JP7367051B2 - フランジ結合部、フランジ結合部を有する風力発電装置、及びフランジ結合部を監視するための方法 - Google Patents

フランジ結合部、フランジ結合部を有する風力発電装置、及びフランジ結合部を監視するための方法 Download PDF

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Description

本発明は、第１フランジ部材、特にロータブレードハブのブレード受容部と、第２フランジ部材、特にロータブレードフランジと、第１フランジ部材に第２フランジ部材を結合状態において保持する複数のボルトとを備えた、特に風力発電装置の回転式構成部材結合部のフランジ結合部、特にブレードフランジ結合部に関し、この際、それらのボルトは、それぞれ第１フランジ部材とねじ込み固定されており、また本発明は、風力発電装置に関する。更に本発明は、フランジ結合部を監視するための方法に関する。
本願の優先権主張の基礎となるドイツ出願（DE 10 2019 106 580.1）について、ドイツ特許商標庁は、先行技術として下記特許文献１（DE 10 2015 212 906 A1）及び下記特許文献２（EP 3 467 303 A1）を調査した。
冒頭に記載した形式のフランジ結合部は、例えば風力発電装置から知られている。風力発電装置は、タワーと、ナセルと、発電機と、該発電機と結合されたハブとを含んでいる。ハブは、複数のロータブレードと結合されており、この際、それぞれのロータブレードは、フランジ結合部を用いてハブと結合されている。
独国特許出願公開第１０２０１５２１２９０６号 欧州特許出願公開第３４６７３０３号
この種のフランジ結合部では、ボルトの一部分の断裂の結果としてこの部分が外れてしまう可能性がある。ボルトの外れた部分は、損傷をもたらし、或いは風力発電装置の場合には大きな高さからの落下により人物を危険にさらす可能性がある。この背景事情に対し、そのような意図しない外れを回避し、並びにそのような意図しない外れについてフランジ結合部を監視するための方法を可能にすることが望まれている。
この背景事情のもと、本発明の課題は、そのようなフランジ結合部を備えた装置の安全な運転を可能とする、フランジ結合部、並びにフランジ結合部を監視するための方法を提供することである。
本発明は、本発明の基礎となる課題を、冒頭に記載した形式のフランジ結合部において、ボルト（複数）がそれぞれ引張手段により互いに作用接続されていることにより解決する。この際、本発明は、ボルト（複数）の１つの一部分が断裂した場合にこの部分は確かに結合受容部から外れてしまうが、引張手段に留まり、従ってフランジ結合部の領域に留まるということを利用する。
即ち本発明の第１の視点により、
回転式構成部材結合部のフランジ結合部であって、
－ 第１フランジ部材と、
－ 第２フランジ部材と、
－ 前記第１フランジ部材に前記第２フランジ部材を結合状態において保持する複数のボルトとを備え、これらのボルトは、それぞれ前記第２フランジ部材とねじ込み固定されている構成であり、
少なくとも２つの前記ボルトが、それぞれ引張手段により互いに接続されており、センサ装置が、前記引張手段と作用接続されており、前記センサ装置は、前記引張手段により伝達される引張力の変化を検知すること、
を特徴とするフランジ結合部が提供される。
より詳しくは、前記第１の視点において、
回転式構成部材結合部のフランジ結合部であって、
－ 第１フランジ部材と、
－ 第２フランジ部材と、
－ 前記第１フランジ部材に前記第２フランジ部材を結合状態において保持する複数のボルトとを備え、これらのボルトは、それぞれ前記第２フランジ部材とねじ込み固定されている構成であり、
少なくとも２つの前記ボルトが、それぞれ引張手段により互いに接続されており、センサ装置が、前記引張手段と作用接続されており、前記センサ装置は、前記引張手段により伝達される引張力の変化を検知すること、
前記センサ装置は、安全スイッチとして２つの信号ラインを互いに導電接続する差込接続部を含んでいること、
前記信号ラインは、前記引張手段に沿って互いに離間した２つの固定箇所において前記引張手段と位置固定で結合されており、それぞれの前記固定箇所から出発し、信号ライン区間が設けられており、これらの信号ライン区間には、端部側でそれぞれ前記差込接続部のコネクタ要素が配設されていること、及び、
前記コネクタ要素により接続された両方の前記信号ライン区間は、両方の前記固定箇所の間の前記引張手段の区間よりも短い長さを有すること、
を特徴とするか、或いは、
回転式構成部材結合部のフランジ結合部であって、
－ 第１フランジ部材と、
－ 第２フランジ部材と、
－ 前記第１フランジ部材に前記第２フランジ部材を結合状態において保持する複数のボルトとを備え、これらのボルトは、それぞれ前記第２フランジ部材とねじ込み固定されている構成であり、
少なくとも２つの前記ボルトが、それぞれ引張手段により互いに接続されており、センサ装置が、前記引張手段と作用接続されており、前記センサ装置は、前記引張手段により伝達される引張力の変化を検知すること、
前記センサ装置は、前記引張手段に予張力を加えるように構成されていること、
前記センサ装置は、前記引張手段と接続された切替要素を含み、前記切替要素は、前記引張手段により伝達される引張力が変化した場合に作動可能であること、
前記引張手段に予張力を加えるために、前記引張手段と前記切替要素の間にばね手段が配設されていること、及び、
前記切替要素は、３つの切替位置を有し、前記センサ装置は、前記切替要素の第１切替位置では、前記ボルトの少なくとも１つの一部分の意図しない外れによる故障がないことを信号伝達し、前記切替要素の第２切替位置では、前記ボルトの少なくとも１つの一部分の意図しない外れによる故障があることを信号伝達し、前記切替要素の第３切替位置では、前記引張手段の切断による故障があることを信号伝達するように構成されていること、
を特徴とする。
更に本発明の第２の視点により、
前記フランジ結合部を備えた風力発電装置が提供される。
更に本発明の第３の視点により、
フランジ結合部を監視するための方法であって、
前記フランジ結合部は、
－ 第１フランジ部材と、
－ 第２フランジ部材と、
－ 前記第１フランジ部材に前記第２フランジ部材を結合状態において保持する複数のボルトとを備え、これらのボルトは、それぞれ前記第２フランジ部材とねじ込み固定されている構成であり、
