DE102017200123A1 - mounting assembly - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Befestigungsanordnung (5) zum Befestigen von Bauelementen an einer Wand (1) eines Turms einer Windkraftanlage, wobei die Befestigungsanordnung (5) ein Befestigungselement (2) und einen Lotkörper (4) aufweist, wobei das Befestigungselement mittels des Lotkörpers (4) fest mit der Wand (1) verbunden ist. Der Lotkörper (4) umfasst eine Kehlnaht. Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen der Befestigungsanordnung (5).The invention relates to a fastening arrangement (5) for fastening components to a wall (1) of a tower of a wind power plant, wherein the fastening arrangement (5) has a fastening element (2) and a brazing body (4), wherein the fastening element is secured by means of the brazing body (4 ) is firmly connected to the wall (1). The solder body (4) comprises a fillet weld. Furthermore, the invention relates to a method for producing the fastening arrangement (5).
Description
Die Erfindung betrifft eine Befestigungsanordnung zum Befestigen von Bauelementen an einer Wand eines Turms einer Windkraftanlage sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Befestigungsanordnung.The invention relates to a fastening arrangement for fastening components to a wall of a tower of a wind power plant and to a method for producing a fastening arrangement.
Schwingend beanspruchte geschweißte Stahlkonstruktionen sind durch eine Kerbwirkung von Schweißnähten und angeschweißten Anbauteilen sowie durch die prozessbedingten Schweißeigenspannungen besonders ermüdungsgefährdet.Swinging stressed welded steel structures are particularly susceptible to fatigue due to the notch effect of welds and welded attachments as well as due to the process-related residual stresses in the welds.
Windenergieanlagen stellen in Bezug auf eine zyklische Beanspruchung besonders hoch belastete Konstruktionen dar. Dies ist überwiegend bedingt durch Eigenfrequenzen der Rotorblätter sowie des Turms, eine Windbeanspruchung sowie den Rotorblattdurchgang am Turm selbst. Dies führt dazu, dass derartige Konstruktionen bis zu 109 Lastwechsel während der gesamten Betriebsdauer ertragen sollen und für eine derartige Beanspruchung ausgelegt werden müssen.Wind turbines are particularly highly loaded constructions in terms of cyclic loading. This is mainly due to natural frequencies of the rotor blades and the tower, a wind load and the rotor blade passage on the tower itself. As a result, such constructions up to 10 9 load changes throughout the Operating life to endure and must be designed for such stress.
Neben Gondel samt Rotorblättern und Turmfundament stellt der Turm, welcher häufig als Stahlrohrturmausführung errichtet wird, eine reglementierende Größe in der Ausgestaltung der Gesamtwindenergieanlage dar.In addition to gondola including rotor blades and tower foundation, the tower, which is often built as a tubular steel tower design, represents a regulatory factor in the design of the total wind energy plant.
Um standfeste Türme zu konstruieren, werden in Lastsimulationen zunächst die Betriebsfestigkeitslasten und Extremlasten ermittelt, auf deren Grundlage der Turm ausgelegt wird. Für den Betriebsfestigkeitsnachweis spielt der Begriff der Kerbwirkung eine zentrale Rolle. Als Kerbe bezeichnet man alle Querschnittsübergänge und Formstörungen in der Turmwand. In der Umgebung von Kerben weicht eine Spannungsverteilung von derjenigen des ungestörten Bauteils ab. Dieses Phänomen bezeichnet man als Kerbwirkung.In order to construct stable towers, first load stress and extreme loads are determined in load simulations on the basis of which the tower is designed. For the fatigue analysis, the notion of notch effect plays a central role. As a notch one calls all cross-sectional transitions and form disturbances in the tower wall. In the vicinity of notches, a stress distribution deviates from that of the undisturbed component. This phenomenon is called the notch effect.
