bevorzugt ist in diesen Ausführungsformen die nabenseitige Extenderlagereinheit nabeninnenseitig und blattseitige Extenderlagereinheit nabenaußensei-
tig angeordnet. Durch die sandwichartige Anordnung und Verschraubung der radialen Flansche benachbarter Nabensegmente zwischen der blattseitigen und der nabenseitigen Extenderlagereinheit wird die für den Reibschluss wirksame Fläche weiter vergrößert, da beide axialen Oberflächen des Flansches für die Übertragung von Schub- und Reibkräften nutzbar gemacht werden. Ferner kann bei diesen Ausführungsformen die Biegebeanspruchung der Schraubverbindung, die beide Extenderlagereinheiten mit den Nabensegmenten verbindet, reduziert werden. In some preferred embodiments, the third hole circle is designed as through holes that are arranged in a radial flange of the hub body. The radial flange of the hub body simultaneously forms both a stiffening element for the respective hub segment and an enlarged support surface for the frictional engagement with the fastening device. In these embodiments, the hub-side extender bearing unit is particularly preferably arranged on the inside of the hub and the blade-side extender bearing unit is arranged on the outside of the hub. The sandwich-like arrangement and screwing of the radial flanges of adjacent hub segments between the blade-side and hub-side extender bearing units further increases the area effective for the frictional engagement, since both axial surfaces of the flange are made usable for the transmission of thrust and friction forces. Furthermore, in these embodiments, the bending stress on the screw connection that connects both extender bearing units to the hub segments can be reduced.
In anderen bevorzugten Ausführungsformen ist der dritte Lochkreis als Sacklochbohrungen in dem Nabenkörper ausgebildet, wobei die nabenseitige Extenderlagereinheit und die blattseitige Extenderlagereinheit nabenaußenseitig des Nabenkörpers angeordnet sind. Diese Ausführungsformen zeichnen sich durch eine besonders einfache Gussform für die Nabenkörpersegmente aus, die darüber hinaus mit nur einer fein bearbeiteten Auflagefläche für die Befestigungsvorrichtung auszustatten sind. In other preferred embodiments, the third bolt circle is designed as blind holes in the hub body, with the hub-side extender bearing unit and the blade-side extender bearing unit being arranged on the outside of the hub body. These embodiments are characterized by a particularly simple casting mold for the hub body segments, which are also equipped with only one finely machined support surface for the fastening device.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn die an den Teilen der nabenseitigen Extenderlagereinheit ausgebildeten Umfangsabschnitte des zweiten Lochkreises jeweils mit mindestens zwei an den Nabenkörpersegmenten ausgebildeten Umfangsabschnitten des dritten Lochkreises überlappend angeordnet sind. Auf diese Weise ist trotz jeweils zumindest zweiteiliger Ausbildung des Nabenkörpers und der nabenseitigen Extenderlagereinheit eine Übertragung der am Stoß der Nabenkörpersegmente auftretenden Kräfte über die nabenseitige Extenderlagereinheit möglich. Furthermore, it is advantageous if the circumferential sections of the second bolt circle formed on the parts of the hub-side extender bearing unit are each arranged to overlap at least two circumferential sections of the third bolt circle formed on the hub body segments. In this way, despite the hub body and the hub-side extender bearing unit being formed in at least two parts, it is possible to transmit the forces occurring at the joint of the hub body segments via the hub-side extender bearing unit.
Schließlich ist es vorteilhaft, wenn die Nabenkörpersegmente auf der windzugewandten und/oder auf der windabgewandten Seite mit mindestens einem Versteifungsring miteinander verbunden sind. Versteifungsringe, insbesondere nahtlos gewalzte Versteifungsringe, sind für die Aufnahme von besonders hohen Zugspannungen ausgelegt. Im Vergleich zu einer aufgeschraubten, zentralen Platte nimmt ein Versteifungsring zudem die Zugkräfte in radialer Richtung weiter außen und damit näher an den Blattwurzeln auf, wo die Belastungen in den Nabengrundkörper eingeleitet werden. Finally, it is advantageous if the hub body segments are connected to one another on the windward and/or leeward side with at least one stiffening ring. Stiffening rings, particularly seamless rolled stiffening rings, are designed to absorb particularly high tensile stresses. In comparison to a screwed-on central plate, a stiffening ring also absorbs the tensile forces in the radial direction further out and thus closer to the blade roots, where the loads are introduced into the hub body.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind der nachfolgenden Beschreibung und den Unteransprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Further advantageous embodiments can be found in the following description and the subclaims. The invention is explained in more detail below with reference to the embodiments shown in the accompanying drawings.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen Short description of the drawings
Fig. 1 zeigt schematisch eine Windenergieanlage, deren Rotorblätter mittels erfindungsgemäßer Befestigungsvorrichtungen an dem Nabenkörper gelagert sind, Fig. 1 shows schematically a wind turbine whose rotor blades are mounted on the hub body by means of fastening devices according to the invention,
Fig. 2 zeigt schematisch einen eine erfindungsgemäßen Nabenanordnung mit einem dreiteiligen Nabenkörper und drei erfindungsgemäßen Befestigungsvorrichtungen, Fig. 2 shows schematically a hub arrangement according to the invention with a three-part hub body and three fastening devices according to the invention,
Fig. 3 zeigt schematisch in einer teilweise geschnittenen, perspektivischen Darstellung Teile der Nabenanordnung gemäß Fig. 2, Fig. 3 shows schematically in a partially sectioned, perspective view parts of the hub arrangement according to Fig. 2,
Fig. 4 und 5 zeigen schematisch in geschnittenen Darstellungen die Zusammenwirkung von Befestigungsvorrichtung und Nabenkörpersegmenten nach dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 bis 3, Fig. 4 and 5 show schematically in sectional representations the interaction of fastening device and hub body segments according to the embodiment according to Fig. 1 to 3,
Fig. 6 zeigt schematisch in einer geschnittenen Darstellung die Zusammenwirkung von Befestigungsvorrichtung und Nabenkörpersegmenten nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und Fig. 6 shows schematically in a sectional view the interaction of fastening device and hub body segments according to a second embodiment of the invention, and
Fig. 7 zeigt schematisch das zweite Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 in einer Ausstattungsvariante mit einem elektrischen Blattverstellantrieb. Fig. 7 shows schematically the second embodiment according to Fig. 6 in an equipment variant with an electric blade adjustment drive.
