WO2022199939A1 - Verfahren und vorrichtung zum bearbeiten einer welle einer einrichtung an einer lagerstelle der welle - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum bearbeiten einer welle einer einrichtung an einer lagerstelle der welle Download PDF

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    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for processing a shaft of a device at a bearing point at which the shaft is rotatably mounted on a bearing of the device that has to be replaced.
  • repair methods are already in use, with which an attempt is made to remedy the bearing damage of a generator in a wind turbine in the nacelle.
  • the defective shaft bearing arrangement is removed and the defective bearing point of the shaft is machined by means of material removal and material application units that are rotated automatically or manually around the shaft, as well as with the aid of a grinding unit.
  • This procedure is not optimal, since the equipment required for machining the shaft has to be moved around the shaft, which is stationary after the bearing has been removed and can no longer be moved. This results in deviations in the equipment from its respective optimal positioning for processing.
  • US-B-6 244 143 discloses a device for machining a shaft of a machine, with which a tool can be used to peel off material from the shaft.
  • the shaft which is mounted in its bearings, rotates.
  • GB-A-2 262 900 a shaft dressing machine is known which has a tool rotatable about the standing shaft. The shaft remains in its bearings.
  • US-A-2015/0135534 discloses a method for retrofitting a rotor load sensor system to a main shaft of a wind turbine that is mounted in its bearing.
  • EP-A-3 112 678 a further method for machining a main shaft of a wind turbine mounted in its bearing is known.
  • the object of the invention is to create a device that is improved in this respect and a method that is improved in this respect for machining a shaft of a device at a bearing point at which the shaft is rotatably mounted on a bearing of the device that is to be replaced.
  • the invention provides a method for machining th of a shaft of a device at a bearing point at which the shaft is rotatably mounted on a bearing of the device to be replaced, proposed, the method being provided with an attachable to the device Drive unit with a drive element that can be driven in rotation by a motor for coupling to one end of the shaft to be machined, a holding unit that can be attached to the device for a support bearing unit for supporting the shaft to be machined when it rotates with a remote bearing of the device, the holding unit for holding the support bearing unit is provided together with at least one or more or all of the following units: a material removal unit for removing material from the machined shaft at its bearing point, a material application unit for applying material to the bearing point of the shaft to be machined and a grinding unit for grinding down the material applied to the bearing point of the shaft to be machined, the support bearing unit, the material removal unit, the material application unit and the grinding unit being carried out by the drive unit Rotation of the shaft to be machined are operable
  • the drive unit can be arranged at that end of the shaft whose shaft bearing arrangement remains installed.
  • the drive unit advantageously has a frame which is firmly connected to the device and on which the motor of the drive unit and the drive element are arranged.
  • a holding unit is attached to the device on that side of the device where the bearing to be replaced is located, on which the various equipment is then attached in order to edit the bearing point of the shaft.
  • a support bearing unit can also be attached to the holding unit, which has at least one bearing block in order to support the shaft to be machined when the shaft bearing arrangement is removed and thus to hold it in a position in which the shaft to be machined is when it is arranged in the unit (e.g. generator) can rotate.
  • the support bearing unit is, so to speak, an auxiliary bearing unit.
  • the shaft bearing arrangement When the shaft bearing arrangement is removed, there is a free space between the bearing point of the shaft and the housing of the device, which is used according to the invention to accommodate the machining components of a material removal unit, a material application unit and a grinding unit. to drive.
  • material removal unit material is removed, for example, by machining at the bearing point of the shaft, in order, so to speak, to “clean” the defective bearing point and to prepare it for the application of new material.
  • This new material is applied using a material application unit, which can be a welding unit, for example.
  • a grinding unit the excess of the applied material is ground off and the bearing point is finally machined so that the new shaft bearing arrangement can then be used.
  • the shaft can be rotated during the entire machining process, so that, unlike in the prior art, the tools and components provided for machining no longer have to be moved relative to the stationary, non-rotating shaft around it , but rather these tools and components can stand still relative to the shaft, since the shaft is being rotated.
  • the invention can be used wherever bearing damage of a device with a comparatively fast rotating shaft has to be repaired, namely at the operating site of the device, which is then no longer taken to a specific location to replace a defective shaft bearing arrangement with a damaged bearing point on the shaft must become.
  • the invention can be used in particular (but not exclusively) in wind turbines and in particular also in offshore wind turbines, on ships, in general electrical machines (electric motors or generators), in transmissions and in compressors and turbines.
  • material is removed from the bearing point of the shaft to be machined by means of a material removal unit while rotating the shaft, material is applied to the bearing point of the shaft to be machined by means of a material application unit and the shaft to be machined is ground and/or polished at the bearing point by means of a grinding unit.
  • the shaft bearing arrangement to be replaced is first removed before the shaft is processed.
  • the holding unit can be attached to the side of the housing of the device (e.g. the generator).
  • Shaft bearing assemblies of the type in question typically have, in addition to the actual bearing, a so-called bearing shield that is mounted on the device housing from the outside (namely is screwed to the housing).
  • the holding unit can now be attached to the A direction housing, which in the simplest case consists of a disc or plate, which can be made in several parts, be available.
