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Hintergrund der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bewegen der rotierenden Mittel
einer Windturbine während
Transport oder Stillstand, eine Gondel, eine Hilfseinrichtung und
die Verwendung einer Hilfseinrichtung.
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Beschreibung des einschlägigen Standes
der Technik
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In
den letzten Jahren hat die Größe von Windturbinen
signifikant zugenommen, was zu noch größeren, schwereren und komplexeren
Windturbinenkomponenten geführt
hat. Insbesondere haben Komponenten der Gondel zusammen mit dem
Windturbinenrotor sowohl in Größe, Gewicht
als auch Komplexität
zugenommen. Um erhöhter
Größe und Gewicht
der Gondelkomponenten ebenso wie der erhöhten Größe des Rotors gerecht zu werden,
hat auch die Gondel an Größe und Gewicht
zugenommen.
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Die
erhöhte
Größe und Komplexität von verschiedenen
Komponenten bei Windturbinen, so wie Gondel und Windturbinenrotor,
haben zu einer Produktion in großen und spezialisierten Produktionsanlagen
geführt.
Die Anlagen sind oft an ziemlich wenig zentralen Orten um die Welt
lokalisiert und sind somit auf einen Transport vieler der verschiedenen
Komponenten der Windturbinen über
lange Distanzen zu den Aufstellorten angewiesen. Der Transport von Windturbinenkomponenten
kann in erster Linie Züge oder
Schiffe einbeziehen. Weiter kann der Transport große Lastwägen und
Kombinationen von Zügen, Schiffen
und Lastwägen
beinhalten.
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Der
Transport der Gondel einer Windturbine über lange Distanzen bringt
Probleme mit sich, da die Gondel eine Anzahl von Komponenten mit
rotierenden Mitteln beinhaltet. Die Komponenten sind insbesondere
das Getriebe aber auch der eine oder mehrere Generatoren, welche
alle Wellen aufweisen, die sich während der normalen Nutzung
der Windturbine in einer Anzahl von Lagern drehen und mit Zahnrädern des
Getriebes in Eingriff stehen. Während
des langen Transports können
die schützenden Ölfilme, welche
die rotierenden Mittel von den Lagern und Zahnrädern voneinander trennen, aufgrund
von Schwingungen und dem Gewicht der Wellen unterbrochen werden
oder verschwinden, was zu Schaden der Wellen, der Lager oder der
Zahnräder
führt. Insbesondere
sind andauernde niederfrequente Schwingungen so wie die Schwingungen
von einem Schiffsmotor für
die fraglichen Komponenten schädlich.
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Der
Schaden ist oft ganz klein im Bereich von z. B. weniger als 1/1000
Millimeter und somit für
das menschliche Auge nicht sichtbar, kann aber zu einer reduzierten
Lebensdauer für
die Komponenten führen.
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Damit
dieses Problem vermieden wird, können
die rotierenden Mittel mit Transporteinrichtungen an den Wellenenden
ausgerüstet
werden. Die Einrichtungen gestatten es, dass die Wellen in einer
Position gehalten werden, in welcher das Gewicht nicht auf die Lager übertragen
wird. Die Einrichtungen sind aber weniger nützlich in Verbindung mit dem
Getriebe und insbesondere den Zahnrädern aufgrund der strukturellen
Natur des Getriebes.
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Weiterhin
sind die Einrichtungen schwierig und zeitraubend korrekt in der
Gondel zu positionieren bevor der Transport beginnt.
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Die
GB-A-2 201 200 beschreibt
ein Verfahren zum Schmieren eines Windturbinengetriebes während des
normalen Betriebs.
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Ein
Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren und ein System für Windturbinen
ohne den oben genannten Nachteil zu schaffen und insbesondere, ohne
dass der Ölfilm
in rotierenden Mitteln einer Windturbine, so wie Getrieben und Generatoren,
unterbrochen wird oder verschwindet.
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Ein
weiteres Ziel der Erfindung ist es, Kontrollsysteme zum Überwachen
und Optimieren des geschaffenen Verfahrens und Systems für Windturbinen
bereitzustellen.
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Die Erfindung
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bewegen der rotierenden Mittel
einer Windturbine während
des Transports, wobei das Verfahren die folgenden Schritte enthält:
Befestigen
mindestens einer Hilfseinrichtung an einer fixen Position in Relation
zu den rotierenden Mitteln,
Verbinden der mindestens einen
Hilfseinrichtung mit den rotierenden Mitteln beim Transport, wobei
die mindestens eine Hilfseinrichtung in der Lage ist, während des
Transports Energie zu speichern, zu erzeugen und/oder umzuwandeln,
Übertragen
von Energie von der mindestens einen Hilfseinrichtung zu einer oder
mehreren Wellen der rotierenden Mittel während des Transports, und
Bewegen
der einen oder mehreren Wellen der rotierenden Mittel kontinuierlich
oder diskontinuierlich von einer Position zu einer anderen.
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Hierdurch
ist es möglich,
die rotierenden Mittel während
längerer
Perioden des Stillstands vor dem Aufstellen der Windturbine zu schützen, z.
B. während
des Transports. Es ist möglich,
Stillstandsmarkierungen an den rotierenden Mitteln einer Windturbine
zu vermeiden, da das Unterbrechen oder Verschwinden des Ölfilms vermieden
wird. Insbesondere können
mikroskopische Stillstandsmarken auf den Zahnrädern des Getriebes und den
Generatorlagern vermieden werden, und die potentielle Lebensdauer der
rotierenden Mittel wird somit signifikant verbessert.
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Der
Ausdruck "rotierende
Mittel" sei verstanden
als Mittel einer Windturbine, welche unter normaler Nutzung Teil
der Komponenten in der Gondel sind, so wie das Getriebe und der
Generator. Die rotierenden Mittel können, unter den Gondelkomponenten, Getriebe
und Generator sein, welche rotierende Wellen, Lager und Zahnräder umfassen.