Ausführungsformen der Erfindung embodiments of the invention
In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt. In the various figures, identical parts are always provided with the same reference symbols and are therefore usually named or mentioned only once.
In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Windenergieanlage 100 gezeigt. Die Windenergieanlage 100 umfasst einen Turm 110, eine Gondel 120 und einen drehbar an der Gondel 120 gelagerten Rotor 130. Der Rotor 130 umfasst eine mehrteilige Nabenanordnung 150 und eine Mehrzahl von drehbar an der Nabenanordnung 150 befestigten Rotorblättern 140. Üblicherweise umfasst der Rotor 130 wie dargestellt drei Rotorblätter 140. Die Rotorblätter 140 sind drehbar an der Nabenanordnung 150 gelagert, um eine Leistungsregelung der Windenergieanlage 100 bei schwankenden Windverhältnissen zu ermöglichen. Darüber hinaus ist eine
Verstellung der Rotorblätter 140 in die Fahnenstellung, also in Windrichtung, möglich, um die Leistungsaufnahme der Rotorblätter 140 zu minimieren und die Windenergieanlage 100 außer Betrieb zu nehmen. In Fig. 1, a wind turbine 100 according to the invention is shown. The wind turbine 100 comprises a tower 110, a nacelle 120 and a rotor 130 rotatably mounted on the nacelle 120. The rotor 130 comprises a multi-part hub arrangement 150 and a plurality of rotor blades 140 rotatably attached to the hub arrangement 150. Typically, the rotor 130 comprises three rotor blades 140 as shown. The rotor blades 140 are rotatably mounted on the hub arrangement 150 in order to enable power control of the wind turbine 100 in fluctuating wind conditions. In addition, a Adjustment of the rotor blades 140 into the vane position, i.e. in the direction of the wind, is possible in order to minimize the power consumption of the rotor blades 140 and to take the wind turbine 100 out of operation.
Mindestens eines der Rotorblätter 140 ist an der Nabenanordnung 150 mittels einer erfindungsgemäßen Befestigungsvorrichtung 1 gelagert. Vorzugsweise sind alle Rotorblätter 140 an der Nabe 150 mittels erfindungsgemäßen Befestigungsvorrichtungen 1 gelagert. At least one of the rotor blades 140 is mounted on the hub arrangement 150 by means of a fastening device 1 according to the invention. Preferably, all of the rotor blades 140 are mounted on the hub 150 by means of fastening devices 1 according to the invention.
Die erfindungsgemäßen Nabenanordnungen 150 mit den darin verwendeten Befestigungsvorrichtungen 1 zur Befestigung der Rotorblätter 140 an dem Nabenkörper werden nachfolgend mit Bezug zu den Figuren 2 bis 7 näher erläutert. The hub arrangements 150 according to the invention with the fastening devices 1 used therein for fastening the rotor blades 140 to the hub body are explained in more detail below with reference to Figures 2 to 7.
In den Fig. 2 bis 5 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen mehrteiligen Nabenanordnung 150 für eine Windenergieanlage 100 (vgl. Fig. 1). Die Nabenanordnung 150 umfasst einen Nabenkörper 13 mit Befestigungsmitteln 22 zur Befestigung der Nabenanordnung 150 an der Gondel 120 der Windenergieanlage 100 und mit vorzugsweise drei dritten Lochkreisen 14 zur Befestigung jeweils eines Rotorblattes 140 der Windenergieanlage 100. Figs. 2 to 5 show a first embodiment of a multi-part hub arrangement 150 according to the invention for a wind turbine 100 (see Fig. 1). The hub arrangement 150 comprises a hub body 13 with fastening means 22 for fastening the hub arrangement 150 to the nacelle 120 of the wind turbine 100 and with preferably three third hole circles 14 for fastening a rotor blade 140 of the wind turbine 100.
Der Nabenkörper 13 umfasst vorzugsweise drei Nabenkörpersegmente 13‘, 13“, 13‘“, an denen jeweils ein Umfangsabschnitt 14‘, 14“ von zwei der drei dritten Lochkreise 14 ausgebildet ist. Die Umfangsabschnitte 14‘, 14“ sind derart angeordnet, dass sie gemeinsam die dritten Lochkreise 14 bilden. In anderen Worten ist der Nabenkörper 13 in Nabenkörpersegmente 13‘, 13“, 13‘“ unterteilt, wobei die Stöße der Nabenkörpersegmente 13‘, 13“, ^‘“ jeweils in den durch die dritten Lochkreise 14 definierten Blattanschlussflächen liegen. The hub body 13 preferably comprises three hub body segments 13', 13", 13'", on each of which a circumferential section 14', 14" of two of the three third hole circles 14 is formed. The circumferential sections 14', 14" are arranged such that together they form the third hole circles 14. In other words, the hub body 13 is divided into hub body segments 13', 13", 13'", wherein the joints of the hub body segments 13', 13", ^'" are each located in the blade connection surfaces defined by the third hole circles 14.