In einer Kerbfallklasse werden Kerben mit gleicher oder ähnlicher Kerbwirkung zur Vereinfachung der Berechnung zusammengefasst. So hat man nach dem europäischen Normenregelwerk (EN 1993; EN 1090) den Schweißbuchsen einen Kerbfall von 80 zuzuordnen. Dies bedeutet, dass das danach ausgelegte Bauteil für eine maximale Schwingspannungsbreite von 80 N/mm2 betriebsfest ist. Das heißt, Normalspannungen in der Turmwand können zwei Millionen Zyklen lang mit einer Amplitude von 40 N/mm2 schwanken, ohne dass es zu einem Versagen kommt. Für eine völlig kerbfreie Turmwand, z.B. aus Stahl, kann üblicherweise eine maximale Kerbfallklasse von 160 angenommen werden.In a notch class, notches with the same or similar notch effect are summarized to simplify the calculation. For example, according to the European standard code (EN 1993, EN 1090), the weld bushings have a score of 80. This means that the component designed for this purpose is operationally stable for a maximum vibration stress width of 80 N / mm 2 . That is, normal stresses in the tower wall can fluctuate for two million cycles with an amplitude of 40 N / mm 2 , without causing failure. For a completely scoring-free tower wall, eg made of steel, a maximum notch class of 160 can usually be assumed.
Windenergieanlagen in Stahlsegmentbauweise weisen in der Regel drei Schweißdetails auf: zum einen die Längsnähte mit Kerbfallklasse 125, die Rundnähte (Quernähte als Stumpfnähte zum Verbinden der Rohrsegmente) mit Kerbfallklasse 90 und sogenannte Schweißbuchsen mit Kerbfallklasse 80. Die Schweißbuchsen stellen somit im Vergleich zu den anderen Schweißdetails eine Schwachstelle dar.Wind energy plants in steel segment construction usually have three welding details: on the one hand the longitudinal seams with notch class 125, the round seams (cross seams as butt welds for connecting the pipe segments) with
Die Schweißbuchsen ermöglichen die Aufnahme von Turmeinbauten wie Steigeisen, Leitern und Kabelführung, und die Befestigung der Turmeinbauten an der Turninnenwand. In derzeitigen Windenergieanlagen können weit über hundert Schweißbuchsen zum Einsatz kommen.The welding bushes allow the inclusion of tower installations such as crampons, ladders and cable management, and the attachment of the tower internals on the turn wall. In current wind turbines, well over a hundred welded sockets can be used.
Das mit überwiegender Mehrheit verwendete Fügeverfahren zur Montage der Schweißbuchsen an der Turminnenwand ist das Metallschutzgasschweißen (MSG-Schweißen). Dabei wird die Buchse mittels einer Kehlnaht an die Turminnenwand angeschweißt.The most commonly used method of joining the weld bushings to the tower inner wall is gas metal arc welding (MIG / MAG welding). In this case, the socket is welded by means of a fillet weld to the tower inner wall.
So ist aus der Veröffentlichung
Vorteilhaft sind die kostengünstige, zügige und einfache Montage durch das Verfahren sowie die vielseitige Berücksichtigung der Anwendung in den Regelwerken zur Auslegung. Durch das Aufschmelzen des Grundwerkstoffs der Turminnenwand kann allerdings hierbei nur eine vergleichsweise geringe Kerbfallklasse erreicht werden, und es muss zum Ausgleich mit entsprechend großen Materialstärken gearbeitet werden.Advantageous are the cost-effective, rapid and simple assembly by the method and the versatile consideration of the application in the regulations for design. By melting the base material of the tower inner wall, however, only a comparatively low notch class can be achieved, and it must be used to compensate with correspondingly large material thicknesses.
Die Ursache für die negative Wirkung der Schweißbuchsen liegt zum einen in einer ungünstigen Beeinflussung der Turmwand durch die thermische Einwirkung des Schweißprozesses. Hierdurch können Aufhärtungen, Entfestigungen, innere Unregelmäßigkeiten sowie ungünstige Schweißeigenspannungszustände hervorgerufen werden, welche allesamt zu einer verringerten Ermüdungsfestigkeit führen. Zum anderen ergeben sich geometrische Kerbwirkungen durch Kraftumlenkungen und Verformungsbehinderungen durch derartige angeschweißte Anbauteile.The cause of the negative effect of the welding bushes is on the one hand in an unfavorable influence of the tower wall by the thermal action of the welding process. This can cause hardening, softening, internal irregularities and unfavorable welding residual stress states, all of which lead to a reduced fatigue strength. On the other hand, geometrical notch effects result from force deflections and deformation impediments due to such welded attachments.