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Gemäß einem
Aspekt der Erfindung sind die rotierenden Mittel in einer Gondel
einer Windturbine oder in einer Transportrahmenkonstruktion enthalten.
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Es
sei hervorgehoben, dass der Transport der der Gondel einschließlich der
rotierenden Mittel und der Hilfseinrichtung oder der rotierenden
Mittel und der Hilfseinrichtung allein, z. B. der Transport eines
Getriebes oder eines Generators der Windturbine und der Hilfseinrichtung
in einer Transportrahmenkonstruktion sein kann. Die Konstruktion
kann in einer einfachen Ausführung
in den notwendigen Mitteln zum Befesti gen des Getriebes oder eines
Generators an der Plattform des Transportmittels und Schützen des
Getriebes oder eines Generators gegen die Wetterbedingungen, z.
B. einer das Getriebe und den Generator abdeckende Plane, bestehen. Die
Ausführung
kann weiterhin Mittel enthalten, um sicherzustellen, dass die Hilfseinrichtung
und die rotierenden Mittel sich nicht in der Plane oder dergleichen
verwickeln, wobei die Mittel z. B. Bügel oder Stäbe sein können. Bei fortschrittlicheren
Ausführungen
kann die Plane durch festere Wandstrukturen ersetzt werden.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung ist die Hilfseinrichtung mit einer
oder mehreren Wellen, so wie der schnelllaufenden Welle an dem Getriebe
und/oder dem Generator verbunden. Hierdurch ist es möglich, die
Position z. B. der Zahnräder oder
Lager von Getrieben oder Generatoren zu verändern und somit das Unterbrechen
oder Verschwinden des Ölfilms
zu vermeiden.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung erfolgt das Bewegen der einen oder
mehreren Wellen bei einer sehr niedrigen Drehgeschwindigkeit, so
wie weniger als eine volle Umdrehung pro Woche, z. B. zwischen 1
und 20 Grad pro Tag. Die niedrige Drehgeschwindigkeit stellt sicher,
dass die für
das Drehen erforderliche Energie signifikant reduziert ist verglichen
mit der normalen "Hochdrehzahl". Die Drehgeschwindigkeit
wird signifikant genug sein, um sicherzustellen, dass Metallflächen den Ölfilm nicht durchdringen
und einander berühren.
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Gemäß noch einem
weiteren Aspekt der Erfindung ist das Bewegen der rotierenden Mittel
diskontinuierlich, z. B. zwischen 30 Sekunden und 20 Minuten Bewegung
pro Periode, so wie eine Minute Bewegung jede drei Stunden. Hierdurch
ist es möglich, die
erforderliche Energie für
das Drehen auf ein Minimum zu reduzieren und somit sicherzustellen, dass
der Energiespeicher kompakt gehalten werden oder länger halten
kann.
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Gemäß einem
anderen Aspekt der Erfindung ist das Bewegen der einen oder mehreren
Wellen der rotierenden Mittel kombiniert mit Ölschmierung der rotierenden
Mittel. Der Gebrauch von Ölschmierung während des
Dreh- oder Bewegungsprozesses reduziert die notwendige Drehgeschwindigkeit
weiter, da der Ölfilm
kontinuierlich gestärkt
wird. Hierdurch kann ein bestimmtes Unterbrechen oder Verschwinden des Ölfilms in
den rotierenden Mitteln akzeptiert werden, ohne dass die Metallflächen einander
berühren und
somit Stillstandsmarken auftreten.
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Gemäß einem
anderen Aspekt der Erfindung wird der Transport mit Transportmitteln,
so wie Lastwägen,
Zügen oder
Schiffen durchgeführt.
Die Erfindung ist insbesondere von Bedeutung für Transporte über eine
längere
Zeitdauer, die normalerweise die Möglichkeit von gefährlichen
längeren
Stillstandszeiten mit sich bringt.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung ist die Hilfseinrichtung mit einem
oder mehreren Energieerzeugungssystemen der Transportmittel verbunden,
so wie elektrischen Generatoren, pneumatischen oder hydraulischen
Pumpen. Durch Verwendung der Energieerzeugungssysteme der Transportmittel
ist es möglich,
eine zuverlässige
Energieversorgung für
die Hilfseinrichtung sicherzustellen. Die Energieerzeugungssysteme
können
für die
Verbindung vorbereitet werden z. B. durch Bereitstellen von Stromanschlüssen an
der Transportplattform für die
rotierenden Mittel.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung betrifft diese ein Verfahren zum Bewegen
der rotierenden Mittel einer Windturbine, wie in Anspruch 12 angegeben.
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Hierdurch
ist es weiterhin möglich,
die rotierenden Mittel während
Perioden des Stillstands zu schützen,
z. B. längeren
Perioden in Lagerungseinrichtungen.
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Gemäß noch einem
weiteren Aspekt der Erfindung betrifft diese auch ein Verfahren
zum Steuern des Bewegens der rotierenden Mittel einer Windturbine,
wie in Anspruch 19 angegeben.
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Hierdurch
ist es möglich,
die rotierenden Mittel der Windturbine während Transport oder Stillstand vor
möglichem
Schaden zu schützen.
Die potentielle Lebensdauer der rotierenden Mittel kann so signifikant
verbessert werden, insbesondere, da der Algorithmus die Eingabe-
und/oder Zeitsignale verwenden kann, um ein Ausgabesignal zu erzeugen,
das die mindestens eine Hilfseinrichtung in einer vorteilhaften
und fortschrittlichen Weise steuert.
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Die
Erfindung betrifft auch eine Gondel für eine Windturbine, die einen
geschlossenen Raum begrenzt, wobei die Gondel folgendes umfaßt:
rotierende
Mittel, so wie Getriebe und/oder Generatoren mit einer oder mehreren
Wellen, und
mindestens eine Hilfseinrichtung, die mit Befestigungsmitteln
an einer fixen Position in der Gondel befestigt und durch Verbindungsmittel
mit den rotierenden Mitteln verbunden ist,
wobei die Hilfseinrichtung
die rotierenden Mittel der Windturbinengondel während Transport oder Stillstand
der Windturbinengondel in Bewegung setzt.
