DE102014113292B4

DE102014113292B4 - Messboje

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Publication number: DE102014113292B4
Application number: DE102014113292.0A
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-09-16
Filing date: 2014-09-16
Publication date: 2020-06-18
Anticipated expiration: 2034-09-17
Also published as: DE102014113292A1

Abstract

Messboje (1; 100) für die Anordnung wenigstens eines Messinstrumentes (M) im Bereich zumindest einer Off-Shore-Windenergieanlage mit einem Bojenkörper (4; 104), der einen zur Anordnung unterhalb einer Wasserlinie (2) ausgelegten Unterwasserabschnitt (6; 106) sowie einen zur Anordnung oberhalb der Wasserlinie (2) ausgelegten Überwasserabschnitt (7; 107) aufweist, und mit wenigstens einer an dem Bojenkörper (4; 104) angeordneten, in dem Überwasserabschnitt (7; 107) liegenden Instrumentenaufnahme zur Festlegung wenigstens eines Messinstrumentes (M), wobei der Unterwasserabschnitt (6; 106) und der Überwasserabschnitt (7; 107) des Bojenkörpers (4; 104) entlang einer Grenzlinie (5; 105) aneinander grenzen, welche Grenzlinie (5; 105) entlang der Wasserlinie (2) bei an dem Einsatzort in ruhigem Wasser mit glatter Oberfläche im Wasser angeordneter Messboje (1; 100) verläuft, wobei in dem Unterwasserabschnitt (6; 106) des Bojenkörpers (4; 104) ein erster Auftriebskörper (8; 108) angeordnet ist, der in einer Richtung parallel zu der Ebene, in der die Grenzlinie (5; 105) verläuft, einen ersten Durchmesser (D) aufweist, dass der Bojenkörper (4; 104) in einem senkrecht zu der Ebene, in der die Grenzlinie (5; 105) verläuft, beidseits der Grenzlinie (5; 105) sich erstreckenden Übergangsabschnitt (9; 109) einen zweiten, in der Richtung parallel zu der Ebene, in der die Grenzlinie (5; 105) verläuft, genommenen Durchmesser (D) aufweist, der kleiner ist als der erste Durchmesser (D) und dass der Bojenkörper (4; 104) in dem Überwasserabschnitt (7; 107) einen zweiten Auftriebskörper (10; 110) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Messboje (1, 101) im Übergangsabschnitt (9; 109) wenigstens einen kreiszylindrischen Abschnitt mit gleichbleibendem Durchmesser aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Messboje für die Anordnung wenigstens eines Messinstrumentes im Bereich zumindest einer Off-Shore-Windenergieanlage. Diese Messboje weist einen Bojenkörper auf, der einen zur Anordnung unterhalb einer Wasserlinie ausgelegten Unterwasserabschnitt sowie einen zur Anordnung oberhalb der Wasserlinie ausgelegten Überwasserabschnitt aufweist. Die Messboje weist ferner wenigstens eine Instrumentenaufnahme zur Festlegung wenigstens eins Messinstrumentes auf, die an dem Bojenkörper angeordnet ist und in dem Überwasserabschnitt des Bojenkörbers liegt. Weiterhin grenzen der Unterwasserabschnitt und der Überwasserabschnitt des Bojenkörpers entlang einer Grenzlinie aneinander, wobei diese Grenzlinie bei an dem Einsatzort in ruhigem Wasser mit glatter Oberfläche im Wasser angeordneter Boje entlang der Wasserlinie verläuft.
Messbojen dieser Art werden vielfach genutzt, um im Off-Shore-Bereich aufgestellte Windenergieanlagen oder - was häufiger anzutreffen ist - ganze Windparks, die aus einer Vielzahl von in einem Feld aufgestellten Windenergieanlagen zusammengesetzt sind, zu steuern, beziehungsweise die für die Steuerung der Windenergieanlage(n) relevanten Parameter zu erfassen. Auf solchen Messbojen können Sensoren für die Windgeschwindigkeit, die Windrichtung, für die Erfassung von Windprofilen, für den Seegang oder dergleichen angeordnet sein. Beschreibungen zu der Verwendung von Messbojen im Zusammenhang mit der Steuerung von Windenergiesystemen (seien dies einzelne Windenergieanlagen oder seien dies mehrere in einem Park zusammengeschlossene derartige Windenergieanlagen) sind in den deutschen Offenlegungsschriften DE 10 2012 009 867A1 und DE 10 2012 011 216A1 offenbart und dargelegt.
Typische und herkömmlicherweise für diese Verwendung genutzte Messbojen weisen dabei eine Form auf, wie z. B. die in der in der DE 20 55 167 A dortigen 1 mit der Bezugsziffer 11 bezeichnete Boje, bei es sich in dem in dieser Druckschrift offenbarten System um eine Versorgungsboje handelt.
Eine solche Boje weist als Bestandteil ihres Bojenkörpers einen Auftriebskörper auf, in dem entlang der Grenzlinie, die sich typischerweise bei im Wasser angeordneter Boje mit der Wasserlinie bei ruhiger Wasseroberfläche deckt, der Überwasserabschnitt mit dem Unterwasserabschnitt zusammentrifft. Dabei weist bei einer solchen Boje der Auftriebskörper in dem Abschnitt, in dem die Grenzlinie verläuft einen deutlich großen, insbesondere gegenüber zum Unterwasserabschnitt hin angrenzenden Bereichen einen größeren Durchmesser auf, wobei dieser Durchmesser in Richtung des Überwasserabschnittes noch ansteigt, um somit eine Auftriebsreserve zu bilden. Durch diese Gestaltung soll verhindert werden, dass eine entsprechend gebildete Messboje bei in vertikaler Richtung wirkenden, an ihr angreifenden Kräften über eine wesentliche Tiefe in das Wasser eintaucht, um so einerseits die auf ihr bzw. an ihr festgelegten Messinstrumente nicht dem Wasser auszusetzen, andererseits deren Höhenposition möglichst beizubehalten, um auch bei rauerer See weiterhin zuverlässig und reproduzierbar hinsichtlich der Messbedingungen aufgenommene Messwerte, z. B. im Hinblick auf die Windgeschwindigkeit und Windrichtung in einer bestimmten Messhöhe, erhalten und weitergeben zu können.
