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Die Erfindung betrifft ein Verfahren für einen Wechsel der Flügel einer Windkraftanlage.
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Der Bau von mit Flügeln versehenen Windkraftanlagen von heute deutlich mehr als 100 m Höhe erfolgt mit der Hilfe von sehr großen Kränen. Der Einsatz solcher Kräne verlangt neben entsprechenden Zufahrtswegen auch eine hohe Tragfestigkeit des Bodens. Daneben wird der Einsatz von solchen Kränen schon durch relativ geringe Windstärken beeinträchtigt.
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Die Flügel der in Rede stehenden Windkraftanlagen verschmutzen und altern. Damit die Leistungsfähigkeit einer Windkraftanlage nicht in einem zu hohen Maße beeinträchtigt wird und insbesondere auch, um ein Brechen der Flügel und damit eine Gefährdung der Umgebung zu verhindern, ist ein Austausch der Flügel oftmals unumgänglich.
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Der Einsatz von entsprechend großen Kränen ist, wie voranstehend erläutert, problematisch und darüber hinaus teuer.
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Vor diesem Hintergrund macht die Erfindung es sich zur Aufgabe, ein kostengünstiges, ressourcenschonendes Verfahren für das Wechseln der Flügel einer Windkraftanlage zur Verfügung zu stellen, das auch bei höheren Windstärken und in Offshore Windparks einsetzbar ist.
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Gelöst wird diese technische Problematik mit der Hilfe von Flaschenzügen und Industriekletterern.
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So ist gemäß des Anspruchs 1 vorgesehen, dass für das Anheben und/oder das Absenken eines Flügels Flaschenzüge verwendet werden, deren feste Rollen innerhalb der Montageöffnung in der Nabe der Windkraftanlage festgelegt sind, dass ein Angriffspunkt eines Seilendes wenigstens eines ersten Flaschenzuges innerhalb des Montageflansches des Flügels angeordnet ist und dass das andere Seilende über Umlenkrollen in der Gondel der Windkraftanlage zu wenigstens einer Winde auf einer belastbar verankerten Plattform geführt ist.
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Dabei ist die Plattform derart zu verankern, dass die an den Winden angreifende Kräfte sicher aufgenommen werden können. Hierzu bieten sich verschiedene Möglichkeiten an. So kann die Plattform bodenfest verankert sein, mit Gegengewichten belastet oder bspw. bei Offshore-Anlagen an dem Mast festgelegt sein.
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Damit bei dem Abheben oder Ablegen des Flügels von bzw. auf einen Boden kein Druck auf die Flügelspitze ausgeübt wird, ist weiter vorgesehen, dass ein Seilende wenigstens eines zweiten Flaschenzugs hin zu der freien Flügelspitze angeschlagen ist und dass das andere Seilende über Umlenkrollen in der Gondel der Windkraftanlage zu wenigstens einer Winde auf einer belastbar verankerten Plattform geführt ist.
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Dabei ist die Bauform der Flaschenzüge dem Grunde nach beliebig, jedoch ist darauf zu achten, dass die Bauhöhe möglichst gering gehalten ist, damit die Gewindebolzen des Montageflansches des Flügels in die entsprechenden Ausnehmungen in einem Montagering um die Montageöffnung eingeführt werden können. Entsprechend werden Flaschenzüge bevorzugt, bei denen die Achsen der Rollen in einer Ebene liegen und gegebenenfalls die Rollen in einem Block gefasst sind.
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Da die gesamte Last eines Flügels über Umlenkrollen innerhalb der Gondel umgelenkt wird, um durch eine Materialluke hin zu jeweils einer Winde auf einer belastbar verankerten Plattform geführt zu werden, erfährt die Gondel eine Belastung von mehreren Tonnen, die statisch zu berücksichtigen ist.
