DE60310124T2 - Reservelager, verfahren zur montage solch eines reservelagers und mittel zur durchführung solch einer montage - Google Patents

Reservelager, verfahren zur montage solch eines reservelagers und mittel zur durchführung solch einer montage Download PDF

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Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung befasst sich mit einer bekannten Anordnung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und einem Verfahren zum Ersetzen eines herkömmlichen Lagers in einer solchen Anordnung.
  • Bei großen Rotorwellen, z. B. Rotorhauptwellen von Windturbinen, ist die Welle oftmals in sehr großen Wälzlagern gelagert, bei denen der Außendurchmesser des Lagers 1500 mm und mehr betragen kann, und daher ist es sehr schwierig, das Lager im Falle eines Lagerausfalls auszutauschen. Ohne besondere Maßnahmen ist es bei einem Ausfall eines Lagers notwendig, die Hauptwelle selbst zu demontieren, die auf einem Niveau von 80 m oder mehr oberhalb des Bodens liegen kann, die schwere Hauptwelle mit ihrem Lager auf den Boden abzusenken und das ausgefallene Lager zu ersetzen und anschließend wiederum die Hauptwelle mit ihrem neuen Lager anzuheben und in der Turbine zu montieren. Dies ist selbstverständlich ein zeitaufwendiges und teueres Unterfangen, insbesondere weil Windturbinen oftmals in Gebieten liegen, die mit Autokränen schwierig zu erreichen sind, die einen ausreichenden Hubbereich und eine ausreichende Hubleistung für die recht schweren betreffenden Lasten besitzen.
  • Um dieses Ersetzen der Lager zu vereinfachen und die Notwenigkeit der Demontage der Hauptwelle und Ihres Absenkens auf den Boden zu vermeiden, ist bereits vorgeschlagen worden, geteilte Lagerringe zu verwenden, so dass es möglich war, die Teile der geteilten Ringe in einem ausgefallenen Lager zu trennen und sie durch andere solche Teile in der Lage der Welle in der Turbine zu ersetzen und dadurch die Notwendigkeit eines Lageraustausches auf Bodenniveau zu vermeiden.
  • Diese Lösung hat jedoch gewisse Nachteile, da geteilte Ringe in der Herstellung teurer als einteilige Ringe sind, wobei gleichzeitig ein geteilter Lagerring niemals die gleiche Leistungsfähigkeit wie ein einteiliger Ring erreicht. Dies drückt sich insbesondere in der Klemmung zwischen den Lagerringen und ihrem Sitzen aus, die zu einer Passflächenkorrosion führen kann.
  • Aufgabe und wesentlichste Merkmale der Erfindung
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, ein Ersatzwellenlager anzugeben, mithilfe dessen die zuvor erwähnten Nachteile wesentlich vermindert werden, um der Lageranordnung eine wesentlich erweiterte Lebensdauer zu verleihen, ohne die Notwendigkeit seiner Demontage und des Durchführens des Ersetzens eines ausgefallenen Lagers auf Bodenniveau und dies ist mit einem Ersatzwellenlager erreicht worden, wie es in Anspruch 1 der beigefügten Ansprüche beschrieben ist.
  • Die Erfindung umfasst auch ein Verfahren zum Ersetzen eines ausgefallenen Lagers, das eine Welle abstützt, ohne die Notwendigkeit, die Welle von einer Windkraftturbine oder einer anderen Maschinenanlage, mit welcher sie zusammenarbeitet, zu trennen, und dieses Verfahren ist durch die Merkmale gekennzeichnet, die im Kennzeichenteil von Anspruch 5 angeführt sind.
  • Schließlich betrifft die Erfindung Mittel zum Bewirken des in Anspruch 5 beschriebenen Verlagerungsvorgangs des Lagers und diese Mittel sind durch den Inhalt von Anspruch 9 gekennzeichnet.
  • Kurze Beschreibung der Abbildungen
  • Nachfolgend wir die Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben, die eine erfindungsgemäße Ausführungsform des Ersatzwellenlagers und die Mittel zu seiner Montage zeigen.
  • 1 zeigt schematisch eine Welle mit einem Lager, das die im Schnitt gezeigte Welle abstützt und auch ein erfindungsgemäßes Ersatzlager, das ebenfalls im Längsschnitt gezeigt ist.
  • 2 stellt eine schematische Ansicht eines Teils einer Welle und eines Ersatzlagers während der Montage mit Hilfe von Mitteln dar, die ebenfalls von der vorliegenden Erfindung umfasst sind.
  • Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
  • 1 zeigt eine Welle 1, beispielsweise eine Rotorwelle einer Windkraftanlage. Die Welle 1 stellt sich bei dieser Ausführungsform als eine an der Außenseite abgeschrägte röhrenförmige Welle dar, die an einer Seite einen zylindrischen Abschnitt 2 aufweist, die Welle 1 ist in einem Wälzlager 3 gelagert, bei der gezeigten Ausführungsform ein Toroidlager, welches die Fähigkeit einer gegenseitigen axialen Verlagerung und Winkelfehlausrichtung zwischen dem inneren und dem äußeren Lagerring besitzt. Der Innenring des Lagers 3 besitzt eine schräg zulaufende Bohrung und ist auf die Welle mittels einer Adapterhülse 4 aufgesetzt und in seiner Stellung mit Hilfe einer Schließmutter 5 festgelegt. Das Lager 2 ist in einem bei 6 und 7 angedeuteten Gehäuse eingeschlossen, wobei von dem Gehäuse wenigstens ein Deckelteil 7 entfernbar mit dem anderen Teil 6 des Gehäuses verbunden ist, so dass das Lager nach der Demontage des Gehäuseteils 7 zugänglich ist, das auch in zwei Teile (nicht weiter dargestellt) geteilt ist, um sein vollständiges Entfernen zu ermöglichen. In einer Position axial entfernt von dem Lagergehäuse 6, 7 längs des verjüngten Teils der schräg zulaufenden Welle ist um die Welle 1 ein einteiliger äußerer Lagerring 8, ein einteiliger innerer Lagerring 9 und eine einstückige Schließmutter 10 vorgesehen, die zusammen einen Satz Bauelemente für ein Ersatzlager bilden. Mit diesen Bauelementen 8, 9 und 10, die in einem Abstand von dem herkömmlichen Lager 3 angeordnet sind, wo sie in einer (nicht gezeigten) Weise gehalten sind, befinden sie sich in einer halb montierten Stellung und sind dazu bereit, das herkömmliche Lager zu ersetzen, falls dieses ausfallen oder Messungen zeigen sollten, dass es bald ausfallen würde.
  • In dem Fall, dass ein herkömmliches Lager ausfallen oder ein den Zustand überwachendes System oder sonstiges zeigen sollte, dass ein Versagen bevorsteht, ist es vergleichsweise einfach, das Lagergehäuse durch Entfernen der geteilten Lagergehäuseabdeckung 7 zu öffnen, die aufgrund ihrer zweiteiligen Form leicht von der Welle 1 entfernt werden kann, ohne die Notwendigkeit einer Demontage der Welle. Wenn das Lagergehäuse dann offen ist, ist es einfach, das Lager zu erreichen und es aus der Adapterhülse 4 in herkömmlicher Weise nach dem Lösen der Stellmutter 5 zu entfernen und dabei das Lager aus dem Gehäuse 7 herauszutreiben. Daraufhin werden der äußere und innere Lagerring des herkömmlichen Lagers und seine Stellmutter 4 jeweils aufgetrennt, um es zu ermöglichen, sie von der Welle 1 zu entfernen.
  • Daraufhin wird ein Satz Wälzkörper 16, der aus 2 zu ersehen ist (in dem vorliegenden Fall als Toroidwälzkörper konzipiert) zwischen dem Außenring 8 und dem Innenring 9 des Ersatzlagers eingeführt, möglicherweise zusammen mit einem geteilten Käfig (nicht gezeigt), um die Wälzkörper zu trennen und zu führen.
  • Mit den zwischen die Lagerringe 8, 9 eingeführten Wälzkörpern wird dieses Ersatzlager im Sinne von 1 axial nach links gedrückt, bis es die Adapterhülse 4 erreicht und sich aufschiebt.
  • In dieser Stellung werden die erfindungsgemäßen Montagemittel um die Welle 1 aufgesetzt, wie aus 2 zu ersehen ist, die einen Längsschnitt eines Teils der Welle und des Ersatzlagers 8, 9 während der Montage in der Position des nunmehr entfernten herkömmlichen Lagers 3, das in 1 gezeigt ist, darstellt. Die Montagemittel bestehen aus einem Werkzeugsatz, der einen geteilten Stützring 11 und ein geteiltes hydraulisches Treiberwerkzeug umfasst, das eine Anzahl individueller Werkzeugsegmente 12 aufweist, die um die Adapterhülse 4 mithilfe einer flachen Kette 13 oder dergleichen zusammengehalten werden. Jedes der individuellen Werkzeugsegmente 12 besitzt wenigstens eine Ausnehmung 14, vorzugsweise in zylindrischer Form, in welche ein Kolben 15 beweglich eingesetzt ist. Jede solche Ausnehmung 14 ist an eine Leitung (nicht gezeigt) angeschlossen, die mit einer herkömmlichen Hydraulikpumpe (nicht gezeigt) verbunden werden kann.
