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Die Erfindung betrifft einen Windkraftgetriebeprüfstand mit zwei in einem Kreislauf angeordneten Windkraftgetrieben, welche auf Antriebsseiten einander zugewendet miteinander verbunden sind und auf Abtriebsseiten miteinander in Wirkverbindung stehen, wobei im Kreislauf zudem eine Antriebs- und eine Belastungseinheit vorgesehen sind, wobei die Belastungseinheit im Prüfbetrieb ein einstellbares Torsionsmoment in den Kreislauf einleitet und die Antriebseinheit die Windkraftgetriebe in Drehung versetzt.
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Bei Windkraftanlagen kommen üblicherweise zur Übersetzung einer langsamen Drehbewegung des Rotors in eine schnelle Rotation zum Antrieb eines Generators zwischengeschaltete Getriebe zum Einsatz, die hierbei normalerweise in Planeten- oder Stirnradbauweise ausgeführt sind. Dabei muss ein derartiges Windkraftgetriebe insbesondere den Kriterien einer hohen übertragbaren Leistung bei gleichzeitig geringer Größe und Gewicht, sowie einer hohen Lebensdauer und niedrigem Wartungsaufwand gerecht werden. Aus diesem Grund werden Windkraftgetriebe von Herstellerseite aufwändigen Tests unterzogen, um einen einwandfreien Betrieb garantieren zu können. Hierfür vorgesehene Windkraftgetriebeprüfstände sind dabei speziell auf die Eigenschaften von Windkraftgetrieben angepasst.
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Im Prüfbetrieb wird ein Windkraftgetriebe zur Darstellung der im verbauten Zustand auftretenden, antriebsseitigen Belastung über einen Rotor hierbei über eine Belastungseinheit antriebsseitig mit einem Torsionsmoment belastet und zudem über eine Antriebseinheit betrieben. Die hohe Übersetzung eines Windkraftgetriebes würde hierbei allerdings antriebsseitig ein sehr hohes Drehmoment und dementsprechend eine leistungsstarke und damit großbauende Antriebseinheit erfordern. Um dies zu vermeiden, werden bei Windkraftgetriebeprüfständen daher häufig zwei Windkraftgetriebe in einer sogenannten „Back-to-Back”-Anordnung platziert. Hierbei sind die beiden Windkraftgetriebe einander zugewendet antriebsseitig miteinander verbunden und stehen abtriebsseitig miteinander in Wirkverbindung, wobei die Belastungs- und die Antriebseinheit abtriebsseitig vorgesehen sind. Dadurch wird ein Leistungskreislauf ausgebildet, bei welchem das eine Windkraftgetriebe abtriebsseitig über die Antriebseinheit angetrieben wird, diese Bewegung übersetzt antriebsseitig und damit mit hohem Drehmoment auf die Antriebsseite des anderen Windkraftgetriebes übertragen, welches abtriebsseitig wiederum mit der Abtriebsseite des anderen Windkraftgetriebes in Verbindung steht. Eine äußere Belastung wird dabei durch die Belastungseinheit dargestellt in den Leistungskreislauf eingebracht.
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Im Allgemeinen sind hierbei Windkraftgetriebeprüfstände bekannt, bei welchen die Belastungseinheit hydromechanisch oder rein mechanisch ausgestaltet ist und eine abtriebsseitige Verbindung der Windkraftgetriebe und eine Rückführung des durch die Belastungseinheit eingebrachten Torsionsmoment über einen außenliegenden Torsionsstab oder ein zusätzliches Getriebe bewerkstelligt wird.