Durch die relativ niedrige Kerbfallklasse 80 der Schweißbuchsen muss die Turmwand dicker ausgeführt werden, was zum einen zu einem höheren Materialeinsatz führt und zum anderen eine höhere Bauweise im Sinne der Ausnutzung sicherer Windbereiche verhindert. Nicht zuletzt führen derartige Schweißbuchsen aufgrund der hohen Kerbschärfe und der damit einhergehenden signifikanten Reduktion ertragbarer Schwingungen zu einer insgesamt geringeren Lebensdauer von Windenergieanlagen.Due to the relatively
Bei einer generischen Windenergieanlage (120 m Nabenhöhe, 3 MW Leistung) können für Turmeinbauten mit Kerbfallklasse 90 etwa 5 bis 7 Tonnen Stahlmasse je Turm bzw. für Kerbfallklasse 112 zwischen 15 bis 23 Tonnen Stahlmasse im Vergleich zu Kerbfallklasse 80 eingespart werden.For a generic wind turbine (120 m hub height, 3 MW power), tower constructions with
Es wäre demnach wünschenswert, die Kerbwirkung der Schweißbuchsen zu verringern bzw. die Kerbfallklasse zu erhöhen.It would therefore be desirable to reduce the notch effect of the weld bushes or to increase the notch class.
In den Veröffentlichungen
In den Veröffentlichungen
In der Veröffentlichung
Die Befestigung von Anbauelementen und Buchsen mittels magnetischer Haltekraft ist in der Druckschrift
Die Veröffentlichung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zum Befestigen von Bauelementen an einer Wand eines Turms einer Windkraftanlage bereitzustellen, die die genannten Nachteile des Standes der Technik vermeidet. Außerdem ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen einer derartigen Befestigungsanordnung bereitzustellen.The invention has for its object to provide an arrangement for mounting components on a wall of a tower of a wind turbine, which avoids the disadvantages of the prior art. In addition, it is an object of the invention to provide a method for producing such a fastening arrangement.
Die Aufgabe wird durch eine Befestigungsanordnung gemäß dem Hauptanspruch sowie ein Verfahren gemäß dem Nebenanspruch gelöst. Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen sowie den Ausführungsbeispielen definiert und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.The object is achieved by a fastening arrangement according to the main claim and a method according to the independent claim. Further developments are defined in the dependent claims and the exemplary embodiments and will be explained in more detail in the following description.
Die Befestigungsanordnung zum Befestigen von Bauelementen an einer Wand eines Turms einer Windkraftanlage weist ein Befestigungselement und einen Lotkörper auf, wobei das Befestigungselement mittels des Lotkörpers bzw. einer Lötnaht fest mit der Wand verbunden ist. Weiter ist der Lotkörper als Kehlnaht ausgebildet.The fastening arrangement for fastening components to a wall of a tower of a wind power plant has a fastening element and a brazing body, wherein the fastening element is firmly connected to the wall by means of the brazing body or a soldering seam. Next, the solder body is formed as a fillet weld.
Mit einer Kehlnaht kann eine zuverlässige Verbindung zwischen dem Befestigungselement und der Wand geschaffen werden. Durch den Lotkörper wird die Wand des Turms bei der Herstellung der Befestigungsanordnung in wesentlich geringerem Umfang thermisch beansprucht als bei einer Schweißverbindung. Der Lotkörper bildet eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Befestigungselement und der Wand, wobei die stoffschlüssige Verbindung eine ausreichende Beanspruchbarkeit des Bauelements garantiert, ohne die negativen Auswirkungen von Kerben einer Schweißnaht zu erzeugen.With a fillet weld, a reliable connection between the fastener and the wall can be created. As a result of the solder body, the wall of the tower is thermally stressed to a much lesser extent during the production of the fastening arrangement than in the case of a welded connection. The solder body forms a material connection between the fastening element and the wall, wherein the cohesive connection guarantees a sufficient strength of the component, without producing the negative effects of notches of a weld.
Die Kehlnaht kann eine Wölbnaht, eine Flachnaht oder eine Hohlnaht sein.The fillet weld can be a curved seam, a flat seam or a hollow seam.
Es kann vorgesehen sein, dass das Befestigungselement und die Wand zumindest teilweise aneinander anliegen. Das Befestigungselement kann also die Wand zumindest teilweise berühren. Ein definierter Spalt zwischen dem Befestigungselement und der Wand, wie er beim Hartlötprozess aber benötigt wird, ist somit nicht vonnöten. Insbesondere bei einer zylinderförmigen Turmwand einer Windkraftanlage kann hierdurch die Befestigung des Befestigungselements an der Wand vereinfacht werden.It can be provided that the fastening element and the wall at least partially abut each other. The fastener may therefore at least partially touch the wall. A defined gap between the fastener and the wall, as it is needed in the brazing process, but is therefore not necessary. In particular, in the case of a cylindrical tower wall of a wind power plant, the attachment of the fastening element to the wall can thereby be simplified.
