本发明涉及一种用于风能设备的主轴承装置。风能设备的转子(即例如转子轴，其将风能设备的转子轮毂与传动机构或者直接与用于产生电流的发电机相连接)利用主轴承来支承。
背景技术：
1、在文献ep 2 947 339 b1中描述了，在已知的用于支承风能设备的可转动的转子的主轴承装置中，转子经由至少一个滚动轴承可转动地相对于风能设备的不能转动的联接结构支承，其中滚动轴承具有内圈，所述内圈通过其径向的内周面与转子的壳面通过压配合连接。
2、ep 2 947 339 b1致力于解决所谓的圈移动的问题，该圈移动特别是在大型轴承时是重要的问题，所述大型轴承用作风能设备的转子/转子轴的主轴承，并且具有数米大的直径。ep 2 947 339 b1中如下详细描述了在风能设备的主轴承中的圈移动的问题，以及现有技术中已知的用于防止圈移动的措施：
3、利用越来越大的滚动轴承，特别是可靠的轴承座证明是有问题的。风能设备的转子的主轴承通常通过所谓的压配合被定位或固定，即滚动轴承的各轴承圈、即内圈以及外圈被压入到转子上或联接结构上的相应的环形的容纳部中。在此涉及具有过盈的配合对，由此产生力配合的连接(也称为“压连接”)。
4、在轴承直径较大时，产生直径/圈横截面的非常不利的比例，因此不再能保证用于坚固的轴承座的足够的力(连接压力)。过盈配合的进一步提高仅导致连接压力的略微提高，因为薄壁的轴承圈较容易扩张，而较实心的转子或较实心的联接结构仅略微收缩。轴承圈的过强的扩张又导致轴承圈中的高拉应力或压应力，这会导致由于轴承圈的形状偏差而对滚道几何形状产生不利影响。此外，由此在许多轴承结构形式中也改变轴承游隙、即正的轴承间隙，这可以直接对轴承的使用寿命和运行平稳性产生负面影响。
5、因此，在轴承圈和转子/联接结构之间的因此不足够的压配合，隐藏着摩擦腐蚀和圈移动的风险，这导致滚动轴承装置和/或转子(转子轴)或联接结构(也称作风能设备吊舱的“壳体”)的失效。损伤机制通常以轴承座中在轴承座和轴承圈之间的小的相对运动开始，该相对运动由于过小的应力或力(连接压力)而变得可能。由此导致配合面相互滑动地旋转(沿周向)和移动(沿轴向)。由此，边缘层颗粒大多被较软的构件剪切，由此产生孔洞和鳞片状的材料颗粒。这种磨损机制称为粘附磨损。这个过程通过配合连接中的氧化被叠加并且加速。由于相对运动，水、氧气和其他介质可到达接触区域中，这又导致化学反应，所述化学反应与构件运动组合地被称为摩擦氧化。
6、在这种损伤走向中，磨损链中较软的零件通常疲劳，这通常是轴或壳体/联接结构。通常，首先发生在轴承下方的大面积的材料脱落，并且最后由于切口应力集中效应和高的力直接在轴承座处发生轴的断裂。这一问题由于在风力中所需的轻型结构而加剧。由于受限的塔顶质量、高要求的运输和昂贵的起重机容量，试图将机械结构设计得更轻。因此机器支架、轴和壳体不(再)视为高刚性的结构构件。但是，在基本设计中，滚动轴承制造商对于各滚动轴承都要求非常刚性的环境。现代风力设备的结构构件在高的风载荷下如此剧烈地变形，使得滚动轴承座也经受大面积的变形。这些整体的变形还促使摩擦腐蚀和粘附磨损问题的加剧。
7、轴承尺寸增加时，轴承座表面的公差增大也是有问题的。用于直径为2.5m的轴承圈的配合具有非常高的公差范围。与同样高的用于轴或壳体上的轴承座的公差范围组合，得到在压配合中的高波动。如果这些高公差不利地重合，则在压配合中仅还保留非常小比例的连接压力。因此，这种压配合特别容易发生引起摩擦腐蚀和粘附磨损的相对运动。这也解释了在由于压连接中的摩擦腐蚀和磨损而损坏时的不同的故障率。
8、尤其是对于风能设备的主轴承来说，目前对于该问题还不存在足够的技术解决方案。在轴承圈上和/或在轴上或在壳体上的轴承座上的特殊的塑料涂层如ptfe(聚四氟乙烯)可以稍微降低两个金属的配合支承件之间的化学反应的问题。然而，利用这种涂层不能消除低连接压力的问题。硬涂层例如dlc(类金刚石碳)或者用于轴承圈和/或轴或壳体的硬铬涂层能够降低粘附磨损，然而仍然存在化学反应的问题，并且因此存在摩擦腐蚀的问题。因为这两个替代方案仅减少了这两个磨损机制中的一个，并且此外与非常高的成本相联系，所以它们在主轴承装置中不被使用。