  • the various components and units required for machining the shaft according to the invention can then be attached to the holding unit.
  • the units and components provided for this bear processing according to the invention are dismantled in order to then be able to attach the end shield with a new shaft bearing arrangement.
  • an infeed unit can be attached to the holding unit, which has a tool slide that can be adjusted in the direction of the extension of the shaft to be machined and radially to it, to which the material removal unit, the material application unit and the grinding unit can be attached.
  • the holding unit has a large number of receptacles for the support bearing unit and/or the material removal unit and/or the material application unit and/or the grinding unit of the drive unit.
  • a suitable material removal unit is, for example, a unit for machining the shaft with a planer or with a milling tool, or a material erosion unit.
  • the material application unit can be, for example, an electric, arc, inert gas or laser welding unit or a flame spraying unit.
  • the grinding unit can have a grinding and/or polishing tool that can be driven in rotation.
  • the support bearing unit has at least one bearing block (for example in the form of a bezel) and/or if the support layer has pure lubricant and/or if the support bearing unit has a feed device for lubricant.
  • the support bearing unit has a guide unit for radially guiding and adjusting as well as fixing the at least one bearing block, the guide unit being attachable to the holding unit.
  • the drive unit expediently has an electric motor and a driven gear wheel that can be connected in a rotationally fixed manner to the shaft to be machined and a drive gear wheel that is arranged orthogonally thereto and can be driven by the electric motor, in particular in the form of a bevel gear wheel, which both form a (e.g. reduction gear) or part of a gear of type Due to the interposition of the transmission from the two mutually orthogonally aligned gear wheels, the installation height of the drive unit in the direction of the extension of the shaft is only small, so that this drive unit can be attached to the device even in cramped spaces.
  • Fig. 2 shows schematically the construction of the drive unit for the rotating drive of the generator shaft to be machined during the machining of the same
  • FIG. 3 shows a plan view of the end face of the housing of the generator with the shaft bearing arrangement removed to illustrate the function of the support bearing unit
  • Figs. 4 to 6 schematically show the situations in which the various tools and components for machining the bearing point of the shaft are arranged on an infeed unit, which in turn is arranged on a holding unit attached to the housing.
  • FIG. 1 shows schematically a nacelle 10 of a wind turbine whose rotor 12 drives the shaft 16 of a generator 18 via a gear 14 .
  • the generator 18 is therefore an example of a device 20 with a shaft 16 rotating relatively quickly a front shaft bearing arrangement 28, 30 has.
  • Fig. 2 shows the attachment of a drive unit 32 on the end face 24 of the generator 18.
  • a frame 38 of the drive unit 32 is being introduced, which has an electric motor 40 with a bevel gear 42 which is rotated by the electric motor 40 in rotation.
  • a driven gear 46 on a coupling element 44 of the drive unit 32 Coupling element 44 rotated.
  • the coupling element 44 is in example clamping to the end of the shaft 16 and thus non-rotatably verbun the.
  • the two gears 42, 46 form a gear 47.
  • FIGS. 3 to 6 The situation when machining the shaft 16 on the other end face 22 of the generator housing 26 is shown in FIGS. 3 to 6 shown.
  • the shaft 16 In the plan view of this end face 22 according to FIG. 3, the shaft 16 can be seen, which is arranged in a hole 48 in which the previously removed bearing 36 was located.
  • the space previously occupied by the bearing plate 50 (see FIG. 2) is used for the attachment of a multi-part holding unit 52 in this exemplary embodiment, which can have a plurality of indexing disk-shaped mounting plates 54, 56, 58.
  • a one-piece mounting plate can also be used.
  • the shaft 16 is supported by a support bearing unit 60 and held in such a position that it allows the shaft 16 to be rotated despite the shaft bearing arrangement 28 being removed.
  • the support bearing unit 60 has two bearing blocks 62 in the form of lunettes, for example, which are provided with lubricant and which can be displaced radially and can be adjusted in different radial positions.
  • the support bearing unit 60 has a guide unit 64 which is provided with two guide elements 66 which are displaceably arranged on, for example, the mounting plate 58 (see also the double arrows in FIG. 3).
  • the Figs. 4 to 6 show different situations in the machining of the shaft 16, specifically in order to repair the damage to the bearing point 68.
  • the housing 26 of the generator 18 is provided with the holding unit 52 on its front face 22 .
  • the here used mounting plates 54, 56 and 58 are provided with recordings to various tools and units required for machining the bearing point 68 of the shaft 16 and to hold components.
  • an infeed unit 70 is attached to the holding unit 52, which has a tool carriage 72, which can be moved manually and/or by motor in the direction of extension of the shaft 16 and orthogonally thereto (the latter at least in one dimension).
  • the infeed unit 70 is provided with a guide bar 73 with, for example, a motor 74 and an adjusting spindle 76, through which a transverse guide bar 78 can be moved, on which in turn the tool slide 72 can be moved longitudinally by actuating a handwheel 80 with spindle 82, for example.
  • a material removal unit 84 is attached to the tool carriage 72 and has a milling tool 86 in the form of a milling head that can be driven in rotation. This milling head 86 is moved by the infeed unit 70 until it reaches the intermediate space between the shaft 16 and the housing 26 of the generator 18 in order to now remove material at the bearing point 68 of the shaft 16 and thus to prepare the bearing point 68 for subsequent processing steps .
