-
Kennwort: "Pardunenspanner"
-
Mast, insbesondere für Windturbinen Die Erfindung betrifft einen
Mast, insbesondere für eine Windturbine, dessen Fuß mit dem Fundament über ein Gelenk
verbunden ist, mit Pardunen zum Abspannen des Mastes, Spannvorrichtungen für die
Pardunen und mit wenigstens einem am Mast angelenkten, von ihm wegweisenden Stützstab
als Montagehilfe beim Aufrichten bzw. Niederlegen des Mastes. Vorzugsweise ist der
Mast transportabel ausgebildet.
-
Es ist aus der DE-AS 1 559 162 für einen zweiteiligen abgespannten
Mast bekannt, ihn mittels besonderer Zugseile aufzurichten, die während des Montage-
bzw. Demontagevorganges am Mast eingehängt werden und an Winden angreifen, die an
besonderen Ankern am Boden gehalten sind. Mittels der Zugseile werden dann Mastunter-
und Mastoberteil in A-Stellung gebracht, dann das Unterteil senkrecht aufgerichtet
und anschließend das Oberteil ebenfalls nach oben in eine senkrechte Stellung geschwenkt.
Wenn dabei das Mastoberteil nahezu senkrecht steht, werden die am Mast hängenden
Spannseile am Boden befestigt und gespannt.
-
Diese bekannte Vorrichtung ist für leichtere Antennenmaste entwickelt,
die häufig auf- und abgebaut werden sollen. Für Masten mit relativ großen Kopflasten,
wie sie beispielsweise bei Windturbinen mit Flügelkreisdurchmessern von ca. 50 m
und mehr notwendig sind, ist wegen der hohen Seilkräfte und der damit notwendigen
Seildurchmesser dieses auch komplizierte Montageverfahren nicht anwendbar. Die erforderlichen
Vorspannungen in den Pardunen genannten Spannseilen oder -stangen betragen bis zu
50 t und mehr. Entsprechend stark müssen sie auch dimensioniert sein.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen möglichst stabilen,
aber dennoch leichten Mast der eingangs genannten Gattung zu schaffen, der große
Kopflasten aufnehmen kann und der Einrichtungen zum einfachen und schnellen Montieren
und Demontieren aufweist.
-
Die Erfindung löst das Problem dadurch, daß wenigstens eine der Pardunen
als Montagevorrichtung für den Mast ausgebildet ist und an ihrem bodenseitigen Ende
eine Vorrichtung zum Aufbringen einer Zugkraft angreift. Dabei ist vorzugsweise
nur eine Montagepardune in der Mastschwenkebene auf der entgegengesetzten Seite
des Mastes, nach welcher er umlegbar ist, angeordnet.
-
Als Zugvorrichtung für die sehr hohen Kräfte kann z.B. ein Drehmomentwandler,
ein Mehrfachflaschenzug od.dgl. vorgesehen werden.
-
Durch die erfindungsgemäße Ausbildung können mit ein und derselben
Einrichtung die beim Aufrichten sehr hohen Kräfte, die je nach Mastgröße 120 t und
mehr betragen können, aufgebracht werden.
-
Darüber hinaus steht diese Zugvorrichtung stets bereit, um den Mast,
z.B. bei Inspektionen usw.,relativ schnell umlegen zu können. Dadurch erübrigen
sich Aufzüge, Kräne u.dgl., so daß der Mast relativ schlank und damit leicht, z.B.
als Rohrkonstruktion, ausgebildet werden kann.
-
Gemäß einer sehr vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung dient als
Spann- und Montagevorrichtung einer Montagepardune ein hydraulischer Stellzylinder.
In Fortbildung dieses Gedankens sind zweckmäßigerweise auch die Spannelemente der
lediglich der Verspannung dienenden Pardunen als hydraulische Stellzylinder ausgebildet
und sind sämtliche Stellzylinder parallel geschaltet und die druckbeaufschlagbaren
Flächen sämtlicher Kolben gleich groß.
-
Es mag zunächst zwar ungewöhnlich erscheinen, für derartige Zwecke
hydraulische Einrichtungen zu verwenden, die doch immerhin auch noch zusätzliche
Aggregate, wie z.B. Pumpen od.dgl., erfordern. Es ergeben sich aber hierdurch eine
Reihe beachtlicher Vorteile, welche den eventuell höheren Aufwand mehrfach wettmachen.
