Verfahren zur Gebrauchsdauerverlängerung einer Hauptlagerungsanordnung einer Windkraftanlage

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gebrauchsdauerverlängerung einer Hauptlagerungsanordnung

Hintergrund der Erfindung:

Windkraftanlagen sind zu einem der wichtigsten Stützpfeiler der regenerativen Energieversorgung geworden. Für Windkraftanlagen wurde bisher eine Betriebsdauer von mindesten 20 Jahre konstruktiv vorgesehen und nach der aktuellen Entwicklung werden Zeiträume von bis zu 30 Jahren angestrebt. Dennoch hat sich in den letzten Jahren gezeigt, dass insbesondere Windkraftanalgen der Leistungsklasse >1 ,5MW diese 20-Jahre-Anforderungen nicht immer für alle Komponenten erfüllen und es zu frühzeitigen Schäden beispielhaft bei der Hauptlagerungsanordnung kommt. Mit der Hauptlagerungsanordnung wird eine Rotorwelle mittels eines Hauptlagers gelagert. An der Rotorwelle ist die Nabe mit den Rotorblättern befestigt.

Bisher wird bei Schäden der ganze Triebstrang mit einem Kran von der Gondel gehoben und durch einen neuen bzw. überarbeiteten Triebstrang ersetzt bzw. am Boden wieder instandgesetzt. Aufgrund der Rotormassen von 30-90t, und Nabenhöhen von bis zu 160m sind hierfür sehr teure und oftmals schlecht verfügbare Spezialkräne erforderlich. Die hiermit verbundenen hohen Kosten führen zu einer deutlichen Ertragsreduzierung bis hin zur Unwirtschaftlichkeit der Instandsetzung des Hauptlagers und somit der ganzen Windkraftanlage. Diese Problematik nimmt deutlich an Bedeutung zu, verdeutlicht man sich die Kosten und logistischen Aspekte die mit einer Rotordemontage bei einer Offshore Windkraftanlage verbunden sind. Aus der EP 3 333 439 B1 sowie der WO 2020/169762 A1 sind bereits Konzepte für einen Austausch eines Hauptlagers einer Windkraftanlage zu entnehmen, bei denen die Rotorwelle nicht demontiert werden muss und damit der Triebstrang nicht von der Gondel gehoben werden muss.

Es werden allgemein neue Instandhaltungs- bzw. Instandsetzungsansätze angestrebt, um die Instandhaltungskosten und somit die Stromentstehungskosten vertretbar zu halten und letztendlich die Wettbewerbsfähigkeit dieser Zukunftstechnologie zu sichern.

Aufgabe der Erfindung:

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Instandsetzung und damit eine Gebrauchsdauerverlängerung einer geschädigten Hauptlagerungsanordnung einer Windkraftanlage mit geringem Aufwand zu ermöglichen.

Lösung der Aufgabe:

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch ein Verfahren zur Gebrauchsdauerverlängerung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 oder mit den Merkmalen des Anspruchs 2. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen enthalten.

Die Hauptlagerungsanordnung der Windkraftanlage weist wenigsten ein Hauptlager mit einer Anzahl von Lagerreihen auf, insbesondere eine, zwei oder drei Lagerreihen, wobei mit dem Hauptlager eine Rotorwelle um eine Drehachse drehbar gelagert ist. Weiterhin weist die Hauptlagerungsanordnung üblicherweise ein in der Regel feststehendes Gehäuse auf, das an einem Grundrahmen der Windkraftanlage befestigt ist. Die Hauptlagerungsanordnung, speziell das Hauptlager weist dabei mindesten einen ortsfesten Lagerring, einen um laufenden Lagerring sowie Wälzkörper und typischerweise auch einen Käfig auf. Im Betrieb rotiert der um laufende Lagerring um die Drehachse und der ortsfeste Lagerring rotiert nicht. Die Lagerringe sind innerhalb des Gehäuses angeordnet. Bei dem Verfahren zur Instandsetzung und damit Gebrauchsdauerverlängerung der Hauptlagerungsanordnung ist erfindungsgemäß nunmehr gemäß einer ersten Variante vorgesehen, dass der ortsfeste Lagerring um die Dreh- und Rotationsachse der Rotorwelle und damit der Hauptlagerungsanordnung gedreht wird. Er wird also um die die Dreh- und Rotationsachse der Rotorwelle und damit der Hauptlageranordnung um einen bestimmten, begrenzten Drehwinkel verdreht, wobei der Drehwinkel ungleich n*360° ist, wobei n eine ganze Zahl ist. Nach der Drehung befinden sich daher die einzelnen Abschnitte / Zonen des ortsfesten Lagerrings an einer anderen Winkelposition im Vergleich zu der vorhergehenden, unverdrehten Position.

