专利名称：风力设备纵向延伸转子叶片的轴承单元、装备这种转子叶片轴承结构的风力设备以及用 ...的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种特别是风力设备纵向延伸转子叶片的轴承单元， 包括至少两个轴向相对偏移的滚道及环绕运行的滚动体；此外还涉及 一种装备这种转子叶片轴承结构的风力设备以及一种用于操作这种风 力设备的方法。
背景技术：
风力设备-并因此特别是其转子直径-变得越来越大。与此相 应对全部支承和轴承单元的要求也在提高。这一点也适用叶片轴承， 其用于调整叶片迎角并可与不同的风速相配合， 一方面为了最佳的功 率调整和另一方面以狂风停电的方式。在这种情况下，最大的负荷是 倾覆力矩，其将集中在风压中心(center of pressure Cp，大致在转子叶 片长度的中心)的风力负荷引导到叶片轴承上。与这种倾覆力矩相关， 叶片轴承可以视为旋转中心，而且由于相当大的杠杆力臂，从风力负 荷中产生叶片根部和叶片轴承非常高的弯曲应力。弯曲力矩在叶片轴 承上由此整体上要比转子的轴承结构上严重得多，因为在那里由相同 的旋转角相对偏移安装的转子叶片产生的弯曲力矩一定程度上得到补 偿。此外，风力设备的转子在转矩导入期间始终旋转，从而那里的滚 动体与此同时进行运动并无需担心局部的持续负荷，这一点与转子叶 片轴承结构，其通常只有在风力的平均值明显改变，也就是确切地说 是在很罕见的情况下，才为调整转子叶片迎角进行扭转。
DE 37 32 730 Al介绍了 一种风力设备转子叶片的支承轴颈轴承结 构。在一种实施方式中，公开了两个在轴向上与旋转轴线相关彼此相 距的轴承单元，各自由一个斜置关节轴承、 一个圆柱滚子轴承和一个 滚针轴承组成，其中，圆柱滚子轴承将径向力和滚针轴承将轴向力从 外圈单元传递到斜置关节轴承的外圈上，其内圈将这些力共同传输到 轮毂上。为控制由风力负荷引发的相当大的倾覆力矩，具有两个轴承 单元。因为每个这种轴承单元具有一个轴向轴承和一个径向轴承，所 以由风力负荷引发的任何倾覆力矩或根部弯曲力矩均造成一对彼此相 反的径向力(每个径向轴承上一种径向力)以及一对彼此相反的轴向 力(每个轴向轴承上一种轴向力)。因为在这种情况下所有四个轴承 部位上的倾覆力矩或根部弯曲力矩-由于轴承彼此的几何形状距离 造成-均以可比较的数量级分配到各自的力上，所以所有径向轴承和 轴向轴承均为比较大的负荷设计。为将这些负荷降到所能接受的程度 上，必须遵守两个轴承单元分离所需的最小距离。但使用具有总计四 个均为高应力设计的轴承部位的两个轴承单元本身增加了结构开支， 尤其是每个轴承作为滚道需要一个单独的内圈和外圈。
发明内容
从现有技术的这些缺点出发，本发明的目的在于提供一种风力设 备的转子叶片轴承，其可以满足对这种结构件的特殊要求，特别是在 强风力负荷下持久不变地满足比例如对转子轴承高得多的倾覆力矩并 能够承受相当严重的负荷状态。
该目的在一种依据分类的转子叶片轴承单元中由此得以实现，艮口， 具有两个可相对扭转的环形件，用于间接或者直接连接在转子叶片轮 毂上和转子叶片上；其中两个轴向相对偏移的滚道的滚动体具有大致 圆柱体的形状，也就是具有各一个外壳面，其与旋转轴线完全旋转对 称(圆柱形、锥形、针形或者桶形)；以及其中为完全吸收风压作用 于转子叶片和作用于轴承单元的倾覆力矩(以及需要时为吸收其他力 如叶片重量、离心力等和/或力矩例如由于转子叶片暂时相对于垂直线 的倾斜位置)，使用两个设置在两个连接件之间且轴向相对偏移的滚 道及大致圆柱体形状的环绕运行的滚动体，其中，这些滚动体这样定
向，使其旋转轴线与相关转子叶片的纵轴线以45° - 90。之间的角度相 切。
概念"大致圆柱体形状"在此方面并不局限于纯粹数学确定的圆 柱体形状，而是包括符合以下条件的所有旋转体，即，各具有一个外 壳面以及两个与此例如通过各一个棱边或者曲率半径降低的区域而不 同的端面，也就是例如圆柱形、锥形、针形或者梯形，而不是各处具 有恒定曲率半径的球形，以致于不能将外壳面与端面区分开来，而且
相对于其他轴线或方向也无法表明旋转轴线。这种滚动体纵轴线的定 向在此方面考虑转子叶片上的力比，其中如下面还要进一步介绍的那 样，轴向力超过径向力。在此方面，滚动体的两个滚道对这样设置在 两个可相对扭转的连接件上，使一个这种滚动体排可以传递一个方向 上的轴向压力、在直径向相对并在相反方向上沿共同的旋转轴线作用 的其他同样的压力。在这种情况下，设置以这种理念为基础，即转子
