Die Erfindung betrifft eine elastomere Lagerung zur Reduzierung von Schwingungen in Maschinen, die vorwiegend durch von außen einwirkende Kräfte verursacht werden. Aufgrund seiner speziellen Bauweise und Bausymmetrie vermag es die in sämtliche Raumrichtungen auftretenden Kräfte unter optimaler Materialschonung zu verarbeiten. Das erfindungsgemäße Lager ist vorzugsweise für eine kreisförmig angeordnete Verbindung von Rotor-Getriebe-Einheiten mit dem Maschinenträger in Windkraftanlagen geeignet.

Im Stand der Technik werden diverse Lager für diese Zwecke beschrieben. Eine bereits sehr brauchbare Lösung wird in der EP 1 593 867 B1 dargelegt, die allerdings dort in einer speziellen Kupplung zum Einsatz kommt. Ein solches Lager wird durch das Verspannen von zwei gegeneinander liegenden Konuselementen gebildet und ist schematisch in Abbildung 1 dargestellt. Die Kraftübertragung erfolgt bei diesem Doppelkonuslager vom Getriebeflansch (2) zum Maschinenträger (1) über die beiden verspannten diametralen Konuslager (10), welche durch die Kegelstücke (8) und (9) fliegend gelagert und vorgespannt sind. Die Vorspannung erfolgt mit der Schraube (7). Das System erlaubt eine einwandfreie Kraftübertragung, weist jedoch noch folgenden Nachteil auf: Beim Einleiten zum Beispiel eines Torsionsmoments um die Rotorwellenachse, welche von sämtlichen Lagern jeweils durch eine Radialkraft in diesen Lagern übertragen wird - greift die Radialkraft bei den Konuselementen (10) in der Mitte des jeweiligen Konuslagers an, so dass die resultierende Radialkraft etwa in der Mitte zwischen den beiden Kegeln (8, 9) angreift. Dies hat ein Biegemoment zur Folge, welches zwischen den beiden Kegeln (8, 9) und dem Maschinenflansch (1), übertragen werden muss. Die Übertragung dieses Momentes erfolgt über die

Trennfläche (11) und der Trennfläche zwischen Kegel (8) und dem Flansch (1), sowie der Schraubverbindung (7). Die resultierende Belastung der Trennflächen und der Schraubverbindung erfordert, damit die Verbindung keinen Schaden nimmt, eine ausreichend große Dimensionierung der Berührungsflächen und der Schraubverbindung. Dies kann zur Folge haben, dass die Baugröße des gesamten Systems sich deutlich erhöht. Es bestand somit die Aufgabe, ein Lager für die genannten Zwecke zur Verfügung zu stellen, welche die genannten Nachteile, insbesondere die auftretenden Biegemomente im Bereich der Schraubverbindung (7) und der Kegel (8, 9), vermeidet oder zumindest deutlich reduziert, gleichzeitig aber die Vorteile einer optimierten Schwingungsredzierung wie in der EP 1 593 867 B1 beschrieben, gewährleistet.

Diese Aufgabe wurde mit der vorliegenden Erfindung, wie sie im folgenden dargestellt und durch die Ansprüche spezifiziert wurde, gelöst. Die erfindungsgemäße Lagerung ist in den Abbildungen 2 und 3 zeichnerisch dargestellt.

Gegenstand der Erfindung ist somit ein elastisches Maschinen- oder Getriebelager zur Übertragung der in allen Raumrichtungen, insbesondere axial und radial auftretenden Kräfte und Momente und zur Reduzierung oder Isolierung auftretender Schwingungen, welches ein axial ausgerichtetes elastomeres Sandwichelement (5) und ein oberhalb oder unterhalb davon angebrachtes elastomeres Konuselement (3), dessen Achse senkrecht zu dem Sandwichelement (5) ausgerichtet ist und dessen verjüngtes Ende gegenüber diesem Sandwichelement (5) positioniert ist, wobei die Elemente (3) und (5) durch ein Konusstück (4), welches von dem Konuselement (3) zentrisch umschlossen wird, und ein Zylinderstück (4a), welches von dem Sandwichelement (5) zentrisch umschlossen wird, miteinander in Verbindung stehen, und jedes der Elemente (3), (5), (4) (4a) eine zentrische axial ausgerichtete Bohrung aufweisen zur Aufnahme eines Spannbolzens oder einer Spannschraube (7) zur Verspannung eines zwischen den elastomeren Elementen (3) und (5) eingebrachten in der Regel als Klemmflansch fungierenden Maschinenteils (2) mit dem unterhalb des Elements (3) angebrachten als Befestigungsflansch fungierenden Maschinenteils (1) umfasst.

