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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gondel eine Windenergieanlage sowie ein Verfahren zum Herstellen einer Gondel einer Windenergieanlage. Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung eine Windenergieanlage.
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Windenergieanlagen sind bekannt und die wohl üblichste Art ist eine sog. Horizontalachsenwindenergieanlage, bei der ein aerodynamischer Rotor von dem Wind angetrieben wird und um eine im Wesentliche horizontale Achse dreht. Der Rotor treibt einen Generator an und die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere eine getriebelose Windenergieanlage, bei der der aerodynamische Rotor unmittelbar mit dem Generator, nämlich seinem elektrodynamischen Rotor bzw. Läufer gekoppelt ist.
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Der Generator und damit im Ergebnis auch der aerodynamische Rotor werden von einem Maschinenträger auf einem Turm getragen. Zudem kann üblicherweise über ein Azimutlager zwischen Maschinenträger und Turm eine Azimutverstellung, nämlich Ausrichtung des Rotors zum Wind, erreicht werden. Zumindest der Generator, der Maschinenträger und weitere zum Steuern der Windenergieanlage notwendigen Elemente sind in einer Gondel untergebracht, die diese Elemente durch eine Gondelverkleidung oder Gondelaußenhaut oder dergleichen vor Witterungseinflüssen schützt, insbesondere vor Niederschlägen und Wind.
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Solche Gondeln sind grundsätzlich bekannt, können aber einige Probleme aufweisen. Dazu gehört, dass besonders in drehenden Teilen, wie dem Generator, Geräusche erzeugt werden, die die Gondel als hörbaren Schall nach außen abstrahlt. Außerdem ist es recht aufwendig, solche Gondeln vor Ort zum Errichten einer Windenergieanlage bereitzustellen, weil solche Gondeln bei modernen Windenergieanlagen, insbesondere getriebelosen Windenergieanlagen, Größen aufweisen, die auf der Straße kaum mehr transportiert werden können und ein Zerlegen zum Transport erforderlich machen, oder eine andere Art und Weise der Herstellung am Errichtungsort benötigen. Entsprechend muss hierbei auch die Problematik der Schallabstrahlung und natürlich auch die Notwendigkeit des Schutzes vor Witterungseinflüssen berücksichtigt werden.
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Es ist bereits bekannt, eine solche Gondel in Einzelteilen vorzubereiten und dann diese Einzelteile zum Errichtungsort zu transportieren und dort zusammenzusetzen, was aber selbst noch einigen Transportaufwand hervorruft. Der Transport von Elementen, insbesondere genau gefertigte Elemente, die später abdichtend zusammengesetzt werden sollen, birgt zudem die Gefahr, dass Beschädigungen beim Transport die Funktionsfähigkeit einschränkt.
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Dies macht nicht nur eine Reparatur oder andere Maßnahme am Aufstellungsort erforderlich, sondern kann ggf. auch Auswirkungen auf die vorgesehene Berechnung wie Belastungsberechnungen haben und ggf. sogar vorhandene Zertifizierungen für bestimmte Eigenschaften nicht mehr anwendbar machen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, zumindest eins der o.g. Probleme zu adressieren. Insbesondere soll eine Lösung vorgeschlagen werden, die eine Schallemission der Gondeln reduziert und/oder das Errichten einer Windenergieanlage, insbesondere im Hinblick auf das Herstellen und/oder Bereitstellen der Gondel vereinfachen, möglichst kostengünstiger gestalten. Zumindest soll gegenüber bisher bekannten Lösungen eine alternative Lösung vorgeschlagen werden.
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Erfindungsgemäß wird eine Gondel gemäß Anspruch 1 vorgeschlagen. Diese Gondel weist einen Maschinenträger, ein Tragmodul und eine Gondelverkleidung auf. Das Tragmodul nimmt elektrische Steuereinrichtung auf und kann auch als E-Modul bezeichnet werden. Die Gondelverkleidung ist zum Schützen zumindest des Tragmoduls einschließlich der damit aufgenommenen elektrischen Steuereinrichtungen und des Maschinenträgers vor Witterungseinflüssen vorgesehen. Die Gondelverkleidung bietet also im Wesentlichen eine geschlossene Hülle. Die geschlossene Hülle kann zwar Öffnungen wie Lüftungsöffnungen oder Ein- oder Ausstiegsluken aufweisen, die aber so gestaltet sind, dass im normalen Betrieb, also insbesondere bei geschlossenen Luken, der Schutz vor Witterungseinflüssen, insbesondere vor Niederschlägen und Wind, gewährleistet ist. Für die geschlossene Hülle insgesamt wird unterschieden zwischen der Gondelverkleidung im Bereich des Tragmoduls, der Generatorverkleidung im Bereich des Generators und der Spinnerverkleidung, die alle Teile umschließt, die sich gemeinsam mit der Rotornabe drehen.
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Es wird nun vorgeschlagen, dass das Tragmodul und außerdem oder alternativ die Gondelverkleidung über Entkopplungsmittel mit dem Maschinenträger verbunden sind, so dass darüber eine elastisch bedämpfte Verbindung mit dem Maschinenträger besteht. Dies wird insbesondere für das Tragmodul vorgeschlagen, das somit über diese Entkopplungsmittel mit dem Maschinenträger verbunden ist. Insbesondere wird es über diese Entkopplungsmittel von dem Maschinenträger getragen und vorzugsweise besteht ausschließlich über diese Entkopplungsmittel eine tragende Verbindung zum Maschinenträger. Natürlich können andere Verbindungen, wie bspw. elektrische Leitungen oder schützende Abdeckungen, die einen Trennspalt zwischen Maschinenträger und Tragmodul abdecken, beide Elemente, also Maschinenträger und Tragmodul berühren, was im Übrigen auch im Hinblick auf die Gondelverkleidung gelten kann, aber die Tragfunktion wird hier nur über diese Entkopplungsmittel vorgenommen. Das Entkopplungsmittel führt somit dazu, dass das Tragmodul von dem Maschinenträger getragen wird, ansonsten aber von dem Maschinenträger entkoppelt ist. Insbesondere wird das Übertragen von Körperschall von dem Maschinenträger zum Tragmodul verhindert. Eine vollständige Verhinderung der Übertragung von Körperschall kann möglicherweise nicht erreicht werden, die Übertragung wird aber zumindest signifikant verhindert bzw. gedämpft.