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Hierdurch
ist es möglich,
die rotierenden Mittel der Gondel vor möglichem Schaden während Transport
oder Stillstand zu schützen.
Die mögliche Lebensdauer
der rotierenden Mittel kann so signifikant verbessert werden.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel
sind die Verbindungsmittel eine Riemenanordnung, enthaltend einen
Riemen, Riemenscheiben an der einen oder mehreren Wellen, mindestens
eine Konsole, die an einer Position in der Gondel befestigt ist,
und eine Riemenscheibe der mindestens einen Hilfseinrichtung. Hier-durch
wird eine zuverlässige
und einfache Bewegungsübertragung
von der Hilfseinrichtung zu der einen oder mehreren Wellen bereitgestellt.
Die Hilfseinrichtung mit der Konsole ist vorzugsweise genau über der
einen oder mehreren Wellen positioniert, z. B. am Rahmen der rotierenden
Mittel, was gestattet, dass die Länge des Riemens so klein wie möglich ist.
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Bei
einem anderen Ausführungsbeispiel
haben die Getriebe- und/oder
die Generatorriemenscheiben unterschiedliche Größen in Relation zur Riemenscheibe
der mindestens einen Hilfseinrichtung, z. B. sind im Durchmesser
wesentlich größer. Durch
die Differenz in der Scheibengröße wird
eine Untersetzung zwischen der Hilfseinrichtung und der Welle erreicht,
die sicherstellt, dass ein vorteilhaftes Verhältnis von Drehgeschwindigkeiten
der beiden gewählt
werden kann.
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Bei
einem anderen Ausführungsbeispiel
sind die Verbindungsmittel ein Kardankopplungssystem, welche die
Schnellaufwellenenden des Getriebes und/oder des Generators mit
der mindestens einen Hilfseinrichtung flexibel verbindet. Mit der
Verwendung einer Kardankopplung ist eine vielfältige Bewegungsübertragung
möglich,
z. B. mit der Bewegung des Getriebes und Generators mit einer Hilfseinrichtung.
Weiterhin ist die Positionierung der Hilfseinrichtung weniger beschränkt mit
einer Kardankopplung verglichen mit einer Riemenanordnung.
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Bei
einem weiteren Ausführungsbeispiel
enthält
das Kardanwellensystem Getriebemittel in der Verbindung zwischen
den Wellen und der mindestens einen Hilfseinrichtung. Mit dem Getriebe
kann ein vorteilhaftes Verhältnis
der Drehgeschwindigkeiten der Hilfseinrichtung und der Welle gewählt werden.
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Bei
einem weiteren Ausführungsbeispiel
sind die rotierenden Mittel mittels flexibler Gummibuchsen an der
Gondel montiert. Die Gummibuchsen können vorzugsweise zwischen
den rotierenden Mitteln, so wie dem Getriebe oder dem Generator,
und dem Gondelboden eingefügt
sein und somit die Übertragung
von Schwingungen zu dem Getriebe oder Generator reduzieren. Mit
der Reduzierung von Schwingungen kann die notwendige Bewegung der
rotierenden Mittel auch reduziert werden, was gestattet, dass die
Größe der Hilfseinrichtung
einschließlich
der Energieversorgung vermindert wird, z. B. gestattet, dass Modell
oder Typ von Hilfseinrichtung kleiner gewählt werden.
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Die
Erfindung betrifft auch eine Hilfseinrichtung zum Bewegen der rotierenden
Mittel einer Windturbine während
Transport oder Stillstand der Windturbine, wie in Anspruch 36 angegeben.
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Hierdurch
ist es möglich,
die rotierenden Mittel vor möglichem
Schaden während
Transport oder Stillstand zu schützen.
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Die
mögliche
Lebensdauer der rotierenden Mittel kann so signifikant verbessert
werden.
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Zuletzt
betrifft die Erfindung die Verwendung der vorher definierten Hilfseinrichtung
als eine Einheit zur ergänzenden
Verbindung mit einer oder mehreren Wellen von rotierenden Mitteln
in einer Windturbine beim Transport oder anderen Arten von Stillstand.
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Mit
der ergänzenden
Verbindung ist es möglich,
die Hilfseinrichtung als eine Einrichtung zu verwenden, die mit
den rotierenden Mitteln verbunden ist, wenn erforderlich, und diese
zu entfernen, wenn nicht erforderlich. Die Hilfseinrichtung ist
somit eine extra Einheit, die mit den bestehenden Mitteln einer Windturbine,
so wie dem rotierenden Mittel einer Windturbinengondel ergänzend verbunden
ist.
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Figuren
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Die
Erfindung wird im folgenden beschrieben unter Bezugnahme auf die
Figuren, in welchen
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1 eine
große
moderne Windturbine darstellt,
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2 eine
Transportsituation einer Gondel darstellt,
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3a einen
Schnitt eines Zahnrads in einem Getriebe darstellt,
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3b einen
Schnitt eines Lagers darstellt, z. B. in einem Getriebe oder Generator,
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4 schematisch
ein erstes Ausführungsbeispiel
einer Gondel gemäß der Erfindung
während des
Transports darstellt,
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5 schematisch
ein zweites Ausführungsbeispiel
einer Gondel gemäß der Erfindung
während des
Transports darstellt,
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6 ein
Blockdiagramm eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Hilfseinrichtung
darstellt,
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7 eine
Gondel einschließlich
einer Hilfseinrichtung gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung darstellt,
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8 die Übertragung
einer Bewegung auf die schnelllaufende Welle am Getriebe gemäß einem bevorzugten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung darstellt, und
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9 ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
einer Gondel einschließlich
einer Hilfseinrichtung darstellt.
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Detaillierte Beschreibung
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1 stellt
eine moderne Windturbine 1 dar mit einem Turm 2 und
einer an der Oberseite des Turms positionierten Turbinengondel 3.
