DE19636240A1

DE19636240A1 - Maste für Windkraftanlagen

Info

Publication number: DE19636240A1
Application number: DE19636240A
Authority: DE
Inventors: Joachim Kaeufler
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-08-28
Filing date: 1996-08-28
Publication date: 1998-03-05
Also published as: EP0870108A1; AU5964298A; WO1998009072A1

Description

Die Erfindung betrifft Maste, die eine Windkraftanlage tragen, wobei außerdem unterhalb der Windkraftanlage eine oder mehrere Quertraversen, an denen Leiter- und Erdseile für die Stromüber tragung auf Mittel- oder Hochspannungsebene abgehängt oder ge stützt werden, angeordnet sein können.

Maste für Windkraftanlagen sind bekannt, auch solche an denen Leitungen zur Stromübertragung angeordnet sind. So wird in DE-OS 41 06 976 bereits vorgeschlagen, Windkraftanla gen an Hochspannungsmasten unterhalb der Stromleitungen anzuord nen und den von dem Generator erzeugten Strom, gegebenenfalls über Transformatoren, Steuergeräte etc. in die am Hochspannungs mast hängenden stromführenden Leitungen einzuspeisen. Hierbei wird die Windenergie aufgrund der geringeren Höhe des Betriebs ortes nur zu einem vergleichsweise geringen Teil genutzt.

Später ist von R.J. Werner, WINDENERGIE AKTUELL 1993 H. 12, 6 über ein Modell berichtet worden, die Windkraftanlagen an Hochspannungsmasten auch oberhalb der Stromleitungen anzuordnen.

Windkraftanlagen sind vergleichsweise wartungs- und reparaturin tensiv. Der bei größeren Reparaturarbeiten erforderliche Kran einsatz ist standortbedingt an sich schon problematisch. Weiterhin treten bei der Anordnung der Windkraftanlagen an Hochspannungsmasten besondere wirtschaftliche Nachteile der gestalt auf, daß dann die Hochspannungsleitung während des Kraneinsatzes aus Sicherheitsgründen freigeschaltet werden muß. Diese wirtschaftlichen Nachteile bestehen nicht nur in den Fol gekosten der Stromabschaltung, sondern im Hinblick auf die von den Energieversorgern gesetzlich geforderten Versorgungssicher heit auch in höheren Netzvorhaltekosten.

Ein an sich aus anderen Einsatzbereichen bekannter Hubschrauber einsatz ist zur Montage bzw. Demontage der Windkraftanlage auf grund der zu bewegenden Lasten und der dabei zu erforderlichen Genauigkeit beim Transport nicht möglich.

Die Lösung der Aufgabe besteht darin, daß an den Masten eine Aufzugseinrichtung, die eine in Transportstellung gebrachte Windkraftanlage vom Mastfuß zum Betriebsort, als auch umgekehrt, bewegt, angeordnet wird.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, daß nur geringe Zusatzkosten entstehen, da viele Teile der Transportein richtung nicht am Mast verbleiben müssen, sondern im Bedarfsfall zum jeweiligen Mast verbracht werden.

Vorzugsweise werden an den erfindungsgemäßen Maste eine oder mehrere Quertraversen, an denen Leiter- und Erdseile für die Stromübertragung auf Mittel- oder Hochspannungsebene abgehängt oder gestützt werden, angeordnet.

Dadurch entstehen zusätzliche Vorteile, wie eine doppelte Nutzung der Masten und der Standorte, bei völlig getrennten Funktionen und garantiert berührungsfreiem Bewegen der Wind kraftanlage in Hinsicht auf die am Mast befindlichen Leitungen, so daß ein Abschalten der Stromleitungen nicht mehr erforderlich ist. Außerdem ist die Nähe zur Trasse für die Einspeisung des erzeugten Stromes günstig. Eventuell bereits vorhandene Mastfun damente können aufgrund der vergrößerten Abmessungen der erfin dungsgemäßen Maste im Boden verbleiben, wodurch bereits vorher erschlossene Standorte wieder bebaut werden können. Generell können durch die Doppelfunktion der erfindungsgemäßen Maste Grundstückskosten gespart und das Genehmigungsverfahren positiv beeinflußt werden.

