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Die Erfindung betrifft eine Rettungs-Abseilvorrichtung mit einem von einer Winde abrollbaren, zwischen Spurscheiben gehaltenen Seilwickel.
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Solche Abseilvorrichtungen werden beispielsweise für das Wartungspersonal von Windkraftanlagen benötigt. Moderne Windkraftanlagen mit einer Leistung von mehreren Megawatt erreichen derzeit Nabenhöhen von bis zu 160 m und werden sowohl an Land (onshore) als auch im Meer (offshore) zur Stromerzeugung installiert. Diese Anlagen weisen an der Spitze des Turmes ein relativ groß dimensioniertes Maschinenhaus auf, das bei Wartungsarbeiten etwa bis zu 30 Personen Platz bieten kann. Durch den hohen Personaleinsatz bei der Wartung und Reparatur sollen die Betriebsausfallzeiten minimiert werden.
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Der Zugang zum Maschinenhaus der Windkraftanlage erfolgt in der Regel über eine mit einem Steigschutzsystem ausgerüstete vertikale Steigleiter oder mittels eines Personenfahrkorbes im Turminneren. In einem Notfall, beispielsweise bei einem Brand im Maschinenhaus oder im Turmfuß muss gewährleistet sein, dass sich alle in der Anlage befindlichen Personen unmittelbar über einen alternativen Fluchtweg in Sicherheit bringen können.
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Die Abseilvorrichtung weist eine im Maschinenhaus installierte Winde mit einem zu einem Seilwickel aufgerollten Rettungsseil auf. Im Notfall wird das Seil von der Winde abgewickelt, so dass das mit einem Gewicht beschwerte untere Seilende auf dem Boden aufliegt. Bei einer Offshore-Anlage ist am untern Seilende außerdem eine Rettungsinsel angebracht, die auf der Wasseroberfläche schwimmt. Das Seil wird dann mit Hilfe einer auf der Rettungsinsel oder an dem Gewicht angebrachten Spannvorrichtung unter leichter Zugspannung gehalten, so dass sich die Personen mit Hilfe von Seilrollern einer nach dem anderen sicher längs des Seiles abseilen können. Bei großer Turmhöhe und entsprechend großer Seillänge muss der Seilwickel beträchtliche Abmessungen haben, so dass viel Platz im Maschinenhaus verlorengeht.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Rettungs-Abseilvorrichtung zu schaffen, die eine platzsparende Anordnung der Winde im Maschinenhaus und ein schnelles und sicheres Ablassen des Rettungsseils ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Seilwickel eine Anzahl von in Radialrichtung übereinander liegender Lagen aufweist, die größer ist als die Anzahl seiner in Axialrichtung nebeneinander liegenden Lagen.
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Bei der erfindungsgemäßen Rettungsvorrichtung hat der Seilwickel die Form einer Scheibe mit relativ großen radialen Abmessungen und einer verhältnismäßig geringen Breite, die nur eine einzige oder allenfalls wenige Seildicken beträgt. Wenn das Seil von der Winde abgewickelt und herabgelassen wird, so erreicht das Seil mit zunehmender Auszugslänge ein beträchtliches Gewicht, so dass das Antriebs- und/oder Bremssystem der Winde ein entsprechend hohes Drehmoment aufnehmen muss, damit das Seil kontrolliert abgelassen und aufgewickelt werden kann. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung nimmt jedoch beim Abwickeln und Ablassen des Seiles der Wickelradius in dem Maße ab, in dem die Auszugslänge und damit das Gewicht des Seils zunimmt. Das Drehmoment, also das Produkt aus Seilgewicht und Wickelradius, bleibt daher annähernd konstant. Das erlaubt einen einfacheren Aufbau der Bremseinrichtung, die beim Ablassen des Seiles dessen Gewicht halten muss und die Abrollbewegung bremsen muss, wenn das untere Seilende den Erdboden oder die Wasseroberfläche erreicht.