前記ボルトの少なくとも１つの一部分の意図しない外れについて監視するために、前記ボルトは、それぞれ引張手段により互いに接続され、センサ装置が、前記引張手段と接続され、前記センサ装置は、前記引張手段により伝達される引張力の変化を検知すること、
を特徴とする方法が提供される。
より詳しくは、前記第３の視点において、
フランジ結合部を監視するための方法であって、
前記フランジ結合部は、
－ 第１フランジ部材と、
－ 第２フランジ部材と、
－ 前記第１フランジ部材に前記第２フランジ部材を結合状態において保持する複数のボルトとを備え、これらのボルトは、それぞれ前記第２フランジ部材とねじ込み固定されている構成であり、
前記ボルトの少なくとも１つの一部分の意図しない外れについて監視するために、前記ボルトは、それぞれ引張手段により互いに接続され、センサ装置が、前記引張手段と接続され、前記センサ装置は、前記引張手段により伝達される引張力の変化を検知すること、
前記センサ装置は、安全スイッチとして２つの信号ラインを互いに導電接続する差込接続部を含んでいること、
前記信号ラインは、前記引張手段に沿って互いに離間した２つの固定箇所において前記引張手段と位置固定で結合されており、それぞれの前記固定箇所から出発し、信号ライン区間が設けられており、これらの信号ライン区間には、端部側でそれぞれ前記差込接続部のコネクタ要素が配設されていること、及び、
前記コネクタ要素により接続された両方の前記信号ライン区間は、両方の前記固定箇所の間の前記引張手段の区間よりも短い長さを有すること、
を特徴とするか、或いは、
フランジ結合部を監視するための方法であって、
前記フランジ結合部は、
－ 第１フランジ部材と、
－ 第２フランジ部材と、
－ 前記第１フランジ部材に前記第２フランジ部材を結合状態において保持する複数のボルトとを備え、これらのボルトは、それぞれ前記第２フランジ部材とねじ込み固定されている構成であり、
前記ボルトの少なくとも１つの一部分の意図しない外れについて監視するために、前記ボルトは、それぞれ引張手段により互いに接続され、センサ装置が、前記引張手段と接続され、前記センサ装置は、前記引張手段により伝達される引張力の変化を検知すること、
前記センサ装置は、前記引張手段に予張力を加えるように構成されていること、
前記センサ装置は、前記引張手段と接続された切替要素を含み、前記切替要素は、前記引張手段により伝達される引張力が変化した場合に作動可能であること、
前記引張手段に予張力を加えるために、前記引張手段と前記切替要素の間にばね手段が配設されていること、及び、
前記切替要素は、３つの切替位置を有し、前記センサ装置は、前記切替要素の第１切替位置では、前記ボルトの少なくとも１つの一部分の意図しない外れによる故障がないことを信号伝達し、前記切替要素の第２切替位置では、前記ボルトの少なくとも１つの一部分の意図しない外れによる故障があることを信号伝達し、前記切替要素の第３切替位置では、前記引張手段の切断による故障があることを信号伝達するように構成されていること、
を特徴とする。
尚、本願の特許請求の範囲において場合により付記される図面参照符号は、専ら本発明の理解の容易化のためのものであり、図示の形態への限定を意図するものではないことを付言する。
本発明において、以下の形態が可能である。
（形態１）
特に風力発電装置の回転式構成部材結合部のフランジ結合部、特にブレードフランジ結合部であって、
－ 第１フランジ部材、特にロータブレードフランジと、
－ 第２フランジ部材、特にロータブレードハブのブレード受容部と、
－ 前記第１フランジ部材に前記第２フランジ部材を結合状態において保持する複数のボルトとを備え、これらのボルトは、それぞれ前記第２フランジ部材とねじ込み固定されている構成であり、
少なくとも２つの前記ボルトが、それぞれ引張手段により互いに接続されており、センサ装置が、前記引張手段と作用接続されており、前記センサ装置は、前記引張手段により伝達される引張力の変化を検知すること。
（形態２）
前記ボルトは、中間接続器として、例えばカバー要素又は保持プレートを有し、前記中間接続器は、前記ボルトに固定されており、前記引張手段は、前記中間接続器とそれぞれ作用接続されていること、が好ましい。
（形態３）
前記センサ装置は、２つの信号ラインを互いに導電接続する差込接続部を含んでいること、が好ましい。
（形態４）
前記信号ラインは、前記引張手段に沿って互いに離間した２つの固定箇所において前記引張手段と位置固定で結合されており、それぞれの前記固定箇所から出発し、信号ライン区間が設けられており、これらの信号ライン区間には、端部側でそれぞれ前記差込接続部のコネクタ要素が配設されていること、が好ましい。
（形態５）
前記固定箇所は、２つの前記ボルトの間に配設されていること、が好ましい。
（形態６）
前記コネクタ要素により接続された両方の前記信号ライン区間は、両方の前記固定箇所の間の前記引張手段の区間よりも短い長さを有すること、が好ましい。
（形態７）
前記センサ装置は、前記引張手段に予張力を加えるように構成されていること、が好ましい。
（形態８）
前記センサ装置は、前記予張力の保持状態を監視すること、が好ましい。
（形態９）
前記センサ装置は、前記引張手段と接続された切替要素を含み、前記切替要素は、前記引張手段により伝達される引張力が変化した場合に作動可能であること、が好ましい。
（形態１０）
前記引張手段に予張力を加えるために、前記引張手段と切替要素の間にばね手段が配設されていること、が好ましい。
（形態１１）
中間接続器は、力結合式で、形状結合式で、及び／又は材料結合式で、前記ボルトの自由端部と結合されていること、が好ましい。
（形態１２）
中間接続器は、前記ボルトの縦軸線に対して横方向に前記引張手段を受け入れるように構成されていること、が好ましい。
（形態１３）
前記ボルトに割り当てられたスリーブが、脱落防止部により中間接続器と結合されていること、が好ましい。
（形態１４）
前記脱落防止部は、チューブ状に構成され、前記スリーブと中間接続器上にはめ込み可能であるか、又は前記脱落防止部は、プレートとして構成されていること、が好ましい。
（形態１５）
形態１～１４のいずれか１つに記載のフランジ結合部を備えた風力発電装置。
（形態１６）