Abgesehen davon, können hier kleine, handelsübliche Hochdruckpumpen Verwendung finden,
weil die Aufricht- oder Absenkzeit
relativ groß sein darf und somit
nur kleine Volumenströme und damit geringe Leistung erforderlich ist, die gegebenenfalls
durch die Zapfstelle eines Jeeps oder durch ein -Notstromaggregat bereitgestellt
werden kann. Einer der wesentlichen Vorteile besteht darin, daß es hierdurch möglich
ist, sämtliche Fardunen mit einem absolut gleichmäßigen Zug als Vorspannkraft zu
beaufschlagen. Dabei sind die Kolben der Stellzylinder vorzugsweise in eingefahrener
Endlage mechanisch feststellbar. Es muß so nicht der hydraulische Druck aufrechterhalten
werden, wenn die gewünschte Vorspannung erreicht ist. Die hohen Vorspannkräfte sind
deshalb erforderlich, damit es bei seitlichem Kraftangriff, z.B. durch Wind, stets
gewährleistet ist, daß die Pardunen nur durch Zugkräfte beansprucht werden. Ein
weiterer großer Vorteil der Anordnung derartiger hydraulischer Einrichtungen liegt
darin, daß sich eine größere Sicherheit gegen tiberspannen ergibt, weil die jeweilige
Spannung über Manometer kontrolliert werden kann.
-
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Stellzylinder
für die Montagepardune unterhalb der Horizontalebene durch die Schwenkachse des
Mastes angeordnet und erstreckt sich im wesentlichen in Richtung der Montagepardune
und ist ferner um eine HorizontaLBhse in der Mittelebene durch Mast und Zylinder
schwenkbar ausgebildet.
-
Es kann aber ebenso vorteilhaft sein, an der Montagepardune eine Kette
zu befestigen, die um eine in Fundamenthöhe auf der dem Gelenk gegenüberliegenden
Seite des Mastes angeordnete Rolle oder ein Kettenrad horizontal umlenkbar ist und
an der ein horizontal angeordneter Stellzylinder angreift. Hierdurch werden die
Gründungs- und Fundamentkosten wesentlich gesenkt.
-
Gemäß einer sehr vorteilhaften Alternativausbildung der Erfindung
mit einem aus einem unteren und einem oberen Mastteil bestehenden Mast, die beide
gelenkig miteinander verbunden sind, ist der Stellzylinder für die Montagepardune
am Fundament und der Stützstab am unteren Ende des oberen Mastteiles angelenkt und
die Pardune über den Stützstab abgestützt, der beim Aufrichten und Umlegen des
Mastes
mit einem am oberen Ende des unteren Mastteiles angelenkten Hilfsstab ein Koppelviereck
bildet. Aufgrund dieser Ausbildung ist es möglich, den Mast nach dem an sich bekannten
Prinzip über eine sogenannte A-Stellung aufzurichten, bei welcher die Mastspitze
zunächst an den Mastfuß herangezogen wird, wobei die gelenkig miteinander verbundenen
Mastteile sich aufrichten, und daß dann, wenn der Mastunterteil die senkrechte Lage
erreicht hat, der Mastoberteil hochgeschwenkt wird. Der Hilfsstab ist vorzugsweise
teleskopartig längenveränderlich ausgebildet, damit er bei aufgerichtetem Mast nicht
aus der Pardune ausgehängt und bei einem eventuellen Niederlegen des Mastes wieder
eingehängt werden muß.
-
Um beim Aufrichten sowohl des einteiligen als auch des zweiteiligen
Mastes ein hartes Hineinfallen in die Endlage zu vermeiden, was gegebenenfalls zu
Beschädigungen führen kann, sind gemäß einer Weiterbildung der Erfindung die Stellzylinder
der lediglich der Vorspannung dienenden Pardunen hydraulisch derart schaltbar ausgebildet,
daß2beim Aufrichten des Mastes bzw. des Mastoberteils nach dem Überschreiten des
oberen Totpunktes seines Schwerpunktes als Dämpfungsglieder wirken. Beim Absenken
dienen sie dazu, den Mast zunächst über den oberen Totpunkt zu ziehen, bis er durch
sein Eigengewicht gegen die Bremskraft des Stellzylinders an der Montagepardune
abgesenkt wird.
-
Bei derartigen Bauteilen kommt es sehr darauf an, daß das Aufrichten
und Niederlegen des Mastes möglichst ruckfrei vor sich geht. Zu diesem Zweck dient
zur Beaufschlagung der Stellzylinder eine Hydropumpe, deren Förderstrom beim Aufrichten
und Umlegen des Mastes bzw. des Mastoberteils in Abhängigkeit von der jeweiligen
Position derart gesteuert ist, daß sich eine ruckfreie Anfahr- und Bremscharakteristik
ergibt.