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Es wurde nämlich erkannt, dass wesentlicher Schall, der auch letztlich als Schallemission von der Gondel abgestrahlt wird und von der Umwelt als Schall wahrgenommen wird, von dem Generator erzeugt wird und von diesem erst in die Gondel und dann letztlich in die Gondelverkleidung übergeleitet wird, die diesen Schall dann als Resonanzkörper erst abgibt, mitunter sogar verstärkt bzw. von Körperschall in den abgestrahlten Schall umwandelt. Statt die Gondel so umzugestalten, dass sie den Schall nicht oder weniger abstrahlt, wird hier als Lösung vorgeschlagen, das Übertragen des Körperschalls vom Maschinenträger zur Gondelaußenhülle besonders über das Tragmodul zur Gondelverkleidung signifikant zu unterbinden.
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Im Ergebnis wird hierbei also das gesamte Tragmodul und gemäß einer Ausführungsform einschließlich der gesamten Gondelverkleidung über diese Entkopplungsmittel auf dem Maschinenträger getragen. Es können bspw. vier Tragpunkte und damit vier Entkopplungsmittel vorgesehen sein, die möglichst gleichmäßig verteilt sind, um das Gewicht des Tragmoduls möglichst gleichmäßig aufzunehmen.
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Solche Entkopplungsmittel können bspw. Gummiringe o.ä. aufweisen, in die das Tragmodul mit entsprechenden Aufnahmestiften oder dergleichen eingesetzt wird. Außerdem oder alternativ kommen andere Entkopplungsmittel in Betracht, die bspw. auch aktive Dämpfungselemente, wie Dämpfungszylinder aufweisen können.
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Vorzugsweise wird vorgeschlagen, dass die Gondelverkleidung über Entkopplungsmittel an dem Tragmodul befestigt ist, eine Spinnerverkleidung über Entkopplungsmittel an einem Rotor des Generators bzw. einem Läufer des Generators befestigt ist und/oder eine Generatorverkleidung über Entkopplungsmittel an einem Stator des Generators befestigt ist. Dadurch wird an diesen Übergängen zu der jeweiligen Verkleidung bzw. dem jeweiligen Verkleidungsabschnitt eine entkoppelnde, insbesondere nämlich Schall entkoppelnde Verbindung geschaffen, die für die entsprechenden Verkleidungselemente bzw. Verkleidungsabschnitte das Zuführen von Körperschall verhindern, und dadurch das Abstrahlen von Schall verhindern. Die Entkopplungsmittel sind an die jeweilige Aufgabe angepasst, nämlich besonders an die Lasten, die sie jeweils tragen müssen und an die Kraftrichtung, die sich besonders für den Fall der sich drehenden Spinnerverkleidung im Betrieb ständig ändern kann. Ansonsten sind sie sich aber ähnlich, so dass vereinfachend derselbe Begriff, nämlich Entkopplungsmittel, für die unterschiedlichen Verbindungen verwendet wird.
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Vorzugsweise sind die Entkopplungsmittel so ausgelegt, dass sie das Übertragen von Körperschall verhindern. Vorzugsweise können solche Einstellmittel einstellbar sein, insbesondere online einstellbar sein, um sich an veränderliche Schallemission anzupassen. Bspw. kann die Frequenz des Körperschalls, dessen Übertragung verhindert werden soll, von der Drehzahl des Generators abhängen. Das könnte durch eine Einstellbarkeit berücksichtigt werden. Ggf. können auch Umweltbedingungen, wie die Temperaturfrequenz und/oder Amplitude des Körperschalls im Maschinenträger, beeinflussen.
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Es kommt auch eine einmalige Einstellbarkeit in Betracht, die bei oder kurz vor dem Errichten einer konkreten Windenergieanlage vorgenommen werden kann. Dadurch ist eine Individualisierung auf die konkrete Anlage und/oder den konkreten Standort erzielbar. Hierbei kann auch die Umgebung eine Rolle spielen, nämlich welchen Schall die Umgebung überträgt oder absorbiert oder verstärkt oder aufgrund vorhandener Schallquellen übertönt.
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Vorzugsweise ist das Tragmodul dazu ausgebildet, dass es in einen mit den Steuereinrichtungen bestückten Zustand auf dem Maschinenträger aufgesetzt wird bzw. in dafür vorgesehene Aufnahmen der Entkopplungsmittel eingesetzt wird. Das bedeutet somit zum Einen, dass das Tragmodul eine entsprechende Eigenstabilität, in diesem bestückten Zustand angehoben zu werden. Vorzugsweise sind dafür entsprechende Hebeabschnitte an dem Tragmodul vorgesehen. Das bedeutet aber auch, dass das Tragmodul insgesamt so ausgebildet ist, dass es den Maschinenträger entsprechend umgreifen kann. Insoweit ist also das Tragmodul auf den Maschinenträger abgestimmt. Außerdem oder alternativ kann dies auch dadurch erreicht werden, dass der Maschinenträger entsprechend auf das Tragmittel abgestimmt ist. Die Konstruktion des Maschinenträgers wird aber zu einem wesentlichen Teil von seiner Aufgabe bestimmt, den Generator und den aerodynamischen Rotor zu tragen. Insbesondere bei einer getriebelosen Windenergieanlage sind hier enorme Kräfte aufzunehmen, die der Maschinenträger zum Turmkopf, insbesondere zum Azimutlager hin übertragen muss. Entsprechend ist der Maschinenträger ausgebildet und daran ist das Tragmodul angepasst.
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Vorzugsweise werden hierbei auch bereits die Verschaltungen der elektrischen Einrichtungen untereinander vorgenommen, soweit dies Elemente betrifft, die auf dem Tragmodul angeordnet sind, wie bspw. der Generator sowie Anschlussleitung, die den Turm hinunter zum Turmfuß reichen. Ein Großteil der Verbindungen kann jedoch bereits vorgenommen werden. Dies kann zumindest am Aufstellungsort in einem Zelt, einer provisorischen Fertigungshalle oder dergleichen wetterunabhängig vorgenommen werden, oder bereits in der Werkshalle, wobei das Tragmodul baulich so ausgebildet ist, dass es im bestückten Zustand in einen Container passt. Dies bezieht sich auf einen Standard-See-Container, der als 20-Fuß oder 40-Fuß Container üblich und bekannt ist. Wichtig ist hierbei Höhe und Breite des Containers, die bei den beiden genannten Containern gleich sind. Die Länge (20 oder 40 Fuß) ist hier nicht die begrenzende Größe.
