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Die
Erfindung betrifft eine Montagehilfe zum Errichten von Tragmasten
von Windenergieanlagen, insbesondere beim Bau von Offshore-Windenergieanlagen,
umfassend ein Klapp- oder Kippscharnier mit zwei durch ein Schwenkgelenk
verbundenen Scharnierhälften,
von denen die eine am oberen Ende eines im Boden verankerten unteren
Mastteils des Tragmasts der zu errichtenden Windenergieanlage und
die andere an einem benachbarten Ende eines auf den verankerten
Mastteil aufzusetzenden oberen Mastteils lösbar befestigbar ist, um diesen Mastteil
beim Aufrichten um das Schwenkgelenk zu verschwenken und die beiden
Mastteilenden bei ihrer Annäherung
in Bezug zueinander auszurichten. Die Erfindung betrifft weiter
ein Verfahren zum Errichten von Tragmasten von Windenergieanlagen,
insbesondere beim Bau von Offshore-Windenergieanlagen, bei dem von zwei
durch ein Schwenkgelenk verbundenen Scharnierhälften eines als Montagehilfe
dienenden Klapp- oder Kippscharniers eine am oberen Ende eines im
Boden verankerten unteren Mastteils des Tragmasts der zu errichtenden
Windenergieanlage und die andere an einem benachbarten Ende eines
auf den verankerten Mastteil aufzusetzenden oberen Mastteils lösbar angebracht
wird, um diesen Mastteil beim Aufrichten um das Schwenkgelenk zu verschwenken
und die beiden Enden bei ihrer Annäherung in Bezug zueinander
auszurichten und zu führen.
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Beim
Bau einer Offshore-Windenergieanlage mit einem üblichen, aus einzelnen Segmenten
bestehenden hohlzylindrischen Tragmast wird gewöhnlich als erstes ein Fundamentrohr
mit vertikaler Ausrichtung etwa 15 bis 20 Meter tief im Meeresboden verankert.
Dazu wird das auf einem Schiff oder Schwimmponton zur vorgesehenen
Baustelle transportierte Fundamentrohr von einem Schwimmkran oder
dergleichen angehoben, in eine vertikale Ausrichtung gebracht und
anschließend
bis zum Meeresboden abgesenkt, bevor es mit einer Ramme in den Boden
eingerammt wird. Anschließend
werden mit dem Schwimmkran nacheinander die übrigen Mastsegmente auf das
Fundamentrohr bzw. den bereits errichteten Mastteil aufgesetzt und
mit dem oberen Ende des Fundamentrohrs bzw. des zuletzt montierten
Mastsegments verschraubt. Um beim Aufsetzen der Mastsegmente eine
Beschädigung
der zum Verschrauben vorgesehenen Flansche infolge von Wellengang
zu vermeiden, wird der Schwimmkran während des Errichtens des Tragmasts
mittels hydraulischer Stelzen auf dem Meeresboden abgestützt. Bei stärkerem Wellengang
kann es jedoch vorkommen, dass die Stelzen vom Meeresboden abgehoben
werden. Da die Bewegungen des an einem Hebezeug des Schwimmkrans
hängenden
Mastsegments in einem solchen Fall nicht mehr kontrollierbar sind,
müssen
die Arbeiten bis zur erneuten Beruhigung des Wellengangs abgebrochen
werden. Ähnliches
gilt auch bei größeren Windstärken, da
die Mastsegmente eine verhältnismäßig große Windangriffsfläche aufweisen,
die ebenfalls zu unkontrollierbaren Bewegungen der Mastsegmente
führen
kann.
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Um
derartige witterungsbedingte Verzögerungen beim Bau von Offshore-Windenergieanlagen weitestgehend
zu vermeiden, wäre
es daher vorzuziehen, den gesamten oberhalb der Wasseroberfläche befindlichen
Teil der Windenergieanlage an Land vorzumontieren und anschließend auf
dem eingerammten Fundamentrohr zu montieren.