Ebenfalls typisch ist die Stabilisierung durch ein in einem vertikal unterem Abschnitt des Unterwasserabschnittes der Messboje angeordnetes Kontergewicht, welches in der DE 20 55 167 A in der 1 mit dem Bezugszeichen 12 bezeichnet und in der Beschreibung als „Kielgewicht“ betitel ist. Durch dieses Gewicht wird bei an der Messboje angreifenden Kippmomenten, die zu einer Auslenkung der Längsachse der Boje aus der Vertikalen führen, ein diese Boje wieder aufrichtendes Gegenmoment erhalten.
Grundsätzlich können mit den bekannten Messbojen bereits recht gute und reproduzierbare Messergebnisse erzielt werden, wobei jedoch weiterhin Verbesserungsmöglichkeiten gegeben sind. Insbesondere bei rauen Witterungsbedingungen, also rauer See und einem kräftigen Seegang, bei dem fortwährend Wellen gegen den Bojenkörper anrollen, bietet dieser aufgrund des im Bereich der Grenzlinie und somit im Bereich der Wasserlinie liegenden großen Durchmessers des Auftriebskörpers eine große Angriffsfläche für die Wellen und mithin die durch diese auf die Boje übertragenen Kräfte und Momente. Insoweit neigt eine nach dem Stand der Technik gebildete Messboje zum Kippen bzw. Schlingern, so dass ein an ihrem Überwasserabschnitt angeordnetes Messinstrument bei stärkerem Seegang regelmäßig aus einer durch die Position der Messboje in ruhigem Wasser vorgegebenen Solllage ausgelenkt und in nicht mehr definierte Positionen verkippt bzw. bewegt wird. Dieser Nachteil führt zu Ungenauigkeiten der Messungen, insbesondere wenn mit dem an der Messboje festgelegten Messinstrument hochaufgelöste Messdaten, wie z. B. vertikale Windprofile, aufgenommen werden sollen. Derartige vertikale Windprofile können z. B. mit LIDAR- oder SODAR-Sensoren erfasst werden, wobei die Genauigkeit der Profilaufnahme jedoch voraussetzt, dass sich die entsprechenden Sensoren in einer definierten und möglichst unveränderten Position und Ausrichtung ihrer Messrichtung befinden.
In der JP 2007253888 A wird zur Stabilisierung einer Messboje mit Antenne der Einsatz von zwei oder mehr teilsphärischen Auftriebskörpern vorgeschlagen. Hierbei soll durch das Zusammenspiel der auf die Auftriebskörper wirkenden Gravitations- und Auftriebskräfte die Antenne beim Auftreffen einer Welle möglichst senkrecht gehalten werden bzw. möglichst unmittelbar die Antenne erneut in eine senkrechte Position verbracht werden. Nachteilig ist hier, dass durch den weiterhin großen Durchmesser der Boje im Bereich der Grenzlinie der unmittelbar miteinander verbundenen Auftriebskörpern, welcher ebenso der Wasserlinien entspricht, nichtsdestotrotz eine große Angriffsfläche für die Wellen und deren Kräfte und Momente besteht, ein Auslenken der Boje, somit keinesfalls verhindert werden kann, vielmehr durch auf die zusätzlichen Auftriebskörper wirkenden Auftriebs- und Gravitationskräfte die Auslenkung der Boje verringert wird, indes jedoch vor allem die Boje möglichst schnell wieder in eine senkrechtet Position verbracht wird.
Hier besteht also weiterhin ein Bedarf nach im Hinblick auf eine auch bei rauerer See und stärkerem Seegang in ihrer Lage sehr stabilen und somit die Messposition eines an ihr angeordneten Messsensors bzw. Messinstrumentes beibehaltenden Messboje.
Diese Aufgabe, also eine Messboje anzugeben, die eine im Hinblick auf eine im Vergleich zu konventionellen und bis dato bekannten Messbojen auch bei höherem Seegang und rauerer See ruhigere Lage einnimmt bzw. beibehält, wird mit der vorliegenden Erfindung gelöst.
Die erfindungsgemäße Lösung besteht nun darin, dass bei einer Messboje für die Anordnung wenigstens eines Messinstrumentes zumindest einer Off-Shore-Windenergieanlage der eingangs genannten Art, also einer Messboje, die einen Bojenkörper, der einen zur Anordnung unterhalb einer Wasserlinie ausgelegten Unterwasserabschnitt sowie einen zur Anordnung oberhalb der Wasserlinie ausgelegten Überwasserabschnitt aufweist, und mit wenigstens einer an den Bojenkörper angeordneten in dem Überwasserabschnitt liegenden Instrumentenaufnahme zur Festlegung wenigstens eines Messinstrumentes, wobei der Unterwasserabschnitt und der Überwasserabschnitt des Bojenkörpers entlang einer Grenzlinie aneinander grenzen, welche Grenzlinie entlang der Wasserlinie bei an dem Einsatzort in ruhigem Wasser mit glatter Oberfläche im Wasser angeordneten Boje verläuft, in dem Unterwasserabschnitt des Bojenkörpers ein erster Auftriebskörper angeordnet ist, der in einer Richtung parallel zu der Ebene, in der die Grenzlinie verläuft, einen ersten Durchmesser aufweist, dass weiterhin der Bojenkörper in einem senkrecht zu der Ebene, zu der die Grenzlinie verläuft, beidseits der Grenzlinie sich erstreckenden Übergangsabschnitt einen zweiten, in der Richtung parallel zu der Ebene, in der die Grenzlinie verläuft, genommenen Durchmesser aufweist, der kleiner ist als der erste Durchmesser und dass der Bojenkörper in dem Überwasserabschnitt einen zweiten Auftriebskörper aufweist.