9、替代地，在过去几年中已经使用了单轴承方案，其具有螺纹连接的主轴承装置的外圈以及后来也将内圈螺纹连接。然而，在这里焦点并不是压连接，而是提供了可预调节的轴承装置。
10、然而，轴承圈的螺纹连接如已知的那样具有大量缺点。这包括高的圈横截面(重量和成本)、有限的螺纹连接刚性，以及这种滚动轴承系统的困难的装配。
11、为了减少或甚至抑制所述关于摩擦腐蚀、粘附磨损和圈移动的问题，ep 2 947339 b1建议，主轴承的滚动体在转子轴或壳体/联接结构上直接支承在滚道上，而没有单独的轴承圈，该滚道是转子轴或壳体/联接结构的整体的组成部分。然而，该措施具有若干严重的缺点。一方面，集成在转子轴或壳体中的滚动体滚道必须被硬化，以便能够达到主轴承的所要求的使用寿命。然而这在与转子轴和壳体构件一体构成的滚道中在技术上是非常困难、耗费且昂贵的，因为例如在整个转子轴上仅必须对一体的滚道选择性地加热和淬火以便硬化，然而在此必须操纵整个转子轴。另一方面，在轴承损坏的情况下，不能更换轴承或各个轴承圈，而是需要更换具有整体的滚动体滚道的整个构件，这造成了远远更高的耗费和远远更高的成本。
12、在文献de 10 2017 109 148 a1中描述了一种用于滚动轴承的防转动装置，所述防转动装置用于防止圈移动，并且同时实现壳体－轴－装置中的期望的轴承预紧。轴通过滚动轴承相对于壳体可转动地支承。滚动轴承的内圈不能转动地与轴连接。滚动轴承的外圈通过固定元件相对于壳体在轴向方向上预紧，并且防止转动。固定元件构造为波形弹簧。波形弹簧以在轴向方向上突出的第一弹簧弯曲区域接合到滚动轴承的外圈的至少一个凹部中。同时，波形弹簧具有至少一个第二弹簧弯曲区域，其接合到壳体固定的构件的凹部中。
13、在de 10 2017 109 148 a1中描述的防转动装置看起来是设置用于在较小的壳体－轴－装置中、例如在机动车中使用。该防转动装置不适用于风能设备的主轴承装置中，因为为此需要直径为数米的非常大的波形弹簧。这种附加的固定元件将大大增加主轴承装置的总重量。这种波形弹簧的安装非常困难和昂贵。此外，通过根据de 10 2017
14、109 148a1的理念安装的波形弹簧，施加所需的大的力是不可能的，以便将风能设备的主轴承装置的大滚动轴承轴向预紧。
15、在de 10 2021 203 603 a1中描述了一种用于风力设备的传动机构装置(101)，该传动机构装置具有壳体部件(103)、轴承(105)、轴(107)、配合元件(113)和覆盖件(111)。轴(107)借助轴承(105)可转动地支承在壳体部件(103)中。覆盖件(111)至少不能转动地固定在壳体部件(103)中，并且至少部分地覆盖在壳体部件(103)和轴(107)之间走向的间隙。配合元件(113)形状配合地接合到轴承(105)的圈(105a)中，并且接合到覆盖件(111)中。这种解决方案的缺点是，需要壳体部件、与壳体部件连接的覆盖件、和单独的配合元件，以便实现所描述的解决方案。因此，传动机构装置的组装是耗费的。此外，该解决方案仅可应用在带有传动机构的风力设备中，而不可应用在无传动机构的设备中。
技术实现思路
1、本发明的目的在于，提供一种用于可转动地支承风能设备的转子的主轴承装置，其中避免了上述的损坏和缺点。尤其是应当避免由于滚动轴承外圈的圈移动出现的损坏，该滚动轴承外圈借助压配合设置在联接结构的环形的容纳部中。此外，主轴承装置不仅应当能够使用在无传动机构的风能设备中，而且也能够使用在具有传动机构的风能设备中。
2、该目的通过具有在独立权利要求中说明的特征的主轴承装置得以实现。有利的改进方案由从属权利要求、下面的说明以及附图得出。
3、本发明涉及一种用于支承风能设备的可转动的转子的主轴承装置，其中，转子通过至少一个滚动轴承可相对于联接结构转动地支承，其中，滚动轴承具有外圈，该外圈通过其径向的外周面与联接结构的环形的容纳部通过压配合连接，其中，外圈在至少一个轴向的端面处具有至少一个第一形状配合元件，其中，设置有与联接结构不能转动地连接的配对元件，该配对元件具有至少一个第二形状配合元件，并且其中，在第一和第二形状配合元件之间构造有在外圈的周向方向上起作用的形状配合连接。.
