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Die Erfindung betrifft eine Windkraftanlage mit einer Gondel zur Aufnahme eines Generators und eines an den Generator koppelbaren Getriebes, sowie mit einem Fahrzeug, welches in der Gondel aufgenommen ist und dazu ausgebildet ist, den Generator relativ zum Getriebe von einer Ausgangsposition in eine Endposition zu verfahren, wenn der Generator von dem Getriebe entkoppelt ist. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Bewegen eines Generators relativ zu einem Getriebe innerhalb einer Gondel einer Windkraftanlage.
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Eine Windkraftanlage bzw. ein Windrad umfasst ublicherweise einen elektrischen Generator zur Umwandlung von kinetischer Energie einer Windströmung in elektrische Energie. Hierzu sind Rotorblatter der Windkraftanlage über ein Getriebe mit dem elektrischen Generator gekoppelt. Die Rotationsachse von Getriebe und Generator steht dabei üblicherweise parallel zur Erdoberflache. Generator, Getriebe und Rotornabe sind hierbei ublicherweise in bzw. an einer Gondel angebracht, welche durch einen Turm erhöht uber der Erdoberflache steht.
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Generator und Getriebe sind deshalb üblicherweise nur schwer zugänglich. Um in einer solchen Windkraftanlage beispielsweise Komponenten des Getriebes oder des Generators wechseln zu konnen, muss unter Umständen das gesamte Aggregat aus Getriebe und Generator per Schwerlastkran aus der Gondel gehoben werden. Zum Herunterheben wird an die Windkraftanlage in der Regel ein mobiler, schwerer und geländegängiger Großkran gefahren. Im Offshorebereich handelt es sich hierbei um sehr große Schwimmkrane. Diese Art der Wartung ist mit sehr hohen Kosten und erheblichem Zeitaufwand verbunden. Gerade im Offshorebereich muss die Relativposition von Kran und Gondel sehr exakt zueinander eingeregelt werden, um ein beschädigungsfreies Herausheben des Aggregats zu gewährleisten. Der Wartungsaufwand ist insgesamt sehr hoch.
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Die
DE 10 2007 059 820 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur Montage eines Generators und/oder eines Getriebes in einem Maschinenhaus einer Windenergieanlage, wobei die Vorrichtung wenigstens eine Führungsschiene und eine mittels der Fuhrungsschiene geführte Transportvorrichtung umfasst und die Fuhrungsschiene in dem Maschinenhaus einer Windenergieanlage verortet ist, wobei die Transportvorrichtung Mittel zur Aufnahme eines Transportgutes aufweist.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, Wartungsarbeiten an Generator und Getriebe einer Windkraftanlage zu erleichtern.
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Diese Aufgabe wird durch eine Windkraftanlage, welche die Merkmale des Patentanspruchs 1 aufweist, sowie ein Verfahren, welches die Merkmale des Patentanspruchs 14 aufweist, gelöst.
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Eine erfindungsgemäße Windkraftanlage umfasst eine Gondel zur Aufnahme eines Generators und eines an den Generator koppelbaren Getriebes. Sie umfasst ferner ein Fahrzeug, welches in der Gondel aufgenommen ist und dazu ausgebildet ist, den Generator relativ zum Getriebe von einer Ausgangsposition in eine Endposition zu verfahren, wenn der Generator von dem Getriebe entkoppelt ist. Daneben umfasst sie eine am Generator ausgebildete Abstützvorrichtung, welche dazu ausgebildet ist, den Generator in der Endposition an der Gondel unabhangig von dem Fahrzeug abzustützen, wobei das Fahrzeug bei in der Endposition abgestütztem Generator unabhängig von dem Generator verfahrbar ist.