Zweckmäßig ist eine im Inneren des Mastes angeordnete Aufzugs einrichtung, die eine durch Kippen und/oder Verschieben am Mastfuß oder am Betriebsort in Transportstellung gebrachte Windkraftanlage, deren Rotorblätter entweder durch Zusammenfüh ren auf Transportmaß gebracht oder einzeln oder insgesamt mit einem gesonderten Aufzugsmittel zum Mastfuß und wieder zurück zum Betriebsort bewegt oder von der übrigen Windkraftanlage ge trennt werden und am Mastkopf verbleiben, wobei der Mastfuß so ausgebildet ist, daß die Windkraftanlage in bzw. aus dem Mast inneren herein- und herausführbar ist.

Besonders vorteilhaft ist es, im Inneren der Maste in vertikaler Richtung Zahnstangen anzuordnen, entlang derer im Bedarfsfall eine Transportvorrichtung die Windkraftanlage bewegt, die ihrer seits durch zusätzlich angeordnete vertikale Führungsschienen in ihrer Transportlage gehalten und geführt wird.

Ebenfalls vorteilhaft ist es, die Führungsschienen so anzuord nen, daß die durch die Transportvorrichtung bewegte Windkraftan lage vom Transportfahrzeug über eine im Bedarfsfall zu errich tende Stahltragkonstruktion in das Mastinnere und umgekehrt der art geführt wird, daß ein stetiger Übergang aus der für den An- und Abtransport mit dem Fahrzeug erforderlichen Horizontallage in die für die Bewegung im Mastinneren notwendige Vertikallage erfolgt.

Außerdem ist es vorteilhaft, daß der Mastkopf aus zwei vertika len Segmenten besteht, welche einerseits die Längsseiten des Ma schinengehäuses der Windkraftanlage teilweise umschließen und andererseits mit dem Auflager bzw. Anschlußelementen desselben kraftschlüssig verbunden sind und die die Führungsschienen tra gen, in denen sich die Walzen, Rollen bzw. Gleitkörper des Ma schinengehäuses beim Übergang aus der Betriebs- in die Trans portstellung und umgekehrt nach bzw. vor dem Lösen der Verbin dungsmittel an den Auflager- bzw. Anschlußelementen bewegen, und welche über einen unterhalb liegenden horizontalen Kreisring, der in seinem Inneren den Lichtraum für das Durchführen der Windkraftanlage während der Transportbewegung freigibt, steif miteinander verbunden sind und dieser über einen Drehkranz an das obere Ende der Mastkonstruktion angeschlossen ist, so daß eine Drehung des gesamten Mastkopfes um die vertikale Achse möglich ist.

Ebenfalls vorteilhaft ist es, eine Aufzugseinrichtung an der Mastaußenseite in an sich bekannter Weise anzuordnen.

Zweckmäßig wird der erzeugte Strom über Erdkabel vom Mastfuß zu externen Abnehmern geführt bzw. über Stromwandler, wie Transfor matoren, auf Mittel- bzw. Hochspannungsniveau gebracht und über eine separate Leitung zu den folgenden Masten geführt bzw. in die am selben Mast hängenden Freileitungen eingespeist.

Die Erfindung ist in einer Ausführungsform in den Zeichnungen dargestellt und wird im nachfolgenden Beispiel erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 Hochspannungsmast mit oberhalb der Freileitungen angeordneter Windkraftanlage.

Fig. 2 Ausgewählte Stationen des Transports der Windkraftanlage vom Transportfahrzeug zum Betriebsort.

Fig. 3
Schnitt A Konstruktive Ausbildung des Mastes unterhalb der Quertraversen.
Schnitt B Konstruktive Ausbildung des Mastes in Höhe der Quertraversen
Schnitt C Konstruktive Ausbildung des Mastes oberhalb der Quertraversen.

Fig. 4 Mastkopf

Der Mast wird als Stahlgitterkonstruktion die aus 4 vertikalen Fachwerkscheiben besteht, ausgeführt. Die Eckstiele bilden im Grundriß ein Quadrat, welches bei Oberkante Gelände eine Seiten länge von mindestens 12 m aufweist. Die Masthöhe beträgt 60 m. Auf halber Höhe ist eine beidseitig vom Mast auskragende Quer traverse angeordnet (Unterkante Quertraverse + 30 m über Ober kante Gelände), die je Seite ein 110 kV-Freileitungssystem (3 Leiterstiele über Isolatoren an Unterkante Quertraverse abge hängt und 1 Erdseil auf Oberkante Quertraverse abgestützt) trägt (Fig. 1).

