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Der Gegenstand betrifft einen Energieleitungsadapter sowie ein System mit einem Energieleitungsadapter mit daran angepassten Verbindungsstücken an jeweiligen Leitungsenden. Hierbei sind vor allem Windkraftanlagen und Photovoltaikanlagen für die Verwendung eines gegenständlichen Adapters geeignet.
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Die
US 2,657,252 beschreibt einen Verbinder für Koaxialkabel. Hierbei können sie Seelen der zu verbindenden Kabel mittels einer Adernhülse miteinander verbunden.
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Die
DE 905 748 beschreibt einen Verbinder für Hohlleiterkabel miteinander. Hierzu wird ein Bolzen in jeweils einen Hohlleiter eingeschraubt. Über den Bolzen ist eine Hülse geschoben, mittels der ein möglichst glatter Übergang zwischen den beiden Kabeln gewährleistet werden soll.
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Die
DE 10 2010 045 921 A1 der Anmelderin beschreibt ein Verbindungssystem für Windkraftanlagenenergieleiter. Bei diesem System, welches dem Stecker/Buchse Prinzip folgt, ist ein erstes Kabel mit einer endseitigen Aufnahme versehen und ein zweites Kabel mit einem endseitigen, zu der Aufnahme korrespondierenden Vorsprung. Der Vorsprung wird bei der Montage in die Aufnahme geschoben und die Kabel werden mittels einer zweiteiligen Überzughülse miteinander fest verbunden.
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Windkraftanlagen werden heutzutage mit Kupfer- oder Aluminiumkabeln bestückt. Aufgrund des steigenden Kupferpreises setzt sich jedoch die Bestückung mit Aluminiumkabeln immer mehr durch. Insbesondere bei Windkrafträdern, die zwischen 50 m und 200 m hoch sind, werden große Mengen Kabel benötigt, so dass das Einsparpotential bei der Verwendung von Aluminiumkabeln erheblich ist.
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Durch die große Höhe der Windkraftanlagen bedingt ist es jedoch unmöglich, die im Turm der Windkraftanlage angeordneten Generatoren mit einem einzigen Kabel mit dem im Sockel der Anlage angeordneten Umrichter zu verbinden. Daher werden in einzelnen Turmsegmenten jeweils Kabel vormontiert. Um die Kabel der einzelnen Segmente miteinander zu verbinden, müssen diese an den Segmentgrenzen elektrisch leitend verschraubt oder vercrimpt werden. Solange Kupferkabel zum Einsatz kommen, ist ein Vercrimpen oder Verschrauben der Kabel unproblematisch, da sich auf der Kupferoberfläche kein die elektrische Leitfähigkeit negativ beeinflussendes Material ablagert, was während der Dauer des Betriebes der Windkraftanlage zu einer Verminderung der elektrischen Leitfähigkeit der Verbindung führen kann. Bei der Verwendung von Aluminiumkabeln ist dies jedoch anders. Eine Crimpverbindung muss vor Umwelteinflüssen geschützt werden. Ferner muss verhindert werden, dass sich an den Übergangsstellen Aluminiumoxid bildet, welches den Übergangswiderstand erheblich erhöht. Bei Kabeln, die mehrere 10 A oder sogar mehreren 100 A tragen, ist ein elektrischer Übergangswiderstand stets mit hoher Verlustleistung verbunden. Daher muss versucht werden, den elektrischen Übergangswiderstand zwischen den Kabeln an der Verbindungsstelle so gering wie möglich zu gestalten.
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Heutzutage wird aber an den Sektionsgrenzen ein Vercrimpen der Kabel der jeweiligen Sektionen vorgeschlagen. Hierbei wird eine Crimphülse auf die Kabel aufgeschraubt. Hierzu muss der Mechaniker in den Turm klettern, an der Sektionsgrenze die Kabel ablängen und abisolieren. Anschließend muss der Mechaniker die abisolierten Enden der Kabel mit einer Leitpaste bestreichen. Hierdurch soll verhindert werden, dass sich an den Oberflächen der Aluminiumlitzen Aluminiumoxid bildet. Anschließend muss der Mechaniker die Crimphülse auf die freien Kabelenden aufschieben und in einem aufwendigen Prozess mit vielen Schrauben mit den Kabeln verschrauben. Die so geschilderte Montage ist zeit- und kostenintensiv. Außerdem ist die Güte der elektrischen Verbindung nicht stabil, dass heißt, dass über die Zeit der elektrische Übergangswiderstand steigt, da die Leitpaste nicht vollständig die Bildung von Aluminiumoxid verhindern kann.
