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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Maschinenhaus für eine Windturbine, insbesondere eine Verkleidung für das Maschinenhaus, wobei die Maschinenhausverkleidung am Maschinenträger befestigt ist.
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Windkraftanlagen besitzen einen Turm, auf dem ein Maschinenhaus verdrehbar angeordnet ist, das auch als Gondel bezeichnet wird. Am Maschinenhaus ist ein mit einer Rotorwelle verbundener Rotor angeordnet, der wiederum eine Nabe und mindestens ein Rotorblatt umfasst. Das Maschinenhaus umfasst einen Maschinenträger sowie fast alle für den Betrieb der Windturbine erforderlichen Komponenten, wie zum Beispiel die Antriebswelle, das Hauptlager, das Getriebe, den Generator und die Windrichtungsnachführung.
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Das Maschinenhaus einer Windturbine weist typische Maße zwischen 3 und 8 Metern Breite und 3 bis 10 Metern Länge auf. Deshalb wird die Maschinenhausverkleidung aus mehreren Schalen gefertigt und transportiert, da der Transport einer kompletten Maschinenhausverkleidung sehr unpraktisch ist. Dazu hat das Maschinenhaus ein Gewicht von über 50 Tonnen.
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Das Maschinenhaus ist mit einer Maschinenhausverkleidung bzw. einem Gehäuse versehen, um dieses gegen Witterungseinflüsse zu schützen. Dazu gehört der Schutz gegen Wind, Eis und Schnee sowie Dichtheit gegen Wasser und Staub. Neben dieser Hauptfunktion erfüllen Maschinenhausverkleidungen noch vielfältige weitere Aufgaben. So sind zum Beispiel Ausstiegsöffnungen aus dem Maschinenhaus und Zugangsöffnungen in die Nabe vorgesehen. Weiterhin dienen Maschinenhausverkleidungen der Befestigung von Handläufen, Sicherungspunkten etc. Die Maschinenhausverkleidung besteht zum Beispiel aus glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK).
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Der Einsatz starrer Maschinenhausverkleidungen, die aus verschiedenen Schalen zusammengesetzt sind, ist aus dem Stand der Technik bekannt und wird in bestehenden Windturbinen eingesetzt. Derartige Maschinenhausverkleidungen weisen einige Nachteile auf, die sich in erster Linie bei der Produktion, dem Transport und dem Montageaufwand zeigen.
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Durch Neuentwicklungen sowie Designänderungen an den Hauptkomponenten einer Windturbine sind auch umfangreiche und zeitaufwändige Änderungen gefordert, die erneute rechnerische und experimentelle Nachweise der starren Maschinenhausverkleidungen benötigen.
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In der
DE 10 2008 027 498 A1 wird eine Verkleidung für ein Maschinenhaus einer Windturbine offenbart. Es ist eine Tragstruktur aus Rohren oder Streben vorgesehen, an der festgelegte starre Verkleidungssegmente angebracht sind, die eine abdeckende Oberfläche aus Kunststoff aufweisen und selbsttragend ausgeführt sind. Die Verkleidungssegmente lassen sich einfacher transportieren, da sie aufgrund der selbsttragenden Eigenschaft nicht aufwendig abgestützt werden müssen.
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Die
EP2218911A1 offenbart eine aus Verbundwerkstoff hergestellte Maschinenhausverkleidung für eine Windturbine. Die Maschinenhausverkleidung umfasst zwei Gehäuseschalen aus Verbundwerkstoff, die verbindbar sind. Während des Transports werden die Gehäuseschalen mit den darin eingelassenen Verbindungsprofilen ineinandergesteckt.
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Bekannt sind auch selbsttragende Maschinenhauskonstruktionen aus Aluminium. Der fertigungstechnische Aufwand in der Herstellung sowie bei der Errichtung dieser Maschinenhauskonstruktionen ist hoch.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Maschinenhausverkleidung anzugeben, welche unter anderem die Nachteile des Stands der Technik vermeidet. Insbesondere soll dabei eine Maschinenhausverkleidung mit hoher Festigkeit und geringem Gewicht erreicht werden.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Hauptanspruchs 1 gelöst. Die Maschinenhausverkleidung wird dabei teilweise durch eine Folie gebildet. Die Maschinenhausverkleidung wird nicht mehr durch steife Bauteile gebildet, wie zum Beispiel durch GFK-Schalen, sondern durch eine Folie, insbesondere eine flexible Folie. Dadurch wird eine deutliche Gewichtsreduzierung der Verkleidung des Maschinenhauses erreicht.
