WO2001094249A1 - Verfahren und vorrichtung zur montage einer windkraftanlage - Google Patents

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WO2001094249A1
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tower shaft
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tower
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Hans-Peter Franzen
Michael Irsch
Alexander Knecht
Alfons Weckbecker
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Demag Mobile Cranes Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a method for assembling a wind turbine for generating electrical power, which has a tower shaft, a nacelle equipped with an electrical generator and an impeller, according to the preamble of claim 1.
  • the installed output of wind turbines has continued to increase.
  • 0.5 MW of installed power was usual, whereas large wind turbines today have up to 4 MW of installed power, with a tendency towards even higher outputs.
  • the weight of the nacelle (nacelle) which essentially contains an electrical generator having a stator and a rotor, usually also a transmission and all control and regulating devices, has risen sharply in one housing.
  • the gondola weight of large wind turbines is approx. 80 t and more.
  • the tower height has continued to grow. A height of around 50 m was customary in the past. It then rose to over 65 m and 78 m to about 85 m today, with tower heights of 100 m and more already in the
  • the object of the invention is to provide a method for assembling a wind turbine with tower heights of at least 85 m and more and with gondola weights of 80 1 and more, which manages with less load transport and can also be used in difficult installation areas.
  • Lifting 80 or 100 or more meters requires that the crane provide sufficient lifting power and that the crane itself has sufficient stability. Stability in this context is generally understood to mean not only the control of the risk of buckling for the crane boom, but also the control of the risk of the crane tipping over. Providing sufficient lifting power is not a major problem. However, this is different when it comes to ensuring stability when it comes to lifting heights that are, for example, 100 m and more.
  • the invention makes use of the knowledge that an already erected tower shaft for an wind power plant is an extraordinarily stable structure, because it is firmly anchored, for example, in the ground (or in the case of floating wind power plants on a floating pontoon) and has a high buckling stiffness because it is on the carrying of heavy loads (gondola with impeller with a total weight of 120 1, for example) is designed with simultaneous exposure to significant wind loads.
  • a tower shaft a nacelle (machine house) equipped with an electric generator and possibly also a transmission and control and regulating devices, and an impeller for the mechanical drive of the generator the gondola, the impeller or essential parts thereof being lifted and assembled by a lifting device to the height of the tower shaft after the tower shaft has been erected, for lifting at least that part of the wind power plant to be mounted which has the highest weight, to use a lifting device, which is sufficient to ensure adequate Stability for the respective lifting process is supported on the tower shaft, that is, exploits its mechanical strength.
  • a lifting device which is sufficient to ensure adequate Stability for the respective lifting process is supported on the tower shaft, that is, exploits its mechanical strength.
  • this crane is to be upgraded in such a way that the boom of the crane, which of course has to exceed the height of the tower shaft, before the start of the
  • Lifting operations are secured against tipping and / or kinking with the help of at least one mechanical support each attached to the tower shaft and the extension arm.
  • the crane or its boom is supported on the side of the tower shaft.
  • several such mechanical supports are provided, which are expediently attached at different heights. It is advisable not to design a support as a simple rod, but to design it in the form of a stable three-point linkage. In this way, a crane can be operated safely on the ground, which due to the local conditions or also due to its technical design cannot ensure sufficient stability in the sense of the invention for the intended lifting task.
  • a second basic variant of the method according to the invention provides for the lifting process to be carried out at least for the heaviest of the parts to be assembled with the aid of a lifting device referred to here as a heavy-duty auxiliary crane, which has been fastened directly or by means of an auxiliary supporting device in the region of the upper end of the tower shaft, the heavy-duty auxiliary crane is lifted and assembled to the required height by a crane set up at the lower end of the tower shaft.
  • This crane the boom of which could of course also be supported on the tower shaft in accordance with the first solution variant, can also advance the auxiliary support device for its assembly to the tower height. But it is also possible to do this
  • a mobile telescopic crane with an auxiliary jib or a mobile lattice boom crane is preferably used as the crane for lifting the heavy-duty auxiliary crane.
  • Connection mobile means that the crane has its own drive system for driving. It is advisable to use a luffing jib with at least one luffing support on a telescopic crane, whereby at the head of the first telescopic Protection of the telescopic crane, an adapter is attached to which both the auxiliary boom and the luffing supports can be attached.
  • a crane is preferably used on the ground, the total lifting height of which is at least 100 m and which can lift at least 20 l, preferably at least 30 t, when the boom is at a steep position.
  • the impeller or its individual blades are usually assembled at the end, whereby the individual assembly of the blades is still common. Since the solution according to the invention makes it much easier to lift even heavy loads at very great heights, it can advantageously be provided that the impeller is still pre-assembled on the ground on the construction site and only then lifted and assembled as an assembly to the height of the tower shaft. The larger the weights to be lifted, the more expedient it is to stabilize the heavy-duty auxiliary crane by means of counterweights which can be placed on a corresponding device or also attached.
  • the following embodiment illustrates the possible sequence of the method according to the invention.
  • the assembly takes place in several interdependent work steps.
  • a mobile telescopic crane is upgraded with a rigid or luffing jib near an already erected tower shaft.
  • a heavy-duty auxiliary crane is raised to the height of the tower shaft raised, fastened and secured at the end of the tower shaft.
  • an auxiliary support device for example in the form of a platform, to the end of the tower shaft and to arrange the heavy-duty auxiliary crane thereon.
  • the auxiliary support device can be attached in the course of the erection of the tower shaft or it can be raised to the height of the tower shaft at a later time by means of the mobile telescopic crane.
  • the gondola can be lifted to the height of the tower shaft and attached to the end of the tower shaft.
  • a fixed or oscillating counterweight is arranged on the heavy-duty auxiliary crane to compensate for the moments before lifting the nacelle.
  • the impeller can either be lifted by the heavy duty auxiliary crane or by the mobile telescopic boom and then attached to the nacelle.
  • the heavy-duty auxiliary crane is dismantled before the impeller is attached or only afterwards.
  • the auxiliary support device is also dismantled and lowered to the floor. Finally, the telescopic crane is disassembled.
  • a mobile telescopic crane that is available as standard can be used to erect a large wind turbine.
  • a mobile telescopic crane can also be set up in difficult terrain
  • the design of the telescopic crane is geared towards the heavy-duty auxiliary crane, which has a significantly lower weight than the gondola weight.
  • An uppercarriage including a telescopic boom of a standard telescopic crane connected to it is preferably used as the heavy-duty auxiliary crane.
  • a special production of a heavy duty auxiliary crane is not necessary, but a main component of a standard device can be used.
  • the superstructure already contains all the necessary installations, such as. B. hydraulic connections, control and regulating devices, winch etc.
  • the necessary boom length can be adjusted by choosing the number of shots and thus the weight can be kept within limits.
  • the weight of the heavy-duty crane to be lifted is considerably less than the weight of the nacelle.
  • Heavy duty auxiliary crane has the advantage that the load on the tower shaft is kept within limits. When lifting the heavy gondola under certain circumstances the bending moment resulting in the end of the tower shaft becomes too large. By attaching the counterweight to the heavy-duty auxiliary crane, the resulting line of gravity is moved closer to the tower axis and thus the bending moment is reduced.
  • a crane in particular a mobile crane, is provided, the total lifting height of which, when the boom is in the steep position, corresponds at least to the height of the tower shaft of the wind power plant, the stability of this crane not being the case when the crane is installed freely would suffice to lift at least the heaviest of the parts of the wind turbine to be assembled to the required assembly height.
  • the boom of this crane is equipped with at least one mechanical support which can be connected to the tower shaft in order to increase the rigidity of the boom and / or to prevent the crane from tipping.
  • a plurality of mechanical supports are preferably provided, these being expediently fastened at different heights along the tower shaft or the boom.
  • a heavy-duty auxiliary crane is proposed, the load-bearing capacity of which is designed to lift the heaviest of the parts of the wind turbine to be assembled and which can be attached directly to the tower shaft in the area of the tower shaft or with the aid of an auxiliary support device in the region of the upper end of the tower shaft of the wind turbine It can be attached in such a way that the heavy-duty auxiliary crane is held completely by the tower shaft.
  • the heavy-duty auxiliary crane is preferably not a special construction, but an uppercarriage including a jib connected to it of a standard telescopic crane or standard lattice boom crane.