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Aus diesem Grunde lag dem Gegenstand die Aufgabe zugrunde, ein elektrisches Verbindungssystem insbesondere einer Windkraftanlage, zur Verfügung zu stellen, welches in besonders einfacher Weise montierbar ist.
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Diese Aufgabe wird gegenständlich durch ein Verbindungssystem nach Anspruch 1 gelöst.
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Es ist erkannt worden, dass das Vercrimpen und Verschrauben der Aluminiumkabel fehlerträchtig ist und sich dabei kein genügend kleiner Übergangswiderstand realisieren lässt. Auch ist erkannt worden, dass das bekannte Montageverfahren zu zeitaufwendig ist.
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Der gegenständliche Adapter umfasst einen Grundkörper mit zwei distalen Enden. An den Endflächen des Grundkörpers weist der Adapter jeweils eine Aufnahme auf. Die Aufnahme an dem jeweiligen Enden ist verjüngend. Vorzugsweise ist die Aufnahme an ein Verbindungsstück der Energieleitung angepasst.
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Dadurch, dass die Aufnahme verjüngend ist, ergibt sich ein Neigungswinkel der Aufnahme. Der Neigungswinkel ist dabei vorzugsweise derjenige Winkel, um den die Aufnahme von der Flächennormale der Endfläche des Adapters abweicht. Es ist erkannt worden, dass eine besonders einfache Montage dann möglich ist, wenn die Verbindungsstücke selbsthemmend in die Aufnahme geschoben werden können. Dies ist für den Mechaniker von besonderem Vorteil, da er zunächst lediglich die Verbindungsstücke in die Aufnahme einstecken muss und diese dadurch unmittelbar darin gehalten werden. Anschließend kann eine Befestigung der Verbindungsstücke an den Grundkörper mittels Schrauben oder Rasten erfolgen. Der Mechaniker muss jedoch nicht befürchten, dass bei dieser Befestigung das Verbindungsstück aus der Aufnahme rutscht.
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Die Selbsthemmung der Aufnahme wird vorzugsweise dadurch erreicht, dass der Neigungswinkel der Aufnahme kleiner ist, als der Arcustangens der zumindest durch eine Oberflächenrauhigkeit der Aufnahme und Werkstoff der Aufnahme bestimmten Haftreibungszahl zwischen Aufnahme und Verbindungsstück. Die Haftreibungszahl μ0 wird unter Anderem durch die Oberflächenrauhigkeit der miteinander in Verbindung gebrachten Materialien bestimmt. Darüber hinaus bestimmen die Werkstoffe, die miteinander in Verbindung gebracht werden, die Haftreibungszahl. Schließlich können weitere Faktoren, wie Temperatur oder Schmierstoffe die Haftreibungszahl bestimmen. Selbsthemmung tritt dann auf, wenn der Neigungswinkel kleiner ist als der Arcustangens dieser Haftreibungszahl. Vorzugsweise ist der Reibungswinkel jedoch größer 0°. Insbesondere ist der Neigungswinkel größer 5°. Insbesondere ist der Neigungswinkel vorzugsweise zwischen 1 oder 5°. Dann tritt eine Selbsthemmung auf und die Verbindungsstücke werden durch die Haftreibung in der Aufnahme gehalten, sobald diese in die Aufnahme gesteckt wurden.
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Zum Einstecken der Verbindungsstücke in die Aufnahme wird vorgeschlagen, dass die Aufnahme als Vertiefung gebildet ist.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass die Aufnahme selbsthemmend zu einem Vorsprung des Verbindungsstücks konisch gebildet ist. Dabei verjüngt sich die Aufnahme als Kegelstumpf in Richtung der Einschubrichtung des Verbindungsstücks derart, dass der Neigungswinkel des Konus ausreichend klein ist, so dass sich eine Selbsthemmung zwischen Aufnahme und Verbindungsstück einstellt.
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Auch ist es möglich, dass die Aufnahme selbsthemmend zu einem Vorsprung des Verbindungsstücks als Pyramidenstumpf gebildet ist.
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Aufnahme und Verbindungsstück können auch mehreckig geformt sein. Um eine über die Selbsthemmung hinausgehende Verbindung zwischen Verbindungsstück und Grundkörper zu ermöglichen, werden Verbindungsmittel vorgeschlagen. Um diese möglichst leicht an dem Grundkörper befestigen zu können, wird der Grundkörper gemäß einem Ausführungsbeispiel zylindrisch geformt.