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Zur
Montage von Masten, insbesondere von Antennenmasten, ist aus der
DE 298 13 088 U1 bereits
eine Montagehilfe der eingangs genannten Art bekannt. Die bekannte
Montagehilfe umfasst zwei durch ein Schwenkgelenk verbundene U-förmige Scharnierplatten,
die jeweils mit Schrauben an einem nach außen überstehenden Ringflansch an
den benachbarten Mastenden befestigt werden. Allerdings weisen die
Mastsegmente von Windenergieanlagen nach innen überstehende Flansche auf, so
dass sich die bekannte Montagehilfe dort nicht einsetzen lässt.
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Ausgehend
hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Montagehilfe
und ein Verfahren der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern,
dass der Bau von Windenergieanlagen insbesondere im Offshorebereich
erleichtert wird.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
in den Patentansprüchen
1, 15 und 21 angegebenen Merkmalskombinationen gelöst.
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Der
Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die gesamte Windenergieanlage
abgesehen vom Fundamentrohr an Land zu komplettieren, in horizontaler
Lage auf ein Schiff oder einen Schwimmponton zu verladen und an
die vorgesehene Baustelle zu transportieren, wo das untere Ende
ihres Tragmasts unter Verwendung der Montagehilfe schwenkbar mit dem
oberen Ende des bereits in den Meeresboden eingerammten Fundamentrohrs
verbunden wird, bevor die Anlage mit Hilfe des Hebezeugs eines Schwammkrans
oder dergleichen aufgerichtet wird, wobei die Montagehilfe während des
Aufrichtens unerwünschte
Relativbewegungen des unteren Endes des Tragmasts und des oberen
Endes des Fundamentrohrs verhindert und eine genaue Zentrierung der
beiden Enden ermöglicht.
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Eine
bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass jede der
beiden Scharnierhälften der
Montagehilfe aus insgesamt drei Zylindersektoren besteht, von denen
jeweils ein Sektor starr mit einem zugehörigen Teil des Schwenkgelenks
verbunden ist und sich vorzugsweise etwa um die Hälfte des Umfangs
des Mastteils erstreckt, während
die beiden anderen Sektoren an den entgegengesetzten Rändern dieses
Sektors angelenkt sind, so dass sie sich zum Einführen des
Mastteils in das Scharnier um eine zur Zylinderachse parallele Achse
nach beiden Seiten aufschwenken lassen. Diese beiden Sektoren erstrecken
sich zweckmäßig jeweils
etwa über
ein Viertel des Umfangs des Mastteils, so dass sie nach ihrem Zusammenschwenken
um den eingeführten Mastteil
gemeinsam mit dem anderen Sektor den Umfang des Mastteils vollständig umschließen.
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Da
die Zylindersektoren der erfindungsgemäßen Montagehilfe ein erhebliches
Gewicht besitzen, werden sie gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung zum Öffnen und
Schließen
jeder Scharnierhälfte
mit Hilfe von Hydraulik-Schwenkzylindern
verschwenkt.
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Um
zum Beispiel während
des Aufrichtens des oberen Mastteils ein unerwünschtes Öffnen der um das Ende des Fundamentrohrs
bzw. des oberen Mastteils herumgelegten Scharnierhälfte zu
verhindern, sind die beiden Scharnierhälften zweckmäßig mit
Sicherungseinrichtungen versehen, mit denen sich die Zylindersektoren
in ihrer geschlossenen Stellung sichern lassen. Diese Sicherungseinrichtungen
verbinden die beiden kleineren Sektoren nach ihrem Schließen miteinander
und umfassen vorzugsweise ebenfalls mindestens einen Hydraulik-Sicherungs- oder
Spannzylinder, der die freien Enden der kleineren Sektoren überbrückt und
zusammenzieht.
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Um
zu verhindern, dass die bereits weit aneinander angenäherten benachbarten
Enden des Fundamentrohrs und des oberen Mastteils zum Beispiel infolge
von Wind- oder Wellenbewegungen mit großer Wucht aufeinander aufsetzen,
ist gemäß einer weiteren
bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung mindestens ein Dämpfungsglied
vorgesehen, das an einer Scharnierhälfte angebracht ist und bei
Annäherung
der beiden Mastteile mit der anderen Scharnierhälfte in Berührung oder in Eingriff tritt.