  • the lattice boom should preferably be divided in such a way that for transportation or for the assembly and disassembly of the heavy load auxiliary crane an upper part of the lattice boom is foldable on a lower part of the lattice boom.
  • an auxiliary support device which can be positively connected to the uppermost section of the tower shaft.
  • Such an auxiliary support device can be designed as an intermediate frame in the sense of a horizontal assembly platform on which the heavy-duty auxiliary crane can be mounted offset to the side of the longitudinal axis of the tower shaft.
  • Such an intermediate frame preferably has a receiving opening enclosed by a circumferential frame, the shape of which corresponds to the cross-sectional shape of the upper end of the tower shaft, the frame comprising at least one peripherally foldable frame part and having at least one shaped element on its inside circumferentially or in peripheral sections engages in at least one correspondingly negatively shaped second shaped element on the tower shaft for the positive connection with the tower shaft.
  • the hinged frame part must be lockable with the rest of the frame.
  • the auxiliary support device according to the invention can also advantageously be designed as a tower extension at the upper end of the tower shaft.
  • Such an extension can expediently be designed as a girder structure that is angled horizontally at its upper end in order to attach the heavy-duty auxiliary crane to the angled part by means of a coupling device.
  • the heavy-duty auxiliary crane can be arranged so that its center of gravity lies outside the longitudinal axis of the tower shaft.
  • This tower extension can be attached to the end face of the tower shaft or also on the inside thereof, since the tower shaft is generally tubular, that is to say hollow.
  • the invention provides that the tower extension is designed as a rod support structure aligned coaxially to the longitudinal axis of the tower shaft.
  • the heavy-duty auxiliary crane should have a luffing jib.
  • the load to be lifted can also be moved horizontally in the required manner.
  • Fig. 1 is a schematic diagram for the assembly of a heavy duty auxiliary crane on the
  • FIG. 3 shows a heavy-duty auxiliary crane designed as a lattice boom crane
  • FIGS. 10 and 11 12 shows the assembled wind turbine according to FIGS. 10 and
  • the basic diagram shows an upgraded telescopic crane 1, consisting of a nine-axle undercarriage 2 here and an upper carriage 3 rotatably arranged thereon with a telescopic boom 4 attached to it.
  • the telescopic boom 4 is composed of a basic box 5 with attached steered luffing cylinder 37 and several telescopic sections 6 - 9 therein. In the telescopic state, the telescopic boom 4 reaches a height of approximately 40 m.
  • An adapter 11 is attached to the head 10 of the innermost telescopic section 9, to which an auxiliary boom 12 formed from lattice mast components and two luffing supports 13, 14 are attached. The uppermost luffing support 13 is upwards over a fixed guying
  • the uppermost luffing support 13 is connected to the lowermost luffing support 14 via a fixed guying 17.
  • the lowermost luffing support 14 is connected to a counterweight 19 arranged on the superstructure 3 via a length-adjustable bracing 18.
  • the lifting rope 20 is wound on a winch 21 arranged on the superstructure 3 and runs over two deflection rollers 22, 23 arranged in the respective luffing supports 13, 14 to the head 24 of the auxiliary boom 12.
  • At the beginning of the lifting rope 20 there is a bottom block in a known manner 25 arranged with a hook. In the upgraded position, the head 24 of the auxiliary boom 12 reaches a peak height of more than 120 m in the steep position.
  • the tower shaft 26 which has already been erected can be seen, which here is composed of five segments 27.1-27.5 each 20 m high.
  • a heavy-duty auxiliary crane 28 is arranged to lift the gondola, not shown, of a wind turbine to the top of the tower shaft 26, which is capable of lifting the heavy gondola onto the top of the tower shaft.
  • the much lighter heavy-duty auxiliary crane 28 was previously lifted to the top of the tower 26 by means of the telescopic crane 1.
  • the heavy-duty auxiliary crane is attached to the tip of the tower shaft 26, for example, by means of an intermediate frame, not shown here, designed as an auxiliary platform, which was previously arranged at the tip of the tower shaft 26 and is explained in more detail below.
  • the heavy-duty auxiliary crane 28 is provided with a carrier 36 at the rear end, to which a counterweight can be attached to compensate for the load torque caused by the load to be lifted. After assembly of the nacelle and after lowering the heavy-duty auxiliary crane 28, the auxiliary platform is dismantled again.
  • the heavy-duty auxiliary crane 28 is preferably an uppercarriage of a standard telescopic crane.
  • This consists in a known manner of a turntable 29 and a telescopic boom 30 fastened thereon with at least one telescopic section 31 inserted therein.
  • two head rollers 33 are provided on the head piece 32 of the telescopic section 31, only one of which is visible.
  • the telescopic boom 30 is connected to a luffing cylinder 35 supported on the superstructure. At the rear end of the superstructure is a winch 34 for the Lifting rope arranged.
  • the reference numeral 40 designates a loading gear for lifting the heavy-duty auxiliary crane 28.
  • FIG. 3 shows an alternative embodiment of the heavy-duty auxiliary crane 28, as in FIG. 2, in a schematic side view and top view. Components with the same function have the same reference symbols.
  • this heavy-duty auxiliary crane 28 has a lattice boom 38 which, in a preferred further development of the invention, is divided so that an upper part of this lattice boom 38 can be folded against a lower part. This facilitates transport and of course also the assembly and disassembly of the heavy duty auxiliary crane on a tower shaft.
  • FIG. 2 is that the heavy-duty auxiliary crane 28 in FIG. 3 is already provided with an intermediate frame 39 serving as an assembly platform, on which the slewing ring 29 is fastened.
  • Fig. 4 shows in two views a wind turbine with one of the segments
  • the telescopic boom of the heavy-duty auxiliary crane 28 is raised by a luffing cylinder, so that the nacelle 41 comes into an orientation in which the longitudinal axis of the nacelle 41 crosses the longitudinal axis of the tower shaft 26. After reaching this position, the nacelle 41 can then be lowered into its final assembly position and finally attached to the top of the tower shaft 26.
  • This work of the heavy-duty auxiliary crane is possible because it is positioned by the intermediate frame 39, as it were, next to the tower shaft 26, that is to say off-center to the longitudinal axis. This mode of operation is clearer from the more detailed illustration of FIG. 5.
  • the lifting height to be overcome by the heavy-duty auxiliary crane 28 is denoted by H there as in other figures.
  • the intermediate frame 39 is shown schematically in two views in an embodiment that can be easily assembled and disassembled.
  • the intermediate frame 39 has a receiving opening 42, the shape and size of which corresponds to the cross section of the tower shaft at the top of the tower (segment 27.6 in FIG. 4).
  • the receiving opening 42 is enclosed by a frame that a comprises a peripherally hinged frame part 43 which extends approximately over half the circumference.
  • the frame part 43 is shown both in the closed, ie assembled position, and (dash-dotted) in an opened position. So that the intermediate frame 39 can be securely fastened to the tip of the tower shaft 26, it is provided according to the invention that the uppermost segment 27.6 of the tower shaft, as can be seen from the enlarged detailed illustration in FIG.
  • the intermediate frame 39 also has a circumferential reinforcement 46 in the region of the receiving opening 42, which reinforcement is provided with a shaped element corresponding to the nose 44, but with a negative shape, namely with a circumferential groove in which the nose 44 can engage. While the two reinforcements 45 and 46 are solidly made of a solid material, the intermediate frame 39 represents a box construction welded from sheet metal for reasons of weight reduction with the greatest possible rigidity.
  • FIG. 8 shows a heavy-duty auxiliary crane 28 which is designed as a telescopic crane and which is fastened by means of an intermediate frame 39 to a tower shaft 26 which tapers from bottom to top in the usual way.
  • the intermediate frame 39 can be attached extremely simply and quickly to the upper end of the tower shaft 26 by the frame part 43 which can be opened, by closing this frame part 43 and bolting it to the rest of the frame.
  • the positive connection according to FIG. 7 ensures a secure hold.
  • the heavy-duty auxiliary crane 28 is arranged on a slewing ring at the outer free end of the intermediate frame 39, so that it is positioned largely outside the longitudinal axis of the tower shaft 26.
  • the load shown as nacelle 41 which is mounted on the ground next to the tower shaft 26, can be picked up by the extended telescopic boom 30 and raised to the height of the tower top.