Der erste Auftriebskörper dient dabei dem Schaffen eines ausreichenden Auftriebes, um die Boje mit dem Überwasserabschnitt oberhalb der Wasserlinie ruhen zu lassen, wenn diese im Wasser angeordnet ist. Der durch den ersten Auftriebskörper erzeugte Auftrieb ist dabei so auszulegen, dass er wenigstens ein an der Messboje anzuordnendes Messinstrument mit trägt. Dabei wird der Fachmann diesen Auftriebskörper hinsichtlich seines Volumens derart gestalten, dass dieses unter Berücksichtigung des Gesamtgewichts der Boje und des oder der an der Boje anzuordnenden Messinstrumentes bzw. Messinstrumente und weiterhin unter Berücksichtigung der für den Einsatzort der Boje typischen Gegebenheiten (Wassertemperatur und Salzgehalt) ausreicht, um dem Bojenkörper derart im Wasser zu halten, dass die Wasserlinie entlang der Grenzlinie zwischen Unterwasserabschnitt und Überwasserabschnitt in der gewünschten Weise verläuft.
Dabei liegt der erste Auftriebskörper vollständig in dem Unterwasserabschnitt und ist nicht, wie bei den bekannten Messbojen üblich in einem Übergangsbereich zwischen dem Unterwasserabschnitt und dem Überwasserabschnitt angeordnet.
In diesem Übergangsabschnitt verläuft die erfindungsgemäße Messboje, und dies ist eine wesentliche Eigenschaft derselben, mit verschlanktem, gegenüber. dem ersten Durchmesser des ersten Auftriebskörpers geringerem Durchmesser.
Durch diese Maßnahme wird erreicht, dass eine Angriffsfläche für Wasserwellen deutlich verringerter wird, so dass bei entsprechendem Seegang weniger Kräfte auf die Messboje wirken, geringere Impulse und Momente übertragen werden.
Um allerdings sicherzustellen, dass bei einer Vertikalbewegung der Boje aufgrund des geringen spezifisch auf die Querschnittfläche bezogenen Auftriebes der Messboje im Übergangsbereich kein zu tiefes Eintauchen der Boje in das Wasser erfolgt, ist weiterhin, und auch dies ist für die Erfindung wesentlich, ein zweiter Auftriebskörper vorgesehen, der in dem Überwasserabschnitt gelegen ist und der einen Reserveauftrieb bildet. Taucht also die Boje aufgrund einer in Vertikalrichtung angreifenden Kraft bzw. einer solchen Kraftkomponente in das Wasser ein und bewegt sich quer zur Wasseroberfläche, so sorgt ein Eintauchen des zweiten Auftriebskörpers, der den Reserverauftrieb bildet, für einen Stopp dieses Eintauchvorganges und ein erneutes Anheben der Messboje in ihre Ausgangslage. Dabei ist aber bereits durch die Verringerung des Querschnittes im Bereich der Grenzlinie die Übertragung entsprechender Kräfte bzw. Kraftkomponenten, die in einer Richtung quer, insbesondere senkrecht zur Wasseroberfläche wirken und ein entsprechendes Eintauchen der Boje bewirken, die Neigung der erfindungsgemäßen Messboje zu einem solchen Eintauchen deutlich verringert, verhält sich diese Messboje verglichen mit vorbekannten Modellen diesbezüglich deutlich ruhiger und positionsgetreuer.
Der Unterschied der Durchmesser erster Durchmesser und zweiter Durchmesser sollte insbesondere ein wesentlicher sein, wobei ein möglichst geringer zweiter Durchmesser angestrebt wird. So kann insbesondere der zweite Durchmesser einen Bruchteil des ersten Durchmessers betragen, z.B. 50%, 20%, 10% oder gar weniger.
Die Ausbildung des zweiten Auftriebskörpers kann auf unterschiedliche Weise erfolgen. So kann hier ein Auftriebskörper dadurch gebildet sein, dass der Bojenkörper im Überwasserabschnitt einen gegenüber dem zweiten Durchmesser vergrößerten dritten Durchmesser aufweist, der einen Hohlraum umschließt. Bei dieser Möglichkeit wird der zweite Auftriebskörper durch eine reine Volumenvergrößerung gebildet.
Der zweite Auftriebskörper kann aber auch durch eine abweichende Wahl der Wandstärke des hohl ausgebildeten zweiten Auftriebskörpers gebildet sein, ohne dass hier eine (wesentliche) Veränderung des Durchmessers gegenüber dem zweiten Durchmesser in dem Übergangsabschnitt erfolgt, oder es kann der Reserveauftrieb und damit der zweite Auftriebskörper durch eine entsprechende Materialwahl in einem den zweiten Auftriebskörper bildenden Abschnitt des Überwasserabschnittes des Bojenkörpers gebildet werden, indem hier ein Material mit geringer Dichte bzw. höherem spezifischen (auf die Querschnittsfläche bezogenem) Auftrieb gewählt wird, als dies in dem Übergansabschnitt des Bojenkörpers der Fall ist.
Der Bojenkörper weist ferner im Übergangsabschnitt wenigstens einen kreiszylindrischen Abschnitt mit gleichbleibendem Durchmesser auf bzw. ist durch einen solchen gebildet. Dabei kommen Lösungen infrage bei denen die Messboje tatsächlich lediglich einen derartigen kreiszylindrischen Abschnitt im Übergangsbereich aufweist, der entweder als Vollzylinder oder aber auch als Hohlzylinder (also rohrförmig) gebildet sein kann, es kommen aber auch solch Lösungen in Betracht, bei denen nebeneinander angeordnet und miteinander entsprechend verbunden zwei, drei oder sogar mehr derartige Abschnitte verlaufen. Entscheidend ist hierbei lediglich, dass der gesamte Durchmesser im Bereich der Grenzlinie und in dem Übergangsabschnitt größer ist als der Durchmesser eines oder auch mehrerer möglicher im Unterwasserabschnitt der Messboje angeordneter Auftriebskörper(s) zusammengenommen.
In dem Übergangsabschnitt kann die Boje insbesondere und vorzugsweise einen einheitlich durchgehend gleichbleibenden Durchmesser aufweisen. Es ist aber ebenso möglich, dass der Durchmesser in dem Übergangsabschnitt variiert, wobei dieser allerdings insgesamt an allen Stellen geringer ist als der erste Durchmesser des in dem Unterwasserabschnitt angeordneten ersten Auftriebskörpers.