Der Windturbinenrotor 5, der drei Windturbinenblätter umfaßt, ist mit
der Gondel verbunden über
eine langsamlaufende Welle, welche sich aus der Vorderseite der
Gondel erstreckt.
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Wie
in der Figur dargestellt, wird Wind jenseits einer bestimmten Stärke den
Rotor aufgrund des an den Blättern
induzierten Auftriebs in Aktion versetzen und ihm gestatten, sich
in Richtung senkrecht zum Wind zu drehen. Die Drehbewegung wird in
elektrische Leistung umgewandelt, welche gewöhnlich dem Übertragungsnetz zugeführt wird,
wie den Fachleuten auf diesem Gebiet bekannt.
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2 stellt
eine allgemein übliche
Methode zum Transportieren einer Windturbinengondel 3 von einer
Produktionsstätte
zu einem Aufstellort für
die Windturbine dar.
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Ein
Lastwagen 6 wird an der Produktionsstätte mit der Gondel beladen,
und am Aufstellort hebt ein Kran die Gondel und positioniert sie
an der Oberseite des vorher aufgestellten Turms.
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Der
Lastwagentransport kann das Ende eines langen Transports der Gondel
sein, der auch eine Reise mit Zug und/oder Schiff einbeziehen kann, ebenso
wie eine oder mehrere Zwischenpositionen der Lagerung.
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Der
Transport der Gondel kann auch enden mit einer Schiffsreise zu einem
Offshore-Aufstellort, an welchem die Gondel von den Einrichtungen
zur Lagerung auf dem Schiff zur Oberseite des Turms gehoben wird.
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Andere
Transportmittel für
die Gondel sind auch möglich,
so wie ein Lufttransport, aber weniger praktisch, z. B. aufgrund
der Transportkosten.
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Neben
dem Transport von Gondeln zu den Aufstellorten für die Windturbine kann auch
ein Transport von Komponenten in der Gondel stattfinden, z. B. zur
Produktionsstätte
der Windturbine. Beispiele von Komponenten können das Getriebe und Generatoren
sein, die mit Transportmitteln zu der Produktionsstätte transportiert
werden.
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Während des
Transports ist jede Komponente in einer Transportrahmenkonstruktion
integriert, die eine sichere Verbindung mit dem Transportmittel gewährleistet
und die Komponente z. B. gegen rauhe Wetterbedingungen und dergleichen
schützt.
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Während des
Transports der Komponenten, in der Gondel oder allein, sind die
verschiedenen Komponenten Schwingungen und ständiger Schwerkraft ausgesetzt.
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3a stellt
einen Schnitt eines Zahnrads in einem Getriebe dar, wobei die Folgen
von Schwingungen und kontinuierlicher Abwärtskraft an derselben Position
dargestellt ist.
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Das
erste Zahnrad 7 wird während
des Stillstands an wenigen Stellen gegen das zweite Zahnrad 8 gedrückt. An
diesen Stellen werden Stillstandsmarken 9 in den Zahnrädern erzeugt.
Weiterhin ist dargestellt, wie der Ölfilm 10 sich an den
niedrigeren Stellen sammelt.
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3b stellt
einen Schnitt eines Lagers, z. B. in einem Getriebe dar, wobei die
Folgen von Schwingungen und kontinuierlicher Abwärtskraft an derselben Position
dargestellt ist.
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Der
innere Ring des Lagers 12 wird gegen die Lagerrolle 11 gedrückt, welche
wiederum gegen den äußeren Ring 13 gedrückt wird,
was Stillstandsmarken 9a, 9b in den Ringen und
der Rolle hervorbringt, sobald der Ölfilm 10 weggedrückt wird.
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Weiterhin
können
die Stillstandsmarken 9b allein aufgrund von Vibrationen
der Lagerrolle 11 auftreten, welche nach und nach den Ölfilm verschlechtern.
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4 stellt
schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel
einer Gondel gemäß der Erfindung
und während
des Transports dar.
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Die
Gondel umfaßt
eine Anzahl von Komponenten einschließlich des Getriebes 17,
das an einem Ende mit der langsamlaufenden Welle 19 und an
einem anderen mit der schnelllaufenden Welle 16 verbunden
ist. Weiterhin ist dargestellt, dass die schnelllaufende Welle vorbereit
ist für
eine zur normalen Verwendung dienende Verbindung mit elektrischen
Generatoren 21.
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Das
Getriebe 17 umfaßt
auch eine Verbindung zu einem Ölschmiersystem 20,
das für
eine Ölschmierung
in dem Getriebe sorgt. Das Ölschmiersystem
kann ein Spritz- oder Druckschmiersystem sein. Weiterhin kann das
System eine Verbindung der zwei Arten von Schmiersystemen sein.
Das Ölschmiersystem
kann auch notwendige Komponenten, so wie Schmiermittelreservoire, Ölheizer
und -kühler,
eine oder mehrere Pumpen und Ölfilter
umfassen.
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Das
zugeführte Öl erzeugt
einen Ölfilm
an den Kontaktflächen
des Getriebes während
des normalen drehenden Gebrauchs und schützt und trennt die Metallflächen voneinander.
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Das Ölschmiersystem
umfaßt
vorzugsweise eine elektrische Pumpe, die in der Lage ist, das Öl in das
Getriebe zu pumpen. Die elektrische Pumpe kann während des Transports von der Hilfseinrichtung
mit Strom versorgt werden oder von ihrer eigenen Stromversorgung,
so wie elektrischen Akkumulatoren.
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Weiter
kann die Pumpe bei einem anderen Ausführungsbeispiel durch eine mechanische
Kraft angetrieben werden anstelle einer elektrischen Stromversorgung.
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Während der
normalen Verwendung kann die elektrische Pumpe ein Teil des Ölschmiersystems sein,
die das Pumpen von Öl
allein oder zusammen mit einer oder mehreren anderen Pumpen ermöglicht.