叶片也具有一种例如2m-3m并非不重要的直径，其中，叶片轴承上 的旋转点对由风力负荷引发的倾覆力矩来说，大致处于经过转子叶片 的中心纵轴线与转子轴线横向分布的一条线上。因此不需要附加具有 两个径向轴承。此外，由风力引发的强倾覆力矩在转子叶片的根部上 造成环绕该旋转点或环绕其连接线的弯曲力矩，该连接线在叶片轴承 与确定旋转点的线相对90。偏移的区域上称为轴向拉力或在相对面上 称为轴向压力。依据本发明的两个轴承部位吸收这种轴向力。由风压 产生的倾覆力矩仅通过轴向力对支承。这样避免出现径向扩径轴承圈 并使密封变得困难的径向力。该优点恰恰是通过取消径向轴承对而产 生的。此外，由于本发明，也可以取消仅很少调整并因此负荷技术上 非常不利的叶片轴承上的斜置关节轴承。此外不需要轴端。因为倾覆 力矩完全通过轴向力对支承，所以在这里可以取消第二轴承单元，由 此明显减少部件数量并因此降低轴承单元的故障率；结构非常紧凑， 无需相对调整多个轴承部位。
在本发明的框架内，两个轴向相对偏移滚道的滚动体这样定向，
使其旋转轴线大致径向，也就是大致垂直与相关转子叶片的纵轴线相 关定向。这种情况下，这两个滚道的滚动体根本不传递径向力。出于 转子叶片定中心的目的-如下面还要进一步介绍的那样-可以为支 承径向力的滚动体具有另一个滚道。因此形成一览无余和易于控制的 力比。
通过两个连接件同心嵌套设置，两个轴向上相对偏移的轴承部位 在连接件之间占据两个位置。
事实证明有利的是，两个连接件各自具有轮缘形设置的固定孔。 在这种情况下，可以是具有螺纹的盲孔或者优选是螺丝、螺栓或者这 类部件的贯通孔，这些部件旋入转子叶片内或者转子轮毂内或者固定 在其上面。
最好环形连接件彼此远离的端面作为与一面的转子轮毂和另一面 的相关转子叶片的连接面使用。由此可以将轴承单元插入这两个部件 之间。
如果两个连接件之间的环形间隙各自在两个连接面的区域内密 封，那么滚动体在一个与外界完全封闭的空间内运行。因此这些滚动 体摆脱例如含盐并因此腐蚀性海风的影响，防止沙尘侵入并将润滑脂 或者其他润滑油保持在滚动体的区域内。
其他优点由此产生，即至少一个连接面靠近其他连接件的外壳侧 上具有至少一个凸起的环绕运行凸缘。通过其侧面可以将轴向力导入 相关的连接件内。
此外依据本发明的这种设想，凸缘的轴向延伸相当于两个轴承滚 动体之间的轴向距离。由此凸缘的两个环形侧面作为各一个轴承部位 大致圆柱体滚动体的滚动面使用或构成。
本发明可以如下进一步构成，即大致圆柱形滚动体的滚道沿大致 平面的环形面分布，这些环形面由相关转子叶片的纵轴线大致垂直穿 过。平面在制造技术上可以比拱面更加简单地实现；另一方面，在本 发明中由相关的轴承仅传递轴向力，从而没有理由滚动面具有拱面， 或者以例如大致45。数量级的(大)角度与相关转子叶片的纵轴线构成， 例如像双斜置滚子轴承上的情况那样。
依据本发明的轴承最好具有至少一个第三轴承部位，插入两个连 接件的两个彼此靠近的外壳面之间。与此前介绍的轴承相反，后者的 作用是将与风力负荷相关的风压从相关的转子叶片传递到转子叶片轮 毂上。轴承通过风力本身的负荷虽然明显小于通过由风力负荷引发的 倾覆力矩造成的负荷，但却不可小觑，因为依据本发明具有大致圆柱 体形的滚动体的轴承不能传递径向力。为此取代其使用附加的轴承。
本发明优选一种设置，其中第三轴承部位处于大致圆柱体滚动体 的两个滚道之间，其这样定向，使其旋转轴线大致径向与相关转子叶 片的纵轴线相关定向。结果通过第三或附加的轴承部位在前两个之间 的轴向上，特别是前两个轴承之间的一个凸缘区域内定位，产生一种 特别节省占地面积的结构。
第三轴承部位同样可以作为滚动轴承构成，以保证尽可能易于实 施的转子叶片调整，其中，其滚动体的旋转轴线与转子叶片的纵轴线 大致平行定向。因为另一方面由第三轴承传递的力小于首先介绍的两 个轴承，所以第三轴承滚动体的体积小于旋转轴线与转子叶片的纵轴 线相对处于大致径向上的滚动体轴承的滚动体。
另一方面，也存在第三轴承部位作为滑动轴承构成的可能性。但 因为这种轴承只能承受比较小的力，所以其中也不产生大的摩擦力。
第三或附加轴承部位较小负荷的其他后果是，插入两个连接件的 彼此靠近的两个外壳面之间的轴承部位的滚道或者滑动面的有效宽度 的尺寸可以小于接触滚动体的滚道的有效宽度，该滚动体的旋转轴线 大致径向相关于转子叶片的纵轴线定向。
为使两个环形连接件连同设置在其间的滚动体和可能的隔离件或 滚动体保持架的组装变得容易，本发明建议连接件沿一个与转子叶片 的纵轴线大致垂直定向的平面划分构成，从而用于装入滚动体的两半 部分可以彼此分离。
为使滚动体恰恰是在负荷下尽可能无歪斜地相对于滚道平行定 向，用于嵌入滚动体的滚道截面这样构成，使其至少按区域与所要嵌 入那里的滚动体的纵剖面不相应，而是最好轴向上更窄并因此向滚动 体预张紧。如果滚道然后扩径- 一方面在滚动体本身的影响下，但另 一方面可能也在负荷下_那么它造型合理地紧贴在滚动体上，从而这 些滚动体不会歪斜。为此目的，用于嵌入滚动体具有的滚道截面的纵