Der Lotkörper kann sich zumindest teilweise außen um eine äußere Wandung des Befestigungselements herum erstrecken. Der Lotkörper kann z.B. ringförmig oder U-förmig ausgebildet sein.The solder body may extend at least partially outside around an outer wall of the fastener. The solder body can e.g. be formed annular or U-shaped.
Es kann vorgesehen sein, dass die Wand eine erste Fläche aufweist und das Befestigungselement eine zweite Fläche aufweist, wobei die genannten Flächen im Wesentlichen senkrecht zueinander sind. Der Lotkörper kann eine Lotbrücke zwischen der ersten Fläche und der zweiten Fläche bilden.It can be provided that the wall has a first surface and the fastening element has a second surface, wherein said surfaces are substantially perpendicular to each other. The solder body may form a solder bridge between the first surface and the second surface.
In einer Weiterbildung ist der Lotkörper durch Lichtbogenfügen, insbesondere Lichtbogenlöten, hergestellt. In einer Ausführung ist der Lotkörper flussmittelfrei. Flussmittel werden oftmals beim Weichlöten oder Hartlöten eingesetzt und stellen eine Gefahr für die Gesundheit dar. Andererseits sind beim Löten unter einer Schutzgasatmosphäre, z.B. Lichtbogenlöten, üblicherweise keine Flussmittel erforderlich.In a development, the solder body is produced by arc joining, in particular arc soldering. In one embodiment, the solder body is flux-free. Fluxes are often used in soldering or brazing and pose a health hazard. On the other hand, when brazing under a protective gas atmosphere, e.g. Arc brazing, usually no flux required.
In einer Ausführungsform ist das Befestigungselement zylinder- oder quaderförmig. Das Befestigungselement ist z.B. als Buchse, Fahnenblech oder Bolzen ausgeführt. Das Befestigungselement kann mit einer Stirnseite an der Wand befestigt sein. Zudem kann das Befestigungselement ein Durchgangsloch aufweisen, das sich von der genannten Stirnseite bis zu einer der genannten Stirnseite gegenüberliegenden Stirnseite erstreckt. Weiter kann das Befestigungselement ein Innengewinde und/oder ein Außengewinde aufweisen. Das Durchgangsloch kann insbesondere als eine durchgehende Bohrung mit Innengewinde ausgestaltet sein. Hierdurch können Bauelemente in einfacher Weise mit dem Befestigungselement verbunden bzw. an dem Befestigungselement befestigt werden.In one embodiment, the fastening element is cylindrical or cuboid. The fastener is designed for example as a socket, flag plate or bolt. The fastening element can be fastened with an end face on the wall. In addition, the fastener may have a through hole extending from said Front side extends to one of said end face opposite end side. Furthermore, the fastening element can have an internal thread and / or an external thread. The through hole can be configured in particular as a through bore with internal thread. As a result, components can be easily connected to the fastener or attached to the fastener.
In einer Ausführungsform ist der Lotkörper durch ein Kupferbasislot, ein Nickelbasislot, ein Kobaltbasistlot oder ein Eisenbasislot gebildet. Das Lot und/oder der Lotkörper können hierbei eine Schmelztemperatur von mindestens 900 °C und/oder höchstens 1200 °C haben. Beispielsweise hat CuSi3 einen Schmelzbereich von 910 - 1025 °C, während CuAl8 einen Schmelzbereich von 1030 - 1040 °C aufweist. Typischerweise hat Stahl, der für die Innenwand der Windkraftanlage benutzt wird, eine Schmelztemperatur von etwa 1400 °C oder sogar mehr. Durch die vorgesehene Schmelztemperatur des Lots kann das Lot geschmolzen werden, ohne dass die Wand dadurch beschädigt wird. Typischerweise sind der Lotkörper und die Wand also aus unterschiedlichen Materialien gefertigt.In one embodiment, the solder body is formed by a copper-based solder, a nickel-based solder, a cobalt-based solder or an iron-based solder. The solder and / or the solder body in this case may have a melting temperature of at least 900 ° C and / or at most 1200 ° C. For example, CuSi3 has a melting range of 910 - 1025 ° C, while CuAl8 has a melting range of 1030 - 1040 ° C. Typically, steel used for the interior wall of the wind turbine has a melting temperature of about 1400 ° C or even more. Due to the envisaged melting temperature of the solder, the solder can be melted without the wall being damaged. Typically, the solder body and the wall are thus made of different materials.