  • the telescopic boom 30 can be brought into such a steep position that the nacelle 41 is brought into an assembly-appropriate position towards the top of the tower shaft 26.
  • Fig. 12 shows the fully assembled wind turbine in a side view with respect to the nacelle 41.
  • the auxiliary support device for the heavy-duty auxiliary crane 28 is not by a laterally projecting mounting platform but by a tower extension in the form of an upper one End horizontally angled support beam structure 47 is formed.
  • Fig. 1 1 shows this support structure 47 in an enlarged form.
  • the supporting beam construction 47 is preferably detachably fastened in the area of the front side of the tower shaft 26 at corresponding mounting points, not shown in detail.
  • the cantilever of the supporting beam structure 47 also shifts the center of gravity of the heavy-duty auxiliary crane outside the longitudinal axis of the tower shaft 26.
  • this shift is generally not as great as in the case of the solution in the form of the intermediate frame 39 according to FIG. 6.
  • the heavy-duty auxiliary crane 28 is in any case outside the
  • Outline of the nacelle 41 is arranged. Since the nacelle 41 usually forms a frame structure (not shown) to be subsequently clad by comparatively light-weight housing shells, the heavy-weight part of the nacelle 41 can be mounted around the supporting beam structure 47 at the top of the tower shaft 26. After assembling the nacelle 41 including those arranged in it
  • a heavy-duty auxiliary crane 28 with a lattice boom 38 on the top of a tower shaft is shown in two different lifting positions, the top segment of which is designated 27.5.
  • the outline of a nacelle 41 is indicated in a side view in the final assembly position.
  • the heavy-duty auxiliary crane 28 is placed on a tower extension in the form of a rod structure 49.
  • the heavy duty auxiliary crane 28 cannot rotate about a vertical axis be, but is attached non-rotatably.
  • the lattice mast boom 38 can be adjusted in its inclination about a horizontal axis of rotation.
  • the heavy-duty auxiliary crane 28 can pick up a load 50, which is erected on the ground next to the tower shaft, which can be, for example, the heavy-weight generator with stator and rotor of the wind turbine, and lift it along the tower shaft to the required height H.
  • the tower shaft which can be, for example, the heavy-weight generator with stator and rotor of the wind turbine
  • the load 50 is erected on the ground next to the tower shaft, which can be, for example, the heavy-weight generator with stator and rotor of the wind turbine, and lift it along the tower shaft to the required height H.
  • E the original distance of the load 50 from the longitudinal axis of the tower shaft
  • the mounting position of the load 50 within the nacelle 41 is shown in broken lines. 14 shows that this final assembly position for the load 50 can easily be set by the luffing jib boom 38 by means of the luffing cylinder 35 after the lifting height H has been reached, without this being disturbed by the rod supporting structure 49.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Montage einer Windkraftanlage zur Erzeugung von elektrischem Strom, die einen Turmschaft (26), eine mit einem elektrischen Generator bestückte Gondel (41) (Maschinenhaus) und ein Flügelrad für den mechanischen Antrieb des Generators aufweist, wobei die Gondel und das Flügelrad oder wesentliche Teile von diesen nach Errichtung des Turmschafts von einem Hebezeug auf die Höhe des Turmschafts gehoben und montiert werden. Erfindungsgemäß wird zum Heben zumindest desjenigen zu montierenden Teils der Windkraftanlage, welches das höchste Gewicht aufweist, ein Hebezeug eingesetzt, das sich zur Gewährleistung einer ausreichenden Standfestigkeit für den jeweiligen Hebevorgang an dem Turmschaft abstützt. Die Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Der Ausleger (4) des Krans (1) wird mit Hilfe einer am Turmschaft befestigten Stütze befestigt, oder ein Schwerlasthilfkran (28) wird am oberen Ende des Turmschafts befestigt.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Montage einer Windkraftanlage
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Montage einer Windkraftanlage zur Erzeugung von elektrischem Strom, die einen Turmschaft, eine mit einem elektrischen Generator bestückte Gondel und ein Flügelrad aufweist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Im Verlauf der letzten Jahre ist die installierte Leistung der Windkraftanlagen immer weiter gesteigert worden. Üblich waren bisher 0,5 MW installierte Leistung, Großwindkraftanlagen liegen dagegen heutzutage bei bis zu 4 MW installierter Leistung mit der Tendenz zu noch höheren Leistungen. Dementsprechend ist das Gewicht der Gondel (Maschinenhaus), die in einem Gehäuse im wesentlichen einen einen Stator und einen Rotor aufweisenden elektrischen Generator, meistens auch ein Getriebe und alle Steuer- und Regeleinrichtungen enthält, stark angestiegen. Bei Großwindkraftanlagen liegt das Gondelgewicht bei ca. 80 t und mehr. Parallel dazu ist auch die Turmhöhe immer weiter angewachsen. Üblich war früher eine Höhe von etwa 50 m. Sie stieg dann an über 65 m und 78 m auf heute etwa 85 m, wobei Turmhöhen von 100 m und mehr schon in der
Planung bzw. im Bau sind. Bei der Montage einer solchen Großwindkraftanlage ergibt sich das Hebeproblem: Wie bekommt man die ca. 80 1 schwere Gondel auf 85 m hochgehoben? Nun stehen zwar Gittermastkrane zur Verfügung, die solche Lasten auf solche Höhen heben können (s. beispielsweise DE 196 42 066 A1 ), aber der Umfang des Antransportes der vielen Einzelkomponenten ist erheblich. Hinzu kommt, dass die vielfach unzureichend ausgebauten Anfahrwege zur Baustelle einen Transport großer Kräne erschweren oder sogar verhindern. Außerdem ist das Aufrüsten eines Gittermastkranes dieser Größenordnung zeitaufwendig und ein schwieriges Aufstellungsgelände wie z. B. ein Bergrücken ist für die Errichtung eines Gittermastkranes nicht geeignet. Bei Turm- höhen von über 100 m ist auch bei Gittermastkranen im Regelfall die Hubgrenze für große Lasten erreicht. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Montage einer Windkraftanlage mit Turmhöhen von mindestens 85 m und mehr und mit Gondelgewichten von 80 1 und mehr anzugeben, das mit weniger Lasttransporten auskommt und auch in schwierigem Aufstellungsgelände einsetzbar ist.
Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 9. Eine erste Lösungsvariante für eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens weist die im unabhängigen Anspruch 11 niedergelegten Merkmale auf, während die Merkmale einer zweiten Lösungsvariante für eine erfindungsgemäße Vorrichtung aus dem unabhängigen Anspruch 13 hervorgehen. Vorteilhafte Weiterbildungen dieser Vorrichtungen ergeben sich aus davon jeweils abhängigen Unteransprüchen.
Zur Lösung der Aufgabe, eine schwere Last mit Hilfe eines Krans auf eine Höhe von z.B.
80 oder 100 oder mehr Meter zu heben ist es erforderlich, dass eine ausreichende Hubkraft durch den Kran zur Verfügung gestellt wird und darüber hinaus der Kran selbst über eine ausreichende Standfestigkeit verfügt. Unter Standfestigkeit soll in diesem Zusammenhang allgemein nicht nur die Beherrschung der Knickgefahr für den Kranaus- leger, sondern auch die Beherrschung der Gefahr des Umkippens des Krans verstanden werden. Die Zurverfügungstellung einer ausreichenden Hubkraft stellt kein großes Problem dar. Anders ist dies jedoch bei der Gewährleistung der Standfestigkeit, wenn es um Hubhöhen geht, die z.B. bei 100 m und mehr liegen. Hier macht sich die Erfindung die Erkenntnis zu Nutze, dass ein bereits errichteter Turmschaft für eine Windkraftanlage ein außerordentlich standfestes Bauwerk darstellt, weil dieser z.B. im Erdboden (oder bei schwimmenden Windkraftanlagen auf einem Schwimmponton) fest verankert ist und eine hohe Knicksteifigkeit besitzt, da er auf das Tragen schwergewichtiger Lasten (Gondel mit Flügelrad im Gesamtgewicht von z.B. 120 1) bei gleichzeitiger Einwirkung erheblicher Windlasten ausgelegt ist. Erfindungsgemäß ist daher vorgesehen, bei der Montage einer Windkraftanlage zur Erzeugung von elektrischem Strom, die einen Turmschaft, eine mit einem elektrischen Generator und gegebenenfalls auch einem Getriebe und mit Steuer- und Regeleinrichtungen bestückte Gondel (Maschinenhaus) und ein Flügelrad für den mechanischen Antrieb des Generators aufweist, wobei die Gondel, das Flügelrad oder wesentliche Teile von diesen nach Errichtung des Turmschafts von einem Hebezeug auf die Höhe des Turmschafts gehoben und montiert werden, zum Heben zumindest desjenigen zu montierenden Teils der Windkraftanlage, welches das höchste Gewicht aufweist, ein Hebezeug einzusetzen, das sich zur Gewährleistung einer ausreichenden Standfestigkeit für den jeweiligen Hebevorgang an dem Turmschaft abstützt, also dessen mechanische Festigkeit ausnutzt. Dabei sind zumindest zwei Grundvarianten möglich.