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Um insbesondere bei einem Anheben eines Flügels von einem Boden die dem Montageflansch vorstehenden Gewindebolzen nicht zu beschädigen, kann weiter vorgesehen sein, dass für die bodenseitige Aufnahme oder Ablage eines Flügels zwischen einem Anschlagpunkt innerhalb des Montageflanschs des Flügels und dem Seilende des wenigstens einen ersten Flaschenzugs eine textile Schlaufe angeordnet ist, beispielsweise Dyneemabandschlingen von 5 m Länge. Die Verwendung derartiger Schlaufen verhindert allerdings das unmittelbare Einbringen der Gewindebolzen in entsprechende Bohrungen in dem Montagering um die Montageöffnung der Nabe. In einem solchen Fall ist vorgesehen, dass bei einer Montage nach einem Anheben des Flügels in einer horizontalen Lage der Flügel in eine vertikale Lage mit oben liegendem Montageflansch verbracht wird, dass in dieser vertikalen Lage Seilenden zweiter Flaschenzüge an dem Flügel gelöst werden und dass nacheinander erste Flaschenzüge entlastet werden und dass bei einem entlasteten Flaschenzug die Schlaufen entfernt und der Block der beweglichen Rollen oder das Seilende an dem Anschlagpunkt innerhalb des Montageflanschs des Flügels festgelegt wird.
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Mit Erreichen einer ausreichenden Höhe kann der Flügel problemlos in die vertikale Lage verbracht werden. Zweite Flaschenzüge üben dann keine Zugkraft mehr aus und können beispielsweise von Industriekletterern von dem Flügel gelöst werden. Es hängt dann der Flügel an mehreren ersten Flaschenzügen. Deren Tragkraft ist so bemessen, dass ein Flaschenzug entlastet werden kann. Es ist dann möglich, bei diesem Flaschenzug die Schlaufe zu entfernen und diesen Flaschenzug unmittelbar an dem Anschlagpunkt innerhalb des Montageflanschs des Flügels festzulegen. Nacheinander können so alle Schlaufen entfernt werden, womit einer Montage des Flügels nichts mehr im Wege steht.
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Die vorstehend beschriebene Art der Montage eines Flügels verlangt eine möglichst exakte Ausrichtung der Nabe mit einer nach unten gerichteten Montageöffnung. Eine solche Ausrichtung erfolgt mit Hilfe von Dummys, die zunächst Flügel ersetzen. Ein solcher Dummy hat den Vorteil, dass er deutlich kleiner und leichter ist als ein Flügel. So kann ein Dummy nach Art einer 3-Punkt Traverse lediglich eine Länge von ca. 15 m bei einem Gewicht von 1,5 t aufweisen gegenüber einem 100 m langen Flügel von mehr als 20 t Gewicht.
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Die Montage eines solchen ersten Dummys erfolgt dem Grunde nach in der voranstehend beschriebenen Weise, in dem wenigstens ein Flaschenzug verwendet wird, dessen feste Rollen innerhalb der Montageöffnung in der Nabe der Windkraftanlage festgelegt sind, dass ein Angriffspunkt eines Seilendes des wenigstens einen Flaschenzugs innerhalb des Montageflanschs des Dummys angeordnet ist, und dass das andere Seilende über Umlenkrollen in der Gondel der Windkraftanlage zu wenigstens einer Winde auf einer belastbar verankerten Plattform geführt ist.
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Nach der Montage eines solchen Dummys wird etwa mittig an diesem ein Seil angeschlagen, dass oberhalb der Nabe verlaufend zu wenigstens einer Winde auf einer belastbar verankerten Plattform geführt ist. Sodann wird die Seillänge verkürzt, bis die dem Dummy nachfolgende Montageöffnung der Nabe nach unten weist und ein weiterer Dummy montiert werden kann und so fort, bis eine letzte Montageöffnung für die Montage eines ersten Flügels nach unten weist.