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Beim Aufstellen der Windenergieanlage ist dann das Tragmodul mit seinen Einrichtungen im Wesentlichen vorbereitet und kann vergleichsweise einfach und schnell installiert werden, insbesondere auf den Maschinenträger aufgesetzt werden, der bereits vor Ort ist, insbesondere bereits auf dem Turmkopf bzw. Azimutlager montiert ist.
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Die Entkopplungsmittel zum Tragen des Tragmoduls auf dem Maschinenträger sind vorzugsweise in einem peripheren Fuß-Abschnitt oder Fuß-Bereich des Maschinenträgers angeordnet. Dieser Fuß-Abschnitt ist in einem unteren Bereich des Maschinenträgers, nämlich bestimmungsgemäß oberhalb und in der Nähe eines Azimutlagers angeordnet. Insbesondere sind diese Entkopplungsmittel in einem randähnlichen oder kranzähnlichen Abschnitt des Maschinenträgers angeordnet, in dem auch Azimutantriebe zum Bewirken einer Azimutverstellung vorgesehen sind, nämlich an einem Azimutmotoraufnahmeabschnitt. Hierbei sind diese Entkopplungsmittel und somit die Aufnahmestellen in einem sehr tiefen Bereich des Maschinenträgers angeordnet, so dass auch die korrespondierenden Befestigungsmittel, wie bspw. Befestigungsstifte des Tragmoduls, unten an dem Tragmodul angeordnet sein können. Hierdurch kann das Tragmodul in einer stabilen Art und Weise angeordnet werden und reichlich Platz für die elektrischen Einrichtungen bereitstellen.
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Gemäß einer Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass die Gondelverkleidung (1270), die Spinnerverkleidung und/oder die Generatorverkleidung jeweils ein Traggerüst (1974) und darin aufgenommene Schalensegmente (308) aufweisen und insbesondere die Schalensegmente generalisiert, so dass jeweils mehrere gleiche Schalensegmente vorgesehen sind, und die Schalensegmente dabei so dimensioniert sind, dass sie für einen Transport in 20-Fuß und/oder 40-Fuß-Containern untergebracht werden können. Durch die Generalisierung kann eine Vereinfachung des Aufbaus der Gondel erreicht werden, weil weniger unterschiedliche Teile benötigt werden und gleichzeitig das Transportieren in einem standardisierten Container erfolgen kann. Dadurch können die Elemente beim Transport geschützt werden und es werden Spezial-Transporte vermieden, wodurch Kosten gespart werden können. Das ist möglich geworden, durch die vorgeschlagene Aufteilung der Verkleidung in einzelne Abschnitte, die entsprechend mit Hilfe der generalisierten Verkleidungs-Elemente, besonders Schalensegmente.
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Vorzugsweise wird vorgeschlagen, dass die Gondel eine Längsachse aufweist, die eine Längsrichtung definiert und insbesondere einer Drehachse des Generators entspricht, und einige oder alle der Schalensegmente in Längsrichtung ausgerichtet sind mit zwei seitlichen, gleich großen Längsrändern, einem kürzeren und einem längeren Querrand, oder zwei gleichen Querrändern, wobei die Querränder jeweils einem Kreisabschnitt des Gondelumfangs der Gondel in der betreffenden Position entsprechen, und wobei die Querränder jeweils eine Sehne aufweisen, nämlich der Abstand zwischen den beiden Längsrändern dort, wobei die Gondel in Längsrichtung in Abschnitte unterteilt ist, und abschnittweise die Anzahl der Schalensegmente so ausgewählt wird und/oder die Schalensegmente so dimensioniert werden, dass die Sehne des längeren Querrandes, und/oder bei gleichem Querrand die Länge des einen Querrandes oder des Längsrandes der innen verfügbaren Breite eines Standardseecontainers (20-Fuß oder 40-Fuß-Container) entspricht, so dass jedes dieser Segmente in den Container gelegt werden kann.
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Der Durchmesser der Gondel ändert sich in Längsrichtung und damit existiert für jede Position in Längsrichtung ein spezifischer Umfang oder eine Umfangsgröße. Jeder Querrand eines Segmentes ist an seiner Position mit dem entsprechenden Umfang der Gondel dort identisch, schließlich bilden die Segmente zusammen die Gondelaußenhaut. Für diesen identischen Abschnitt des Gondelumfangs und des Querrandes existiert eine Sehne, die nämlich bei dem Querrand die beiden Längsränder als Gerade verbindet. Diese Sehne wird auf das Innenmaß des Seecontainers angepasst. Weil gleiche Segmente dimensioniert werden sollen, stehen nur diskrete Werte zur Verfügung und es wird entsprechend das größte Maß ausgewählt, das noch kleiner als die Innenbreite des Seecontainers ist. Wenn sich also bspw. bei der Auswahl von 6 gleichen Segmente ein Sehnenmaß ergibt, das größer als die Innenbreite des Container ist, müssen entsprechend mehr als 6 gleiche Segmente gewählt werden. Das kann basierend auf diesem Sehnenmaß ausgerechnet werden.
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Eine Ausführungsform schlägt vor, dass die Gondelverkleidung ein Traggerüst oder Tragskelet und darin aufgenommene Schalensegmente aufweist und außerdem oder alternativ an dem Tragmodul befestigt ist und davon getragen wird. Die Gondelverkleidung kann durch das Vorsehen eines solchen Traggerüsts modular ausgebildet sein. Das Traggerüst kann insbesondere auf einfache Art und Weise aus einigen Längs- und Querrippen aufgebaut sein, wobei Querrippen insbesondere um die Gondel um eine waagerechte Achse umlaufende Querrippen sein können. Ein solches Traggerüst oder Rippenkonstruktion bildet dann Aufnahmemöglichkeiten für entsprechende Schalensegmente. Solche Schalensegmente sind vorgefertigte Segmente, bspw. aus Aluminium, und sind an das Traggerüst oder die Traggerippen angepasst und auch in ihrer Wölbung so angepasst, dass sie zusammen eine im Wesentlichen kontinuierliche Gondeloberfläche bilden können.