Das elastische Kraftübertragungsmoment besteht erfindungsgemäß nunmehr aus einem elastischen Konuselement (3) und einem mit diesem axial verspannten elastischen Sandwichelement (5). Während das Kegelelement (3) axiale Kräfte und radiale Kräfte überträgt, überträgt das Sandwichelement (5) fast ausschließlich axiale Kräfte. Die resultierende Gesamtkraft, die auf das erfindungsgemäße Lager wirkt, greift nunmehr im Bereich des Kegelstückes (4) mit verbreiterten Querschnitt an, so dass das entstehende Biegemoment nicht mehr in dem Maße auf das schmale Verbindungsstück (4a) bzw. dem Spannmittel (7) einwirkt und zu einer Lockerung der Befestigung bzw. zu einer Materialermüdung führt.

Die Steifigkeit des Sandwichelementes (5) ist erfindungsgemäß um etwa den Faktor 2 - 100, vorzugsweise 10 - 100, insbesondere 50 - 100 geringer als die radiale Steifigkeit des Konuselements (3).

Entsprechend dem Verhältnis der radialen Steifigkeiten erfolgt auch die radiale Kraftübertragung in dem Lager. Somit wird in dem Konuselement (3) etwa 2 - 100 mal soviel radiale Kraft übertragen wie in dem Sandwichelement (5). Damit ist die radiale Kraftübertragung in (5) vernachlässigbar klein. Dies hat zur Folge, dass in dem Kegelstück (4) kein großes Biegemoment übertragen werden muss, was zur Entlastung des an das Kegelstück (4) angrenzende Zylinderstück (4a), durch welches auch das Spannmittel (7) geführt ist, führt, so dass dieses und auch das Spannmittel lediglich für die entstehenden Zug- und Druckkräfte dimensioniert werden muss.

Auch die Lasteinleitung vom Kegelstück (4) in den Befestigungsflansch (1) wird dadurch vereinfacht, dass hier fast reiner Schub übertragen werden muss und das Biegemoment deutlich kleiner ist als in der Konstruktion des Standes der Technik nach Abbildung 1. Kegelstück (4) und Befestigungsflansch (1) können in einer Ausführungsform der Erfindung auch integrale Bestandteile eines einzigen Bauteils sein.

Prinzipiell, kann auch das Kegelstück (4) und das Zylinderstück (4a) ein einziges Werkstück sein.

Beide Elemente sind also in axialer Richtung miteinander verspannt. Dabei können beide Elemente in axialer Richtung die gleiche Steifigkeit haben, was jedoch nicht zwingend erforderlich ist. Das Konuselement (3) hat jedoch in radialer Richtung eine deutlich höhere Steifigkeit als das Sandwichelement (5).

Das Vorspannen und die axiale Kraftübertragung erfolgt bei dem Sandwichelement vorzugsweise über eine Druckplatte (6), welche mit einer Bohrung versehen ist, die den Spannbolzen oder die Spannschraube (7) aufnehmen kann.

Gegenstand der Erfindung ist somit ein entsprechendes Lager, welches eine Druckplatte aufweist, die direkt oder indirekt auf dem Sandwichelement (5) aufliegt. - -

In einer besonderen Ausführungsform bilden die Druckplatte (6) und das Sandwichelement (5) eine bauliche Einheit.

Es hat sich weiterhin gezeigt, dass die Kräfteverteilung auf das gesamte Lagerelement besonders vorteilhaft ist, wenn das feste unelastische kegelförmige Konusstück (4) nicht durch eine einfache Kegelfläche gebildet wird, sondern ein konvexe Wölbung aufweist. Der Effekt kann noch verstärkt werden, wenn weiterhin auch das elastomere Konuselement (3) innenseitig und vorzugsweise auch außenseitig entsprechend konkav gekrümmt ist, so dass seine Innenfläche passgenau auf die Außenfläche des Konusstückes (4) zu liegen kommen kann.

In einer weiteren Ausführungsform kann das Konusstück (4) mit dem Zylinderstück (4a) eine bauliche Einheit bilden.