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Wenn die Drehzahl der Winde beim Ablassen des Seiles beispielsweise mit einer Fliehkraftbremse begrenzt wird, ergibt sich weiterhin der Vorteil, dass zu Beginn des Abwickelvorgangs aufgrund des hohen Wickelradius eine hohe Vertikalgeschwindigkeit des Seiles ermöglicht wird, so dass das Seil im Notfall schnell herabgelassen werden kann. Mit zunehmender Auszugslänge des Seiles nimmt dann die Vertikalgeschwindigkeit ab, so dass das Ablassen des Seiles kontrolliert beendet werden kann, wenn das untere Seilende den Boden erreicht.
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Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass der Seilwickel und damit die Winde nur einen verhältnismäßig kleinen Grundriss aufzuweisen braucht und sich deshalb platzsparend im Maschinenhaus unterbringen lässt. Außerdem verlagert sich beim Abwickeln des Seiles der Ablösepunkt, an dem das Seil den Seilwickel verlässt, nicht oder nur wenig in Axialrichtung der Winde, so dass das Herablassen des Seils durch die verhältnismäßig kleine Ausstiegsluke im Maschinenhaus nicht durch seitliche Wanderbewegungen des Seils erschwert wird. Wenn die Winde versetzt zur Ausstiegsluke angeordnet ist und das Seil über eine stationär über der Ausstiegsluke angebrachte Umlenkrolle abgelassen wird, kann die Winde in geringem Abstand zu der Umlenkrolle angeordnet werden, da das Seil auf dem Weg von der Winde zur Umlenkrolle stets im wesentlichen rechtwinklig zur Drehachse der Umlenkrolle verläuft.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform, bei nicht zu großer Seillänge, kann der Seilwickel vollständig radial gewickelt sein, so dass er in Axialrichtung der Winde nur eine einzige Lage aufweist.
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Bevorzugt ist die Winde über einen Riemen- oder Kettentriebtrieb mit einer Bremseinrichtung zur Begrenzung der Abwickelgeschwindigkeit des Seiles verbunden. An dem Kettentriebtrieb können außerdem ein Motor zum Aufwickeln des Seiles sowie ein Rückholantrieb angeordnet sein, mit dem, nachdem das Seilende den Boden erreicht hat, die Seilspannung geeignet eingestellt werden kann. Da der Kettentrieb eine hohe Kraftübersetzung ermöglicht, kann der Rückholantrieb von Hand, beispielsweise mit einer Kurbel betätigt werden. In den Rückholantrieb kann dabei eine Seilspannungsanzeige integriert sein, die dem Bedienungspersonal anzeigt, wann eine ausreichende Seilspannung erreicht ist.
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Bevor sich die zu evakuierenden Personen an dem Seil abseilen, muss die Winde sicher in ihrer Position verriegelt werden. Das lässt sich bei erfindungsgemäßen Vorrichtung auf besonders einfache Weise mit einer Klinke bewerkstelligen, die im Bereich des äußeren Umfangsrandes an einer der Spurscheiben zur Führung des Seilwickels angreift. Aufgrund des großen Radius der Spurscheibe braucht auch dann, wenn sich mehrere Personen gleichzeitig an dem Seil abseilen und ein entsprechend hohes Drehmoment auf die Winde wirkt, die Klinke nur einer verhältnismäßig geringen Kraft Stand zu halten.
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Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 eine schematische Ansicht einer Windkraftanlage mit einer erfindungsgemäßen Abseilvorrichtung;
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2 einen axialen Schnitt durch eine Winde einer erfindungsgemäßen Abseilvorrichtung;
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3 eine Seitenansicht der Winde sowie ein im Schnitt dargestelltes Gestell, in dem die Winde gelagert ist;
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4 eine vergrößerte Seitenansicht eines Teils der Winde und des Gestells; und
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5 einen Querschnitt der Winde, zur Illustration der Wirkung eines Sperrmechanismus.
