DE10321850A1

DE10321850A1 - Montagehilfe zum Errichten von Tragmasten von Windenergieanlagen

Info

Publication number: DE10321850A1
Application number: DE2003121850
Authority: DE
Inventors: Uwe Vos
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-05-15
Filing date: 2003-05-15
Publication date: 2004-12-02

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Montagehilfe (22) und ein Verfahren zum Errichten von Tragmasten von Windenergieanlagen, insbesondere beim Bau von Offshore-Windenergieanlagen. Die Montagehilfe (22) umfasst ein Klapp- oder Kippscharnier mit zwei durch ein Schwenkgelenk (24) verbundenen Scharnierhälften (26, 28), von denen die eine am oberen Ende (30) eines im Boden verankerten unteren Mastteils (16) des Tragmasts (4) der zu errichtenden Windenergieanlage (2) und die andere an einem benachbarten Ende (32) eines auf den verankerten Mastteil (16) aufzusetzenden oberen Mastteils (18) lösbar befestigbar ist, um diesen Mastteil (18) beim Aufrichten um das Schwenkgelenk (24) zu verschwenken und die beiden Mastteilenden (30, 32) bei ihrer Annäherung in Bezug zueinander in einer definierten Ausrichtung zu halten. Um die Errichtung der Windenergieanlage (2) zu erleichtern, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass mindestens eine der beiden zylindrischen Scharnierhälften (26, 28) zwei oder mehr schwenkbar verbundene Zylindersektoren (80, 82, 84 bzw. 86, 88, 90) umfasst, die sich zum Einführen eines Mastteilendes (30 bzw. 32) in die Scharnierhälfte (26 bzw. 28) auseinander und nach dem Einführen des Mastteilendes (30 bzw. 32) in die Scharnierhälfte (26 bzw. 28) wieder zusammen schwenken lassen, um die Zylindersektoren (80, 82, 84 bzw. 86, 88, 90) ringförmig um das Mastteilende (30 bzw. 32) herumzulegen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Montagehilfe zum Errichten von Tragmasten von Windenergieanlagen, insbesondere beim Bau von Offshore-Windenergieanlagen, umfassend ein Klapp- oder Kippscharnier mit zwei durch ein Schwenkgelenk verbundenen Scharnierhälften, von denen die eine am oberen Ende eines im Boden verankerten unteren Mastteils des Tragmasts der zu errichtenden Windenergieanlage und die andere an einem benachbarten Ende eines auf den verankerten Mastteil aufzusetzenden oberen Mastteils lösbar befestigbar ist, um diesen Mastteil beim Aufrichten um das Schwenkgelenk zu verschwenken und die beiden Mastteilenden bei ihrer Annäherung in Bezug zueinander auszurichten. Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zum Errichten von Tragmasten von Windenergieanlagen, insbesondere beim Bau von Offshore-Windenergieanlagen, bei dem von zwei durch ein Schwenkgelenk verbundenen Scharnierhälften eines als Montagehilfe dienenden Klapp- oder Kippscharniers eine am oberen Ende eines im Boden verankerten unteren Mastteils des Tragmasts der zu errichtenden Windenergieanlage und die andere an einem benachbarten Ende eines auf den verankerten Mastteil aufzusetzenden oberen Mastteils lösbar angebracht wird, um diesen Mastteil beim Aufrichten um das Schwenkgelenk zu verschwenken und die beiden Enden bei ihrer Annäherung in Bezug zueinander auszurichten und zu führen.

Beim Bau einer Offshore-Windenergieanlage mit einem üblichen, aus einzelnen Segmenten bestehenden hohlzylindrischen Tragmast wird gewöhnlich als erstes ein Fundamentrohr mit vertikaler Ausrichtung etwa 15 bis 20 Meter tief im Meeresboden verankert. Dazu wird das auf einem Schiff oder Schwimmponton zur vorgesehenen Baustelle transportierte Fundamentrohr von einem Schwimmkran oder dergleichen angehoben, in eine vertikale Ausrichtung gebracht und anschließend bis zum Meeresboden abgesenkt, bevor es mit einer Ramme in den Boden eingerammt wird. Anschließend werden mit dem Schwimmkran nacheinander die übrigen Mastsegmente auf das Fundamentrohr bzw. den bereits errichteten Mastteil aufgesetzt und mit dem oberen Ende des Fundamentrohrs bzw. des zuletzt montierten Mastsegments verschraubt. Um beim Aufsetzen der Mastsegmente eine Beschädigung der zum Verschrauben vorgesehenen Flansche infolge von Wellengang zu vermeiden, wird der Schwimmkran während des Errichtens des Tragmasts mittels hydraulischer Stelzen auf dem Meeresboden abgestützt. Bei stärkerem Wellengang kann es jedoch vorkommen, dass die Stelzen vom Meeresboden abgehoben werden. Da die Bewegungen des an einem Hebezeug des Schwimmkrans hängenden Mastsegments in einem solchen Fall nicht mehr kontrollierbar sind, müssen die Arbeiten bis zur erneuten Beruhigung des Wellengangs abgebrochen werden. Ähnliches gilt auch bei größeren Windstärken, da die Mastsegmente eine verhältnismäßig große Windangriffsfläche aufweisen, die ebenfalls zu unkontrollierbaren Bewegungen der Mastsegmente führen kann.