In einer ersten Grundvariante ist vorgesehen, dass die Hebevorgänge mit Hilfe eines am unteren Ende des Turmschafts aufgestellten, also im Regelfall auf dem Erdboden stehenden Krans ausgeführt werden, der an sich für diese Hebeaufgabe nicht ohne weiteres geeignet ist, weil er frei stehend zumindest unter der schwersten bei der Montage zu hebenden Last keine ausreichende Standfestigkeit bieten würde. Erfindungsgemäß ist eine Ertüchtigung dieses Krans dadurch vorgesehen, dass der Ausleger des Krans, der die Höhe des Turmschafts selbstverständlich überragen muss, vor Beginn der
Hebevorgänge mit Hilfe mindestens einer jeweils am Turmschaft und am Ausleger befestigten mechanischen Stütze gegen ein Kippen und/oder Knicken gesichert wird. Der Kran bzw. dessen Ausleger stützt sich also seitlich am Turmschaft ab. Vorzugsweise sind mehrere solche mechanischen Stützen vorgesehen, die zweckmäßigerweise in unter- schiedlicher Höhe angebracht werden. Dabei empfiehlt es sich, eine Stütze nicht als einfachen Stab auszubilden, sondern diese in Form einer stabilen Dreipunkt-Anlenkung zu gestalten. Auf diese Weise lässt sich am Boden ein Kran sicher betreiben, der aufgrund der örtlichen Verhältnisse oder auch aufgrund seiner technischen Auslegung keine ausreichende Standfestigkeit im Sinne der Erfindung für die vorgesehene Hebeaufgabe gewährleisten kann.
In einer zweiten Grundvariante des erfindungsgemäßen Verfahren ist vorgesehen, den Hebevorgang zumindest für das schwerste der zu montierenden Teile mit Hilfe einer hier als Schwerlasthilfskran bezeichneten Hebevorrichtung auszuführen, der direkt oder mittels einer Hilfstragvorrichtung im Bereich des oberen Endes des Turmschafts befestigt worden ist, wobei der Schwerlasthilfskran von einem am unteren Ende des Turmschafts aufgestellten Kran auf die erforderliche Höhe gehoben und montiert wird. Dieser Kran, dessen Ausleger bei Bedarf selbstverständlich auch entsprechend der ersten Lösungsvariante am Turmschaft abgestützt werden könnte, kann zuvor auch die Hilfstragvor- richtung zu deren Montage auf die Turmhöhe befördern. Es ist aber auch möglich, diese
Hilfstragvorrichtung bereits vorher mit dem Schwerlasthilfskran zu verbinden und beide Baueinheiten zusammen zu heben und zu montieren.
Vorzugsweise wird als Kran für das Heben des Schwerlasthilfskrans ein fahrbarer Teles- kopkran mit Hilfsausleger oder ein fahrbarer Gittermastkran eingesetzt. In diesem
Zusammenhang bedeutet fahrbar, dass der Kran über ein eigenes Antriebssystem zum Fahren verfügt. Es empfiehlt sich, bei einem Teleskopkran einen wippbaren Hilfsausleger mit mindestens einer Wippstütze einzusetzen, wobei am Kopf des ersten Teleskop- Schutzes des Teleskopkrans ein Adapter angebracht wird, an dem sowohl der Hilfsausleger als auch die Wippstützen befestigt werden können. Vorzugsweise wird am Boden ein Kran eingesetzt, dessen Gesamthubhöhe mindestens 100 m beträgt und der bei voller Auslegerhöhe in Steilstellung mindestens 20 1, vorzugsweise mindestens 30 t heben kann.
Im Hinblick auf die Montage der an der Spitze des Turmschaftes anzubringenden Teile der Windkraftanlage ist anzumerken, dass es prinzipiell vorstellbar ist, ein komplett vormontiertes Gesamtaggregat, das also das Maschinenhaus mit dem elektrischen Generator, gegebenenfalls einem Getriebe, den erforderlichen Steuer- und Regeleinrichtungen sowie dem Flügelrad, das aus einer Nabe und in den meisten Fällen drei daran befestigten Flügeln besteht, umfasst, auf den Turmschaft zu heben und dort zu montieren. Im Regelfall wird es aber zweckmäßiger sein, lediglich bestimmte Baugruppen vorzufertigen und diese erst auf der Baustelle zu montieren, damit die zu hebenden Lasten nicht zu groß werden. Die Gondel einer Windkraftanlage weist üblicherweise eine vergleichsweise leichte Außenverkleidung auf, die montiert werden kann, wenn die besonders schweren Baugruppen (z.B. Generator) bereits in die Gondel eingesetzt wurden. Das Flügelrad bzw. dessen einzelne Flügel werden in der Regel zum Schluss montiert, wobei die Einzelmontage der Flügel immer noch üblich ist. Da mit der erfindungsgemäßen Lösung das Heben auch schwerer Lasten auf sehr große Höhen wesentlich erleichtert wird, kann mit Vorteil vorgesehen werden, das Flügelrad noch am Boden auf der Baustelle vorzumontieren und dann erst als Baugruppe auf die Höhe des Turmschafts zu heben und zu montieren. Je größer die zu hebenden Gewichte sind, um so zweckmäßiger ist es, den Schwerlasthilfskran mittels Gegengewichten, die auf eine entsprechende Vorrichtung aufgelegt oder auch angehängt werden können, zu stabilisieren.
Selbstverständlich ist es möglich, dass einzelne leichtere Teile der Windkraftanlage, die montiert werden müssen, von dem am Erdboden aufgestellten Kran auf die Höhe des Turmschafts gehoben und dort montiert werden. Dies ist regelmäßig zumindest dann geboten, wenn der Schwerlasthilfskran nach Beendigung der Montage der schwersten Einzelteile oder Baugruppen bereits wieder abgebaut wurde.
Das nachfolgende Ausführungsbeispiel verdeutlich den möglichen Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens. Dabei erfolgt die Montage in mehreren voneinander abhängigen Arbeitsschritten. Zuerst wird ein fahrbarer Teleskopkran mit einem starren oder wippbaren Hilfsausleger in der Nähe eines bereits errichteten Turmschaftes aufgerüstet. Danach wird ein Schwerlasthilfskran auf die Höhe des Turmschaftes hochge- hoben, am Turmschaftende befestigt und gesichert. Alternativ ist es auch möglich, zuvor eine Hilfstragvorrichtung, z.B. in Form einer Plattform, am Turmschaftende anzubringen und auf dieser den Schwerlasthilfskran anzuordnen. Das Anbringen der Hilfstragvorrichtung kann im Zuge der Errichtung des Turmschaftes erfolgen oder sie wird zu einem späteren Zeitpunkt mittels des fahrbaren Teleskopkranes auf die Höhe des Turmschaftes angehoben. Mittels des nunmehr montierten Schwerlasthilfskranes kann die Gondel auf die Höhe des Turmschaftes hochgehoben und am Turmschaftende befestigt werden. Falls erforderlich, wird zum Ausgleich der Momente vor dem Hochheben der Gondel ein festes oder pendelndes Gegengewicht am Schwerlasthilfskran angeordnet. Das Flügelrad kann wahlweise durch den Schwerlasthilfskran oder durch den fahrbaren Teleskopausleger hochgehoben und danach an der Gondel befestigt werden. Je nachdem wird der Schwerlasthilfskran vor Anbringung des Flügelrades demontiert oder erst danach. Nach Demontage des Schwerlastkranes wird auch die Hilfstragvorrichtung demontiert und auf den Boden abgesenkt. Abschließend wird der Teleskopkran abgerüstet.