向延伸至少按区域选择得小于滚动体与此对应段的直径。
为提高依据本发明的轴承的使用寿命，其旋转轴线大致径向与相 关转子叶片的纵轴线定向的滚动体在外壳面与至少一个相邻的端面之 间具有至少一个弧形过渡区，也就是展平或者倒圆。由此对滚道的边 缘挤压在工作时轴承单元的弹性变形情况下确定公差，方法是对这种 情况在倒圆过渡的区域内也确保与滚道足够的接触面。
用于降低依据本发明轴承结构上磨损的另一种措施在于，其旋转 轴线大致径向与相关转子叶片的纵轴线相关定向的滚动体具有至少一 个球缺形的端面。因此扩大滑动面，方法是一个滚动体径向外置的端 面沿那里连接件的内侧滑动并因此受到很小磨损。在这种意义上的优 点是，球缺形端面的拱顶半径大致相当于或者小于外圈内侧的半径。
降低磨损还提高了滚动体的弹性，因为这些滚动体然后在轴承单 元的高负荷并因此高弹性变形下，至少在有限的范围内弹性变形并随 后可以无保留变形的情况下重新反弹。例如由此提高弹性，即其旋转 轴线大致径向与相关转子叶片的纵轴线相关定向的滚动体作为空心体 构成。这一点例如可以通过沿其旋转轴线的同轴穿孔实现。根据孔或 剩余外壳的厚度，可以精确调整弹性。
这种空腔可以用于相邻的空心滚动体通过端面的连接件相互引导 并这样保持在一个确定的距离上，方法是这些连接件至少按区域嵌入 滚动体的空腔内。连接件在最简单的情况下可以具有例如C形夹子的 形状，其末端嵌入两个相邻的辊形或大致圆柱体形滚动体的各一个中 心或同轴孔内。
这种连接件也提供了彼此间组成一个或者多个保持架或者保持架 段的可能性。这种保持架段例如仅在一个有限的中心角上且不在整个 滚动体排圆周上延伸，和/或它们在滚动体的内置或外置端面或者两侧 上环嵌滚动体。
作为对此的选择，可以在相邻的滚动体之间插入各一个隔离件， 其径向的纵向剖面小于滚动体的径向纵剖面或者与其同样大小。在这 种情况下，滚动体本身可以各自加长并因此利用最大体积构成，从而 可以传递更大的力，因为在确定的安装空间内仍留有保持架的位置。
在本发明第一实施方式的框架内，连接件上没有啮合齿；在这种 情况下，转子叶片调整例如可以借助一个液压缸进行，其与转子叶片 的纵轴线偏心铰接在转子叶片上并支承在转子轮毂上或者相反。
另一方面，出于转子叶片调整的目的，连接件上最好在内圈的内 侧上也可以具有啮合齿，用于啮合驱动电机的啮合传动件例如小齿轮。
装备至少一个依据本发明的转子叶片轴承结构的风力设备本身带 来一系列优点恰恰是在风力设备的转子叶片上出现的高轴向力使转 子叶片轴承结构承受非常强的负荷，并可以由具有与滚道线性接触区 的圆柱形、锥形、针形或者桶形的滚动体比具有与滚道点状接触区的 球形滚动体更佳地进行传递。高轴向力主要来自转子叶片的巨大长度， 转子叶片在其轨道的最高位置上高出塔尖数米，这例如与在水下运转 的船舶螺旋桨相反，螺旋桨仅具有少量的径向延伸并此外由于其大多 成对设置而承受相当大的径向吸力作用。这种径向力在通常每个塔仅 具有唯一转子的风力设备上并不出现。另一方面，随着风力设备的高 度增长超过NN，例如狂风、飓风或者旋风暴期间的风力部分达到数百 km/h的极高速度，导致设计上必须考虑的转子叶片轴承的极端轴向负
荷。这些流速和特别是与此相关的不连续性(突然的狂风、涡流等) 在其他介质例如水中完全不可想象，从而那里根本不涉及这一问题。
依据本发明用于操作具有至少一个转子叶片轴承单元的风力设备 方法的特征在于，单个/多个相关的转子叶片在风力设备的运行期间， 也就是在风速始终不变无需调整转子叶片的情况下，不断环绕它的/它 们的纵轴线扭转。
依据本发明的转子叶片轴承结构支持转子叶片的不断，也就是不 中断(小)的扭转，方法是滚动体与滚道之间的润滑膜可以持续再生 并因此预防暂时的干运转。这一点特别是也适用于这种情况，即在风 情不变的情况下，叶片调整角几乎不变和叶片轴承因此保持在一个位 置上。即使在这种几乎恒定的叶片调整角下，叶片轴承上也会出现不 利的滚道磨损，因为转子叶片在塔上掠过时，通过空气动力学的吸力 和压力倾覆力矩负荷作用于静止(不转动)的叶片轴承，在没有依据 本发明的方法情况下，滚动体与滚道之间的润滑膜会断开并然后滚道
通过所谓的"False Brinelling"而出现损坏，也就是由于在滚动轴承的 静止期间迅速导致润滑膜位移的对滚动轴承反复交替作用的负荷，滚 道通过滚动体对滚道高赫兹的挤压而退化。
