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