Das Dämpfungsglied
ist vorzugsweise gesteuert betätigbar,
um die Annäherung
der beiden Enden kontrolliert zu beeinflussen und umfasst bevorzugt
mindestens einen diametral gegenüber
vom Schwenkgelenk gelenkig an einer Scharnierhälfte befestigten Hydraulik-Dämpfungszylinder,
dessen Kolbenstange sich mit ihrem freien Ende in einer an der anderen
Scharnierhälfte
angebrachten Pfanne abstützt.
Zweckmäßig lässt sich
das freie Ende der Kolbenstange in der Pfanne verriegeln, so dass
der obere Mastteil anschließend
allein durch Einfahren der Kolbenstange des Dämpfungszylinders und ohne Zuhilfenahme des zuvor
zum Aufrichten verwendeten Krans vollständig in die lotrechte Stellung
gebracht werden kann.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass
die beiden Scharnierhälften außer durch
das Schwenkgelenk auch noch durch mindestens eine Hydraulik-Kippzylinder verbunden sind,
der so zwischen den beiden Scharnierhälften angeordnet ist, dass
sich diese in leerem Zustand in Bezug zueinander um das Schwenkgelenk
kippen lassen.
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Die
Versorgung der Hydraulikzylinder der Scharnierhälften mit Hydraulikfluid erfolgt
mit Hilfe von einer oder mehreren Hydraulikpumpen aus einem Hydrauliktank,
der zweckmäßig ebenso
wie alle oder ein Teil der Hydraulikpumpen von einer der beiden
Scharnierhälften
getragen wird. Dadurch wird vermieden, dass Hydraulikleitungen zwischen
dem Hydrauliktank und den Hydraulikpumpen bzw. den Hydraulikzylindern
infolge von Wellenbewegungen auf Zug beansprucht werden und ggf.
reißen
können. Außer dem
Hydrauliktank und den Hydraulikpumpen sind die Scharnierhälften vorzugsweise
auch noch mit Laufstegen und/oder Leitern versehen, von denen aus
die ordnungsgemäße Positionierung
der benachbarten Enden des Fundamentrohrs und des oberen Mastteils
in Bezug zueinander überwacht
und ggf. das zum Aufrichten der Windenergieanlage verwendete Hebezeug
gesteuert werden kann.
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Zur
Anpassung an unterschiedliche Mastquerschnitte am oberen Ende des
Fundamentrohrs bzw. am unteren Ende des oberen Mastteils von Tragmasten
von Windenergieanlagen können
an der Innenseite der Zylindersektoren Distanzelemente eingehängt oder
auf andere Weise befestigt werden, um den Abstand zwischen der Außenwand
des Mastteilendes und der benachbarten Innenwand der Scharnierhälfte zu überbrücken.
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Um
sicherzustellen, dass die zum Verschrauben des oberen Mastteils
mit dem Fundamentrohr dienenden Schraubenbohrungen in den nach innen überstehenden
Schraubflanschen an den benachbarten Enden des Fundamentrohrs und
des oberen Mastteils miteinander fluchten, wenn der letztere vertikal
aufgerichtet ist, sieht eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der
Erfindung vor, an jeder der Scharnierhälften mindestens eine Aussparung
oder eine Nase vorzusehen, die beim Einführen des zugehörigen Endes
des Fundamentrohrs oder des oberen Mastteils in die Scharnierhälfte mit
einer komplementären
Nase oder Aussparung auf dem Ende des Fundamentrohrs bzw. oberen
Mastteils in Eingriff gebracht werden kann, um die beiden Komponenten
in Bezug zu den Scharnierhälften
in eine vorbestimmte Drehausrichtung zu bringen.
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Im
folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels
näher erläutert. Es
zeigen:
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Die 1 bis 4 schematische Ansichten zur Erläuterung
der Vorgehensweise beim Errichten einer Offshore-Windenergieanlage;
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5 und 6: vergrößerte Seitenansichten einer
beim Errichten der Windenergieanlage eingesetzten Montagehilfe;
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7: eine Draufsicht von oben
auf die Montagehilfe aus 4;
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8: eine leicht perspektivische
Vorderseitenansicht der Montagehilfe;
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9: eine andere perspektivische
Ansicht der Montagehilfe mit geöffneten
Scharnierhälften;
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10: eine Seitenansicht eines
Mastabschnitts der errichteten Windenergieanlage nach dem Abnehmen
der Montagehilfe;
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11 und 12: Ansichten eines Teils einer abgewandelten
Montagehilfe.