Durch die Drehung wird eine bis dahin weniger belastete Zone des feststehenden Lagerrings in einen Bereich hineingedreht, bei der höhere Belastungen im Betrieb auftreten. Die Drehung erfolgt vorzugsweise um zumindest 45°, um zumindest 90° und bevorzugt in einem Winkelbereich von 160° bis 200°, speziell um 180°. Maximal erfolgt eine Drehung um 270°.

Gemäß einer zweiten erfindungsgemäßen Variante ist vorgesehen, dass insbesondere lediglich der ortsfeste Lagerring durch einen neuen ortsfesten Lagerring ersetzt wird. Bei dem neuen Lagerring handelt es sich insbesondere um einen in Umfangsrichtung in zumindest zwei Segmente unterteilten Lagerring, um eine Montage bei montierter Rotorwelle zu ermöglichen.

Bevorzugt werden hierbei dabei keine anderen (wesentlichen) Lagerkomponenten, ausgetauscht. Zu den wesentlichen Lagerkomponenten zählen insbesondere der um laufende Lagerring und / oder der Käfig. D.h. insbesondere der um laufende Lagerring wird nicht getauscht. Bevorzugt werden auch die Wälzkörper nicht getauscht, zumindest ein Teil der Wälzkörper wird nicht getauscht. Bei den Wälzkör- pern handelt es sich daher auch um wesentliche Lagerkomponenten. Es wird also bevorzugt lediglich der beschädigte ortsfeste Lagerring ausgetauscht und gerade nicht das komplette Lager. Die Drehung oder auch der Austausch des ortsfesten Lagerrings wird dabei nach einer bestimmten Betriebsdauer von typischerweise mehreren Jahren vorgenommen, wenn also erste Verschleißerscheinungen erkennbar sind.

Diesen Konzepten liegt die gemeinsame Erkenntnis zugrunde, dass bei der Hauptlagerungsanordnung ein systematisches Schadensbild vorliegt, welches sich von den bisher anerkannten wissenschaftlichen Auslegungs- und Berechnungsgrundlagen unterscheidet. Bei der Auslegung von 20 oder 30 Jahre Lebensdauer der Windkraftanlage wird bisher eine Dimensionierung der Lagerung anhand der Lebensdauer und statischen Sicherheit vorgenommen. Basis hierfür ist die Hertz'sche Ermüdungstheorie und die Bewertung der Pressung im Wälzkontakt. Auf Basis dieser Auslegung errechnet sich eine Gesamtlebensdauer des Wälzlagers und die Annahme, dass der umlaufende Lagerring als Erster ermüdet.

Der Erfindung liegt nun die neuartige Erkenntnis zugrunde, dass diese Lebensdauertheorie nicht vollständig auf diese Anwendung zu übertragen ist und ein andersartiger Schädigungsprozess diese angenommene Schädigung überlagert oder vollständig verdrängt. Aus dieser Überlegung ergibt sich eine vorzugsweiser Ausfall des feststehenden Lagerringes des Wälzlagers bevor es zu funktionsreduzierenden Schädigungen des umlaufenden Lagerringes und der Wälzkörper kommt.

Die oben beschriebenen Lösungskonzepte bauen auf dieser neuen Erkenntnis auf, um ein neues Instandhaltungsverfahren für Hauptlageranordnungen vom Windkraftanlagen anzugeben.

Allgemein ist vorgesehen, dass die hier vorgestellten Maßnahmen beider Varianten ohne Demontage der Rotorwelle erfolgen. Hierunter wird verstanden, dass die Rotorwelle zumindest im Wesentlichen - bis auf ein evtl. Abstützen - an ihrer Position verbleibt, die sie im Betrieb einnimmt. Es ist daher kein aufwändiges Abnehmen der Nabe und / oder der Rotorwelle erforderlich und vorgesehen. Vorzugsweise wird während der Instandsetzung die Rotorwelle mit Hilfe einer Haltevorrichtung, einer sogenannten Fixture, abgestützt, um also die Last der Rotorwelle während der Instandsetzung, also während des Drehens oder des Austauschens des ortsfesten Lagerrings, zumindest teilweise abzufangen. Diese Fixture stütz sich dabei einerseits an einem Strukturbauteil, wie beispielsweise dem erwähnten Grundrahmen oder einem sonstigen Gebäudeteil der Windkraftanlage speziell der Gondel ab. Andererseits stütz sich die Fixture an der Rotorwelle oder an einem mit dieser verbundenem Bauteil, wie z.B. der Nabe ab. Durch die zumindest teilweise Last-Freistellung der Rotorwelle ist die Instandsetzungsmaßnahme vereinfacht. Die Fixture ist dabei üblicherweise nur temporär während der Instandsetzung-Maßnahme angebracht.