Somit ist Gegenstand der Erfindung ein entsprechendes Lager bei dem das Konusstück (4) eine konvex gewölbte Fläche besitzt, auf weiche die Innenfläche des Konuselementes (3) aufliegt. Auch hier können erfindungsgemäß in einer weiteren Ausführungsform die Bauteile (3) und (4) zu einer einzigen baulichen Einheit zusammengefasst sein.

Gegenstand der Erfindung ist auch ein entsprechendes Lager, bei dem die Innenfläche des Konuselements (3) konkav gewölbt ist, und vorzugsweise auch zusätzlich die Außenfläche des Konuselements (3) konkav gewölbt ist.

Die Elastomerelemente (3) und (5) weisen 1 oder mehrere Elastomerschichten auf. In der Regel bestehen sie im wesentlichen aus mindestens zwei Elastomerschichten, welche durch eine steife Zwischenschicht, meist eine Metallplatte, getrennt sind. Vorzugsweise bestehen die Elemente aus drei bis fünf elastomeren Schichten mit entsprechenden Zwischenplatten, bzw. -schichten. Die Elemente sind nach außen von ebenfalls steifen Schichten/Platten abgeschlossen.

Die für die erfindungsgemäßen Lager verwendeten Elastomermaterialien bestehen im wesentlichen aus einem Naturkautschuk, einem Naturkautschukderivat oder aus einem geeigneten elastischen polymeren Kunststoff oder Kunststoffgemisch. Die Elastomerschicht kann erfindungsgemäß unterschiedliche Härte ("Shore-Härte") und unterschiedliche Dämpfungseigenschaften aufweisen, entsprechend den gewünschten Anforderungen. Vorzugsweise werden Elastomere mit einer Härte von 20 bis 100 Shore A, insbesondere 30 bis 80 Shore A verwendet. Die Herstellung derartiger Elastomere unterschiedlicher Härte ist im Stand der Technik bekannt und in der einschlägigen Literatur hinreichend beschrieben.

Die steifen Zwischenplatten bzw. -schichten sind erfindungsgemäß aus Werkstoffen mit hoher Steifigkeit, hoher Festigkeit und geringer Kompressibilität gefertigt. Vorzugsweise sind dies Metallbleche, aber auch andere Materialien, wie harte Kunststoffe, Verbundwerkstoffe oder karbonfaserhaltige Werkstoffe sind einsetzbar. Die Zwischenbleche und die Elastomermaterialien werden in der Regel während der Vulkanisierung miteinander verbunden.

Das Konuselement (3) des erfindungsgemäßen Lagers sollte einen Konuswinkel von 10 - 50° in Bezug zu Maschinenachse (a) oder zur Achse des Spannelementes (7) entgegen oder in Einschraubrichtung aufweisen. Vorzugsweise besitzt es einen Konuswinkel von 25 - 50°.

Das erfindungsgemäße Lager kann vielseitig und unterschiedlich eingesetzt werden. Es ist als sogenannte fliegende Lagerung insbesondere geeignet für Windkraftanlagen, um insbesondere eine umlaufende elastische Verbindung zwischen der Rotorwelle, dem Getriebe oder einer Rotor-Getriebe-Einheit und dem Maschinenträger herzustellen.

Es kann aber auch in Kupplungen wie in der EP 1 593 867 B1 beschrieben anstelle der dort genannten Elastomerlager eingesetzt werden.

Auch kann das erfindungsgemäße Lager als Turmentkopplung in Windkraftanlagen, wie in der EP1 065 374 B1 beschrieben, eingesetzt werden, was zusätzlich zu einer Vereinfachung führt.

Ebenso ist es möglich, Maschinenfüße gemäß der EP1 065 374 B1 zu verbessern, in dem das Biegemoment zwischen den Flanschen mit der beschriebenen Konstruktion reduziert und damit die Schraubenkräfte kleiner zu gestaltet werden können. — —

Beschreibung der Bezugsgrößen in den Abbildungen

1 Befestigungsflansch

2 Klemmflansch

3 elastomeres Konuselement 4 Kegelstück

4a Zylinderstück

5 elastomeres Sandwichelement

6 Druckplatte

7 Spannmittel (Schraube/Bolzen) 8 Kegelstück Einspannseite

9 Kegelstück fliegend gelagert

10 symmetrisches elastomeres Konuslager

11 Trennung zwischen den Kegeln

Beschreibung der Abbildungen

Bild 1 Konventionelle Elemente kreisförmig angeordnet

Bild 2 Kreisförmige Anordnung der Elemente gemäß der Erfindung

Bild 3 Schnitt durch ein Lager gemäß der Erfindung