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Eine Folie kann auch eine stabile Plane sein, insbesondere eine Plane mit mehreren Schichten. Dabei können Materialien mit unterschiedlichen Eigenschaften in Form von dünnen Schichten kombiniert werden. Der wesentliche Unterschied zu dem oben angeführten Stand der Technik ist die Folienverkleidung, wobei die Folie eine niedrige Steifigkeit aufweist.
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Die Folienverkleidung ist flexibel adaptierbar auf unterschiedliche Maschinenhausmaße. Zusätzlich wird das Gewicht des Maschinenhauses im Vergleich zu bestehenden Maschinenhausverkleidungen drastisch gesenkt. Dadurch reduzieren sich die Kosten für die Fertigung und Zusatzausrüstung sowie die Transportkosten. Zusätzliche Nachrüstungen, wie sie bei starren Maschinenhausverkleidungen vorkommen, werden reduziert. Außerdem bietet die Folie eine flexiblere Handhabung als starre Maschinenhausverkleidungen.
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Für den Transport einer starren Maschinenhausverkleidung, die aus mehreren Schalen besteht, werden aufgrund der Abmessungen Sondertransporte benötigt. Diese Transporte sind sowohl logistisch sehr aufwendig als auch kostenintensiv. Deshalb wird die Maschinenhausverkleidung erfindungsgemäß nicht mehr aus Schalen zusammengesetzt, sondern die Maschinenhausverkleidung wird durch die Folie gebildet. Durch die Erfindung kann verhindert werden, dass Sondertransporte nötig sind. Es wird eine robuste und witterungsbeständige Maschinenhausverkleidung gebildet, die einfach zu transportieren und kosteneffizient ist, gleichzeitig aber auch besonders leicht ist.
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Eine Tragstruktur aus Streben, vorzugsweise aus Kunststoff bzw. Verbundwerkstoff, insbesondere aus GFK, ist als eine Art Rahmen vorgesehen und mit dem Maschinenträger verbunden. Die Maschinenhausverkleidung wird durch die Tragstruktur und die daran, zum Beispiel durch Schraubverbindungen, befestigte Folie gebildet. Die als Rahmen ausgebildete Tragstruktur trägt die Folie und insbesondere die flexible Folie kann dadurch nicht zusammenfallen. Durch das Zusammenwirken der Folie und der als Rahmen ausgebildeten Tragstruktur wird so eine besonders stabile und leichte Gesamtstruktur gebildet.
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Es gibt verschiedene Möglichkeiten der Anbringung der Folie. Die Folie kann auf der Innenseite der Tragstruktur angeordnet sein. Das bedeutet, dass die Folie an der Innenseite einer tragenden Rahmenstruktur befestigt ist. Dadurch wird eine besonders gute Austauschbarkeit der Folie gewährleistet.
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Als Innenseite ist der Raum definiert, der im Maschinenhaus angeordnet ist, bzw. von der Verkleidung umschlossen ist. Als Außenseite gilt dementsprechend alles, das nicht von der Maschinenhausverkleidung umgeben ist.
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Die Folie kann auf der Außenseite der Tragstruktur angeordnet sein. Das bedeutet, dass die Folie um eine lastabtragende Rahmenstruktur gespannt und mit ihr verbunden ist. Diese Variante dient insbesondere dem Schutz der Tragstruktur.
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Die aus Streben geformte Tragstruktur bildet Fenster bzw. Zwischenflächen. In einer möglichen Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Maschinenhauses kann die Folie die Fenster bzw. Zwischenflächen im Wesentlichen verschließen. Das bedeutet, dass zum Beispiel der Boden, das Dach und/oder die Seitensegmente von Folie bedeckt sind.
