DE102013004938B4

DE102013004938B4 - Vorrichtung zur Anbindung einer Gondel einer zu prüfenden Windkraftanlage an einen Prüfstand

Info

Publication number: DE102013004938B4
Application number: DE102013004938.5A
Authority: DE
Inventors: Armin DILLER
Original assignee: Renk Test System GmbH
Current assignee: Renk Test System GmbH
Priority date: 2013-03-22
Filing date: 2013-03-22
Publication date: 2019-09-12
Anticipated expiration: 2033-03-23
Also published as: DE102013004938A1

Abstract

Vorrichtung zur Anbindung einer rotorblattlosen Gondel (11) einer Windkraftanlage an einen Prüfstand (10), wobei die Gondel (11) mehrere Blattlager (15) zur Anbindung von Rotorblättern aufweist, und wobei der Prüfstand (10) eine Antriebswelle (13) aufweist, mit Mitteln zur Anbindung der Antriebswelle (13) des Prüfstands an die Blattlager (15) der Gondel, dadurch gekennzeichnet, dass
die Mittel zur Anbindung der Antriebswelle (13) des Prüfstands an die Blattlager (15) der Gondel mehrere Lageradapter (16) aufweisen, die an die Blattlager (15) der Gondel montierbar sind;
die Mittel zur Anbindung der Antriebswelle (13) des Prüfstands an die Blattlager (15) der Gondel einen Nabenadapter (17) aufweisen, der an die Antriebswelle (13) des Prüfstands montierbar ist;
der Nabenadapter (17) mehrere klauenartigen Elemente (18) aufweist, wobei jedes klauenartige Element (18) des Nabenadapters (17) in Axialrichtung und in Radialrichtung an jeweils einen Lageradapter (16) anstellbar ist, um Prüfkräfte und Prüfmomente von der Antriebswelle (13) des Prüfstands (10) an die Gondel (11) zu übertragen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Anbindung einer Gondel einer zu prüfenden Windkraftanlage an einen Prüfstand. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Prüfstand mit einer solchen Vorrichtung.
Aus der Praxis ist es hinlänglich bekannt, eine sogenannte Gondel einer Windkraftanlage vor Inbetriebnahme auf einem Prüfstand zu testen. Diesbezüglich sei auf die DE 10 2010 049 407 A1 verwiesen. Weiterhin wird auf die US 2005/0172729 A1 , US 2011/0023629 A1 , US 2009/0107255 A1 und die WO 2012/054937 A1 verwiesen, die diverse Windkraftanlagen-Prüfstände offenbaren.
Die Prüfung einer Gondel einer Windkraftanlage auf einem Prüfstand erfolgt bei demontierten Rotorblättern, also in einem rotorblattlosen Zustand der Gondel, wobei die Gondel mehrere Blattlager zur Anbindung der Rotorblätter aufweist, an welche die Antriebswelle des Prüfstands angekoppelt werden muss. Dies erfolgt bei aus der Praxis bekannten Prüfständen derart, dass ein mit der Antriebswelle des Prüfstands verbundener Nabenadapter mit den Blattlagern der Gondel verschraubt wird. Das Verschrauben des Nabenadapters mit den Blattlagern der Gondel ist sehr zeitaufwändig, so dass demnach der Prüfstand in der Zeit vor der Ausführung der eigentlichen Prüfung, in welcher der Nabenadapter durch Verschrauben mit den Blattlagern der Gondel zu verbinden ist, sowie in der Zeitspanne nach der Ausführung der eigentlichen Prüfung, in welcher der Nabenadapter von den Blattlagern der Gondel zu lösen ist, für Prüfaufgaben nicht zur Verfügung steht. Dies ist von Nachteil.