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In 1 ist schematisch eine Offshore-Windkraftanlage gezeigt, die einen Turm 10, eine Gondel 12, eine Nabe 14 und Rotorblätter 16 aufweist. Die Gondel 12 nimmt ein Maschinenhaus auf, in dem sich bei Wartungs- oder Reparaturarbeiten eine größere Anzahl von Personen 18 aufhalten kann.
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Die Windkraftanlage ist mit einer Rettungsvorrichtung ausgerüstet, die es erlaubt, das Wartungspersonal im Notfall, beispielsweise bei Ausbruch eines Brandes im Maschinenhaus, in kürzester Zeit über einen separaten (nicht durch den Turm 10 verlaufenden) Fluchtweg zu evakuieren. Diese Rettungsvorrichtung umfasst eine in der Gondel 12 installierte Winde 20 für ein Seil 22. Bei dem Seil 22 sollte es sich aus Brandschutzgründen vorzugsweise um ein Stahlseil handeln. Am unteren Ende des Seiles 22 hängt ein Gewicht 24, das eine Spanneinrichtung 26 für das Seil 22 aufnimmt. Im gezeigten Beispiel wird das Gewicht 24 durch eine schwimmfähige Rettungsinsel gebildet.
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Im Normalzustand der Windkraftanlage ist das Seil 22 vollständig auf die Winde 20 aufgewickelt, und die Rettungsinsel ist zusammengefaltet und in der Gondel 12 verstaut. Wenn eine Evakuierung erforderlich ist, begeben sich die Personen 18 zu einer in der Gondel 12 gebildeten Plattform 28, auf der sich versetzt zu einer nicht näher gezeigten Ausstiegsluke die Winde 20 befindet. Das Seil 22 lauft über eine über der Ausstiegsluke angeordnete Umlenkrolle 30. Die am Seil 22 hängende Rettungsinsel wird durch die Ausstiegsluke herabgelassen, und das Seil wird mit Hilfe der Winde 20 abgewickelt, bis die Rettungsinsel die Wasseroberfläche 32 erreicht. Durch einen nicht gezeigten Auslösemechanismus wird in bekannter Weise die Entfaltung der Rettungsinsel mittels Druckluft ausgelöst, so dass die Rettungsinsel auf der Wasseroberfläche schwimmt. Da dann das Seil 22 nicht mehr durch das Gewicht der Rettungsinsel unter Spannung gehalten wird, sorgt nun die Spanneinrichtung 26 dafür, dass das Seil stets unter einer gewissen, im wesentlichen konstanten Zugspannung gehalten wird. Dadurch wird ein Pendeln des Seils 22 verhindert und zugleich die Abdrift der Rettungsinsel in Grenzen gehalten.
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Nachdem das Seil 22 in dieser Weise stabilisiert wurde, kann mit der Evakuierung der Personen 18 begonnen werden. Dazu legt jede Person 18 einen Auffanggurt oder eine Rettungsschlaufe 36 an, die mit einem Seilroller 38 verbunden ist. Sie bringt dann den Seilroller an dem Seil 22 an und lässt sich an dem Seil nach unten gleiten. Auf diese Wiese können die Personen 16 eine nach der anderen über das Seil 22 abgeseilt werden.
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Mit zunehmender Anzahl der Personen, die während des Abseilvorgangs an dem Seil 22 hängen, kommt es zu einer zunehmenden Längendehnung des Seiles. Diese wird jedoch durch die Spanneinrichtung 26 ausgeglichen, die das Seil unter konstanter Zugspannung hält. Sobald die abgeseilten Personen das untere Ende des Abfahrseiles und damit die Rettungsinsel erreicht haben, lösen sie den Seilroller 38 vom Seil und begeben sich in das Innere der Rettungsinsel, so dass der „Landeplatz” unverzüglich für die nächste Person freigemacht wird. Auf diese Weise kann auch eine größere Personenanzahl in äußerst kurzer Zeit sicher evakuiert werden.