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Unter
Bezugnahme auf die 1 bis 4 wird zuerst ein Verfahren
zur Errichtung einer Offshore-Windenergieanlage 2 kurz
erläutert.
Die in den 1 bis 4 schematisch dargestellte
Windenergieanlage 2 besteht wie herkömmliche Windenergieanlagen
im Wesentlichen aus einem Tragmast 4, einer am oberen Ende
des Tragmasts 4 drehbar angebrachten Gondel 8,
die einen Generator und andere zur Stromerzeugung notwendige Einrichtungen (nicht
dargestellt) umschließt,
sowie einen an einer Nabe 10 der Gondel 8 befestigten
Rotor 12, der vom Wind in Drehung versetzt wird und den
Generator treibt.
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Der
Tragmast 4 besteht aus einem in den Meeresboden 14 eingerammten
Fundamentrohr 16 und einem auf das Fundamentrohr 16 aufgesetzten, die
Gondel 8 tragenden oberen Mastteil 18, der zusammen
mit der Gondel 8 und dem Rotor 12 an Land komplett
vormontiert und zusammen mit dem Fundamentrohr 16 oder
getrennt von diesem mit einem Schiff oder Schwimmponton 20 liegend
zu der vorgesehenen Baustelle transportiert wird.
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An
der Baustelle wird eine Montagehilfe 22 bestehend aus zwei
durch ein Schwenkgelenk 24 verbundenen Scharnierhälften 26, 28 lösbar am
oberen Ende 30 des vertikal ausgerichteten Fundamentrohrs 16 und
am unteren Ende 32 des horizontal ausgerichteten oberen
Mastteils 18 angebracht, wie in 1 dargestellt. Anschließend wird
der obere Mastteil 18 mittels eines Hebezeugs 34 eines
Schwimmkrans 36 oder dergleichen aufgerichtet, wie am besten
in 2 und 3 dargestellt, um ihn allmählich in eine
vertikale Stellung zu bringen, wobei die Montagehilfe 22 unerwünschte Relativbewegungen
zwischen dem unteren Ende 32 des oberen Mastteils 18 und
dem oberen Ende 30 des Fundamentrohrs 16 verhindert
und für
eine Aufrechterhaltung der gewünschten
Ausrichtung der beiden Komponenten 16, 18 sorgt.
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Das
untere Ende 32 des oberen Mastteils 18 und das
obere Ende 30 des Fundamentrohrs 16 sind jeweils
im Inneren des Tragmasts 4 mit einem nach innen überstehenden
Schraubflansch 38, 40 mit einer Mehrzahl von fluchtenden
Schraubenbohrungen 42 versehen, in die nach dem vollständigen Aufrichten
des oberen Mastteils 18 Schraubenbolzen 44 eingeführt und
festgezogen werden, um den oberen Mastteil 18 starr mit
dem Fundamentrohr 16 zu verbinden, wie am besten in 10 dargestellt. Nach dem
Verbinden der beiden Mastteile 16 und 18 wird die
Montagehilfe 22 mit Hilfe des Hebezeugs 34 des Schwimmkrans 36 abgenommen.
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Um
ein Verrutschen der Scharnierhälften 26, 28 in
axialer Richtung des Fundamentrohrs 16 bzw. des oberen
Mastteils 18 zu verhindern, sind das Fundamentrohr 16 und
der obere Mastteil 18 in einem im Wesentlichen der Höhe der Scharnierhälften 26, 28 entsprechenden
Abstand von ihrem oberen bzw. unteren Stirnende mit einem nach außen überstehenden
Ringflansch 46, 48 versehen, der als Anschlag für eine ringförmige Stirnfläche der
jeweils benachbarten Scharnierhälfte 26, 28 dient.
Wie am besten in 10 dargestellt,
sind die beiden Ringflansche 46, 48 mit zwei einander
gegenüberliegenden
axial überstehenden
Nasen 50, 52 oder Vorsprüngen versehen, die nach dem
Anbringen der Scharnierhälften 26, 28 in
entsprechende Ausnehmungen (nicht dargestellt) derselben eingreifen
und so dafür
sorgen, dass die Schraubenbohrungen 42 in den Schraubflanschen 38, 40 des
oberen Mastteils 18 und des Fundamentrohrs 16 nach
dem Aufrichten des ersteren miteinander fluchten. Die Ringflansche 46, 48 können auf
ihrer von der Scharnierhälfte 26, 28 abgewandten
Seite mit Versteifungen 53 versehen sein.