Hievon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine neuartige Vorrichtung zur Anbindung einer Gondel einer zu prüfenden Windkraftanlage an einen Prüfstand sowie einen neuartigen Prüfstand zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß weisen die Mittel zur Anbindung der Antriebswelle des Prüfstands an die Blattlager der Gondel mehrere Lageradapter und einen Nabenadapter auf, wobei die Lageradapter an die Blattlager der Gondel montierbar sind, wobei der Nabenadapter an die Antriebswelle des Prüfstands montierbar ist, wobei der Nabenadapter mehrere klauenartigen Elemente aufweist, und wobei jedes klauenartige Element des Nabenadapters sowohl in Axialrichtung als auch in Radialrichtung an jeweils einen Lageradapter anstellbar ist, um Prüfkräfte und Prüfmomente von der Antriebswelle des Prüfstands an die Gondel zu übertragen.
Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, an die Blattlager der Gondel Lageradapter anzubinden. An die Antriebswelle des Prüfstands ist ein Nabenadapter angebunden. Das Anbinden der Lageradapter an die Blattlager der Gondel kann außerhalb des Prüfstands erfolgen. Die mit den Lageradaptern versehene Gondel kann im Prüfstand innerhalb kurzer Zeit an den Lageradapter gekoppelt bzw. von demselben abgekoppelt werden, nämlich derart, dass die klauenartigen Elemente des Nabenadapters in Axialrichtung und Radialrichtung an die Lageradapter anstellbar sind. Die klauenartigen Elemente des Nabenadapters werden nicht mit den Lageradaptern verschraubt, sondern lediglich an die Lageradapter angestellt und gegebenenfalls mit denselben verklemmt. Hierdurch ist es möglich, die Verweilzeit einer zu prüfenden Gondel im Prüfstand zu reduzieren und so an einem Prüfstand eine größere Anzahl von Prüfungen auszuführen.
Vorzugsweise weist jedes klauenartige Element des Nabenadapters eine axiale Anlagefläche und eine radiale Anlagefläche zur definieren Anlage des jeweiligen klauenartigen Elements an den jeweiligen Lageradapter beim Anstellen des Nabenadapters an die Lageradapter auf. Über die axiale Anlagefläche und radiale Anlagefläche jedes klauenartigen Elements kann dasselbe definiert an den jeweiligen Lageradapter angestellt werden.
Nach einer ersten vorteilhaften Weiterbildung ist jedem klauenartigen Element des Nabenadapters ein axiales Druck- und Ausgleichselement und/oder ein radiales Druck- und Ausgleichselement zugeordnet, wobei mit Hilfe der axialen Druck- und Ausgleichselemente alle klauenartigen Elemente in Axialrichtung gleichmäßig an die Lageradapter anstellbar sind, um Prüfkräfte gleichförmig aufzuteilen, und wobei mit Hilfe der radialen Druck- und Ausgleichselemente alle klauenartigen Elemente in Radialrichtung gleichmäßig an die Lageradapter anstellbar sind, um Prüfmomente gleichförmig aufzuteilen. Die axialen Druck- und Ausgleichselemente sowie radialen Druck- und Ausgleichselemente dienen einem Toleranzausgleich zwischen den klauenartigen Elementen des Nabenadapters und den Lageradaptern.
Vorzugsweise ist jedem klauenartigen Element weiterhin ein axiales Stützelement und/oder ein radiales Stützelement zugeordnet, um den jeweiligen Lageradapter zwischen dem axialem Druck- und Ausgleichselement und dem axialen Stützelement in Axialrichtung und/oder zwischen dem radialen Druck- und Ausgleichselement und dem radialen Stützelement in Radialrichtung zu klemmen. Über die axialen Stützelemente und radialen Stützelemente können die Lageradapter in Axialrichtung und Radialrichtung geklemmt werden, wodurch es möglich ist, Kräfte und Drehmomente in unterschiedlichen Richtungen zu übertragen.
Der Prüfstand für eine rotorblattlose Gondel einer Windkraftanlage ist in Anspruch 10 definiert.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:

1: eine schematisierte Ansicht eines Prüfstands für eine rotorblattlose Gondel einer Windkraftanlage zusammen mit einer Gondel und einer Vorrichtung zur Anbindung der Gondel an den Prüfstand;
2: die Gondel zusammen mit Lageradaptern in einer gegenüber 1 um 90° gedrehten Ansicht;
3: einen Nabenadapter des Prüfstands;
4: den Nabenadapter der 3 zusammen mit der Gondel der 2;
5: eine alternative Ausführung zur 4; und
6: eine weitere alternative Ausführung zur 4.

Die hier vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Anbindung einer rotorblattlosen Gondel einer Windkraftanlage an eine Antriebswelle eines Prüfstands sowie einen Prüfstand mit einer solchen Vorrichtung.
1 zeigt stark schematisiert einen Prüfstand 10 einer Windkraftanlage, wobei auf dem Prüfstand 10 eine rotorblattlose Gondel 11 einer Windkraftanlage zu Prüfzwecken positioniert ist. Der Prüfstand 10 verfügt über einen Motor 12 sowie eine vom Motor 12 angetriebene Antriebswelle 13, wobei die Antriebswelle 13 des Prüfstands 10 über eine Vorrichtung 14 an Blattlager 15 der Gondel 11, an die normalerweise Rotorblätter der Windkraftanlage angebunden sind, angekoppelt werden kann.
Die Vorrichtung 14 zur Anbindung der rotorblattlosen Gondel 11 an die Antriebswelle 13 des Prüfstands verfügt demnach über Mittel, welche die Antriebswelle 13 des Prüfstands 10 an die Blattlager 15 der rotorblattlosen Gondel 11 anbinden.
Die Mittel zur Anbindung der Antriebswelle 13 des Prüfstands 10 an die Blattlager 15 der rotorblattlosen Gondel 11 verfügen über mehrere Lageradapter 16, wobei jeder Lageradapter 16 an ein Blattlager 15 der Gondel 11 montierbar ist.
Das Montieren der Lageradapter 16 an die Blattlager 15 der Gondel 11 erfolgt außerhalb des Prüfstands 10, wobei jeder Lageradapter 16 vorzugsweise mit einem feststehenden Innenring 21 des jeweiligen Blattlagers 15 der Gondel 11 durch Verschrauben verbunden ist. Jedes Blattlager 15 verfügt weiterhin einen gegenüber dem feststehenden Innenring 21 rotierbaren Außenring 23.
Die Mittel zur Anbindung der Antriebswelle 13 des Prüfstands 10 an die Blattlager 15 der rotorblattlosen Gondel 11 weisen weiterhin einen Nabenadapter 17 auf. Der Nabenadapter 17 ist an die Antriebswelle 13 des Prüfstands 10 montiert und verfügt über mehrere klauenartigen Elemente bzw. Klauen 18, wobei jede Klaue 18 des Nabenadapters 17 sowohl in Axialrichtung als auch in Radialrichtung an jeweils einen Lageradapter 16 anstellbar ist, um Prüfkräfte und Prüfmomente von der Antriebswelle 13 über den Nabenadapter 17 und die Lageradapter 16 an die Gondel 11 zu übertragen.
Der Nabenadapter 17 bzw. die Klauen 18 desselben werden demnach nicht mit der Gondel 11 verschraubt, vielmehr kommen die Klauen 18 des Nabenadapters 17 an mit den Blattlagern 15 verbundenen Lageradaptern 16 zur Anlage.
Jede Klaue 18 des Nabenadapters 17 verfügt über eine axiale Anlagefläche 19 und eine radiale Anlagefläche 20 zur definierten Anlage der jeweiligen Klaue 18 an den jeweiligen Lageradapter 16 beim Anstellen des Nabenadapters 17 an die Lageradapter 16.
Über die axialen Anlageflächen 19 können axiale Kräfte definiert auf die Gondel 11 aufgebracht werden. Über die radialen Anlageflächen 20 können Drehmomente definiert auf die Gondel 11 aufgebracht werden.
Jeder Klaue 18 des Nabenadapters 17 ist im Ausführungsbeispiel der 5 ein nicht sichtbares axiales Druck- und Ausgleichselement und ein radiales Druck- und Ausgleichselement 22 zugeordnet.
Über die axialen Druck- und Ausgleichselemente können alle Klauen 18 in Axialrichtung gleichmäßig an die Lageradapter 16 angestellt werden, um einerseits axiale Toleranzen zwischen den Lageradaptern 16 und den Klauen 18 des Nabenadapters 17 auszugleichen und andererseits Prüfkräfte gleichförmig auf alle Blattlager 15 aufzuteilen.