前記風力発電装置は、タワーと、ナセルと、発電機と、前記発電機と結合されたハブとを有し、前記ハブは、複数のロータブレードと結合されており、それぞれのロータブレードは、フランジ結合部を用いて前記ハブと結合されていることを特徴とし、前記フランジ結合部は、形態１～１４のいずれか１つにより構成されていること、が好ましい。
（形態１７）
フランジ結合部を監視するための方法であって、
前記フランジ結合部は、
－ 第１フランジ部材、特にロータブレードフランジと、
－ 第２フランジ部材、特にロータブレードハブのブレード受容部と、
－ 前記第１フランジ部材に前記第２フランジ部材を結合状態において保持する複数のボルトとを備え、これらのボルトは、それぞれ前記第２フランジ部材とねじ込み固定されている構成であり、
前記ボルトの少なくとも１つの一部分の意図しない外れについて監視するために、前記ボルトは、それぞれ引張手段により互いに接続され、センサ装置が、前記引張手段と接続され、前記センサ装置は、前記引張手段により伝達される引張力の変化を検知すること。
（形態１８）
前記引張手段は、前記センサ装置を介し、少なくとも前記ボルトが機能状態にある運転状態において保持されること、が好ましい。
（形態１９）
前記引張力の変化に基づき、前記センサ装置により、前記ボルトの少なくとも１つのボルト又は前記引張手段における機能状態とは異なる状態が決定されること、が好ましい。
特にセンサ装置は、引張手段と作用接続されており、該センサ装置は、引張手段に作用する力、ないしとりわけ引張手段により伝達される引張力の変化を検知するように構成されている。引張力の変化は、特にボルト（複数）の１つの一部分の断裂から結果として生じる可能性がある。従ってボルト（複数）の少なくとも１つの一部分の意図しない外れ（ないし緩み）を検知し、フランジ結合部の故障として信号伝達することができる。この際、引張手段により伝達される引張力は、初めはゼロと同じか又はゼロよりも大きくすることができる。ボルト（複数）の１つの一部分の外れは、必然的に引張力の変化をもたらし、つまりセンサ装置により検知することのできる、予張力がなくなることに基づく変化か、又は外れた部分の質量慣性に基づく引張力の増加による変化である。
ボルトは、好ましくは、中間接続器（中間コネクタ）として、例えばカバー要素又は保持プレートを有し、該中間接続器は、ボルトにそれぞれ固定されており、引張手段は、該中間接続器とそれぞれ作用接続されている。中間接続器を用いることで既存のフランジ結合部に後付けすることもできる。中間接続器は、好ましくはボルトの自由端部と固定結合されている。
好ましい一実施形態において、センサ装置は、２つの信号ラインを互いに導電接続する差込接続部として構成されていることが可能である。信号ラインの１つは、差込接続部自体がどのようなものでも、安全スイッチの一部分として構成されていることが可能である。引張手段により伝達される引張力の変化に基づき、差込接続部を開成（オープン）させることができる。この際、ボルト（複数）の１つの一部分の意図しない外れが起こらない限り、引張手段は引張力を伝達しないことが考慮されている。ボルト（複数）の少なくとも１つの一部分の外れにより、引張手段は緊張され、このことは、差込接続部が開成をもたらす。両方の信号ラインの導電接続の遮断を検知し、フランジ結合部の故障として信号伝達することができる。引張緊張は、フランジ結合部の回転運動時に求心力ないし遠心力により生成される。
更に、信号ラインは、引張手段に沿って互いに離間した２つの固定箇所において引張手段と位置固定で結合されていることが可能であり、この際、それぞれの固定箇所から出発し、信号ライン区間が設けられており、該信号ライン区間には、端部側でそれぞれ差込接続部のコネクタ要素が配設されている。
好ましくは、それらの固定箇所は、２つのボルトの間で引張手段に配設されていることが可能である。両方の信号ライン区間により１つのボルトの超過張力（Ueberspannen）を回避することにより、センサ装置の機能障害を防止することができる。
引張手段により伝達される引張力の増加時に差込接続部が開成するようにするために、コネクタ要素により接続された両方の信号ライン区間は、両方の固定箇所の間の引張手段の区間よりも短い長さを有することが考慮されている。意図しない外れが起こらない限り、引張手段のその区間は、固定箇所の間で垂れ下がっている。結合受容部（結合穴）から結合手段（ボルト）の１つの一部分が外れると、この部分は、引張手段に掛かり、このことは、追加的な重量力に基づき、引張手段の緊張をもたらす。従って引張手段は、ゼロよりも大きい引張力を伝達し、それにより引張手段における固定箇所は、互いに正反対の方向に動かされる。このことが差込接続部の開成をもたらす。
代替的に、センサ装置は、引張手段に予張力（プリテンション）を加えるように構成されていることが可能である。そのようなセンサ装置は、結合部材（ボルト）の少なくとも１つの一部分の外れによる故障の発生に加え、引張手段自体を監視することも可能にする。更にこの際、引張手段に加えられた予張力は、センサ装置により監視される。例えば引張手段の引き裂けにより引張手段自体に切断が発生した場合には、引張手段により伝達される引張力は、ゼロの値に低下する。引張手段により伝達される引張力の値の低下は、センサ装置により対応の故障として信号伝達されることが可能である。この実施形態において引張手段は、センサ装置の測定検知器を構成する。
好ましくは、センサ装置は、引張手段と接続された切替要素（スイッチング要素）を含むことができ、該切替要素は、引張手段により伝達される引張力が変化した場合に作動可能である。特に切替要素は、少なくとも２つの切替位置を有する。特に好ましくは、切替要素は、３つの切替位置を有する。センサ装置は、好ましくは、切替要素の第１切替位置では、故障がないことを信号伝達し、切替要素の第２切替位置では、少なくとも１つのボルトの一部分の外れにより引き起こされた故障があることを信号伝達し、並びに好ましくは第３切替位置では、引張手段の切断のかたちの故障があることを信号伝達するように構成されている。