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Weiter
kann die elektrische Pumpe allein für den Zweck des Transports
vorgesehen sein, was erlaubt, dass die Pumpe für die speziellen Bedingungen
eines Transports eingerichtet ist, einschließlich der Möglichkeit einer begrenzten
Energieversorgung.
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Der
Rahmen der Hilfseinrichtung 14 ist direkt oder indirekt
an der Gondel fixiert, z. B. mit Befestigungsmitteln 18,
und die Antriebswelle der Einrichtung ist über eine Verbindung 15 mit
der schnelllaufenden Welle am Getriebe 17 verbunden.
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Die
Verbindung kann jedwede Art von Verbindung sein, die eine Übertragung
von Kraft von der Hilfseinrichtung 14 auf die Welle gestattet,
z. B. eine Riemen- oder Kettenverbindung.
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5 stellt
schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel
einer Gondel gemäß der Erfindung
und während
des Transports dar.
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Das
Ausführungsbeispiel
beinhaltet eine Hilfseinrichtung 14, die direkt an oder
auf der schnelllaufenden Welle des Getriebes montiert ist.
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Die
Hilfseinrichtung 14 umfaßt weiterhin eine direkte oder
indirekte Verbindung mit dem Inneren der Gondel 3, um bei
Rotation der Welle die Hilfseinrichtung an der Gondel festzulegen.
Die Verbindung kann erreicht werden z. B. durch Bewerkstelligen
einer Fixierung des Rahmens der Hilfseinrichtung am Rahmen des Getriebes
oder der inneren Oberfläche der
Gondel.
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Im
allgemeinen ist die Hilfseinrichtung als eine separate und kompakte
Einheit anzusehen, die bei Beginn der Reise in der Gondel positioniert
und mit der schnelllaufenden Welle und der Ölpumpe verbunden wird. Nach
der Ankunft am Aufstellplatz wird die Hilfseinrichtung von der Gondel
entfernt, um wieder bei anderen Gondeltransporten verwendet zu werden.
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Jedoch
können
die Hilfseinrichtung oder Teile der Einrichtung auch ein integrierter
Teil der Gondel sein, die nur während
des Transports oder Situationen verwendet werden, in welchen das
Getriebe der Gondel für
eine beträchtliche
Zeitperiode nicht in Bewegung versetzt wird.
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Die
Betätigung
kann eine kontinuierliche Betätigung
der schnelllaufenden Welle oder eine Betätigung sein, bei welcher die
Kraft diskontinuierlich freigegeben wird.
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Die
schnelllaufende Welle wird betätigt
aufgrund der höheren
Untersetzung verglichen mit der langsamlaufenden Welle, was es leichter
macht, die schnelllaufende Welle in Bewegung zu versetzen.
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Die
Hilfseinrichtung kann gewählt
werden unter einer Anzahl von Systemlösungen, so wie:
- a) ein Motor, der mit elektrischer Energie von einer internen
oder externen elektrischen Stromquelle bezogen auf die Gondel versorgt
wird.
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Die
elektrische Energie kann vorzugsweise auch die elektrische Pumpe
versorgen, die zum Pumpen von Öl
in das Getriebe vorgesehen ist.
- b) ein Motor,
der eine Vielzahl von nicht-elektrischen Kraftstoffen nutzt, so
wie Diesel, Benzin oder andere fossile Brennstoffe. Weiter kann
der Motor mit Brennstoff versorgt werden durch eine chemische Umwandlung,
die Wasserstoff, Sauerstoff oder ähnliche in hohem Maße aktive
Fluide einbezieht. Die verschiedenen Kraftstoffe können von
internen oder externen Speichern in komprimierter oder nicht-komprimierter
Form zugeführt werden.
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Die
Gase von der Verbrennung fossiler Brennstoffe werden in Röhren zu
einer äußeren Öffnung in
der Gondel geführt
oder weiter weg, wenn notwendig.
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Der
Motor kann auch einen elektrischen Generator antreiben, um sowohl
mechanische als auch elektrische Energie zu liefern. Bei einem Ausführungsbeispiel
kann die Motor- und Generatorkombination ein Standard-Diesel- oder
Benzin-Generator sein, wie er dem Fachmann bekannt ist.
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Weiter
kann die Motor- und Generatorkombination bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel allein
verwendet werden, um elektrische Energie z. B. zu einem elektrischen
Motor zu liefern, wie bei a) beschrieben. Bei diesem Ausführungsbeispiel
kann die Motor- und Generatorkombination außerhalb der Gondel positioniert
sein mit einer Kabelverbindung zu dem in der Nähe der schnelllaufenden Welle
positionierten elektrischen Motor.
- c) ein Generator
für mechanische
Energie. Der Generator kann eine Anzahl von verschiedenen Lösungen beinhalten,
so wie Schrauben- oder Blattfedern oder Torsionsstäbe. Die
Federn oder Torsionsstäbe
werden bei Beginn der Reise komprimiert oder auf andere Arten unter
Spannung gesetzt, um genug Kraft bereitzustellen, eine kontrollierte
mechanische Betätigung
der schnelllaufenden Welle durchzuführen.
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Die
Generatoren für
mechanische Energie können
kombiniert werden mit elektrischer Energie, die von elektrischen
Akkumulatoren, Solarzellen oder dergleichen zugeführt wird,
z. B. um die elektrische Pumpe anzutreiben. Die Pumpe kann jedoch
auch durch mechanische Kraft angetrieben werden, die von den Generatoren
für mechanische
Energie bereitgestellt wird, anstelle durch Verwendung elektrischer
Energie.
- d) andere Beispiele von Generatoren
für mechanische
Energie. Die Generatoren können
pneumatische oder hydraulische Systeme umfassen, die mit Druckluft
bzw. Hydrauliköl
versorgt werden.
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Die
Generatoren für
mechanische Energie können
mit einer getrennten elektrischen Energieversorgung kombiniert werden,
wie oben beschrieben, oder ihren eigenen elektrischen Generator
antreiben, um elektrische Energie zu erzeugen.