Über die radialen Druck- und Ausgleichselemente 22 können alle Klauen 18 des Nabenadapters 17 in Radialrichtung gleichmäßig an die Lageradapter 16 angestellt werden, um einerseits radiale Toleranzen zwischen den Lageradaptern 16 und den Klauen 18 des Nabenadapters 17 auszugleichen und andererseits Prüfmomente gleichförmig auf sämtliche Lageradapter 16 aufzuteilen.
Bei den axialen Druck- und Ausgleichselementen sowie den radialen Druck- und Ausgleichselementen 22 handelt es sich im Ausführungsbeispiel der 5 um Elastomerelemente handeln, die beim Anstellen der Klauen 18 des Nabenadapters 17 an die Lageradapter 16 deformiert werden.
Alternativ kann es sich bei den axialen Druck- und Ausgleichselementen und den radialen Druck- und Ausgleichselementen 22 um hydraulische Aktuatoren handeln (siehe Ausführungsbeispiel der 6), die auf Grundlage eines Hydraulikdruckausgleichs zwischen den hydraulischen Aktuatoren die Toleranzen ausgleichen. Dabei sind vorzugsweise sämtliche in axialer Richtung wirkenden hydraulischen Aktuatoren und sämtliche in radialer Richtung wirkenden hydraulischen Aktuatoren an jeweils einen geschlossenen Hydraulikölkreislauf 25 angebunden, um so zu gewährleisten, dass im Bereich jedes Lageradapters 16 ein gleichförmiger hydraulischer Druck anliegt.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der hier vorliegenden Erfindung ist jeder Klaue 18 des Nabenadapters 17 weiterhin ein axiales Stützelement und/oder ein radiales Stützelement zugeordnet. So kann jeder Lageradapter 16 in Axialrichtung zwischen dem jeweiligen axialen Druck- und Ausgleichselement und dem jeweiligen axialen Stützelement in Axialrichtung geklemmt werden. Ferner kann jeder Lageradapter 16 zwischen dem jeweiligen radialen Druck- und Ausgleichselement 22 und dem jeweiligen radialen Stützelement in Radialrichtung geklemmt werden. 5 zeigt exemplarisch für eine Klaue 18 ein derartiges radiales Stützelement 24. Hierdurch ist es dann möglich, Prüfkräfte und Prüfmomente in unterschiedlichen Orientierungen auf die Blattlager 15 der Gondel 11 einwirken zu lassen, also ein Prüfmoment in entgegengesetzten Drehrichtungen und eine Prüfkraft in entgegengesetzten axialen Richtungen.
Vorzugsweise ist das Gewicht des Nabenadapters 17 und das Gewicht der Lageradapter 16 derart bemessen, dass die Summe des Gewichts des Nabenadapters 17 und des Gewichts der Lageradapter 16 in etwa dem Gewicht der an die Blattlager 15 anzubindenden Rotorblätter entspricht, so dass dann über den Nabenadapter 17 sowie die Lageradapter 16 das Gewicht der Rotorblätter simuliert werden kann.
Mit der hier vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Gondel 11 mit außerhalb des Prüfstands 10 an den Blattlagern 15 der Gondel 11 vormontierten Lageradaptern 16 im Prüfstand 10 zu positionieren und den Nabenadapter 17 des Prüfstands 10, der mit der Antriebswelle 13 desselben verbunden ist, innerhalb kurzer Zeit an den Lageradapter 16 anzubinden.
Dabei wird die Gondel 11 mit den an derselben montierten Lageradpatern 16 derart im Prüfstand 10 positioniert, dass ein definierter Winkelversatz zwischen den Lageradaptern 16 und den Klauen 18 des Nabenadapters 17 besteht.
Anschließend wird der Nabenadapter 17 in axialer Richtung an die Lageradapter 16 angefahren, wobei die axialen Druck- und Ausgleichselemente axiale Toleranzen zwischen den Klauen 18 des Nabenadapters 17 und den Lageradaptern 16 ausgleichen. Anschließend wird der Nabenadapter 17 verdreht, wobei dann derselbe in radialer Richtung an die Lageradapter 16 angestellt wird, wobei hierbei dann die radialen Druck- und Ausgleichselemente 22 radiale Toleranzen zwischen den Klauen 18 des Nabenadapters 17 und den Lageradaptern 16 ausgleichen. Die Reihenfolge des Anfahrens des Nabenadapters 17 in axialer Richtung an die Lageradapter 16 sowie des Anstellens des Nabenadapters 17 in radialer Richtung an die Lageradapter 16 kann auch vertauscht sein.
Gegebenenfalls erfolgt anschließend eine Klemmung der Lageradapter 16 in radialer Richtung und/oder axialer Richtung über die radialen Stützelemente 24 und/oder die nicht gezeigten axialen Stützelemente.
Bezugszeichenliste