Die vorgeschlagene Verfahrensweise hat folgende Vorteile:
Es kann für die Errichtung einer Großwindkraftanlage ein standardmäßig zur Verfügung stehender fahrbarer Teleskopkran verwendet werden.
Der Umfang der notwendigen Lasttransporte zur Baustelle ist erheblich geringer im Vergleich zu einem Gittermastkran
Die Aufstellung eines fahrbaren Teleskopkranes ist auch im schwierigen Gelände möglich
Die Auslegung des Teleskopkranes ist auf den ein wesentlich niedrigeres Gewicht aufweisenden Schwerlasthilfskran im Vergleich zum Gondelgewicht ausgerichtet.
Vorzugsweise wird als Schwerlasthilfskran ein Oberwagen einschließlich eines damit verbundenen Teleskopauslegers eines Standard-Teleskopkranes eingesetzt. Dieser weitergehende Vorschlag zeigt weitere Vorteile:
Es ist keine Spezialanfertigung eines Schwerlasthilfskranes erforderlich, sondern es kann auf eine Hauptkomponente eines Standardgerätes zurückgegriffen werden. Der Oberwagen enthält bereits alle notwendigen Installationen, wie z. B. Hydraulikanschlüsse, Steuer- und Regeleinrichtungen, Winde usw.
Die notwendige Auslegerlänge kann durch die Wahl der Anzahl der Schüsse angepasst und somit das Gewicht in Grenzen gehalten werden.
Das Gewicht des zu hebenden Schwerlastkranes ist erheblich geringer als das Eigengewicht der Gondel.
Das bereits erwähnte Anhängen eines festen oder pendelnden Gegengewichts am
Schwerlasthilfskran hat den Vorteil, dass die Belastung des Turmschaftes in Grenzen gehalten wird. Beim Anheben der schweren Gondel kann u.U. das im Turmschaftende sich ergebende Biegemoment zu groß werden. Durch das Anhängen des Gegengewichtes an den Schwerlasthilfskran wird die sich ergebende Schwerkraftlinie mehr in die Nähe der Turmachse gerückt und somit das Biegemoment verkleinert.
Zur Durchführung des Verfahren gemäß der ersten Grundvariante der vorliegenden Erfindung ist ein Kran, insbesondere ein fahrbarer Kran vorgesehen, dessen Gesamthubhöhe in Steilstellung seines Auslegers mindestens der Höhe des Turmschafts der Wind- kraftanlage entspricht, wobei die Standfestigkeit dieses Krans bei einer freien Aufstellung des Krans nicht ausreichen würde, um zumindest das schwerste der zu montierenden Teile der Windkraftanlage auf die erforderliche Montagehöhe zu heben. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Ausleger dieses Krans mit mindestens einer mechanischen Stütze ausgerüstet ist, die zur Erhöhung der Knicksteifigkeit des Auslegers und/oder zur Sicherung gegen ein Kippen des Krans mit dem Turmschaft verbindbar ist. Vorzugsweise sind mehrere mechanische Stützen vorgesehen, wobei diese zweckmäßig in unterschiedlichen Höhen entlang dem Turmschaft bzw. dem Ausleger befestigt werden.
Zur Durchführung der zweiten Grundvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Schwerlasthilfskran vorgeschlagen, dessen Tragfähigkeit auf das Heben der schwersten der zu montierenden Teile der Windkraftanlage ausgelegt ist und der direkt oder mit Hilfe einer im Bereich des oberen Endes des Turmschafts der Windkraftanlage befestigbaren Hilfstragvorrichtung am Turmschaft in der Weise anbringbar ist, dass der Schwerlasthilfskran vollständig von dem Turmschaft gehalten wird. Vorzugsweise ist der Schwerlasthilfs- kran keine Sonderkonstruktion, sondern ein Oberwagen einschließlich eines damit verbundenen Auslegers eines Standard-Teleskopkrans oder Standard-Gittermastkrans. Bei einem Gittermastkran sollte der Gittermastausleger bevorzugt in der Weise geteilt ausgeführt sein, dass zum Transport bzw. zur Montage und Demontage des Schwerlasthilfs- krans ein Oberteil des Gittermastauslegers an einem unteren Teil des Gittermastauslegers anklappbar ist.
Weiterhin ist es vorteilhaft, den Schwerlasthilfskran so zu gestalten, dass an ihm ein Gegengewicht zur zu hebenden Last anbringbar ist.
Im Hinblick auf die Befestigung des Schwerlasthilfskrans wird, wenn keine unmittelbare Befestigung auf dem Turmschaft vorgesehen ist, vorteilhaft eine Hilfstragvorrichtung vorgeschlagen, die formschlüssig mit dem obersten Teilstück des Turmschafts verbindbar ist. Eine solche Hilfstragvorrichtung kann als Zwischenrahmen im Sinne einer horizontalen Montageplattform ausgebildet sein, auf der seitlich zur Längsachse des Turmschafts versetzt der Schwerlasthilfskran montiert werden kann. Vorzugsweise weist ein solcher Zwischenrahmen eine von einem umlaufenden Rahmen eingeschlossene Aufnahmeöffnung auf, deren Form der Querschnittsform des oberen Endes des Turm- schafts entspricht, wobei der Rahmen mindestens ein peripher aufklappbares Rahmenteil umfasst und auf seiner Innenseite umlaufend oder in Umfangsabschnitten mindestens ein Formelement aufweist, welches zur formschlüssigen Verbindung mit dem Turmschaft in mindestens ein entsprechend negativ geformtes zweites Formelement am Turmschaft eingreift. Es versteht sich von selbst, dass das aufklappbare Rahmenteil mit dem übrigen Rahmen verriegelbar sein muss.
Die erfindungsgemäße Hilfstragvorrichtung kann aber auch vorteilhaft als Turmverlängerung am oberen Ende des Turmschafts ausgebildet sein. Eine solche Verlängerung kann zweckmäßig als Tragbalkenkonstruktion ausgeführt werden, die an ihrem oberen Ende horizontal abgewinkelt ist, um auf dem abgewinkelten Teil über eine Ankoppelvorrichtung den Schwerlasthilfskran zu befestigen. Damit lässt sich ähnlich wie bei der Ausführung als Zwischenrahmen der Schwerlasthilfskran so anordnen, dass sein Schwerpunkt außerhalb der Längsachse des Turmschaftes liegt. Diese Turmverlängerung kann an der Stirnseite des Turmschafts oder aber auch auf dessen Innenseite befestigt sein, da der Turmschaft im Regelfall rohrförmig, also hohl ausgebildet ist.
In einer anderen Ausführungsform sieht die Erfindung vor, dass die Turmverlängerung als koaxial zur Längsachse des Turmschafts ausgerichtetes Stabtragwerk ausgebildet ist. Im Hinblick auf die Flexibilität des Einsatzes des Schwerlasthilfskrans ist es von großem Vor- teil, wenn dieser um eine vertikale Achse drehbar auf der Hilfstragvorrichtung gelagert ist.
Alternativ oder zusätzlich hierzu sollte der Schwerlasthilfskran einen wippbaren Ausleger aufweisen. Dadurch lässt sich die zu hebende Last auch in horizontaler Richtung in der jeweils erforderlichen Weise bewegen. Nachfolgend wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen in teilweise schematisierter Form:
Fig. 1 eine Prinzipskizze für die Montage eines Schwerlasthilfskrans auf der
Spitze eines Turmschafts für eine Windkraftanlage,
Fig. 2 einen als Teleskopkran ausgebildeten Schwerlasthilfskran,
Fig. 3 einen als Gittermastkran ausgebildeten Schwerlasthilfskran,
Fig. 4 eine montierte Windkraftanlage,
Fig. 5 einen auf einem Zwischenrahmen an einem Turmschaft befestigten Schwerlasthilfskran,
Fig. 6 einen Zwischenrahmen in seitlicher Ansicht und in Draufsicht,
Fig. 7 einen vergrößerten Querschnitt gemäß Linie A-A in Fig. 6,
Fig. 8, 9 Prinzipbilder für die Einsatzmöglichkeiten eines drehbar gelagerten
Schwerlasthilfskrans,
Fig. 10 eine Windkraftanlage mit Schwerlasthilfskran auf einer abgewinkelten Turmverlängerung,
Fig. 11 eine abgewinkelte Turmverlängerung,
Fig. 12 die montierte Windkraftanlage gemäß Fig. 10 und
Fig. 13, 14 Arbeitspositionen eines auf einer als Stabtragwerk ausgeführten
Turmverlängerung montierten Schwerlasthilfskrans mit Gittermastausleger.
