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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung eines ringförmigen, am Umfang einer Tragstruktur gehaltenen Blechpakets für einen Generator, vorzugsweise einer getriebelosen Windenergieanlage.
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Herkömmlich werden solche Blechpakete, die Durchmesser von mehr als 5 m aufweisen können, unter hohem Arbeitszeitaufwand durch Aneinanderfügen von Ringsegmenten zu Ringsegmentlagen und Aufschichten der Ringsegmentlagen manuell hergestellt. Dabei werden bei einem Generator mit einem z. B. 2 m breiten Blechpaket bis zu 100000 Ringsegmente von Hand aufgeschichtet und ausgerichtet.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den zur Herstellung solcher Blechpakete erforderlichen Arbeitszeitaufwand erheblich zu verringern.
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Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur automatischen Herstellung des Blechpakets gelöst, die gekennzeichnet ist durch eine Manipulatoreinrichtung zum taktweisen Abnehmen mindestens eines Ringsegments von einem Vorratsstapel solcher, das Blechpaket bildender Ringsegmente und Anordnen des Ringsegments in einer Position am Umfang der Tragstruktur sowie eine Einrichtung zur Bewegung der Manipulatoreinrichtung relativ zu der Tragstruktur entlang des Umfangs der Tragstruktur je Arbeitstakt der Manipulatoreinrichtung über die Umfangslänge des Ringsegments.
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Vorteilhaft lässt sich durch eine solche Vorrichtung die zum Herstellen eines Blechpakets benötigte Durchlaufzeit und Zahl der Mitarbeiterstunden gegenüber dem Arbeitsaufwand bei herkömmlicher Herstellungsweise auf weniger als 1/10 reduzieren.
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Während es denkbar wäre, die Manipulatoreinrichtung um die Tragstruktur herum zu bewegen, handelt es sich bei der Bewegungseinrichtung vorzugsweise um eine Dreheinrichtung zum Drehen der Tragstruktur um eine, insbesondere vertikale, Drehachse.
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Während die Manipulatoreinrichtung die Ringsegmente lagenweise ablegen und selbst unter Anhebung der Ringsegmente nacheinander Lagen aufschichten könnte, ist in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Manipulatoreinrichtung zum Anordnen des Ringsegments in einer konstanten Höhe vorgesehen und die Dreheinrichtung umfasst ein vertikal verstellbares Tragelement, insbesondere in Form einer Tragplatte, zur Aufnahme der Tragstruktur. Die Manipulatoreinrichtung legt die Ringsegmente also stets in gleicher Höhe ab, während durch Verstellung, insbesondere Absenkung, des Tragelements dafür gesorgt wird, dass die Ablagehöhe stets gleich bleibt.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das entstehende ringförmige Blechpaket durch das Tragelement, das vorzugsweise durch einen Hydraulikzylinder verstellbar ist, gegen einen Pressring gedrückt werden kann. So ist es möglich, während des Herstellungsprozesses den aufgeschichteten Stapel schrittweise zu verdichten und die Ringsegmente in der erforderlichen dichten Packung ohne Spalte zwischen den Ringsegmenten anzuordnen.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung können Einrichtungen zur Konstanthaltung der Position, insbesondere der Höhenposition, des jeweils von dem Vorratsstapel abzunehmenden Ringsegments vorgesehen sein. Vorteilhaft braucht so der Greifarm der Manipulatoreinrichtung mit sich verringernder Höhe des Vorratsstapels keine zusätzliche Vertikalbewegungen nach unten auszuführen.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Tragstruktur in Umfangsrichtung zueinander im Abstand angeordnete, über den Umfang der Tragstruktur verteilte Tragleisten und die Ringsegmente weisen an ihrem der Tragstruktur zugewandten Rand Ausnehmungen für den Eingriff auf dem Umfang der Tragstruktur benachbarter Tragleisten auf.