这种所谓的"False Brinelling"在下述情况下出现，即风力设备出 于某些原因，例如在维护/修理工作或者狂风阶段期间，也一再断电且 转子连同叶片缓慢自由转动("freewheeling")，而不产生电能。在 这种情况下，风力设备的静止期间也可以使用依据本发明的方法，预 防或防止由于"False Brinelling"损坏滚道。
依据本发明方法的另一优点是防止滚道受到所谓"Fretting Corrosion (磨蚀)"的磨损。这种微振磨损腐蚀通过轴承单元/其连接 结构和一种因此常常引发的滚动体在其纵轴线方向上并因此沿滚道滑
动运动的弹性变形产生。依据本发明的方法在下述情况下也始终保证 滚动体的滚动运动并因此滚动体与滚道之间所需润滑膜的结构，即滚 动体承受沿其纵轴线不利的滑动运动，而且与风力设备是否运行、或 者转子叶片是否必须调整无关，始终具有优点地进行转子叶片浓度不 断，也就是不中断(小)的调整。
不断扭转通过相应控制转子叶片调整的电动机或者液压缸进行。 在这种情况下，转子叶片的不断扭转适合为一种周期性运动，因为转 子叶片由此产生的振荡运动在滚动体与滚道之间产生一种特别有利的 润滑膜结构。
本发明由此可以进行优化，即转子叶片的振荡扭转周期相当于风 车的旋转周期，只要后者不低于预先规定的下限值。由此达到相对均 衡由不同的转子叶片引发的负荷，目的是产生的结构负荷最小化。
另一方面在风车静止时(例如无风时)，但即使在风车的旋转周 期低于预先规定的下限值情况下，仍应继续周期性运动，特别是具有 大致恒定的周期。这一点在风车的低转速范围内例如从不低于最低调 整频率而可能造成周期性调整与风车的转速脱节。这种最低的调整频
率在风车启动时可能持续至最后产生与风车的角位置同步的角位置，
以便随后迎角的调整跟踪风车的该角位置。
转子叶片周期性扭转期间，其迎角在两个极限值之间变化。如果 各自在相关转子叶片环绕运行转子轴的一个预先规定旋转角上达到所 有转子叶片周期性迎角偏移的最大值，可以达到不同转子叶片不同偏 移的相对补偿。这种大致正弦形的偏移例如在三个转子叶片时导致在 任何时间点上，相邻转子叶片的周期性偏差与平均值彼此相差120°， 整体上，也就是在n个转子叶片情况下相差360°/n。
非常好的结果可以由此取得，即大致在转子叶片的最高点和最低 点上达到周期性迎角偏移的极限值。在此方面，应在与较小风力的最 低点上相应的较大风力的最高点上调整转子叶片。因为实际情况是， 依据自然规律风力随着高度增加而大于地面附近。
如果转子叶片迎角周期性偏移的幅度取决于随着高度增加而提 高的风速，例如与其大致成正比，那么达到单个叶片迎角的最佳化。 在这样一种控制中，应关心的是偏移的幅度不低于下极限值，即使在 风速或风车上部和下部区域内的风速之间的差值接近零的情况下(例 如在绝对无风的情况下)也是如此。
最后与本发明的教导相应的是，扭转极限值之间的平均值取决于 风速。也正如以往那样，这样利用转子叶片迎角的平均值追求转子叶 片位置与具体风情的最佳配合。通过作为平均值最好选择以往静态调 整的转子叶片迎角，为每个单个转子叶片产生最佳的比例。
下面借助几种优选的实施方式以及附图对本发明基础上的其他特 征、特性、优点和作用进行说明。其中；
图1示出依据本发明的转子叶片轴承单元安装状态下部分中断的 剖面图； 图2示出拆开状态下同样中断的图1的叶片轴承单元；
图3示出图1和2叶片轴承单元一个滚动体外壳面的视图4示出本发明另一实施方式与图1相应的视图；以及
图5示出本发明一种再次变化的实施方式与图2相应的视图。
具体实施例方式
依据本发明的叶片轴承1在风力设备上使用并在那里用于将转子 叶片2可扭转连接在转子轮毂3上。
转子叶片2通常由纤维复合材料组成并按照机翼的类型构成。为 减轻重量，转子叶片2作为一个环绕内部空腔的外壳面4构成，其在 转子叶片2的后端5上过渡成直径例如约2 m- 3 m的圆柱体外壳形分 布。因此平面的后连接面6具有环形的外形。处于该连接面6上的是 轮缘形设置的盲孔7，其各自一直通到装入转子叶片2内的硬材料例如 铁制的锚接体8。盲孔7在锚接体8内作为内螺纹孔延续。
转子轮毂3具有刚性的隆起部9及每个转子叶片2的各一个平面 环形的连接面10，其环绕运行一个环形的开口 11。处于这些连接面10 上的还有轮缘形设置具有内螺纹的盲孔12。
在所示的实施方式中，这种环形开口 11的内径大于转子叶片2后 端5上的外径。处于两个连接面6、 10之间的是轴承单元1，其具有两 个可彼此同心和相对扭转的环形连接件13、 14。该连接件13、 14两个 彼此远离的端面15、 16的每一个各自完全紧贴在各一个连接面6、 10 上。
为使连接件13、 14与转子叶片2和转子轮毂3固定连接，两个连 接件13、 14中各自具有轮缘形设置的贯通孔17、 18。内置连接件13 的贯通孔17在数量、直径和定向方面与转子叶片2的连接面6中的盲 孔7相一致，使各一个贯通孔17与各一个盲孔7对中心并插入支承螺