Es kann vorgesehen sein, dass der Lotkörper einen geringeren Elastizitätsmodul (E-Modul) als die Wand und/oder das Befestigungselement aufweist. Dies zieht eine reduzierte Verformungsbehinderung nach sich, und somit können Spannungsspitzen reduziert werden. Der Elastizitätsmodul von Stahl, der typischerweise für die Konstruktion der Wand und/oder das Befestigungselement verwendet wird, beträgt typischerweise mehr als 2 × 105 N/mm2, z.B. 2,1×105 N/mm2. Andererseits kann der Elastizitätsmodul des Lotkörpers bis zu 1,4 × 105 N/mm2 betragen, insbesondere kann der Elastizitätsmodul des Lotkörpers kleiner als 1,3 × 105 N/mm2 sein. Beispielsweise beträgt der Elastizitätsmodul des Lotkörpers 1,2 × 105 N/mm2.It can be provided that the solder body has a lower modulus of elasticity (modulus of elasticity) than the wall and / or the fastening element. This results in a reduced deformation obstruction and thus stress spikes can be reduced. The modulus of elasticity of steel typically used for the construction of the wall and / or fastener is typically greater than 2 × 10 5 N / mm 2 , eg 2.1 × 10 5 N / mm 2 . On the other hand, the modulus of elasticity of the solder body may be up to 1.4 × 10 5 N / mm 2 , in particular, the elastic modulus of the solder body may be smaller than 1.3 × 10 5 N / mm 2 . For example, the modulus of elasticity of the solder body is 1.2 × 10 5 N / mm 2 .
In einer Ausführungsform umfasst der Lotkörper eine einzelne Lage oder mehrere Lagen eines Lots oder verschiedener Lote. Für die Verbindung des Befestigungselements mit der Wand kann die Befestigungsanordnung auch eine Vielzahl von Lotkörpern, z.B. 2, 3 oder sogar mehr, aufweisen.In one embodiment, the solder body comprises a single layer or multiple layers of a solder or different solders. For the connection of the fastener to the wall, the fastener assembly may also comprise a plurality of solder bodies, e.g. 2, 3 or even more.
Die Befestigungsanordnung kann einer Kerbfallklasse (s. obige Definition) von mindestens 90, insbesondere mindestens 100 und/oder höchstens 130 oder 120 zugeordnet werden.The fastening arrangement can be assigned to a notch class (see above definition) of at least 90, in particular at least 100 and / or at most 130 or 120.
Das Befestigungselement kann z.B. mit einer Turminnenwand oder einer Turmaußenwand verbunden sein. Die Bauelemente, die an der Wand des Turms der Windkraftanlage befestigt werden, können insbesondere Steigeisen, Leitern und Kabelführung sein. Weitere Bauelemente sind ebenfalls denkbar. Typischerweise umfasst eine Windkraftanlage einen Turm mit einer Turmwand. Die Windkraftanlage kann die oben genannte Befestigungsanordnung oder eine Vielzahl derartiger Befestigungsanordnungen aufweisen.The fastener may e.g. be connected to a tower inner wall or a tower outer wall. The components that are attached to the wall of the tower of the wind turbine, in particular crampons, ladders and cable management can be. Other components are also conceivable. Typically, a wind turbine includes a tower with a tower wall. The wind turbine may have the above-mentioned attachment arrangement or a plurality of such attachment arrangements.
Mit der Erfindung wird auch ein Verfahren zum Herstellen einer Befestigungsanordnung bereitgestellt. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
- - Anordnen eines Befestigungselements an einer Wand eines Turms einer Windkraftanlage;
- - Schmelzen des Lots, wobei zumindest die Wand (1) in einem festen Aggregatszustand bleibt;
- - Bilden eines Lotkörpers mit einer Kehlnaht; und
- - Verbinden des Befestigungselements mit der Wand mittels mit der Kehlnaht des Lotkörpers.