Am Mastkopf, den ein Drehkranz mit dem oberen Ende der Fachwerk konstruktion verbindet, ist eine Windkraftanlage mit einer Nenn leistung von 600 kW und einem Horizontalachsrotor mit 46 m Ro tordurchmesser angeordnet. Das Gewicht des Maschinengehäuses (einschließlich Getriebe und Generator sowie der Rotorflügel) beträgt 21 t.

Das Maschinengehäuse hat eine nahezu zylindrische Form mit einem Durchmesser von 2.50 m und einer Länge von 5 m.

Im Bereich des Mastfußes wird mindestens eine Fachwerkscheibe so ausgebildet, daß sie einerseits eine ausreichende Öffnung für das seitliche Ein- bzw. Ausführen der Windkraftanlage in das Mastinnere bietet, jedoch andererseits immer den zu den Freilei tungen erforderlichen Sicherheitsabstand gewährleistet. Die in Fig. 1 dargestellte Mastform greift unterhalb der Quertraverse ein aus dem herkömmlichen Freileitungsmastbau bekanntes Grund element auf. Bei der Ausbildung von zwei gegenüberliegenden Fachwerkscheiben in der dargestellten Weise (architektonisch ausgewogener ist die gleichartige Ausbildung aller vier Fach werkscheiben) gibt die obere Öffnung den erforderlichen Licht raum für die Kurve, die die Rotorblattspitzen beschreiben, frei (Fig. 1 und 2).

Das Mastinnere ist konstruktiv so durchgebildet, daß entspre chend der jeweiligen Transportlage der Windkraftanlage beim Bewegen derselben vom Mastkopf zum -fuß und umgekehrt der erfor derliche Lichtraum (1) gewährleistet ist (Fig. 2, 3). Im Gegen satz zu bekannten Freileitungsinasten, die eine gleichmäßige Ver teilung von außermittig angreifenden horizontalen Seilkräften (z. B. durch Reißen eines Leiterseiles) auf alle vertikalen Fachwerkscheiben durch einen geschlossenen Horizontalverband realisieren, wird im Bereich des Mastinneren ein horizontaler Fachwerkrahmen um den erforderlichen Lichtraum herum angeordnet (Fig. 3, Schnitt B-B).

Im Mastinneren werden bei ca. 9 m über Oberkante Gelände begin nend bis zum Drehkranz des Mastkopfes 2 parallele Tragprofi le (2), die aus Blechen und/oder Walzprofilen zusammengesetzt sind, geführt, an denen jeweils ein Paar Zahnstangen (3) ange ordnet sind, auf welche sich im Bedarfsfall die Antriebskräfte der Transportvorrichtung über entsprechende Maschinenbauelemente (Zahnräder) kraft- und formschlüssig absetzen. Weiterhin werden an diesen Tragprofilen je ein Paar Führungsschienen (4), die die Lagesicherheit der Windkraftanlage während des Transportes si cherstellen, angeordnet und entsprechend der für die Gewährlei stung der Funktionssicherheit des Transportvorganges erforder liche Verformungsbegrenzung mehrfach horizontal an der Mastkon struktion abgestützt (Fig. 3).

Die Transportvorrichtung (5) verfügt über einen eigenen Antrieb (ca. 30 kW bei 4 m/min, Transportgeschwindigkeit), dessen Ener gieversorgung jedoch vom Mastfuß (z. B. durch Aggregat auf dem Transportfahrzeug) realisiert werden kann. Je Seite überträgt eine gegensinnig drehende Doppelwelle die vom Antrieb erzeugten Bewegungskräfte kraft- und formschlüssig auf die Zahnstangen, während eine zweite nachgeführte Doppelachse nur über Formschluß die Lagesicherheit der Transportvorrichtung bei außermittiger Lasteinleitung während der Bewegung in den Kurvenbereichen (Mastkopf bzw. -fuß) gewährleistet (Fig. 2).