Um derartige witterungsbedingte Verzögerungen beim Bau von Offshore-Windenergieanlagen weitestgehend zu vermeiden, wäre es daher vorzuziehen, den gesamten oberhalb der Wasseroberfläche befindlichen Teil der Windenergieanlage an Land vorzumontieren und anschließend auf dem eingerammten Fundamentrohr zu montieren.

Zur Montage von Masten, insbesondere von Antennenmasten, ist aus der DE 298 13 088 U1 bereits eine Montagehilfe der eingangs genannten Art bekannt. Die bekannte Montagehilfe umfasst zwei durch ein Schwenkgelenk verbundene U-förmige Scharnierplatten, die jeweils mit Schrauben an einem nach außen überstehenden Ringflansch an den benachbarten Mastenden befestigt werden. Allerdings weisen die Mastsegmente von Windenergieanlagen nach innen überstehende Flansche auf, so dass sich die bekannte Montagehilfe dort nicht einsetzen lässt.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Montagehilfe und ein Verfahren der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass der Bau von Windenergieanlagen insbesondere im Offshorebereich erleichtert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in den Patentansprüchen 1, 15 und 21 angegebenen Merkmalskombinationen gelöst.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die gesamte Windenergieanlage abgesehen vom Fundamentrohr an Land zu komplettieren, in horizontaler Lage auf ein Schiff oder einen Schwimmponton zu verladen und an die vorgesehene Baustelle zu transportieren, wo das untere Ende ihres Tragmasts unter Verwendung der Montagehilfe schwenkbar mit dem oberen Ende des bereits in den Meeresboden eingerammten Fundamentrohrs verbunden wird, bevor die Anlage mit Hilfe des Hebezeugs eines Schwammkrans oder dergleichen aufgerichtet wird, wobei die Montagehilfe während des Aufrichtens unerwünschte Relativbewegungen des unteren Endes des Tragmasts und des oberen Endes des Fundamentrohrs verhindert und eine genaue Zentrierung der beiden Enden ermöglicht.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass jede der beiden Scharnierhälften der Montagehilfe aus insgesamt drei Zylindersektoren besteht, von denen jeweils ein Sektor starr mit einem zugehörigen Teil des Schwenkgelenks verbunden ist und sich vorzugsweise etwa um die Hälfte des Umfangs des Mastteils erstreckt, während die beiden anderen Sektoren an den entgegengesetzten Rändern dieses Sektors angelenkt sind, so dass sie sich zum Einführen des Mastteils in das Scharnier um eine zur Zylinderachse parallele Achse nach beiden Seiten aufschwenken lassen. Diese beiden Sektoren erstrecken sich zweckmäßig jeweils etwa über ein Viertel des Umfangs des Mastteils, so dass sie nach ihrem Zusammenschwenken um den eingeführten Mastteil gemeinsam mit dem anderen Sektor den Umfang des Mastteils vollständig umschließen.

Da die Zylindersektoren der erfindungsgemäßen Montagehilfe ein erhebliches Gewicht besitzen, werden sie gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung zum Öffnen und Schließen jeder Scharnierhälfte mit Hilfe von Hydraulik-Schwenkzylindern verschwenkt.

