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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Getriebeprüfstandeinrichtung für Getriebe, insbesondere von Windkraftanlagen, umfassend ein Gehäuse in dem Getriebeelemente angeordnet sind, wobei das Gehäuse einen generatorseitigen Flansch zur Aufnahme eines im regulären Betrieb des Getriebes im Antriebsstrang integrierten Generator aufweist.
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Das Anwendungsgebiet der Erfindung erstreckt sich auf Getriebeprüfstände für Zahnradgroßgetriebe mit einem integrierten Antriebsstrang, insbesondere für Windkraftanlagen. Derartige Getriebe unterliegen außergewöhnlichen Beanspruchungen, die aufgrund ihrer baulichen Lage und dem ungleichmäßig wechselndem Belastungskollektivs hervorgerufen werden.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Aus der
DE 199 21 031 A1 geht ein Back-to-Back Prüfstand hervor, bei dem die zu prüfenden Getriebe mit einer Antriebsmaschine, einer Abtriebsmaschine und einem Vorlauf-/Nachlaufgetriebe gekuppelt sind. Die Last wird durch das Vorlauf-/Nachlaufgetriebe geschaffen, indem zwei Wellen mittels einer Schieberkupplung und entsprechender gegenläufiger Steilgewinde auf den beiden Wellenenden gegeneinander verdreht werden. Ein ähnlicher Ansatz erzeugt die Last durch das Verdrehen der Getriebegehäuse über die Aufnahme. Dabei ist jeweils eine Aufnahme eines Getriebes fest als Drehpunkt ausgeführt. Die gegenüberliegende Aufnahme verfügt über einen hydraulischen Aktor, der die Kraft einleitet. Das Konzept basiert auf eine Kraftregelung im Aktor.
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Aus dem allgemein bekannten Stand der Technik ist weiterhin bekannt, dass der Techniktrend bei Getrieben für Windkraftanlagen zu Getrieben mit integriertem Antriebsstrang geht, welche ein mittelschnell-übersetzendes Getriebe mit angeflanschtem Generator aufweisen. Jedoch werden Getriebe, an deren Rückseite ein Generator angeflanscht ist, der sich mit seinem Gewicht und Drehmoment am Gehäuse des Getriebes stützt, ohne den im Regelbetrieb angeordneten Generator geprüft. Bei den Getriebeprüfungen stehen meist nur im Prüfstand montierte und darin bereits abgestützte elektrische Maschinen zur Verfügung. Dies führt zu einer nicht realgetreuen Prüfung des Getriebes, die zu einer Verfälschung der Messwerte bezüglich der Belastungs-, Schwingungs- und Geräuschausbildung führt.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Getriebeprüfstand dahingehend zu verbessern, dass eine realgetreue Prüfung des Getriebes möglich ist.
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Die Aufgabe wird ausgehend von einer Getriebeprüfstandeinrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den nachfolgenden abhängigen Ansprüchen hervor.
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Erfindungsgemäß besitzt das Gehäuse des Getriebes an dem generatorseitigen Flansch Mittel zum Belasten des Gehäuses mit einer Kraft und/oder einer Masse und/oder Schwingung und/oder Dämpfung, um die auf das Gehäuse einwirkenden externen Kräfte und Schwingungen eines Generators realgetreu abzubilden. An diesem generatorseitigen Flansch, ist im Betrieb der Windkraftanlage das Getriebe angeordnet. Aufgrund des hohen Gewichts des Generators und die damit verbundenen hohen Belastung, die auf das Gehäuse des Getriebes wirken, erfolgt eine andere Schwingungs- und Geräuschausbildung als in einem unbelasteten Getriebe.
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Des Weiteren bevorzugt ist als Mittel zum Belasten des Gehäuses des Getriebes an dem generatorseitigen Flansch der Generator angeordnet, um das Gehäuse mit einer Masse zu belasten. Sofern der Generator vorhanden ist, ist es vorteilhaft das Gehäuse mit angeflanschtem Generator zu prüfen, da eine solche Prüfung den realen Bedingungen am nächsten kommt.