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In 2 ist die Winde 20 in einem axialen Schnitt gezeigt Die Winde weist eine Achse 40 auf, die in diesem Beispiel zugleich den Wickelkern für das Seil 22 bildet. Das Seil ist zu einem Seilwickel 42 aufgewickelt, der zwischen zwei auf der Achse 40 sitzenden Spurscheiben 44 gehalten ist. Der Abstand zwischen den beiden Spurscheiben 44 entspricht in diesem Beispiel der Dicke des Seiles 22, so dass der Seilwickel 22 aus mehreren in Radialrichtung übereinanderliegenden Lagen 22' gebildet wird, der Seilwickel in Längsrichtung der Achse 40 jedoch nur aus einer einzigen Lage besteht.
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In einer modifizierten Ausführungsform kann der Abstand zwischen den Spurscheiben 44 auch das Doppelte oder Dreifache oder ein anderes ganzteiliges Vielfaches der Seildicke betragen, so dass der Seilwickel auch in axialer Richtung mehrere Lagen aufweisen kann. Die Anzahl der Lagen in radialer Richtung ist jedoch stets deutlich größer als die Anzahl der Lagen in Axialrichtung.
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Die Spurscheiben 44 sind jeweils an der Außenseite durch Verstärkungsrippen 46 versteift.
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In 3 sind die Winde 20 und der zugehörige Antriebes- und Bremsmechanismus detaillierter dargestellt. Die Achse 40 ist drehbar in einem Gestell 48 gelagert und trägt außerhalb der Spurscheiben 44 ein Kettenrad 50, über das eine Kette 52 läuft. Die Kette 52 läuft über ein Ritzel 54 eines Rückstellantriebs, ein Ritzel 56 einer Fliehkraftbremse, ein Ritzel 58 eines Antriebsmotors 60 und über einen Kettenspanner 62 zurück zum Kettenrad 50. Der Durchmesser des Kettenrades 50 ist deutlich größer als der Durchmesser der übrigen Ritzel, so dass eine hohe Kraftübersetzung erreicht wird. Mit Hilfe des Motors 60 kann das Seil zu dem Seilwickel 42 (in 3 nicht gezeigt) aufgewickelt werden. Wenn das Seil abgewickelt werden soll, ist der Motor 60 beispielsweise durch einen Freilauf vom Kitzel 56 entkoppelt. Wahlweise kann der Motor jedoch auch als elektrodynamische Bremse genutzt werden. Das Drehmoment zum Abwickeln des Seils wird durch das angehängte Gewicht 24 erzeugt. Beim Abwickeln wird die Fliehkraftbremse über das Ritzel 56 mit hoher Drehzahl angetrieben, so dass die Drehzahl der Winde auf einen geeigneten Wert begrenzt werden kann.
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Je weiter das Seil abgewickelt wird, desto größer wird die Gewichtskraft des Seils, die am äußeren Umfangsradius des Seilwickels 42 angreift und ein Drehmoment erzeugt, das durch die Fliehkraftbremse aufgenommen werden muss. Wenn jedoch das Seil Lage für Lage von der Winde 20 abgezogen wird, so nimmt auch der Wickelradius stetig ab, so dass die durch das zunehmende Gewicht bedingte Zunahme des Drehmoments durch eine entsprechende Abnahme des Wickelradius weitgehend wieder ausgeglichen wird. Auf diese Weise wird das Drehmoment begrenzt, das die Fliehkraftbremse maximal aufnehmen muss. Dasselbe gilt für das Drehmoment des Motors 60 beim Aufwickeln.
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Da die Drehzahl der Winde durch die Fliehkraftbremse begrenzt wird, verringert sich im Laufe des Abwickelvorgangs die Vertikalgeschwindigkeit des Seiles, so dass das Gewicht 24 bzw. die Rettungsinsel mit moderater Geschwindigkeit kontrolliert auf dem Boden bzw. der Wasseroberfläche abgesetzt werden kann. Gegebenenfalls kann diese Absetzbewegung auch mit Hilfe des Motors 60 oder einer zusätzlichen, von Hand betätigten Bremse kontrolliert werden.