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Das Getriebe kann insbesondere den Generator über eine Rotornabe an Rotorblätter koppeln. Unter Gondel ist insbesondere ein über der Erdoberflache erhohter Raum zu verstehen, an dem der Rotor angebracht ist, und welcher zur Aufnahme des Generators und des Getriebes ausgebildet ist, wenn sich die Windkraftanlage in einem Betriebszustand befindet. Bei dem Fahrzeug kann es sich um jedes beliebige Fahrzeug innerhalb oder an der Gondel handeln, welches in der Lage ist, den Generator aus einer Sollposition relativ vom Getriebe wegzubewegen. Das Fahrzeug kann optional auch mit einer Hubfunktionalität ausgestattet sein, durch welche eine Hohenverstellbarkeit relativ zu dieser Hauptbewegungsrichtung realisiert ist. Eine solche Hubfunktionalität muss jedoch nicht gegeben sein.
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Sind Getriebe und/oder Generator zu warten, beispielsweise wenn Komponenten an Getriebe oder Generator ausgetauscht werden sollen, können Generator und Getriebe sehr einfach relativ zueinander verfahren werden. Die Zuganglichkeit beider Komponenten ist erleichtert und Wartungsarbeiten gestalten sich insgesamt sehr einfach. Es entfällt die Notwenigkeit, das gesamte Aggregat aus Getriebe und Generator per Schwerlastkran aus der Gondel zu heben. Alle erforderlichen Wartungsarbeiten können problemlos und zuverlässig innerhalb der Gondel durch Wartungspersonal durchgeführt werden. Während der Wartungsarbeiten kann der Generator in der Gondel abgesetzt und das Fahrzeug für andere Zwecke als den Transport des Generators verwendet werden. Nach erfolgter Wartung kann der Generator über das Fahrzeug wiederum einfach und unkompliziert an das Getriebe herangefahren werden und schließlich mit dem Getriebe gekoppelt werden. Dann ist die Windkraftanlage wieder funktionstüchtig. Wartungszeit und Wartungskosten werden niedrig gehalten.
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Vorzugsweise ist das Fahrzeug dazu ausgebildet, den Generator relativ zum Getriebe in Richtung einer Rotationsachse des Generators und/oder Getriebes zu verfahren. Ist der Generator als Drehgenerator ausgebildet, so umfasst er in der Regel einen Stator und einen Rotor. Die Drehachse des Rotors kann dann insbesondere die Rotationsachse definieren. Diese Rotationsachse wird in der Regel mit einer Rotationsachse des Getriebes ubereinstimmen. Es ist sehr zweckmaßig, den Generator in Richtung dieser Rotationsachse von dem Getriebe wegzubewegen und so die Zugänglichkeit der jeweiligen Maschinen zu gewährleisten. Üblicherweise ist auch die Gondel so ausgebildet, dass sie in Richtung dieser Rotationsachse ausreichend Bauraum zur Verfügung stellt, um ein Verfahren des Generators zu gewährleisten. In einem Betriebszustand der Windkraftanlage kann sich die Rotationsachse beispielsweise parallel zur Erdoberfläche erstrecken. Da dann die Verfahrrichtung senkrecht zur Richtung der Schwerkraft steht, ist ein Verfahren des Generators bei entsprechend guter Lagerung des Fahrzeugs mit vergleichsweise geringem Kraftaufwand moglich.
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Vorzugsweise ist das Fahrzeug in einer Richtung höhenverstellbar ausgebildet, welche im Wesentlichen senkrecht zu einer Verfahrrichtung des Fahrzeugs steht. Dann kann beispielsweise das Fahrzeug unter den Generator gefahren werden, so höhenverstellt werden, dass es den Generator aufnimmt und abstützt und anschließend mit dem aufgenommenen Generator relativ zum Getriebe verfahren werden. Die Höhenverstellbarkeit erlaubt es dann beispielsweise den verfahrenen Generator abzusenken und in einer Wartungsposition in der Gondel abzusetzen. Soll der Generator wieder an das Getriebe herangefahren und angekoppelt werden, kann der Vorgang einfach und zuverlassig in die entgegengesetzte Richtung durchgeführt werden.
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Das Fahrzeug kann hierfür eine Scherenbühne mit einer Aufnahmeplattform umfassen und dazu ausgebildet sein, mittels der Scherenbühne eine Vertikalposition des aufgenommenen Generators zu verstellen. Durch eine Scherenbühne wird eine einfache, zuverlässige und robuste Vorrichtung für eine Höhenverstellung bereitgestellt. Auch sehr schwere Generatoren können problemlos angehoben und abgesenkt werden. Die Aufnahmeplattform erlaubt die unkomplizierte und sichere Aufnahme des Generators.