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Wie
am besten in den 5 bis 8 dargestellt, besteht die
Montagehilfe 22 im Wesentlichen aus den beiden zylindrischen
Scharnierhälften 26, 28,
von denen die eine 26 am oberen Ende 30 des Fundamentrohrs 16 und
die andere am unteren Ende 32 des oberen Mastteils 18 befestigt
wird, sowie dem die Scharnierhälften 26, 28 verbindenden
Schwenkgelenk 24.
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Das
Schwenkgelenk 24 weist eine in einem Abstand von den Zylinderachsen 56, 58 der
beiden Scharnierhälften 26, 28 angeordnete
Schwenkachse 60 auf, die nach der Befestigung der unteren
Scharnierhälfte 26 am
oberen Ende 30 des Fundamentrohrs 16 horizontal
ausgerichtet ist und eine von den Zylinderachsen 56, 58 der
Scharnierhälften 26, 28 aufgespannte
Ebene im rechten Winkel kreuzt, wie in 5 dargestellt. Die beiden Scharnierhälften 26, 28 sind
in Bezug zueinander um etwas mehr als 90 Grad um diese Schwenkachse 60 verschwenkbar,
wobei die Zylinderachsen 56, 58 in der in 5 dargestellten Kippstellung
einen Winkel von etwa 90 Grad einschließen und in der in 6 dargestellten Fluchtungsstellung
miteinander fluchten.
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Das
Schwenkgelenk 24 selbst ist sehr robust ausgeführt und
steht nach beiden Seiten über
die Scharnierhälften 26, 28 über, um
ein Verbiegen infolge von Kräften
zu verhindern, die beim Aufrichten des oberen Mastteils 18 in
das Schwenkgelenk 24 eingeleitet werden. Wie am besten
in 7, 8 und 9 dargestellt,
umfasst das Schwenkgelenk 24 einen Schwenkbolzen 62,
der fluchtende Zylinderbohrungen 64 in zwei an den Scharnierhälften 26, 28 angeformten
Lagerfortsätzen 66, 68 durchsetzt.
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Die
beiden Scharnierhälften 26, 28 sind
weiter durch einen Hydraulik-Kippzylinder 70 verbunden, der
dazu dient, die beiden leeren Scharnierhälften 26, 28 vor
dem lösbaren
Befestigen am oberen Ende 30 des Fundamentrohrs 16 bzw.
am unteren Ende 32 des oberen Mastteils 18 in
Bezug zueinander in die zur Befestigung notwendige Ausrichtung zu
kippen, wie am besten in 3 dargestellt.
Der Kippzylinder 70 umfasst ein Zylinderrohr 72,
das in einem Zylinderlager 74 (9) der unteren Scharnierhälfte 26 angelenkt
ist und dessen Kolbenstange 76 gelenkig am Ende eines nach
außen über das
Schwenkgelenk 24 hinweg über die obere Scharnierhälfte 28 überstehenden
Auslegers 78 befestigt ist, so dass die obere Scharnierhälfte 28 vor
dem Anbringen am oberen Mastteil 18 durch Einziehen der
Kolbenstange 76 in die in 5 dargestellte
Kippstellung gebracht werden kann.
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Die
beiden Scharnierhälften 26, 28 bestehen jeweils
aus drei Zylindersektoren 80, 82, 84 bzw. 86, 88, 90,
die sich gemeinsam über
einen Winkel von 180 Grad um die Zylinderachsen 56, 58 der
Scharnierhälften 26, 28 erstrecken,
so dass sie nach deren Anbringung am Fundamentrohr 16 bzw.
am oberen Mastteil 18 die letzteren auf ihrem gesamten
Umfang umschließen.
Die Sektoren 80, 82, 84, 86, 88, 90 weisen
teilzylindrische Innenflächen
auf, deren Innendurchmesser dem Außendurchmesser des zylindrischen
oberen Endes 30 des Fundamentrohrs 16 bzw. des
zylindrischen unteren Endes 32 des oberen Mastteils 18 entsprechen,
so dass sie nach der Anbringung flächig gegen deren Umfangsflächen anliegen.