4、根据本发明，所述至少一个第一形状配合元件构造为在轴向方向上相对于外圈的端面突出的凸部，并且所述至少一个第二形状配合元件构造为在轴向方向上相对于构件或法兰的端面回缩的凹部，或者所述至少一个第一形状配合元件构造为在轴向方向上相对于外圈的端面回缩的凹部，并且所述至少一个第二形状配合元件构造为在轴向方向上相对于构件或法兰的端面突出的凸部，其中，凸部在构造在周向方向上起作用的形状配合连接的情况下接合到凹部中。.
5、配对元件可以通过构造在联接结构上的径向法兰构成。替代地，与联接结构不能转动地连接的圈也可以构成配对元件。这样的圈可以以不同的方式不能转动地与联接结构连接，例如借助于螺纹连接、通过熔焊、粘接或钎焊等。
6、通过根据本发明的解决方案实现了这样的优点，即，不需要高精度地制造轴向的端面(槽和凸鼻)。通过周向侧的、在轴承运转时出现的、在轴承圈与配对元件之间的形状配合连接的沉降，以及随之发生的连接的支承周向侧区域的增加，实现了连接的周向侧的承载力和刚度的增加。随着每个沉降现象，轴承圈和联接结构的周向侧的相对运动变小，并且最终停止。沉降现象通过在外圈和配对元件之间出现的、在周向方向上起作用的力而产生。所述至少一个形状配合元件可以说嵌入到参与形状配合连接的构件中。因此最终完全阻止圈移动和滑动。
7、通过本发明，可靠地防止了前面所描述的、由圈移动引起的损坏。
8、以根据本发明的方式构造的形状配合连接具有形状配合元件，所述形状配合元件与相应的构件(外圈或配对元件)一体地构造。因此，不需要与外圈或配对元件分开地构造的单独的连接元件来构成形状配合。由此使所需的构件数量最小化。装配耗费也相对较小。
9、根据本发明的解决方案可以非常灵活地使用。它不仅可以在无传动机构的风能设备中使用，而且也可以在具有传动机构的风能设备中使用。在无传动机构的风能设备中，联接结构例如能够是风能设备的吊舱，或风能设备的吊舱的一部分。
10、根据本发明的主轴承装置的一种实施方式规定，在周向上分布设置多个第一和第二形状配合元件，其中优选在相邻的形状配合元件之间的周向部分是等长的。由此，总体上在周向方向上有可用于形状配合的连接的大的面积。因此，每个单个的形状配合连接仅承受相对小的面压力。与仅具有唯一的形状配合的连接的实施方式相比，能够明显提高具有多个形状配合的连接的轴承装置的使用寿命。如果各个形状配合的连接均匀地在周向上分布地布置，也就是说如果在相邻的形状配合连接之间的周向部分长度相同，那么在周向方向上的力非常均匀地从外圈导入到配对元件中，并且避免了外圈由于不均匀地导入到配对元件中的周向力而不期望地变形。
11、根据本发明的主轴承装置的一种实施方式规定，所述配对元件是与所述联接结构不能转动地连接的构件或者是在所述联接结构上一体式构造的法兰，其中，所述至少一个第二形状配合元件构造在所述构件或所述法兰的轴向端面上，该轴向端面朝向所述外圈的具有所述至少一个第一形状配合元件的轴向端面。通过将形状配合元件布置在相应的结构元件的端面上，可以将形状配合元件构造成，使得形状配合元件在径向方向上具有大的长度。以这种方式提供沿周向方向的大的力传递面，这又有助于在唯一的形状配合的连接中或在各个形状配合的连接中的相对小的面压力。布置在构件的端面上的形状配合元件也可以在制造技术上简单地制造，这有助于实现低的制造成本。