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Vorzugsweise umfasst das Fahrzeug dann einen Antrieb zur Höhenverstellung, welcher hydraulisch und/oder pneumatisch und/oder elektromotorisch funktioniert. Der Antrieb zur Höhenverstellung ist dann insbesondere nicht außerhalb des Fahrzeugs als separate Vorrichtung vorgesehen, sondern vollständig in das Fahrzeug integriert. Das Fahrzeug bildet dann insbesondere eine autarke und leicht auswechselbare Vorrichtung.
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Vorzugsweise umfasst das Fahrzeug auch eine Antriebsvorrichtung zum Verfahren des Fahrzeugs. Hierbei kann die Antriebsvorrichtung in besonders bevorzugter Art und Weise hydraulisch und/oder pneumatisch und/oder elektromotorisch und/oder mechanisch betreibbar sein. Bei dieser Ausfuhrungsform ist also auch der für den Antrieb des Fahrzeugs erforderliche Aktor vom Fahrzeug selbst umfasst. Externe Antriebseinheiten, wie zum Beispiel eine Seilwinde, sind dann nicht erforderlich. Das Fahrzeug ist dann eine sehr autarke und mobile Einheit, die beispielsweise von einer Windkraftanlage in eine andere Windkraftanlage verbracht werden kann, wenn Wartungsarbeiten durchzufuhren sind.
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Vorzugsweise umfasst die Windkraftanlage zumindest eine in der Gondel angebrachte Führungsschiene, welche dazu ausgebildet ist, das Fahrzeug während des Verfahrens zu führen. Besonders bevorzugt ist es, wenn zwei parallel zueinander laufende Führungsschienen, z. B. U-Schienen, in Richtung der Verfahrrichtung fest in der Gondel installiert sind. Durch Führungsschienen ist ein sicheres Verfahren des Fahrzeugs in einer sehr exakt definierten Richtung möglich. Ein seitliches Ausbrechen des Fahrzeugs unter der Last des Generators ist vermieden.
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Vorzugsweise umfasst das Fahrzeug ein Fahrgestell mit zumindest zwei Rädern und/oder Rollen. Besonders bevorzugt ist es, wenn das Fahrzeug vier Rollen umfasst, von denen jeweils zwei in einander gegenüberliegenden Fuhrungsschienen laufen. Dann ist ein sehr sicheres und hinsichtlich der Richtung klar definiertes Verfahren des Fahrzeugs gewährleistet. Alternativ kann jedoch auch vorgesehen sein, dass das Fahrzeug auf Luftkissen getragen wird, also auf dem Hovercraft-Prinzip beruht.
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Vorzugsweise sind in der Gondel zumindest zwei parallel zueinander verlaufende Führungsschienen angebracht und das Fahrgestell umfasst dann vorzugsweise zumindest vier Rader und/oder Rollen, von denen jeweils zumindest zwei in jeder der Fuhrungsschienen gefuhrt werden. Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Führungsschienen im Wesentlichen so weit voneinander beabstandet sind, dass bei am Fahrzeug abgestutztem Generator die Hohe des gemeinsamen Massenschwerpunkts von Fahrzeug und Generator über den Führungsschienen geringer als der Abstand der Führungsschienen voneinander ist. Dann ist eine besonders stabile Fuhrung geschaffen und ein Verkippen bzw. Umfallen des Generators wird wahrend des Verfahrens zuverlässig verhindert. Vorzugsweise kann aus Stabilitatsgrunden zusatzlich vorgesehen sein, dass der Abstand zweier, in einer gemeinsamen Fuhrungsschiene laufenden Rader im Wesentlichen mindestens so groß ist wie der Abstand zweier, in einander gegenuberliegenden Führungsschienen laufenden Rader. Sitzen die vier Rader im Wesentlichen an den Ecken des Fahrgestells ist also gemäß dieser bevorzugten Ausfuhrungsform das Fahrgestell wenigstens so lang (in Richtung der Führungsschienen) wie es breit ist (senkrecht zu den Führungsschienen). Während der Bewegung auf den Führungsschienen wird so neben einem unerwünschten Wanken auch ein Nicken des Fahrzeugs zuverlassig vermieden.