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Vorzugsweise ist die Gondel so konstruiert, dass ein solches Traggerüst an dem Tragmodul befestigt wird und dann dieses Traggerüst die Schalenelemente aufnimmt. Dadurch wird die Gondelverkleidung insgesamt von dem Tragmodul getragen und über die Entkopplungsmittel, über die das Tragmodul entkoppelt ist, dadurch ebenfalls von dem Maschinenträger entkoppelt getragen. Körperschall in dem Maschinenträger, der insbesondere seine Ursache in dem Drehen des Generators hat, kann somit nicht in das Tragmodul und damit nicht in die Gondelverkleidung gelangen. Dadurch wird eine entsprechende Schallemission durch die Gondelverkleidung vermieden.
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Vorzugsweise besteht außerdem zumindest teilweise eine elastische bedämpfte Verbindung zwischen dem Tragmodul und der Gondelverkleidung. Eine solche elastisch bedämpfte Verbindung kann so vorgesehen sein, dass die Tragkonstruktion der Gondelverkleidung starr an dem Tragmodul befestigt ist, weitere Stützstellen aber vorgesehen sind, die eine elastisch bedämpfte Verbindung vorsehen. Dadurch wird eine zu starre Geometrie zwischen der Gondelverkleidung und dem Tragmodul vermieden. Außerdem kann auch erreicht werden, dass Körperschall, der im Tragmodul auftritt, nicht oder zumindest nur bedämpft in die Gondelverkleidung übertragen wird. Dies kann auch für verbleibenden Körperschall der Fall sein, der von dem Maschinenträger in das Tragmodul noch übertragen wurde, also nicht vollständig von den Entkopplungsmitteln gedämpft werden konnte.
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Gemäß einer Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass die Schalensegmente aus Aluminium hergestellt sind, insbesondere in einem Tiefziehverfahren. Vorzugsweise werden dabei Dichtlippenprofile oder zumindest ein Dichtlippenprofil pro Schalensegment vorgesehen. Ein solches Dichtlippenprofil kann bspw. in einem Strangpressverfahren hergestellt und an dem Schalensegment angeordnet werden. In ein solches Dichtlippenprofil kann eine Dichtlippe mit einem Aufnahmeabschnitt eingesetzt, insbesondere eingeschoben werden. Das Schalensegment ist dann auf eine stabile Art und Weise mit einer solchen Dichtlippe ausgestaltet und kann somit eine besonders abdichtende Verbindung beim Zusammensetzen zur Gondelverkleidung herstellen. Diese abdichtende Verbindung kann zu benachbarten Schalensegmente erfolgen und/oder zu Elementen der Tragkonstruktion der Gondelverkleidung, wie bspw. Tragrippen. Eine solche Dichtlippe kann auch beim Transport die Segmente vor Beschädigung schützen.
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Eine weitere Ausführungsform schlägt vor, dass die Gondelverkleidung einen rohrförmigen Verlängerungsabschnitt zum Umschließen eines oberen Abschnitts des Turms aufweist. Dieses Umschließen wird dabei so vorgesehen, dass eine Azimutbewegung der Gondel und damit der Gondelverkleidung und einschließlich dieser rohrförmigen Verlängerung weiterhin möglich ist. Hierdurch kann auf einfache Art und Weise an diesem drehbaren Übergang ein Schutz gegen Witterungseinflüsse erreicht werden. Vorzugsweise wird diese rohrförmige Verlängerung so kurz wie möglich gehalten, indem dort eine drehbare Abdichtung zum Turmvorgesehen wird, die es ermöglicht, dass insbesondere der rohrförmige Abschnitt nur so lang ist, dass er eine Wölbung der Gondelverkleidung überbrückt.
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Ähnlich kann ein rohrförmiger Verlängerungsabschnitt am Spinner im Bereich der Rotorblattanschlüsse vorgesehen sein. Entsprechend umschließen diese rohrförmigen Abschnitte dort die jeweilige Blattwurzel. Insoweit sei angemerkt, dass der Spinner, der sich mit der Nabe dreht und im Grunde die Nabe abdeckt, unmittelbar am aerodynamischen Rotor oder elektrodynamischen Rotor befestigt sein kann. Dennoch kann dieser Spinner als Teil der Gondelverkleidung angesehen werden, ist aber nicht mit dem Tragmodul oder dem Maschinenträger unmittelbar verbunden, weil er sich dazu relativ dreht.
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Erfindungsgemäß wird zudem eine Windenergieanlage vorgeschlagen mit einer Gondel gemäß wenigstens einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen.
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Außerdem wird ein Verfahren zum Herstellen einer Gondel einer Windenergieanlage vorgeschlagen. Dieses Verfahren schlägt vor, zunächst einen Maschinenträger bereitzustellen, ein Tragmodul herzustellen und schließlich das Tragmodul auf dem Maschinenträger aufzusetzen. Dieses Aufsetzen erfolgt in Kopplungsmitteln, wie sie vorstehend schon beschrieben wurden. Die Gondelverkleidung kann dann danach vorgenommen werden. Dadurch kann die Gondelverkleidung auch den Maschinenträger umschließen, was für das Tragmodul insoweit ausgeschlossen ist, als dadurch das Aufsetzen des fertigen Tragmoduls auf den Maschinenträger unmöglich werden würde.
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Besonders bevorzugt wird das Tragmodul vor dem Aufsetzen auf den Maschinenträger mit elektrischen Steuereinrichtungen bestückt. Es wird also dadurch ein Installieren elektrischer Einrichtungen in der Gondel vermieden bzw. möglichst gering gehalten, wenn diese bereits auf dem Turmkopf montiert ist. Hierdurch kann die Bearbeitung erleichtert werden, weniger störanfällig in der Herstellung sein und auch ein aufwendiges Bereitstellen der Elemente in der Gondel auf dem Turmkopf kann vermieden werden. Die Elemente brauchen also nicht einzeln den Windenergieanlagenturm hinauf zur installierten bzw. montierten Gondel gehoben werden.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen exemplarisch unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren näher erläutert.
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1 zeigt eine Windenergieanlage in einer perspektivischen Ansicht.
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2 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Gondel in einer teilweisen Explosionsansicht.
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3 zeigt in einer perspektivischen Ansicht eine in einem Strangpressverfahren hergestellte Schiene mit Dichtungslippe.