  • FIG. 5 shows the situation according to FIG. 4, but now a laser welding unit 88 is attached to the tool carriage 72 as a material application unit 90 .
  • material application unit 90 material can be applied to the (subsequent) bearing point 68 of the shaft 16, which material is then processed with the aid of a grinding unit 92 with regard to the surface, as shown for example in FIG.
  • the grinding unit 92 has, for example, a rotationally drivable grinding wheel 94, the diameter of which is adapted to the size of the distance between the shaft 16 and the generator housing 26 on the end face 22 of the generator.
  • Hal teech 52 is again taken from the end face 22 of the generator housing 26 till to now shield the new shaft bearing assembly 30 with associated bearing 50 on the end face 22 to attach.
  • the invention has been described above as an example using the replacement of bearings and the machining of the shaft of a generator. But you can also use the invention for the repair or replacement of the bearing Use the main or rotor shaft of a wind turbine.
  • the holding unit for the (auxiliary) support bearing unit and for the assembly of the shaft machining units is designed as a unit that is supported in the nacelle of the wind turbine (e.g. as a block or scaffold) on which the support bearing unit with its auxiliary bearings (e.g. bearing blocks with bezels).
  • the main shaft is driven by an auxiliary motor, for example, which drives the output shaft of the transmission leading to the generator, for example, for which purpose the generator should be separated from the transmission but does not necessarily have to be separated.
  • the auxiliary motor would have to act on the main shaft, which would also be possible in the case of wind turbines with gears (namely after separating the drive train between the main shaft and generator).

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Abstract

Das Verfahren und die Vorrichtung dienen der Bearbeitung einer Welle (16) einer Einrichtung (20), von der die Welle (16) drehend getragen wird. Die Vorrichtung ist versehen mit einer an der Einrichtung (20) anbringbaren Antriebseinheit (32) mit einem motorisch drehend antreibbaren Antriebelement zur Kopplung mit einem Ende der zu bearbeitenden Welle (16). Ferner weist die Vorrichtung eine ebenfalls an der Einrichtung (20) anbringbarer Halteeinheit (52) für zumindest eine der nachfolgend genannten Einheiten auf: eine Stützlagereinheit (60) zum Stützen der zu bearbeitenden Welle (16), eine Materialabtrageinheit (84) zum Abtragen von Material der zu bearbeitenden Welle an deren Lagerstelle (68), eine Materialauftrageinheit (90) zum Aufträgen von Material auf die zu bearbeitende Welle (16) an deren Lagerstelle (68), und eine Schleifeinheit (92) zum Abschleifen des auf die Lagerstelle (68) der zu bearbeitenden Welle (16) aufgetragenen Materials. Die Stützlagereinheit (60), die Materialabtrageinheit (84), die Materialauftrageinheit (90) und die Schleifeinheit (92) sind unter durch die Antriebseinheit (32) erfolgender Drehung der zu bearbeitenden Welle (16) betreibbar.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Bearbeiten einer Welle einer Einrich- tuna an einer Laaerstelle der Welle
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bearbeiten einer Welle einer Einrichtung an einer Lagerstelle, an der die Welle an einem auszu wechselnden Lager der Einrichtung drehbar gelagert ist.
Die Reparatur von Wellenlagerschäden von Einrichtungen mit sich insbeson dere bei vergleichsweise hohen Drehzahlen drehenden Wellen kann mitunter recht aufwendig und kostenintensiv sein. Dies hängt zum einen damit zusam men, dass die Einrichtung oder die Anlage, zu der die Einrichtung gehört, für die Dauer der Reparatur außer Betrieb gesetzt ist, und zum anderen, dass der Ausbau der Einrichtung aus der Anlage zeit- und arbeitsintensiv sein kann. Beides gilt beispielsweise für Lagerschäden an den Generatoren von Wind kraftanlagen. Sowohl der Aus- und Einbau eines derartigen Generators aus und in die Gondel erfordert vergleichsweise viel Aufwand nicht zuletzt für das Ablassen des defekten Generators aus der Gondel und das Hochziehen des Ge nerators nach dessen Reparatur in die Gondel.
Daher sind bereits Reparaturverfahren im Einsatz, mit denen versucht wird, den Lagerschaden eines Generators einer Windkraftanlage in der Gondel zu beheben. Dazu wird die defekte Wellenlageranordnung ausgebaut und die schadhafte Lagerstelle der Welle mittels automatisch oder manuell um die Welle herum zu drehenden Materialabtrag- und Materialauftrageinheiten sowie mit Hilfe einer Schleifeinheit bearbeitet. Diese Vorgehensweise ist nicht opti mal, da die für die Bearbeitung der Welle erforderlichen Gerätschaften aufwen dig um die nach dem Lagerausbau ruhende Welle, die nun nicht mehr bewegt werden kann, herumbewegt werden müssen. Dabei entstehen Abweichungen der Gerätschaften von ihrer jeweiligen für die Bearbeitung optimalen, Positio nierung.