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Vorzugsweise umfasst das Fahrzeug auch einen Kran. Mit diesem Kran konnen insbesondere einzelne Teile des Getriebes und/oder Generators gehoben und in der Gondel zur Reparatur abgestellt werden. Besonders bevorzugt ist es dann, wenn ein Kranarm in jede beliebige Raumrichtung bewegbar ist. Das Fahrzeug erhält hierdurch eine zusätzliche Funktionalitat. Es ist dann nicht mehr nur für das Verfahren des Getriebes ausgebildet, sondern stellt auch Vorrichtungen bereit, mithilfe derer Wartungsarbeiten innerhalb der Gondel durchgefuhrt werden konnen. Zu diesem Zweck kann das Fahrzeug insbesondere zwischen dem Getriebe und dem verfahrenen und abgestellten Generator hin- und herbewegt werden.
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Vorzugsweise umfasst das Fahrzeug eine Aufnahmeplattform, wobei der Kran gegenüber der Aufnahmeplattform ausklappbar und/oder in der Aufnahmeplattform versenkbar angeordnet ist. Diese Ausführungsform erlaubt zwei Betriebsmodi: in einem ersten Betriebsmodus wird der Generator auf der Aufnahmeplattform abgesetzt und in eine Wartungsposition verfahren. Ist der Generator in der Wartungsposition abgesetzt, kann das Fahrzeug für Reparaturarbeiten eingesetzt werden, indem aus der Aufnahmeplattform der Kran ausgefahren bzw. ausgeklappt wird. Es ist ein sehr kompaktes Fahrzeug mit einer multifunktionalen Aufnahmeplattform geschaffen.
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Vorzugsweise ist der Kran dann gegenuber einer Ebene der Aufnahmeplattform hohenverstellbar ausgebildet. Bei dieser Ausfuhrungsform kann also nicht nur vorgesehen sein, dass die Aufnahmeplattform als solche, z. B. über eine Scherenbühne, höhenverstellbar ausgebildet ist, sondern auch der Kran selbst kann wiederum gegenüber der Aufnahmeplattform hohenverstellbar ausgebildet sein. Hierfur kann insbesondere ein Hubzylinder in dem Kran vorgesehen sein.
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Vorzugsweise umfasst das Fahrzeug auch Schütten und/oder zumindest eine elektrische Steckdose und/oder zumindest eine Druckluftanlage für den Anschluss einer pneumatisch betreibbaren Vorrichtung. Die Schütten erlauben es einer Bedienperson, Kleinteile, wie z. B. Schrauben oder Werkzeug, sicher abzulegen. Die elektrische Steckdose erlaubt den Anschluss elektrisch betriebenen Servicewerkzeugs. Demselben Zweck kann die Druckluftanlage für pneumatisch betreibbare Werkzeuge dienen. Damit ist das Fahrzeug sehr multifunktional. Es handelt sich nicht nur um ein Fahrzeug zum Verfahren des Generators, sondern um ein multifunktionales Service-Car.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zum Bewegen eines Generators relativ zu einem Getriebe innerhalb einer Gondel einer Windkraftanlage und umfasst die folgenden Schritte:
- – Entkoppeln des Generators von dem Getriebe;
- – in einer Ausgangsposition des Generators Aufnehmen des Generators durch ein Fahrzeug, welches in der Gondel aufgenommen ist;
- – Verfahren des Generators relativ zum Getriebe mittels des Fahrzeugs von der Ausgangsposition in eine Endposition; und
- – in der Endposition Abstutzen des Generators an der Gondel unabhangig von dem Fahrzeug.
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Die mit Bezug auf die erfindungsgemaße Windkraftanlage dargestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für das erfindungsgemaße Verfahren.