栓19。如果固定拧紧支承螺栓19上的所有螺母，内圈13与转子叶片
2的后端5固定连接，而且最好使内圈13的中轴线与转子叶片2的纵 轴线对中心。
外部连接件14的贯通孔18在数量、直径和定向方面与转子轮毂3 的连接面10上的盲孔12这样相一致，使各一个贯通孔18与各一个盲 孔12对中心并可以插入支承螺栓20。如果固定拧紧支承螺栓20上的 所有螺母，外圈14与转子轮毂3的隆起部9固定连接。
依据图2的图示很容易看出轴承单元1的其他细节。可以清楚看 出设置在外部连接件14内侧上的一个环绕束状、大致矩形截面的凸缘 21。该凸缘21的环形侧面22、 23作为各一排滚动体24、 25的滚动面 使用。
这种滚动体24、 25在图3中单独示出。可以看出大致圆柱体的形 状及一个在中间区域圆柱体的外壳面26和向端面29、 30内弧形的， 也就是倒圆的过渡27、 28。所有滚动体24、 25均这样定向，使其纵轴 线31与转子叶片2的纵轴线径向分布。据此在每个滚动体24、 25上 形成各一个径向外置的端面29和一个径向内置的端面30。各外置的端 面29外凸拱起，而且是球缺形拱起。该球缺形凸起部的拱顶半径大致 相当于凸缘21旁边侧面或与其轴向偏移的外圈14的内径，或者略微 小于前者。因此在该端面的圆周27的区域内不与外圈14的内侧接触 并因此也没有摩擦。为此目的可以在外圈14的相关部位上具有附加的 圆形环绕凹陷部32。
凸缘21与轴承旋转轴线相关的径向延伸大致相当于一个滚动体 24、 25的长度。在凸缘21的内置端面33具有另一轴承部位35的槽形 凹陷部形式的滚动面34，其最好同样按照圆锥滚子轴承的类型构成。 该滚动面34的宽度小于另外两个轴承部位24、 25滚动面22、 23的宽度。
径向内置的连接件13在其外侧上具有一个大致矩形截面的环绕运
行锪孔36。该锪孔36的深度大致相当于滚动体24、 25的长度，而其 宽度为靠近转子轮毂3的上部轴承部位的滚动体24与靠近转子轮毂3 的下部轴承部位的滚动体25直径与处于其间的凸缘21的轴向延伸相 关的总和。如果尽可能严格地遵守这一条件，那么滚动体24、 25无间 隙地在一面的凸缘21侧面22、 23与锪孔36的侧面37之间滚动。
锪孔36侧面或轴向上通过各一个束状径向外凸的凸缘38、 39限 制。各一个环形密封件40、 41处于这些凸缘与外圈内侧的对应区域之 间。
内圈13沿一个由轴承旋转轴线垂直穿过的中心平面42分成两个 部分， 一个上部43和一个下部44。这两部分43、 44在组装叶片轴承 1时彼此分开并在装入滚动体24、 25、 35后再合在一起并借助轴向定 向的螺栓45相互固定。两半部分43、 44的一个还包括第三轴承部位 35的径向内置滚动面。
各一个滚动轴承的滚动体24、 25、 35通过装入的隔离件或者保持 架保持距离。
其纵轴线或者旋转轴线31与轴承旋转轴线相关径向定向的滚动体 24、 25主要用于传递通过风压在转子叶片2上引起的相当高的倾覆力 矩或者叶片根部弯曲力矩。较小的滚动体35将风压从转子叶片2传递 到叶片轮毂3上。
转子叶片迎角的变化在该实施方式中例如由一个液压缸产生，其 铰接在一面的转子叶片2和另一面的转子轮毂3上。该液压缸最好始 终调整，以便使滚动体24、 25、 35不断运动并由此保持覆盖它们的润 滑膜。
图4示出另一个轴承单元l'及一个用于改变转子叶片迎角的可选
择机构。为此目的，在内圈13'的内侧上具有内啮合齿46。传动单元47 外壳侧固定在转子轮毂3隆起部9的间隙11内，而从动小齿轮48与 内啮合齿46啮合。由此内圈13'并利用其转子叶片2相对于转子轮毂3 扭转。传动单元47可以由一个电动机49、 一个后置的传动机构50和 一个制动器51组成。在这种情况下，电动机49最好也不断调整，以 保持滚动体24、 25、 35上的润滑膜。为使携带内啮合齿46的圈不必 由多部分组成，否则会附加造成校正问题，在该实施方式中l'在外圈 14'上，而不是在内圈13'上具有部件42';与此相应，中心凸缘21'处于 内圈13'的外侧上，而不是外圈14'的内侧上。
本发明可以进行一系列的其他变化；
例如，内圈13和外圈14也可以分别固定在转子轮毂3和转子叶 片2上。圈13、 14可以在轴向上相对偏移或者具有不同的轴向延伸。 几个或者所有贯通孔17、 18可以通过盲孔替代。
如果反过来，内圈13具有凸缘，则固定在轮毂3上的外圈14可 以具有锪孔36。
外圈14可以与内圈13'、 46类似具有外啮合齿并在相反内圈13 与转子轮毂3连接的情况下与转子叶片2连接。