Bei einem mehrreihigen Lager, bei dem also in Richtung der Drehachse mehrere Lagerringe hintereinander angeordnet sind, die beispielsweise auch als voneinander getrennte oder zerstörungsfrei trennbare Lagerringe ausgebildet sind, wird vorzugsweise lediglich ein Lagerring, insbesondere der höher belastete bzw. meist geschädigte axiale Lagerring ausgetauscht oder gedreht. Bevorzugt wird lediglich der der Rotornabe abgewandte Lagerring ausgetauscht oder gedreht. Die axial hintereinander angeordneten Lagerringe werden auch als axiale Lagerringsegmente bezeichnet. Alternativ erfolgt der Austausch oder die Drehung mehrerer oder aller axialer Lagerringsegmente.

In bevorzugter Ausgestaltung wird das (Lager-) Gehäuse vor der jeweiligen Maßnahme demontiert. Hierunter wird zum einen ein Lösen des Gehäuses und z.B. ein axiales Verschieben verstanden, so dass also der ortsfeste Lagerring, welcher üblicherweise ein Außenring ist, zugänglich ist. Zum anderen wird unter Demontage auch ein vollständiges Entfernen des (gebrauchten) Gehäuses verstanden. In diesem Fall wird das Gehäuse bevorzugt durch ein neues Gehäuse ersetzt, bei dem es sich um ein sogenanntes Split-Gehäuse handelt, welches aus zumindest und typischerweise aus genau zwei Gehäusesegmenten besteht. Derartige Verfahren sind beispielsweise aus der eingangs zitierten EP 3 333 439 B1 oder der WO 2020/169762 A1 zu entnehmen. Die hier beschriebenen Maßnahmen werden insbesondere bei einem ortsfesten Außenring angewandt. D.h. der Außenring bildet den ortsfesten Lagerring und der Innenring bildet den umlaufenden Lagerring, welcher zusammen mit der Rotorwelle während des Betriebes rotiert.

Alternativ werden die beschriebenen Maßnahmen bei einer Lagervariante eingesetzt, bei der der Außenring im Betrieb umlaufend ist und der Innenring ortsfest und nicht drehend. Bei dieser Variante steht daher die „Rotorwelle“ und bildet quasi einen Achszapfen. Der Rotor der Windkraftanlage ist mit dem Außenring z.B. über das dann ebenfalls um laufende/ rotierende Gehäuse verbunden. Diese Ausführung findet sich oftmals in direkt getrieben Windkraftanlagen.

Die Maßnahme zur Gebrauchsdauerverlängerung wird gemäß einer ersten Variante nach einer definierten Betriebsdauer von typischerweise mehreren Jahren z.B. nach 8 bis 15 Jahren nach der Erstinbetriebnahme (erstmalig und insbesondere auch einmalig) durchgeführt.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung wird die Maßnahme bedarfsabhängig durchgeführt, wenn das Lager vorgegeben Verschleißerscheinungen zeigt bzw. Verschleißgrenzen erreichen. Hierzu ist insbesondere ein Condition Monitoring für das Lager vorgesehen. Sobald ein relevanter Schaden detektiert wird, wird die gewünschte Maßnahme zur Instandsetzung und damit zur Gebrauchsdauerverlängerung veranlasst. Zur Detektion, ob ein Schaden aufgetreten ist, wird im Rahmen der Lagerüberwachung z.B. eine Schwingungsüberwachung eine Lastüberwachung, eine Lagerspielüberwachung etc. durchgeführt.

Die hier beschriebenen Maßnahmen werden allgemein bevorzugt nur einmalig während der Lebensdauer einer Windkraftanlage durchgeführt.

Speziell bei der zweiten Variante, bei der ein Austausch des ortsfesten Lagerrings vorgesehen ist, ist in bevorzugter Weiterbildung eine E instel Ibarkeit der Lagerluft, also des Lagerspiels vorgesehen. Hierdurch lässt sich ein optimaler Betriebspunkt der Lageranordnung einstellen. Hierzu ist der neue Lagerring, der typischerweise durch mehrere beispielsweise 2 in Umfangsrichtung aneinander anschließende Lagerringsegmente gebildet ist, geeignet ausgebildet.

Ergänzend oder alternativ ist - bei einem Austausch des Gehäuses - das neue Gehäuse, welches ebenfalls typischerweise durch mehrere in Umfangsrichtung aneinander anschließende Gehäusesegmente gebildet ist, geeignet ausgebildet.