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Nach der Montage wird mittig des Flügels ein Seil angeschlagen, das über die Spitzen von Dummys verlaufend zu einer Winde auf einer belastbar verankerten Plattform geführt ist. Die Seillänge wird verkürzt, bis der dem Flügel nachfolgende Dummy für eine Demontage nach unten weist, und wird nach der Demontage des Dummys ein weiterer Flügel montiert und so fort, bis ein letzter Flügel montiert ist.
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In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens nach der Erfindung ist für die Ausrichtung und Stabilisierung eines Flügels bei seiner Montage vorgesehen, dass an der Flügelspitze drei Seile angeschlagen sind, die von der Windkraftanlage beabstandet an belastbar verankerten Rollen umgelenkt hin zu Winden auf einer belastbar verankerten Plattform geführt sind.
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Hierzu werden in einer Entfernung von beispielsweise 200 m Umlenkrollen mit Erdnägeln über einem Boden festgelegt. Die Belastbarkeit der vorzugsweise mit Hintersicherungen in den Boden eingeschlagenen Erdanker ist dabei zu überprüfen.
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Bei Offshore-Anlagen ist daran gedacht, die Rollen auf dem Meeresgrund mit Ankern festzulegen.
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Ist zwischen der Umlenkung an den belastbar verankerten Rollen und den Winden jeweils eine weitere Umlenkung an dem Mast der Windkraftanlage vorgesehen, in ausreichender Höhe, so hat diese Maßnahme den Vorteil, dass die Seile von oben an Winden auf einer bspw. fahrzeugfesten, insbesondere mit Zusatzgewichten belasteten Plattform geführt sein können.
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Eine solche Plattform wird nicht nur sämtliche Winden aufnehmen, sondern auch deren Steuerung. Dabei hat es sich als zweckmäßig erwiesen, wenn die Belastungen der Seile durch Zugwaagen überwacht werden, deren Messung drahtlos, beispielsweise per Bluetooth, übertragen werden. Dabei ist insbesondere daran gedacht, dass als Fahrzeug ein geschlossener Lieferwagen Verwendung findet. Bei einem solchen Fahrzeug werden die Seile durch eine Dachluke in dem Fahrzeugdach an die Winden herangeführt. Um der hierdurch hervorgerufenen Belastung entgegenzuwirken, muss das Fahrzeug regelmäßig durch zusätzliche Gewichte belastet werden.
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Ein solches Fahrzeug stellt gleichsam eine Zentrale dar, von der das Wechseln von Flügeln einer Windkraftanlage überwacht und gesteuert wird.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand der Zeichnung näher erläutert, in der die einzelnen Verfahrensschritte lediglich skizziert sind. In der unmaßstäblichen Zeichnung dient
- 1: der Erläuterung des Anhebens eines Flügels von einem Boden, zeigt
- 2: eine seitliche Darstellung der Gondel mit einem in einer vertikalen Position gehaltenen Flügel und wird anhand der
- 3 bis 6: die Positionierung der Nabe erläutert.
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1 zeigt einen Flügel 1 in einer Halterung 2 eines Transportwagens 3 auf einem Boden 4.
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Für eine Montage an einer Nabe 5 einer in 1 weiter nicht dargestellten Windkraftanlage stehen einem Montageflansch 6 des Flügels 1 Gewindebolzen 7 vor. Die Gewindebolzen 7 sind in entsprechende Ausnehmungen eines eine Montageöffnung einschließenden Montagerings 8 bis 10 einzubringen.
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Hierzu ist der Flügel 1 möglichst horizontal aus der Halterung 2 anzuheben, so dass die Flügelspitze 11 keine Belastung erfährt. Dabei finden ausschließlich Flaschenzüge Verwendung, deren feste Rollen innerhalb der Montageöffnungen bzw. des senkrecht nach unten weisenden Montagerings 8 in der Nabe 5 angeschlagen sind, während bewegliche Rollen bzw. Seilenden an dem Flügel 1 angreifen.