Aus US-B-6 244 143 ist eine Vorrichtung zur Bearbeitung einer Welle einer Maschine bekannt, mit der sich mittels eines Werkzeugs von der Welle Material abschälen lässt. Dabei dreht sich die in ihren Lagern gelagerte Welle. In GB-A-2 262 900 ist eine Wellenbearbeitungsmaschine bekannt, die ein um die stehende Welle herum rotierbares Werkzeug aufweist. Die Welle verbleibt dabei in ihren Lagern.
In US-A-2015/0135534 ist ein Verfahren zum nachträglichen Anbringen einer Rotorlastsensorik an einer in ihrem Lager gelagerten Hauptwelle einer Wind kraftanlage bekannt.
Schließlich ist aus EP-A-3 112 678 ein weiteres Verfahren zur Bearbeitung ei ner in ihrem Lager gelagerten Hauptwelle einer Windkraftanlage bekannt.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine insoweit verbesserte Vorrichtung und ein in soweit verbessertes Verfahren zum Bearbeiten einer Welle einer Einrichtung an einer Lagerstelle, an der die Welle an einem auszuwechselnden Lager der Einrichtung drehbar gelagert ist zu schaffen.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird mit der Erfindung ein Verfahren zum Bearbei ten von einer Welle einer Einrichtung an einer Lagerstelle, an der die Welle an einem auszuwechselnden Lager der Einrichtung drehbar gelagert ist, vorge schlagen, wobei das Verfahren versehen ist mit einer an der Einrichtung anbringbaren Antriebseinheit mit einem moto risch drehend antreibbaren Antriebelement zur Kopplung mit einem Ende der zu bearbeitenden Welle, einer an der Einrichtung anbringbaren Halteeinheit für eine Stützlagerein heit zum Stützen der zu bearbeitenden Welle bei deren Drehung bei ent ferntem Lager der Einrichtung, wobei die Halteeinheit zum Halten der Stützlagereinheit gemeinsam mit zumindest einer oder mehreren oder sämtlichen der nachfolgend genann ten Einheiten vorgesehen ist: eine Materialabtrageinheit zum Abtragen von Material der bearbeiten den Welle an deren Lagerstelle, eine Materialauftrageinheit zum Aufträgen von Material auf die zu be arbeitende Welle an deren Lagerstelle und eine Schleifeinheit zum Abschleifen des auf die Lagerstelle der zu be arbeitenden Welle aufgetragenen Materials, wobei die Stützlagereinheit, die Materialabtrageinheit, die Material auftrageinheit und die Schleifeinheit unter durch die Antriebseinheit erfolgender Drehung der zu bearbeitenden Welle betreibbar sind.
Nach der Erfindung ist sinngemäß vorgesehen, die Welle bei ausgebauter Wel lenlageranordnung in Drehung zu versetzen, um sie unter Drehung zu bearbei ten. Hierzu weist die erfindungsgemäße Vorrichtung eine motorische Antriebs einheit auf, die ein drehend antreibbares Antriebselement zur Drehwirkkopp lung mit der zu bearbeitenden Welle aufweist. Je nach Typ der Einrichtung, deren Welle zu bearbeiten ist, kann die Antriebseinheit dann, wenn die Welle an ihren beiden Enden über die Einrichtung vorsteht, an demjenigen Ende der Welle angeordnet werden, dessen Wellenlageranordnung eingebaut bleibt. Die Antriebseinheit weist zu diesem Zweck vorteilhafterweise ein Gestell auf, das fest mit der Einrichtung verbunden wird und an dem der Motor der Antriebs einheit und das Antriebselement angeordnet ist.
An derjenigen Seite der Einrichtung, an der sich das auszuwechselnde Lager befindet, wird nach der Erfindung eine Halteeinheit an der Einrichtung ange bracht, an der dann die verschiedenen Gerätschaften angebracht werden, um die Lagerstelle der Welle zu bearbeiten. Unter anderem lässt sich erfindungs gemäß an der Halteeinheit auch eine Stützlagereinheit anbringen, die mindes tens einen Lagerbock aufweist, um die zu bearbeitende Welle bei ausgebauter Wellenlageranordnung zu stützen und damit in einer Position zu halten, in der sich die zu bearbeitende Welle bei Anordnung in der Einheit (z.B. Generator) drehen lässt. Die Stützlagereinheit ist also sozusagen eine Hilfslagereinheit.
Bei ausgebauter Wellenlageranordnung befindet sich zwischen der Lagerstelle der Welle und dem Gehäuse der Einrichtung ein Freiraum, der erfindungsge mäß genutzt wird, um in diesen nun die Bearbeitungskomponenten einer Ma terialabtrageinheit, einer Materialauftrageinheit und einer Schleifeinheit hinein- zufahren. Mit der Materialabtrageinheit wird beispielsweise spanend an der La gerstelle der Welle Material abgetragen, um sozusagen die schadhafte Lager stelle "zu säubern" und für den Auftrag von neuem Material vorzubereiten. Dieses neue Material wird mit Hilfe einer Materialauftrageinheit, bei der es sich beispielsweise um eine Schweißeinheit handeln kann, aufgetragen. Anschlie ßend wird mittels einer Schleifeinheit der Überschuss am aufgetragenen Mate rial abgeschliffen und die Lagerstelle somit final bearbeitet, damit dann die neue Wellenlageranordnung eingesetzt werden kann.