Die Einstellung der Lagerluft und / oder der Lagervorspannung, auch als Lagerspiel bezeichnet, erfolgt in an sich bekannter Weise. Beispielsweise ist hierzu eine Trennfuge zwischen den einzelnen Segmenten ausgebildet und eine Einstellung kann beispielsweise mit Einstellblechen erfolgen.

Aus der EP 2 801 729 A2 sind beispielhaft Maßnahmen zum Messen und Einstellen des Lagerspiels eines Hauptlagers zu entnehmen.

Für die erste Variante mit der Drehung des ortsfesten Lagerrings um einen vorgegebenen Drehwinkel, insbesondere ohne Demontage des Gehäuses, ist in zweckdienlicher Ausgestaltung eine Drehvorrichtung vorgesehen, welche bevorzugt lediglich temporär angebracht wird, und welche die Drehung des Lagerrings ausführt oder unterstützt.

Speziell ist in einer Variante vorgesehen, dass der Lagerring innerhalb des (alten) Gehäuses gedreht wird. Bei dieser Variante ist daher keine Demontage des Gehäuses, zumindest kein Ersatz durch ein neues Gehäuse erforderlich. Vielmehr wird lediglich der ortsfeste Lagerring gelöst, so dass er relativ zum Gehäuse drehbar ist. Anschließend wird er innerhalb des Gehäuses und relativ zu diesem um den gewünschten Drehwinkel verdreht, bevor er anschließend wieder fixiert wird.

Hierbei wir insbesondere das Lager zunächst entlastet, z.B. indem die Gewichtskraft beispielsweise über den Rotor und die bereits erwähnte Fixture abgefangen wird. Die Drehvorrichtung stütz sich allgemein an einem ersten Strukturbauteil ab, z.B. am Grundträger und greift form- und / oder kraftschlüssig am ortsfesten Lagerring an, um diesen zu drehen.

Für das Drehen des ortsfesten Lagerrings wird allgemein dessen Fixierung, typischerweise am Gehäuse aufgehoben, um so die Drehung zu ermöglichen.

Um das Drehen zu erleichtern, speziell das Drehen innerhalb des Gehäuses 5, ist weiterhin in bevorzugter Ausgestaltung eine Temperaturbehandlung, z.B. Kälteoder Wärmebehandlung der relevanten Bauteile vorgesehen. So kann z.B. eine Erwärmung des Gehäuses vorgesehen sein, so dass ein Verdrehen des Lagerrings vereinfacht ist.

Die erfindungsgemäße Maßnahmen, insbesondere das Drehen wird nachfolgend beispielhaft anhand der Figuren und anhand einer typischen bei Windkraftanlagen eingesetzten Drei-Punkt-Lagerung beschrieben. Die Figuren zeigen in vereinfachten Darstellungen:

FIG 1 eine ausschnittsweise, geschnittene Ansicht auf eine Hauptlagerungsanordnung einer Windkraftanlage,

FIG 2 eine ausschnittsweise perspektivische Darstellung einer Windkraftanlage im Bereich einer Nabe ohne Darstellung einer Umhausung (Gondel) für die Hauptlagerungsanordnung

FIG 3A, 3B Darstellungen eines doppelreihigen Hauptlagers im Schnitt und als Perspektive

FIG 4A, 4B Darstellungen nach Art von Explosionsdarstellungen eine Außenrings sowie eines Innenrings im Schnitt und als Perspektive

Bei der in den FIG 1 und FIG 2 dargestellten Windkraftanlage 4 ist eine als 3- Punk-Lager ausgebildete Hauptlagerungsanordnung 1 vorgesehen. Diese oft anzufindende Hauptlagerlösung nutzt ein zweireihiges Pendelrollenlager als rotorsei- tiges Festlager (Hauptlager 10) und eine erste Getriebestufenlagerung als getriebeseitiges Loslager. Das Hauptlager 10 weist ein Gehäuse 5 auf, welches an einer Tragstruktur, z.B. einen Grundrahmen 6 befestigt ist. Die gesamte Hauptlagerungsanordnung 1 ist dabei üblicherweise in einer hier nicht näher dargestellten Gondel angeordnet, die drehbar auf einem hier ebenfalls nicht näher dargestellten Turm angeordnet ist.

Das Hauptlager 10 weist einen durch das Gehäuse 5 festgelegten, ortsfesten Lagerung 7 auf, welcher ein Außenring des Pendelrollenlagers bildet. Weiterhin weist das Hauptlager 10 einen Innenring auf, welcher im Betrieb zusammen mit einer Rotorwelle 3 um eine Drehachse 13 rotiert und einen umlaufenden Lagerring 8 bildet.