In der Prinzipskizze ist ein aufgerüsteter Teleskopkran 1 dargestellt, bestehend aus einem hier neunachsigen Unterwagen 2 und einem drehbar darauf angeordneten Oberwagen 3 mit einem daran befestigten Teleskopausleger 4. Der Teleskopausleger 4 setzt sich in diesem Ausführungsbeispiel zusammen aus einem Grundkasten 5 mit ange- lenktem Wippzylinder 37 und mehreren darin teleskopierbaren Schüssen 6 - 9. Im teleskopierten Zustand erreicht der Teleskopausleger 4 eine Höhe von ca. 40 m. Am Kopf 10 des innersten Teleskopschusses 9 ist ein Adapter 11 befestigt, an den zum einen ein aus Gittermastbauteilen gebildeter Hilfsausleger 12 sowie zwei Wippstützen 13, 14 befestigt sind. Die oberste Wippstütze 13 ist nach oben hin über eine feste Abspannung
15 mit einem Zwischenstück 16 des Hilfsauslegers 12 verbunden. Nach unten hin ist die oberste Wippstütze 13 über eine feste Abspannung 17 mit der untersten Wippstütze 14 verbunden. Die unterste Wippstütze 14 ist über eine längenveränderbare Abspannung 18 mit einem auf dem Oberwagen 3 angeordneten Gegengewicht 19 verbunden. Das Hub- seil 20 ist auf einer auf dem Oberwagen 3 angeordneten Winde 21 aufgewickelt und läuft über zwei in den jeweiligen Wippstützen 13, 14 angeordneten Umlenkrollen 22, 23 zum Kopf 24 des Hilfsauslegers 12. Am Anfang des Hubseiles 20 ist in bekannter Weise eine Unterflasche 25 mit einem Haken angeordnet. In der aufgerüsteten Stellung erreicht in Steilstellung der Kopf 24 des Hilfsauslegers 12 eine Spitzenhöhe von mehr als 120 m.
Neben dem Teleskopkran 1 ist der schon errichtete Turmschaft 26 zu erkennen, der hier aus fünf Segmenten 27.1-27.5 mit je 20 m Höhe sich zusammensetzt. Erfindungsgemäß ist zum Hochheben der nicht dargestellten Gondel einer Windkraftanlage auf die Spitze des Turmschaftes 26 ein Schwerlasthilfskran 28 angeordnet, der in der Lage ist, die schwere Gondel auf die Turmschaftspitze zu heben. Zuvor ist mittels des Teleskopkranes 1 der sehr viel leichtere Schwerlasthilfskran 28 auf die Spitze des Turmes 26 hochgehoben worden. Die Befestigung des Schwerlasthilfskranes an der Spitze des Turmschaftes 26 erfolgt beispielsweise mittels eines hier nicht dargestellten, als Hilfsplattform ausgebildeten Zwischenrahmens, der zuvor an der Spitze des Turmschaftes 26 ange- ordnet worden ist und weiter unten noch näher erläutert wird. Der Schwerlasthilfskran 28 ist mit einem Träger 36 am hinteren Ende versehen, an den ein Gegengewicht zur Kompensation des durch die zu hebende Last verursachten Lastmoments anhängbar ist. Nach Montage der Gondel und nach dem Herunterlassen des Schwerlasthilfskranes 28 wird die Hilfsplattform wieder demontiert.
Vorzugsweise ist gemäß der Darstellung in Figur 2 der Schwerlasthilfskran 28 ein Oberwagen eines Standard-Teleskopkranes. Dieser besteht in bekannter Weise aus einem Drehkranz 29 und einem darauf befestigten Teleskopausleger 30 mit mindestens einem darin eingeschobenen Teleskopschuss 31. Am Kopfstück 32 des Teleskopschusses 31 sind in üblicher weise zwei Kopfrollen 33 vorgesehen, von denen lediglich eine sichtbar ist. Der Teleskopausleger 30 ist mit einem am Oberwagen sich abstützenden Wippzylinder 35 verbunden. Am hinteren Ende des Oberwagens ist eine Winde 34 für das Hubseil angeordnet. Mit dem Bezugszeichen 40 ist ein Ladegeschirr für das Heben des Schwerlasthilfskrans 28 bezeichnet.
In Fig. 3 ist eine alternative Ausführung des Schwerlasthilfskrans 28 ebenfalls wie in Fig. 2 in schematischer Seitenansicht und Draufsicht dargestellt. Funktionsgleiche Bauteile tragen hierbei gleiche Bezugszeichen. Statt eines Teleskopauslegers 30 verfügt dieser Schwerlasthilfskran 28 über einen Gittermastausleger 38, der in bevorzugter Weiterbildung der Erfindung geteilt ausgeführt ist, so dass ein oberer Teil dieses Gittermastauslegers 38 an einen unteren Teil anklappbar ist. Dies erleichtert den Transport und selbstverständlich auch die Montage und Demontage des Schwerlasthilfskrans auf einem Turmschaft. Ein weiterer Unterschied zu Fig. 2 besteht darin, dass der Schwerlasthilfskran 28 in Fig. 3 bereits mit einem als Montageplattform dienenden Zwischenrahmen 39 versehen ist, auf dem der Drehkranz 29 befestigt ist.
Fig. 4 zeigt in zwei Ansichten eine Windkraftanlage mit einem aus den Segmenten
27.1 - 27.6 bestehenden Turmschaft 26, an dessen Turmspitze eine Gondel 41 mit einem Flügelrad montiert ist. Die rechte Teilfigur zeigt die prinzipielle Arbeitsweise des noch über einen Zwischenrahmen 39 an der Spitze des Turmschafts 26 vorübergehend installierten Schwerlasthilfskrans 28. Dieser Schwerlasthilfskran 28 ist in zwei Arbeits- Stellungen dargestellt. In der strichpunktierten Stellung nimmt der Schwerlasthilfskran eine Last, die beispielsweise in der Gondel 41 besteht und ein sehr hohes Gewicht von z.B. 50 1 aufweist, vom Erdboden auf und hebt diese Last in die Höhe. Nach Erreichen eines Hubniveaus oberhalb der Spitze des Turmschafts 26 wird der Teleskopausleger des Schwerlasthilfskrans 28 durch einen Wippzylinder angehoben, so dass die Gondel 41 in eine Ausrichtung gelangt, bei der die Längsachse der Gondel 41 die Längsachse des Turmschafts 26 kreuzt. Nach Erreichen dieser Position kann dann die Gondel 41 in ihre endgültige Montageposition abgesenkt und an der Spitze des Turmschafts 26 endgültig befestigt werden. Dieses Arbeiten des Schwerlasthilfskrans ist möglich, weil dieser durch den Zwischenrahmen 39 gleichsam neben dem Turmschaft 26, also außermittig zur Längsachse positioniert ist. Diese Arbeitsweise geht noch deutlicher aus der detaillierteren Darstellung der Fig. 5 hervor. Die von dem Schwerlasthilfskran 28 zu überwindende Hubhöhe ist dort wie auch in anderen Figuren mit H bezeichnet.