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Der Grundkörper weist an den Mantelflächen im Bereich der jeweiligen Enden jeweils ein Gewinde aufweist. Besonders einfach lässt sich der Adapter dann mit zwei Verbindungsstücken, die jeweils an einem Ende angeordnet sind verbinden, wenn die beiden Gewinde gegenläufig sind. Dann ist es möglich, dass der Adapter bzw. der Grundkörper in eine Richtung gedreht wird, wodurch gleichzeitig Verbindungsmittel der jeweiligen Verbindungsstücke in die Gewinde eingedreht werden.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass der Grundkörper aus Nichteisenmetall oder Legierungen hiervon gebildet ist. Insbesondere kann der Grundkörper aus Kupfer oder Kupferlegierungen gebildet sein. Auch ist es möglich, dass der Grundkörper aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen gebildet ist.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass der Grundkörper zwischen den distalen Enden einen Mindestquerschnitt von 100 cm2, vorzugsweise 150 cm2, besonders bevorzugt 200 cm2 hat. Insbesondere bei Energieleitungen von Windkraftanlagen ist eine hohe Stromtragfähigkeit notwendig. Diese muss auch an den Verbindungsstücken bzw. den Adaptern gewährleistet sein. Um ein Erhitzen des Grundkörpers zu minimieren, wird dieser mit einem Mindestquerschnitt wie vorgeschlagen versehen.
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Um das Einschieben der Verbindungsstücke in die Aufnahme möglichst leicht zu gestalten und zu verhindern, dass sich am Boden der Aufnahme eine Luftblase bildet, die die Verbindungsstücke aus der Aufnahme drückt, wird vorgeschlagen, dass die Aufnahme eine Entlüftungsbohrung aufweist. Diese ist vorzugsweise im Bereich des Bodens entweder im Boden oder an einer Innenwand der Aufnahme angeordnet. Durch die Entlüftungsbohrung kann beim Einschieben der Verbindungsstücke in die Aufnahme ein Überdruck ausgeglichen werden. Hierdurch wird verhindert, dass die Verbindungsstücke aus den Aufnahmen durch den Überdruck wieder herausgedrückt werden.
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Das Verbindungsstück ist an einem ersten Ende mit der Energieleitung verbunden ist und weist an einem zweiten Ende den Vorsprung auf.
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An den Anschlussflächen der jeweiligen Verbindungsstücke können die Leitungen (Kabel) vorzugsweise stoffschlüssig angeordnet werden. Insbesondere in einem vorkonfektionierten Zustand können die Kabel an den Anschlussflächen angeschweißt sein. Hierzu eignen sich insbesondere Reibschweißverfahren, wie nachfolgend noch dargestellt werden wird. Andererseits sind jedoch auch Widerstandschweißverfahren geeignet, um Verbindungen zwischen den stirnseitigen Enden der Kabel und den Verbindungsstücken bzw. den Anschlussflächen der Verbindungsstücke herzustellen.
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Der Vorsprung kann als Bolzen gebildet sein. Andererseits ist es auch möglich, dass der Vorsprung hohlkegelförmig ist. Auch ist es möglich, dass der Vorsprung aus einem L- oder U-förmig gebogenen Blech gebildet ist. Wenn von Bolzen die Rede ist, sind diese Varianten ebenfalls mit gemeint.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird auch vorgeschlagen, dass der Vorsprung des Verbindungsstücks ein in der Aufnahme selbstgehemmter Konus ist, wobei insbesondere sich die Aufnahme in Einschubrichtung des Konus verjüngt. Der Konus ist vorzugsweise ein kegelförmiger Konus, dessen Neigungswinkel so gestaltet ist, dass der Konus selbsthemmend in der Aufnahme angeordnet ist. Die Aufnahme ist vorzugsweise ein zu dem Konus komplementärer Hohlkegelstumpf.
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Selbsthemmung kann dahingehend verstanden werden, dass die Haftreibung des Bolzens in der Aufnahme einen Widerstand gegen ein axiales Verrutschen oder ein Verdrehen des Bolzens in der Aufnahme bewirkt. Hierbei wird z. B. der Neigungswinkel, und/oder die Oberflächenrauhigkeit des Bolzens und/oder der Aufnahme so variiert, dass die Selbsthemmung so groß ist, dass die axial wirkende Zugkraft der Kabel aufgenommen wird. Auch kann eine Variation der verwendeten Materialien von Aufnahme und Vorsprung zu einer Veränderung der Haftreibungszahl genutzt werden. Der Neigungswinkel ist Vorzugsweise der Winkel zur Längsachse des Grundkörpers, um den sich eine Innenwand der Aufnahme neigt.