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Des Weiteren ist aus der
CN 1896709 A ein Windkraftgetriebeprüfstand bekannt, bei welchem zwei Windkraftgetriebe nach Art einer Back-to-Back-Anordnung in einem Kreislauf angeordnet und antriebsseitig miteinander verbunden sind, sowie abtriebsseitig miteinander in Wirkverbindung stehen. Hierbei ist abtriebsseitig des einen Getriebes ein Elektromotor und abtriebsseitig des anderen Windkraftgetriebes ein Generator vorgesehen, welche einerseits die Antriebseinheit und andererseits die Belastungseinheit des Kreislaufs darstellen. Durch den Elektromotor wird dabei das Torsionsmoment in den Kreislauf eingebracht und die Rückkoppelung zum Generator durch Umsetzung der abtriebsseitigen Drehbewegung des mit ihm verbundenen Windkraftgetriebes in elektrische Leistung vorgenommen. Dabei ist es durch die rein elektrische, abtriebsseitige Wirkverbindung der beiden Windkraftgetriebe auch möglich, Windkraftgetriebe unterschiedlicher Übersetzung in der Back-to-Back-Anordnung zu prüfen.
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Ausgehend von dem vorstehend beschriebenen Stand der Technik ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Windkraftgetriebeprüfstand zur Verfügung zu stellen, mittels welchem Windkraftgetriebe, insbesondere mittelschnell übersetzende Windkraftgetriebe der Multi-Megawatt-Klasse im Bereich 5–10 MW, zuverlässig und mit niedrigem Aufwand geprüft werden können.
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Diese Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die darauffolgenden, abhängigen Ansprüche geben jeweils vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
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Die Erfindung umfasst die technische Lehre, dass die Windkraftgetriebe jeweils auf der Abtriebsseite mit je einem Torsionsstab verbunden sind, von welchen einer als Hohlwelle und der andere als Vollwelle ausgeführt ist. Dabei ist der als Vollwelle ausgeführte Torsionsstab über Durchführungen in beiden Windkraftgetrieben durch diese hindurch und koaxial zu dem als Hohlwelle ausgeführten Torsionsstab in Richtung der Abtriebsseite des mit diesem verbundenen Windkraftgetriebes geführt. Beide Torsionsstäbe sind hierbei mit der Belastungseinheit verbunden, welche diese im Prüfbetrieb mit dem einstellbaren Torsionsmoment gegeneinander verspannt.
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Mittels einer derartigen Ausgestaltung eines Windkraftgetriebeprüfstandes kann der Kreislauf rein mechanisch ausgestaltet und hierbei gleichzeitig über die Hindurchführung durch die beiden Windkraftgetriebe auf einen außen geführten Torsionsstab oder gar ein zusätzliches Getriebe verzichtet werden. Dadurch, dass die beiden Windkraftgetriebe abtriebsseitig durch die beiden, über die Belastungseinheit gegeneinander verspannten Torsionsstäbe miteinander in Wirkverbindung stehen und dass damit die abtriebsseitig an dem einen Windkraftgetriebe abgreifbare Drehbewegung auf der Abtriebsseite des anderen Windkraftgetriebes wieder zur Verfügung gestellt wird, muss die Antriebseinheit zum Antreiben der Windkraftgetriebe lediglich die Verlustleistung der beiden drehenden Getriebe überwinden. Folglich kann die Antriebseinheit deutlich kleiner ausgeführt werden. Zur Hindurchführung der Torsionsstäbe durch die beiden Windkraftgetriebe können dabei bereits vorhandene, zentrische Durchführungen der Getriebe genutzt werden, über welche im verbauten Zustand in einer Windkraftanlage elektrische und/oder hydraulische Versorgungsleitungen zum Rotor geführt werden, beispielsweise für hydraulische oder elektrische Systeme und Sensorik des Rotors bzw. der Blätter. Dementsprechend ist hierfür keine zusätzliche Bearbeitung der Windkraftgetriebe notwendig.