- - placing a fastener on a wall of a tower of a wind turbine;
- - Melting of the solder, wherein at least the wall (1) remains in a solid state of aggregation;
- - forming a solder body with a fillet weld; and
- - Connecting the fastener to the wall by means of the fillet weld of the solder body.
Beim Schmelzen des Lots soll also beachtet werden, dass lediglich das Lot aufschmilzt; die Wand und vorzugsweise auch das Befestigungselement sollen in einem festen Aggregatzustand bleiben.When melting the solder so it should be noted that only the solder melts; the wall and preferably also the fastening element should remain in a solid state of aggregation.
Vorzugweise wird das Lot während des Schmelzens auf das Befestigungselement und/oder auf die Wand des Turms aufgebracht. Alternativ kann das Lot auch vor dem Schmelzen an dem Befestigungselement und/oder an der Wand angeordnet werden. In einer Weiterbildung finden die Schritte des Schmelzens des Lots und/oder des Herstellens der Lötverbindung unter Zufuhr eines Schutzgases oder in einem zumindest partiellen Vakuum statt.Preferably, the solder is applied during melting on the fastener and / or on the wall of the tower. Alternatively, the solder can also be arranged on the fastening element and / or on the wall before melting. In a further development, the steps of melting the solder and / or producing the solder joint take place with supply of an inert gas or in an at least partial vacuum.
Geeignete Schutzgase hängen von den Prozessparametern ab. Beispielsweise können reines Argon oder reines Helium bzw. argon- oder heliumreiche Mischgase als Schutzgase eingesetzt werden. Das partielle Vakuum kann z.B. ein Grobvakuum mit einem Druck von 1 mbar bis 300 mbar oder ein Feinvakuum mit einem druck von 10-3 mbar bis 1 mbar sein.Suitable shielding gases depend on the process parameters. For example, pure argon or pure helium or argon or helium-rich mixed gases can be used as protective gases. The partial vacuum can be, for example, a rough vacuum with a pressure of 1 mbar to 300 mbar or a fine vacuum with a pressure of 10 -3 mbar to 1 mbar.
Durch das Vakuum oder das Schutzgas kann eine Oxidation der Verbindungspartner verhindert werden, wodurch eine stärkere Lötverbindung hergestellt werden kann. Gleichzeitig kann die Werkstoffoberfläche durch die Lichtbogenwirkung ausreichend aktiviert werden kann. Hierdurch kann auch auf etwaige Flussmittel verzichtet werden.By the vacuum or the protective gas, oxidation of the connection partners can be prevented, whereby a stronger solder joint can be produced. At the same time, the material surface can be sufficiently activated by the arc effect. This can also be dispensed with any flux.
In einer Ausführungsform wird das Lot mittels eines Lichtbogens geschmolzen.In one embodiment, the solder is melted by means of an arc.
Beispielsweise kann das Befestigungselement mittels Lichtbogenlötens mit der Wand verbunden werden. Lichtbogenlöten im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein Schmelzfügeprozess, bei dem die Verbindung zwischen Werkstoffen über einen artfremden Zusatzwerkstoff hergestellt wird. Lichtbogenlöten ist z.B. im DVS-Merkblatt (Deutscher Verband für Schweißtechnik e.V.) 0936 definiert. Die Verbindung kommt typischerweise durch Grenzflächenreaktionen zustande, wozu Benetzung, Ausbreitung, kapillares Verhalten und Diffusionsvorgänge zählen. Beim Lichtbogenlöten handelt es sich in der Regel um ein Fugenlötverfahren, im Gegensatz zu den sonst üblichen Spaltlötverfahren. Während beim Spaltlöten ein definierter Spalt überwiegend durch einen kapillaren Fülldruck mit Lot gefüllt wird, kann beim Fugenlöten eine Fuge vorwiegend durch die Schwerkraft mit Lot gefüllt werden. Die Energieübertragung zum Aufschmelzen des Lotes erfolgt mittels elektrischer Gasentladung (Lichtbogen) unter Schutzgaszufuhr. Aufgrund der relativ niedrigen Schmelztemperaturen der Lotwerkstoffe können Verbindungen mit geringer Schädigung und geringer thermischer Belastung der Grundwerkstoffe erreicht werden.For example, the fastener by means of arc soldering to the wall get connected. Arc brazing in the context of the present invention is a fusion joining process, in which the connection between materials is made via a non-related filler material. Arc brazing is defined, for example, in the DVS Merkblatt (German Association for Welding Technology) 0936. The compound is typically formed by interfacial reactions, including wetting, spreading, capillary behavior, and diffusion processes. Arc brazing is usually a joint brazing process, in contrast to the otherwise common Spaltlötverfahren. While in gap brazing a defined gap is filled mainly by a capillary filling pressure with solder, in joint brazing a joint can be filled mainly by gravity with solder. The energy transfer for melting the solder takes place by means of electrical gas discharge (arc) under inert gas. Due to the relatively low melting temperatures of the brazing materials connections with low damage and low thermal stress of the base materials can be achieved.