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Insbesondere bei Windkraftanlagen kann eine Verbindung zwischen Kabeln an einer Sektionsgrenze erfolgen. Ein in einer Sektion vorkonfektioniertes Kabel kann so gestaltet sein, dass es an der Sektionsgrenze mit dem gegenständlichen Verbindungsstück versehen ist. Ein gegenüberliegendes Kabel der anderen Sektion kann ebenfalls mit einem gegenständlichen Verbindungsstück versehen sein. Die Verbindungsstücke können über den gegenständlichen Adapter elektrisch leitend miteinander verbunden werden.
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Der Mechaniker muss dann lediglich die Bolzen der jeweiligen Verbindungsstücke jeweils in eine Aufnahme des Adapters schieben, so dass die Kabel elektrisch als auch mechanisch miteinander verbunden sind. Die Selbsthemmung des Bolzens in der Aufnahme bewirkt, dass die ineinander gesteckten Kabel aufgrund ihrer eigenen Gewichtskraft nicht mehr voneinander getrennt werden.
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Der Durchmesser der Verbindungsstücke kann in etwa dem Kabeldurchmesser entsprechen.
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Es ist jedoch auch möglich, dass bei einem mehrphasigen Verbindungssystem jede Phase mit Verbindungsstücken mit unterschiedlichen Durchmessern oder unterschiedlichen Formen ausgestattet ist.
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So kann beispielsweise bei einem 3, 5 oder 7-Phasensystem jeder Phase ein Vorsprung – Aufnahme Paar mit unterschiedlichen Durchmessern zugewiesen sein. Insbesondere bei Windkraftanlagen werden pro Phase drei bis sieben oder auch mehr Kabel verwendet, so dass neun bis 21 oder mehr Kabel pro Sektion vorkonfektioniert sind. Diese Kabel müssen phasenrichtig mit den jeweiligen Kabelnder anderen Sektionen verbunden werden. Um eine Fehlverbindung zu vermeiden, kann jede Phase mit einem eigenen Paar aus Verbindungsstücken und Adaptern ausgestattet sein, wobei die Verbindungsstücke und Adapter der einzelnen Phasen untereinander nicht komplementär sind und nicht zueinander passen. Hierdurch wird eine Codierung erreicht, die ein phasenrichtiges Ineinanderstecken der Kabel bzw. Verbindungsstücke und Adapter gewährleistet. Die Codierung kann durch den Neigungswinkel der Aufnahme und des Vorsprungs realisiert sein. Die Codierung kann durch die Tiefe der Aufnahme und Länge des Vorsprungs realisiert sein. Die Codierung kann durch die Querschnittsfläche der Aufnahme und des Vorsprungs, z. B. rund, elliptisch, rechteckig, quadratisch, sechseckig, sternförmig, mäandrierend oder dergleichen realisiert sein.
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Der Mechaniker kann dann die Montage durchführen, ohne zu befürchten, dass er eine phasenunrichtige Verbindung herstellt. Es ist sichergestellt, dass die zueinander gehörenden Kabel auch elektrisch phasenrichtig miteinander kontaktiert werden.
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Bei der Verwendung von Aluminiumkabeln ist zu bevorzugen, dass die Verbindungsstücke ebenfalls aus Aluminium gebildet sind. Dies hat den Vorteil, dass keine Übergangswiderstände oder Kontaktkorrosionen an den Übergängen zwischen den Kabeln und den Verbindungsstücken entstehen. Um zu verhindern, dass sich auf der Oberfläche der Verbindungsstücke Aluminiumoxid bildet, wird vorgeschlagen, dass die Oberfläche der Verbindungsstücke verzinnt ist. Auch ist es möglich, dass die Oberfläche zunächst vernickelt und anschließend verzinnt ist. Durch die Unternickelung wird eine dauerhafte Beschichtung erreicht und die Verzinnung ermöglicht die Erzielung eines geringen Kontaktwiderstandes.
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Um die Verbindungsstücke sicher mit den Kabeln zu verbinden, wird vorgeschlagen, dass ein abisoliertes Kabelende in einer Hülse angeordnet ist. Insbesondere wenn die Verbindungsstücke aus Kupfer und die Kabel aus Aluminium gebildet sind, ist eine sichere Verbindungstechnik notwendig. Die Hülse kann so um die Kabelenden gepresst sein, dass die einzelnen Litzen oder Drähte des abisolierten Kabels fest verpresst sind. Anschließend kann das stirnseitige Ende der Hülse abgeschnitten oder überfraßt werden, so dass die Kabelenden an den stirnseitigen Enden der Hülse enden und frei von Aluminiumoxid sind. Anschließend kann das Verbindungsstück, welches eine dem Kabelende zugewandte Stirnfläche aufweisen kann, mit der Hülse und dem Kabelende entlang der Stirnfläche verschweißt werden.