Die beiden einander zugewandten Enden der Transportvorrichtung sowie des Maschinengehäuses der Windkraftanlage sind durch ein bzw. zwei beiderseits gelenkig angeschlossene Verbindungsstä be (6) miteinander verbunden, um Abweichung der Wirkungsrichtung der Antriebskraft von der entsprechend der Führungsschienen vor gegebenen momentanen Bewegungsrichtung der Windkraftanlage in den Kurvenbereichen auszugleichen (Fig. 2). Die Länge der Ver bindungsstäbe wird so gewählt, daß bei Erreichen der Betriebs stellung der Windkraftanlage am Mastkopf die Transportvorrich tung ihre Endstellung unmittelbar unterhalb des Drehkranzes er reicht. Die Transportvorrichtung einschließlich der Verbindungs stäbe verbleibt aus wirtschaftlichen Gründen nicht ständig am Maststandort und kann somit auch für andere Standorte genutzt werden.

Das Maschinengehäuse verfügt über zwei Achsen, an deren Enden Rollen, Walzen oder Gleitkörper (7) in die vorgesehenen Füh rungsschienen eingreifen und somit auch bei außermittiger Last einleitung ein Kippen der Windkraftanlage verhindert wird.

Die zur Realisierung des Ein- und Ausführungsvorganges der Wind kraftanlage im Bereich des Mastfußes entsprechend angeordneten Führungsschienen werden zusammen mit den Zahnstangen (ein schließlich Tragprofil) an einer Stahltragkonstruktion (8) be festigt, die je Seite aus 3 Fachwerkbindern mit ca. 12 m Länge je Binder besteht. Diese Konstruktion wird von 4 Stützen getra gen, welche in Längs- und Querrichtung entweder durch die Anord nung von Schrägstäben oder durch Einspannung in die Fundamente stabilisiert werden (Fig. 2). Die gesamte Stahlkonstruktion (Fachwerkbinder mit integrierten Führungsschienen und Zahnstan gentragprofil sowie Stützen) wird nur im Bedarfsfall montiert und verbleibt ebenfalls nicht am Maststandort. Nur die erforder lichen Stützenfundamente werden im Bereich der Zuwegung einge bracht.

Die in der beschriebenen Montagetragkonstruktion integrierten Führungsschienen sowie die Zahnstangen einschließlich Tragpro filen werden mit den entsprechenden Elementen sowohl auf dem Transportfahrzeug als auch im Mastinneren fest verbunden. Das Transportfahrzeug wird während des Bewegungsvorganges vertikal und horizontal in seiner Lage fixiert, so daß eine stetige Bewegung der Transportvorrichtung zusammen mit der Windkraftan lage vom Transportfahrzeug bis zum Mastkopf und umgekehrt erfol gen kann (Fig. 2).

Der Mastkopf (9) wird vor dem Transportvorgang mit Hilfe des Drehkranzes derart um seine vertikale Achse gedreht und an schließend arretiert, daß die mit der Mastfachwerkkonstruktion verbundenen Führungsschienen mit den entsprechenden Führungsele menten, die an den Innenseiten der Mastkopfschalensegmente ange ordnet sind, einen stetigen Übergang bilden (Fig. 4).

Beim Bewegen entlang dieser Führungsschienen ist die Betriebsstellung der Windkraftanlage erreicht, wenn vier aus dem Maschinengehäuse auskragende Zapfen (10) in die ihnen zugewandte Lagerschalhälften (11) gedrückt werden, die wiederum aus den Innenseiten der vertikalen Mastkopfsegmente auskragen (Fig. 4).

Unmittelbar vor Erreichen der Endstellung übernehmen die Zapfen in Verbindung mit den Lagerschalhälften die Führungsfunktion und entlasten somit die Führungselemente in der Betriebsstellung. Durch Anschrauben der jeweils zweiten separaten Lagerschalhälfte ist nach dem Lösen der Verbindungsstäbe eine dauerhafte kraft- und formschlüssige Verbindung zwischen Mastkopf und Maschinenge häuse hergestellt.

Für erforderliche Wartungs- und Reparaturarbeiten wird am Mast kopf eine Bühne angeordnet.

Vor dem Übergang aus der Betriebs- in die Transportstellung sind die Signal- und Lastkabel, die vom Mastkopf zum -fuß geführt werden, von der Windkraftanlage zu trennen.