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Insbesondere ist an Flaschenzüge gedacht, die bei üblichen Abmessungen von ca. 100 m Länge des Flügels 1 und Gewichten von über 20 t über zwei feste Rollen und zwei bewegliche Rollen verfügen.
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Bei derartigen Flügeln 1 ist an eine Verwendung von fünf bis sechs erste Flaschenzüge gedacht, die innerhalb des Montageflansches 6 angreifen, angedeutet durch die Pfeile 15,16. Ein oder zwei zweite Flaschenzüge, deren feste Rollen entsprechend den festen Rollen der ersten Flaschenzüge angeordnet sind, greifen zu der freien Flügelspitze 11 hin in zumeist werkseitig dafür vorgesehenen Anschlagsverankerungen an dem Flügel an, angedeutet durch die Pfeile 18,19.
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Die anderen, freien Seilenden der Flaschenzüge werden für das Anheben des Flügels 1 über Umlenkrollen 25,26 in der Gondel 27 bzw. der Nabe 5 der Windkraftanlage 28 durch eine Materialluke 29 hin zu jeweils einer Winde 30 geführt, angedeutet in 2. Die Winden 30 sind auf einer Plattform 35 in einem Fahrzeug 36 angeordnet und durch eine Dachluke 37 zugänglich. Für eine sichere Verankerung der Plattform 35 auf einem Boden 38 ist regelmäßig das Fahrzeug 36 mit zusätzlichen Gewichten zu belasten, in der Zeichnung nicht dargestellt.
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In eine ausreichende Höhe angehoben, wird der Flügel 1 vertikal ausgerichtet, vgl. 2. In dieser Lage haben die zweiten Flaschenzüge keine Funktionen mehr und werden entfernt.
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Damit bei einem Anheben des Flügels 1 in der horizontalen Lage die dem Montageflansch 6 vorstehenden Gewindebolzen 7 nicht durch die Rollen oder Blöcke 40 der ersten Flaschenzüge 41 zu beschädigen, sind zwischen den Anschlagpunkten innerhalb des Montageflanschs 6 im Innern des Flügels 1 und dem Block 40 bzw. dem Seilende des ersten Flaschenzugs 41 textile Schlaufen 42 vorgesehen, die eine Länge von bspw. 5 m aufweisen, beispielsweise Dyneemabandschlingen. Diese sind für eine Montage des Flügels 1 an der Nabe 5 zu entfernen.
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Hierzu wird einer der fünf bis sechs ersten Flaschenzüge 41 entlastet. Entsprechend ist die Tragfähigkeit der ersten Flaschenzüge 41 auszulegen. Von bspw. Industriekletterern wird sodann die Schlaufe 42 entfernt und die Rolle bzw. der Block 40 des entlasteten Flaschenzugs an dem Flügel 1 angeschlagen. Sind alle Schlaufen 42 entfernt, kann der Flügel 1 weiter angehoben und montiert werden.
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Um den Flügel 1 für eine Montage auszurichten und bei einem weiteren Anheben zu stabilisieren, um beispielsweise Pendelbewegungen zu unterbinden, sind an der Flügelspitze 11 drei weitere Seile angeschlagen. Diese werden in einem Abstand von ca. 200 m von der Windkraftanlage 28 entfernt und in einer Teilung von 120° bodenfest umgelenkt. In 2 ist lediglich ein derartiges Seil 43 beispielhaft dargestellt, das an einer bodenfesten Rolle 44 ein erstes mal umgelenkt wird. Da bei dem Ausführungsbeispiel die Plattform 35 mit Winden 45 innerhalb des Fahrzeugs 36 vorgesehen ist, erfolgt eine weitere Umlenkung 46 an dem Mast 47 der Windkraftanlage 28 in ausreichender Höhe, so dass das Seil 43 gleichfalls durch die Dachluke 37 des Fahrzeugs 36 Winden 45 zugeführt werden kann.