-
Die Erfindung ist im folgenden anhand mehrerer Ausführungsbeispiele
in den Zeichnungen näher erläutert.
-
Darin zeigt: Fig. 1 in schematischer Darstellung einen liegenden einteiligen
Mast mit einer Montage- und Spannvorrichtung nach der Erfindung, Fig. 2 den gleichen
Mast nach dem Aufrichten, Fig. 3 einen aufgerichteten einteiligen Mast mit einer
Alternativausbildung der Montage- und Spannvorrichtung, Fig. 4 bis 6 die Anwendung
der Erfindung bei einem zweiteiligen Mast und Fig. 7 ein Hydraulikschema für die
Stellzylinder der Maste gemäß Fig. 1 bis 5.
-
Der Mast gemäß Fig. 1 und 2 besteht aus einer geschweißten Rohrkonstruktion
7, die an ihrem Fuß mittels eines Gelenkes 8 am Fundament 9 angelenkt ist. Wie in
Fig. 1 dargestellt, ist der Mast an seinem oberen Ende mittels einer Stütze 10 am
Boden abgestützt.
-
An dem oberen Ende des Mastes ist die eigentliche Windturbine 11 mit
Rotor 12 und einer nur schematisch angedeuteten Seitenradschaufel 15 angeordnet.
Der Mast 7 weist je um 1200 versetzt Pardunen 14, 15 und 16 auf, von denen die Pardune
16 in den dargestellten Figuren durch die Pardune 15 verdeckt ist. Die Pardunen
sind durch sogenannte Salings 17 gegenüber dem Mast 7 abgespannt. Am unteren Ende
des Mastes 7 ist ein Stützsta8 angelenkt, der an seinem vorderen Ende an dem Befestigungspunkt
der Pardune 14 bei 19 teleskopartig ausziehbar ausgebildet ist. Ein relativ langer
Stellzylinder 20 ist in einer Kaverne 21 im Abstand von dem Fundament 9 des Mastes
bei 22 gelenkig in dem Fundamentteil 23 befestigt. Der Kolben 24 des Stellzylinders
ist an dem Punkt 19 des Stützstabes 18 angelenkt. Zur Verdeutlichung der hier vorliegenden
Größenverhältnisse sei darauf hingewiesen, daß der Kolben 24 in dem hier dargestellten
Beispiel beispielsweise eine Länge von etwa 9 m hat. Wenn der Mast 7 liegt, sind
die
Pardunen 15 und 16 noch völlig lose. Zum Aufrichten des Mastes
wird der Stellzylinder 20 druckbeaufschlagt, wodurch sich der Kolben 24 in den Stellzylinder
20 hinein bewegt. Durch den Zug über die am Stützstab 18 abgestützte Pardune 14
richtet sich der Mast auf, bis er eine Stellung erreicht hat, bei welcher der Mastschwerpunkt
sich fast über der Schwenkachse 8 befindet, d.h. fast labiles Gleichgewicht erreicht
hat. In diesem Augenblick werden die Pardunen 15 und 16 in kleinere Stellzylinder
25 eingehakt, die im Fundament 9 verankert sind. Diese Stellzylinder 25 dienen beim
Aufrichten des Mastes nach dem Überschreiten der labilen Stellung als hydraulische
Dämpfungsglieder und beim Absenken des Mastes dazu, ihn zunächst aus der sankrechten
Stellung über die labile Stellung hinauszubringen. Wenn der Mast 7 aufgerichtet
ist, ist der Stützstab 18, wie in Fig' 2 dargestellt, auf eine größere länge ausgezogen
als er während des größten Teiles des Aufrichtevorganges hat. Wenn der Mast steht
und die Vorspannungen in sämtlichen Pardunen auf den gewünschten gleichen Wert eingestellt
sind, werden die Stellzylinder 20 und 25 mittels an sich bekannter und hier nicht
dargestellter mechanischer Mittel festgestellt, so daß sie hydraulisch entlastet
werden können.
-
In dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die gleichen
Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen. An der Montagepardune 14 ist hier
am unteren Ende eine Kette 27 befestigt, die über eine im Fundament 11 gelagerte
Rolle 28 in die Horizontale umgelenkt ist. Der Stellzylinder 20 ist waagerecht angeordnet
und nach oben durch ein Abdeckblech 29 geschützt. Der Montagevorgang erfolgt im
wesentlichen in der gleichen Weise, wie er anhand des Ausführungsbeispieles der
Figuren 1 und 2 geschildert ist.