12、为了也抵抗在联接结构的轴向方向上的圈移动，并且抑制这样的轴向圈移动，根据本发明的主轴承装置的实施方式设置成，外圈通过至少一个可拆卸的连接，例如螺栓联接，防止沿轴向方向相对联接结构的相对运动。可拆卸的连接可以例如在外圈和配对元件之间构造。可拆卸的连接可以例如在周向区域中布置在第一和第二形状配合元件之间。可以设置一个或多个可拆卸的连接。
13、根据本发明主轴承装置的一种实施方式规定，外圈是由调质钢制成的轴承圈，其具有一个或多个感应表层硬化的滚动体滚道。在该实施方式中，第一形状配合元件可以简单地且在没有大的制造技术耗费的情况下被引入到外圈中，因为不属于表层硬化的滚道区域的外圈区域未被硬化，并且因此可以容易地被机械加工、例如切削加工，以引入第一形状配合元件。原则上，本发明也可以在完全硬化或渗碳硬化的外圈上实现，其例如由材料100cr6或渗碳钢制成，然而之后将形状配合元件引入到硬化的外圈中会明显更加耗费。
14、根据本发明的主轴承装置的一种实施方式规定，滚动轴承被设置用于在轴承运行中吸收沿轴向方向作用的力，其中，外圈通过沿轴向方向作用到外圈上的力被如此推压向配对元件的方向，使得至少一个第一形状配合元件被推压向至少一个第二形状配合元件的方向。由此实现的优点是，通过滚动轴承的力流支持形状配合连接。外圈在滚动轴承运行中通过作用在其上的轴向力总是被推压向配对元件，也就是说，总是朝着形状配合连接的方向。由此，即使在没有采取用于避免形状配合的损失的机械安全措施时，也不会失去形状配合。因此，在运行中作用到滚动轴承上的力在该实施方式中确保了在外圈和配对元件之间的沿周向方向作用的形状配合。按照这个按照本发明的主轴承装置的一种实施方式，滚动轴承可以构造为合装的(angestel lt)圆锥滚子轴承。
15、根据本发明的主轴承装置的一种实施方式规定，滚动轴承的内圈在至少一个轴向端面上具有至少一个第三形状配合元件，其中，设置有与转子不能转动地连接的第二配对元件，该第二配对元件具有至少一个第四形状配合元件，并且其中，在第三和第四形状配合元件之间构造有在内圈的周向方向上起作用的形状配合连接。因此，在该实施方式中，在滚动轴承的外圈和内圈上都设置有沿周向方向起作用的形状配合的连接，通过该形状配合的连接有效地防止了外圈和内圈的圈移动。按照本发明，通过这种方式对于两个轴承圈防止了开头所述的可能通过圈移动出现的损伤机制。
1.一种用于支承风能设备的能转动的转子(1)的主轴承装置，其中，转子(1)通过至少一个滚动轴承(2)能转动地相对于联接结构支承，其中，滚动轴承(2)具有外圈(3)，外圈通过其径向的外周面(4)与联接结构的环形的容纳部(a)通过压配合连接，其中，外圈(3)在至少一个轴向的端面(6)处具有至少一个第一形状配合元件(7)，其中，设置有与联接结构不能转动地连接的配对元件(8)，该配对元件具有至少一个第二形状配合元件(9)，并且其中，在第一形状配合元件(7)和第二形状配合元件(9)之间构造有在外圈(3)的周向方向上起作用的形状配合连接(10)，
2.根据权利要求1所述的主轴承装置，
3.根据权利要求1或2所述的主轴承装置，
4.根据前述权利要求中任一项所述的主轴承装置，
5.根据前述权利要求中任一项所述的主轴承装置，
6.根据前述权利要求中任一项所述的主轴承装置，
7.根据权利要求6所述的主轴承装置，
8.根据前述权利要求中任一项所述的主轴承装置，