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Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt insbesondere darin, dass als Mittel zum Belasten des Gehäuses des Getriebes eine Totmasse an dem generatorseitigen Flansch angeordnet ist, wobei die Totmasse der Masse des Generators entspricht, die im regulären Betrieb des Getriebes auf das Gehäuse wirkt. Diese Möglichkeit der Getriebeprüfung erlaubt beim Fehlen des Generators, eine dem Generator entsprechende Totmasse anzubringen, die darüber hinaus insbesondere auch die gleiche Geometrie wie die des Generators aufweisen kann. Dadurch wird ein Vorhandensein des Generators simuliert, um das Getriebe während des Prüfvorgangs mit einer realgetreuen Masse zu belasten. Um auch die realgetreuen Schwingungen des Generators und oder der durch die Struktur der Windkraftanlage eingeleiteten Schwingungen und Dämpfungen nachzubilden, kann die Totmasse darüber hinaus zusätzlich optional auch durch einen, oder mehrere Schwingungsanreger angeregt werden. Dieser simuliert idealerweise die durch den Generator und die Struktur eingeleiteten Schwingungen und Dämpfungen.
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Alternativ hierzu kann als Mittel zum Belasten des Gehäuses des Getriebes an dem generatorseitigen Flansch über eine Adaptervorrichtung mindestens ein Aktor für jede Raumrichtung angeordnet werden, wobei die Aktoren ersatzweise für den Generator eine Kraft auf das Gehäuse ausüben. Die Adaptervorrichtung ist wie der Generator im Betrieb der Windkraftanlage an dem generatorseitigen Flansch angeordnet, wobei die Angriffspunkte der Adaptervorrichtung am Gehäuse, den gleichen Angriffspunkten des Generators am Gehäuse entsprechen. So ist ein Ausüben betriebsähnlicher Kräfte auf das Gehäuse des Getriebes trotz fehlenden Generators möglich. Auch hier kann durch ein oder mehrere optional angebrachte Schwingungsanreger oder Dämpfer an der Adapterplatte oder sogar direkt am Getriebe das Schwingverhalten der durch den Generator und die Struktur eingeleiteten Schwingungen und Dämpfungen simuliert werden.
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Gemäß einer die Erfindung weiter verbessernden Maßnahme wird vorgeschlagen, dass der mindestens eine Aktor zur Erzeugung von statischen und/oder dynamischen Kräften hinsichtlich seiner Ausrichtung zum Getriebe winkelverstellbar ist. Die Verstellbarkeit des Winkels hinsichtlich der Ausrichtung am Getriebe erlaubt es über einen Aktor auch dynamische Kräfte auf das Gehäuse des Getriebes aufzubringen. Alternativ hierzu ist es auch möglich, dass ein oder mehrere Schwingungsanreger und/oder Dämpfer die durch den Generator und/oder die Struktur eingeleitete Schwingungen und/oder Dämpfungen anregt.
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Es wird weiterhin vorgeschlagen, dass die Aktoren, als Mittel zum Belasten des Gehäuses des Getriebes über eine Adaptervorrichtung an dem generatorseitigen Flansch, Hydraulikzylinder sind. Bei Hydraulikzylindern wird die Kraft, die der Hydraulikzylinder ausübt in vorteilhafter Weise über die Steuerung des am Hydraulikzylinder anliegenden Öldrucks vorgenommen. Eine Belastung des Gehäuses des Getriebes über Seilzüge und/oder über eine Verspannvorrichtung ist ebenfalls möglich.
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Des Weiteren bevorzugt ist als Mittel zum Belasten des Gehäuses des Getriebes an dem generatorseitigen Flansch eine tangentiale Hebelkraft zur Drehmomenterzeugung aufbringbar. Die Drehmomenterzeugung bietet den Vorteil Beschleunigungen und Abbremsungen des Generators zu simulieren. Dadurch können Drehmoment-Belastungen bei einem Geschwindigkeitswechsel oder beim anlaufen des Getriebes erzeugt werden, um die Prüfung realgetreuer zu gestalten. Insbesondere bei Getrieben für Windkraftanlagen nimmt ein solches Procedere eine wichtige Stellung ein, da die Windkraft im Betrieb der Anlage ebenfalls sehr stark variiert.
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Vorzugsweise ist die auf das Gehäuse des Getriebes wirkende Kraft über Mittel zum Belasten des Gehäuses an dem generatorseitigen Flansch durch eine Überlagerung von Zug-, Druck-, Quer- und/oder Axialkräften erzeugbar. Die Überlagerung von Kräften nach dem Superpositionsprinzip ermöglicht ein Belastungskollektiv auf das Gehäuse aufzubringen wie es dem Belastungskollektiv unter realen Bedingungen entspricht.