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Vorzugsweise haben die Tragleisten einen schwalbenschwanzförmigen Querschnitt und in den Ausnehmungen ist jeweils wenigstens eine Hinterschneidung für den Eingriff einer Schwalbenschwanzhälfte der Randleisten vorgesehen. Die schwalbenschwanzförmigen Tragleisten können so in die Randausnehmungen eingreifen und durch tangentiale Verschiebung in eine die Ringsegmente radial haltende Position gebracht werden.
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Die Manipulatoreinrichtung kann zum Halten des Ringsegments bis zum Eindrehen der Schwalbenschwanzhälfte in die Hinterschneidung oder/und zum Nachführen des Ringsegments, bis die Schwalbenschwanzhälfte in die Hinterschneidung eingreift, vorgesehen sein. So lassen sich abwechselnd Ringsegmentlagen verlegen, die zueinander drehversetzt sind, so dass die Stoßstellen zwischen den Enden der Ringsegmente nicht übereinander zur Anordnung kommen.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind in Nuten des entstehenden Blechpakets einführbare Ausrichtkörper zur gegenseitigen Ausrichtung die Nuten begrenzender Zähne der Ringsegmente und ggf. zum Andrücken der Ringsegmente an die Tragstruktur vorgesehen. Vorteilhaft sorgen die Ausrichtkörper dafür, dass die Zähne der Ringsegmente genau übereinander zur Deckung kommen und die Ringsegmente sich unmittelbar an die Tragstruktur anfügen, so dass das Blechpaket genau den durch die Tragstruktur vorgegebenen Durchmesser aufweist.
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Die Ausrichtkörper können zur Einwirkung auf die Ringsegmente, vorzugsweise durch Innendruck, tangential und ggf. radial aufweitbar sein. Unaufgeweitet findet der Ausrichtkörper der betreffenden Nut so ohne Weiteres Platz. Er kann sich nach oben etwas verjüngen, so dass das Ablegen der Ringsegmente durch den Ausrichtkörper nicht behindert ist.
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Die Manipulatoreinrichtung umfasst vorzugsweise einen programmierbaren Roboter.
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In einer anderen Ausführungsform weist die Manipulatoreinrichtung zwei Manipulatorausleger auf und ist zur gleichzeitigen Anordnung zweier Ringsegmente, ggf. unter gleichzeitiger Bildung zweier zueinander drehversetzter Ringsegmentlagen, vorgesehen.
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Die beiden Manipulatorausleger können z. B. durch eine Exzenterscheibe und Gelenkstangen bewegbar sein und die Exzenterscheibe kann sich durch eine mit der genannten Dreheinrichtung verbundene Steuerkette drehen lassen.
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In einer Ausführungsform ist der oben genannte Hydraulikzylinder durch eine Nabe des Tragelements gebildet, wobei die Nabe an ihren Enden jeweils fluiddicht an Abschnitten eines Achsbolzens gelagert ist, die unterschiedliche Durchmesser aufweisen. Zwischen der Nabe und dem Achsbolzen lässt sich so ein Zylinderraum bilden.
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Die obengenannten Ausrichtkörper können mit einem Ring verbunden sein, welcher über Bügel an einen Flanschvorsprung des Pressrings angehängt ist und auf Tragrollen an den Bügeln drehbar gelagert ist.
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Nach dem Stand der Technik werden beim manuellen Stapeln der Ringsegmente die einzelnen Lagen drehversetzt aufgelegt, wobei die Segmentmitte etwa auf der Stoßstelle zwischen zwei Segmenten der darunterliegenden Lage zur Anordnung kommt. Hierbei erfordert das gleichzeitige Einfügen der Schwalbenschwanzleisten der Tragstruktur in die Randausnehmungen der Ringsegmente besondere Aufmerksamkeit.