  • Wenn die Montagemittel mit den Stirnenden 15 in Anlage an den inneren Lagerring 9 eingesetzt worden sind, werden die Kolben 15 aus ihren Ausnehmungen 14 durch das Einleiten von Hydrauliköl herausgedrängt, wodurch der innere Lagerring 9 auf die Adapterhülse 4 aufgedrückt wird, bis eine gewünschte Klemmung zwischen dem Lagerring 9, der Adapterhülse und der Welle 1 erreicht wird.
  • Wenn die gewünschte Klemmung während des Auftreibvorgangs erreicht worden ist, werden die Ausnehmungen 14 entleert und der Stützring 11 gelockert, woraufhin die Kette 13 gelöst wird und die Werkzeugsegmente entfernt werden. Der Ersatzschließring 10 (1) wird dann auf den Gewindebereich der Adapterhülse 4 aufgeschraubt, um den inneren Lagerring des Ersatzlagers in seiner Position festzulegen. Daraufhin kann die geteilte Gehäuseabdeckung 7 (siehe 1) leicht angebracht werden, und die Rotorwelle ist mit einem neuen Lager ausgestattet, das die gleiche gute Leistungseigenschaft wie das herkömmliche Lager besitzt, auch im Hinblick auf die Presspassung, die bei Lagern mit geteilten Ringen nicht garantiert werden kann und die zu einem Sitzflächenverschleiß führen kann.
  • Bei einem Lagerausfall oder Anzeichen eines bevorstehenden Ausfalls ist es möglich, auf diese Weise einen erforderlichen Austausch des ausfallenden Lagers gegen ein neues Lager mit ungeteilten Lagerringen und einer ungeteilten Stellmutter in einer Zeitspanne durchzuführen, die im Vergleich zu dem früher eingesetzten Demontieren der Rotorwelle sehr kurz ist und mit Lagerringen, die nicht geschwächt oder in anderer Weise dadurch beeinträchtig sind, das sie geteilt sind.
  • Die um die Rotorwelle angeordneten Ersatzlagerelemente sind vorzugsweise mit einem Korrosionsschutzmittel überzogen und die Elemente werden während ihrer Ruhezeit entfernt gehalten, so dass kein Verschleiß auftreten wird. Dies ist nicht der Fall, wenn ein vollständiges Ersatzlager um die Welle angeordnet ist. Bevor das Ersatzlager montiert wird, werden die Elemente gereinigt, um die Korrosionsschutzschicht für die Ruhezeit zu entfernen.
  • Zusätzlich zu dem Paar ungeteilter Lagerringe und der um die Welle angeordneten Stellmutter müssen Wälzlagersätze 16, ein geteilter Käfig (nicht gezeigt) und ein Werkzeugsatz 11-15 aufbewahrt werden. Für einen Windanlagenpark mit beispielsweise 100 Turbinen ist es jedoch wahrscheinlich ausreichend, nur zwei oder drei Wälzlagersätze und geteilte Käfige und nur einen Werkzeugsatz vorzuhalten.
  • Die Erfindung ist nicht auf die in den beigefügten Abbildungen gezeigten und im Zusammenhang damit beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern es sind Abwandlungen und Varianten im Rahmen des Schutzumfangs der beigefügten Ansprüche möglich. Obgleich gezeigt und beschrieben worden ist, dass eine einteilige Stellmutter um die Welle zusammen mit einstückigen Lagerringen angeordnet ist, ist es selbstverständlich möglich, eine aus mehr als einem Teil bestehende Schließvorrichtung einzusetzen, die um die Welle fertig montiert werden kann, ohne die Notwendigkeit, die Welle zu demontieren oder die Schließvorrichtung um die Welle als Ersatzteil zu positionieren.

Claims (11)

  1. Anordnung mit einer rotierenden Welle (1), die in einem herkömmlichen Wälzlager (3) gelagert ist, das einen Innenring, einen Außenring und eine Anzahl Wälzkörper aufweist, die zwischen dem Innenring und dem Außenring angeordnet sind, wobei der Innenring klemmend auf der Welle (1) sitzt und durch eine Stellmutter (5) in einer Weise festgelegt ist, die es dem Innenring ermöglicht, aus der Klemmung gelöst zu werden, und der Außenring in ein Gehäuse (6, 7) in einer Weise eingesetzt ist, die es ihm ermöglicht, aus dem Lagergehäuse herausgedrückt zu werden, dadurch gekennzeichnet, dass sie weiterhin ein Ersatzwellenlager, das einen einteiligen äußeren Lagerring (8) und einen einteiligen inneren Lagerring (9) umfasst, die um die Welle (1) in Stellungen entlang der Welle (1) mit Abstand zu der Position des herkömmlichen Wälzlagers (3) angeordnet sind, ohne die Welle (1) zu berühren, und zudem einen Satz Wälzkörper (16) für das Ersatzwellenlager aufweist, die entfernt von Ihrer Verwendungsposition gelagert sind.