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Eine besondere Ausführungsform ist ein selbsttragendes Foliensystem ohne zusätzliche Tragstruktur. Zum Beispiel wird die Tragstruktur durch mit Luft gefüllte Strukturen in der Folie gebildet. Das Prinzip ähnelt einer Hüpfburg oder selbsttragenden aufblasbaren Leinwänden, wie sie zum Beispiel bei der Übertragung eines Großereignisses verwendet werden. Die Lasten werden durch die Verkleidung selbst aufgenommen. Der Vorteil von dieser Aufführungsform besteht darin, dass kein zusätzlicher, als eigenes Bauteil ausgeführter Rahmen nötig ist, wodurch dieses Foliensystem besonders schnell montierbar ist.
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Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Maschinenhausverkleidung basiert auf einem Panelsystem. Das bedeutet, dass die Verkleidung aus Flächenstücken zusammengesetzt ist, wobei jeweils ein Panelrahmen mit Folie bespannt ist. Die Folie wird innerhalb dieses Panelrahmens aufgespannt. So wird ein selbsttragendes Rahmensystem gebildet. Es wird kein zusätzlicher Rahmen benötigt, sondern es wird eine allein für sich bestehende Tragstruktur gebildet. Die einzelnen Panelrahmen sind durch Verbindungsmittel verbunden. Die Funktion der Tragstruktur wird durch das Zusammenwirken der einzelnen Panelrahmen erfüllt. Das Panelsystem hat den Vorteil, dass beim Zusammenbau der Maschinenhausverkleidung vorgefertigte Elemente verwendet werden können. Dadurch können Fertigungsfehler beim Umgang mit der Folie reduziert werden, da kleinere Folienstücke verwendet werden. Diese sind leichter transportierbar und somit kostengünstiger.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante umfasst die Verkleidung mindestens ein Bauteil von höherer Steifigkeit, welches als festes Verkleidungssegment ausgebildet sein kann. Diese Verkleidungssegmente als Bauteile von höherer Steifigkeit können selbsttragend ausgeführt sein und eine abdeckende Oberfläche, zum Beispiel aus Kunststoff, aufweisen. Insbesondere besonders stark belastete Teile, wie zum Beispiel Teile des Daches und/oder des Bodens können aus anderen stabileren Materialien gefertigt sein, um die Begehbarkeit des Maschinenhauses zu gewährleisten. Dies ist auch besonders notwendig für die Installation von Anbauteilen sowie für die Zugänglichkeit des Maschinenhauses, zum Beispiel zu Wartungszwecken. Diese Verkleidungssegmente von höherer Steifigkeit können zum Beispiel aus GFK gefertigt sein.
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Durch die Kombination von festen und flexiblen Bauteilen ist eine effiziente und dadurch kostengünstigere Fertigung des Maschinenhauses möglich, da nur an besonders stark belasteten Stellen feste und dadurch kostenaufwendigere Bauteile verwendet werden. An allen Stellen, die weniger stark belastet sind, können kostengünstigere Bauteile verwendet werden.
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Die Folie kann als ein- oder mehrschichtiger Folienverbund ausgebildet sein, der ausgewählte Funktionen der Maschinenhausverkleidung beinhaltet. Eine Einzelschicht des Folienverbundes kann dabei mehrere oder alle Funktionen übernehmen. Im Idealfall besteht der Folienverbund aus möglichst wenig Einzelschichten.
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Alle Funktionen der Maschinenhausverkleidung werden durch den flexiblen multifunktionalen Folienverbund erfüllt. Der Folienverbund ist derart ausgebildet, dass die Funktionen, wie zum Beispiel Wind- und Witterungsbeständigkeit über eine Laufzeit von über 20 Jahren unter On- und Offshorebedingungen, Staub- und Wasserdichtheit, Farbstabilität, Selbstreinigungseigenschaften, Schallschutz, und/oder Abschirmung gegen elektromagnetische Strahlen erfüllt werden.