Während der gesamten Bearbeitung der Welle lässt sich diese erfindungsge mäß in Drehung versetzen, so dass nun anders als im Stand der Technik nicht mehr die für die Bearbeitung vorgesehenen Werkzeuge und Komponenten re lativ zur stehenden, sich nicht drehenden Welle um diese herum bewegt wer den müssen, sondern vielmehr diese Werkezuge und Komponenten relativ zur Welle still stehen können, da nämlich die Welle gedreht wird.
Die Erfindung lässt sich überall dort einsetzen, wo Lagerschäden einer Einrich tung mit vergleichsweise schnell drehender Welle behoben werden müssen, und zwar am Betriebsort der Einrichtung, die somit nicht mehr für den Aus tausch einer defekten Wellenlageranordnung mit beschädigter Lagerstelle der Welle zu einem bestimmten Ort verbracht werden muss. Insoweit lässt sich die Erfindung also insbesondere (aber nicht ausschließlich) bei Windkraftanlagen und insbesondere auch bei Offshore-Windkraftanlagen, auf Schiffen, bei allge mein elektrischen Maschinen (Elektromotoren oder Generatoren), bei Getrie ben und bei Verdichtern sowie Turbinen einsetzen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Bearbeitung einer zu bearbeiten den Welle einer Einrichtung an einer Lagerstelle, an der die Welle an einem auszuwechselnden Lager der Einrichtung drehbar gelagert ist, wird bei ausge bauter Wellenlageranordnung die Welle mittels einer Stützlagereinheit in ihrer Betriebsposition gehal ten, die Welle mittels einer an der Einrichtung angebrachten Antriebseinheit in
Drehung versetzt, mittels einer Materialabtrageinheit an der Lagerstelle der zu bearbeiten den Welle unter Drehung derselben Material abgetragen, mittels einer Materialauftrageinheit auf die Lagerstelle der zu bearbeiten den Welle Material aufgebracht und mittels einer Schleifeinheit die zu bearbeitende Welle an der Lagerstelle geschliffen und/oder poliert.
Um das erfindungsgemäße Verfahren einzusetzen, wird zunächst vor der Bear beitung der Welle die auszuwechselnde Wellenlageranordnung ausgebaut. Durch den Ausbau der Wellenlageranordnung kann auf der Seite des Gehäuses der Einrichtung (beispielsweise des Generators) die Halteeinheit angebracht werden. Wellenlageranordnungen der hier in Rede stehenden Art verfügen ty pischerweise neben dem eigentlichen Lager auch über ein sogenanntes Lager schild, das an dem Einrichtungsgehäuse von außen montiert ist (nämlich mit dem Gehäuse verschraubt ist). Statt des Lagerschildes kann nun an das Ein richtungsgehäuse die Halteinheit angebracht werden, die im einfachsten Fall aus einer Scheibe oder Platte, die jeweils mehrteilig ausgeführt sein kann, be steht. An die Halteeinheit lassen sich dann die verschiedenen für die erfin dungsgemäße Bearbeitung der Welle erforderlichen Komponenten und Einhei ten anbringen. Nach erfolgter Reparatur der Welle werden, die für diese Bear beitung erfindungsgemäß vorgesehenen Einheiten und Komponenten abmon tiert, um dann das Lagerschild mit neuer Wellenlageranordnung anbringen zu können.
Wie bereits oben beschrieben, kann an die Halteeinheit eine Zustelleinheit an gebracht werden, die einen in Richtung der Erstreckung der zu bearbeitenden Welle sowie radial zu dieser einen verstellbaren Werkzeugschlitten aufweist, an dem wahlweise die Materialabtrageinheit, die Materialauftrageinheit und die Schleifeinheit anbringbar sind.
Um die einzelnen Einheiten variabel an der Halteeinheit positionieren zu kön nen, ist es von Vorteil, wenn die Halteeinheit eine Vielzahl von Aufnahmen der Stützlagereinheit und/oder der Materialabtrageinheit und/oder der Materialauf trageinheit und/oder der Schleifeinheit der Antriebseinheit aufweist. Als Materialabtrageinheit eignet sich beispielsweise eine Einheit zum spanen den Bearbeiten der Welle mit einem Hobel oder mit einem Fräswerkzeug oder eine Materialerosionseinheit.
Bei der Materialauftrageinheit kann es sich beispielsweise um eine Elektro-, Lichtbogen-, Schutzgas- oder Laserschweißeinheit oder um eine Flamm- spritzeinheit handeln.
Die Schleifeinheit kann ein drehend antreibbares Schleif- und/oder Polierwerk zeug aufweisen.
Zweckmäßig ist es, wenn die Stützlagereinheit mindestens einen Lagerbock (beispielsweise in Form einer Lünette) aufweist und/oder wenn die Stützlage reinheit Schmiermittel aufweist und/oder wenn die Stützlagereinheit eine Zu führeinrichtung für Schmiermittel aufweist.
Vorteilhaft ist es ferner, wenn die Stützlagereinheit eine Führungseinheit zum radialen Führen und Verstellen sowie Fixieren des mindestens einen Lager blocks aufweist, wobei die Führungseinheit an der Halteeinheit anbringbar ist.