特に、引張手段に予張力を加えるために、引張手段と切替要素の間にばね手段が配設されていることが可能である。このばね手段、特に引張ばねは、ばね力に対応する引張力が初期状態で引張手段により伝達されるように、引張手段を切替要素と接続させる。この際、ばね手段により引き起こされるばね力は、少なくとも中間接続器の重量力（重力）よりも小さい。それにより引張手段の切断は、引張力が無くなるために切替要素がばね手段によりその第３切替位置に移されることをもたらす。引張手段の切断がなく、並びに少なくとも１つのボルトの一部分の外れ（ないしゆるみ Loesen）もない場合には、切替要素は、その第１切替位置にある。中間接続器が固定されている一部分の外れは、引張手段により伝達される引張力が増加することをもたらす。このことは、切替要素がばね力に反してその第２切替位置に移されることをもたらす。特に好ましくは、切替要素は、トグルスイッチ（傾動スイッチ）として構成されていることが可能である。
脱落防止性を有する中間接続器の配設は、中間接続器が、力結合式（摩擦結合式：部材同士の摩擦力による結合）で、形状結合式（部材同士の形状の係合による結合（ありつぎ式結合））で、及び／又は材料結合式（部材同士の材料の結合による結合）で、ボルトの自由端部と結合されていることにより達成可能である。中間接続器は、例えばボルトの自由端部にねじ込まれることが可能である。またボルトとの接着結合も考えられる。好ましくは、中間接続器は、プラスチックから構成されることができる。
この際、中間接続器は、ボルトの縦軸線に対して横方向（左右方向）に引張手段を受け入れるように構成されていることが可能である。一実施形態により、中間接続器は、端部領域において引張手段受入部、例えばその縦軸線に対して横方向に配向された貫通穴を有することができ、引張手段は、この貫通穴を通って通過案内可能である。代替的に中間接続器にリング状の受入部が成形されていることも可能であり、引張手段は、この受入部を通って通過案内可能である。この際、貫通穴ないしリング状の付け足し部（段部）は、引張手段の外径よりも大きい内径を有する。
好ましい更なる一構成により、ボルトに割り当てられたスリーブが、脱落防止部により中間接続器と結合されていることが可能である。ボルトは、部分的にスリーブを通って延在することができる。少なくとも１つのボルトの一部分の外れが、それによりスリーブも外れてしまうことをもたらすことを回避するために、スリーブと中間接続器を互いに結合させる脱落防止部が設けられている。
この際、脱落防止部は、チューブ状に構成され、スリーブと中間接続器上に差し込み可能ないしはめ込み（嵌装）可能とすることができる。チューブ状の脱落防止部は、例えばケーブルタイ、ホースクランプなどのような固定手段により、スリーブと中間接続器からの滑り落ちに対して保護されることが可能である。或いはまた脱落防止部は、好ましくは、プレートとして、特に保持プレートの一部分として構成されている。
更に、上記課題は、冒頭に記載した形式の風力発電装置において、該風力発電装置が上述の実施形態の１つによるフランジ結合部を有することにより解決される。本発明によるフランジ結合部により、ボルトの一部分の意図しない外れによる逸脱を防止することができ、それにより風力発電装置の損傷が回避可能であり、保守要員及び他の人物の怪我のリスクが減少されている。同様に、引張手段に保持された中間接続器及び中間接続器につらなるボルトの部分の落下が防止される。特にボルトの一部分の意図しない外れにより引き起こされるフランジ結合部の故障は、風力発電装置において潜在的に後続する損傷を防ぐために、検知され、早期に信号伝達されることが可能である。
ここまで本発明は、第１のアスペクトに基づくフランジ結合部に関して説明された。更なるアスペクトにおいて、本発明は、更にフランジ結合部を監視するための方法に関し、該フランジ結合部は、
－ 第１フランジ部材と、
－ 第２フランジ部材と、
－ 第１フランジ部材に第２フランジ部材を結合状態において保持する複数のボルトとを備え、この際、これらのボルトは、それぞれ第１フランジ部材とねじ込み固定されており、
この際、少なくとも１つのボルトの一部分の意図しない外れについて監視するために、それらのボルトは、それぞれ引張手段により互いに接続され、この際、センサ装置が引張手段と接続され、該センサ装置は、引張手段により伝達される引張力の変化を検知する。
本発明による方法は、上述のフランジ結合部と同様の利点と好ましい実施形態を利用し、それによりこのことに関しては、繰り返しを避けるために上記の説明が参照される。本発明による方法により全てのボルトの自由端部が、中間接続器を用い、特に脱落防止性で、引張手段と接続されていることは、特に有利であると分かり、それによりボルトの一部分が断裂した場合にこの部分は、結合受容部から外れてしまうが、引張手段に留まり、そして意図しない外れについて監視するためにこのことを同時に使用することができる。
好ましくは、引張手段は、センサ装置を介し、少なくともボルトが機能状態にある運転状態において保持される。機能状態（機能可能状態）とは、フランジ結合部において、少なくとも、少なくとも１つのボルトの一部分の意図しない外れが発生していない状況として理解される。
更に好ましくは、引張力の変化に基づき、センサ装置により、少なくとも１つのボルト又は引張手段における機能状態とは異なる状態を決定することができる。そのためにセンサ装置により、測定検知器として追加的な特性を有する引張手段の機能性について、センサ装置の機能がそのためにまだ与えられているかどうかを判定することができる。それに加え、少なくとも１つのボルトの一部分の意図しない外れを検知することができる。
センサ装置は、好ましくは、ａ）故障がないかどうか、ｂ）少なくとも１つのボルトの一部分の外れにより引き起こされた故障があるかどうか、並びに好ましくは、ｃ）引張手段の切断のかたちの故障があるかどうかを信号伝達する。
以下、好ましい実施例に基づき、添付の図面を参照しながら本発明を説明する。
好ましい一実施例による風力発電装置を示す図である。 一ブレード支承部（ここでは例えば図１の風力発電装置におけるもの）を、図２（Ｂ）では上から見た平面図として、図２（Ａ）では切断面Ａ－Ａに沿った側方断面図として示す図である。 第１構成部材を構成するブレードフランジを上から見た平面図として模式的に示す図である。 ボルト２０の概要図を示す図であり、この際、ボルト２０上にはカバー要素が配設されている。 代替的な一実施形態によるカバー要素の斜視図を示す図である。 第１実施形態によるセンサ装置の概要図を、図６（Ａ）では第１切替位置において、図６（Ｂ）では第２切替位置において、図６（Ｃ）では第３切替位置において示す図である。 第１切替位置において第２実施形態によるセンサ装置の概要図を示す図である。 引張手段により互いに接続された複数のボルトの概要図を示す図である。 第２切替位置において図７のセンサ装置の概要図を示す図である。 図１から図９の風力発電装置及びフランジ結合部のための代替的な中間接続器の概要図を示す図である。