Um zum Beispiel während des Aufrichtens des oberen Mastteils ein unerwünschtes Öffnen der um das Ende des Fundamentrohrs bzw. des oberen Mastteils herumgelegten Scharnierhälfte zu verhindern, sind die beiden Scharnierhälften zweckmäßig mit Sicherungseinrichtungen versehen, mit denen sich die Zylindersektoren in ihrer geschlossenen Stellung sichern lassen. Diese Sicherungseinrichtungen verbinden die beiden kleineren Sektoren nach ihrem Schließen miteinander und umfassen vorzugsweise ebenfalls mindestens einen Hydraulik-Sicherungs- oder Spannzylinder, der die freien Enden der kleineren Sektoren überbrückt und zusammenzieht.

Um zu verhindern, dass die bereits weit aneinander angenäherten benachbarten Enden des Fundamentrohrs und des oberen Mastteils zum Beispiel infolge von Wind- oder Wellenbewegungen mit großer Wucht aufeinander aufsetzen, ist gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung mindestens ein Dämpfungsglied vorgesehen, das an einer Scharnierhälfte angebracht ist und bei Annäherung der beiden Mastteile mit der anderen Scharnierhälfte in Berührung oder in Eingriff tritt. Das Dämpfungsglied ist vorzugsweise gesteuert betätigbar, um die Annäherung der beiden Enden kontrolliert zu beeinflussen und umfasst bevorzugt mindestens einen diametral gegenüber vom Schwenkgelenk gelenkig an einer Scharnierhälfte befestigten Hydraulik-Dämpfungszylinder, dessen Kolbenstange sich mit ihrem freien Ende in einer an der anderen Scharnierhälfte angebrachten Pfanne abstützt. Zweckmäßig lässt sich das freie Ende der Kolbenstange in der Pfanne verriegeln, so dass der obere Mastteil anschließend allein durch Einfahren der Kolbenstange des Dämpfungszylinders und ohne Zuhilfenahme des zuvor zum Aufrichten verwendeten Krans vollständig in die lotrechte Stellung gebracht werden kann.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die beiden Scharnierhälften außer durch das Schwenkgelenk auch noch durch mindestens eine Hydraulik-Kippzylinder verbunden sind, der so zwischen den beiden Scharnierhälften angeordnet ist, dass sich diese in leerem Zustand in Bezug zueinander um das Schwenkgelenk kippen lassen.

Die Versorgung der Hydraulikzylinder der Scharnierhälften mit Hydraulikfluid erfolgt mit Hilfe von einer oder mehreren Hydraulikpumpen aus einem Hydrauliktank, der zweckmäßig ebenso wie alle oder ein Teil der Hydraulikpumpen von einer der beiden Scharnierhälften getragen wird. Dadurch wird vermieden, dass Hydraulikleitungen zwischen dem Hydrauliktank und den Hydraulikpumpen bzw. den Hydraulikzylindern infolge von Wellenbewegungen auf Zug beansprucht werden und ggf. reißen können. Außer dem Hydrauliktank und den Hydraulikpumpen sind die Scharnierhälften vorzugsweise auch noch mit Laufstegen und/oder Leitern versehen, von denen aus die ordnungsgemäße Positionierung der benachbarten Enden des Fundamentrohrs und des oberen Mastteils in Bezug zueinander überwacht und ggf. das zum Aufrichten der Windenergieanlage verwendete Hebezeug gesteuert werden kann.

Zur Anpassung an unterschiedliche Mastquerschnitte am oberen Ende des Fundamentrohrs bzw. am unteren Ende des oberen Mastteils von Tragmasten von Windenergieanlagen können an der Innenseite der Zylindersektoren Distanzelemente eingehängt oder auf andere Weise befestigt werden, um den Abstand zwischen der Außenwand des Mastteilendes und der benachbarten Innenwand der Scharnierhälfte zu überbrücken.