10: Prüfstand
11: Gondel
12: Motor
13: Antriebswelle
14: Vorrichtung
15: Blattleger
16: Lageradapter
17: Nabenadapter
18: Klaue
19: axiale Anlagefläche
20: radiale Anlagefläche
21: Innenring
22: radiales Druck- und Ausgleichselement
23: Außenring
24: radiales Stützelement
25: Hydraulikölkreislauf

Claims

Vorrichtung zur Anbindung einer rotorblattlosen Gondel (11) einer Windkraftanlage an einen Prüfstand (10), wobei die Gondel (11) mehrere Blattlager (15) zur Anbindung von Rotorblättern aufweist, und wobei der Prüfstand (10) eine Antriebswelle (13) aufweist, mit Mitteln zur Anbindung der Antriebswelle (13) des Prüfstands an die Blattlager (15) der Gondel, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Anbindung der Antriebswelle (13) des Prüfstands an die Blattlager (15) der Gondel mehrere Lageradapter (16) aufweisen, die an die Blattlager (15) der Gondel montierbar sind; die Mittel zur Anbindung der Antriebswelle (13) des Prüfstands an die Blattlager (15) der Gondel einen Nabenadapter (17) aufweisen, der an die Antriebswelle (13) des Prüfstands montierbar ist; der Nabenadapter (17) mehrere klauenartigen Elemente (18) aufweist, wobei jedes klauenartige Element (18) des Nabenadapters (17) in Axialrichtung und in Radialrichtung an jeweils einen Lageradapter (16) anstellbar ist, um Prüfkräfte und Prüfmomente von der Antriebswelle (13) des Prüfstands (10) an die Gondel (11) zu übertragen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Lageradapter (16) an einen feststehenden Innenring (21) jeweils eines Blattlagers (15) der rotorblattlosen Gondel (11) montierbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jedes klauenartige Element (18) des Nabenadapters (17) eine axiale Anlagefläche (19) und eine radiale Anlagefläche (20) zur definieren Anlage des jeweiligen klauenartigen Elements (18) an den jeweiligen Lageradapter (16) beim Anstellen des Nabenadapters (17) an die Lageradapter (16) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass jedem klauenartigen Element (18) des Nabenadapters (17) ein axiales Druck- und Ausgleichselement zugeordnet ist, wobei mit Hilfe der axialen Druck- und Ausgleichselemente alle klauenartigen Elemente (18) in Axialrichtung gleichmäßig an die Lageradapter (16) anstellbar sind, um Prüfkräfte gleichförmig aufzuteilen.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass jedes axiale Druck- und Ausgleichselement ein elastisches oder hydraulisches Toleranzausgleichsmittel zum axialen Toleranzausgleich zwischen den klauenartigen Elementen (18) des Nabenadapters (17) und den Lageradaptern (16) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass jedem klauenartigen Element (18) ein axiales Stützelement zugeordnet ist, um den jeweiligen Lageradapter (16) zwischen dem axialen Druck- und Ausgleichselement und dem axialen Stützelement in Axialrichtung zu klemmen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass jedem klauenartigen Element (18) des Nabenadapters (17) ein radiales Druck- und Ausgleichselement (22) zugeordnet ist, wobei mit Hilfe der radialen Druck- und Ausgleichselemente (22) alle klauenartigen Elemente (18) in Radialrichtung gleichmäßig an die Lageradapter (16) anstellbar sind, um Prüfmomente gleichförmig aufzuteilen.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass jedes radiale Druck- und Ausgleichselement (22) ein elastisches oder hydraulisches Toleranzausgleichsmittel zum radialen Toleranzausgleich zwischen den klauenartigen Elementen (18) des Nabenadapters (17) und den Lageradaptern (16) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass jedem klauenartigen Element (18) ein radiales Stützelement (24) zugeordnet ist, um den jeweiligen Lageradapter (16) zwischen dem radialen Druck- und Ausgleichselement (22) und dem radialen Stützelement (24) in Radialrichtung zu klemmen.
Prüfstand für eine rotorblattlose Gondel einer Windkraftanlage, mit einem Motor (12), mit einer vom Motor (12) angetrieben Antriebswelle (13), und mit einer Vorrichtung (14) zur Anbindung der rotorblattlosen Gondel (11), nämlich von Blattlagern (15) derselben, an die Antriebswelle (13), dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (14) zur Anbindung der rotorblattlosen Gondel an die Antriebswelle des Prüfstands nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgebildet ist.