Das Zusammen- bzw. Auseinanderführen der Rotorblätter wird durch Betätigen einer elektronischen Steuereinrichtung in an sich bekannter Weise ausgelöst.

Bezugszeichenliste

1 Erforderlicher Lichtraum im Mastinneren
2 Tragprofile für Zahnstangen und Führungsschienen
3 Zahnstangen
4 Führungsschienen
5 Transportvorrichtung
6 Verbindungsstäbe
7 Rollen, Walzen bzw. Gleitkörper
8 Stahltragkonstruktion
9 Mastkopf
10 Zapfen
11 Lagerschalhälften

Claims

1. Maste, die eine Windkraftanlage tragen, dadurch gekennzeich net, daß sie mit einer Aufzugseinrichtung, die eine in Trans portstellung gebrachte Windkraftanlage vom Mastfuß zum Be triebsort, als auch umgekehrt, bewegt, verbunden sind.

2. Maste nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb der Windkraftanlage eine oder mehrere Quertra versen, an denen Leiter- und Erdseile für die Stromübertra gung auf Mittel- oder Hochspannungsebene abgehängt oder ge stützt werden, angeordnet sind.

3. Maste nach Patentanspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine im Inneren des Mastes angeordnete Aufzugsein richtung, die eine durch Kippen und/oder Verschieben am Mastfuß oder am Betriebsort in Transportstellung gebrachte Windkraftanlage, deren Rotorblätter entweder durch Zusam menführen auf Transportmaß gebracht oder einzeln oder ins gesamt mit einem gesonderten Aufzugsmittel zum Mastfuß und wieder zurück zum Betriebsort bewegt oder von der übrigen Windkraftanlage getrennt werden und am Mastkopf verbleiben, wobei der Mastfuß so ausgebildet ist, daß die Windkraftanlage in bzw. aus dem Mastinneren herein- und herausführbar ist.

4. Maste nach Patentansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Inneren der Maste in vertikaler Richtung Zahnstangen angeordnet sind, entlang derer im Bedarfsfall eine Trans portvorrichtung die Windkraftanlage bewegt, die ihrerseits durch zusätzlich angeordnete vertikale Führungsschienen in ihrer Transportlage gehalten und geführt wird.

5. Maste nach Patentansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsschienen so angeordnet werden, daß die durch die Transportvorrichtung bewegte Windkraftanlage vom Trans portfahrzeug über eine im Bedarfsfall zu errichtende Stahl tragkonstruktion in das Mastinnere und umgekehrt derart geführt wird, daß ein stetiger Übergang aus der für den An- und Abtransport mit dem Fahrzeug erforderlichen Horizontal lage in die für die Bewegung im Mastinneren notwendige Ver tikallage erfolgt.

6. Maste nach Patentansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Mastkopf aus zwei vertikalen Segmenten besteht, wel che einerseits die Längsseiten des Maschinengehäuses der Windkraftanlage teilweise umschließen und andererseits mit den Auflager- bzw. Anschlußelementen desselben kraftschlüssig verbunden sind und die die Führungsschienen tragen, in denen sich die Walzen, Rollen oder Gleitkörper des Maschinengehäu ses beim Übergang aus der Betriebs- in die Transportstellung und umgekehrt nach bzw. vor dem Lösen der Verbindungsmittel an den Auflager- bzw. Anschlußelementen bewegen, und welche über einen unterhalb liegenden horizontalen Kreisring, der in seinem Inneren den Lichtraum für das Durchführen der Wind kraftanlage während der Transportbewegung freigibt, steif miteinander verbunden sind und dieser über einen Drehkranz an das obere Ende der Mastkonstruktion angeschlossen ist, so daß eine Drehung des gesamten Mastkopfes um die vertikale Achse möglich ist.

7. Maste nach Patentanspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Aufzugseinrichtung an der Mastaußenseite in an sich bekannter Weise angeordnet ist.

8. Maste nach Patentansprüchen 1 und/oder 2-4 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der erzeugte Strom über Erdkabel vom Mastfuß zu externen Abnehmern geführt bzw. über Stromwandler, wie Transformatoren, auf Mittel- bzw. Hochspannungsniveau gebracht und über eine separate Leitung zu den folgenden Masten geführt oder in die am selben Mast hängenden Freilei tungen eingespeist wird.