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Grundsätzlich ist
es zur Montage von leicht konisch verjüngten Tragmasten jedoch auch
möglich, die
von den beiden Scharnierhälften 26, 28 bedeckten
Enden 30, 32 des Fundamentrohrs 16 bzw.
des oberen Mastteils 18 mit derselben Konizität wie die angrenzenden
Mastabschnitte auszuführen
und den Innenwänden
der Scharnierhälften 26, 28 eine
komplementäre
Form zu verleihen. Zur Anpassung an Fundamentrohre 16 bzw.
obere Mastteile 18 mit etwas kleineren Querschnittsabmessungen
können
an den beiden Scharnierhälften 26, 28 nach
innen über deren
Innenwände überstehende
Distanzelemente 92 (in 7 strichpunktiert
dargestellt) eingehängt oder
auf sonstige Weise angebracht werden.
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Von
den drei Zylindersektoren 80, 82, 84 bzw. 86, 88, 90 jeder
Scharnierhälfte 26, 28 erstreckt sich
der größte Sektor 80, 86 über einen
Umfangswinkel von etwa 180 Grad, während sich die beiden kleineren
Sektoren 82, 84 bzw. 88, 90 jeweils über einen
Umfangswinkel von etwa 90 Grad erstrecken. Der größte Sektor 80 bzw. 86 befindet
sich jeweils auf der Seite des Schwenklagers 24 und trägt dessen
Lagerfortsätze 66 bzw. 68 sowie
das Zylinderlager 74 für
den Kippzylinder 70 bzw. den Ausleger 78 zur Anlenkung
von dessen Kolbenstange 76.
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Die
beiden kleineren Sektoren 82, 84 bzw. 88, 90 sind
jeweils mittels dreier Schwenkscharniere 94 schwenkbar
an den entgegengesetzten Rändern des
größten Sektors 80, 86 angebracht.
Die beiden Sektoren 82, 84 bzw. 88, 90 lassen
sich jeweils in den Schwenkscharnieren 94 um etwa 180 Grad
um eine zur Zylinderachse 56, 58 der Scharnierhälfte 26, 28 parallele
Schwenkachse. Die beiden Sektoren 82, 84 bzw. 88, 90 können dann
eine geschlossene Endstellung einnehmen, in der die Sektoren 80, 82, 84 bzw. 86, 88, 90 zusammengeschwenkt
sind und das Ende 30, 32 des Fundamentrohrs 16 bzw.
des oberen Mastteils 18 ringförmig umschließen, wie
in 5 dargestellt, oder
eine geöffnete
Endstellung, in der die Sektoren 80, 82, 84 bzw. 86, 88, 90 so
weit auseinander geschwenkt sind, dass das Ende 30, 32 des Fundamentrohrs 16 bzw.
des oberen Mastteils 18 von der Seite her in die zugehörige Scharnierhälfte 26, 28 eingeführt werden
kann, wie in 8 dargestellt.
Diese Verschwenkbarkeit der Sektoren 80, 82, 84 bzw. 86, 88, 90 erleichtert
das Anbringen der Scharnierhälften 26,
bzw. 28 und ermöglicht
diesen Vorgang selbst bei einem gewissen Wellengang.
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Das
Verschwenken der Sektoren 82, 84 bzw. 88, 90 in
Bezug zum Sektor 80 bzw. 86 zum Öffnen und
Schließen
der Scharnierhälften 26, 28 erfolgt
mit Hilfe von vier Paaren von Hydraulik-Schwenkzylindern 96, deren
Zylinderrohre bzw. Kolbenstangen an den kleineren Sektoren 82, 84 und 88, 90 bzw.
am größten Sektor 80 und 86 angelenkt
sind.