Die Nabenanordnung 150 weist ferner für jeden der dritten Lochkreise 14 eine erfindungsgemäße Befestigungsvorrichtung 1 , die nachfolgend mit Bezug auf die Fig. 4 und 5 näher erläutert wird. The hub arrangement 150 further comprises a fastening device 1 according to the invention for each of the third bolt circles 14, which is explained in more detail below with reference to Figs. 4 and 5.
Die Befestigungsvorrichtung 1 für die Befestigung des Rotorblattes 140 an dem Nabenkörper 13 der Windenergieanlage 100, umfasst eine blattseitige Extenderlagereinheit 2 und eine nabenseitige Extenderlagereinheit 10. Die blattseitige Extenderlagereinheit 2 weist einen ersten Lagerring 3 mit einem ersten Lochkreis 4 zur Befestigung an dem Nabenkörper 13 und einen
zweiten Lagerring 5 zur Befestigung an dem Rotorblatt 140 auf. Dabei ist der zweite Lagerring 5 koaxial zu dem ersten Lagerring 3 um die gemeinsame Lagerachse A verdrehbar angeordnet. The fastening device 1 for fastening the rotor blade 140 to the hub body 13 of the wind turbine 100 comprises a blade-side extender bearing unit 2 and a hub-side extender bearing unit 10. The blade-side extender bearing unit 2 has a first bearing ring 3 with a first bolt circle 4 for fastening to the hub body 13 and a second bearing ring 5 for attachment to the rotor blade 140. The second bearing ring 5 is arranged coaxially to the first bearing ring 3 and can rotate about the common bearing axis A.
Der erste Lagerring 3 ist mit einer Rotornabenverlängerung 9 ausgebildet, die sich nabenseitig in Richtung der Lagerachse A über den zweiten Lagerring 5 hinaus erstreckt. In einem nabenseitigem Endbereich E der Rotornabenverlängerung 9 ist der erste Lochkreis 4 angeordnet. Der nabenseitige Endbereich E ist bevorzugt als ein sich radial erstreckender Flansch ausgebildet. The first bearing ring 3 is formed with a rotor hub extension 9, which extends on the hub side in the direction of the bearing axis A beyond the second bearing ring 5. The first bolt circle 4 is arranged in a hub-side end region E of the rotor hub extension 9. The hub-side end region E is preferably formed as a radially extending flange.
Die Rotornabenverlängerung kann im Wesentlichen zylindrisch oder sich konisch zum Rotorblatt hin erweiternd oder reduzierend ausgebildet sein. Dadurch können an einen standardisierten Nabenkörper 13 Rotorblätter 140 mit unterschiedlichen Blattwurzeldurchmessern montiert werden. Die erfindungsgemäße Befestigungsvorrichtung 1 fungiert demnach als Adapter zwischen standardisierten Bauteilen eines Baukastensystems. The rotor hub extension can be essentially cylindrical or conically widening or reducing towards the rotor blade. As a result, rotor blades 140 with different blade root diameters can be mounted on a standardized hub body 13. The fastening device 1 according to the invention therefore functions as an adapter between standardized components of a modular system.
In den Figuren sind bevorzugte Ausführungsformen mit einer konischen Erweiterung der Rotornabenverlängerung 9 zum Rotorblatt hin gezeigt. Eine solche konische Erweiterung hat den Vorteil, dass bei gleicher Größe des Nabenkörpers 13 größere Blattwurzeldurchmesser und damit auch längere Rotorblätter 140 montiert werden können, die Windenergieanlagen mit höherer Leistung ermöglichen. The figures show preferred embodiments with a conical extension of the rotor hub extension 9 towards the rotor blade. Such a conical extension has the advantage that with the same size of the hub body 13, larger blade root diameters and thus also longer rotor blades 140 can be mounted, which enable wind turbines with higher performance.
Die nabenseitige Extenderlagereinheit 10 ist plattenförmig ausgebildet und weist einen zweiten Lochkreis 11 auf. Die plattenförmige nabenseitige Extenderlagereinheit kann eine zentrale Öffnung aufweisen, durch die das Innere des Rotorblattes 140 (vgl. Fig. 1) vom Nabenkörper 13 aus zugänglich ist. Plattenförmig im Sinne dieser Offenbarung bedeutet, dass die radiale Erstreckung der nabenseitige Extenderlagereinheit 10 zumindest das dreifache, bevorzugt mindestens das fünffache ihrer Plattenstärke D beträgt. The hub-side extender bearing unit 10 is plate-shaped and has a second hole circle 11. The plate-shaped hub-side extender bearing unit can have a central opening through which the interior of the rotor blade 140 (see Fig. 1) is accessible from the hub body 13. Plate-shaped in the sense of this disclosure means that the radial extent of the hub-side extender bearing unit 10 is at least three times, preferably at least five times, its plate thickness D.