図１は、タワー１０２とナセル１０４を備えた風力発電装置１００を示している。ナセル１０４には、３つのロータブレード１０８と１つのスピナ１１０とを備えたロータ１０６が配設されている。ロータブレード１０８は、スピナ１１０を介し、図１の詳細部（Ａ）に示されたハブ１１２に結合されており、ハブ１１２は、電流を発生させるための発電機１１４を駆動する。例として図１の詳細部（Ａ）には、ハブ１１２におけるロータブレード１０８の取付状態が示されている。ロータブレード１０８は、ブレード支承部（ブレードベアリング）１１６を用いてハブアダプタ１１８と結合されている。
図２は、更にロータブレード１０８のための例として、図２（Ａ）と図２（Ｂ）において、本コンセプトによる第１フランジ部材として保持部材を構成するブレードフランジ１０を示している。更にブレードフランジ１０に設けられた多数のねじ又はねじボルトの形式の一連のボルト２０を見ることができる。これらのボルト２０は、同心の円周上の列としてブレードフランジ１０に沿って配設されている。ブレードフランジ１０の下側端部は、フランジ結合部の保持部材を構成する。ボルト２０は、ねじボルトの形式で構成されており、これらのねじボルトは、受容部材を構成する第２フランジ部材として機能するブレードフランジ支承部３０においてブレードフランジ１０を保持している。
図３は、第１構成部材を構成するブレードフランジ１０を上から見た平面図として模式的に示している。ボルト２０の自由端部（図２を参照）には、それぞれ、カバー要素の形式の中間接続器（中間コネクタ）４０が配設されている。中間接続器４０の配設は、中間接続器４０が雌ねじ部を有するように構成されていることにより、好ましくは脱落防止性で行われる。プレートのバリエーションでは、ねじ部は設けられず、この際にはクランプと場合により追加的な接着剤とを介して脱落防止性が達成される。中間接続器４０は、ブレードフランジ１０をブレードフランジ支承部３０（図２を参照）と結合させた後にそれぞれのボルト２０（図２を参照）上にねじ込まれることが可能である。カバー要素４０は、ロープ状の引張手段４１により互いに接続されている。特に引張手段４１はワイヤロープとして構成されている。引張手段４１の端部は、センサ装置４２により互いに接続されている。センサ装置４２は、フランジ結合部のボルト（複数）２０（図２を参照）の少なくとも１つの一部分の意図しない外れ（ないし緩み）について監視するために用いられる。そのためにセンサ装置４２は、後続段落で詳細に説明するように、引張手段４１により伝達される引張力ＦＺｕｇの変化を検知する。
図４は、中間接続器４０が配設されたボルト２０の概要図を示している。中空円筒形の中間接続器４０は、好ましくはプラスチックから構成されており、ボルト２０のねじ部分２１にねじ込まれている。ボルト２０にはスリーブ２２が装着されており、スリーブ２２は、端部側でブレードフランジ１０において支持されている。スリーブ２２は、ナット２３により軸方向に位置固定されている。更にチューブ状に構成された脱落防止部２４、例えば引張チューブを、中間接続器４０とスリーブ２２上にはめ込み、ないしかぶせることができる。例えば、ケーブルタイ、ホースクランプなどのような固定手段２５により、脱落防止部２４を滑りによる位置ずれから保護することができる。
中間接続器４０は、リング状の受入部４３を端部側に有し、受入部４３を通して引張手段４１が案内されている。リング状の受入部４３は、中間接続器４０の製造プロセスの過程で中間接続器４０に成形されていることが可能である。符号６０でボルト２０における亀裂が示されており、このような亀裂６０は、亀裂６０の上側のボルト２０の部分がブレードフランジ支承部３０（図２を参照）の結合受容部（結合穴）から外れてしまうことをもたらす。
図５には、代替的な一実施形態によるカバー要素（中間接続器）４０’の斜視図が図示されている。中空円筒形の中間接続器４０’は、ねじ穴４４を有し、ねじ穴４４を用い、中間接続器４０’は、ボルト２０（図４を参照）上に固定可能である。中間接続器４０’の端部には、周回する固定溝４６が設けられている。固定溝４６には、ケーブルタイ又はホースクランプとして構成された固定手段２５（図４を参照）が形状結合式で係合することができる。中間接続器４０’の反対側の端部には、例えば、縦軸線Ｌに対して横方向（左右方向）に延在する貫通穴として構成された引張手段受入部４５が配設されている。引張手段受入部４５は、引張手段４１（図３を参照）を通過案内するために用いられる。引張手段受入部４５は、ねじ穴４４の端部に対して離間して位置決めされていることが可能であり、それにより引張手段受入部４５と、中間接続器４０’がねじ込まれたボルト２０の端部との間には、軸方向の間隔が得られる。しかし同様にボルト２０の自由端部に貫通穴を設けることも考えられ、それにより引張手段４１（図３を参照）は、代替的に又は追加的にボルト２０の自由端部におけるこの貫通穴を通して通過案内可能であろう。両方の貫通穴の組み合わせにより、中間接続器４０’の形態の簡素化を達成することができる。更にこのことは、中間接続器４０とボルト２０の双方の脱落防止性を高めてくれる（図３を参照）。
図６には、第１実施形態によるセンサ装置４２の概要図が、図６（Ａ）では第１切替位置において、図６（Ｂ）では第２切替位置において、図６（Ｃ）では第３切替位置において示されている。センサ装置４２は、切替要素（スイッチ要素）４７と、切替要素４７に配設されたばね手段４８とを含んでいる。ばね手段４８は、好ましくは引張ばねとして構成されている。引張手段４１は、一方の端部が切替要素４７と接続され、他方の端部がばね手段４８と接続されている。引張手段４１は、同心の円周上の列としてブレードフランジ１０に沿って（図３を参照）配設された全ての結合手段（ボルト）２０を、引張手段４１がカバー要素（中間接続器）４０の引張手段受入部４５を通して通過案内されることにより、互いに接続させる。