Zwischen den beiden Lagerringen 7,8 sind Wälzkörper 9 angeordnet. Die Lagerringe 7,8, insbesondere der ortsfeste Lagerring 7 weisen zwei in axialer Richtung, also in Richtung der Drehachse 13 aufeinanderfolgende Ringe auf, die auch als axiale Lagerringsegmente bezeichnet werden. (In der oberen Bildhälfte der FIG 4 ist beispielhaft ein in zwei axiale Lagerringsegmente geteilter ortsfester Lagerring 15 dargestellt.) Zwischen einem jeweiligen inneren und äußeren Lagerringsegment ist jeweils eine Reihe von Wälzkörpern 9 angeordnet so dass zwei Lagerreihen 2, nämlich eine nabenseitige Lagerreihe und eine getriebeseitige Lagerreihe ausgebildet sind.

Die durch die Windlasten bedingten Lastzonen dieses ortsfesten Lagerrings 7 bzw. der ortsfesten axialen Lagerringsegmente sind bei der nabenseitigen Lagerreihe zwischen 9 bis 3 Uhr und auf der getriebeseitigen Lagerreihe zwischen 3 bis 9 Uhr spiegelbildlich ausgebildet.

Gemäß dem Stand der Technik stützt sich die Lebensdauertheorie und Tragzahlberechnung auf die Wechselschubspannungshypothese. Hierfür werden auf Grundlage der Hertz 'sehen Pressung und empirisch ermittelten Materialkennwerte zur Abschätzung zur Lebensdauer getroffen. Gemäß dieser Theorie ist in der Regel der Innenring das zuerst versagende Bauteil, da dieser wegen der größeren Krümmung in Rollrichtung in der Regel die höchste Beanspruchung/Pressung sieht.

Anwendungsspezifische Erfahrungen zeigen jedoch, dass diese Annahmen hier nur teilweise zutreffen und andere Effekte diese Hypothese überlagern. Kinematische und schmierungstechnische Besonderheiten bei der Hauptlagerung führen zu einer abweichenden Ausfallfolge der einzelnen Wälzlagerbauteile. Diese neue Erkenntnis ist der Ausgangspunkt für den vorliegenden neuen Instandhaltungsansatz. Erfahrungen zeigen, dass der ortsfeste Lagerring 7 auf der getriebeseitigen Lagerreihe entgehen der bisherigen Ermüdungstheorie der ursprünglichen Lagerauslegung zuerst ausfällt. Der um laufende Lagerring 8 weist zu diesem Zeitpunkt ebenfalls schon leichte Verschleißspuren auf. Ist jedoch noch voll funktionsfähig, gleiches gilt für die Wälzkörper 9 und einen Käfig, in dem die Wälzkörper 9 gehalten sind.

Somit ist es vorteilhaft, den Schaden am ortsfesten Lagerring 7 (Außenring) frühestmöglich mit einem Überwachungssystem (Condition Monitoring, z.B. Schwingungsüberwachung, Axialspielüberwachung) zu detektieren um größere Ausbrüche der Außenringlaufbahn zu vermeiden, welche wiederum den umlaufenden Lagerring 8 und die Wälzkörper 9 schädigen könnten.

Vielmehr haben die Erfahrungen gezeigt, dass der frühe Außenringschaden meist lokal auf den Bereich von 3 bis 9 Uhr begrenzt ist. Was wiederum bedeutet, dass die verbleibenden 180° des Außenringes noch fast neuwertig sind.

Die Erfindung macht sich nun diesen Zusammenhang zu Nutze und hat ein Verfahren entwickelt, diesen ortsfesten Lagerring 7 (Außenring) auf der Windkraftanlage bei montiertem Rotor um 180° um die Drehachse 13 zu drehen. Somit wird erreicht, dass der ungeschädigte Laufbahnbereich des ortsfesten Lagerringes 7 genutzt werden kann und somit die Gesamtgebrauchsdauer der Hauptlagerungsanordnung 1 verlängert wird, ohne das gesamte Hauptlager 10 tauschen zu müssen. Um diesen ortsfesten Lagerring 7 zu drehen (Variante 1 ) oder gegebenenfalls durch einen neuen Lagerring 7 zu ersetzen (Variante 2) wird der Lagerung 7 zunächst aus seiner ortsfesten Position entfernt. Bei der Variante 2 wird der alte Lagerung 7 durch neue Lagerringsegmente 14 (vgl. FIG 4) ersetzt, die den neuen Lagerring 7 bilden.