In Fig. 6 ist der vorstehend bereits mehrfach erwähnte Zwischenrahmen 39 in zwei An- sichten schematisch in einer leicht montierbaren und demontierbaren Ausführungsform dargestellt. Der Zwischenrahmen 39 weist eine Aufnahmeöffnung 42 auf, deren Form und Größe dem Querschnitt des Turmschafts an der Turmspitze (Segment 27.6 in Fig. 4) entspricht. Die Aufnahmeöffnung 42 ist von einem Rahmen eingeschlossen, der ein sich etwa über den halben Umfang erstreckendes peripher aufklappbares Rahmenteil 43 umfasst. Das Rahmenteil 43 ist sowohl in der geschlossenen, d.h. montierten Stellung, wie auch (strichpunktiert) in einer aufgeklappten Stellung dargestellt. Damit der Zwischenrahmen 39 sicher an der Spitze des Turmschafts 26 befestigt werden kann, ist erfin- dungsgemäß vorgesehen, dass das oberste Segment 27.6 des Turmschafts, wie dies aus der vergrößerten Detaildarstellung der Fig. 7 hervorgeht, die einen Schnitt gemäß der Linie A-A in Fig. 6 in montierter Position wiedergibt, mit einer Verstärkung 45 versehen wird, die auch zur Aufnahme der zu montierenden Gondel mit den zugehörigen Komponenten wie Generator usw. dient. Die Verstärkung 45 ist ringförmig entsprechend dem Querschnitt des Segments 27.6 ausgeführt. An ihrem Außenumfang weist die Verstärkung 45 ein als ringförmig umlaufende Nase 44 ausgebildetes Formelement auf. Diese dient dazu, den Zwischenrahmen 39 mit dem aufklappbaren Rahmenteil 43 formschlüssig zu halten. Hierzu verfügt der Zwischenrahmen 39 im Bereich der Aufnahmeöffnung 42 ebenfalls über eine umlaufende Verstärkung 46, die mit einem der Nase 44 entsprechenden, aber negativ geformten Formelement versehen ist, nämlich mit einer umlaufenden Nut, in die die Nase 44 eingreifen kann. Während die beiden Verstärkungen 45 und 46 massiv aus einem Vollmaterial ausgeführt sind, stellt der Zwischenrahmen 39 aus Gründen der Gewichtsverminderung bei möglichst großer Steifigkeit eine aus Blechen geschweißte Kastenkonstruktion dar.
In einer schematischen Draufsicht ist in Fig. 8 ein als Teleskopkran ausgebildeter Schwerlasthilfskrans 28 dargestellt, der mit Hilfe eines Zwischenrahmens 39 an einem Turmschaft 26 befestigt ist, welcher sich in üblicher Weise von unten nach oben verjüngt. Man erkennt, dass der Zwischenrahmen 39 durch das aufklappbare Rahmenteil 43 äußerst einfach und schnell am oberen Ende des Turmschafts 26 befestigt werden kann, indem dieses Rahmenteil 43 geschlossen und mit dem übrigen Rahmen verbolzt wird. Durch die formschlüssige Verbindung gemäß Fig. 7 ist ein sicherer Halt gewährleistet. Der Schwerlasthilfskran 28 ist am äußeren freien Ende des Zwischenrahmens 39 auf einem Drehkranz angeordnet, so dass er weitgehend außerhalb der Längsachse des Turmschafts 26 positioniert ist. Man erkennt weiter, dass die als Gondel 41 dargestellte Last, die am Boden neben dem Turmschaft 26 gelagert ist, von dem ausgefahrenen Teleskopausleger 30 aufgenommen und auf die Höhe der Turmspitze angehoben werden kann. Durch Betätigung des in dieser Ansicht nicht dargestellten Wippzylinders kann der Teleskopausleger 30 in eine derartige Steilstellung gebracht werden, dass die Gondel 41 in eine montagegerechte Position zur Spitze des Turmschafts 26 gebracht wird.
Aus der Fig. 9 ist ersichtlich, dass der Schwerlasthilfskran 38, dessen Teleskopausleger nicht dargestellt ist, durch Drehung auf dem Drehkranz 29 schräg zu der Verbindungslinie zwischen den Mittelpunkten des kreisförmigen Turmquerschnitts und des Drehkranzes angestellt werden kann, so dass sein Ausleger in die für eine Montage des nicht dargestellten Flügelrads der Windkraftanlage, welches auf der rechten Stirnseite der Gondel 41 zu montieren ist, geeignete Position kommt. Diese Montageposition für das Flügelrad ist in einer Frontalansicht bezüglich der Gondel 41 in Fig. 10 dargestellt.
Fig. 12 zeigt die fertigmontierte Windkraftanlage in einer Seitenansicht bezüglich der Gondel 41. Im Unterschied zu den Figuren 4, 5, 8 und 9 ist die Hilfstragvorrichtung für den Schwerlasthilfskran 28 nicht durch eine seitlich auskragende Montageplattform sondern durch eine Turmverlängerung in Form einer an ihrem oberen Ende horizontal abgewinkelten Tragbalkenkonstruktion 47 ausgebildet. Fig. 1 1 zeigt diese Tragbalkenkonstruktion 47 in einer vergrößerten Form. Man erkennt auf dem abgewinkelten Teil der Tragbalkenkonstruktion 47 eine Ankoppelvorrichtung 48 für die Befestigung des Schwerlasthilfskrans 28. Die Tragbalkenkonstruktion 47 wird vorzugsweise im Bereich der Stirn- seite des Turmschafts 26 an entsprechenden nicht näher dargestellten Aufnahmepunkten lösbar befestigt. Durch das Auskragen der Tragbalkenkonstruktion 47 wird auch in diesem Fall eine Verlagerung des Schwerpunkts des Schwerlasthilfskrans außerhalb der Längsachse des Turmschafts 26 erreicht. Allerdings ist diese Verlagerung im Regelfall nicht so groß wie bei der Lösung in Form des Zwischenrahmens 39 gemäß Fig. 6. Aus Fig. 10 geht aber hervor, dass der Schwerlasthilfskran 28 in jedem Fall außerhalb der
Umrisslinie der Gondel 41 angeordnet ist. Da die Gondel 41 üblicherweise eine durch vergleichsweise leichtgewichtige Gehäuseschalen nachträglich zu verkleidende Rahmenkonstruktion (nicht dargestellt) bildet, kann die Montage des schwergewichtigen Teils der Gondel 41 um die Tragbalkenkonstruktion 47 herum an der Spitze des Turmschafts 26 erfolgen. Nachdem die Montage der Gondel 41 einschließlich der in ihr angeordneten
Aggregate und des Flügelrads erfolgt sind, kann von einem in Fig. 10 nicht dargestellten Kran vom Erdboden aus der Schwerlasthilfskran 28 von der Spitze des Turmschafts 26 heruntergehoben und auch die Tragbalkenkonstruktion 47 wieder demontiert und zum Erdboden herabgelassen werden. Abschließend werden von diesem Kran dann auch die Gehäuseschalen der Gondel 41 auf die Höhe H des Turmschafts 26 gehoben und montiert.
In den Fig. 13 und 14 ist in zwei verschiedenen Hubpositionen ein Schwerlasthilfskran 28 mit einem Gittermastausleger 38 auf der Spitze eines Turmschafts dargestellt dessen oberstes Segment mit 27.5 bezeichnet ist. Die Umrisslinie einer Gondel 41 ist in Seitenansicht in der endgültigen Montageposition angedeutet. Der Schwerlasthilfskran 28 ist in diesem Fall auf eine Turmverlängerung in Form eines Stabtragwerks 49 aufgesetzt. In diesem Fall kann der Schwerlasthilfskran 28 nicht um eine vertikale Achse gedreht werden, sondern ist drehfest angebracht. Mittels des Wippzylinders 35 kann der Gittermastausleger 38 jedoch in seiner Neigung um eine horizontale Drehachse verstellt werden. Auf diese Weise kann der Schwerlasthilfskran 28 eine am Erdboden neben dem Turmschaft aufgestellte Last 50, die beispielsweise der schwergewichtige Generator mit Stator und Rotor der Windkraftanlage sein kann, aufnehmen und am Turmschaft entlang in die erforderliche Höhe H heben. In Fig. 13 ist der ursprüngliche Abstand der Last 50 von der Längsachse des Turmschafts mit E bezeichnet. Die Montageposition der Last 50 innerhalb der Gondel 41 ist strichpunktiert dargestellt. Fig. 14 zeigt, dass durch Steilstellung des Gittermastauslegers 38 mittels des Wippzylinders 35 nach Erreichen der Hubhöhe H ohne weiteres diese endgültige Montageposition für die Last 50 eingestellt werden kann, ohne dass diese durch das Stabtragwerk 49 gestört wird.