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Zur
Sicherung der Sektoren 80, 82, 84 bzw. 86, 88, 90 in
der geschlossenen Endstellung dienen zwei Paare von im Wesentlichen
parallel zur Schwenkachse 60 ausgerichteten Hydraulik-Spannzylindern 100,
deren Zylinderrohre um eine zur Zylinderachse 56, 58 parallele
Achse 54 (9)
schwenkbar an einem der Sektoren 82 bzw. 88 befestigt
sind und deren Kolbenstangen nach dem Schließen der Sektoren 82, 84 bzw. 88, 90 am
jeweils benachbarten Sektor 84 bzw. 90 eingehängt werden
können,
um die beiden Sektorenpaare 82, 84 und 88, 90 in
der geschlossenen Stellung miteinander zu verspannen und gegen die Umfangsfläche des
in die Scharnierhälften 26, 28 eingeführten Endes 30, 32 des
Fundamentrohrs 16 bzw. des oberen Mastteils 18 anzupressen.
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Um
zu vermeiden, dass das untere Ende 32 des oberen Mastteils 18 infolge
von Wellenbewegungen oder dergleichen hart auf dem oberen Ende 30 des
Fundamentrohrs 16 aufsetzt, sobald der obere Mastteil 18 vertikal
aufgerichtet ist, sind auf der zum Schwenkgelenk 24 entgegengesetzten
Umfangsseite der oberen Scharnierhälfte 28 zwei im Wesentliche parallel
zu seiner Zylinderachse 58 ausgerichtete Hydraulik-Dämpfungszylinder 102 um
eine zur Schwenkachse 60 im Wesentlichen parallele Achse angelenkt,
deren Kolbenstangen 104 sich bei Annäherung der oberen Scharnierhälfte 28 an
die in 6 dargestellte
Fluchtungsstellung in zwei über
die untere Scharnierhälfte 26 überstehenden
Lagerpfannen 106 abstützen.
Die beiden Lagerpfannen 106 sind auf ihrer Oberseite mit
einer konkaven muldenförmigen
Ausnehmung 108 zur Aufnahme der sphärisch geformten Stirnenden 110 der
Kolbenstangen 104 versehen.
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Bei
der in den 11 und 12 schematisch und teilweise
dargestellten Montagehilfe 22 ist dagegen das Stirnende
der Kolbenstange 104 des Hydraulik-Dämpfungszylinders 102 nicht
sphärisch
geformt, sondern mit einer zylindrischen Querstange 122 versehen,
die sich nach dem Abstützen
in einer entsprechend geformten Lagerpfanne 106 der unteren
Scharnierhälfte 26 in
der Lagerpfanne 106 verriegeln lässt, um den oberen Mastteil 18 anschließend ohne
die Hilfe des Hebezeugs 34 des Schwimmkrans allein durch
Einziehen der Kolbenstange 104 vollständig in die aufrechte vertikale
Lage zu bringen. Zur Verriegelung der Querstange 122 dient
eine um eine horizontale Schwenkachse 124 schwenkbar an der
unteren Scharnierhälfte 26 angelenkte
Verriegelungsklaue 126, die mit Hilfe eines Hydraulikzylinders 128 in
die in 11 dargestellte
Verriegelungsstellung geschwenkt wird, sobald die Querstange 112 am Ende
der ausgefahrenen Kolbenstange 104 in der Lagerpfanne 106 aufgesetzt
hat.
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Die
Verriegelung der Kolbenstange 104 des Dämpfungszylinders 102 mit
der anderen Scharnierhälfte 26 bewirkt,
dass während
des letzten Stadiums des Aufrichtens des oberen Mastteils 18 die
Einwirkung des Wellengangs praktisch keine Rolle mehr spielt.
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Zur
Versorgung der Hydraulikzylinder mit Hydraulikfluid trägt die zur
Anbringung am Fundamentrohr 16 vorgesehene untere Scharnierhälfte 26 auf der
Außenseite
ihres größten Sektors 80 eine
Plattform 112 mit einem Hydrauliktank 114 sowie
einer von einem Antriebsmotor 116 angetriebenen Hydraulikpumpe 118,
die über
Hydraulikrohre bzw. Hydraulikschläuche und Ventile (beides nicht
dargestellt) mit den Hydraulikzylindern verbunden ist. Die Plattform 112 ist
durch einen Laufgang 120 verlängert, von wo das Aufrichten
des oberen Mastteils 18 und die Annäherung von dessen unterem Ende 32 an
das obere Ende 30 des Fundamentrohrs 16 überwacht
werden kann. Beide Scharnierhälften 26, 28 sind
darüber
hinaus auf ihren Außenseiten
mit Steigleitern 124 (nur teilweise dargestellt) versehen,
die für
den Fall von Reparatur- oder Wartungsarbeiten einen Zugang zu den
Hydraulikzylindern 96, 100, 102 ermöglichen.