Mit Vorteil kann der Übergangsabschnitt sich über eine Länge von jeweils wenigstens 2 Metern, insbesondere wenigstens 2,5 Metern, vorzugsweise wenigstens 3 Metern ausgehend von der Grenzlinie in Richtung des Überwasserabschnittes und des Unterwasserabschnittes erstrecken. Mit anderen Worten erstreckt sich der Übergangsabschnitt bei dieser Lösung symmetrisch in beide Richtungen ausgehend von der Grenzlinie und weist insgesamt eine Länge von wenigstens 4 m, insbesondere wenigstens 5 m, vorzugsweise wenigstens 6 m auf. Durch diese Maßnahme wird erreicht, dass für signifikante Wellenhöhe, die bis zu 5 m (gemessen von Wellenberg zu Wellental) betragen kann, die Angriffsfläche in dem Übergangsabschnitt gering gehalten ist und somit die Messboje weitgehend vom Seegang und dessen Einflüssen (Kraft-, Moment- und Impulsübertragung) entkoppelt ist. Denn insbesondere der an dem Unterwasserabschnitt angeordnete erste Auftriebskörper bleibt bei dieser Anordnung stets unterhalb des Wellenbereichs, also derjenigen bewegten Wasserlinie, die durch den Wellengang mit entsprechend hohen Wellen ausgelöst wird. Und bietet somit keine Angriffsfläche für diese Wellen. Selbstverständlich ist auch eine noch größere Auslegung der Länge des Übergangsabschnittes möglich, die z. B. insgesamt 8 m oder auch 10 m betragen kann (vorzugsweise wiederum symmetrisch angeordnet mit jeweils 4 m bzw. 5 m im Bereich des Unterwasserabschnittes sowie im Bereich des Überwasserabschnittes) oder noch mehr.
Ein weiteres, mit Vorteil vorzusehendes Element, welches die Lage der erfindungsgemäßen Messboje im Wasser auch bei höherem Seegang stabilisiert, kann eine an dem Unterwasserabschnitt angeordnet, im wesentlichen parallel zu der Ebene, in der die Grenzlinie verläuft, sich erstreckende Dämpfungsplatte sein. Diese kann mit Vorteil an oder jedenfalls nahe dem freien Ende des Unterwasserabschnittes der Messboje angeordnet sein, mithin an einem im Gebrauch der Boje vertikal unten, d.h. dem Gewässeruntergrund zugewandten, Ende dieses Unterwasserabschnittes. Eine solche Dämpfungsplatte bietet einen strömungstechnischen Widerstand bei sowohl in vertikaler Richtung, also in einer Richtung quer, insbesondere senkrecht zu der Ebene der Dämpfungsplatte angreifenden Kräften und Bewegungen als auch im Hinblick auf Kippbewegungen, da sie einer Bewegung relativ zu dem umliegenden Wasser einen erheblichen Widerstand entgegenstellt. Mit Vorteil kann eine solche Dämpfungsplatte zugleich ein Kontergewicht darstellen für das Ausbilden eines Aufrichtmoments der Messboje. Hier hat also die Dämpfungsblatte die Funktion die vorstehend zum Stand der Technik beschrieben wurden anhand des bei der DE 20 551 67 in 1 gezeigten und mit der Bezugsziffer 12 bezeichneten dort als „Kielgewicht“ bezeichneten Elements.
Besonders wirksam erweist sich die Dämpfungsblatte, wenn diese in einem senkrecht zu der Ebene, in der die Grenzlinie verläuft, gemessenen Abstand zu der Grenzlinie angeordnet ist, der wenigstens der halben Wellenlänge der an einem Aufstellungsort der Messboje üblicherweise auftretenden Wellen entspricht. Es zeigt sich nämlich, dass in einer Wassertiefe, die der halben Entfernung zwischen zwei Wellenbergen, also der halben Wellenlänge, entspricht, nahezu keine vertikalen Wasserbewegungen mehr stattfinden. Eine große Fläche in dieser Wassertiefe wird also fast nicht von den Wellenbewegungen an der Wasseroberfläche beeinflusst. Selbstverständlich kann der Abstand, den die Dämpfungsplatte zu der Ebene, in der die Grenzlinie verläuft, auch größer als die besagte halbe Wellenlänge gewählt werden. Denn bei größerem Abstand gilt die o.g. Entkopplung von den Oberflächenwellen erst recht. Dabei ist jedoch der höhere zu betreibende Aufwand im Auge zu behalten, der zu unternehmen ist, um hier einen größeren Abstand zu erhalten.
Hierbei können dann im Hinblick auf das zu wählende Einsatzgebiet der Messboje weisende, statistische Überlegungen getroffen werden.
So sind z.B. in der deutschen Bucht (Nordsee) mehr als 97% der Wellen 0 bis 4m hoch. Die signifikanten Wellenlängen in diesem Bereich liegen erfahrungsgemäß zwischen 0 und 28 m.
Entsprechend kann die Dämpfungsplatte bei einem vorgesehenen Einsatz der Messboje in der Deutschen Bucht in einem Abstand von 12m oder mehr zu der Ebene, in der die Grenzlinie verläuft angeordnet werden.