Die Antriebseinheit weist zweckmäßigerweise einen Elektromotor und ein mit der zu bearbeitenden Welle drehfest verbindbares Abtriebszahnrad und ein dazu orthogonal angeordnetes von dem Elektromotor antreibbares Antriebs zahnrad, insbesondere in Form eines Kegelzahnrads, auf, die insoweit beide ein (z.B. Untersetzungsgetriebe bilden oder Teil eines Getriebes der An triebseinheit sind. Durch die Zwischenschaltung des Getriebes aus den beiden orthogonal zueinander ausgerichteten Zahnrädern ist die Aufbauhöhe der An triebseinheit in Richtung der Erstreckung der Welle nur gering, so dass diese Antriebseinheit auch bei beengten Platzverhältnissen an der Einrichtung ange bracht werden kann.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels sowie un ter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Im Einzelnen zeigen dabei: Fig. 1 in Seitenansicht und stark schematisiert den Antriebsstrang in der Gondel einer Windkraftanlage für deren Generator,
Fig. 2 schematisch die Konstruktion der Antriebseinheit für den drehenden Antrieb der zu bearbeitenden Generatorwelle während der Bearbei tung derselben,
Fig. 3 eine Draufsicht auf die Stirnseite des Gehäuses des Generators bei ausgebauter Wellenlageranordnung zur Verdeutlichung der Funktion der Stützlagereinheit und
Fign. 4 bis 6 schematisch die Situationen, in denen an einer Zustelleinheit, die ih rerseits an einer am Gehäuse angebrachten Halteeinheit angeordnet ist, die verschiedenen Werkzeuge und Komponenten für die Bearbei tung der Lagerstelle der Welle angeordnet sind.
Fig. 1 zeigt als einen von einer Vielzahl von Anwendungsfällen für den Einsatz der Erfindung schematisch eine Gondel 10 einer Windkraftanlage, deren Rotor 12 über ein Getriebe 14 die Welle 16 eines Generators 18 antreibt. Bei dem Generator 18 handelt es sich also um ein Beispiel für eine Einrichtung 20 mit relativ schnell drehender Welle 16. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Welle 16 an den beiden Stirnseiten 22, 24 des Gehäuses 26 des Generators 18 gela gert, wozu der Generator 18 jeweils eine stirnseitige Wellenlageranordnung 28, 30 aufweist.
Fig. 2 zeigt die Anbringung einer Antriebseinheit 32 an der Stirnseite 24 des Generators 18. Am Generatorgehäuse 26 befindet sich ein sogenanntes Lager schild 34, an dem sich das eigentliche Lager 36 der Wellenanordnung 28 befin det. An diesem Lagerschild 34 wird ein Gestell 38 der Antriebseinheit 32 ange bracht, die einen Elektromotor 40 mit einem Kegelzahnrad 42 aufweist, das von dem Elektromotor 40 in Drehung versetzt wird. An einem Kopplungsele ment 44 der Antriebseinheit 32 befindet sich ein Abtriebszahnrad 46, das das Kopplungselement 44 in Drehung versetzt. Das Kopplungselement 44 ist bei spielsweise klemmend mit dem Ende der Welle 16 und damit drehfest verbun den. Hier könnte man sich auch eine Formschluss-Verbindung odgl. verstellen. Die beiden Zahnräder 42, 46 bilden ein Getriebe 47.
Während der Bearbeitung der Welle 16 kann diese nun durch die Antriebsein heit 32 in Drehung versetzt werden.
Die Situation bei der Bearbeitung der Welle 16 auf der anderen Stirnseite 22 des Generatorgehäuses 26 ist in den Fign. 3 bis 6 gezeigt. In der Draufsicht auf diese Stirnseite 22 gemäß Fig. 3 ist die Welle 16 zu erkennen, die in einem Loch 48 angeordnet ist, in dem sich zuvor das bereits ausgebaute Lager 36 befand. Der zuvor vom Lagerschild 50 (siehe Fig. 2) eingenommene Raum wird für die Anbringung eine in diesem Ausführungsbeispiel mehrteiliger Halte einheiten 52 genutzt, die mehrere teilscheibenförmige Montageplatten 54, 56, 58 aufweisen kann. Es kann aber auch eine einteilige Montageplatte verwen det werden.
Wie insbesondere anhand von Fig. 3 zu erkennen ist, wird die Welle 16 von ei ner Stützlagereinheit 60 unterstützt und in einer solchen Position gehalten, die es erlaubt, die Welle 16 trotz ausgebauter Wellenlageranordnung 28 zu dre hen. Die Stützlagereinheit 60 weist zwei Lagerböcke 62 in Form beispielsweise von Lünetten auf, die mit Schmiermittel versehen sind und die radial ver schiebbar und in unterschiedlichen radialen Positionen einstellbar sind. Hierzu weist die Stützlagereinheit 60 eine Führungseinheit 64 auf, die mit zwei Füh rungselementen 66 versehen sind, die verschiebbar an beispielsweise der Montageplatte 58 angeordnet sind (siehe auch die Doppelpfeile in Fig. 3).