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Erfindungsgemäß erfolgt das Einlegen der Ringsegmente, der Versatz der Ringsegmentlagen und die Positionierung der Schwalbenschwanzleisten der Tragstruktur in den Randausnehmungen der Blechsegmente voll automatisiert unter erheblicher Zeiteinsparung durch die Manipulatoreinrichtung. Zum Einsatz kommen kann eine Manipulatoreinrichtung mit zwei Auslegerarmen, die gleichzeitig zwei aufeinanderfolgende Lagen drehversetzt zueinander bildet. Das sichere Anlegen an die linke oder rechte Schwalbenschwanzseite wird durch die jeweilige Manipulatorbewegung erreicht, deren Umfangskomponente einmal schneller und einmal langsamer als die Drehbewegung der Tragstruktur ist. Eine wesentliche Einsparung an Arbeitszeit wird durch das automatisierte Ausrichten der Polwicklungsnuten mit mindestens einem Ausrichtkörper je Blechsegment erreicht. Dabei werden anders als im Stand der Technik keine genau in die Polwicklungsnuten passenden Ausrichtkörper eingesetzt, sondern spreizbare Ausrichtkörper benutzt, die in kurzen Abständen und in Kombination mit einer Pressung des jeweils aufgestapelten Teilpakets kontinuierlich für die Ausrichtung der einzelnen Ringsegmente sorgen. Außer der tangentialen Ausrichtung werden die Ringsegmente auch radial gegen die Trägerleisten angepresst.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und der beiliegenden, sich auf diese Ausführungsbeispiele beziehenden Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigen:
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1 eine Vorrichtung nach der Erfindung in unterschiedlichen Betriebsstellungen,
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2 bis 5 Detailansichten der Vorrichtung von 1, die sich auf unterschiedliche Betriebsstellungen beziehen,
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6 eine die Anordnung von Ringsegmenten an einer Tragstruktur durch eine Manipulatoreinrichtung erläuternde Darstellung,
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7 bis 9 eine Darstellung, welche die Funktionen in der erfindungsgemäßen Vorrichtung von 1 verwendeter Ausrichtkörper erläutert,
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10 ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein durch die Vorrichtung von 1 zu verarbeitendes Ringsegment mit Abstandsleisten zur Bildung radialer Kühlkanäle, und
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11 ein Ausführungsbeispiel für eine in der Vorrichtung von 1 anstelle eines Roboters verwendbare Manipulatoreinrichtungen.
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Eine Vorrichtung zur Herstellung eines ringförmigen, an einer in ihren Umrissen zylindrischen Tragstruktur 1 gehaltenen Blechpakets 2 umfasst eine die Tragstruktur und das Blechpaket aufnehmende Tragplatte 3, die durch einen (nicht gezeigten) Drehantrieb um die Längsachse 5 eines vertikalen Achsbolzens 4 drehbar ist. Eine mit der Tragplatte 3 verbundene, bei 7 und 8 fluiddicht an dem Achsbolzen 4 gelagerte Nabe 6 bildet mit dem abgestuften Achsbolzen 4 einen mit Hydraulikdruck beaufschlagbaren Zylinderraum 9.
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Von einer oberhalb der Tragplatte angeordneten, auf dem Achsbolzen 4 axial festgelegten Platte 10 steht ein zu dem Achsbolzen 4 koaxialer, hohlzylindrischer Pressring 11 mit einer während seiner Herstellung vorübergehend gegen das Blechpaket 2 anlegbaren ringförmigen Pressfläche 12 vor.
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Nach Lösen einer Sprengringplatte 13 lässt sich die Platte 10 mit dem Pressring 11 von der Vorrichtung abheben, um ein fertiggestelltes, mit der Tragkonstruktion 1 verbundenes Blechpaket 2 aus der Vorrichtung herausheben zu können.
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Die Vorrichtung zur Herstellung des Blechpakets 2 weist ferner eine im Wesentlichen durch einen Roboter gebildete Manipulatoreinrichtung 14 auf, die das Blechpaket 2 bildende Ringsegmente 15 aufeinanderfolgend von einem Vorratsstapel 16 solcher Segmente abhebt und in einer Position am Umfang der Tragstruktur 1 ablegt. Zum Halten der Ringsegmente 15 während dieses Vorgangs ist die Manipulatoreinrichtung 14 mit Elektromagneten oder/und Saugköpfen 17 ausgestattet.