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4 zeigt eine Schiene ähnlich der 3 perspektivisch und in einem Ausschnitt und an einem ebenfalls im Ausschnitt dargestellten Schalensegment einer Gondelverkleidung.
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5 zeigt einen Teil einer Gondelverkleidung in einer teilweisen Explosionsdarstellung mit wenigstens einem Schalensegment gemäß 4.
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6 zeigt einen Maschinenträger in einer perspektivischen Draufsicht.
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7 zeigt einen Ausschnitt eines Maschinenträgers gemäß 6 mit Entkopplungsmitteln.
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8 zeigt einen Maschinenträger gemäß 6 und 7 mit einem Teil eines Tragmoduls.
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9 zeigt einen anderen Maschinenträger als die 6 bis 8 mit einem Teil eines Tragmoduls in einer perspektivischen Ansicht.
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10 zeigt einen Teil eines teilweise mit elektrischen Einrichtungen bestückten Tragmoduls in einer perspektivischen Ansicht.
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11 zeigt ein gegenüber 10 erweitertes Tragmodul, das ebenfalls mit elektrischen Einrichtungen bestückt ist.
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12 bis 15 veranschaulichen das Aufsetzen eines Tragmoduls gemäß 11 auf einem Maschinenträger.
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16 zeigt ein auf einem Maschinenträger aufgesetztes Tragmodul gemäß 15 mit weiteren Aufnahme- und Entkopplungselementen zum Aufnehmen einer Gondelverkleidung.
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17 zeigt einen Maschinenträger mit aufgesetztem Tragmodul gemäß 16 mit teilweise angeordneter Verkleidung.
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18 zeigt einen Maschinenträger mit aufgesetztem Tragmodul in einer seitlichen Ansicht mit zwei schematisch dargestellten Personen zur Erläuterung mindestens des Größenvergleichs.
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19 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Maschinenträgers mit Tragmodul und teilweise vorhandener Verkleidung in einer perspektivischen Darstellung mit teilweise durchsichtiger Verkleidung.
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20 zeigt eine teilweise Explosionsansicht einer Gondelhülle
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21 zeigt eine vorteilhafte Aufteilung der Elemente einer Gondelhülle zum Transport in Containern.
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22 zeigt eine bisherige Aufteilung der Elemente einer Gondelhülle zum Transport.
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23 erläutert die mathematische Aufteilung der Segmente.
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1 zeigt eine Windenergieanlage 100 mit einem Turm 102 und einer Gondel 104. An der Gondel 104 ist ein Rotor 106 mit drei Rotorblättern 108 und einem Spinner 110 angeordnet. Der Rotor 106 wird im Betrieb durch den Wind in eine Drehbewegung versetzt und treibt dadurch einen Generator in der Gondel 104 an.
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2 erläutert in der Explosionsdarstellung Elemente einer erfindungsgemäßen Gondel 1. Diese Gondel weist einen Hauptteil 2, einen Statorteil 4, der auch als Generatorteil bezeichnet werden kann, und einen Spinner 6 auf. Der Hauptteil 2 ist im Bereich eines Turm-Doms 8 auf einen Turm anzuordnen. Der Hauptteil 2 beinhaltet viele elektrische Einrichtungen und den Maschinenträger 10, der nur im Bereich eines Befestigungsflansches in dieser Darstellung zu erkennen ist.
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Der Statorteil 4 bzw. Generatorteil 4 ist im Wesentlichen zylindrisch und umschließt im Wesentlichen einen dort anzuordnenden Generator einer getriebelosen Windenergieanlage, für die diese Gondel 1 vorgesehen ist. Im Falle eines Innenläufers kann dieser Statorteil 4 unmittelbar mit dem Stator verbunden werden. Eine Belüftung des Generators und Stators kann bspw. über Lüftungsöffnungen 12 erfolgen, die in dieser 2 auch als umlaufende Kante bzw. im Bereich einer umlaufenden Kante vorgesehen sein können. Hier kann Luft nach außen und hinten, also nach rechts zum Hauptteil 2 hin ausströmen.
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In dem Spinner 6 sind drei Blattdome 14 dargestellt, in deren Bereich Rotorblätter mit der Nabe 16 zu verbinden sind. Von dieser Nabe 16 ist im Wesentlichen durch die Öffnung eines Blattdoms 14 ein entsprechender Befestigungsflansch zum Befestigen eines Rotorblatts zu erkennen. Außerdem ist an jedem Blattdom 14 ein Blattfortsatz 18 dargestellt, der so ausgebildet ist, dass er das jeweilige Rotorblatt in seiner Form ergänzt, wenn das entsprechende Rotorblatt in seinem Betriebszustand ist, ohne aus dem Wind gedreht zu sein. Dies betrifft also eine Windenergieanlage mit Rotorblättern mit Blattwinkelverstellung. Die genannte Betriebsstellung ist insbesondere diejenige, die die Rotorblätter im Teillastbereich einnehmen.
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3 zeigt eine Strangpressschiene 300 aus Aluminium, die eine Dichtlippennut 302 mit darin eingesetzter Dichtlippe 304 zeigt. Diese Schiene 300 weist einen Befestigungsbereich 306 auf, in dem eine Befestigung an einem Verkleidungssegment 308, bzw. Schalensegment 308, das in 4 in einem Ausschnitt dargestellt ist, vorgenommen werden soll. Die Schiene 300 kann dabei wie in 4 gezeigt, einen weiteren Stabilisierungsabschnitt 310 aufweisen.
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5 zeigt einen Teil einer Gondel, insbesondere einen Teil eines Hauptteils 320, das in der explosionsähnlichen Darstellung auch ein Verkleidungssegment 308 separat zeigt. An diesem Verkleidungssegment 308 sind zwei Schienen 300 zum abdichtenden Anordnen an benachbarten Verkleidungssegmenten 308 vorgesehen.