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Die Reihenfolge dieser Einzelschichten richtet sich nach den Funktionen der einzelnen Folien. Eine erste Folie kann als äußere Folie ausgebildet sein. Diese Folie muss widerstandsfähig und wetterfest sein. Sie muss einen farbstabilen und kratzfesten Schutz gegen äußere chemische und physikalische Beanspruchungen gewährleisten. Dazu gehören unter anderem Wasser und Verschmutzungen, Feuer und UV-Licht, Staub und andere Partikel sowie Tiere und/oder abgelegte Werkzeuge.
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Eine weitere Folie kann als lastabtragende Schicht zur Ableitung aller Lasten in die Trägerstruktur ausgebildet sein. Diese Folie muss formstabiler ausgebildet sein.
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Eine weitere Folie kann wärme- und/oder schalldämmende Eigenschaften aufweisen. Eine Dämpfung elektromagnetischer Felder im Falle eines Blitzschlages ist als Folieneigenschaft nur erforderlich, wenn interne Komponenten über kein eigenes elektromagnetisches Schutzsystem verfügen. Diese Folie kann zum Beispiel als Aluminiumfolie ausgebildet sein, um diese Funktion zu erfüllen.
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Eine weitere Folie, die an der Innenseite der Tragstruktur anliegt, ist so ausgebildet, dass sie Schutz gegen chemische und physikalische Beanspruchungen und Beschädigungen von innen bietet. Dies ist zum Beispiel insbesondere für den Brandschutz im Falle von Funkenflug wichtig.
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Eine technisch sinnvolle Variante umfasst eine äußere Bespannung des Maschinenhauses mit einer widerstandsfähigen und wetterfesten Folie und ein Foliensystem an der Innenseite mit hauptsächlich wärme- und schalldämmenden Eigenschaften.
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Eine besondere Ausführungsform der Maschinenhausverkleidung betrifft die Anordnung der unterschiedlichen Folien an unterschiedlichen Stellen. Eine erste Folie liegt an einer ersten Stelle an, wo eine weniger belastbare Folie benötigt wird. Eine zweite Folie liegt an einer weiteren Stelle, an der eine besonders stabile Folie erforderlich ist.
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Die verschiedenen Varianten der Bespannung der Folie an der Tragstruktur lassen sich beliebig variieren. Das richtet sich nach dem Bedarf der einzelnen Bereiche des Maschinenhauses. Speziell die Verkleidung für den Dach-, Boden- und/oder Frontbereich richtet sich nach den spezifischen Anforderungsprofilen dieser besonders stark belasteten Bereiche.
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Das Maschinenhaus umfasst Anbauteile, wie zum Beispiel Windsensoren, Flugbefeuerungen und andere Dachkonstruktionen, die einen stabileren Untergrund benötigen. Diese können direkt mit der Tragstruktur verbunden sein. Hierbei werden die Ansprüche an die punktuelle Belastbarkeit der Folie erhöht. Mechanismen sind erforderlich, um die Folienverkleidung wiederholt zu öffnen und zu schließen.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus den Zeichnungen anhand der Beschreibung hervor.
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1 eine Windturbine mit Maschinenhaus
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2 eine Querschnittsdarstellung des Maschinenhauses
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3 eine Querschnittsdarstellung gem. 2 einer zweiten Ausführungsform des Maschinenhauses
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4 Schematische Darstellung der Folienverkleidung an der Innenseite einer tragenden Rahmenstruktur
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5 Schematische Darstellung der Folienverkleidung an der Außenseite um eine lastabtragende Rahmenstruktur
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6 Schematische Darstellung des Panelsystems
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In 1 ist eine Windturbine 1 mit einem Turm 2 und einem auf dem Turm 2 drehbar gelagerten Maschinenhaus 4 dargestellt. In dem Maschinenhaus 4 ist ein Triebstrang vorgesehen, der eine auf einem Maschinenträger 13 drehbar gelagerte Rotorwelle 7 umfasst, die gegebenenfalls über ein Getriebe mit einem Generator verbunden ist. An der Rotorwelle 7 ist ein Rotor 5 angeordnet, der wiederum eine Nabe 22 und mindestens ein Rotorblatt 3 umfasst.