Weiterhin kann bei der erfindungsgemäßen Messboje die Instrumentenaufnahmen mit Vorteil gegenüber. der Grenzlinie erhöht angeordnet sein, wobei hier ein senkrecht zu der Ebene, in der die Grenzlinie verläuft, gemessener Abstand zu der Grenzlinie von wenigstens 10m, insbesondere wenigstens 12m, bevorzugt wenigstens 15 m als besonders vorteilhaft angesehen wird. In derartigen Höhen ist ein in der Instrumentenaufnahme angeordnetes Messinstrument außerhalb der Gischtzone, also der Zone, in der durch die Wellen und den Seegang hervorgerufene Gischt, d. h. in der Umgebungsluft als Tropfen oder Aerosole enthaltene Wasserpartikel oder Salzteilchen konzentriert sind, angeordnet. Dies ist wichtig, da entsprechende Messinstrumente nicht nur eine kürzere Lebensdauer erfahren, wenn sie entsprechender Gischt ausgesetzt sind, sondern auch da viele der heute genutzten Messinstrumente, so z. B. die bereits erwähnten LIDAR- bzw. SO-DAR-Geräte, optisch arbeiten und klare und transparente Sichtfenster benötigen, die durch einen starken Einfluss der Gischt jedoch schnell eintrüben und die Messgenauigkeit und Funktionalität der Messinstrumente beeinträchtigen würden. Selbstverständlich kann der Abstand der Instrumentenaufnahme zu der Grenzlinie auch größer gewählt werden, wobei eine Erhöhung des Abstandes zu weiteren Herausforderungen im Hinblick auf die Stabilisierung der Messboje führen kann, da hierdurch ein weiteres, Kippbewegungen verstärkendes Moment geschaffen wird, welches durch ein entsprechendes Gegenmoment auszugleichen ist und welches es erschwert, die Messboje in einer ruhigen Lage zu halten.
Mit besonderem Vorteil kann die Instrumentenaufnahme an einem mastartigen Aufbau des Überwasserabschnittes angeordnet sein, um sie auf der wie vorstehend bezeichneten Höhe bzw. in dem Abstand der Grenzlinie zu halten. Ein mastartiger Aufbau hat vor allen Dingen den Vorteil, dass dieser mit vergleichsweise geringem Durchmesser und somit mit geringem Gewicht realisiert werden kann, so dass einerseits die Angriffsfläche gegen Windlast gering gehalten ist, andererseits nur geringes Gewicht jenseits eines im Bereich der Grenzlinie gebildeten Drehpunktes der Boje aufgebracht wird, was dass durch die erhöhte Anordnung des Messinstrumentes bzw. der Messinstrumente gebildete Kippmoment verringert.
Im Besondern kann - und wird dies mit Vorteil - die erfindungsgemäße Messboje eine Längsachse aufweisen, die senkrecht zu der Ebene, in der die Grenzlinie liegt, verläuft, und mit der sich die Boje in der aufgestellten Position vertikal ausrichtet.
Die Erfindung kann dabei auch gesehen werden in einem Verfahren zum Anordnen eines Messinstrumentes im Bereich zumindest einer Off-Shore-Windenergieanlage, wobei zunächst für diesen Bereich die charakteristischen Mittelwerte für Wassertemperatur und Salzgehalt aufgenommen werden, anhand dieser eine Messboje der vorstehend beschriebenen Ausprägung so im Hinblick auf Gewicht und Gestaltung des ersten Auftriebskörpers ausgelegt wird, dass sie entlang der gewünschten Grenzlinie in dem Übergangsabschnitt auf Höhe der Wasserlinie bei einem Einsatzort in ruhigem Wasser mit glatter Oberfläche im Wasser angeordneten Boje liegt. Auch die weitern, durch die Gegebenheiten am Aufstellungsort bestimmten, die Dimensionierung der Messboje vorgebenden Parameter können dann anhand dieser einmal festgestellten Werte ermittelt und entsprechend ausgelegt werden.
Weitere vorteilhafte Merkmale und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Figuren. Dabei zeigen:

1 schematisch eine Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Messboje mit eingezeichneten Wasserlinien bei ruhiger See sowie bei Seegang und
2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Messboje gemäß einem zweiten erfindungsgemäß gestalteten Ausführungsbeispiel mit eingezeichneten Wasserlinien bei ruhiger See sowie bei Seegang.

In den Figuren sind in einer rein schematischen und insbesondere nicht maßstabsgerecht ausgeführten oder gar Konstruktionszeichnungen darstellenden Abbildungen zwei mögliche Ausgestaltungsvarianten einer erfindungsgemäßen Messboje dargestellt. Dabei ist zu betonen, dass die hier gezeigten Darstellungen lediglich mögliche Varianten einer Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Messboje skizzieren, dass eine Vielzahl von von den gezeigten Formen abweichende Ausgestaltungsmöglichkeiten bestehen, die sich für den Fachmann aufgrund des Studiums der Ansprüche und der allgemeinen sowie auch der nachfolgenden Beschreibung ohne weiteres ergeben und als erfindungsgemäß erkennen lassen.
In 1 ist ein erstes Ausbildungsbeispiel einer erfindungsgemäß gebildeten Messboje gezeigt und allgemein mit der Bezugsziffer 1 bezeichnet. Die Messboje 1 ist hier als im Wasser ruhend gezeigt, wobei zwei Wasserlinien, nämlich einmal die Wasserlinie 2, wie sie sich bei ruhiger See gestaltet, und zum anderen die Wasserlinie 3 bei Seegang, dargestellt sind.
Die Messboje 1 weist einen Bojenkörper 4 auf, der entlang einer zusammen mit der Wasserlinie 2 bei ruhiger See verlaufenden Grenzlinien 5 unterteilt ist in einen Unterwasserabschnitt 6 und einen Überwasserabschnitt 7.
Im Bereich des Unterwasserabschnittes 6 weist der Bojenkörper 4 einen ersten Auftriebskörper 8 auf, der in der Ebene, in der sich die Grenzlinie 5 erstreckt, einen ersten Durchmesser D₁ hat. Dieser Auftriebskörper 8, der, wie bereits erwähnt vollständig im Unterwasserabschnitt 6 der Messboje 1 gelegen ist und somit - wie zu erkennen auch bei Seegang - unterhalb der Wasserlinie 2 bzw. 3 liegt, ist hauptverantwortlich für den Auftrieb, der die Messboje 1 in der wie in 1 skizzierten Position hält. In Richtung des Überwasserabschnittes 7 schließt sich an den Auftriebskörper 8 ein Übergangsabschnitt 9 an, in dem die Grenzlinie 5 liegt, und der sich über eine gewisse Länge in Längsrichtung der Messboje 1 erstreckt, wobei diese Länge insgesamt vorzugsweise mindestens 4m, vorzugsweise mindestens 5m und besonders bevorzugt mindestens 6m beträgt und sich zu gleichen Teilen im Unterwasserabschnitt 6 sowie im Überwasserabschnitt 7 befindet. In diesem Übergangsabschnitt 9 weist der Bojenkörper 4 einen gegenüber dem ersten Durchmesser D₁ deutlich geringeren Durchmesser D₂ auf (hier weniger als 50% des Durchmessers D₁ ), so dass in dem Übergangsabschnitt 9 der Bojenkörper 4 eine deutlich verringerte Angriffsfläche für gegen diesen anlaufende Wellen bei entsprechendem Seegang (vergleiche Wasserlinie 3) bietet. Hierbei ist der Übergangsabschnitt 9 insbesondere mit kreisförmigem Querschnitt und gleichmäßig gebildetem Durchmesser D₂ gebildet, kann z. B. als Hohlzylinder, also rohrförmig, aber auch aus Vollmaterial gebildet sein.