Es können zum Beispiel folgende Lichtbogenlötverfahren für die vorliegende Erfindung eingesetzt werden: Metallschutzgas- (MSG-), Wolframschutzgas-(WSG-) und Plasmalöten. Weitere Einzelheiten zum Lichtbogenschweißen und Lichtbogenlöten kann der Fachmann dem Stand der Technik entnehmen.For example, the following arc-brazing techniques can be used with the present invention: metal inert gas (MSG), tungsten inert gas (WSG) and plasma brazing. Further details of arc welding and arc brazing can be seen by those skilled in the art.
Alternativ kann für den Schritt des Schmelzens des Lots eventuell auch ein Schweißgerät, z.B. ein Metallschutzgas-Schweißgerät (MSG-Schweißgerät), verwendet werden.Alternatively, for the solder melting step, a welder, e.g. a metal inert gas welder (MSG welder) can be used.
Das genannte Verfahren zum Herstellen einer Befestigungsanordnung ist insbesondere geeignet zum Herstellen einer zuvor beschriebenen Befestigungsanordnung.Said method for producing a fastening arrangement is in particular suitable for producing a fastening arrangement described above.
Es sei an dieser Stelle betont, dass Merkmale, die nur in Bezug auf die Befestigungsanordnung genannt wurden auch für das genannte Verfahren beansprucht werden können und anders herum.It should be emphasized at this point that features which have been mentioned only with regard to the fastening arrangement can also be claimed for the said method and vice versa.
Die Befestigungsanordnung sowie das Verfahren zur Herstellung der Befestigungsanordnung ermöglichen bei einfacher Ausführbarkeit eine deutliche Reduktion der Kerbschärfe der Befestigungselemente bei Windenergieanlagen. Dadurch kann einerseits die Lebensdauer erhöht werden, aber auch große Massen an Turmmaterial eingespart werden. Weiterhin ergeben sich konstruktiv und bemessungstechnisch völlig neue Möglichkeiten zur Auslegung der gesamten Windkraftanlage. Durch eine gesteigerte Kerbfallklasse können wesentlich größere Nabenhöhen generiert und Türme mit reduzierten Wandstärken realisiert werden. Außerdem können sich im Rahmen der Turmfertigung auch Kostenvorteile durch reduzierte Durchlaufzeiten und Testzeiten ergeben. Auch Instandhaltung, Reparatur und/oder Service können durch die Befestigungsanordnung bzw. das Verfahren zur Herstellung derselben vereinfacht werden, und/oder es können Kosten eingespart werden.The mounting arrangement and the method for producing the mounting arrangement allow for simple feasibility a significant reduction of the notch sharpness of the fasteners in wind turbines. As a result, on the one hand the service life can be increased, but also large masses of tower material can be saved. Furthermore, there are constructive and dimensionally new possibilities for the design of the entire wind turbine. Due to an increased notch class, significantly higher hub heights can be generated and towers with reduced wall thickness can be realized. In addition, in the context of tower manufacturing, cost advantages may also result from reduced throughput times and test times. Also maintenance, repair and / or service can be simplified by the mounting arrangement or the method for producing the same, and / or costs can be saved.