切替要素４７により、とられた切替位置に依存し、１つの信号ラインの２つの信号ライン区間４９、５０が互いに導電接続可能である。ばね手段４８は、図６（Ａ）に図示されているように引張手段４１を緊張させるために、そのばね力ＦＦｅｄｅｒ（Ｆｅｄｅｒは「ばね」を意味する）に基づき一定の予張力で引張手段４１を付勢し、それにより引張手段４１により引張力ＦＺｕｇ（Ｚｕｇは「引張」を意味する）が伝達される。この際、切替要素４７は、その第１切替位置にあり、第１切替位置では、信号ライン区間４９、５０が互いに導電接続されている（閉成）。それによりセンサ装置４２は、フランジ結合部が少なくとも１つのボルト２０の一部分の意図しない外れによる故障をもたないことを信号伝達する。引張手段４１とばね手段４８が平衡位置にある切替要素４７の第１切替位置の設定は、センサ装置４２の組み立て時に行われる。
図６（Ｂ）には、切替要素４７の第２切替位置が図示されている。この状況では、亀裂６０（図４を参照）により引き起こされた少なくとも１つのボルト２０の一部分の意図しない外れが生じている。このことは、引張手段４１に掛かるボルト２０のその部分が追加的な重量力（重力）ＦＧを予緊張された引張手段４１に加え、それにより引張手段４１により伝達される引張力ＦＺｕｇは、ばね手段４８のばね力ＦＦｅｄｅｒよりも大きくなっている。このことは、切替手段４７がその第２切替位置に移されることをもたらし、第２切替位置では、信号ライン区間４９、５０の導電接続が遮断される。この遮断（開成）は、故障として外部に信号伝達される。
図６（Ｃ）には、切替要素４７の第３切替位置が図示されている。第３切替位置は、例えば引き裂けによる引張手段４１の切断から結果として生じている。この切断に起因し、引張手段４７は、引張力を伝達せず、それにより切替要素４７は、ばね手段４８により作動される。切替要素４７のこの作動は、信号ライン区間４９、５０の導電接続の遮断をもたらす。この遮断は、故障として外部に信号伝達される。
切替要素４７は、例えばトグルスイッチ（傾動スイッチ）として構成されていることが可能である。第１切替位置から第２切替位置又は第３切替位置への移行時には、トグルスイッチとして構成された切替要素４７の運動方向を同様に検知することができ、それにより故障の通知に際してその原因に関する区別化を追加的に行うことができる。
引張手段４１が測定検知器として機能するセンサ装置４２を用いることで、一方では、ボルト２０の一部分の意図しない外れによる脱落が、この部分が中間接続器４０により引張手段４１と接続されたままであることにより防止される。他方では、その部分の意図しない外れが、引張手段４１により伝達される引張力ＦＺｕｇの変化により検知される。
図７には、第１切替位置において第２実施形態によるセンサ装置４２’の概要図が示されている。センサ装置４２’は、２つの信号ラインの２つの信号ライン区間４９、５０をコネクタ要素５２、５３により互いに導電接続する差込接続部５１を含んでいる。それらの信号ラインは、引張手段４１に沿って互いに離間した２つの固定箇所５４、５５において引張手段４１と位置固定で結合されている。それぞれの固定箇所５４、５５から出発し、それぞれの信号ライン区間４９、５０が延在し、信号ライン区間４９、５０には、端部側で差込接続部５１のそれぞれのコネクタ要素５２、５３が配設されている。センサ装置４２の第１実施形態に基づいて既述したように、センサ装置４２’によっても同様に、引張手段４１により伝達される引張力の変化が検知される。センサ装置４２’の第２実施形態は、引張手段４１に予張力が加えられないことにより第１実施形態とは異なっている。引張手段４１は、複数（図７では２つを示す）の中間接続器４０の引張手段受入部４５を通って案内される。その後、引張手段４１の自由端部が、所定の閉じ手段により緊張のない状態で互いに接続される。
コネクタ要素５２、５３により接続された両方の信号ライン区間４９、５０は、両方の固定箇所５４、５５の間の引張手段４１の区間よりも短い長さを有し、つまり引張手段４１は、両方の固定箇所５４、５５の間で垂れ下がっている。差込接続部５１により加えられる保持力は、両方の信号ライン区間４９、５０の導電接続が引張手段４１の非緊張状態で持続するように選択されている。
図８には、センサ装置４２’（図７を参照）から間隔を置いて存在し、引張手段４１により互いに接続された複数（図８では３つを示す）のボルト２０の概要図が示されている。それらのボルト２０の１つの一部分が、亀裂６０（図４を参照）の発生により意図せずに外れてしまい、それにより予緊張された引張手段４１に重量力ＦＧを加えている。このことは、ボルトの一部分の意図しない外れの時点に至るまで予緊張されていなかった引張手段４１により、緊張により引張力ＦＺｕｇが伝達されることをもたらす。引張力ＦＺｕｇの伝達の作用は、図９に具体的に示されている。
図９には、第２切替位置において図７によるセンサ装置４２’の概要図が示されている。引張手段４１に沿った任意の箇所で意図せずに外れたボルト２０の部分に基づく引張手段４１の緊張は、差込接続部５１の保持力が超過されることをもたらし、このことは、両方のコネクタ要素５２、５３が互いに外されることをもたらす。信号ライン区間４９、５０の導電接続の遮断（開成）は、障害として外部に信号伝達される。
第１実施形態によるセンサ装置４２は、引張手段４１により伝達される引張力ＦＺｕｇの変化を、引張力ＦＺｕｇの減少のかたちで検知する。それに対し、第２実施形態によるセンサ装置４２’は、引張手段４１により伝達される引張力ＦＺｕｇの変化を、引張力ＦＺｕｇの増加のかたちで検知する。
両方の実施形態は、中間接続器４０、４０’と接続状態にある引張手段４１が、フランジ結合部のボルト２０の一部分の意図しない外れが風力発電装置１００の損傷をもたらすことを防止するという点で共通しており、それは、その部分が引張手段４１によりフランジ結合部の領域で保持されるからである。それに加え、意図しない外れは、センサ装置４２、４２’により検知され、外部に信号伝達され、それにより風力発電装置１００の更なる損傷を防止することができる。
図１から図９において、引張手段４１は、カバー（ないしスリーブ）要素の形式の中間接続器４０、４０’を用いてボルトと接続されている。しかし同様に本発明には、引張手段４１が直接的にボルトと接続されている構成も含まれる。