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Im Unterschied hierzu muss bei bekannten, mechanisch aufgebauten Kreisläufen eine Rückkoppelung über ein zusätzliches Getriebe oder einen außenliegenden Torsionsstab bewerkstelligt werden, was entsprechend den Aufwand bzw. den Platzbedarf des Windkraftgetriebeprüfstands erhöht. Bei einer elektrischen Rückkoppelung entsprechend der
CN 1896709 A muss aufgrund der Rückführung der an der Abtriebsseite des einen Windkraftgetriebes abgreifbaren mechanischen Leistung als elektrische Leistung durch den Generator und deren erneute Umsetzung wiederum in mechanische Leistung durch den Elektromotor nicht nur eine Verlustleistung des Systems ausgeglichen, sondern das komplette notwendige Drehmoment zum Antrieb der beiden gegeneinander verspannten Windkraftgetriebe durch den Elektromotor dargestellt werden. Im Bereich von mittelschnell übersetzenden Windkraftgetrieben der Leistungsklasse 5–10 MW geraten Elektromotoren hier an ihre Leistungsgrenze, da Momente oberhalb von 50 kNm notwendig werden. Folglich lässt sich ein System der CN 1896709 A nicht oder nur mit erheblichem Aufwand in der Leistungsklasse 5–10 MW verwirklichen.
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In Weiterbildung der Erfindung ist eine Verbindung der Abtriebsseite des jeweiligen Windkraftgetriebes mit dem je zugehörigen Torsionsstab über Steckverzahnungen gestaltet. Vorteilhafterweise ist diese abtriebsseitige Verbindung hierbei jeweils mit einer Sonnenwelle einer Planetenstufe des jeweiligen Windkraftgetriebes hergestellt. Hierdurch lässt sich eine schnell herstellbare Verbindung des jeweiligen Windkraftgetriebes mit dem je zugehörigen Torsionsstab darstellen, wodurch die benötigte Zeit zum Aufrüsten der Windkraftgetriebe auf den Windkraftgetriebeprüfstand abgesenkt werden kann.
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Entsprechend einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Antriebseinheit auf der der Belastungseinheit abgewandten Seite der Windkraftgetriebe platziert. Durch die Anordnung der Belastungseinheit auf der einen Seite und der Antriebseinheit auf der anderen Seite der Windkraftgetriebe kann eine gleichmäßige Verteilung um die Windkraftgetriebe erreicht werden. Allerdings ist im Rahmen der Erfindung auch eine anderweitige Platzierung der Antriebseinheit im Leistungskreislauf, beispielsweise auch hinter der Belastungseinheit, denkbar.
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In Weiterbildung der Erfindung ist die Belastungseinheit durch einen hydraulischen Schwenkmotor gebildet. Dies hat den Vorteil, dass durch die Hydraulik ohne Probleme das geforderte Torsionsmoment zum Verspannen der beiden Torsionsstäbe gegeneinander dargestellt werden kann und zudem eine Prüfung von Windkraftgetrieben unterschiedlicher Übersetzung möglich ist, da ein hydraulischer Schwenkmotor drehzahlvariabel ist.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Antriebseinheit durch einen Elektromotor gebildet. Hierdurch kann eine kompakte und gut regelbare Antriebseinheit verwirklicht werden.
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In Weiterbildung der Erfindung sind die Torsionsstäbe in den jeweiligen Durchführungen der Windkraftgetriebe gegenüber Getriebeinnenräumen über Dichtelemente abgedichtet.
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Vorteilhafterweise sind diese Dichtelemente als je ein in der jeweiligen Durchführung koaxial zu den Torsionsstäben platziertes, abdichtendes Rohr ausgestaltet. Hierdurch kann ein unerwünschter Eintrag von Verunreinigungen in die jeweiligen Getriebeinnenräume und ein Austreten von Schmiermittel wirksam verhindert werden.
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Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung anhand einer Figur näher dargestellt.
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Die einzige Figur zeigt eine stark schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Windkraftgetriebeprüfstands, mittels welchem Windkraftgetriebe bevorzugt nach erfolgter Fertigung Abschlussuntersuchungen unterzogen werden können. Wie vorliegen zu erkennen ist, sind auf dem erfindungsgemäßen Windkraftgetriebeprüfstand zwei – hier nicht weiter im Detail dargestellte – Windkraftgetriebe 1 und 2 vorgesehen, wobei diese Windkraftgetriebe 1 und 2 auf dem Fachmann bekannte Art und Weise in Planetenbauweise ausgeführt sind. Auf dem Windkraftgetriebeprüfstand sind die beiden Windkraftgetriebe 1 und 2 hierbei nach Art einer Back-to-Back-Anordnung spiegelbildlich zueinander positioniert, so dass sich jeweils Antriebsseiten 3 und 4 der Windkraftgetriebe 1 und 2 gegenüber liegen.