Die Fign. 4 bis 6 zeigen verschiedene Situationen bei der Bearbeitung der Welle 16, um nämlich deren Beschädigungen an der Lagerstelle 68 auszubes sern. Das Gehäuse 26 des Generators 18 ist an seiner vorderen Stirnseite 22 mit der Halteeinheit 52 versehen. Die hierbei eingesetzten Montageplatten 54, 56 und 58 sind mit Aufnahmen versehen, um verschiedene für die Bearbeitung der Lagerstelle 68 der Welle 16 erforderliche Werkzeuge und Einheiten sowie Komponenten zu halten. Idealerweise wird zu diesem Zweck an der Halteein heit 52 eine Zustelleinheit 70 angebracht, die einen Werkzeugschlitten 72 auf weist, welcher in Erstreckungsrichtung der Welle 16 sowie orthogonal dazu (letzteres zumindest in einer Dimension) motorisch manuell und/oder verfahr bar ist. Hierzu ist die Zustelleinheit 70 mit einem Führungsbalken 73 mit bei spielsweise einem Motor 74 und einer Verstellspindel 76 versehen, durch die ein querverlaufender Führungsbalken 78 verfahrbar ist, an dem wiederum längsverschiebbar durch Betätigung beispielsweise eines Handrads 80 mit Spindel 82 der Werkzeugschlitten 72 verfahrbar ist. An dem Werkzeugschlitten 72 ist gemäß Fig. 4 eine Materialabtrageinheit 84 angebracht, die ein Fräs werkzeug 86 in Form eines drehend antreibbaren Fräskopfes aufweist. Dieser Fräskopf 86 wird durch die Zustelleinheit 70 verfahren, bis er in den Zwischen raum zwischen der Welle 16 und dem Gehäuse 26 des Generators 18 gelangt, um nun an der Lagerstelle 68 der Welle 16 Material abzutragen und die Lager stelle 68 somit für nachfolgende Bearbeitungsschritte vorzubereiten.
Fig. 5 zeigt die Situation gemäß Fig. 4, wobei nun aber eine Laserschweißein heit 88 als Materialauftrageinheit 90 an dem Werkzeugschlitten 72 angebracht ist. Mit dieser Materialauftrageinheit 90 lässt sich an der (späteren) Lagerstelle 68 der Welle 16 Material auftragen, welches dann, wie beispielsweise in Fig. 6 gezeigt, mit Hilfe einer Schleifeinheit 92 noch hinsichtlich der Oberfläche bear beitet wird. Die Schleifeinheit 92 weist beispielsweise eine drehend antreibbare Schleifscheibe 94 auf, die im Durchmesser an die Größe des Abstandes zwi schen der Welle 16 und dem Generatorgehäuse 26 an dessen Stirnseite 22 an gepasst ist.
Nach erfolgter Bearbeitung der Welle 16, wie zuvor beschrieben, wird die Hal teeinheit 52 wieder von der Stirnseite 22 des Generatorgehäuses 26 abge nommen, um nun die neue Wellenlageranordnung 30 mit zugehörigem Lager schild 50 an der Stirnseite 22 anzubringen.
Die Erfindung wurde vorstehend beispielhaft anhand des Lageraustausches und der Bearbeitung der Welle eines Generators beschrieben. Man kann die Erfindung aber auch für die Reparatur bzw. den Austausch des Lagers der Haupt- bzw. Rotorwelle einer Windkraftanlage einsetzen. Die Halteeinheit für die (Hilfs-)Stützlagereinheit und für die Montage der Wellenbearbeitungsein heiten ist dabei als eine sich in der Gondel der Windkraftanlage abstützende Einheit (z.B. als Block oder Gerüst) ausgebildet, an der sich die Stützlagerein heit mit ihren Hilfslagern (z.B. Lagerböcke mit Lünetten) befindet. Die Haupt welle wird von einem z.B. Hilfsmotor angetrieben, der z.B. die zum Generator führende Abtriebswelle des Getriebes antreibt, wozu der Generator insoweit vom Getriebe getrennt werden sollte aber nicht zwingend getrennt werden muss. Bei getriebelosen Windkraftanlagen müsste der Hilfsmotor auf die Hauptwelle einwirken, was im Übrigen bei Windkraftanlagen mit Getriebe ebenso möglich wäre (nämlich nach Trennung des Antriebsstrangs zwischen Hauptwelle und Generator).