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6 zeigt einen Maschinenträger 610 sowie einen an einem Turm anzuordnenden Azimutkranz, zu dem sich der Maschinenträger 610 relativ drehen soll. Zur Initiierung der Drehbewegung sind hier 12 Azimutmotoren 622 vorgesehen, die an dem Azimutkranz angreifen. Der gezeigte Maschinenträger 610 ist im Grunde aus zwei etwa rohrförmigen Teilabschnitten 624 und 626 zusammengesetzt und der Rohrabschnitt 626 weist einen Befestigungsflansch 628 auf zum Befestigen eines Generators bzw. zum Befestigen eines Achszapfens zum Tragen des Generators. Im zusammengesetzten Zustand der Windenergieanlage muss somit die Gewichtskraft des Generators, des aerodynamischen Rotors und einiger weiterer Kräfte die dort auftreten, von diesem Befestigungsflansch 628 über diese beiden rohrförmigen Abschnitte 624 und 626 zum Azimutkranz bzw. einem hier nicht näher spezifizierten Azimutlager übertragen werden. Sämtliche Geräusche, die hierbei auftreten, insbesondere Körperschall den der Generator erzeugt, werden über diesen Befestigungsflansch 628 in den Maschinenträger 610 eingeleitet.
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Zum Aufnehmen eines Tragmoduls weist dieser Maschinenträger 610 entsprechende Modulaufnahmen 630 auf. Solche Modulaufnahmen 630 können Angüsse oder Konsolen sein. Insbesondere können diese Modulaufnahmen 630 beim Gießen dieses Maschinenträgers 610 als Stahlgussteil mit angegossen werden. Diese Modulaufnahmen weisen zudem Aufnahmebohrungen 632 auf, die Entkopplungsmittel aufnehmen können, wie in der 7 verdeutlicht wird.
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7 zeigt einen Ausschnitt der 6 in einer anderen Perspektive und zeigt dabei zwei der Modulaufnahmen 630, die dort als Angüsse vorgesehen sind. In den Aufnahmebohrungen 632, die in 7 nicht mehr direkt zu erkennen sind, sitzen nun Entkopplungsmittel 634, die dort als elastisch dämpfende Einsätze vorgesehen sind, die bspw. aus einem Gummi oder Hartgummi bestehen können bzw. solches aufweisen können. Entscheidend ist ihre Position und damit auch die Position der Aufnahmebohrungen 632 und entsprechend auch der Modulaufnahmen 630, zum Aufnehmen und Tragen eines Tragmoduls in diesem Bereich, das nachfolgend noch beschrieben wird. Diese Modulaufnahmen 630 sind nämlich an einem unteren peripheren Fuß-Abschnitt 636 des Maschinenträgers 610 angeordnet. Dies ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel gleichzeitig ein Aufnahmebereich für Azimutmotoren 636.
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8 zeigt zu dem Maschinenträger der 6 und 7 die Anordnung eines Teils, allerdings wesentlichen Teils eines Tragmoduls 640. Dieses Tragmodul 640 ist über Entkopplungsabschnitte 642 im Bereich der Modulaufnahme 630 an diesen über die Entkopplungsmittel 634 befestigt. Es sind entsprechend den Positionen, die in 6 zu sehen sind, vier solcher Entkopplungsabschnitte 642 vorgesehen, die insoweit als Befestigungsabschnitte 642 bezeichnet werden können. Die Darstellung der 8 zeigt nur drei dieser Bereiche, in denen das Tragmodul 640 über die Befestigungsabschnitte 42 und die Entkopplungsmittel 634 an den Modulaufnahmen 630 und damit an dem Maschinenträger 610 befestigt ist.
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Das Tragmodul 640 ist somit fest mit dem Maschinenträger 610 verbunden, gleichzeitig aber gegen die Übertragung von Körperschall vollständig entkoppelt. Das Tragmodul 640 kann dabei einen Basisabschnitt 644 aufweisen, der im Wesentlichen dem Maschinenträger 610 bzw. die beiden Rohrabschnitte 624 und 626 umgibt. Dieser Basisabschnitt 644 ist über die beschriebenen Entkopplungsmittel 634 an den Maschinenträger 610 befestigt. Der Basisabschnitt 644 weist dann als Erweiterung und auch zur Aufnahme eines Kranträgers 646 einen hinteren Abschnitt 648 auf.
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9 zeigt ganz ähnlich zu 8 einen Maschinenträger 910 mit einem Tragmodul 940 mit einem Basisabschnitt 944 einem hinteren Teil 948 einschließlich Kranträger 946. Eine Befestigung mit Entkopplung erfolgt auch hier ganz ähnlich wie in 8 gezeigt von Befestigungsabschnitten 942 über allerdings kaum erkennbare Entkopplungsmittel 934 zu Modulaufnahmen 930 des Maschinenträgers 910. Auch ansonsten ähneln sich die Tragmodule der 9 und 8 stark. Das Tragmodul 940 der 9 zeigt zudem noch Bodenplatten 950, die aber ebenso auch für das Tragmodul 640 gemäß 8 vorgesehen, in 8 lediglich nicht dargestellt sind.
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10 zeigt nun einen Teil eines Tragmoduls 1040, das gegenüber den Tragmodulen der 8 und 10 ähnlich, lediglich etwas anders im Bereich des Kranträges 1046 aufgebaut ist. Dieses Tragmodul 1040 ist mit diversen elektrischen Einrichtungen wie Steuerschränken 1052 bestückt. Das Tragmodul 1040 weist vier Hauptstützen 1054 auf, die auf einem Maschinenträger über Entkopplungsmittel und entsprechende Modulaufnahmen aufzusetzen sind. Dies wird in späteren Figuren noch erläutert.
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11 zeigt gegenüber der 10 seitliche Erweiterungen 1056, die teilweise schon an eine Gondelverkleidung, also Außenform der herzustellenden Gondel angepasst sind. Besonders deutlich zeigen diese die beiden gebogenen Streben 1058, aber auch die Tatsache, dass die nun gezeigte Konstruktion des Tragmoduls 1040 nach hinten hin, nämlich zu den beiden winklig miteinander verbundenen Tragstreben 1060, die dort den Kranträger 1046 tragen, zuläuft.
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Der in 10 gezeigte Teil des Tragmoduls 1040, einschließlich der dargestellten Bestückung mit elektrischen Einrichtungen, wie dem Schaltschrank 1052, ist in seiner Größe so dimensioniert, dass er in einem üblichen Transportcontainer zum Transport auf der Straße passt. Somit kann dieser Teil gemäß 10 in einem solchen normalen Container zu einem Richtungsort in der gezeigten Bestückung transportiert werden. Die Bestückung kann also bereits in der Werkshalle vorgesehen werden, einschließlich der elektrischen Verbindung der Elemente, soweit möglich. Die Erweiterung, die 11 zeigt, ist auch für den Teil des Tragmoduls 1040 gemäß 10 vorzusehen. Das kann aber dann, wenn der Transport mit diesem Standardcontainer erfolgt, an dem Errichtungsort erfolgen. Es wird noch darauf hingewiesen, dass bspw. das elektrische Modul 1062 seitlich über die Hauptstützen 1054 hinausragt. Dieses Hinausragen ist aber in einer Größe, die noch in den besagten Standardcontainer passt.