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Im verbauten Zustand des jeweiligen Windkraftgetriebes 1 oder 2 ist die Antriebsseite 3 bzw. 4 mit einem Rotor einer Windkraftanlage gekoppelt, während eine Abtriebsseite 5 bzw. 6 des jeweiligen Windkraftgetriebes 1 oder 2 mit einem Generator der Windkraftanlage verbunden ist. Des Weiteren verläuft zentrisch in jedem der beiden Windkraftgetriebe 1 und 2 jeweils zwischen der Antriebsseite 3 bzw. 4 und der Abtriebsseite 5 bzw. 6 eine Durchführung 7 bzw. 8 durch das jeweilige Windkraftgetriebe 1 bzw. 2, über welche im verbauten Zustand elektrische und/oder hydraulische Versorgungsleitungen von der jeweiligen Abtriebsseite 5 bzw. 6 zu der jeweiligen Antriebsseite 3 bzw. 4 geführt werden. Über diese Versorgungsleitungen werden der Rotor und/oder die daran anknüpfenden Rotorblätter zur Darstellung von Stellaufgaben oder zur Versorgung von dort angegliederten Sensoren entsprechend versorgt.
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Wie des Weiteren aus der einzigen Figur hervorgeht, ist zwischen den Windkraftgetrieben 1 und 2 eine Hohlwelle 9 angeordnet, die an axialen Enden jeweils mit den Antriebsseiten 3 und 4 verbunden ist und somit die Windkraftgetriebe 1 und 2 antriebsseitig miteinander koppelt. Als Besonderheit ist nun das Windkraftgetriebe 1 auf der Abtriebsseite 5 mit einem als Vollwelle ausgeführten Torsionsstab 10 und das Windkraftgetriebe 2 auf der Abtriebsseite 6 mit einem als Hohlwelle ausgeführten Torsionsstab 11 jeweils verbunden. Die Verbindung der Torsionsstäbe 10 und 11 mit der jeweiligen Abtriebsseite 5 bzw. 6 ist hierbei über – hier nicht weiter im Detail dargestellte – Steckverzahnungen ausgestaltet, die bevorzugt jeweils mit einer Sonnenwelle einer Planetenstufe des jeweiligen Windkraftgetriebes 1 bzw. 2 hergestellt ist.
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Die Torsionsstäbe 10 und 11 sind nun im weiteren Verlauf jeweils mit einer auf der Abtriebsseite 6 des Windkraftgetriebes 2 angeordneten Belastungseinheit 14 verbunden, wobei der Torsionsstab 10 hierzu koaxial zu dem Torsionsstab 11 durch die Durchführungen 7 und 8 der Windkraftgetriebe 1 und 2 hindurchgeführt ist. Die Belastungseinheit 14 ist hierbei bevorzugt als hydraulischer Schwenkmotor ausgestaltet, welcher bei Beaufschlagung mit einem unter Druck stehenden Fluid die beiden Torsionsstäbe 10 und 11 mit einem entsprechenden Torsionsmoment gegeneinander verspannt. Die Torsionsstäbe 10 und 11 werden somit über die Belastungseinheit 14 mittelbar miteinander gekoppelt, so dass auch die Abtriebsseiten 5 und 6 der Windkraftgetriebe 1 und 2 miteinander in Wirkverbindung stehen. Dementsprechend wird ein auf der Abtriebsseite 6 des Windkraftgetriebes 2 abgreifbares Drehmoment mechanisch wieder zu der Abtriebsseite 5 des Windkraftgetriebes 1 zurückgeführt.