圈44在相反圈43作为支承螺栓19螺母的支承面使用情况下可与 转子叶片2连接。
取代支承螺栓19、 20可以使用特别是机床螺丝这种螺丝。
风力设备的叶片轴承52同样具有两个彼此同心的环形连接件53、 54。该连接件53、 54两个彼此远离的各一个端面55、 56各自作为转
子叶片和转子轮穀的连接面使用。在所示的实施方式中，该连接面55、
56各自从各自其他连接件54、 53的相邻端面略微凸起。
每个连接件53、 54由多个轮缘形分布设置的贯通孔57、 58穿过， 这些贯通孔各自与相关的连接件55、 56垂直定向并用于穿插固定螺丝 和/或螺栓。
处于两个环形连接件53、 54彼此靠近的外壳面59、 60之间的是 径向间距或间隙，从而连接件53、 54可以自由相对扭转。这种径向间 距通过大量大致圆柱体形的滚动体61、 62保持恒定，这些滚动体各自 在径向内置连接件53的外部外壳面59中的两个滚道63、 64之一与径 向外置连接件54的内部外壳面60中的两个滚道65、66之一之间滚动。 在此方面， 一个连接件53、 54的两个滚道63、 64; 65、 66在轴向上， 也就是与轴承52的共同扭转轴线平行地相对偏移。
所有滚道63 - 66均具有大致三角形截面的环绕槽形状，最好为具 有尖端67、 68锐角的等腰三角形的形状。该尖端67、 68在此方面相 当于环绕运行的内角倒圆，其与相关槽63 -66的底部。
同一连接件53、 54的两个滚道63、 64; 65、 66槽底67、 68之间 的距离在两个连接件53、 54上相同大小，从而滚动体61、 62无需强 制可以自由滚动。
滚动体61、 62的长度最好等于其直径，从而滚动体61、 62的外 壳面线性紧贴在相关的滚道63 - 66上，而其端面则相反不紧贴。
一个滚道对63、65的滚动体61的旋转轴线69最好向外上升定向， 例如以约45°的角度a相对于由轴承52的旋转轴线垂直穿过的轴承底 面，而其他滚道对64、 66的滚动体62旋转轴线70则向内上升，例如 以约45°的角度^相对于轴承底面。在此方面，滚动体61、 62是在一 种X形设置上定向(其中所有滚动体61、 62的旋转轴线69、 70均在 轴承的主平面上X形彼此定向，也就是各自成对径向在轴承间隙的内 部相切，可利用><对照)，还是在O形设置上定向(其中所有滚动体 61、 62的旋转轴线69、 70均在轴承的主平面上O形彼此定向，也就 是各自成对径向在轴承间隙的外部相切，可利用<>对照)，对本发明 来说并不重要。
这种设置使滚动体61、 62既可以传递两个连接件53、 54的连接 面55、 56之间的轴向力，也可以传递两个连接件53、 54彼此靠近的 外壳面59、 60之间的径向力。
权利要求
1.轴承单元(1；1′；52)，用于特别是风力设备的纵向延伸的转子叶片(2)，包括至少两个轴向相对偏移的滚道及环绕运行的滚动体(24、25；61、62)，其特征在于a)两个可相对扭转的环形件(13、14；13′、14′；53、54)，用于间接或者直接连接在转子轮毂(3)上和转子叶片(2)上；b)其中两个轴向相对偏移的滚道的滚动体(24、25；61、62)具有大致圆柱体的形状，也就是具有各一个外壳面(26)，其与一个旋转轴线(31；69、70)完全旋转对称(圆柱形、锥形、针形或者桶形)；c)以及其中为完全吸收由入流压力作用于转子叶片(2)和作用于轴承单元(1；1′；52)的倾覆力矩以及需要时为吸收其他力(叶片重量、离心力)和/或力矩(例如由于转子叶片暂时相对于垂直线倾斜的位置)，使用两个设置在两个连接件(13、14；13′、14′；53、54)之间且轴向相对偏移的滚道及大致圆柱体形状的环绕运行的滚动体(24、25；61、62)，其中，这些滚动体(24、25；61、62)这样定向，使其旋转轴线(31；69、70)与相关转子叶片(2)的纵轴线以30°-90°之间，最好40°-90°之间，特别是45°-90°之间的角度相切。
2. 按权利要求l所述的转子叶片轴承单元，其中，两个轴向相对 偏移滚道的滚动体(24、 25; 61、 62)这样定向，使其旋转轴线(31; 69、 70)大致径向，也就是与相关转子叶片(2)的纵轴线相关大致垂 直定向。
3. 按权利要求1或2所述的转子叶片轴承单元，其中，两个连接 件(13、 14; 13'、 14'; 53、 54)同心嵌套设置。
4. 按权利要求l - 3之一所述的转子叶片轴承单元，其中，两个 连接件(13、 14; 13'、 14'; 53、 54)各自具有轮缘形设置的固定孔(17、 18; 57、 58)。