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Alternativ kann bei einem Transport mit einem Schwerlaster das Tragmodul 1040 mit der seitlichen Erweiterung 1056, wie in 11 gezeigt, vollständig in einen entsprechenden Container eines Schwerlasttransports aufgenommen werden. Wenn also ein Transport mit einem Schwerlaster erfolgt, kann das Tragmodul 1040 natürlich auch mit der Bestückung der elektrischen Elemente aber außerdem auch mit diesen seitlichen Erweiterungen in der Werkshalle vorbereitet und wie gezeigt Aufstellungsort transportiert werden.
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Die 12 bis 15 veranschaulichen nun das Aufsetzen eines Tragmoduls 1040 einschließlich der seitlichen Erweiterung 1056 gemäß 11 auf einen Maschinenträger 1210. Der Maschinenträger 1210 ist ganz ähnlich dem Maschinenträger 910 gemäß 9 ausgebildet, unterscheidet sich aber in einigen Details im Bereich der Modulaufnahme 1230 einschließlich Aufnahmebohrungen 1232. 12 zeigt insoweit den vorbereiteten Maschinenträger 1210 und die 13 zeigt eine erste Position, bei der das Tragmodul 1240 bereits durch einen Kran angeliefert und abgesenkt wird. Zwei Absenkpfeile 1264 veranschaulichen die Absenkrichtung des Tragmoduls 1240 auf den Maschinenträger 1210.
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14 veranschaulicht dann, bei weiter abgesenktem und nun vollständig dargestelltem Tragmodul 1240, das Vorsehen von vier Entkopplungsmitteln 1234, von denen aufgrund der Perspektive in 14 aber nur zwei dargestellt sind, die entsprechend im Bereich der Modulaufnahmen 1230 nun angeordnet sind.
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Im Übrigen zeigt auch das Tragmodul 1240 Bodenplatten 1250 sowie einige weitere Details, wie bspw. ein Kranelement 1266 an dem Kranträger 1246. Diese Elemente sind für die Durchführung des hier veranschaulichten Aufbaus nicht nötig, aber es ist vorteilhaft, dass diese Elemente bereits vorinstalliert sind. Das Tragmodul 1240 ist also vorgefertigt und bestückt, einschließlich elektrischer Verbindungen der vorhandenen Elektroeinrichtungen untereinander, sofern dies schon möglich ist, und einschließlich der Bodenplatten 1250.
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15 zeigt dann den fertigen Zustand des Zusammenbaus von Maschinenträger 1210 und Tragmodul 1240.
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Aus den 12 bis 15 ist nun auch zu erkennen, dass das Tragmodul 1040 im Bereich der Hauptstützen 1254 auf den Modulaufnahmen 1230 und den Entkopplungsmitteln 1234 aufgesetzt ist.
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Es kann also nicht nur eine vergleichsweise einfache Zusammensetzung dieser Elemente erfolgen, indem besonders das Tragmodul 1240 soweit wie möglich vorbereitet und bestückt ist, und dann erst aufgesetzt wird, sondern es kann hierbei gleichzeitig ein schallreduzierter Aufbau erfolgen, bei dem nämlich Körperschall von dem Maschinenträger 1210 nicht oder nur gering auf das Tragmodul 1240 übertragen wird, von dem aus er ggf. in eine Verkleidung gelangen und von dort abgestrahlt werden könnte. Dies wird verhindert oder zumindest erheblich verringert.
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16 zeigt nun die Ergänzung von Entkopplungsstützen 1268 zum Befestigen und entkoppelnden Stützen einer Gondelverkleidung. Diese Entkopplungsstützen werden später angebracht, da sie im vorinstallierten Zustand keinen Platz mehr in dem Transportcontainer finden, selbst nicht im Schwerlasttransportcontainer. Die Anzahl dieser Entkopplungsstützen 1268 ist jedoch gering und sie können vergleichsweise einfach vor Ort angeordnet werden, um dann die Gondelverkleidung vorzusehen. Es wird darauf hingewiesen, dass das Installieren der Elektroeinrichtungen besonders aufwendig, kompliziert und ggf. fehlerträchtig sein kann, weil für die elektrischen Einrichtungen in vielerlei Hinsicht auch Funktionstests durchgeführt sollen oder müssen. Viele von diesen Funktionstests können nun bereits in einer Werkhalle vor dem Transport erfolgen.
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Solchen Überlegungen insbesondere Tests sind für die Entkopplungsstützen 1268 nicht erforderlich, so dass ihre Installation bzw. Anordnung vor Ort insoweit vergleichsweise einfach und problemlos erfolgen kann.
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17 zeigt dann einen Teil einer Gondelverkleidung eines Hauptteils 1202 einer Gondel. Es ist zu erkennen, dass einige der Entkopplungsstützen 1268 durch die Verkleidung 1270 hindurch ragen. Dennoch können sie die Verkleidung 1270 teilweise stützen und sie können zum Anordnen äußerer Elemente, wie bspw. einer Flugbefeuerung oder Messeinrichtungen wie Anemometer, verwendet werden. 17 zeigt zudem einen Turm-Dom 1208, der im Bereich zu einem Turm hin vorgesehen sind. Der Turm-Dom 1208 ist hier vergleichsweise kurz ausgestaltet und kann deswegen so kurz ausgestaltet werden, weil eine Belüftung der Gondel nicht über diesen Bereich des Turm-Doms 1208 erfolgt, so dass dieser im Wesentlichen gegen den Turm abgedichtet sein kann und entsprechend keine Strömungsstrecke für einströmende Luft vorsehen muss.
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18 veranschaulicht einen Zusammenbau von Maschinenträger 1210 und Tragmodul 1240 und die veranschaulichten Personen 1272 veranschaulichen nicht nur die Größe des Aufbaus, sondern auch, wo Standflächen zum Betreten vorhanden sind.