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Anhand von Ausführungsbeispielen wird die Erfindung im Folgenden naher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer Windkraftanlage in Seitenansicht mit einer im Aufriss dargestellten Gondel;
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2 einen Generator, ein Getriebe und ein Service-Car, wobei das Service-Car unter dem Generator geparkt ist;
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3 einen Generator, welcher mittels des Service-Cars horizontal von dem Getriebe verfahren ist;
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4 einen gegenüber dem Getriebe verfahrenen und abgestellten Generator mit dem Service-Car in einer Wartungsposition; und
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5–8 das Service-Car in einer Wartungsposition mit hohenverstellter Scherenbühne und ausgeklapptem Wartungskran.
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In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt eine Windkraftanlage 1 mit einer Gondel 2. In der Gondel 2 sind ein Getriebe 4 sowie ein Generator 3 installiert. Üblicherweise dient der Generator 3 in einem Betriebszustand der Windkraftanlage 1 dazu, Drehmoment von dem Getriebe 4 zu ubernehmen, wenn das Getriebe 4 an den Generator 3 gekoppelt ist. In der Darstellung der 1 ist jedoch der Generator 3 gegenuber dem Getriebe 4 verfahren. Zu diesem Zweck dient ein Service-Car 5.
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Diese Situation ist detaillierter in den 2 bis 8 dargestellt. Wie man der 2 entnimmt, sind Generator 3 und Getriebe 4 als eng verbundene Einheit im Triebstrang der Windkraftanlage 1 ausgebildet. Das Herunterheben dieser Einheit mit einem Großkran gemäß dem Stand der Technik gestaltet sich aufwändig und kompliziert. Durch den Einbau des Service-Cars 5 in die Gondel 2 kann dieser aufwandige Prozess vermieden werden.
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Mit dem Service-Car 5 wird ein in Fuhrungsschienen 8a und 8b laufendes Instandhaltungsmobil geschaffen. Reparaturen an Getriebe 4 und Generator 3 konnen auf kostengunstige Art und Weise direkt in der Gondel 2 der Windkraftanlage 1 durchgefuhrt werden, ohne dass Generator 3 und Getriebe 4 die Gondel 2 verlassen müssten.
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Mit dem Service-Car 5 kann der Generator 3 aufgenommen werden. Dazu fahrt das Service-Car 5 auf den Führungsschienen 8a und 8b unter den Generator 3. Der Generator 3 wird dann uber Bolzen auf einer Aufnahmeplattform 7 des Service-Cars 5 befestigt. Der aufgenommene Generator 3 kann anschließend mit dem Service-Car 5 je nach Platzbedarf in der Gondel 2 horizontal verfahren und auf den Führungsschienen 8a und 8b abgestellt werden. Das Service-Car 5 wird also in Richtung R der Rotationsachse A des Generators 3 horizontal verfahren. Hierfür sind der Generator 3 und das Getriebe 4 in einem entkoppelten Zustand.
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Es ergibt sich die Situation der 3. Zur Vereinfachung ist von dem Getriebe 4 lediglich ein Flansch dargestellt. Nachdem der Generator 3 auf den Fuhrungsschienen 8a und 8b gemäß 3 abgestellt wurde, kann sich das Service-Car 5 in Richtung R wiederum auf das Getriebe 4 zubewegen. Das Service-Car 5 steht nunmehr für weitere Wartungsaufgaben zur Verfügung. Deutlich erkennbar sind die Rollen 10a und 10b, mit denen das Service-Car 5 in der Führungsschiene 8a lauft (entsprechende, in der Figur nicht sichtbare Rollen sind auch auf der Seite der Führungsschiene 8b vorgesehen). Diese Rollen 10a und 10b eines Fahrgestells 9 werden also in den U-Schienen bzw. Führungsschienen 8a und 8b gefuhrt, welche beispielsweise in Neuanlagen im Grundrahmen der Gondel 2 raumsparend integriert werden konnen und einen Teil der Statik aufnehmen. Das Fahrgestell 9 trägt dann wiederum eine Scherenbuhne 6, auf der sich die Aufnahmeplattform 7 befindet. Im Service-Car 5 sind auf der Aufnahmeplattform 7 Schutten 12 angeordnet. Diese dienen zur Ablage von Kleinmaterial (Schrauben, Muttern, etc.) welches bei Servicearbeiten benotigt wird. Nicht dargestellt aber zusätzlich vorgesehen konnen Steckdosen sowie eine Druckluftanlage sein. Damit ein Monteur nicht mit langen elektrischen Kabeln hantieren muss, sind die Steckdosen dann direkt am Service-Car 5 angebracht. Elektrische Zuleitungen sind am Service-Car 5 sowieso bereits vorgesehen. Je nach Platzbedarf kann eine kleine Druckluftanlage für entsprechende pneumatische Werkzeuge ebenfalls im Service-Car eingebaut werden. Weiterhin können am Service-Car 5 den auszuwechselnden Bauteilen am Generator 3 bzw. Getriebe 4 entsprechende Aufnahmen installiert werden.