Die Plattenstärke D der nabenseitigen Extenderlagereinheit 10 beträgt bevorzugt mindestens 20 % der axialen Wandstärke W der Rotornabenverlängerung 9 in deren nabenseitigem Endbereich E. In einigen Ausführungsformen kann die Plattenstärke D der nabenseitigen Extenderlagereinheit 10 auch vorzugsweise mindestens 50 % oder sogar mindestens 70 % der
axialen Wandstärke W der Rotornabenverlängerung 9 in deren nabenseitigem Endbereich E, um eine zusätzliche Stabilisierung des segmentierten Nabenkörpers zu erzielen. The plate thickness D of the hub-side extender bearing unit 10 is preferably at least 20% of the axial wall thickness W of the rotor hub extension 9 in its hub-side end region E. In some embodiments, the plate thickness D of the hub-side extender bearing unit 10 can also preferably be at least 50% or even at least 70% of the axial wall thickness W of the rotor hub extension 9 in its hub-side end region E in order to achieve additional stabilization of the segmented hub body.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der zweite Lochkreis 11 mit dem ersten Lochkreis 4 zur gemeinsamen Befestigung an dem Nabenkörper 13 fluchtet. Der dritte Lochkreis 14 fluchtet zudem ebenfalls mit dem ersten Lochkreis 4 und dem zweiten Lochkreis 11 . Die Befestigungsvorrichtung 1 ist somit mit einer Mehrzahl von Schrauben 15 an dem Nabenkörper 13 zu befestigen, die sich jeweils durch den ersten 4, zweiten 11 und dritten Lochkreis 14 erstrecken. According to the invention, it is provided that the second bolt circle 11 is aligned with the first bolt circle 4 for joint fastening to the hub body 13. The third bolt circle 14 is also aligned with the first bolt circle 4 and the second bolt circle 11. The fastening device 1 is thus to be fastened to the hub body 13 with a plurality of screws 15, which each extend through the first 4, second 11 and third bolt circle 14.
Ebenfalls von der Erfindung umfasst sind (nicht gezeigte) Ausführungsformen, in denen mindestens ein zweiter, radial versetzter Satz von drei zueinander fluchtenden Lochkreisen in der nabenseitigen und der blattseitigen Extenderlagereinheit, sowie dem Nabenkörper vorgesehen ist. Durch die zusätzliche Verschraubungsreihe kann die Übertragung der Belastungen über den Reibschluss sowie die Fläche für die Klemmung der benachbarten Nabenkörpersegmente zwischen blattseitiger und nabenseitiger Extenderlagereinheit erhöht werden. Also included in the invention are embodiments (not shown) in which at least a second, radially offset set of three bolt circles aligned with one another is provided in the hub-side and blade-side extender bearing units, as well as the hub body. The additional screw row can increase the transfer of loads via the frictional engagement and the area for clamping the adjacent hub body segments between the blade-side and hub-side extender bearing units.
Wie insbesondere in Fig. 5 ersichtlich kann die nabenseitige Extenderlagereinheit 10 zusätzlich zu dem zweiten Lochkreis 11 Befestigungsmittel 12 für eine temporäre oder permanente Fixierung der nabenseitigen Extenderlagereinheit 10 an dem Nabenkörper 13 aufweisen. In einem ersten Schritt der Montage wird die nabenseitige Extenderlagereinheit 10 über die Befestigungsmittel 12 an den Nabenkörpersegmenten 13‘, 13“ befestigt, so dass diese korrekt zueinander positioniert sind. Die Befestigungsmittel 12 sind nach Art und Anzahl jedoch nicht ausreichend, um die Belastungen im Segmentstoß während des Betriebs aufzunehmen. Es handelt sich vielmehr um Hilfsmittel zur Vereinfachung einer fehlersicheren Montage. Als weitere Hilfsmittel zur fehlersicheren Montage können Zentrierungen und/oder formschlüssige Montagehilfen zur eindeutigen Zuordnung und Positionierung der Teile vorhanden sein. Dadurch kann die Montageabfolge vor Ort optimiert und in ihrer Komplexität reduziert werden. As can be seen in particular in Fig. 5, the hub-side extender bearing unit 10 can have, in addition to the second bolt circle 11, fastening means 12 for temporarily or permanently fixing the hub-side extender bearing unit 10 to the hub body 13. In a first step of assembly, the hub-side extender bearing unit 10 is fastened to the hub body segments 13', 13" via the fastening means 12 so that they are correctly positioned relative to one another. However, the type and number of fastening means 12 are not sufficient to absorb the loads in the segment joint during operation. Rather, they are aids to simplify fail-safe assembly. Centering and/or form-fitting assembly aids for the clear assignment and positioning of the parts can be provided as additional aids for fail-safe assembly. This allows the assembly sequence on site to be optimized and its complexity reduced.
Der erste Lagerring 3 und der zweite Lagerring 5 können beispielsweise als ein Gleitlager mit Gleitpads ausgebildet sein.
Bevorzugt ist aber zusätzlich oder alternativ zu den Gleitpads mindestens eine Reihe von zwischen den Lagerringen 3, 5 abrollbaren Wälzkörpern 6, 7, 8 vorgesehen, die einen größten Wälzkörperdurchmesser WD aufweisen. Die Wälzkörper 6, 7, 8 können beispielsweise Kugeln, Zylinderrollen oder Kegelrollen sein. Dabei erstreckt sich die Rotornabenverlängerung 9 in Richtung der Lagerachse A mindestens um das 3-fache, weiter bevorzugt mindestens um das 5-fache, des größten Wälzkörperdurchmessers WD der Reihe der größten Wälzkörper 7, 8 über den zweiten Lagerring 5 hinaus. Durch die axiale Erstreckung der Rotornabenverlängerung 9, weist die Rotornabenverlängerung 9 im Vergleich zu einem konventionellen Blattlagerring eine zusätzliche Steifigkeit auf, die es erlaubt, die im Segmentstoß der Nabenkörpersegmente auftretenden Kräfte aufzunehmen und Verformungen des Laufbahnsystems auf ein tolerierbares Maß zu begrenzen. The first bearing ring 3 and the second bearing ring 5 can, for example, be designed as a plain bearing with sliding pads. Preferably, however, in addition to or as an alternative to the sliding pads, at least one row of rolling elements 6, 7, 8 which can roll between the bearing rings 3, 5 and which have a largest rolling element diameter WD is provided. The rolling elements 6, 7, 8 can be balls, cylindrical rollers or tapered rollers, for example. The rotor hub extension 9 extends in the direction of the bearing axis A at least 3 times, more preferably at least 5 times, the largest rolling element diameter WD of the row of the largest rolling elements 7, 8 beyond the second bearing ring 5. Due to the axial extension of the rotor hub extension 9, the rotor hub extension 9 has additional rigidity compared to a conventional blade bearing ring, which allows the forces occurring in the segment joint of the hub body segments to be absorbed and deformations of the raceway system to be limited to a tolerable level.