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Die 19 zeigt in einer perspektivischen Darstellung einen Maschinenträger 910 mit aufgesetztem und vollständig bestücktem Tragmodul 940, das gemäß der Zeichnung zumindest teilweise in einer Gondelverkleidung aufgenommen ist. Die Gondelverkleidung 1970 weist dabei umlaufende Spanten 1974 sowie dazwischen längsseitig angeordnete Spanten 1976 auf. Diese können ein Skelet oder Traggerippe für die Gondelverkleidung 1970 bilden, oder die längsseitigen Spanten können Teil der Verkleidungssegmente 1987 sein.
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20 zeigt also in der Explosionsdarstellung eine Gondel 2001, von der hier nur die Hülle dargestellt ist. Diese Hülle oder Gondelhülle setzt sich zusammen aus grundsätzlich drei Bereichen, nämlich der Gondelverkleidung 2002, der Generatorverkleidung 2004 und der Spinnerverkleidung 2006. Die Gondelverkleidung 2002 ist unterteilt in eine vordere Gondelverkleidung 2020, eine hintere Gondelverkleidung 2022 und eine ganz hinten abschließende Gondelkappe 2024.
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Die Spinnerverkleidung 2006 ist weiter unterteilt in eine Spinnerhauptverkleidung 2060 und eine Spinnerkappe 2062. Die Generatorverkleidung 2004 ist in Längsrichtung, also von der Gondelkappe 2024 zur Spinnerkappe 2062 nicht weiter unterteilt.
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Bis auf die beiden Kappen, also die Gondelkappe 2024 und die Spinnerkappe 2062 sind die einzelnen Verkleidungsabschnitte soweit möglich in einzelne längsgerichtete Segmente unterteilt, die jeweils die Schalensegmente sind. Die Unterteilung in längsgerichtete Segmente wird soweit wie möglich vorgenommen und ist dabei lediglich in der Spinnerhauptverkleidung 2060 im Bereich der Blattdurchführungen oder Blattdome 2064 unterbrochen und die vordere Gondelverkleidung 2020 ist im Bereich der Turmdurchführung bzw. des Turm-Doms 2026 unterbrochen. Ansonsten werden jeweils gleiche längsgerichtete Segmente verwendet.
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Die hintere Gondelverkleidung 2022 weist dafür acht hintere Gondelsegmente 2028 auf. Die vordere Gondelverkleidung 2020 weist neun vordere Gondelsegmente 2030 auf und die Generatorverkleidung 2004 ist in sechs Generatorsegmente 2042 unterteilt. Zwischen den Blattdomen 2064 weist die Spinnerhauptverkleidung 2060 jeweils ein Spinnersegment 2066 auf. Insgesamt sind also drei Spinnersegmente 2066 vorhanden.
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21 zeigt sechs 20-Fuß-Container 2080 und einen 40-Fuß-Container 2084. In diesem insgesamt sieben Containern sind sämtliche Elemente, die in 20 dargestellt sind, enthalten, bis auf die beiden Kappen. Für die Gondelkappe 2024 und die Spinnerkappe 2062 ist ein separates Transportgestell 2086 vorgesehen. Im Übrigen sind an der Spinnerhauptverkleidung 2060 gemäß 20 noch drei Blattfortsätze 2018 dargestellt, die so ausgebildet sind, dass sie das jeweilige Rotorblatt in seiner Form ergänzen, wenn es in seinem Betriebszustand ist, ohne aus dem Wind gedreht zu sein, also insbesondere im Teillastbereich bzw. Teillastbetrieb. Diese Blattfortsätze 2018 sind abnehmbar und können im abgenommenen Zustand in einem Container untergebracht werden, wie die 21 zeigt.
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Ansonsten sind in 21 in den vier in Reihe dargestellten Containern in einem die hinteren Gondelsegmente 2028 in einem Stapel gelagert. Die vorderen Gondelsegmente 2030 sind in zwei weiteren Containern gelagert. Segmente mit dem Turm-Dom 2026 sind in einem noch weiteren Container gelagert.
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Der Container, in dem bereits die abnehmbaren Blattfortsätze 2018 gelagert sind, enthält auch die Generatorsegmente 2042.
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Der einzige Langcontainer, also 40-Fuß-Container 2084, umfasst sämtliche Blattdomsegmente 2064. Die drei Spinnersegmente 2066 sind schließlich in dem letzten noch nicht erläuterten Container 2080 untergebracht.
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22 zeigt zum Vergleich eine bisherige Art und Weise des Transports, bei dem auch zwei 20-Fuß-Container vorgesehen sind, die übrigen Segmente aber auf Transportpaletten transportiert werden müssen. Dies ist nicht zuletzt auch dadurch begründet, dass Segmente mit nicht abnehmbaren Blattfortsätzen 2218 transportiert werden mussten. Außerdem sind die Domsegmente 2264 durch die langen Dome schwierig zu transportieren. Auch die ungünstige Aufteilung anderer Segmente machen einen solchen Transport auf Paletten 2270 erforderlich.
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23 erläutert die mathematische Aufteilung der Segmente. Demnach besteht folgender Zusammenhang zwischen der Sehne b, dem Radius R und der Teilung α: sin( α / 2) = b / 2 × 1 / R
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Außerdem muss die Anzahl der Segmente, unter der Annahme, dass diese einen vollständigen Kreis bilden, multipliziert mit dem Winkel α 360° ergeben: α : Teilung α·n = 360°
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Die Anzahl n ist so zu wählen, dass die Sehnenlänge b nach den beiden Gleichungen (1) und (2) noch in den Seecontainer passt, also etwas kleiner als die Innenbreite ist.
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Für die 20 ergibt sich, wenn keine Dom-Segmente zu berücksichtigen wären, 9 Segmente mit einer Teilung von 40° für die Spinnersegmente 2066 der Spinnerhauptverkleidung 2060, 12 Segmente mit einer Teilung von 30° für die vorderen Gondelsegmente 2030 der vorderen Gondelverkleidung 2020 und 8 Segmente mit einer Teilung von 45° für die hinteren Gondelsegmente 2028 der hinteren Gondelverkleidung 2022.
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Die Dome verändern dabei nicht die Teilung, sondern nur jeweils die Anzahl der gleichen Segmente.
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Insbesondere müssen die Segmente durch eine Öffnungsweite der Tür des Containers passen. Die beträgt 2,343 Meter und die Höhe der Türöffnung betrag 2,28 Meter.