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Wenn die Winde zum Stillstand gekommen ist, kann das Seil mit Hilfe des mit dem Ritzel 54 verbundenen Rückstellantriebs ein Stück weit wieder aufgerollt werden. Wenn das Seil gespannt ist, muss der Rückstellantrieb zusätzlich zu dem Gewicht des Seils auch die Kraft die Spanneinrichtung 26 überwinden.
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In der Detailansicht in 4 sind die Fliehkraftbremse 64 und der Rückstellantrieb 66 zu sehen. In diesem Beispiel wird der Rückstellantrieb 66 einfach durch eine Handkurbel 68 gebildet, die über einen Vierkant direkt an die Achse des Ritzels 54 ankuppelbar ist. Das durch das Ritzel 54 und das Kettenrad 50 bestimmte Übersetzungsverhältnis ist so groß, dass sich das Gewicht des Seils mühelos von Hand überwinden lässt.
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Das Lager für die Achse des Ritzels ist jedoch nicht starr am Gestell 48 angeordnet, sondern vielmehr an einer Platte 70, die durch ein Gelenk 72 schwenkbar am Gestell gehalten ist. Zusätzlich wird die Platte 70 durch am Gestell angeordnete Führungsstifte 74 geführt, die in Langlöcher 76 der Platte eingreifen. Die Platte 70 ist durch eine nicht gezeigte Feder in Gegenuhrzeigerrichtung in 4 in eine durch die Führungsstifte 74 und die Langlöcher 76 bestimmte Endlage. Wenn jedoch das Seil vollständig gespannt ist, und der Rückstellantrieb 66 auch die Kraft der Spanneinrichtung 26 am unteren Ende des Seiles überwinden muss, so nimmt bei fortgesetzter Betätigung der Handkurbel 68 die Spannung der Kette 52 zwischen dem Kettenrad 50 und dem Ritzel 54 weiter zu, und wenn diese Zugspannung – und damit auch die Zugspannung des Seils 22 – einen bestimmten Wert erreicht hat, schwenkt die Platte 70 im Uhrzeigersinn in die andere, durch die entgegensetzten Enden der Langlöcher 76 definierte Endlage. Daran erkennt das Bedienungspersonal, dass eine ausreichende Seilspannung erreicht ist und nunmehr die Winde in der erreichten Position verriegelt werden kann, damit das Abseilen der Personen beginnen kann.
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An dem Gestell 48 ist in der Nähe des Rückstellantriebs 66 ein Auslösehebel 78 angebracht, der gemeinsam mit einer Klinke 80 um eine Achse 82 schwenkbar ist. Eine nicht gezeigte Feder hält den Auslösehebel 78 und die Klinke 80 in der in 4 gezeigten Position. Wenn jedoch der Auslösehebel 78 von Hand nach rechts in 4 verschwenkt wird, so überschreitet die erwähnte Feder einen Totpunkt, so dass sie mm den Auslösehebel 78 und die Klinke 80 weiter nach rechts zieht. Diese Bewegung wird durch das Gewicht des Auslösehebels und der Klinke unterstützt. Die Klinke 80 gelangt dabei schließlich in die in 5 gezeigte Position, in der sie zwischen die Verstärkungsrippen 46 der Winde greift, bis sie sich schließlich mit einem Bolzen 84 auf einem waagerechten Schenkel 86 des Gestells 48 abstützt. Durch Anlage einer der Verstärkungsrippen 46 ab der Klinke 80 wird dann die Winde 20 gegen eine Drehung in Abwinkelrichtung des Seils (gegen den Uhrzeigersinn in 5) gesichert, so dass sich die Personen sicher an dem Seil abseilen können.