Wie in den Figuren 2 bis 7 gezeigt, können der erste und der zweite Lagerring 3, 5 beispielsweise eine dreireihige Rollendrehverbindung bilden. Alternativ sind jedoch auch andere Lagerbauformen, wie beispielsweise ein Doppelkegelrollenlager oder ein doppelreihiges Schrägkugellager denkbar. Der erste und/oder der zweite Lagerring 3, 5 können in axialer Richtung unterteilt sein, um den Zusammenbau des Lagers zu vereinfachen. In den in Fig. 2 bis 7 gezeigten Ausführungsbeispielen ist der Außenring 3 in axialer Richtung A unterteilt. Denkbar sind aber auch Ausführungsformen in denen der Innenring in axialer Richtung A unterteilt ist oder überhaupt keine Unterteilung in axialer Richtung A erfolgt. As shown in Figures 2 to 7, the first and second bearing rings 3, 5 can form, for example, a three-row roller bearing. Alternatively, other bearing designs are also conceivable, such as a double tapered roller bearing or a double-row angular contact ball bearing. The first and/or second bearing rings 3, 5 can be divided in the axial direction to simplify the assembly of the bearing. In the embodiments shown in Figures 2 to 7, the outer ring 3 is divided in the axial direction A. However, embodiments in which the inner ring is divided in the axial direction A or in which there is no division at all in the axial direction A are also conceivable.
Wie insbesondere in Fig. 3 dargestellt umfasst die nabenseitige Extenderlagereinheit 10 bevorzugt mindestens zwei Teile 10‘, 10“, die jeweils einen Umfangsabschnitt 1 T, 11“ des zweiten Lochkreises 11 enthalten. Die an den Teilen 10‘, 10“ der nabenseitigen Extenderlagereinheit 10 ausgebildeten Umfangsabschnitte 1 T, 11“ des zweiten Lochkreises 11 sind dann jeweils mit mindestens zwei an den Nabenkörpersegmenten 13‘, 13“ ausgebildeten Umfangsabschnitten 14‘, 14“ des dritten Lochkreises 14 überlappend angeordnet. As shown in particular in Fig. 3, the hub-side extender bearing unit 10 preferably comprises at least two parts 10', 10", each containing a circumferential section 1T, 11" of the second bolt circle 11. The circumferential sections 1T, 11" of the second bolt circle 11 formed on the parts 10', 10" of the hub-side extender bearing unit 10 are then each arranged to overlap with at least two circumferential sections 14', 14" of the third bolt circle 14 formed on the hub body segments 13', 13".
Zusätzlich können die Nabenkörpersegmente 13‘, 13“ auf der windzugewandten Seite und/oder der windabgewandten Seite mit einem mittels mindestens einem Versteifungsring 17, 18, 19 miteinander verbunden sein. Bevorzugt werden wie in Fig. 3 dargestellt zumindest an der windzugewandten Seite zwei Versteifungsringe 17, 18 eingesetzt, die einen an den Nabenkörpersegmenten 13‘, 13“ ausgebildeten Flansch 23 sandwichartig umschließen und von einer Verschraubungsreihe durchdrungen werden. Auf der windabgewandten Seite sind
die Befestigungsmittel 22 bevorzugt ebenfalls als ein Flansch mit einem Lochkreis ausgebildet, wobei der Versteifungsring 19 bevorzugt innenseitig des Nabenkörpers 13 angeordnet ist. Der Flansch 22 wird im montierten Zustand dann ebenfalls sandwichartig von dem Versteifungsring 19 und der Anschlusskomponente der Gondel 120, üblicherweise einem Lagerring eines Rotorlagers oder einem Abschlussflansch einer Rotorwelle, eingeschlossen. In diesem Sinne kann ein Versteifungsring auf der windabgewandten Seite vorteilhafterweise auch in den drehbaren Lagerring des Rotorlagers bzw. die Rotorwelle konstruktiv integriert sein durch eine entsprechend massivere Ausbildung von Rotorlagerring bzw. Rotorwelle. Die Versteifungsringe 17, 18, 19 sind bevorzugt nahtlos gewalzte Ringe. Die Versteifungsringe 17, 18, 19 können auch segmentiert ausgebildet sein, wobei die Ringsegmentgrenzen jeweils die Stöße der Nabenkörpersegmente 13‘, 13“ überdecken. In addition, the hub body segments 13', 13" can be connected to one another on the windward side and/or the leeward side by means of at least one stiffening ring 17, 18, 19. Preferably, as shown in Fig. 3, two stiffening rings 17, 18 are used at least on the windward side, which sandwich a flange 23 formed on the hub body segments 13', 13" and are penetrated by a row of screw connections. On the leeward side, the fastening means 22 are preferably also designed as a flange with a bolt circle, wherein the stiffening ring 19 is preferably arranged on the inside of the hub body 13. In the assembled state, the flange 22 is then also sandwiched between the stiffening ring 19 and the connection component of the nacelle 120, usually a bearing ring of a rotor bearing or an end flange of a rotor shaft. In this sense, a stiffening ring on the side facing away from the wind can advantageously also be structurally integrated into the rotatable bearing ring of the rotor bearing or the rotor shaft by a correspondingly more solid design of the rotor bearing ring or rotor shaft. The stiffening rings 17, 18, 19 are preferably seamless rolled rings. The stiffening rings 17, 18, 19 can also be designed in segments, wherein the ring segment boundaries each cover the joints of the hub body segments 13', 13".