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Die Ringsegmente 15 sind innerhalb des Vorratsstapels exakt zueinander ausgerichtet, so dass eine definierte Position zur Aufnahme durch die Manipulatoreinrichtung gegeben ist. Alternativ ermittelt die Manipulatoreinrichtung auf optischem Wege die jeweilige Position des ergriffenen Ringsegments.
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Eine den Vorratsstapel 16 tragende Hubeinrichtung 18 sorgt bei abnehmender Stapelhöhe für eine konstante Höhenposition des obersten, jeweils durch die Manipulatoreinrichtung 14 abzuhebenden Ringsegments 15.
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Das Bezugszeichen 19 verweist auf Ausrichtkörper zum Eingriff in Polwicklungsnuten 28 (7) des entstehenden Blechpakets 2. Die über den Umfang des Blechpakets 2 verteilten Ausrichtkörper 19 sind, tangential in gewissen Grenzen beweglich, an einem Haltering 20 angebracht, der über mehrere Bügel 21 an einem Flanschvorsprung 22 des Pressrings 11 gehalten und auf den Rollen 41 drehbar gelagert ist.
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Wie die 6a und 6b erkennen lassen, weisen die das Blechpaket 2 bildenden Ringsegmente 15 neben Zähnen 23 zur Bildung der Polwicklungsnuten 28 ferner Randausnehmungen 24, 24' und 25, 25' auf ihrer der Tragstruktur 1 zugewandten Randseite auf. Die Randausnehmungen 24, 24' sind an ihrem rechten Ende, die Randausnehmungen 25, 25' an ihrem linken Ende mit je einer Hinterschneidung 26 versehen.
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Die Tragstruktur 1 umfasst über ihren Umfang verteilte, in Umfangsrichtung zueinander im Abstand angeordnete Trägerleisten 27 mit einem schwalbenschwanzförmigen Querschnitt, die zum Eingriff in die Randausnehmungen 24, 24' oder 25, 25' vorgesehen sind, wie dies den 6a und 6b zu entnehmen ist.
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Die 7 und 8 zeigen, wie die mit dem Haltering 20 verbundene Ausrichtkörper 19 in je eine Polwicklungsnut 28 des sich bildenden Blechpakets 2 eingreifen. Je Segment 15 einer Lage ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel ein solcher Ausrichtkörper 19 vorgesehen.
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Wie aus 9 hervorgeht, sind die Ausrichtkörper 19 als durch ein Druckmedium 29 beaufschlagbare Hohlkörper ausgebildet, so dass sie gemäß Pfeilen 30 tangential aufweitbar sind und sich gemäß Pfeil 31 auch ihre radiale Länge vergrößern lässt. Dabei stützen sich alle Ausrichtkörper 19 radial an dem Haltering 20 ab, so dass sie eine radial nach innen gerichtete Kraft in Richtung des Pfeils 31 auf die Ringsegmente ausüben und diese gegen die Trägerleisten 27 andrücken.
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Zur Herstellung eines Blechpakets mit Hilfe der vorangehend anhand der 1 bis 9 beschriebenen Vorrichtung wird die Tragplatte 3 durch Druckbeaufschlagung des Zylinderraums 9 in die in 1 gezeigte, auf den Aktionsbereich der Handhabungseinrichtung 14 abgestimmte Position angehoben und die Tragplatte 3 in Drehung versetzt.
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Taktweise entnimmt die Manipulatoreinrichtung 14 dem Vorratsstapel 16 Ringsegmente 15 und legt sie unter Bildung einer ersten Ringlage aneinandergefügter Ringsegmente angrenzend an die Tragstruktur 1 auf der Tragplatte 3 ab, wobei jeweils zwei benachbarte Tragleisten 27 in die Randausnehmungen 24, 24' oder 25, 25' der Ringsegmente 15 eingreifen. Der ersten Ringsegmentlage folgt dann eine zweite Lage, die bezüglich der Stoßstellen versetzt ist, usw..