Weiter oberhalb im Überwasserabschnitt 7 der Messboje 1 und angrenzend an den Übergangsabschnitt 9 ist ein zweiter Auftriebskörper 10 gebildet, der in einer normalen Position der Messboje 1, wie sie in 1 dargestellt ist, vollständig oberhalb der Wasserlinie 2 bzw. 3 liegt und lediglich als Reserveauftrieb dafür dient, bei einem Eintauchen der Boje 1 in das Wasser, also in vertikaler Richtung zu dem freien Ende des Unterwasserabschnittes 6 hin, durch Vergrößerung des Auftriebes ein schnelles Wiederaufsteigen der Messboje 1 zu bewirken. Hierfür ist der Auftriebskörper 10 mit Vorteil mit einem in Richtung des freien Endes des Überwasserabschnittes 7 ansteigenden Durchmesser versehen, so dass bei tieferem Eintauchen aufgrund der stärkeren in Längsrichtung der Messboje 1 wirkenden Kraft ein entsprechend überproportional steigender Auftrieb ein weiteres Eintauchen der Messboje 1 zunehmend stärker verhindert.
Auf dem Auftriebskörper 10, der den Reserveauftrieb der Messboje 1 bereitstellt, ist ein mastartiger Fortsatz 11 angeordnet, der sich in Längsrichtung der Messboje 1 erstreckt und an dem in einer hier nicht näher dargestellten Instrumentenaufnahme ein hier schematisch dargestelltes und mit M bezeichnetes Messinstrument angeordnet und festgelegt ist. Bei diesem Messinstrument M kann es sich z. B. um ein Anemometer, aber auch um einen LIDAR- oder einen SODAR-Sensor zur Ermittlung eines Windprofils handeln. Selbstverständlich können an dieser Stelle nicht nur ein Messinstrument M, sondern mehrere derartige Messinstrumente angeordnet sein. Auch ist es möglich, an verschiedenen Positionen an dem mastartigen Fortsatz 11 oder aber auch an dem Auftriebskörper 10 oder in einer sonstigen Lage des Überwasserabschnittes 7 weitere Messinstrumente anzuordnen. Grundsätzlich ist auch möglich, die Anbringung von (zusätzlichen) Messinstrumenten unterhalb der Wasserlinie 2 bzw. 3 im Unterwasserabschnitt 6 vorzusehen, wenn beispielsweise direkt das Wasser betreffende Parameter wie etwa Strömungsgeschwindigkeiten, Wassertemperatur, Salzgehalt oder dergleichen mit erfasst werden sollen.
Die Anordnung des Messinstrumentes M in einer Instrumentenaufnahme am äußeren Ende des mastartigen Fortsatzes 11 dient insbesondere der Schaffung eines Abstandes von der Grenzlinie 5 und damit einer Höhe oberhalb der Wasserlinie 2 bzw. 3, um hier nicht nur den unmittelbaren Einfluss des Wassers, sondern auch denjenigen der Gischt auszuschließen für typische und zu erwartende Wellenhöhen von beispielsweise 5m. Insoweit ist der mastartige Fortsatz 11 mit Vorteil so ausgestaltet, dass sich eine gesamte Höhe bzw. ein Abstand der mit dem Messinstrument M zu bestückenden Instrumentenaufnahme von der Grenzlinie 5 von mindestens 10m, insbesondere mindestens 12m, mit Vorteil mindestens 15m ergibt.
Schließlich ist bei der Messboje 1, wie sie in 1 skizziert ist, noch eine an dem zuunterst gelegenen Ende des Unterwasserabschnittes 6 angeordnete Dämpfungsplatte 12 zu erkennen. Diese hat bei der hier gezeigten Messboje 1 gleich mehrere Funktionen. Zum einen ist sie massiv und mit hoher Masse bzw. hohem Gewicht gebildet, so dass sie ein Kontergewicht bildet zum Aufbringen eines Aufrichtmomentes, welches gegen auf der Messboje 1 wirkende Kippmomente wirkt.
Zum anderen bildet die durch die Anordnung der Dämpfungsplatte 12 parallel zu der Ebene, in der die Grenzlinie 5 verläuft, geschaffene große Fläche aufgrund des Widerstandes gegenüber dem umgebenden Wasser ein dämpfendes Moment sowohl für Auf- und Abbewegungen der Messboje 1 entlang ihrer Längsachse als auch für Kippbewegungen um einen typischerweise im Bereich der Wasserlinie 2 bzw. 3 gelegen Punkt. Dabei ist die Dämpfungsplatte 12 in einem Abstand zu der Ebene, in der die Grenzlinie 5 verläuft, angeordnet, der zumindest der halben Wellenlänge der an dem Aufstellungsort der Messboje 1 auftretenden Wasserwellen entspricht, z.B. 12m oder mehr.