5. 按前述权利要求之一所述的转子叶片轴承单元，其中，环形连接件(13、 14; 13'、 14'; 53、 54)彼此远离的端面(15、 16; 55、 56)或者直接地或者通过处于其间的环、板或者这类部件用作与转子轮毂 (3)和相关转子叶片(2)的连接面。
6. 按权利要求5所述的转子叶片轴承单元，其中，两个连接件(13、 14; 13'、 14'; 53、 54)之间的环形间隙各自在一个滚动体滚道与下个 连接面(15、 16; 55、 65)之间的区域内密封(40、 41)。
7. 按前述权利要求之一所述的转子叶片轴承单元，其中， 一个连接面(14; 13')靠近其他连接件(13; 14')的外壳侧上具有凸起的环 绕凸缘(21; 21')。
8. 按权利要求7所述的转子叶片轴承单元，其中，凸缘(21; 21') 的两个环形侧面(22、 23)作为各一排滚动体的滚动面用于大致圆柱 体的滚动体(24、 25; 61、 62)。
9. 按权利要求8所述的转子叶片轴承单元，其中，大致圆柱形滚 动体(24、 25; 61、 62)的滚道(22、 23、 37)沿大致平面的环形面 分布，这些环形面由相关转子叶片(2)的纵轴线大致垂直穿过。
10. 按前述权利要求之一所述的转子叶片轴承单元，其中，至少 一个第三轴承部位(35)插入两个连接件(13、 14; 13'、 14'; 53、 54) 的两个彼此靠近的外壳面(33)之间。
11. 按权利要求IO所述的转子叶片轴承单元，其中，第三轴承部 位(35)处于大致圆柱形滚动体(24、 25; 61、 62)的两个滚道之间， 其这样定向，使其旋转轴线(31; 69、 70)与相关转子叶片(2)的纵 轴线相关非平行定向。
12. 按权利要求10或11所述的转子叶片轴承单元，其中，第三轴承部位(35)同样作为滚动轴承构成。
13. 按权利要求12所述的转子叶片轴承单元，其中，第三轴承部 位滚动体(35)的旋转轴线与转子叶片(2)的纵轴线大致平行定向'。
14. 按权利要求12或13所述的转子叶片轴承单元，其中，第三 轴承部位的滚动体(35)体积小于其旋转轴线(31; 69、 70)与转子 叶片(2)的纵轴线相关非平行定向的滚动体(24、 25; 61、 62)。
15. 按权利要求10或11所述的转子叶片轴承单元，其中，第三 轴承部位(35)作为滑动轴承构成。
16. 按权利要求10-15之一所述的转子叶片轴承单元，其中，与 滚动体(24、 25; 61、 62)接触的滚道(22、 23、 37)有效宽度大于 插入两个连接件(13、 14; 13'、 14'; 53、 54)的两个彼此靠近的外壳 面(33)之间的轴承部位(35)的滚道或者滑道(34)的有效宽度， 其中所述滚动体的旋转轴线(31; 69、 70)相对于相关转子叶片(2) 的纵轴线非平行定向。
17. 按前述权利要求之一所述的转子叶片轴承单元，其中，连接 件(13; 14')沿一个与转子叶片(2)的纵轴线大致垂直定向的平面(42) 划分。
18. 按前述权利要求之一所述的转子叶片轴承单元，其中，外壳 面与其旋转轴线(31; 69、 70)与相关转子叶片(2)的纵轴线相关非 平行定向的那些滚动体(24、 25; 61、 62)的一个或者两个端面之间 的单个/多个过渡区(27、 28)成弧形。
19. 按前述权利要求之一所述的转子叶片轴承单元，其中，其旋转轴线(31; 69、 70)与相关转子叶片(2)的纵轴线相关非平行定向 的滚动体(24、 25; 61、 62)作为空心体构成。
20. 按权利要求19所述的转子叶片轴承单元，其中，相邻的空心 滚动体(24、 25; 61、 62)通过端面连接件相互连接，其至少按区域 嵌入滚动体(24、 25; 61、 62)的空腔内。
21. 按权利要求20所述的转子叶片轴承单元，其中，连接件与一 个或者多个保持架相互连接。
22. 按前述权利要求之一所述的转子叶片轴承单元，其中，在轴 承单元(l; i'; 52)的无负荷、未安装状态下，用于嵌入滚动体(24、 25; 61、 62)的滚道的截面至少按区域与所要嵌入那里的滚动体(24、 25; 61、 62)的纵剖面不相应。
23. 按权利要求22所述的转子叶片轴承单元，其中，用于嵌入滚 动体(24、 25; 61、 62)的滚道的截面的轴向延伸至少按区域小于滚 动体(24、 25; 61、 62)与此对应段的直径。
24. 按前述权利要求之一所述的转子叶片轴承单元，其中，其旋 转轴线(31; 69、 70)与相关转子叶片(2)的纵轴线相关非平行定向 的滚动体(24、 25; 61、 62)具有至少一个球缺形拱起的端面(29)。