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Die
oben genannten Energiequellen sind Beispiele von internen (innerhalb
der Gondel oder einem Transportrahmen positionierten) oder externen (außerhalb
der Gondel oder einem Transportrahmen positionierten und die Gondel
oder einen Transportrahmen versorgenden) Energiequellen. Die Energie der
Energiequellen wird durch Umwandlungsmittel in mechanische Kraft
umgewandelt, wobei die Kraft z. B. zu den rotierenden Mitteln übertragen
wird. Die Umwandlungsmittel können
z. B. als Motoren, Maschinen, etc. angesehen werden, wie oben und
nachfolgend beschrieben.
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Kombinationen
der oben genannten Systemlösungen
sind auch möglich,
z. B. um ein redundantes Energiesystem bereitzustellen, im Falle
von Ausfall, geringer Leistung oder Leistungsverlust des primären Energiesystems.
Das redundante Energiesystem kann elektrische Akkumulatoren, pneumatische oder
hydraulische Speicher umfassen, sowie Solarzellen, sowie bewegliche
Matten von Solarzellen.
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Die
Hilfseinrichtung von a) kann vorzugsweise mit elektrischer Energie
versorgt werden über
eine Verbindung zu den Energiesystemen des Transportmittels, z.
B. dem elektrischen Generator eines Lastwagens, Zugs oder Schiffs.
Das Transportmittel kann spezielle Einrichtungen in der Nähe der Gondel
umfassen, so wie Elektrizitätsverteilerkästen, um
eine einfache Verbindung zwischen den Energiesystemen und der Gondel
zu ermöglichen.
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Das
Hydrauliksystem von d) kann vorzugsweise versorgt werden von dem
Hydraulikpumpensystem des transportierenden Lastwagens, Zugs oder
Schiffs. Die erforderliche Druckluft kann zugeführt werden vom Lastwagen, Zug
oder Schiff oder von einem oder mehreren Vorratstanks in oder außerhalb
der Gondel, z. B. in der Nähe
der elektrischen Akkumulatoren, wenn Akkumulatoren von den Systemen
verwendet werden.
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Die
Solarzellen können
vorzugsweise an einer oder mehreren der oberen Flächen der
Gondel oder als separate, bewegliche Matten positioniert sein.
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Die
Hilfseinrichtung umfaßt
vorzugsweise ein Steuerungs- und Überwachungssystem, welches die
Hilfseinrichtung während
des Transports verwaltet.
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Das
Steuerungs- und Überwachungssystem kann
die Hilfseinrichtung steuern, um die schnelllaufende Welle und die Ölpumpe kontinuierlich
oder diskontinuierlich in Bewegung zu setzen, indem von einem Algorithmus
Gebrauch gemacht wird, der verschiedene Eingabeparameter umfaßt, so wie
Wellendrehzahl, Schwingungen, Ölfilmzustand
und Energieniveaus. Weiter können
verschiedene Temperatur- und Druckeingaben, so wie Außenlufttemperatur, Temperatur
in der Gondel, Getriebe- und Generatorlagertemperatur, Öltemperatur
und Öldruck
erlangt und bei der Steuerung der Hilfseinrichtung optimal genutzt
werden.
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Die Ölpumpe kann
mit den normalen Arbeitsperioden der Hilfseinrichtung synchronisiert
werden und somit eine Schmierversorgung erzeugen, wenn Getriebe
und/oder Generator in Bewegung gesetzt werden, aber die Pumpe kann
auch teilweise unabhängig
von der Bewegung arbeiten, d. h. periodisch Öl zwischen die Zahnräder des
Getriebes drücken, während sie
sich nicht bewegen.
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Die
Drehgeschwindigkeit von Getriebe und Generator ist vorzugsweise
sehr niedrig, so wie einige wenige Grad jeden Tag, z. B. zwischen
1 und 20 Grad, was in weniger als einer vollen Drehung jede Woche
resultiert, was ausreichend genug ist, um eine Unterbrechung des Ölfilms und
Stillstandsmarken in den Zahnrädern,
Lagern und dergleichen zu vermeiden. Wenn die Energieversorgung
für die
Hilfseinrichtung vergleichsweise uneingeschränkt ist, kann eine höhere Drehzahl
gewählt
werden, z. B. wenn die Transportstraße uneben ist, wie später erläutert wird.
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Insbesondere,
wenn das Drehen des Getriebes und/oder Generators als eine diskontinuierliche und
stufenweise Funktion durchgeführt
wird, ist es wichtig, dass das Steuer- und Überwachungssystem die Position
der schnelllaufenden Welle kennt, um eine langzeitige Schwingungs-
und Gewichtsexposition an der gegebenen Stelle zu vermeiden. Weiter
ist es durch Kenntnis der Expositionsstelle und der Periode der
Expositionszeit möglich,
die zukünftige
Exposition an dieser Stelle zu vermeiden, ebenso wie das nächste Mal
festzusetzen, Öl
in Getriebe und Generator zuzuführen.
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Bei
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der
Erfindung steuert das Steuer- und Überwachungssystem die Hilfseinrichtung
und das Getriebe und den Generator diskontinuierlich mit einer vollen Umdrehung
von Getriebe und Generator während
eines Monats. Die Hilfseinrichtung setzt die schnelllaufende Welle
von Getriebe und Generator während
einer Minute jede drei Stunden in Bewegung. Die resultierende Bewegung
jeden Tag ist somit 12 Grad bei einem Monat mit 30 Tagen und 1,5
Grad während
der einminütigen
Bewegung.
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Die
Gondel wird natürlich
während
des Transports Schwingungen erleiden, von welchen einige schwerwiegender
sein werden als andere. Das Steuersystem und der Algorithmus können somit
die Größe von Schwingungsstößen definierende Schwellen
bein halten, die eine nicht planmäßige Beschleunigung
oder Aktivierung der Hilfseinrichtung und des Bewegungsprozesses
auslösen
sollten.
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Der
Zustand des Ölfilms
kann auch durch das Steuer- und Überwachungssystem
kontrolliert werden, z. B. durch Berechnen der Zeitperiode seit der
letzten Ölzuführung vorbehaltlich
nicht planmäßiger Beschleunigung
oder Aktivierung oder dergleichen.