図１０には、参照番号４０”が付けられた中間接続器の更に有利な一代替形態が図示されている。中間接続器４０”は、保持プレートとして構成されており、この際「プレート」との用語は、平坦体の幾何学的な基本形状に関連している。本発明の意味において、金属製のプレートに加え、本来の言葉の意味において、他の材料から成り適切に成形されて機能する要素も「保持プレート」と理解され、例えばプラスチック体であり、この際、実際のプレートは、それらの強度特性に基づき、好ましい一実施形態を表す。
中間接続器４０”は、幾重にも曲げ加工されたプレートないし平坦体の基本形状を有する。第１区間６１には、ボルト受入部６３が好ましくは通過穴として構成されている。第１区間６１に隣接し、中間接続器４０”は、第２区間６５を有し、第２区間６５は、傾かないように押圧片６６に当てられている。第２区間６５には、取っ手（ないしツマミ片）６７の形式で、この場合も通過穴として引張手段受入部４５が形成されている。
第２区間６５に隣接し、中間接続器４０”は、肩部６９を有し、肩部６９は、支持台としてボルト２０の押圧片６６に当接している。肩部６９は、中間接続器４０”が嵌合ないしクリック係合によりボルト２０に取り付け可能であるように位置決めされている。
全般的に本発明では、使用ケースに応じ、中間接続器４０、４０’、４０”を、力結合式（例えばねじ込みによる）で、形状結合式（例えばクリック結合による）で、又は材料結合式（例えば接着による）で、或いはこれらの措置の複数又は全ての組み合わせにより、ボルトと結合させることが考慮されている。
（図１）
１００ 風力発電装置
１０２ タワー
１０４ ナセル
１０６ ロータ
１０８ ロータブレード
１１０ スピナ
１１２ ハブ
１１４ 発電機
１１６ ブレード支承部
１１８ ハブアダプタ

（図２）
１０ ブレードフランジ
２０ ボルト
３０ ブレードフランジ支承部
１０８ ロータブレード

（図３）
１０ ブレードフランジ
４０ 中間接続器
４１ 引張手段
４２ センサ装置

（図４）
１０ ブレードフランジ
２０ ボルト（複数）
２１ ねじ部
２２ スリーブ
２３ ナット
２４ 脱落防止部
２５ 固定手段
４０ 中間接続器
４３ 受入部
６０ 亀裂

（図５）
４０’ カバー要素／中間接続器
４４ ねじ穴
４５ 引張手段受入部
４６ 固定溝

（図６）
２０ 結合手段／ボルト
４０ カバー要素／中間接続器
４１ 引張手段
４２ センサ装置
４５ 引張手段受入部
４７ 切替要素
４８ ばね手段
４９、５０ 信号ライン区間
ＦＦｅｄｅｒ ばね力
ＦＺｕｇ 引張力
ＦＧ 重量力（重力）

（図７～９）
２０ 結合手段／ボルト
４０ 中間接続器
４２’ センサ装置
４５ 引張手段受入部
４９、５０ 信号ライン区間
５１ 差込接続部
５２、５３ コネクタ要素
５４、５５ 固定箇所
ＦＺｕｇ 引張力
ＦＧ 重量力（重力）

（図１０）
２０ ボルト
４０” 中間接続器
４５ 引張手段受入部
６１ 第１区間
６３ ボルト受入部
６５ 第２区間
６６ 押圧片
６７ 取っ手
６９ 肩部

Claims (15)

  1. 回転式構成部材結合部のフランジ結合部であって、
    － 第１フランジ部材（１０）と、
    － 第２フランジ部材（３０）と、
    － 前記第１フランジ部材（１０）に前記第２フランジ部材（３０）を結合状態において保持する複数のボルト（２０）とを備え、これらのボルト（２０）は、それぞれ前記第２フランジ部材（３０）とねじ込み固定されている構成であり、
    少なくとも２つの前記ボルト（２０）が、それぞれ引張手段（４１）により互いに接続されており、センサ装置（４２’）が、前記引張手段（４１）と作用接続されており、前記センサ装置（４２’）は、前記引張手段（４１）により伝達される引張力（ＦＺｕｇ）の変化を検知すること、
    前記センサ装置（４２’）は、安全スイッチとして２つの信号ラインを互いに導電接続する差込接続部（５１）を含んでいること、
    前記信号ラインは、前記引張手段（４１）に沿って互いに離間した２つの固定箇所（５４、５５）において前記引張手段（４１）と位置固定で結合されており、それぞれの前記固定箇所（５４、５５）から出発し、信号ライン区間（４９、５０）が設けられており、これらの信号ライン区間（４９、５０）には、端部側でそれぞれ前記差込接続部（５１）のコネクタ要素（５２、５３）が配設されていること、及び、
    前記コネクタ要素（５２、５３）により接続された両方の前記信号ライン区間（４９、５０）は、両方の前記固定箇所（５４、５５）の間の前記引張手段（４１）の区間よりも短い長さを有すること、
    を特徴とするフランジ結合部。
  2. 前記固定箇所（５４、５５）は、２つの前記ボルト（２０）の間に配設されていること、
    を特徴とする、請求項１に記載のフランジ結合部。
  3. 回転式構成部材結合部のフランジ結合部であって、
    － 第１フランジ部材（１０）と、
    － 第２フランジ部材（３０）と、
    － 前記第１フランジ部材（１０）に前記第２フランジ部材（３０）を結合状態において保持する複数のボルト（２０）とを備え、これらのボルト（２０）は、それぞれ前記第２フランジ部材（３０）とねじ込み固定されている構成であり、
    少なくとも２つの前記ボルト（２０）が、それぞれ引張手段（４１）により互いに接続されており、センサ装置（４２）が、前記引張手段（４１）と作用接続されており、前記センサ装置（４２）は、前記引張手段（４１）により伝達される引張力（ＦＺｕｇ）の変化を検知すること、
    前記センサ装置（４２）は、前記引張手段（４１）に予張力を加えるように構成されていること、
    前記センサ装置（４２）は、前記引張手段（４１）と接続された切替要素（４７）を含み、前記切替要素（４７）は、前記引張手段（４１）により伝達される引張力（ＦＺｕｇ）が変化した場合に作動可能であること、
    前記引張手段（４１）に予張力を加えるために、前記引張手段（４１）と前記切替要素（４７）の間にばね手段（４８）が配設されていること、及び、
    前記切替要素（４７）は、３つの切替位置を有し、前記センサ装置（４２）は、前記切替要素（４７）の第１切替位置では、前記ボルト（２０）の少なくとも１つの一部分の意図しない外れによる故障がないことを信号伝達し、前記切替要素（４７）の第２切替位置では、前記ボルト（２０）の少なくとも１つの一部分の意図しない外れによる故障があることを信号伝達し、前記切替要素（４７）の第３切替位置では、前記引張手段（４１）の切断による故障があることを信号伝達するように構成されていること、