In 2 ist eine alternative Ausgestaltungsmöglichkeit für die Schaffung einer erfindungsgemäßen Messboje dargestellt, wobei auch diese lediglich skizziert und in keinem Fall maßstabsgerecht oder gar mit vollen Konstruktionsangaben gezeigt ist. Die in dieser 2 gezeigte Messboje wird hier mit dem Bezugszeichen 100 bezeichnet. Diese Messboje 100 ist vom Grundsatz gleichartig aufgebaut wie die in 1 gezeigte und anhand dieser Figur beschriebene Messboje, weshalb dort, wo kein wesentlicher Unterschied besteht, lediglich die Elemente aufgezeigt und erwähnt werden, deren Funktion und Zusammenspiel in gleiche Weise gegeben ist, wie vorstehend anhand der 1 bereits beschrieben und dargelegt. Eingezeichnet sind auch bei der hier dargestellten Messboje 100 wiederum die Wasserlinie 2 bei ruhiger See sowie die Wasserlinie 3 bei Seegang.
Auch die Messboje 100 weist einen Bojenkörper 104 auf. Dieser unterteilt sich entlang einer der Wasserlinie 2 bei ruhiger See folgenden Grenzlinie 105 in einen Unterwasserabschnitt 106 sowie einen Überwasserabschnitt 107. Im Unterschied zu der in 1 skizzierten Messboje 1 weist die hier gezeigte Messboje 100 anstelle eines in einer einzigen langgestreckten Form gebildeten Bojenkörpers 4 einen mit drei Beinen gestaltete Bojenkörper 104 auf. In jedem dieser Beine ist ein Auftriebskörper 108 angeordnet, wobei diese Auftriebskörper 108 zusammen das im Rahmen dieser Erfindung allgemein als „erster Auftriebskörper“ bezeichnete Element bilden, das für den gesamten Auftrieb der Messboje 100 Sorge trägt. An die Auftriebskörper 108 schließen sich in den einzelnen Beinen Übergangsabschnitte 109 an, durch die die Grenzlinie 105 verläuft, an der sich der Unterwasserabschnitt 106 und der Überwasserabschnitt 107 teilen, bzw. an der diese Abschnitte zusammentreffen. Erkennbar hat jeder der Auftriebskörper 108 einen größeren Durchmesser als die daran sich anschließenden Übergangsabschnitte 109, so dass sich insbesondere in der Summe eine größere Querschnittsfläche ergibt als die Querschnittsfläche der Übergangsabschnitte 109 zusammengerechnet. Auch die Auftriebskörper 108 liegen in ihrer Gesamtheit so im Unterwasserabschnitt 106, dass sie auch bei Seegang unterhalb der diesbezüglichen Wasserlinie 3 zu liegen kommen.
An den Übergangsabschnitt 109, der hinsichtlich seiner Erstreckung mit Vorteil gleichartig dimensioniert ist, wie derjenige Übergangsabschnitt 9 bei dem in der 1 gezeigten Gestaltungsvorschlag schließt sich ein zweiter Auftriebskörper 110 an, der zudem sternförmig die drei Beine zusammenführt. Dieser Auftriebskörper 110 kann hier z. B. durch die Wahl eines von dem Material des Übergangsabschnittes 109 abweichenden, einen bezogen auf die Querschnittsfläche größeren spezifischen Auftrieb aufweisenden Materials realisiert werden, so dass durch ihn ein Reserveauftrieb geschaffen wird, der bei einem Eintauchen der Messboje 100 in das Wasser ein schnelles Wiederaufstellen und Emporheben der Messboje 100 bewirkt. Der Auftriebskörper 110 kann aber auch durch die Wahl einer geringeren Wandstärke bei einem hohl ausgebildeten Auftriebskörper mit einem größeren, bezogen auf die Querschnittsfläche als spezifisch bezeichneten Auftrieb gebildet sein als die Übergangsbereiche 109. Eine weitere Vergrößerung des Auftriebes ergibt sich durch die schräge Führung der rohrartigen Streben in diesem Bereich, die eine größere in einer parallel zu der Ebene, in der die Grenzlinie 105 verläuft liegende Querschnittsfläche ergeben als diejenige in den Übergangsbereichen 109, so dass auch hierdurch ein erhöhter Auftrieb und damit die erforderliche Auftriebsreserve gewährleistet ist.
An den zweiten Auftriebskörper 110 schließt sich wiederum ein mastartiger Fortsatz 111 an, an dem gleichartig wie bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel in einer Instrumentenaufnahme ein Messinstrument M angeordnet ist bzw. angeordnet werden kann. Auch hier ist im Hinblick auf die Abmessungen, also den Abstand der Instrumentenanordnung und des daran anzuordnenden Messinstrumentes M zu der Grenzlinie 105 das für die Ausgestaltung gemäß 1 Ausgeführte zutreffend, dass also dieser Abstand insbesondere 10m, vorzugsweise 12m, besonders bevorzugt 15m betragen kann.
Ähnlich wie in dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist an den im Unterwasserabschnitt 106 vertikal zuunterst angeordneten Enden der Auftriebskörper 108 eine diese verbindende Dämpfungsplatte 112 angeordnet, die wiederum massiv gebildet ist und somit ein Kontergewicht zum Aufbringen eines Aufrichtmomentes darstellt und zum anderen aufgrund ihrer flächigen Erstreckung durch den Strömungswiderstand eine Dämpfung gegenüber in Längsrichtung der Messboje 100 wirkenden Hub- und Senkbewegungen sowie auch gegen Kippbewegungen bildet. Auch hier entspricht der Abstand der Dämpfungsplatte zu der Grenzlinie 105 mit Vorteil wenigstens dem Maß einer halben Wellenlänge der am Aufstellungsort der Boje 100 typischerweise auftretenden Wellen, z.B. 12m oder mehr.
Aus den voranstehenden Beschreibungen der Ausführungsbeispiele sind die Merkmale und sind die erheblichen Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung noch einmal deutlich geworden, die insbesondere darin bestehen, im Bereich der Grenzlinie und des sich an diese in den Unterwasserabschnitt und den Überwasserabschnitt der Messboje hinein erstreckenden Übergangsbereichs eine deutliche Querschnittsverringerung und damit eine reduzierte Angriffsfläche für die anlaufenden Wellen zu bieten und darüber die Messboje in ihrer Lage auch dann stabil zuhalten wenn entsprechender Seegang herrscht und Wellen gegen die Messboje in diesem Bereich anrollen. Dass dadurch das am Ende der mastartigen Verlängerung angeordnete Messinstrument im Hinblick auf seine Lage deutlich stabilisiert werden kann, ergibt sich für den Fachmann ohne weiteres, wobei ebenfalls klar ersichtlich ist, dass hierdurch verbesserte und zuverlässigere Messergebnisse mit dem/den an der Messboje angeordneten Messinstrument(en) erhalten werden können.