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Erfolgt der Eingriff der Tragleisten 27 gemäß 6a in die Randausnehmungen 24, 24', so greifen die rechten Schwalbenschwanzhälften der Tragleisten 27 in die betreffenden Hinterschneidungen 26 der Randausnehmungen 24, 24' ein. Bei Eingriff der Tragleisten 27 in die jeweiligen Randausnehmungen 25, 25' kommen nach 6b die linken Schwalbenschwanzhälften der Tragleisten 27 in den betreffenden Hinterschneidungen 26 der Randausnehmungen 25, 25' zur Anordnung. Die Schwalbenschwanzhälfte läuft entweder von selbst in die Hinterschneidungen 26 hinein oder die Manipulatoreinrichtung 14 muss die Ringsegmente 15 den Tragleisten 27 tangential nachführen.
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In dem gezeigten Ausführungsbeispiel werden von abgelegter Segmentlage zu abgelegter Segmentlage, die zum Eingriff vorgesehenen Randausnehmungen 24, 24' und 25, 25' gewechselt, um zu verhindern, dass sämtliche Stoßstellen zwischen den Enden der Ringsegmente übereinander zur Anordnung kommen. Durch den Wechsel ergibt sich zwischen aufeinanderfolgenden Segmentlagen ein Drehversatz, der dem gegenseitigen Versatz der Paare von Randausnehmungen 24, 24' und 25, 25' entspricht. Ein weiterer Drehversatz kann sich dadurch ergeben, dass durch die Ringsegmente der nächstfolgenden Lage eine Trägerleiste komplett übersprungen wird.
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Bei kontinuierlicher Drehung der Tragplatte 3 sind die Bewegungen der Ringsegmente 15 durch die Manipulatoreinrichtung 14 so gesteuert, dass die Trägerleisten 27 von selbst in die Randeinnehmungen 24, 24' oder 25, 25' hineinlaufen.
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Die Manipulatoreinrichtung 14, die nach 6a dafür sorgt, dass die Trägerleisten 27 in die Randausnehmungen 24, 24' eintreten, bewegt kurz vor dem Loslassen des Ringsegments 15 das Ringsegment so, dass seine Umfangskomponente der Geschwindigkeit etwas kleiner als die der Trägerleisten 27 ist. Dadurch wird eine sichere Anlage des Ringsegments an die rechte Seite der Leisten 27 erreicht.
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Entsprechend ist die Bewegung des Ringsegments 15 in 6b durch die Manipulatoreinrichtung 14 oder eine zweite Manipulatoreinrichtung so gesteuert, dass vor dem Loslassen des Ringsegments dessen Umfangsgeschwindigkeit größer ist als die der Trägerleisten 27, um eine sichere Anlage der Trägerleiste an der linken Seite der Randausnehmungen 25, 25' zu erreichen.
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Es versteht sich, dass der Arbeitstakt der Manipulatoreinrichtung 14 und die Drehgeschwindigkeit der Tragplatte 3 derart aufeinander abgestimmt sind, dass sich die Tragplatte 3 während eines Arbeitstaktes genau um die Umfangslänge eines Ringsegments 15 weiterdreht. Die Höhe der Tragplatte 3 wird so nachgestellt, dass die Höhe, in der die Manipulatoreinrichtung 14 die aufgenommenen Ringsegmente 15 jeweils auf dem entstehenden Blechpaket 2 ablegt, etwa konstant bleibt. Ebenso wird durch ständiges Anheben des Vorratsstapels 16 durch die Hubeinrichtung 18 für eine konstante Höhenposition des im Stapel jeweils obersten Ringsegments gesorgt.
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Jeweils nach Erreichen einer gewissen Vergrößerung der Stapelhöhe der Ringsegmentlagen kommen die Ausrichtkörper 19 zum Einsatz, welche durch tangentiale Aufweitung gemäß Pfeilen 30 und radiale Verlängerung gemäß Pfeil 31 (9) für eine genaue Überdeckung der Zähne 23 der Ringsegmente und genaue Anlage der Ringsegmente 15 an die Tragstruktur 1 und damit die Einhaltung des vorgegebenen Durchmessers des Blechpakts sorgen. Der beschriebene Ausrichtvorgang führt dazu, dass die Hinterschneidungen 26 der aufeinandergestapelten Ringsegmentlagen die Trägerleisten 27 zangenartig zwischen sich festklemmen.