Bei dem in Fig. 2 bis 5 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel ist der dritte Lochkreis 14 als Durchgangsbohrungen ausgebildet, die in einem radialen Flansch 16 des Nabenkörpers 13 angeordnet sind. Die nabenseitige Extenderlagereinheit 10 ist dabei nabeninnenseitig des Flansches 16 und blattseitige Extenderlagereinheit 2 nabenaußenseitig des Flansches 16 angeordnet. In the first embodiment shown in Fig. 2 to 5, the third bolt circle 14 is designed as through holes which are arranged in a radial flange 16 of the hub body 13. The hub-side extender bearing unit 10 is arranged on the inside of the hub flange 16 and the blade-side extender bearing unit 2 is arranged on the outside of the hub flange 16.
In Fig. 6 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Es unterscheidet sich von dem in Fig. 2 bis 5 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass der dritte Lochkreis 14 als Sacklochbohrungen in dem Nabenkörper 13 ausgebildet ist. Dabei sind sowohl die nabenseitige Extenderlagereinheit 10 als auch die blattseitige Extenderlagereinheit 2 nabenaußenseitig des Nabenkörpers 13 angeordnet. A second embodiment of the invention is shown in Fig. 6. It differs from the first embodiment shown in Figs. 2 to 5 in that the third bolt circle 14 is designed as blind holes in the hub body 13. Both the hub-side extender bearing unit 10 and the blade-side extender bearing unit 2 are arranged on the outside of the hub body 13.
Im Übrigen gelten die Ausführungen zum ersten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 bis 5 für das zweite Ausführungsbeispiel entsprechend. Furthermore, the statements regarding the first embodiment according to Figs. 2 to 5 apply accordingly to the second embodiment.
Fig. 7 zeigt eine Ausstattungsvariante des zweiten Ausführungsbeispiels mit einem elektrischen Verstellantrieb 20. Der Verstellantrieb 20 ist in die blattseitige Extenderlagereinheit 2 integriert. Dazu ist der Verstellantrieb 20 an einer Versteifungsplatte 21 montiert, die ihrerseits an dem zweiten Lagerring 5 der blattseitigen Extenderlagereinheit 2 befestigt ist. Das Antriebsritzel des Verstellantriebs 20 ist mit einer Verzahnung im nabenseitigen Endbereich E der Rotornabenverlängerung 9 im Eingriff. Auf diese Weise kann eine Verstellung des Pitch-Winkels des angeschlossenen Rotorblattes 140 bewirkt werden. Die Integration des
Verstellantriebs 20 in die erfindungsgemäße Befestigungsvorrichtung 1 hat den Vorteil, dass der Antrieb 20 bereits im Werk vormontiert und getestet werden kann und die Montage im Feld auf einfache Verschraubungen zum Zusammenbau der Nabe beschränkt ist. Auch wird eine getrennte Supply Line von Nabe und Blattlagereinheit inklusive Verstellantrieb ermög- licht. Anstelle eines einzelnen Verstellantriebs 20 können auch mehrere über den Umfang der Befestigungsvorrichtung 1 verteilt angeordnete Verstellantriebe 20 vorgesehen sein. Fig. 7 shows an equipment variant of the second embodiment with an electric adjustment drive 20. The adjustment drive 20 is integrated into the blade-side extender bearing unit 2. For this purpose, the adjustment drive 20 is mounted on a stiffening plate 21, which in turn is attached to the second bearing ring 5 of the blade-side extender bearing unit 2. The drive pinion of the adjustment drive 20 is in engagement with a toothing in the hub-side end region E of the rotor hub extension 9. In this way, an adjustment of the pitch angle of the connected rotor blade 140 can be effected. The integration of the The integration of the adjustment drive 20 into the fastening device 1 according to the invention has the advantage that the drive 20 can already be pre-assembled and tested in the factory and assembly in the field is limited to simple screw connections for assembling the hub. A separate supply line for the hub and blade bearing unit including the adjustment drive is also possible. Instead of a single adjustment drive 20, several adjustment drives 20 can be provided distributed over the circumference of the fastening device 1.
Die Ausstattungsvariante mit integriertem Verstellantrieb 20 ist in Fig. 7 beispielhaft für das zweite Ausführungsbeispiel gezeigt. In gleicher weise kann auch die Befestigungsvorrich- tung nach dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 bis 5 mit einem integrierten Verstellantrieb 20 ausgestattet werden.
The equipment variant with integrated adjustment drive 20 is shown in Fig. 7 as an example for the second embodiment. In the same way, the fastening device according to the first embodiment according to Figs. 2 to 5 can also be equipped with an integrated adjustment drive 20.