Bezugszeichenliste

1: Messboje
2: Wasserlinie bei ruhiger See
3: Wasserlinie bei Seegang
4: Bojenkörper
5: Grenzlinie
6: Unterwasserabschnitt
7: Überwasserabschnitt
8: Auftriebskörper
9: Übergangsabschnitt
10: Auftriebskörper
11: mastartiger Fortsatz
12: Dämpfungsplatte
100: Messboje
104: Bojenkörper
105: Grenzlinie
106: Unterwasserabschnitt
107: Überwasserabschnitt
108: Auftriebskörper
109: Übergangsabschnitt
110: Auftriebskörper
111: mastartiger Fortsatz
112: Dämpfungsplatte
D₁: Durchmesser
D₂: Durchmesser
M: Messinstrument

Claims

Messboje (1; 100) für die Anordnung wenigstens eines Messinstrumentes (M) im Bereich zumindest einer Off-Shore-Windenergieanlage mit einem Bojenkörper (4; 104), der einen zur Anordnung unterhalb einer Wasserlinie (2) ausgelegten Unterwasserabschnitt (6; 106) sowie einen zur Anordnung oberhalb der Wasserlinie (2) ausgelegten Überwasserabschnitt (7; 107) aufweist, und mit wenigstens einer an dem Bojenkörper (4; 104) angeordneten, in dem Überwasserabschnitt (7; 107) liegenden Instrumentenaufnahme zur Festlegung wenigstens eines Messinstrumentes (M), wobei der Unterwasserabschnitt (6; 106) und der Überwasserabschnitt (7; 107) des Bojenkörpers (4; 104) entlang einer Grenzlinie (5; 105) aneinander grenzen, welche Grenzlinie (5; 105) entlang der Wasserlinie (2) bei an dem Einsatzort in ruhigem Wasser mit glatter Oberfläche im Wasser angeordneter Messboje (1; 100) verläuft, wobei in dem Unterwasserabschnitt (6; 106) des Bojenkörpers (4; 104) ein erster Auftriebskörper (8; 108) angeordnet ist, der in einer Richtung parallel zu der Ebene, in der die Grenzlinie (5; 105) verläuft, einen ersten Durchmesser (D₁) aufweist, dass der Bojenkörper (4; 104) in einem senkrecht zu der Ebene, in der die Grenzlinie (5; 105) verläuft, beidseits der Grenzlinie (5; 105) sich erstreckenden Übergangsabschnitt (9; 109) einen zweiten, in der Richtung parallel zu der Ebene, in der die Grenzlinie (5; 105) verläuft, genommenen Durchmesser (D₂) aufweist, der kleiner ist als der erste Durchmesser (D₁) und dass der Bojenkörper (4; 104) in dem Überwasserabschnitt (7; 107) einen zweiten Auftriebskörper (10; 110) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Messboje (1, 101) im Übergangsabschnitt (9; 109) wenigstens einen kreiszylindrischen Abschnitt mit gleichbleibendem Durchmesser aufweist.
Messboje (1; 100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Auftriebskörper (10) ein solcher ist, der einen gegenüber dem zweiten Durchmesser größeren, in der Richtung parallel zu der Ebene, in der die Grenzlinie (5; 105) verläuft, genommenen dritten Durchmesser aufweist.
Messboje nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Auftriebskörper (10; 110) durch die Wahl der Wandstärke des hohl ausgebildeten zweiten Auftriebskörpers (10; 110) und/oder durch die Wahl des Materials des zweiten Auftriebskörpers (10; 110) einen höheren spezifischen Auftrieb aufweist als der Bojenkörper (4; 104) in dem Übergangsabschnitt (9; 109).
Messboje (1; 100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergangsabschnitt (9; 109) sich über eine Länge von jeweils wenigstens 2m ausgehend von der Grenzlinie (5; 105) in Richtung des Überwasserabschnittes (7; 107) und des Unterwasserabschnittes (6; 106) erstreckt.
Messboje (1; 100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine an dem Unterwasserabschnitt (6; 106) angeordnete, im Wesentlichen parallel zu der Ebene, in der die Grenzlinie (5; 105) verläuft, sich erstreckende Dämpfungsplatte (12; 112) aufweist.
Messboje (1; 100) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungsplatte (12; 112) zugleich ein Kontergewicht für das Ausbilden eines Aufrichtmoments der Messboje (1; 100) bildet.
Messboje (1; 100) nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungsplatte (12; 112) in einem senkrecht zu der Ebene, in der die Grenzlinie (5; 105) verläuft, gemessenen Abstand zu der Grenzlinie (5; 105) angeordnet ist, der wenigstens der halben Wellenlänge der an einem Aufstellungsort der Messboje (1; 100) üblicherweise auftretenden Wellen entspricht.
Messboje (1; 100) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungsplatte (12; 112) in einem senkrecht zu der Ebene, in der die Grenzlinie (5; 105) verläuft, gemessenen Abstand von 12m oder mehr zu der Grenzlinie (5; 105) angeordnet ist.
Messboje (1; 100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Instrumentenaufnahme gegenüber der Grenzlinie (5; 105) erhöht angeordnet ist, mit einem senkrecht zu der Ebene, in der die Grenzlinie (5; 105) verläuft, gemessenen Abstand zu der Grenzlinie (5; 105) von wenigstens 10m.
Messboje (1; 100) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Instrumentenaufnahme an einem mastartigen Aufbau (11; 111) des Überwasserabschnittes (7; 107) angeordnet ist.
Messboje (1; 100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Längsachse, die senkrecht zu der Ebene, in der die Grenzlinie (5; 105) liegt, verläuft.