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Hierbei kann beispielsweise ein Reibschweißen, insbesondere ein Rotationsreibschweißen angewandt werden. Auch ist es möglich, dass ein Ultraschallschweißen oder ein Widerstandsschweißen verwendet wird, um die Verbindungsstücke mit der Hülse und den Kabelenden zu verschweißen.
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Auch wird vorgeschlagen, dass die Hülse aus Aluminium gebildet ist. Hierbei kann auch die Hülse verzinnt und/oder vernickelt sein, wie zuvor beschrieben wurde.
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Eine besonders hohe elektrische Leitfähigkeit wird bei der Verwendung von Aluminiumkabeln erreicht, wenn diese eine hohe Reinheit aufweisen. Insbesondere die Verwendung von Al 99,5 hat sich als vorteilhaft erwiesen. Jedoch ist auch die Verwendung von höher- oder geringerwertigem Aluminium möglich.
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Um die Montage zu erleichtern, sollten die Aluminiumkabel, die einen großen Kabelquerschnitt aufweisen, möglichst flexibel sein. Aus diesem Grunde wird auch vorgeschlagen, dass die Aluminiumkabel aus weichgeglühtem Aluminium hergestellt werden. Hierdurch lassen sich die Kabel, insbesondere die an den Kabelenden angeordneten Verbindungsstücke, besonders leicht bewegen und somit mit dem Grundkörper verbinden und zusammenschieben.
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Wie zuvor bereits erläutert, ist es bei der Montage der Verbindungsstücke mit dem Adapter zunächst notwendig, die Verbindungsstücke in den Adapter einzustecken. Durch die Selbsthemmung verbleiben die Verbindungsstücke in dem Adapter, was die Montage vereinfacht. Um eine dauerhafte Verbindung, die auch größeren Zugkräften standhält, herzustellen, ist es notwendig, die Verbindungsstücke verliersicher, formschlüssig an den Grundkörper des Adapters anzuordnen. Um dies zu erreichen, wird vorgeschlagen, dass das Verbindungsstück eine Überzughülse aufweist. Die Überzughülse kann dann zumindest teilweise über den Grundkörper geschoben werden. Hierbei kann eine formschlüssige Verbindung zwischen Überzughülse und Grundkörper hergestellt werden. Wenn das Verbindungsstück dann formschlüssig in der Überzughülse gehalten ist, ist eine Verbindung zwischen Verbindungsstück und Grundkörper mittels der Überzughülse hergestellt. Die Überzugshülse kann Zugkräfte, die durch das Kabel auf das Verbindungsstück und den Adapter ausgeübt werden, aufnehmen. Durch die Überzughülse ist eine sichere Verbindung zwischen Grundkörper und Verbindungsstück gewährleistet.
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Besonders bevorzugt ist, wenn die Überzughülse ein Gewinde zum Verschrauben mit dem Gewinde des Grundkörpers aufweist. Da die Gewinde des Grundkörpers an den distalen Enden gegenläufig sind, ist es lediglich notwendig, die Überzughülsen der jeweiligen Verbindungsstücke an die Gewinde anzulegen und die Grundkörper in eine Richtung zu drehen. Wenn die entsprechenden Gewinde der Verbindungsstücke ebenfalls gegenläufig sind, kann mit einem einfachen Drehen des Grundkörpers ein Verschrauben zwischen beiden Überzughülsen und Grundkörper erreicht werden.
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Um Zugkräfte, die auf das Verbindungsstück wirken, auf die Überzughülse umleiten zu können, wird vorgeschlagen, dass die Überzughülse an einem Flansch des Verbindungsstücks beim Verbinden mit dem Grundkörper anschlägt. Vorzugsweise weist die Überzughülse dazu eine umlaufende Ringschulter auf, die an der dem Kabel zugewandten Seite des Flansches des Verbindungsstücks anschlägt.
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Um die Verbindung zwischen Verbindungsstück und Grundkörper vor Umwelteinflüssen zu schützen, wird vorgeschlagen, dass die Überzughülse bis über eine Isolierung der Energieleitung ragt. Insbesondere weist die Überzughülse an einem ersten Ende eine Bohrung auf, die ein Durchmesser hat, der in etwa dem Durchmesser der Isolierung des Kabels entspricht. Durch diese Bohrung kann das Kabel in die Überzughülse eingeführt werden. Vorzugsweise ist mittels O-Ringen eine wasserdichte Durchführung der Leitung in die Überzughülse gewährleistet. Auf der anderen Seite hat die Überzughülse eine vorzugsweise zylindrische Öffnung, die über den Grundkörper geschoben werden kann.