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Eine solche Getriebeprüfung kann unter Berücksichtigung der vorgeschlagenen Vorrichtung insbesondere an einem Back-to-Back Getriebeprüfstand durchgeführt werden. Solche Back-to-Back Getriebeprüfstände verbinden über eine gemeinsame Mittelwelle zwei Getriebe derart miteinander, dass eine gleichzeitige Prüfung der Getriebe realisiert wird.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:
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1 eine schematische Schnittdarstellung eines Back-to-Back Getriebeprüfstandes für ein Getriebe mit einem in den Antriebsstrang integrierten Generator, wobei an dem generatorseitigen Flansch eine Totmasse angeordnet ist.
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2 eine schematische Schnittdarstellung eines Getriebeprüfstandes für ein Getriebe mit einem in den Antriebsstrang integrierten Generator, wobei an dem generatorseitigen Flansch über eine Adaptervorrichtung Aktoren angeordnet sind.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG EINER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Gemäß 1 besteht ein Back-to-Back Getriebeprüfstand 9 aus zwei zu prüfenden ähnlichen Getrieben 1, umfassend jeweils ein Gehäuse 2, wobei die Getriebe 1 über eine gemeinsame Mittelwelle 10 gekoppelt sind und Rücken an Rücken derart angeordnet sind, dass eine – hier nicht näher dargestellte – Gelenkwelle auf einer Antriebsseite 11 von außen den Getriebeprüfstand 9 antreibt.
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Auf der Antriebsseite 11 ist an einem generatorseitigen Flansch 3 des Gehäuses 2 des Getriebes 1 als Mittel zum realgetreuen Belasten des Gehäuses 2 während des Prüflaufes ein teilintegrierter Generator 4 angeordnet. Auf einer Abtriebsseite 12 erzeugt eine – hier nicht näher dargestellte – Abtriebsmaschine ein Gegenmoment, wobei auf der Abtriebsseite 12 an einem generatorseitigen Flansch 3 als Mittel zum realgetreuen Belasten des Gehäuses eine der Masse des Generators entsprechenden Totmasse 5 angeordnet ist.
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Ein optionaler Schwingungsanreger 13 sowie ein Dämpfer 14 regen das System zu den durch den Generator (4) eingeleitete Schwingungen bzw. Dämpfungen an.
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Nach 2 sind als Mittel zum realgetreuen Belasten des Gehäuses 2 des Getriebes 1, an dem generatorseitigen Flansch 3 über eine Adaptervorrichtung 7, Aktoren 6 für jede Raumrichtung angeordnet. Die Aktoren 6 sind Hydraulikzylinder 8 bei denen die Kraft, welche auf das Gehäuse 2 des Getriebes 1 ausgeübt wird, in vorteilhafter Weise über die Steuerung des am Hydraulikzylinder 8 anliegenden Öldrucks vorgenommen wird. Durch eine Überlagerung von Zug-, Druck-, Quer- und/oder Axialkräften wird nach dem Superpositionsprinzip eine Kraft generiert, die derart auf das Gehäuse 2 des Getriebes 1 einwirkt, dass die durch die Kraft hervorgerufene Belastung, der realgetreuen Belastung im Betrieb des Getriebes entspricht.
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Die Erfindung ist nicht beschränkt auf das vorstehend beschriebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Es sind vielmehr auch Abwandlungen hiervon denkbar, welche vom Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche mit umfasst sind. So ist es beispielsweise auch möglich, als Mittel zur Belastung des Gehäuses 2 des Getriebes 1 anstelle von Hydraulikzylinder 8 Seilzüge und/oder eine Verspannvorrichtung, die über eine Adaptervorrichtung 7 am generatorseitigen Flansch 3 angeordnet sind, zu benutzen.
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Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass „umfassend” keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „eine” oder „ein” keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Getriebe
- 2
- Gehäuse
- 3
- Flansch
- 4
- Generator
- 5
- Totmasse
- 6
- Aktor
- 7
- Adaptervorrichtung
- 8
- Hydraulikzylinder
- 9
- Back-to-Back Getriebeprüfstand
- 10
- Mittelwelle
- 11
- Antriebsseite
- 12
- Abtriebsseite
- 13
- Schwingungsanreger
- 14
- Dämpfer
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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