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Für die erläuterte Montage eines Flügels 1 an einer Nabe 5 ist die vertikale Ausrichtung der Montageringe 8 bis 10 jeweils nötig. Um solches sicherzustellen, ist zunächst die Montage eines Dummys 50 vorgesehen. Ein solcher Dummy 50 ist deutlich kleiner und leichter als ein Flügel 1. Beispielsweise kann er in Form einer spitz zulaufenden Dreieckstraverse ausgeführt sein, die eine Länge von ca. 15 m bei einem Gewicht von 1,5 t aufweist. An der Spitze eines solchen Dummys 50 kann eine Rolle oder eine Gabe noch vorgesehen sein.
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Die Montage eines solchen Dummys 50 erfolgt wie voranstehend bei dem Flügel 1 erläutert.
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Nach der Montage des Dummys 50 wird etwa mittig an diesem ein Seil 51 angeschlagen, das über die Nabe 5 hin zu einer bodenfesten Winde geführt ist. Wird das Seil 51 verkürzt, verhält sich die Nabe 5 wie eine sich drehende Rolle. Das Seil 51 wird dann soweit gekürzt, bis die nachfolgende Montageöffnung mit Montagering 10 nach unten weist, in der ein zweiter Dummy 52 dann montiert wird. Das Seil 51 kann dann von etwa der Mitte des zweiten Dummys 52 über die Mitte des ersten Dummys 50 und die Nabe 5 verlaufen, vgl. 4.
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Weist eine letzte freie Montageöffnung mit Montagering 9 senkrecht nach unten, kann ein erster Flügel 53 montiert werden, in 5 und 6 verkürzt dargestellt. Für die Ausrichtung der nachfolgenden Montageöffnung mit Montagering 8 wird etwa mittig des Flügels 53 erneut ein Seil 54 angeschlagen. Dieses Seil 54 wird über die Spitzen 55,56 der Dummys 50,52 hin zu einer bodenfesten Winde geführt. Durch diese Maßnahme wird die Hebelwirkung der aufgebrachten Kraft auf die Nabe 5 deutlich vergrößert, um dem Gewicht des Flügels 53 Rechnung zu tragen.
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Das Seil 54 wird soweit verkürzt, bis der zuerst montierte Dummy 50 senkrecht nach unten weist und für die Montage eines zweiten Flügels 57 entfernt werden kann. Für eine weitere Drehung für die Demontage des zweiten Dummys und die Montage des dritten und letzten Flügels ist das Seil 54 jeweils mittig der beiden Flügel 53,57 angeschlagen und über die Spitze 55 des zweiten Dummys 52 hin zu einer bodenfesten Winde geführt.
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Bezugszeichenliste:
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- 1
- Flügel
- 2
- Halterung
- 3
- Transportwagen
- 4
- Boden
- 5
- Nabe
- 6
- Montageflansch
- 7
- Gewindebolzen
- 8
- Montagering
- 9
- Montagering
- 10
- Montagering
- 11
- Flügelspitze
- 15
- Pfeil
- 16
- Pfeil
- 18
- Pfeil
- 19
- Pfeil
- 25
- Umlenkrolle
- 26
- Umlenkrolle
- 27
- Gondel
- 28
- Windkraftanlage
- 29
- Materialluke
- 30
- Winde
- 35
- Plattform
- 36
- Fahrzeug
- 37
- Dachluke
- 38
- Boden
- 40
- Rolle/Block
- 41
- Flaschenzug
- 42
- Schlaufe
- 43
- Seil
- 44
- Rolle
- 45
- Winde
- 46
- Umlenkung
- 47
- Mast
- 50
- Dummy
- 51
- Seil
- 52
- Dummy
- 53
- Flügel
- 54
- Seil
- 55
- Spitze
- 56
- Spitze
- 57
- Flügel