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Mit Hilfe des gezeigten Adapters ist es in besonders einfacher Weise möglich, Kabel in Windkraftanlagen über Sektionsgrenzen hinweg miteinander zu verbinden.
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Beschrieben wurde ein Adapter mit einer Aufnahme und Verbindungsstücke mit Vorsprüngen. Es versteht sich, dass eine mechanische Umkehr hiervon im Bereich des möglichen ist und ebenfalls hiermit offenbart wird. Es ist ohne weiteres möglich, den Adapter mit Vorsprüngen zu versehen und die Verbindungsstücke mit hierzu passenden Aufnahmen. Die Ausführungen in diesem Dokument gelten dann ebenfalls, mit dem Unterschied, dass die Aufnahme im Verbindungsstück angeordnet ist und der Vorsprung am Adapter. Alle in diesem Dokument genannten Merkmale lassen sich auch bei einer solchen Konstellation realisieren und sind mit offenbart.
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Nachfolgend wird der Gegenstand anhand einer ein Ausführungsbeispiel zeigenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
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1 ein Windkraftrad mit gegenständlichen Verbindungen;
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2a einen Adapter nach einem ersten Ausführungsbeispiel;
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2b einen Adapter nach 2a mit einem Verbindungsstück im nicht verbundenen Zustand;
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2c einen Adapter nach 2a mit einem Verbindungsstück nach 2b im verbundenen Zustand;
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3a einen Adapter nach einem nicht beanspruchten zweiten Ausführungsbeispiel;
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3b einen nicht beanspruchten Adapter nach 3a mit einem Verbindungsstück im nicht verbundenen Zustand;
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3c einen Adapter nach 3a mit einem Verbindungsstück nach 3b im verbundenen Zustand;
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4a–c Adapter mit verschiedenen Neigungswinkeln;
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5a–c Adapter mit verschiedenen Tiefen;
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6a–c Adapter mit verschiedenen Querschnitten;
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1 zeigt eine Windkraftanlage 2 mit einer Gondel 2a und einem Windrad 6. Die Gondel 2a ist drehbar auf einem aus Sektionen 8a, 8b, 8c gebildeten Turm 2b gelagert. In jeder Sektion 8a–c sind Kabelstränge 10a–c angeordnet, über die die elektrische Energie von dem in der Gondel 2a angeordneten Generator (nicht gezeigt) zum dem im Sockel des Turms 2 angeordneten Umrichter 5 geleitet wird.
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Die Kabelstränge 10a–c sind beispielhaft dargestellt. So ist in der Sektion 8a beispielsweise ein Kabelstrang 10a. Pro Phase können mehrere Kabel in einem Kabelstrang der Kabelstränge 10a–c vorgesehen sein, so dass es durchaus vorkommen kann, dass in einer Sektion 8a pro Phase jeweils drei Kabel zu jeweils einem Kabelstrang 10a vorgesehen sein können.
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Für die Montage einer Windkraftanlage 2 werden die Sektionen 8 vorkonfektioniert mit Kabeln 10 geliefert. Die Kabel 10 sind in den Sektionen 8 bereits zu Beginn der Montage enthalten und müssen an den Sektionsgrenzen 12 elektrisch und mechanisch miteinander verbunden werden. Die Verbindung der Kabel 10 miteinander wird über die Verbindungssysteme 14 realisiert, wie sie nachfolgend noch näher beschrieben werden.
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Ein erstes Kabel eines Kabelstrangs 10a kann ein erstes Verbindungsstück aufweisen und ein zweites Kabel eines zweiten Kabelstrangs 10b ein zweites Verbindungsstück. Die Kabel können so konfektioniert sein, dass sie über die Sektionsgrenze 12 hinaus ragen. Bei der Montage können die Verbindungsstücke der Kabel mit dem gegenständlichen Adapter 14 zusammengesteckt werden, so dass die Kabel mechanisch und elektrisch miteinander verbunden werden.
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2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines ersten Grundkörpers 4 eines Windkraftenergieanlagenleitungsadapters 14.
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Der Grundkörper 4 weist zwei distale Enden 16a, 16b auf. An den Endflächen der Enden 16a, b sind die einander gegenüberliegenden Aufnahmen 18a, 18b angeordnet.
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Wie zu erkennen ist, ist ein Neigungswinkel 20 der Aufnahmen 18a, b vorgesehen. Der Neigungswinkel 20 ist der Winkel, unter dem sich die Aufnahmen 18a, 18b relativ zur Flächennormale 26, die normal der Fläche der Enden 16a, b ist, verjüngt.