Hier liegt ein weiterer besonderer Aspekt, da hierzu in bevorzugter Ausgestaltung das ortsfeste Gehäuse 5 von der Gondelstruktur, also insbesondere vom Grundrahmen 6 getrennt wird, mit dem das Gehäuse 5 während des Betriebes fest verbunden ist. Das Gehäuse 5 wird räumlich und zeitlich begrenzt versetzt, trotz der noch anliegenden Rotor- und Windlasten auf die Rotorwelle 3.

Hierzu ist eine in den Figuren nicht näher dargestellt Fixture vorgesehen, welche den Rotor 11 , samt der Rotorwelle 3 und dem restlichen Hauptlager 10 während des Drehens des ortsfesten Lagerringes 7 fixiert. Unter Rotor 11 wird vorliegend die Einheit aus der sogenannte Rotornabe 18 mit den daran angeordneten Rotorblättern verstanden. Die Rotornabe 18 ist im Ausführungsbeispiel mit der Rotorwelle 3 drehfest verbunden, die auch als Teil des Rotors angesehen werden kann. Diese Fixture ist mit einen oder mehreren der Strukturbauteile ausgewählt aus Grundrahmen 6, Rotorwelle 3, Rotornabe 18 und/oder Getriebe verbunden und wird nach der Einstellung eines Lagerspiels bzw. Axialspiels der Hauptlageranordnung 1 und der erneuten Befestigung des Lagergehäuses 5 am Grundrahmen 6 wieder entfernt. Beispielsweise stützt sich die Fixture einerseits am Grundrahmen 6 und andererseits an der Rotornabe 18 oder der Rotorwelle 3 ab, um somit das Hauptlager 10 zumindest teilweise lastfrei zu stellen.

Eine weitere, alternative Ausführung der Instandsetzung stellt das Drehen des ortsfesten Lagerringes 7 direkt im Lagergehäuse 5 dar. Hierfür werden vorzugsweise lediglich Anbau- oder Umbauteile, wie z.B. Verkleidungs- oder Deckelelemente, Dichtungen etc., demontiert und die Rotorwelle 3 wird weiterhin beispielsweise mittels zumindest eines hydraulischen oder mechanischen Stützelements (teilweise) entlastet. Im Anschluss wird mit Hilfe einer Drehvorrichtung der ortsfeste Außenring 7 im Gehäuse 5 um die Drehachse 13 der Rotorwelle 13 gedreht. Die Drehvorrichtung wird allgemein bei allen Drehvarianten vorzugsweise am Gehäuse 5 und/oder den Grundrahmen 6 befestigt.

Für die Drehung des ortsfesten Lagerrings 7 bzw. zumindest eines ortsfesten axialen Lagerringsegments, innerhalb des Gehäuses, ohne dass dieses demontiert wird bei einer solchen Drei-Punkt-Lagerung beispielsweise wie folgt vorgegangen:

Zunächst wird die Rotorwelle 3 mittels Rotorlock gegen Rotation gesichert und mittels Hydraulikwerkzeugen wird das Rotorgewicht angehoben und somit die Hauptlageranordnung teilweise entlastet. Anschließend werden die Umbauteile am bestehenden Gehäuse 5 demontiert, um Zugang zu dem ortfesten Lagerring 7 (Außenring) zu erhalten. Nun wird die Drehvorrichtung am Gehäuse 5 und/oder am Grundrahmen 6 befestigt. Diese Drehvorrichtung greift in geeigneter Weise (kraft-, form-, Stoff-, oder reibschlüssig) an dem ortfesten Lagerring 7 an und dreht diesen relativ zum Gehäuse 5 um die Drehachse 13. Die Drehung kann in kleinen Teilstücken durch entsprechendes Nachsetzten der Drehvorrichtung erfolgen, als auch als vollständige Drehung um beispielsweise 180° erfolgen, insofern die Drehvorrichtung dies ermöglicht. Ist der ortsfeste Lagerring 7 in die gewünschte Position gedreht, wird die Drehvorrichtung demontiert und die Lagerung wird wieder belastet. Im Anschluss werden die Umbauteile wieder montiert und der Rotorlock entriegelt.

Bei der Variante des Austausches des ortsfesten Lagerrings wird beispielsweise wie folgt vorgegangen:

Ähnlich wie zuvor beschrieben wird das Lager zunächst entlastet (Sicherung über Rotorlock, Rotorgewicht anheben...). Anschließend wird das Gehäuse 5 demontiert, sofern erforderlich wird dieses hierbei (z.B. durch Trennschweißen oder sonstiges zerstörendes Trennverfahren) getrennt. Anschließend wird (lediglich) der ortsfeste Lagerring 7 entfernt, hierzu wird dieser in Segmente aufgeteilt, sofern erforderlich erfolgt auch hier ein Zerstören des Lagerrings 7 durch ein Trennen in die Segmente (Trennschweißen, Sprengen). Danach werden die Lagerringsegmente 14 (zumindest zwei) des neuen ortsfesten Lagerrings 7 montiert. Bei Bedarf wird die Lagerluft / das Lagerspiel eingestellt, beispielsweise durch die Anordnung von Abstandselementen (shim-Platten) zwischen den Lagerringsegmente 14. Danach wird das Gehäuse 5 (sofern erforderlich ein neues) wieder angebaut. Hierzu ist dieses typischerweise in zumindest zwei Gehäusesegmente unterteilt. Auch hier kann das Lagerspiel eingestellt werden. Danach erfolgt das Befestigen des Gehäuses 5 am Grundrahmen / Grundträger. Anschließend wird das Lager wieder belastet (Fixture wegnehmen, Rotorlock lösen) und kann wieder in Betrieb genommen werden.

Die zuvor beschriebenen beiden Varianten (Drehen / Austauschen) können insofern auch kombiniert werden, als das auch bei der ersten Variante des Drehens des ortsfesten Lagerrings das Gehäuse zunächst demontiert und nach dem Drehen wieder montiert oder durch ein neues ersetzt wird.

Die hier beschriebenen Verfahren eigenen sich grundsätzlich auch bei einem Momentenlager, welche eine spezielle Ausführung der Hauptlagerung bei Windkraftanlagen darstellt. Bei diesem Design werden die Lageringe 7,8 nur teils oder gar nicht in einem Gehäuse verbaut bzw. durch den bekannten Pressverband im Gehäuse 5 oder auf der Rotorwelle 3 gesichert. Die Lagerringe 7,8 werden vielmehr durch eine Flanschverbindung mittels Schrauben am Grundrahmen 6, Rotornabe 18 oder anderen stehenden und drehenden Strukturbauteilen befestigt. Mit Hilfe der Verschraubung und dem Reibschluß in der Flanschverbindung werden somit die ortsfeste Position zum Grundrahmen 6 oder zu der drehenden Rotornabe 18 sichergestellt. Das erfindungsgemäße Drehen oder Austauschen des ortfesten Lagerringes 7 ist hiermit genauso vorteilhaft wie bei der herkömmlichen Dreipunktlagerung.

Hierfür wird ebenfalls eine Fixture vorgesehen, die den drehenden Teil des Triebstranges (Rotor incl. , Welle und Generator) am stehenden Grundrahmen 6 fixiert. Im Anschluss wird die Flanschverbindung des ortfesten Lagerringes 7 gelöst und anschließend um die Drehachse 13 des Lagers in eine vorteilhafte verschleißarme Position gedreht. Nach der erneuten Befestigung der Flanschverbindung kann dann die Fixture wieder entfernt werden und der Rotor kann wieder drehen, bzw. die Windkraftanlage in Betrieb genommen werden. Gegebenenfalls sind ebenso Umbauteile vorab zu demontieren, um Zugang zu der Flanschverbindung zu erhalten. Momentenlager werden sehr oft bei direkt getrieben Windkraftanlagen eingesetzt. Unter einer direkt getrieben Windkraftanlage wir im Allgemeinen eine Anlage ohne Getriebe verstanden, wo der Generator mit der Drehzahl des Rotors dreht. Bei dieser Ausführung kann vorzugsweise der Generator zur zwischenzeitlichen Fixierung und Verdrehsicherung genutzt werden. Hiermit kann somit die Fixture ganz oder teilweise ersetzt werden und die Generatorstruktur wird gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung für das Drehen oder den Austausch des ortfesten Lagerringes 7 genutzt.

Sofern vorliegend von Rotor gesprochen wird, so wird hierunter der rotierende Teil einer Windkraftanlage verstanden, der insbesondere die Rotornabe 18 mit den daran befestigten Rotorblättern umfasst. Typischerweise zählt zum Rotor auch die Rotorwelle 3, die durch die Hauptlagerungsanordnung 1 gelagert ist. Die Rotorwelle 3 ist typischerweise durch das Hauptlager 10 hindurchgeführt und erstreckt sich von der Nabe bis zu einem Getriebe bzw. bis zum Generator bei direkt getrieben Windkraftanlagen

Sofern vorliegend von Hauptlagerungsanordnung gesprochen wird, so wird hierunter allgemein die Lagerung der Rotorwelle 3 einer Windkraftanlage verstanden, an deren vorderen Ende die Rotornabe 18 mit den Rotorblättern befestigt ist.

Unter Fixture wird allgemein eine Haltevorrichtung verstanden, welche temporär an einem Strukturbauteil, wie beispielsweise dem Grundrahmen 6 oder einem sonstigen Grund- oder Maschinenträger befestigt wird und die insbesondere zum temporären Abstützen und Halten der Rotorwelle 3 während der Durchführung der hier beschriebenen Maßnahme dient.