Bezugszeichenliste
1 Teleskopkran
2 Unterwagen
3 Oberwagen
4 Teleskopausleger
5 Grund kästen
6 Teleskopschuss
7 Teleskopschuss
8 Teleskopschuss
9 Teleskopschuss
10 Kopf des Teleskopschusses 9
11 Adapter
12 Hilfsausleger
13 Wippstütze
14 Wippstütze
15 Abspannung
16 Zwischenstück
17 Abspannung
18 Abspannung
19 Gegengewicht
20 Hubseil
21 Winde
22 Umlenkrolle
23 Umlenkrolle
24 Kopf des Hilfsauslegers 12
25 Unterflasche
26 Turmschaft
27.1-27.6 Segmente des Turmschafts
28 Schwerlasthilfskran
29 Drehkranz
30 Teleskopausleger
31 Teleskopschuss
32 Kopfstück
33 Kopfrolle
34 Winde
35 Wippzylinder 36 Träger für Gegengewicht
37 Wippzylinder
38 Gittermastausleger
39 Zwischenrahmen
40 Ladegeschirr
41 Gondel
42 Aufnahmeöffnung
43 aufklappbares Rahmenteil
44 Nase (umlaufend)
45 Verstärkung Turmsegment
46 Verstärkung Zwischenrahmen
47 Tragbalkenkonstruktion
48 Koppeleinrichtung
49 Stabtragwerk
50 Last
H Hubhöhe
E Abstand

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Montage einer Windkraftanlage zur Erzeugung von elektrischem Strom, die einen Turmschaft (26), eine mit einem elektrischen Generator bestückte
Gondel (41) (Maschinenhaus) und ein Flügelrad für den mechanischen Antrieb des Generators aufweist, wobei die Gondel (41) und das Flügelrad oder wesentliche Teile von diesen nach Errichtung des Turmschafts (26) von einem Hebezeug auf die Höhe des Turmschafts (26) gehoben und montiert werden, dadurch gekennzeichnet, dass zum Heben zumindest desjenigen zu montierenden Teils der Windkraftanlage, welches das höchste Gewicht aufweist, ein Hebezeug eingesetzt wird, das sich zur Gewährleistung einer ausreichenden Standfestigkeit für den jeweiligen Hebevorgang an dem Turmschaft (26) abstützt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Hebevorgänge mit Hilfe eines am unteren Ende des Turmschafts (26) aufgestellten Krans ausgeführt werden, der frei stehend zumindest unter der schwersten bei der Montage zu hebenden Last keine ausreichende Standfestigkeit bieten würde und dessen die Höhe des Turmschafts (26) überragender Ausleger vor Beginn der Hebevorgänge mit Hilfe mindestens einer jeweils am Turmschaft (26) und am Ausleger befestigten mechanischen Stütze gegen ein Kippen und/oder Knicken gesichert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Hebevorgang zumindest für das schwerste der zu montierenden Teile mit Hilfe eines Schwerlasthilfskrans (26) ausgeführt wird, der direkt oder mittels einer Hilfstragvorrichtung (39, 47, 49) im Bereich des oberen Endes des Turmschafts
(26) befestigt worden ist, wobei der Schwerlasthilfskran (28) und optional zuvor auch die Hilfstragvorrichtung (39, 47, 49)von einem am unteren Ende des Turmschafts aufgestellten Kran (1) auf die erforderliche Höhe gehoben und montiert werden.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass als am unteren Ende des Turmschafts (26) aufgestellter Kran ein fahrbarer Teleskopkran (1) mit Hilfsausleger (12) oder ein fahrbarer Gittermastkran eingesetzt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teleskopkran (1) oder Gittermastkran eingesetzt wird, dessen Gesamt- hubhöhe mindestens 100 m beträgt und der bei voller Auslegerhöhe in Steilstellung mindestens 20 1, insbesondere mindestens 30 1 heben kann.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teleskopkran (1) mit einem wippbaren Hilfsausleger (12) und mindestens einer Wippstütze (13, 14) eingesetzt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass am Kopf (10) des innersten Teleskopschusses (9) des Teleskopkrans (1 ) ein
Adapter (11 ) angebracht wird, an dem sowohl der Hilfsausleger (12) als auch die Wippstützen (13, 14) befestigt werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Flügelrad am Boden vormontiert und als Baugruppe auf die Höhe des Turmschafts (26) gehoben und montiert wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwerlasthilfskran (28) auf dem Turmschaft (26) vor dem Heben zumindest des schwersten der zu montierenden Teile der Windkraftanlage mit einem Gegengewicht versehen wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eines oder mehrere der leichteren der zu montierenden Teile der Windkraftanlage von dem am unteren Ende des Turmschafts (26) aufgestellten Kran (1) auf die Höhe des Turmschafts gehoben und montiert wird/werden.
11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 , mit einem Kran, insbesondere einem fahrbaren Kran, dessen Gesamthubhöhe in Steilstellung seines Auslegers mindestens der Höhe des Turmschafts (26) der Windkraftanlage entspricht, wobei die Standfestigkeit des Krans bei freier Aufstellung des Krans nicht ausreicht, um zumindest das schwerste der zu montierenden Teile auf diese
Höhe zu heben, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausleger mit mindestens einer mechanischen Stütze ausgerüstet ist, die zur Erhöhung der Knicksteifigkeit des Auslegers und/oder zur Sicherung gegen ein
Kippen des Krans mit dem Turmschaft (26) verbindbar ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass mehrere mechanische Stützen, insbesondere in unterschiedlicher Höhe am
Ausleger angebrachte Stützen, vorgesehen sind.
13. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein Schwerlasthilfskran (28) vorgesehen ist, dessen Tragfähigkeit auf das
Heben der schwersten der zu montierenden Teile der Windkraftanlage ausgelegt ist und der direkt oder mit Hilfe einer im Bereich des oberen Endes des Turmschafts (26) befestigbaren Hilfstragvorrichtung (39, 47, 49) am Turmschaft (26) in der Weise anbringbar ist, dass der Schwerlasthilfskran (28) vollständig von dem Turmschaft (26) gehalten wird.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwerlasthilfskran (28) ein Oberwagen einschließlich eines damit verbundenen Teleskopauslegers (30) eines Standard-Teieskopkrans ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwerlasthilfskran (28) ein Oberwagen einschließlich eines damit verbundenen Gittermastauslegers (38) eines Standard-Gittermastkrans ist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Gittermastausleger (38) in der Weise geteilt ausgeführt ist, dass zur Montage und Demontage des Schwerlasthilfskrans (28) ein oberer Teil an einen unteren Teil des Gittermastauslegers (38) anklappbar ist.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass am Schwerlasthilfskran (28) ein Gegengewicht anbringbar ist.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfstragvorrichtung (39, 47, 49) formschlüssig mit dem obersten Teilstück des Turmschafts (26) verbindbar ist.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfstragvorrichtung als Zwischenrahmen (39) im Sinne einer horizontalen Montageplattform ausgebildet ist, auf dem seitlich zur Längsachse des Turm- schafts (26) versetzt der Schwerlasthilfskran (28) montiert oder montierbar ist.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenrahmen (39) einer von einem umlaufenden Rahmen einge- schlossene Aufnahmeöffnung (42) aufweist, deren Form der Querschnittsform des oberen Endes (27.6) des Turmschafts (26) entspricht, wobei der Rahmen mindestens ein peripher aufklappbares Rahmenteil (43) umfasst und auf seiner Innenseite umlaufend oder in Umfangsabschnitten mindestens ein Formelement (44) aufweist, welches zur formschlüssigen Verbindung mit dem Turmschaft (26) in mindestens ein entsprechend negativ geformtes zweites Formelement am
Turmschaft (26) eingreift.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfstragvorrichtung als Turmverlängerung (47, 49) am oberen Ende (27.6) des Turmschafts (26), insbesondere auf dessen Innenseite oder an dessen
Stirnseite, befestigbar ist.
22. Vorrichtung nach Anspruch 21 , dadurch gekennzeichnet, dass die Turmverlängerung als an ihrem oberen Ende horizontal abgewinkelte
Tragbalkenkonstruktion (47) ausgeführt ist, auf deren abgewinkelten Teil eine Ankoppelvorrichtung (48) für den Schwerlasthilfskran (28) vorgesehen ist.
23. Vorrichtung nach Anspruch 21 , dadurch gekennzeichnet, dass die Turmverlängerung als koaxial zur Längsachse des Turmschafts (26) ausgerichtetes Stabtragwerk (49) ausgebildet ist.
24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwerlasthilfskran (28) um eine vertikale Achse drehbar auf der Hilfstragvorrichtung (39, 47) gelagert ist.
25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwerlasthilfskran (28) einen wippbaren Ausleger (30, 38) aufweist.
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