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Die 5 bis 8 zeigen das Service-Car 5 in einem ausgefahrenen Zustand. Das heißt, dass die Scherenbühne 6 in der vertikalen Richtung H angehoben ist. Diese Richtung H steht senkrecht auf der Richtung R. Damit ein unverkipptes Bewegen der Aufnahmeplattform 7 gewährleistet ist, steht die Richtung H zudem senkrecht auf der von der Aufnahmeplattform 7 aufgespannten Ebene, welche durch die Richtungen R und X gebildet ist. Fur den Hubbetrieb der Scherenbuhne 6 ist eine kleine Hydraulikanlage (inklusive Öltank, Pumpe, Filter, Steuergerät etc.) im Service-Car 5 vorgesehen (nicht dargestellt). Zudem umfasst das Service-Car 5 auch eine Hydraulikanlage fur den Fahrbetrieb. Das Service-Car 5 benötigt dann lediglich eine aufrollbare elektrische Zuleitung fur den Hydraulikpumpenantrieb und evtl. für die Fahr- und Hebesteuerung. Alternativ zum Hydraulikantrieb kann jedoch auch ein elektrischer Antrieb (Getriebemotor, Servomotor), ein mechanischer Antrieb (Hubspindel), ein pneumatischer Antrieb (Zylinder) oder auch ein Luftkissen-, Ketten-, Riemen- oder Seilzugantrieb vorgesehen sein.
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Wie man ebenfalls den 5 bis 8 entnimmt, ist zum Durchfuhren der Wartungsarbeiten ein Kran 11 vorgesehen. Dieser ist in 4 in einem eingeklappten Zustand dargestellt, während er in den 5 bis 8 ausgeklappt und in verschiedene Richtungen verschwenkt ist. Das Ausfahren bzw. Aufklappen des Bordkrans 11 kann wiederum mechanisch, hydraulisch oder elektrisch erfolgen. Die Hohenverstellung des Krans 11 wird durch das Ausfahren der Scherenbühne 6 in Richtung H und/oder durch einen im Kran 11 eingebauten Hubzylinder erreicht. Durch Verschwenken des Kranarms und gleichzeitiges Verfahren der Scherenbühne 6 lassen sich auch komplexe Bewegungsablaufe realisieren. So können bei einer Reparatur ohne großen Aufwand vom Kran 11 aufgenommene Teile seitlich der Führungsschienen 8a bzw. 8b auf deren ganzer Lange abgelegt werden.
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Das Service-Car 5 stellt ein Fahrzeug, in diesem Fall ein multifunktionales Schienenfahrzeug, dar. Statt dem Service-Car 5 kann jedoch auch eine andere Art von Fahrzeug vorgesehen sein, z. B. ein Fahrzeug mit Rädern, welche nicht in Schienen geführt sind. Das Fahrzeug kann auch so ausgefuhrt sein, dass es keine Hubmittel (also z. B. keine Scherenbühne 6) und auch keinen Kran 11 aufweist.
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Es ist insgesamt ein sehr raumsparendes Hebe- und Transportmittel fur Schwerlasten in der Gondel von Windkraftanlagen geschaffen. Das Fahrzeug in Form des Service-Cars 5 lässt sich uber die Führungsschienen 8a und 8b problemlos in den Tragrahmen der Gondel 2 integrieren.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007059820 A1 [0004]