-
Aufgrund der relativ großen Reibungskräfte an der Umlenkrolle 28 für
die Kette 27 wird trotz gleicher Kräfte in den Stellzylindern 20 und 25 die Spannung
in der Montagepardune geringer als in den beiden anderen Pardunen. Aus diesem Grunde
und außerdem, um eine ständige Spannung der Kette 27 zu vermeiden, wird nach dem
Aufrichten des Mastes zweckmäßgerweise auch am unteren Ende der Montagepardune ein
kurzer am Fundament verankerter Stellzylinder eingehängt und bei gleichzeitiger
Entlastung des großen Stellzylinders 20 dieser kleine Stellzylinder druckbeaufschlagt.
-
In dem in den Figuren 4 bis 6 dargestellten Ausführungsbeispiel besteht
der Mast aus einem Unterteil 50 und einem Oberteil 51.
-
Der Unterteil 30 ist auf dem Fundament 9 in der gleichen Weise gelenkig
gelagert wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen. Der Mastoberteil 31 wiederum
ist bei 32 mit dem Mastunterteil gelenkig verbunden.
-
Wic in Fig. 4 dargestellt, liegen die Mastteile 30 und 31 zunächst
auf dem Boden, wobei der Mastunterteil 30 mittels eines Gelenkes 8 am Fundament
9 angelenkt ist. Im Bereich des Gelenkes 32 zwischen Mastunterteil und Mastoberteil
sind die Nastteile durch eine Stütze 33 so am Boden abgestützt, daß beide Mastteile
miteinander einen stumpfen Winkel bilden. Das Aufrichten in die A-Stellung kann
z.B. durch einen Greif- oder Flaschenzug 34 erfolgen, der bei 55 am Fundament und
am Mast in einer Ose 56 eingehängt wird. Durch diesen Greif- oder Flaschenzug 34
wird der Mastoberteil 31 so herangezogen, bis beide Mastteile in die in Fig. 5 dargestellte
A-Stellung gelangt sind. In dieser Stellung steht der Mastunterteil bereits senkrecht
auf dem Fundament 9, während der Mastoberteil noch mit seinem oberen Bereich mit
der Windturbine 11 auf dem Boden aufliegt.Nunmehr wird das Seil 34 aus den Ösen
36 ausgehängt. Die oben am Mastteil 51 befestigte Montagepardune 14 führt über das
Ende des Stützstabes 18 bis zu einem am Kopf des unteren Mastteiles 50 angelenkten
Hilfsstützstab 37, der teleskopartig ausziehbar ausgebildet ist. Am Ende 38 dieses
Hilfsstützstabes wird nun der Kolben 24 des Stellzylinders 20 eingehängt. Der Hilfsstützstab
37 bildet zusammen mit dem Stützstab 18 und dem die beiden Enden dieser Stäbe verbindendem
Pardunenteil der Montagepardune 14 ein Koppelviereck. Durch Druckbeaufschlagung
des Stellzylinders 20 wird damit der Mastoberteil 31 aufgerichtet. Kurz vor Überschreiten
der labilen Gleichgewichtslage, bei welcher sich der Mastoberteilschwerpunkt über
der Senkrechten durch die Schwenkachse 52 befindet, werden die bisher schlaff hängenden
Pardunen 15 und 16 in am Fundament 9 angelenkte kleine Stellzylinder 59 eingehängt.
Diese Stellzylinder 39 werden dann beim endgültigen Absenken des Mastoberteils als
Dämpfungsglieder verwendet. Wenn gleichmäßige Vorspannung
in sämtlichen
Pardunen hergestellt ist, werden auch hier die einzelnen Stellzylinder mittels mechanischer
Mittel in an sich bekannter Weise festgestellt. Beim Absenken des Mastoberteils
31 wird dieser mittels dieser Stellzylinder zuerst aus seiner senkrechten Stellung
über die labile Gleichgewichtslage hinaus angehoben.
-
Das in Fig. 7 dargestellte Hydraulikschema ist für Maste gemäß Figuren
1 bis 3 ausgebildet. Eine Hydropumpe 40 saugt das Öl aus dem Tank 41 an. Das entsperrbare
Rückschlagventil 42 in der Saugleitung 43 verhindert eine Ölrückströmung im Senkbremsbetrieb.
-
Die Entsperrung des Rückschlagventils 42 erfolgt nur in Notausnahmefällen,
und zwar entweder manuell oder mittels einer Zusatzpumpe.