    を特徴とする、フランジ結合部。
  4. 前記センサ装置（４２）は、前記予張力の保持状態を監視すること、
    を特徴とする、請求項３に記載のフランジ結合部。
  5. 前記ボルト（２０）は、中間接続器を有し、前記中間接続器は、前記ボルト（２０）に固定されており、前記引張手段（４１）は、前記中間接続器とそれぞれ作用接続されていること、
    を特徴とする、請求項１～４のいずれか一項に記載のフランジ結合部。
  6. 前記中間接続器（４０、４０’）は、力結合式で、形状結合式で、及び／又は材料結合式で、前記ボルト（２０）の自由端部と結合されていること、
    を特徴とする、請求項５に記載のフランジ結合部。
  7. 前記中間接続器（４０、４０’）は、前記ボルト（２０）の縦軸線に対して横方向に前記引張手段（４１）を受け入れるように構成されていること、
    を特徴とする、請求項５又は６に記載のフランジ結合部。
  8. 前記ボルト（２０）に割り当てられたスリーブ（２２）が、脱落防止部（２４）により前記中間接続器（４０、４０’）と結合されていること、
    を特徴とする、請求項５～７のいずれか一項に記載のフランジ結合部。
  9. 前記脱落防止部（２４）は、チューブ状に構成され、前記スリーブ（２２）と前記中間接続器（４０、４０’）上にはめ込み可能であるか、又は前記脱落防止部は、プレートとして構成されていること、
    を特徴とする、請求項８に記載のフランジ結合部。
  10. 請求項１～９のいずれか一項に記載のフランジ結合部を備えた風力発電装置。
  11. 前記風力発電装置（１００）は、タワー（１０２）と、ナセル（１０４）と、発電機（１１４）と、前記発電機（１１４）と結合されたハブとを有し、前記ハブは、複数のロータブレード（１０８）と結合されており、それぞれのロータブレード（１０８）は、フランジ結合部を用いて前記ハブと結合されており、前記フランジ結合部は、請求項１～９のいずれか一項に記載したフランジ結合部により構成されていること、
    を特徴とする、請求項１０に記載の風力発電装置。
  12. フランジ結合部を監視するための方法であって、
    前記フランジ結合部は、
    － 第１フランジ部材（１０）と、
    － 第２フランジ部材（３０）と、
    － 前記第１フランジ部材（１０）に前記第２フランジ部材（３０）を結合状態において保持する複数のボルト（２０）とを備え、これらのボルト（２０）は、それぞれ前記第２フランジ部材（３０）とねじ込み固定されている構成であり、
    前記ボルト（２０）の少なくとも１つの一部分の意図しない外れについて監視するために、前記ボルト（２０）は、それぞれ引張手段（４１）により互いに接続され、センサ装置（４２’）が、前記引張手段（４１）と接続され、前記センサ装置（４２’）は、前記引張手段（４１）により伝達される引張力（ＦＺｕｇ）の変化を検知すること、
    前記センサ装置（４２’）は、安全スイッチとして２つの信号ラインを互いに導電接続する差込接続部（５１）を含んでいること、
    前記信号ラインは、前記引張手段（４１）に沿って互いに離間した２つの固定箇所（５４、５５）において前記引張手段（４１）と位置固定で結合されており、それぞれの前記固定箇所（５４、５５）から出発し、信号ライン区間（４９、５０）が設けられており、これらの信号ライン区間（４９、５０）には、端部側でそれぞれ前記差込接続部（５１）のコネクタ要素（５２、５３）が配設されていること、及び、
    前記コネクタ要素（５２、５３）により接続された両方の前記信号ライン区間（４９、５０）は、両方の前記固定箇所（５４、５５）の間の前記引張手段（４１）の区間よりも短い長さを有すること、
    を特徴とする方法。
  13. フランジ結合部を監視するための方法であって、
    前記フランジ結合部は、
    － 第１フランジ部材（１０）と、
    － 第２フランジ部材（３０）と、
    － 前記第１フランジ部材（１０）に前記第２フランジ部材（３０）を結合状態において保持する複数のボルト（２０）とを備え、これらのボルト（２０）は、それぞれ前記第２フランジ部材（３０）とねじ込み固定されている構成であり、
    前記ボルト（２０）の少なくとも１つの一部分の意図しない外れについて監視するために、前記ボルト（２０）は、それぞれ引張手段（４１）により互いに接続され、センサ装置（４２）が、前記引張手段（４１）と接続され、前記センサ装置（４２）は、前記引張手段（４１）により伝達される引張力（ＦＺｕｇ）の変化を検知すること、
    前記センサ装置（４２）は、前記引張手段（４１）に予張力を加えるように構成されていること、
    前記センサ装置（４２）は、前記引張手段（４１）と接続された切替要素（４７）を含み、前記切替要素（４７）は、前記引張手段（４１）により伝達される引張力（ＦＺｕｇ）が変化した場合に作動可能であること、
    前記引張手段（４１）に予張力を加えるために、前記引張手段（４１）と前記切替要素（４７）の間にばね手段（４８）が配設されていること、及び、
    前記切替要素（４７）は、３つの切替位置を有し、前記センサ装置（４２）は、前記切替要素（４７）の第１切替位置では、前記ボルト（２０）の少なくとも１つの一部分の意図しない外れによる故障がないことを信号伝達し、前記切替要素（４７）の第２切替位置では、前記ボルト（２０）の少なくとも１つの一部分の意図しない外れによる故障があることを信号伝達し、前記切替要素（４７）の第３切替位置では、前記引張手段（４１）の切断による故障があることを信号伝達するように構成されていること、
    を特徴とする方法。
  14. 前記引張手段（４１）は、前記センサ装置（４２、４２’）を介し、少なくとも前記ボルト（２０）が機能状態にある運転状態において保持されること、
    を特徴とする、請求項１２又は１３に記載の方法。
  15. 前記引張力（ＦＺｕｇ）の変化に基づき、前記センサ装置（４２、４２’）により、前記ボルト（２０）の少なくとも１つのボルト又は前記引張手段（４１）における機能状態とは異なる状態が決定されること、
    を特徴とする、請求項１２～１４のいずれか一項に記載の方法。
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