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In 2 ist eine Ausführungsform des prinzipiellen Aufbaus des erfindungsgemäßen Maschinenhauses 4 mit einer Nabe 22 mit exemplarisch zwei angedeuteten Rotorblättern 3 und einem Maschinenträger dargestellt. Das Azimutlager 6, über das die Nachführung des Maschinenhauses 4 erfolgt, ist angedeutet. Das Azimutlager 6 stellt die drehbare Verbindung zwischen dem Maschinenhaus 4 und dem Turm 2 dar, wobei über das Azimutlager 6 die gesamte Last in den Turm 2 übertragen wird.
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Es ist eine Tragstruktur 16 zu sehen, die Querstreben 14 und Stützstreben 15 umfasst, und mit dem Maschinenträger 13 verbunden ist. Zu erkennen sind ein Dachsegment 9, ein Bodensegment 10, ein Frontsegment 12, ein Rückensegment 11 sowie zwei Seitensegmente. Das Frontsegment 12 wird von der Rotorwelle 7 durchbrochen. Das Rückensegment 11 ist parallel zum Frontsegment 12 ausgebildet. Das Dachsegment 9 sowie das Bodensegment 10 verlaufen parallel zur Drehachse 8. Die Seitensegmente sind zum Turm 2 ausgerichtet. An der Tragstruktur 16 ist die Folie 18 angeordnet. Die Stellen, an der die Verkleidung 23 im Wesentlichen aus Folie 18 besteht, sind die nicht schraffierten Bereiche der Verkleidungssegmente in 2 und 3.
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Das Dachsegment 9 setzt sich aus verschiedenen Bestandteilen zusammen. Teile der Verkleidung 23 des Daches bestehen aus festen Bauteilen 17, die eine höhere Steifigkeit aufweisen, die zum Beispiel aus GFK gefertigt sein können. Die festen Bauteile 17 höherer Steifigkeit sind schraffiert dargestellt.
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Die Verkleidung 23 des Frontsegmentes 12 besteht im Wesentlichen aus Folie 18. Die Verkleidung 23 am Frontsegment 12 hat eine Öffnung, durch die die Rotorwelle 7 geführt wird. An der Rotorwelle 7 ist ein Rotor 5 angeordnet, der außerhalb der Maschinenhausverkleidung die Nabe 22 mit den Rotorblättern 3 umfasst.
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Nicht dargestellt in 2 ist, dass eine Verbindung zwischen den festen Bauteilen 17 des Dachsegmentes 9 möglich ist. Dies ist zum Beispiel für eine Begehung des Maschinenhauses 4 wichtig, die für eine Wartung nötig sein kann.
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Das Bodensegment 10, Teile des Dachsegmentes 9 sowie das Frontsegment 12 sind mit Folie 18 bespannt. Die Befestigung der Folie 18 an der Tragstruktur 16 kann durch nicht dargestellte Schraubverbindungen oder andere Verbindungen befestigt werden.
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Eine weitere Öffnung der Verkleidung 23 ist im Bodensegment 10 dargestellt. Dadurch wird das Maschinenhaus 4 über eine drehbare Verbindung mit dem Turm 2 der Windturbine 1 verbunden.
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Denkbar, aber nicht in 2 dargestellt, ist, dass das Bodensegment 10 des Maschinenhauses 4 analog zum Dachsegment 9 oder Frontsegment 12 feste Bauteile 17 höherer Steifigkeit enthalten kann.
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Feste Bauteile 17 von höherer Steifigkeit können, wie für das Dachsegment 9 sowie das Frontsegment 12 beschrieben, in allen Bereichen der Verkleidung 23 des Maschinenhauses 4 eingebaut werden, wenn die Anforderungsprofile es erfordern, Das ist zum Beispiel für das Bodensegment 10 möglich, um die Begehbarkeit des Maschinenhauses zu gewährleisten.
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Als Innenseite 20 ist der Raum definiert, der im Maschinenhaus angeordnet ist, bzw. von der Verkleidung 23 umschlossen ist. Als Außenseite 21 gilt dementsprechend alles, das nicht von der Verkleidung 23 umgeben ist. Die Definition der Innenseite 20 sowie der Außenseite 21 gilt auch für die nachfolgenden Ausführungsbeispiele.