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Zum Antrieb der beiden Windkraftgetriebe 1 und 2 im Prüfbetrieb ist ferner auf der Abtriebsseite 5 des Windkraftgetriebes 1 eine Antriebseinheit 15 vorgesehen, die mit dem Torsionsstab 10 in Verbindung steht und diesen in Drehbewegung versetzen kann. Die Antriebseinheit 15 ist hierbei bevorzugt als Elektromotor ausgebildet, wobei im Rahmen der Erfindung auch eine anderweitige Ausgestaltung, beispielsweise in Form eines Hydraulikmotors, denkbar ist. Zudem kann die Antriebseinheit 15 auch an einer anderen Position des durch die Verbindung zwischen den Antriebsseiten 3 und 4 und der mittelbaren Koppelung der Abtriebsseiten 5 und 6 der Windkraftgetriebe 1 und 2 gebildeten Leistungskreislaufs angeordnet sein. Hierbei kommt auch eine Anordnung auf der dem Windkraftgetriebe 2 abgewandten Seite der Belastungseinheit 14 in Betracht.
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Im Bereich der Durchführungen 7 und 8 durch das jeweilige Windkraftgetriebe 1 bzw. 2 ist zudem jeweils ein abdichtendes Rohr 16 bzw. 17 vorgesehen, welches jeweils koaxial zu den Torsionsstäben 10 und 11 platziert ist und einen Getriebeinnenraum des jeweiligen Windkraftgetriebes 1 bzw. 2 gegenüber der Durchführung 7 bzw. 8 abdichtet. Durch dieses Rohr 16 bzw. 17 wird ein Eintrag von Verunreinigungen in den Getriebeinnenraum und ein Austreten von Schmiermittel aus diesem wirksam verhindert.
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Im Prüfbetrieb des erfindungsgemäßen Windkraftgetriebeprüfstands werden zunächst die beiden Torsionsstäbe 10 und 11 über die Belastungseinheit 14 mit einem jeweils eingestellten Torsionsmoment gegeneinander verspannt. Bei einem darauffolgenden Antrieb des Torsionsstabs 10 wird die durch die Antriebseinheit 15 hervorgerufene Drehbewegung entsprechend der Übersetzung des Windkraftgetriebes 1 ins Langsame übersetzt auch auf der Antriebsseite 3 hervorgerufen und durch die starre Koppelung über die Hohlwelle 9 auch auf die Antriebsseite 4 des Windkraftgetriebes 2 übertragen. Entsprechend der Übersetzung des Windkraftgetriebes 2, welche hierbei aufgrund der starren Rückkoppelung zum Windkraftgetriebe 1 einer Übersetzung des Windkraftgetriebes 1 entsprechen muss, wird die Drehbewegung zur Abtriebsseite 6 wiederum ins Schnelle übersetzt und über den Torsionsstab 6 und mittels der Belastungseinheit 14 und Torsionsstab 10 wiederum zur Abtriebsseite 5 des Windkraftgetriebes 1 zurückgeführt. Aufgrund dieser Rückführung muss die Antriebseinheit 15 zum Antreiben beider Windkraftgetriebe 1 und 2 lediglich Verlustleistungen beider drehenden Getriebe 1 und 2 ausgleichen, so dass diese entsprechend des hierfür nur notwendigen, geringen Drehmoments entsprechend klein dimensioniert werden kann.
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Gemäß der erfindungsgemäßen Ausgestaltung eines Windkraftgetriebeprüfstandes ist es möglich, problemlos auch eine Prüfung von mittelschnell übersetzenden Windkraftgetrieben der Multi-Megawatt-Klasse im Bereich 5–10 Megawatt vorzunehmen, ohne dass hierfür eine Antriebseinheit mit einem hohen darstellbaren Drehmoment oder ein zusätzliches Getriebe vorgesehen werden muss. Des Weiteren ist die mechanische Rückführung von der einen Abtriebsseite 6 des Windkraftgetriebes 2 zu der anderen Abtriebsseite 5 des Windkraftgetriebes 1 äußerst kompakt und mit wenigen Bauteilen gestaltet, was den Aufwand zur Ausgestaltung des Windkraftgetriebeprüfstandes entsprechend vermindert. Schließlich kann durch Nutzen der bereits vorhandenen Durchführungen 7 und 8 in den Windkraftgetrieben 1 und 2 auch ein schneller Prüfstandsaufbau erfolgen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- CN 1896709 A [0005, 0010]