  2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auch eine einteilige Schließvorrichtung (10) in Form einer Stellmutter um die Welle (1) in einer Stellung entlang der Welle (1) mit Abstand von der Stellung des Wälzlagers (3) angeordnet ist, ohne die Welle (1) zu berühren.
  3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schließmutter (10) und/oder der äußere Lagerring (8) und der innere Lagerring (9) des Ersatz lagers unbeweglich und ohne Berührung miteinander während ihrer Leerlaufzeit gehalten sind, bevor sie das herkömmliche Lager (3) ersetzen.
  4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Ersatzwellenlager auch einen Käfig zum Führen und getrennten Halten der Wälzkörper voneinander umfasst, wobei der Käfig ein geteilter Käfig ist, der in einer Lage entfernt von seiner Verwendungsposition gelagert ist.
  5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauelemente (8, 9, 10, 16) des Ersatzwellenlagers während Ihrer Leerlaufzeit einen Überzug mit einem Korrosionsschutzmittel aufweisen.
  6. Verfahren zur Montage eines Ersatzwellenlagers in einer Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: a) Demontieren eines entfernbaren Teils (7) des Lagergehäuses, um den Zugang zu dem darin eingesetzten herkömmlichen Lager (3) zu ermöglichen, das ersetzt werden soll, b) Lösen der herkömmlichen Schließmutter (5) und Demontieren des herkömmlichen Lagers (3) aus der Klemmung um die Welle und der Verbindung mit dem Gehäuse (6, 7) in herkömmlicher Weise, c) Auftrennen sowohl des Innenring, des Außenrings als auch der Schließmutter (5) in jeweils wenigstens zwei Teile und daraufhin Entfernen der Teile des Innenring, des Außenrings und der Schließmutter (5) von der Welle, d) Einfügen der Ersatzwälzkörper (16) zwischen den inneren Ersatzlagerring (9) und den äußeren Ersatzlagerring (8), e) Verlagern des aus dem Außenring (8), dem Innenring (9) und den dazwischen eingesetzten Wälzkörpern (16) bestehenden Ersatzlagers axial entlang der Welle (1), bis die Klemmung zwischen dem inneren Ersatzlagerring (9) und der Welle (1) ein Niveau erreicht, das eine solche Verlagerung erschwert, f) Anbringen eines Montagewerkzeuges (11-15) um die Welle (1) nahe des zu montierenden Ersatzlagers (8, 9, 16), g) Auftreiben des Ersatzlagers (8, 9, 16) auf die Welle bis zur gewünschten Klemmung mit Hilfe des Montagewerkzeuges (11-15), h) Entfernen des Montagewerkzeuges (11-15) von der Welle (1), i) Festlegen der Ersatzschließmutter (10) an der Welle und j) Aufsetzen des entfernbaren Teils (7) des Gehäuses.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass während des Schrittes g) ein geteilter Wälzkörperkäfig zwischen dem inneren Lagerring (9) und dem äußeren Lagerring (8) eingefügt wird, um die Wälzkörper zu führen und getrennt voneinander zu halten, und die Teile des Wälzelementkäfigs miteinander verbunden werden.
  8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass vor Schritt d) die Bauelemente (8, 9, 16) des Ersatzlagers von jeglichem Überzug aus Korrosionsschutzmittel, das für die Leerlaufzeit des Ersatzlagers vorgesehen ist, gereinigt werden.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zum Aufsetzen des innenseitig geneigten inneren Lagerrings (9) auf die Welle (1) eine Adapterhülse (4) mit einer geneigten äußeren Hüllfläche eingesetzt wird.
  10. Mittel zum Bewirken der Schritte f) und g) zur Montage eines Ersatzlagers nach Anspruch 6 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel aus einem Montagewerkzeugsatz bestehen, der einen geteilten Stützring (11) und ein geteiltes hydraulisches Aufpresswerkzeug umfasst, das eine Anzahl individueller Werkzeugsegmente (12) aufweist, die um und an der Welle (1)/Adapterhülse (4) zusammengehalten sind, und dass jedes der individuellen Werkzeugsegmente (12) wenigstens eines Ausnehmung (14) besitzt, in welcher ein Kolben (15) beweglich eingesetzt ist, der zum Verlagern des Ersatzlagers (8, 9, 16) in die Position gemäß Schritt g) nach Anspruch 5 verlagerbar ist.
  11. Mittel nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die individuellen Werkzeugsegmente (12) mittels einer entfernbaren flachen Kette (13) um die Welle (1)/Adapterhülse (4) zusammengehalten werden.
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