Bezugszeichenliste list of reference symbols
1 Befestigungsvorrichtung 1 fastening device
2 blattseitige Extenderlagereinheit 2 blade-side extender bearing unit
3 erster Lagerring 3 first bearing ring
4 erster Lochkreis 4 first bolt circle
5 zweiter Lagerring 5 second bearing ring
6, 7, 8 Wälzkörperreihen 6, 7, 8 rows of rolling elements
9 Rotornabenverlängerung 9 Rotor hub extension
10 nabenseitige Extenderlagereinheit 10 hub-side extender bearing unit
10‘, 10“ Teile der nabenseitigen Extenderlagereinheit 10', 10" parts of the hub-side extender bearing unit
11 zweiter Lochkreis 11 second bolt circle
1 T, 11“ Umfangsabschnitte des zweiten Lochkreises 1 T, 11" circumferential sections of the second bolt circle
12 Befestigungsmittel 12 fasteners
13 Nabenkörper 13 hub bodies
13‘, 13“, 13‘“ Nabenkörpersegmente 13', 13", 13'" hub body segments
14 dritter Lochkreis 14 third bolt circle
14‘, 14“ Umfangsabschnitte des dritten Lochkreises 14', 14" circumferential sections of the third bolt circle
15 Schrauben 15 screws
16 Flansch 16 flange
17, 18, 19 Versteifungsring 17, 18, 19 stiffening ring
20 Verstellantrieb 20 adjustment drive
21 Versteifungsplatte 21 stiffening plate
22 Befestigungsmittel 22 fasteners
23 Flansch 23 flange
100 Windenergieanlage 100 wind turbines
110 Turm 110 tower
120 Gondel 120 gondolas
130 Rotor 130 Rotor
140 Rotorblatt 140 rotor blades
150 Mehrteilige Nabenanordnung 150 Multi-part hub assembly
A Lagerachse A bearing axis
E nabenseitiger Endbereich der Rotornabenverlängerung
D Plattenstärke der nabenseitigen ExtenderlagereinheitE hub-side end area of the rotor hub extension D Plate thickness of the hub-side extender bearing unit
W Wandstärke der Rotornabenverlängerung W Wall thickness of the rotor hub extension
WD Wälzkörperdurchmesser
WD rolling element diameter
Claims
1. Vorrichtung für die Befestigung eines Rotorblattes (140) an einem Nabenkörper (13) einer Windenergieanlage (100), umfassend eine blattseitige Extenderlagereinheit (2) umfassend einen ersten Lagerring (3) mit einem ersten Lochkreis (4) zur Befestigung an dem Nabenkörper (13), und einen zweiten Lagerring (5) zur Befestigung an dem Rotorblatt (140), wobei der zweite Lagerring (5) koaxial zu dem ersten Lagerring (3) um die gemeinsame Lagerachse (A) verdrehbar angeordnet ist, und eine nabenseitige Extenderlagereinheit (10), die plattenförmig ausgebildet ist und einen zweiten Lochkreis (11) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Lagerring (3) mit einer Rotornabenverlängerung (9) ausgebildet ist, die sich nabenseitig in Richtung der Lagerachse (A) über den zweiten Lagerring (5) hinaus erstreckt und in deren nabenseitigem Endbereich (E) der erste Lochkreis (4) angeordnet ist, wobei der zweite Lochkreis (11) mit dem ersten Lochkreis (4) zur gemeinsamen Befestigung an dem Nabenkörper (13) fluchtet. 1. Device for fastening a rotor blade (140) to a hub body (13) of a wind turbine (100), comprising a blade-side extender bearing unit (2) comprising a first bearing ring (3) with a first hole circle (4) for fastening to the hub body (13), and a second bearing ring (5) for fastening to the rotor blade (140), wherein the second bearing ring (5) is arranged coaxially to the first bearing ring (3) so as to be rotatable about the common bearing axis (A), and a hub-side extender bearing unit (10) which is plate-shaped and has a second hole circle (11), characterized in that the first bearing ring (3) is designed with a rotor hub extension (9) which extends on the hub side in the direction of the bearing axis (A) beyond the second bearing ring (5) and in the hub-side end region (E) of which the first hole circle (4) is arranged, wherein the second hole circle (11) is connected to the first hole circle (4) for common fastening aligned with the hub body (13).
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die nabenseitige Extenderlagereinheit (10) eine Plattenstärke (D) aufweist, die mindestens 20 %, bevorzugt mindestens 50 % und besonders bevorzugt mindestens 70 % einer axialen Wandstärke (W) der Rotornabenverlängerung (9) in deren nabenseitigem Endbereich (E) beträgt. 2. Device according to claim 1, characterized in that the hub-side extender bearing unit (10) has a plate thickness (D) which is at least 20%, preferably at least 50% and particularly preferably at least 70% of an axial wall thickness (W) of the rotor hub extension (9) in its hub-side end region (E).
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die nabenseitige Extenderlagereinheit (10) zusätzlich zu dem zweiten Lochkreis (11) Befestigungsmittel (12) für eine temporäre oder permanente Fixierung der nabenseitigen Extenderlagereinheit (10) an dem Nabenkörper (13) aufweist. 3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the hub-side extender bearing unit (10) has, in addition to the second bolt circle (11), fastening means (12) for a temporary or permanent fixation of the hub-side extender bearing unit (10) to the hub body (13).
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Reihe von zwischen den Lagerringen (3, 5) abrollbaren Wälzkörpern (6, 7, 8) vorgesehen sind, die einen Wälzkörperdurchmesser (WD) aufweisen, und sich die Rotornabenverlängerung in Richtung der Lagerachse (A) mindestens um das 3-fache
des Wälzkörperdurchmessers (WD) der Reihe der größten Wälzkörper (7, 8) über den zweiten Lagerring (5) hinaus erstreckt. 4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that at least one row of rolling elements (6, 7, 8) are provided which can roll between the bearing rings (3, 5) and have a rolling element diameter (WD), and the rotor hub extension extends in the direction of the bearing axis (A) by at least 3 times the rolling element diameter (WD) of the row of the largest rolling elements (7, 8) extends beyond the second bearing ring (5).