-
Die Hydropumpe 40 fördert das Öl über ein Druckfilter über die Wegeventile
44, 45 und 46 Je nach Schaltstellung in den großen Stellzylinder 20 und die beiden
kleinen Stellzylinder 25.
-
Zur Erzielung einer möglichst ruckfreien Anfahr- und Bremscharakteristik
beim Aufrichten und Absenken des Mastes wird der Schwenkwinkel der Hydropumpe 40
von einem Steuerwerk in Funktion der Position des Mastes eingestellt.
-
Zur Endlagendämpfung beim Überschreiten des labilen Gleichgewichtszustandes
beim Aufrichten des Mastes ist das einstellbare Druckbegrenzungsventil 47 vorgesehen.
Ein vor dem Stellzylinder 20 angeordnetes Wegeventil 48 ist aus Sicherheitsgründen,
z.B. bei Leitungsbruch, Pumpenschaden oder Ausfall der Motorspannung, vorgesehen.
-
Beim Senkvorgang des Mastes arbeitet die Hydropumpe 40 zunächst auf
die Stellzylinder 25 und nach Überschreiten des labilen Gleichgewichtes im geschlossenen
Kreislauf als Motor. Der Arbeitsdruck wird dabei durch den abzusenkenden Mast gebildet.
Das abströmende Öl fließt über das einstellbare Druckbegrenzungsventil 49 und das
Wegeventil 50 bei entsprechender Schaltstellung in den Stellzylinder 20 bzw. in
den Tank 41 zurück.
-
Unmittelbar vor dem Überschreiten des oberen Totpunktes des Schwerpunktes
des Mastes wird beim Aufrichten der Schwenkvorgang unterbrochen, um die unteren
äußeren Pardunen 15 und 16 über die Stellzylinder 25 mit dem Fundament zu verbinden.
Danach werden die oberen Kammern der beiden Stellzylinder 25 über die Hydropumpe
40 bei geöffnetem Entlüftungsventil 51 gefüllt.
-
Die Wegeventile 45 und 46 werden dazu von der Schaltstellung O nach
Schaltstellung I gesteuert. Nach dem Füllvorgang nehmen sie die Nullstellung wieder
ein. Beim Fortsetzen des Aufrichtevorganges baut sich in den Stellzylindern 25 entsprechend
der Einstellung des Druckbegrenzungsventiles 47 ein Druck auf, der die Endlagendämpfung
beim Aufsetzen bewirkt.
-
Zum Spannen der Pardunen werden die Wegeventile 45 und 46 in die Schaltstellung
I gesteuert. Damit erhalten bei Betätigung der Hydropumpe 40 alle drei Stellzylinder
den gleichen Öldruck und erzeugen infolge gleichen Durchmessers in den Fardunen
die gleiche Zugkraft.
-
Beim Absenken des Mastes werden die Wegeventile 44, 45 und 46 in die
Schaltstellung I gesteuert. Bei Betätigung der Hydropumpe 40 wird in den Stellzylindern
25 Druck erzeugt und der Senkvorgang eingeleitet. Das Wegeventil 48 gibt den Ölrücklauf
aus dem Stellzylinder 20 frei, das von der Hydropumpe 40 wieder abgesaugt wird.
-
Nach dem Überschreiten des oberen Totpunktes des Schwerpunktes des
Mastes hängt der Mast am Stellzylinder 20 und sein Kolben stützt sich dann druckseitig
auf der Hydropumpe 40 ab, die nunmehr im geschlossenen Kreislauf als Hydromotor
arbeitet. Während des Senkvorganges ist dann eine Unterbrechung desselben zur Demontage
der Stellzylinder 25 und der angehängten Pardunen 15 und 16 aus ihren Lagern erforderlich.
-
Beim weiteren Absenken steigt der Hydromotorzulaufdruck in Abhängigkeit
der Schwerpunktsverlagerung des Mastes weiter an. Das Öl wird aus Sicherheitsgründen
über das eingestellte Druckbegrenzungsventil 49 geleitet. Die Einstellung ist derart
hoch bemessen, daß
der Mast in jeder Lage gehalten werden kann.
Das Wegeventil 50 sorgt in Schaltstellung I dafür, daß das Öl vor dem Rückfluß in
den Tank 41 in die untere Hälfte des Stellzylinders 20 zurückfließt. Mit 51 sind
Entlüftungsventile bezeichnet und mit 52 ein Druckfilter.
-
In analoger Weise kann ein derartiges Schaltschema auch für das Absenken
des Mastoberteiles bei einer zweiteiligen Ausbildung des Mastes gemäß Figuren 4
bis 6 verwendet werden.