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Unter
Bezugnahme auf 1 wird
zur Errichtung der Offshore-Windenergieanlage 2 zuerst das
zylindrische Fundamentrohr 16 und der an Land komplettierte
obere Mastteil 18 mit dem Schiff oder Schwimmponton 20 gemeinsam
oder nacheinander an die vorgesehene Baustelle gebracht, wo zuerst das
Fundamentrohr 16 von dem mit Stelzen (nicht dargestellt)
auf dem Meeresboden abgestützten Schwimmkran 36 aufgenommen,
angehoben und in eine vertikale Ausrichtung gebracht wird, bevor
es zum Meeresboden abgelassen und in diesen eingerammt wird. Beim
Einbringen des Fundamentrohrs 16 kann ggf. die geschlossene
Montagehilfe 22 oder deren geschlossene untere Scharnierhälfte 26 als Führung verwendet
werden, durch die hindurch das Fundamentrohr 16 mit dem
Hebezeug 34 abgelassen wird.
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Nachdem
das Fundamentrohr 16 ausreichend weit in den Meeresboden
eingerammt worden ist, wird mittels des Schwimmkrans 36 oder
alternativ von dem am Fundamentrohr 16 vertäuten Schiff
oder Schwimmponton 20 aus die geöffnete untere Scharnierhälfte 26 der
Montagehilfe 22 oberhalb des Ringflanschs 46 an
das obere Ende 30 des Fundamentrohrs 16 angenähert, bis
es vom Sektor 80 teilweise umgeben ist. Anschließend werden
die Sektoren 82 und 84 durch Ausfahren der Schwenkzylinder 96 geschlossen,
bis alle Sektoren 80, 82, 84 gegen die Umfangsfläche des
oberen Endes 30 des Fundamentrohrs 16 anliegen.
Nach dem Verspannen der Sektoren 82, 84 mit Hilfe
der zugehörigen
Spannzylinder 100 ist die Montagehilfe fest mit dem Fundamentrohr 16 verbunden.
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Die
obere Scharnierhälfte 28 kann
sich bei diesem Vorgang bereits in der in 5 dargestellten Kippstellung befinden
oder nach dem Anbringen der unteren Scharnierhälfte 26 mittels des
Kippzylinders 70 in diese Stellung gebracht werden, in
der sie auf dem am Fundamentrohr 16 vertäuten Schiff
oder Schwimmponton 20 aufliegt. In dieser Kippstellung ist
ihre Zylinderachse 58 im Wesentlichen horizontal ausgerichtet,
wobei der größte Sektor 86 nach
unten weist. Anschließend
werden die beiden kleineren Sektoren 88, 90 auseinander
geschwenkt, um die Scharnierhälfte 28 zu öffnen, so
dass das untere Ende 32 des oberen Mastteils 18 unterhalb
des Ringflanschs 48 von oben her in die Scharnierhälfte 28 eingeführt oder
eingelegt und diese danach geschlossen werden kann, wie in 1 dargestellt.
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Im
Folgenden wird der obere Mastteil 18 mit Hilfe des Hebezeugs 34 des
Schwimmkrans 36 langsam aufgerichtet, wobei die Montagehilfe 22 als
Führung
für sein
unteres Ende 32 dient und Relativbewegungen desselben in
Bezug zum oberen Ende 30 des Fundamentrohrs 16 verhindert.
Nach dem vollständigen
Aufrichten des oberen Mastteils 18 wird dessen unteres
Ende 32 an den Schraubflanschen 38, 40 mit dem
oberen Ende 30 des Fundamentrohrs 16 verschraubt
und anschließend
die Montagehilfe 22 abgenommen.
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Durch
diese Art der Montage der Offshore-Windenergieanlage 2 kann
der an der Baustelle erforderliche Montageaufwand erheblich reduziert und
dadurch die Gefahr von witterungsbedingten Unterbrechungen auf ein
Minimum verringert werden.