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die nabenseitige Extenderlagereinheit (10) mindestens zwei Teile (10‘, 10“) umfasst, die jeweils einen Umfangsabschnitt (1 T, 11“) des zweiten Lochkreises (11) enthalten. 5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the hub-side extender bearing unit (10) comprises at least two parts (10', 10"), each containing a circumferential section (1T, 11") of the second bolt circle (11).
6. Mehrteilige Nabenanordnung für eine Windenergieanlage (100), umfassend einen Nabenkörper (13) mit Befestigungsmitteln (22) zur Befestigung der Nabenanordnung (150) an einer Gondel (120) der Windenergieanlage (100) und mindestens einem dritten Lochkreis (14) zur Befestigung eines Rotorblattes (140) der Windenergieanlage (100), wobei der Nabenkörper (13) mindestens zwei Nabenkörpersegmente (13‘, 13“, 13‘“) umfasst, an denen jeweils ein Umfangsabschnitt (14‘, 14“) des dritten Lochkreises (14) ausgebildet ist und die derart angeordnet sind, dass die Umfangsabschnitte (14‘, 14“) gemeinsam den dritten Lochkreis (14) bilden, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabenanordnung (150) ferner eine Befestigungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 umfasst, wobei der dritte Lochkreis (14) mit dem ersten Lochkreis (4) und dem zweiten Lochkreis (11) fluchtet und die Befestigungsvorrichtung (1) mit einer Mehrzahl von Schrauben (15) an dem Nabenkörper (13) befestigt ist, die sich jeweils durch den ersten (4), zweiten (11) und dritten Lochkreis (14) erstrecken. 6. Multi-part hub arrangement for a wind turbine (100), comprising a hub body (13) with fastening means (22) for fastening the hub arrangement (150) to a nacelle (120) of the wind turbine (100) and at least one third hole circle (14) for fastening a rotor blade (140) of the wind turbine (100), wherein the hub body (13) comprises at least two hub body segments (13', 13", 13'"), on each of which a peripheral section (14', 14") of the third hole circle (14) is formed and which are arranged such that the peripheral sections (14', 14") together form the third hole circle (14), characterized in that the hub arrangement (150) further comprises a fastening device (1) according to one of claims 1 to 5, wherein the third hole circle (14) is connected to the first hole circle (4) and the second hole circle (11) aligned and the fastening device (1) is fastened to the hub body (13) with a plurality of screws (15) which each extend through the first (4), second (11) and third bolt circle (14).
7. Mehrteilige Nabenanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Lochkreis (14) als Durchgangsbohrungen ausgebildet ist, die in einem radialen Flansch (16) des Nabenkörpers (13) angeordnet sind. 7. Multi-part hub arrangement according to claim 6, characterized in that the third bolt circle (14) is designed as through holes which are arranged in a radial flange (16) of the hub body (13).
8. Mehrteilige Nabenanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die nabenseitige Extenderlagereinheit (10) nabeninnenseitig des Flansches (16) und blattseitige Extenderlagereinheit (2) nabenaußenseitig des Flansches (16) angeordnet ist. 8. Multi-part hub arrangement according to claim 7, characterized in that the hub-side extender bearing unit (10) is arranged on the inside of the hub of the flange (16) and the blade-side extender bearing unit (2) is arranged on the outside of the hub of the flange (16).
9. Mehrteilige Nabenanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Lochkreis (14) als Sacklochbohrungen in dem Nabenkörper (13) ausgebildet ist, wobei die nabenseitige Extenderlagereinheit (10) und die blattseitige Extenderlagereinheit (2) nabenaußenseitig des Nabenkörpers (13) angeordnet sind.
9. Multi-part hub arrangement according to claim 6, characterized in that the third bolt circle (14) is designed as blind holes in the hub body (13), wherein the hub-side extender bearing unit (10) and the blade-side extender bearing unit (2) are arranged on the outside of the hub body (13).
10. Mehrteilige Nabenanordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 9 mit einer Befestigungsvorrichtung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die an den Teilen (10‘, 10“) der nabenseitigen Extenderlagereinheit (10) ausgebildeten Umfangsabschnitte (1 T, 11“) des zweiten Lochkreises (11) jeweils mit mindestens zwei an den Nabenkörpersegmenten (13‘, 13“) ausgebildeten Umfangsabschnitten (14‘, 14“) des dritten Lochkreises (14) überlappend angeordnet sind. 10. Multi-part hub arrangement according to one of claims 6 to 9 with a fastening device (1) according to claim 5, characterized in that the circumferential sections (1T, 11") of the second bolt circle (11) formed on the parts (10', 10") of the hub-side extender bearing unit (10) are each arranged to overlap with at least two circumferential sections (14', 14") of the third bolt circle (14) formed on the hub body segments (13', 13").
11. Mehrteilige Nabenanordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabenkörpersegmente (13‘, 13“) auf der windzugewandten Seite und/oder der windabgewandten Seite mit einem mittels mindestens einem Versteifungsring (17, 18, 19) miteinander verbunden sind.
11. Multi-part hub arrangement according to one of claims 6 to 10, characterized in that the hub body segments (13', 13") on the windward side and/or the windward side are connected to one another by means of at least one stiffening ring (17, 18, 19).
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