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Während der Aufschichtung der Ringsegmentlagen werden in Zeitabständen ferner Pressarbeitsgänge eingelegt, indem durch Druckbeaufschlagung des Zylinderraums 9 die Tragplatte 3 angehoben und das bis dahin aufgeschichtete Blechpaket 2 durch die Tragplatte 3 gegen die ringförmige Pressfläche 12 des Pressrings 11 gedrückt wird. Hierzu wird die Drehung der Tragplatte 3 vorübergehend gestoppt.
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Nach Erreichen der vorgesehenen Zahl von Ringsegmenten, d. h. der vorgesehenen Breite des Blechpaktes, wird die Platte 10 von der Vorrichtung abgehoben und das entstandene Blechpaket 2 auf seiner frei liegenden Oberseite durch Halteelemente 32 stabilisiert, wie sie bereits an der aufliegenden Unterseite an der Tragstruktur 1 angebracht sind. Das so stabilisierte, auch seitlich an der Tragstruktur 1 gehaltene Blechpaket 2 lässt sich dann bei abgenommener Platte 10 aus der Vorrichtung herausheben.
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Anstelle einer programmierbaren Manipulatoreinrichtung 14, deren Bewegungsablauf von Ringsegmentlage zu Ringsegmentlage umgestellt wird, könnten in Umfangsrichtung aufeinanderfolgend zwei Manipulatoreinrichtungen zum Einsatz kommen, von denen eine die Ringsegmente an den Tragleisten 27 in den Randausnehmungen 24, 24' rechtsseitig einhängt und die andere, welche bereits die nächstfolgende Ringsegmentlage auflegt, die Einhängung der Tragleisten 27 in den Randausnehmungen 25, 25' linksseitig vornimmt.
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Es versteht sich, dass an einer Vorrichtung mehrere Manipulatoreinrichtungen 14 oder mehrere Paare die Ringsegmente unterschiedlich einhängender Manipulatoreinrichtungen vorgesehen sein könnten.
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Die Zahl der je Arbeitstakt ergriffenen Ringsegmente könnte größer als 1 sein und z. B. 2 betragen. Das Abheben von mehr als einem Segment ließe sich durch die eingestellte Stärke in Greifern verwendeter Elektromagnete steuern.
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10 zeigt ein Ringsegment, bei dem anstelle von zwei Paaren von Randausnehmungen nur ein Paar von Randausnehmungen 33, 33' gebildet ist, wobei jede der Randausnehmungen zwei Hinterschneidungen 26, 26' aufweist. Um das Aufeinanderliegen von Stoßstellen zu verhindern, können für eine Ringsegmentlage die Hinterschneidungen 26 und die folgende Ringsegmentlage die Hinterschneidungen 26' für den Eingriff der rechten oder linken Schwalbenschwanzhälfte genutzt werden. Das Ringsegment von 10 zeigt ferner Stege 34, die als Abstandhalter zur Bildung des Blechpakt radial durchsetzender Lüftungsschlitze dienen.
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11 betrifft eine Manipulatoreinrichtung 14 zur gleichzeitigen Ablage von zwei Ringsegmenten 15, 15' unter gleichzeitiger Bildung zweier Ringsegmentlagen.
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Zwei jeweils doppelarmig ausgebildete Manipulatorausleger 35, 35' mit Halteköpfen 36, 36' werden synchron über eine Exzenterscheibe 37 und Gelenkstangen 38, 39 bewegt, wobei die Exzenterscheibe 37 über eine Steuerkette 40 in Antriebsverbindung mit einer drehbaren, der Tragplatte 3 entsprechenden Tragplatte (nicht gezeigt) steht.