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3 zeigt eine weitere Ausführungsform des prinzipiellen Aufbaus des Maschinenhauses 4. Wie in 2 ist der Maschinenträger 13 zu sehen, das Azimutlager 6 als Verbindung zwischen Maschinenhaus 4 und Turm 2 ist angedeutet. Der Rotor 5 ist in dieser Darstellung nicht abgebildet.
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Es ist eine Tragstruktur 16 zu erkennen, die Querstreben 14 und Stützstreben 15 umfasst. Bei dieser Ausführungsform wird die Verkleidung 23 im Wesentlichen vollständig durch die Folie 18 gebildet. Die Folie 18 bedeckt im Wesentlichen die gesamte Oberfläche des Maschinenhauses 4. Nicht dargestellte Anbauteile, wie zum Beispiel Windmesser, Flugbefeuerungen und/oder andere Dachkonstruktionen, die einen stabileren und tragfähigeren Untergrund benötigen, können direkt mit der Tragstruktur 16 verbunden sein.
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Die 4, 5 und 6 zeigen verschiedene Varianten der möglichen Verbindungen zwischen Tragstruktur 16 und Folie 18. In 4, 5 und 6 wird die Folie 18 kreuzschraffiert zur besseren Veranschaulichung dargestellt. In 4 wird die Folie 18 an der Innenseite 20 einer Tragstruktur 16 befestigt.
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In 5 ist die Folie 18 an der Außenseite 21 der Tragstruktur 16 befestigt und mit der Tragstruktur 16 durch nicht dargestellte Verbindungen verbunden.
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Die in 6 dargestellte Variante zeigt ein Panelsystem, wobei die Verkleidung 23 aus Flächenstücken 24 zusammengesetzt ist und die Folie 18 jeweils innerhalb der einzelnen Panelrahmen 19 der Flächenstücke 24 aufgespannt wird, bzw. die Folie 18 von den einzelnen Panelrahmen 19 umgeben wird. So ergeben sich verschiedene mit Folie 18 bespannte Flächenstücke 24, aus denen somit die Verkleidung 23 gebildet wird. So entsteht ein selbsttragendes Rahmensystem. Die einzelnen Panelrahmen 19 sind durch Verbindungsmittel 25 verbunden. Bei dieser Ausführungsform wird kein zusätzlicher Rahmen benötigt, sondern es wird eine allein für sich bestehende Tragstruktur gebildet. Die Funktion der Tragstruktur wird durch das Zusammenwirken der einzelnen Panelrahmen 19 erfüllt.
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Es sind weitere Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Folienbespannung möglich, die nicht dargestellt sind. Es ist eine Kombination der 4 und 5 denkbar, wobei zum Beispiel eine widerstandsfähige, wetterfeste Folie an der Außenseite 21 der Tragstruktur 16 befestigt ist und eine wärme- und schalldämmende Folie 18 an der Innenseite 20 der Tragstruktur 16 angelegt ist. Denkbar sind auch andere Kombinationen, je nach Anforderungsprofil.
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Die in den beschriebenen Ausführungsbeispielen offenbarten Merkmalskombinationen sollen nicht limitierend auf die Erfindung wirken, vielmehr sind auch die Merkmale der unterschiedlichen Ausführungen miteinander kombinierbar.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Windturbine
- 2
- Turm
- 3
- Rotorblatt
- 4
- Maschinenhaus
- 5
- Rotor
- 6
- Azimutlager
- 7
- Rotorwelle
- 8
- Drehachse
- 9
- Dachsegment
- 10
- Bodensegment
- 11
- Rückensegment
- 12
- Frontsegment
- 13
- Maschinenträger
- 14
- Querstrebe
- 15
- Stützstrebe
- 16
- Tragstruktur
- 17
- Feste Bauteile
- 18
- Folie
- 19
- Panelrahmen
- 20
- Innenseite
- 21
- Außenseite
- 22
- Nabe
- 23
- Verkleidung
- 24
- Flächenstück
- 25
- Verbindungsmittel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008027498 A1 [0007]
- EP 2218911 A1 [0008]