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Weiterhin
kann der Druck in dem Ölschmiersystem überwacht
werden, um jedweden Druckverlust zu erfassen, z. B. Verlust aufgrund
von Brüchen oder
Lecks in den Ölleitungen.
Der Druck kann durch Drucksensoren zwischen einem oder mehreren
voreingestellten Druckschwellwerten überwacht werden.
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Die
Energieniveaus des Energiespeichers oder der Speicher können in
Relation zu einer voreingestellten Information überwacht werden, unter Berücksichtigung
der Transportzeit, um ein kontinuierliches oder diskontinuierliches
Drehen des Getriebes über
den gesamten Transport hinweg sicherzustellen.
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Wenn
das Energieniveau unter ein Niveau fällt, das anzeigt, dass nicht
ausreichend Energie für den
gesamten Transport vorhanden sein wird, kann die Drehgeschwindigkeit
gesenkt oder es kann von einem kontinuierlichen zu einem diskontinuierlichen Antrieb übergegangen
werden, um die verbleibende Energie zu schonen. Weiterhin kann von
irgendeinem redundanten Energiespeicher Gebrauch gemacht werden,
z. B. von elektrischen Akkumulatoren, wie oben erläutert.
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Das
Steuersystem kann Datenspeichermittel umfassen, die eine den Transport
betreffende überwachte
Information speichern.
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Wenn
das Kontrollsystem eine oder mehrere Fehlersituationen erfaßt, die
für die
verschiedenen rotierenden Mittel der Gondel schädlich sein können, kann
das Kontrollsystem Alarmsignale übermitteln
an die Person, die für
den Transport verantwortlich ist, z. B. den Fahrer des Lastwagens
oder den Kapitän
des Schiffs. Weiterhin kann das Signal zu einem entfernten Kontrollzentrum übertragen
werden, z. B. der Produktionsstätte.
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Die
Signale können
vorzugsweise ein drahtloses Signal sein, das die Gondel, das Problem
und vorzugsweise die Position der Gondel identifiziert, z. B. unter
Verwendung von Mobiltelefonsystemen zusammen mit GPS-Systemen oder
satellitengestützten
maritimen Kommunikationssystemen.
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6 stellt
ein Blockdiagramm eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Hilfseinrichtung und
der verbundenen Mittel dar.
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Das
Blockdiagramm zeigt die Komponenten eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
der Hilfseinrichtung 14 zusammen mit den direkt verbundenen
Mitteln, so wie der schnelllaufenden Welle 16 und der elektrischen Ölpumpe 20.
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Die
Hilfseinrichtung enthält
eine Dieselmaschine, mit einem Dieselmotor, der sowohl mit einem elektrischen
Generator als auch der schnelllaufenden Welle des Getriebes verbunden
ist und diese durch die Welle ihres Dieselmotors antreibt.
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Die
Dieselmaschine wird mit Diesel von einem Dieselvorratstank versorgt
und kann ihr Abgas über
eine Öffnung
in der Gondel nach außen
abgeben.
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Der
elektrische Generator versorgt die elektrische Ölpumpe mit der erforderlichen
elektrischen Energie. Weiterhin kann der Generator einen elektrischen
Speicher versorgen, so wie eine Anzahl von elektrischen Akkumulatoren.
Die Akkumulatoren können
eine Verbindung zu der elektrischen Ölpumpe aufweisen, die gestattet,
dass die Pumpe mit elektrischer Energie versorgt wird, ohne dass
die Dieselmaschine gestartet werden braucht.
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Einige
oder alle Komponenten der Hilfseinrichtung 14 können von
dem eine Taktgebereinrichtung enthaltenden Steuer- und Überwachungssystem
gesteuert und überwacht
werden.
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Wie
oben beschrieben, umfaßt
das Steuer- und Überwachungssystem
eine Anzahl von internen und externen Sensoren, die den Status der
verschiedenen Komponenten der Hilfseinrichtung und der mit der Hilfseinrichtung
verbundenen externen Komponenten überwachen. Weiterhin kann das
Steuer- und Überwachungssystem
eine Anzahl von Bedingungen überwachenden
externen Sensoren umfassen.
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7 stellt
eine Gondel einschließlich
einer Hilfseinrichtung gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung dar.
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Die
Figur zeigt die Hilfseinrichtung 14 in der Form eines Elektromotors,
der mit einem Dieselgeneratorsystem verbunden ist, wie in Verbindung
mit dem Blockdiagramm der vorherigen Figur beschrieben.
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Der
Elektromotor ist an der Oberseite des Rahmenwerks des Getriebes 17 fest
positioniert. Weiterhin ist die Welle des Elektromotors mit einer Verbindung 15 zu
der schnelllaufenden Welle des Getriebes verbunden. Die Verbindung
ist ein Riemen, der eine Riemenscheibe der Motorwelle mit einer Riemenscheibe
des Getriebes verbindet.
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Die
Figur stellt auch andere Gondelkomponenten dar, so wie ein Hydrauliksystem 33 zum
Verstellen der Windturbinenblätter,
die langsamlaufende Welle 19 und den elektrischen Generator 21.
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Die
schnelllaufende Welle ist üblicherweise vor
der normalen Nutzung der Windturbine in zwei Wellenenden getrennt,
wobei sich die besagten Enden vom Getriebe bzw. dem Generator erstrecken. Beim
Aufstellen der Windturbine werden die Wellenenden zusammengeflanscht.
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Bei
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel können die
Wellenenden vorübergehend
verbunden werden, um beide Wellenenden in Bewegung zu setzen, die
Hilfseinrichtung(en) separat mit jeder schnelllaufenden Welle verbunden
oder nur eines der Wellenenden, z. B. das Wellenende des Getriebes
in Bewegung gesetzt werden.