25. 按权利要求24所述的转子叶片轴承单元，其中，球缺形端面 (29)的拱顶半径大致相当于外圈(14)内侧的半径。
26. 按前述权利要求之一所述的转子叶片轴承单元，其中，相邻 滚动体(24、 25; 61、 62)之间插入各一个隔离件，其径向的纵向剖 面小于滚动体(24、 25; 61、 62)的径向纵剖面或者与其同样大小。
27. 按前述权利要求之一所述的转子叶片轴承单元，其中，连接件(13、 14; 53、 54)上没有啮合齿。
28. 按权利要求l - 26之一所述的转子叶片轴承单元，其中，一 个连接件(13'、 14')上具有啮合齿(46)。
29. 按权利要求28所述的转子叶片轴承单元，其中，内圈(13') 的内侧上具有啮合齿(46)。
30. 风力设备，具有至少一个纵向延伸的转子叶片，其借助一个 轴承单元(1; l'; 52)支承在风车的轮毂(3)上，该轴承单元具有至 少两个轴向相对偏移的滚道及环绕运行的滚动体(24、 25; 61、 62)， 其特征在于，轴承单元(1; l'; 52)a) 具有两个可相对扭转的环形件(13、 14; 13'、 14'; 53、 54)， 用于间接或者直接连接在转子轮毂(3)上和转子叶片(2)上；b) 其中，两个轴向相对偏移的滚道的滚动体(24、 25; 61、 62) 具有大致圆柱体的形状，也就是具有各一个外壳面(26),其与一个 旋转轴线(31; 69、 70)完全旋转对称(圆柱形、锥形、针形或者桶 形)；c) 以及其中为完全吸收风压作用于转子叶片(2)和作用于轴承 单元(1; l'; 52)的倾覆力矩以及需要时为吸收其他力(叶片重量、 离心力)和/或力矩(例如由于转子叶片暂时相对于垂直线倾斜的位置)， 使用两个设置在两个连接件(13、 14; 13'、 14'; 53、 54)之间且轴向 相对偏移的滚道及大致圆柱体形状的环绕运行的滚动体(24、 25; 61、 62)，其中，这些滚动体(24、 25; 61、 62)这样定向，使其旋转轴 线(31; 69、 70)与相关转子叶片(2)的纵轴线以30。-90。之间，最 好40° - 90°之间，特别是45° - 90。之间的角度相切。
31. 用于操作按权利要求30所述风力设备和/或具有至少一个按权利要求1 - 29之一所述转子叶片轴承单元(1; l'; 52)的风力设备 的方法，其特征在于，至少在风力设备的运行期间，也就是在风速始 终不变从而无需调整转子叶片的情况下，单个/多个相关的转子叶片(2) 不断环绕它的/它们的纵轴线扭转。
32. 按权利要求31所述的方法，其中，转子叶片(2)的不断扭 转为一种周期性运动。
33. 按权利要求32所述的方法，其中，转子叶片(2)的扭转周 期相当于风车的旋转周期，只要后者不低于预先规定的下限值。
34. 按权利要求32或33所述的方法，其中，在风车的旋转周期 低于预先规定的下限值情况下，转子叶片(2)的扭转周期大致保持恒 定。
35. 按权利要求32 - 34之一所述的方法，其中，周期性调整运动 在两个极限值之间变化。
36. 按权利要求35所述的方法，其中，转子叶片(2)的扭转幅 度在取决于大致影响转子叶片最上部和最下部位置的地面不同风速情 况下，或者借助测量这种不同风速或者根据估计这种不同风速借助控 制技术的设定值预先规定。
37. 按权利要求36所述的方法，其中，运行期间转子叶片(2) 的扭转幅度不低于预先规定的不衰减的极限值。
38. 按权利要求34 - 37之一所述的方法，其中，转子叶片(2) 的扭转极限值之间的平均值取决于风速。
全文摘要
本发明涉及一种特别是风力设备纵向延伸转子叶片的轴承单元，具有两个可相对扭转的环形件，用于间接或者直接连接在转子叶片轮毂和转子叶片上，还具有至少两个轴向相对偏移的滚道及大致圆柱体形状的环绕运行的滚动体，也就是具有各一个外壳面，其与一个旋转轴线完全旋转对称，其中，为完全吸收风压作用于转子叶片和作用于轴承单元的倾覆力矩以及需要时为吸收其他力和其他力矩，使用两个设置在两个连接件之间且相对轴向偏移的滚道及大致圆柱体形状的环绕运行的滚动体，其中，滚动体这样定向，使其旋转轴线与相关转子叶片的纵轴线以30°-90°之间的角度相切；此外，本发明涉及一种装备这种转子叶片轴承结构的风力设备以及还涉及一种用于操作这种风力设备的方法，其中，单个/多个相关的转子叶片在风力设备的运行期间不断环绕它的/它们的纵轴线扭转。
文档编号F03D11/00GK101194103SQ200680020107
公开日2008年6月4日 申请日期2006年6月6日 优先权日2005年6月6日
发明者埃里希·鲁斯, 维尔纳·施罗佩尔 申请人:Imo控股有限责任公司