Nachfolgend werden einige Verfahrensabläufe mit den einzelnen Verfahrensschritten beispielhaft für das Drehen oder Austauschen des ortsfesten aufgezeigt: Beispiel 1 :

1.1 Fixierung der Rotorwelle 3 mittels Fixture an Rotornabe 3 und Grundrahmen 6

1.2 Demontage des Gehäuses 5 und axiales Verschieben des Gehäuses 5

1.3 Drehen des ortsfesten Lagerrings 7 um Drehachse 13

1.4 Montage des Gehäuses 5 auf dem gedrehten, ortsfesten Lagerring 7

1.5 Demontage der Fixture

1.6 Weiterbetrieb der Windkraftanlage (Rotieren des Rotors)

Beispiel 2

2.1 Fixierung der Rotorwelle 3 mittels Fixture an Rotornabe 3 und Grundrahmen 6

2.2 Demontage des Gehäuses 5 und axiales Verschieben des Gehäuses 5

2.3 Entfernen des gebrauchten ortsfesten Lagerrings 7

2.4 Montage der neuen Lagerringsegmente 14 des ortsfesten Lagerrings 7

2.5 Montage des Gehäuses 5 auf dem segmentierten ortsfesten Lagerring 7

2.6 Demontage der Fixture

2.7 Weiterbetrieb der Windkraftanlage (Rotieren des Rotors)

Beispiel 3

3.1 Fixierung der Rotorwelle 3 mittels Fixture an Rotornabe 3 und Grundrahmen 6

3.2 Entfernung des Gehäuses 5

3.3 Drehen des ortsfesten Lagerrings 7 um Drehachse 13 oder Einbau von neuen Lagerringsegmenten 14

3.4 Montage von neuen Gehäusesegmenten

3.5 Demontage der Fixture

3.6 Weiterbetrieb der Windkraftanlage (Rotieren des Rotors)

Beispiel 4

4.1 Fixierung der Rotorwelle 3 mittels Fixture an Rotornabe 3 und Grundrahmen 6

4.2 Demontage des Gehäuses 5 und axiales Verschieben des Gehäuses 5 4.3 Entfernen des gebrauchten ortsfesten Lagerrings 7

4.4 Montage der neuen Lagerringsegmente 14 des ortsfesten Lagerrings 7

4.5 Einstellung der Lagerluft

4.6 Montage des Gehäuses 5 auf dem segmentierten ortsfesten Lagerring 7

4.7 Demontage der Fixture

4.8 Weiterbetrieb der Windkraftanlage (Rotieren des Rotors)

Beispiel 5

5.1 Fixierung der Rotorwelle 3 mittels Fixture an Rotornabe 3 und Grundrahmen 6

5.2 Entfernung des Gehäuses 5

5.3 Drehen des ortsfesten Lagerrings 7 um Drehachse 13 oder Einbau von neuen Lagerringsegmenten 14

5.4 Montage von neuen Gehäusesegmenten

5.5 Einstellung der Lagerluft

5.6 Demontage der Fixture

5.7 Weiterbetrieb der Windkraftanlage (Rotieren des Rotors)

Beispiel 6

6.1 Setzen eines Rotorlocks der Windkraftanlage und Entlastung des Rotorgewichts

6.2 Demontage von Anbauteilen des Gehäuses 5

6.3 Drehen des ortsfesten Lagerrings 7 um Drehachse 13 im Gehäuse mit Hilfe einer Drehvorrichtung

6.4 Montage der Anbauteile des Gehäuses 5

6.5 Belastung mit Rotorgewicht, Entfernen des Rotorlocks

6.6 Weiterbetrieb der Windkraftanlage (Rotieren des Rotors)

Durch das Setzen des Rotorlocks im Schritt 6.1 wird eine Drehung des Rotors verhindert. Dies ist bei allen zuvor beschriebenen Beispielen grundsätzlich möglich.

Ein Startsignal zur Durchführung der Maßnahmen wird vorzugsweise durch ein Condition Monitoring-System, speziell eine Schwingungsüberwachung gegeben. Bezugszeichenliste

1 Hauptlagerungsanordnung

2 Lagerreihen

3 Rotorwelle

4 Windkraftanlage

5 Gehäuse

6 Grundrahmen

7 ortsfester Lagerring

8 um laufender Lagerring

9 Wälzkörpern

10 Hauptlager

11 Rotor

12

13 Drehachse

14 Lagerringsegmente

15 geteilter ortsfester Lagerring

16

17

18 Rotornabe