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Um
die Übertragung
von Schwingung zu den verschiedenen Komponenten der Gondel zu reduzieren,
können
die Komponenten, so wie das Getriebe und der Generator mittels flexibler
Gummibuchsen an der Gondel montiert sein.
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8 stellt
die Verbindung 15 aus 7 in mehreren
Details dar, einschließlich
der Übertragung von
Bewegung auf die schnelllaufende Welle des Getriebes.
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Die
Verbindung 15 zwischen der Hilfseinrichtung 14 und
der schnelllaufenden Welle am Getriebe wird mit einem Riemen er reicht.
Das Moment der auf die schnelllaufende Welle ausgeübten Kraft
wird erhöht
mit einer Transmission zwischen der kleinen Riemenscheibe 24a an
der Hilfseinrichtung und einer großen Riemenscheibe 25b an
der Welle.
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Es
sei hervorgehoben, dass das Riemensystem leicht modifiziert werden
kann, um sowohl das Getriebe als auch den Generator in Bewegung
zu setzen.
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9 stellt
ein weiteres Ausführungsbeispiel von
Verbindungsmitteln zwischen einer Hilfseinrichtung und den rotierenden
Mitteln einer Gondel dar.
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Die
rotierenden Mittel bestehend in den Enden 32 der schnelllaufenden
Welle von Getriebe und Generator und die Verbindungsmittel enthaltend
ein Kardankopplungssystem 25, das das Getriebe und den
Generator während
des Transports in einer flexiblen Weise vorübergehend verbindet.
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Das
Kardanwellensystem enthält
einen Getriebe- und einen Generatorflanschanschluß 29, 30, die
die Verbindung des Kardankopplungssystems mit den schnelllaufenden
Wellen sicherstellen. Von dem Generatorflanschanschluß 29 geht
eine Kardanwelle 26 aus, die in Getriebemitteln 27 endet.
Die Getriebemittel sind auch mit einer Welle des Generatorflanschanschlusses 30 und
durch Übertragungsmittel 31 mit
der Hilfseinrichtung 14 verbunden. Um die Getriebemittel
in Relation zu der Gondel zu fixieren, enthalten die Getriebemittel
weiterhin Befestigungsmittel 28, wobei die Befestigungsmittel
vorzugsweise in einem Metallrohr oder -stab bestehen, die in eine
an der Gondel befestigte Platte eingreifen.
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Die
Hilfseinrichtung kann bei dem Ausführungsbeispiel vorzugsweise
ein Elektromotor sein, der über
die Transmission und die Getriebemittel Kraft auf die Wellen des
Gondelgetriebes und -generators überträgt.
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Es
sei hervorgehoben, dass das Kardanwellensystem auf einfache Weise
modifiziert werden kann, um nur das Getriebe oder nur den Generator
in Bewegung zu setzen.
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Wie
vorher erwähnt,
kann die Hilfseinrichtung abgesehen von der Dauer des Transports
auch in Verbindung mit langen Perioden von Stillstand für die rotierenden
Mittel einer Windturbine verwendet werden. Beispiele von Stillstandsperioden
können längere Perioden
von Lagerung in Lagereinrichtungen sein. Die Hilfseinrichtung kann
ihre Energie von einer getrennten Energieversorgung erhalten, so
wie dem öffentlichen
Elektrizitätsnetz.
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Die
Erfindung ist oben unter Bezugnahme auf spezifische Beispiele dargestellt
worden. Jedoch versteht sich, dass die Erfindung nicht auf die oben beschriebenen
speziellen Beispiele beschränkt
ist, sondern in einer Vielzahl von Abwandlungen innerhalb des Schutzbereichs
der Erfindung, wie er durch die Ansprüche spezifiziert ist, ausgeführt werden kann.
-
- 1
- Windturbine
- 2
- Windturbinenturm
- 3
- Windturbinengondel
- 4
- Windturbinennabe
- 5
- Windturbinenrotor
- 6
- Transportmittel,
wie ein Lastwagen
- 7,
8
- erstes
und zweites Zahnrad im Getriebe
- 9a,
9b
- Stillstandsmarken
- 10
- Ölfilm
- 11
- Lagerrolle
- 12
- Innenring
eines Lagers
- 13
- Außenring
eines Lagers
- 14
- Hilfseinrichtung
- 15
- Verbindung
zwischen Hilfseinrichtung und Getriebewelle
- 16
- schnelllaufende
Welle
- 17
- Getriebe
- 18
- Befestigungsmittel,
die die Hilfseinrichtung an der Innenfläche der Gondel befestigen
- 19
- langsamlaufende
Welle
- 20
- Ölschmiersystem
- 21
- Windturbinengenerator
- 22
- Verbindung
zwischen Hilfseinrichtung und Generatorwelle
- 23
- Verbindung
zwischen Hilfseinrichtung und Gondel
- 24a,
24b
- Riemenscheiben
für Getriebe
und/oder Generator bzw. Hilfseinrichtung
- 25
- Kardankopplungssystem
- 26
- Kardanwelle
- 27
- Getriebemittel
- 28
- Befestigungsmittel
- 29
- Getriebeflanschanschluß
- 30
- Generatorflanschanschluß
- 31
- Transmissionseinrichtung
- 32
- Enden
der schnelllaufenden Welle von Getriebe und Generator
- 33
- Hydrauliksystem
- 34
- Steuer-
und Überwachungssystem
- 35
- entferntes
Zentrum, das Ausgabesignale von dem Steuer- und Überwachungssystem empfängt
- ES
- externe
Sensoren, z. B. Schwingungssensoren
-
Figurenlegende:
-
In 6:
-
- Remote center = entferntes Zentrum
- Control and monitoring system = Steuer- und Überwachungs system
- Vibration sensors etc. = Schwingungssensoren etc.
- Diesel storage tank = Dieselvorratstank
- Diesel motor = Dieselmotor
- Electric storage = elektrischer Speicher
- Electric generator = elektrischer Generator
- Electric oil pump = elektrische Ölpumpe
- Electric motor = Elektromotor
- high-speed shaft = schnelllaufende Welle