BEZUGSZEICHENLISTE Gondel Rotor Getriebe Welle Generator Einrichtung Stirnseite Stirnseite Generatorgehäuse stirnseitige Wellenlageranordnung stirnseitige Wellenlageranordnung Antriebseinheit Lagerschild Lager Gestell Elektromotor Kegelzahnrad Kopplungselement Abtriebszahnrad Getriebe Loch Lagerschild Halteeinheit teilscheibenförmige Montageplatten teilscheibenförmige Montageplatten teilscheibenförmige Montageplatten Stützlagereinheit Lagerbock Führungseinheit Führungselemente Lagerstelle Zustelleinheit Werkzeugschlitten
Führungsbalken
Motor
Verstellspindel
Führungsbalken
Handrad
Spindel
Materialabtrageinheit
Fräswerkzeug
Laserschweißeinheit
Materialauftrageinheit
Schleifeinheit
Schleifscheibe

Claims

ANSPRÜCHE
1. Vorrichtung zum Bearbeiten einer Welle (16) einer Einrichtung (20) an ei ner Lagerstelle (68), an der die Welle (16) an einem auszuwechselnden Lager (36) der Einrichtung (20) drehbar gelagert ist, mit einer an der Einrichtung (20) anbringbaren Antriebseinheit (32) mit einem motorisch drehend antreibbaren Antriebelement zur Kopplung mit einem Ende der zu bearbeitenden Welle (16), einer an der Einrichtung (20) anbringbaren Halteeinheit (52) für eine Stützlagereinheit (60) zum Stützen der zu bearbeitenden Welle (16) bei deren Drehung bei entferntem Lager (36) der Einrichtung (20), wobei die Halteeinheit (52) zum Halten der Stützlagereinheit (60) ge meinsam mit zumindest einer oder mehreren oder sämtlichen der nachfolgend genannten Einheiten vorgesehen ist: einer Materialabtrageinheit (84) zum Abtragen von Material der zu bearbeitenden Welle an deren Lagerstelle (68), einer Materialauftrageinheit (90) zum Aufträgen von Material auf die zu bearbeitende Welle (16) an deren Lagerstelle (68) und einer Schleifeinheit (92) zum Abschleifen des auf die Lagerstelle (68) der zu bearbeitenden Welle (16) aufgetragenen Materials, wobei die Stützlagereinheit (60), die Materialabtrageinheit (84), die Materialauftrageinheit (90) und die Schleifeinheit (92) unter durch die Antriebseinheit (32) erfolgender Drehung der zu bearbeitenden Welle (16) betreibbar sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an die Hal teeinheit (52) eine Zustelleinheit (70) anbringbar ist, die einen in Rich tung der Erstreckung der zu bearbeitenden Welle (16) sowie radial zu dieser verstellbaren Werkzeugschlitten (72) aufweist, an dem wahlweise die Materialabtrageinheit (84), die Materialauftrageinheit (90) und die Schleifeinheit (92) anbringbar sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteeinheit (52) eine Vielzahl von Aufnahmen zur variablen Positionie rung der Stützlagereinheit (60) und/oder der Materialabtrageinheit (84) und/oder der Materialauftrageinheit (90) und/oder der Schleifeinheit (92) der Antriebseinheit (32) aufweist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialabtrageinheit (84) als Einheit zum spanenden Bearbeiten der Welle (16) mit einem Hobel oder mit einem Fräswerkzeug oder als Materialerosionseinheit, insbesondere in Form einer Funkenerosionsein heit ausgebildet ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialauftrageinheit (90) als eine Elektro-, Lichtbogen-, Schutzgas- oder Laserschweißeinheit (88) oder als eine Flammspritzein- heit ausgebildet ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifeinheit (92) ein drehend antreibbares Schleif- und/oder Polierwerkzeug aufweist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützlagereinheit (60) mindestens einen Lagerbock (62) aufweist und/oder dass die Stützlagereinheit (60) Schmiermittel aufweist und/oder dass die Stützlagereinheit (60) eine Zuführeinrichtung (20) für Schmier mittel aufweist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützlagereinheit (60) eine Führungseinheit (64) zum radialen Führen und Verstellen sowie Fixieren des mindestens einen Lagerblocks aufweist und dass die Führungseinheit (64) an der Halteeinheit (52) an- bringbar ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit (32) einen Elektromotor (40) und ein mit der zu bearbeitenden Welle (16) drehfest verbindbares Abtriebszahnrad (46) und ein dazu orthogonal angeordnetes von dem Elektromotor (40) an- treibbares Antriebszahnrad, insbesondere in Form eines Kegelzahnrads (42), aufweist.
10. Verfahren zur Bearbeitung einer zu bearbeitenden Welle (16) einer Ein richtung (20) an einer Lagerstelle (68), an der die Welle (16) an einem auszuwechselnden Lager (36) der Einrichtung (20) drehbar gelagert ist, wobei bei dem Verfahren bei ausgebautem Lager (36) die Welle (16) mittels einer Stützlagereinheit (60) in ihrer Betriebspo sition gehalten wird, die Welle (16) mittels einer an der Einrichtung (20) angebrachten An triebseinheit (32) in Drehung versetzt wird, mittels einer Materialabtrageinheit (84) an der Lagerstelle (68) der zu bearbeitenden Welle (16) unter Drehung derselben Material abgetra gen wird, mittels einer Materialauftrageinheit (90) auf die Lagerstelle (68) der zu bearbeitenden Welle (16) Material aufgebracht wird und mittels einer Schleifeinheit (92) die zu bearbeitende Welle (16) an der Lagerstelle (68) geschliffen und/oder poliert wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Be arbeitung der Welle (16) die Antriebseinheit (32), die Materialabtragein heit (84), die Materialauftrageinheit (90), die Schleifeinheit (92) und die Stützlagereinheit (60) abmontiert werden und die Einrichtung (20) mit ei nem neuen Wellenlager (36) versehen wird.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Bearbeitung der Welle (16) das auszuwechselnde Wellenlager (36) ausgebaut wird.
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