Weiter sei angemerkt, dass durch den reduzierten Energieeintrag beim Löten im Vergleich zum Schweißen dem Abbrand von Beschichtungen um die Fügestelle herum vorgebeugt wird. Dies ist vor allem bei geringeren Wandstärken bedeutsam, wenn die gegenüberliegende Seite des Bleches schon beschichtet ist. Außerdem ist die Rauchbelastung durch das Löten möglicherweise geringer als bei einem Schweißprozess und aufgrund der geringen toxischen Wirkung von Kupfer im menschlichen Körper bzw. der großen Aufnahmetoleranz insgesamt weniger gesundheitsschädlich.It should also be noted that the reduced energy input during soldering, in comparison to welding, prevents the burn-up of coatings around the joint. This is particularly important for smaller wall thicknesses, if the opposite side of the sheet is already coated. In addition, the smoke load due to soldering may be less than that of a welding process and may be less harmful to health due to the low toxicity of copper in the human body or the large recording tolerance.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der die Erfindung anhand beigefügter Figuren näher erläutert wird. In den Figuren zeigt
-
1 einen Teil eines Querschnitts einer Turmwand einer Windkraftanlage, -
2 eine Wöhler-Kurve aufgeschweißter Buchsen sowie aufgelöteter Buchsen, -
3 Kehlnähte im Querschliff einer Schweißung (links) und einer Lötung (rechts) einer Befestigungsanordnung und -
4 eine Aufsicht und einen Querschnitt eines für die Aufnahme der Wöhler-Kurve der 2 untersuchten Probenkörpers .
-
1 a part of a cross section of a tower wall of a wind turbine, -
2 a Wöhler curve of welded sockets and soldered sockets, -
3 Fillet welds in the cross section of a weld (left) and a soldering (right) of a mounting arrangement and -
4 a top view and a cross-section of a for recording the Wöhler curve of2 investigated sample body.
In den Figuren sind wiederkehrende Merkmale mit denselben Bezugszeichen versehen.In the figures, recurring features are given the same reference numerals.
In der Figur ist eine Befestigungsanordnung
Das Befestigungselement
Der Lotkörper
Der Lotkörper
Der Lotkörper
Typischerweise umfasst der Lotkörper
Die Schmelztemperatur von Stahl variiert je nach Stahlsorte, beträgt aber in den meisten Fällen mindestens 1400 °C. Da ein Lot des Lotkörpers
In
In der
Die
Für die durchgeführten Wöhlerversuche wurden verschiedene Buchsen
In der
Zu erkennen ist, dass für die Buchsen
Mit der Erfindung wird auch ein Verfahren zum Herstellen der Befestigungsanordnung
- -
Anordnen eines Befestigungselements 2 aneiner Wand 1 eines Turms einer Windkraftanlage; - - Schmelzen des Lots mittels eines Lichtbogens oder mittels eines Schweißgeräts, wobei das Lot hierbei auf
das Befestigungselement 2 und/oder auf dieTurminnenwand 1 aufgebracht wird,wobei die Wand 1und das Befestigungselement 2 in einem festen Aggregatszustand bleiben; - -
Bilden eines Lotkörpers 4 mit einer Kehlnaht; und - - Verbinden des Befestigungselements
2 mit der Wand 1 mittels der Kehlnaht desLotkörpers 4 .
- - Arrange a
fastener 2 on a wall1 a tower of a wind turbine; - - Melting of the solder by means of an arc or by means of a welding apparatus, wherein the solder in this case on the
fastener 2 and / or on thetower wall 1 is applied, wherein thewall 1 and thefastener 2 remain in a fixed state of aggregation; - - Forming a
solder body 4 with a fillet weld; and - - Connecting the
fastener 2 with thewall 1 by means of the fillet weld of thesolder body 4 ,
Das Lot kann insbesondere bei den Verfahrensvarianten MSG-Lichtbogenschmelzen und WSG-Lichtbogenschmelzen während des Prozesses zugeführt werden. Eine Anordnung des Lotes vor dem Prozess ist oftmals typisch für Weich- und Hartlötprozesse mit Flamme. Insofern ist die Verarbeitung mittels Lichtbogenlöten prozesstechnisch einfacher im Vergleich zu den konventionellen Lötverfahren.The solder can be supplied in particular during the process variants MSG arc melting and WSG arc melting during the process. An arrangement of the solder before the process is often typical for soft and brazing processes with flame. In this respect, processing by means of arc soldering is process-technically simpler compared to conventional soldering methods.
Während des Schmelzens des Lots und der Herstellung des Lotkörpers
Lediglich in den Figuren beschriebene Merkmale können mit Merkmalen aus der obigen Beschreibung kombiniert und einzeln beansprucht werden.Only features described in the figures can be combined with features from the above description and claimed individually.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Legal Events
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R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final |