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Der Neigungswinkel 20 ist dabei kleiner als der Arcustangens der Haftreibungszahl zwischen Aufnahme 18 bzw. der Wände der Aufnahme 18 und dem Verbindungsstück.
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Wie in der 2a ferner zu erkennen ist, ist an den jeweiligen Böden 22a, 22b der Aufnahmen 18a, 18b eine Entlüftungsöffnung 28a, 28b vorgesehen. Dies kann eine Bohrung sein. Mittels der Entlüftungsöffnung 28a, 28b ist es möglich, Überdrucke die bei der Einschiebung der Verbindungsstücke in die Aufnahmen 18 entstehen, auszugleichen.
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Ferner ist zu erkennen, dass an den Mantelflächen des Grundkörpers 4 im Bereich der Enden 16 Gewinde 24a, 24b vorgesehen sind. Die Gewinde 24a, 24b sind vorzugsweise gegenläufig.
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2b zeigt den Grundkörper 4 gemäß der 2a zusammen mit einem Verbindungsstück 30 und einer Überzughülse 32.
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In der 2b ist zu erkennen, dass an einem Ende des Verbindungsstücks 30 eine Energieleitung 34 angeschlossen ist. Wie zu erkennen ist, ist das Ende der Leitung 34 abisoliert und eine Hülse 36 ist über das abisolierte Ende der Leitungen geschoben. Die stirnseitigen Enden der Litzenleitung 34 sind zusammen mit der Hülse 36 an der Anschlussfläche des Verbindungsstücks 30 verbunden. Hierzu kann eine Verbindung mittels Schweißen erfolgen. Insbesondere eignet sich hierzu ein Reibschweißverfahren oder ein Widerstandsschweißverfahren.
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Ausgehend von der Verbindungsfläche zwischen Verbindungsstück 30 und Leitung 34 erstreckt sich das Verbindungsstück 30 in den Flansch 38. Der Flansch 38 ist vorzugsweise umlaufend. Ausgehend von dem Flansch 38 erstreckt sich das Verbindungsstück 30 in den Vorsprung 40. Der Vorsprung 40 hat vorzugsweise die gleiche Neigung bzw. den gleichen Neigungswinkel 20 wie die Aufnahme 18a.
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Ferner ist zu erkennen, dass die Überzughülse 32 über das Verbindungsstück 30 geschoben ist. Im Bereich der Leitung 34 hat die Überzughülse 32 eine Öffnung 42, die über O-Ringe 44 an der Isolation der Leitung 34 anliegt. An der der Öffnung 42 zugewandten Seite relativ zum Flansch 38 weist die Überzughülse 32 eine Ringschulter 44 auf. Die Ringschulter 44 liegt an dem Flansch 38 an.
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Auf der der Leitung 34 gegenüberliegenden Seite der Überzughülse 32 hat diese eine Öffnung 46, die im etwa dem Durchmesser des Grundkörpers 4 entspricht. In der Öffnung 46 ist im Bereich der Innenfläche ein Gewinde 48 vorgesehen, dessen Drehrichtung der des Gewindes 24a entspricht.
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Eine nicht gezeigte Überzughülse 32 auf der anderen Seite des Adapters 34 hätte ebenfalls ein Gewinde 48, welches jedoch vorzugsweise in entgegengesetzte Richtung dreht.
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Die Überzughülse 32 ist vorzugsweise im gezeigten Zustand relativ zum Verbindungsstück 30 entlang der Längsachse verschiebbar.
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Zum Verbinden des Verbindungsstücks 30 mit dem Adapter 4 wird dieses, wie in 2c gezeigt, mittels des Vorsprungs 40 in die Aufnahme 18a geschoben. Durch die Selbsthemmung des Vorsprungs 40 in der Aufnahme 18a, hält das Verbindungsstück 30 bereits an dem Adapter 4. Die Haltekraft übersteigt dabei vorzugsweise 10 Newton, besonders bevorzugt mindestens 20 Newton, vorzugsweise sogar mehr als 50 Newton.
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Zum endgültigen Fixieren des Verbindungsstücks 30 an dem Grundkörper 4 wird die Überzughülse 32 an den Grundkörper 4 angelegt und diese werden mittels der Gewinde 48, 24 miteinander verschraubt. Beim Verschrauben der Überzughülse 32 mit dem Grundkörper 4 wird die Ringschulter 44 an den Flansch 38 angedrückt, so dass eine Haltekraft das Verbindungsstück 30 an den Grundkörper 4 festhält.
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Eine gleiche Verbindung ist auf der anderen Seite des Adapters 4 mit einem zweiten Verbindungsstück 30 und einer zweiten Überzughülse 32 möglich.
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3a zeigt einen Grundkörper 4, der in weiten Teilen dem Grundkörper 4 der 2a entspricht. Im Unterschied zu der 2a ist in den Böden 22a, 22b eine durchgehende Bohrung 28c vorgesehen, die mit einem radialen Stich 28d den Grundkörper 4 durchdringt und somit eine Entlüftung ermöglicht.
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Darüber hinaus ist im Unterschied zu der 2a kein Gewinde 24 vorgesehen, sondern Knöpfe 25a, 25a' sowie 25b, 25b', die zu einem Bajonettverschluss einer Überzughülse 32 korrespondieren, wie sie in 3b dargestellt ist.
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3b zeigt im Wesentlichen dieselben Elemente wie 2b. Im Unterschied zur 2b ist der Grundkörper 4 mit den Knöpfen 25 versehen. Darüber hinaus weist die Überzughülse 32 gemäß der 3b im Unterschied zu der Überzughülse 32 gemäß 2b keine Gewinde 48 auf, sondern einen Bajonettverschluss. Dieser Bajonettverschluss eignet sich zum Verbinden der Überzughülse 32 mit dem Grundkörper 4, wie in 3c dargestellt ist. Im Unterschied zu der 2c ist in der 3c keine Verschraubung dargestellt, sondern eine Verbindung des Grundkörpers 4 mit der Überzughülse 32 mittels des Bajonettverschlusses. Dabei ist die Ringschulter 44 in Richtung der Öffnung 46 geneigt, um eine Federkraft auf den Bajonettverschluss ausüben zu können.
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Da in einer Windkraftanlage häufig Drei- oder Mehrphasensysteme zum Einsatz kommen, ist es notwendig, zu verhindern, dass an den Sektionsgrenzen Kabel mit unterschiedlichen Phasen miteinander verbunden werden. Dies. könnte zu Kurzschlüssen führen und den Generator bzw. den Umrichter schädigen. Um ein phasenrichtiges Verbinden der Energieleitungen sicherzustellen, können die Adapter und Verbindungsstücke kodiert sein. Verschiedene Codierungen sind dabei möglich.
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4a, b, c zeigt eine Codierung der Grundkörper 4 bzw. deren Aufnahmen 18 anhand unterschiedlicher Neigungswinkel 20.
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Zu erkennen ist, dass in der 4a ein erster Neigungswinkel 20 realisiert ist.
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In 4b ist ein größerer Neigungswinkel 20 realisiert als in der 4a und in der 4c ist gezeigt, dass ein weiterer Neigungswinkel 20 möglich ist. Durch die unterschiedlichen Neigungswinkel ist es möglich, sicherzustellen, dass nur diejenigen Verbindungsstücke 30 in die Grundkörper 4 gesteckt werden, die hierzu gedacht sind. Durch die Codierung mittels der Neigungswinkel ist es möglich, eine phasenrichtige Verbindung von Energieleitungen sicherzustellen.
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In der 5a–c sind Grundkörper 4 mit Aufnahmen 18 mit unterschiedlichen Tiefen dargestellt. Wie zu erkennen ist, wird die Tiefe der Aufnahme 18 von 5a–5c immer kleiner, so dass sichergestellt ist, dass die richtigen Verbindungsstücke 30 in die Aufnahmen 18 eingeschoben werden.
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Eine weitere Codierung ist mittels des Querschnitts möglich, wie in den 6a–c gezeigt. In der 6a hat die Aufnahme 18 einen konischen Querschnitt. In der 6b ist der Querschnitt ein Pyramidenstumpf und in der 6c ist der Querschnitt der Aufnahme 18 mäandrierend. Auch mit Hilfe dieser unterschiedlichen Querschnitte ist eine Codierung möglich.
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Die zu den gezeigten Querschnitten korrespondierenden Verbindungsstücke 30 können Vorsprünge 40 mit entsprechenden Querschnitten aufweisen, so dass diese lediglich in die hierfür vorgesehenen Aufnahmen 18 eingesteckt werden können. Auch hierüber ist eine Codierung möglich und es kann sichergestellt werden, dass die Energieleitungen phasenrichtig miteinander verbunden werden.
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Mit Hilfe des gezeigten Systems ist eine Verbindung von Energieleitungen über Sektionsgrenzen einer Windkraftanlage hinweg in besonders einfacher Weise möglich. Hierdurch lassen sich Montagezeiten erheblich reduzieren, so dass die Montagekosten für eine Windkraftanlage reduziert werden. Auch ein Austausch von Leitungen ist bei dem gezeigten System besonders einfach möglich, da die Leitungen in besonders einfacher Weise voneinander getrennt und wieder zusammengesteckt werden können.