Um sicherzustellen, dass die zum Verschrauben des oberen Mastteils mit dem Fundamentrohr dienenden Schraubenbohrungen in den nach innen überstehenden Schraubflanschen an den benachbarten Enden des Fundamentrohrs und des oberen Mastteils miteinander fluchten, wenn der letztere vertikal aufgerichtet ist, sieht eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung vor, an jeder der Scharnierhälften mindestens eine Aussparung oder eine Nase vorzusehen, die beim Einführen des zugehörigen Endes des Fundamentrohrs oder des oberen Mastteils in die Scharnierhälfte mit einer komplementären Nase oder Aussparung auf dem Ende des Fundamentrohrs bzw. oberen Mastteils in Eingriff gebracht werden kann, um die beiden Komponenten in Bezug zu den Scharnierhälften in eine vorbestimmte Drehausrichtung zu bringen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
Die 1 bis 4 schematische Ansichten zur Erläuterung der Vorgehensweise beim Errichten einer Offshore-Windenergieanlage;
5 und 6: vergrößerte Seitenansichten einer beim Errichten der Windenergieanlage eingesetzten Montagehilfe;
7: eine Draufsicht von oben auf die Montagehilfe aus 4;
8: eine leicht perspektivische Vorderseitenansicht der Montagehilfe;
9: eine andere perspektivische Ansicht der Montagehilfe mit geöffneten Scharnierhälften;
10: eine Seitenansicht eines Mastabschnitts der errichteten Windenergieanlage nach dem Abnehmen der Montagehilfe;
11 und 12: Ansichten eines Teils einer abgewandelten Montagehilfe.
Unter Bezugnahme auf die 1 bis 4 wird zuerst ein Verfahren zur Errichtung einer Offshore-Windenergieanlage 2 kurz erläutert. Die in den 1 bis 4 schematisch dargestellte Windenergieanlage 2 besteht wie herkömmliche Windenergieanlagen im Wesentlichen aus einem Tragmast 4, einer am oberen Ende des Tragmasts 4 drehbar angebrachten Gondel 8, die einen Generator und andere zur Stromerzeugung notwendige Einrichtungen (nicht dargestellt) umschließt, sowie einen an einer Nabe 10 der Gondel 8 befestigten Rotor 12, der vom Wind in Drehung versetzt wird und den Generator treibt.
Der Tragmast 4 besteht aus einem in den Meeresboden 14 eingerammten Fundamentrohr 16 und einem auf das Fundamentrohr 16 aufgesetzten, die Gondel 8 tragenden oberen Mastteil 18, der zusammen mit der Gondel 8 und dem Rotor 12 an Land komplett vormontiert und zusammen mit dem Fundamentrohr 16 oder getrennt von diesem mit einem Schiff oder Schwimmponton 20 liegend zu der vorgesehenen Baustelle transportiert wird.
An der Baustelle wird eine Montagehilfe 22 bestehend aus zwei durch ein Schwenkgelenk 24 verbundenen Scharnierhälften 26, 28 lösbar am oberen Ende 30 des vertikal ausgerichteten Fundamentrohrs 16 und am unteren Ende 32 des horizontal ausgerichteten oberen Mastteils 18 angebracht, wie in 1 dargestellt. Anschließend wird der obere Mastteil 18 mittels eines Hebezeugs 34 eines Schwimmkrans 36 oder dergleichen aufgerichtet, wie am besten in 2 und 3 dargestellt, um ihn allmählich in eine vertikale Stellung zu bringen, wobei die Montagehilfe 22 unerwünschte Relativbewegungen zwischen dem unteren Ende 32 des oberen Mastteils 18 und dem oberen Ende 30 des Fundamentrohrs 16 verhindert und für eine Aufrechterhaltung der gewünschten Ausrichtung der beiden Komponenten 16, 18 sorgt.
Das untere Ende 32 des oberen Mastteils 18 und das obere Ende 30 des Fundamentrohrs 16 sind jeweils im Inneren des Tragmasts 4 mit einem nach innen überstehenden Schraubflansch 38, 40 mit einer Mehrzahl von fluchtenden Schraubenbohrungen 42 versehen, in die nach dem vollständigen Aufrichten des oberen Mastteils 18 Schraubenbolzen 44 eingeführt und festgezogen werden, um den oberen Mastteil 18 starr mit dem Fundamentrohr 16 zu verbinden, wie am besten in 10 dargestellt. Nach dem Verbinden der beiden Mastteile 16 und 18 wird die Montagehilfe 22 mit Hilfe des Hebezeugs 34 des Schwimmkrans 36 abgenommen.
Um ein Verrutschen der Scharnierhälften 26, 28 in axialer Richtung des Fundamentrohrs 16 bzw. des oberen Mastteils 18 zu verhindern, sind das Fundamentrohr 16 und der obere Mastteil 18 in einem im Wesentlichen der Höhe der Scharnierhälften 26, 28 entsprechenden Abstand von ihrem oberen bzw. unteren Stirnende mit einem nach außen überstehenden Ringflansch 46, 48 versehen, der als Anschlag für eine ringförmige Stirnfläche der jeweils benachbarten Scharnierhälfte 26, 28 dient. Wie am besten in 10 dargestellt, sind die beiden Ringflansche 46, 48 mit zwei einander gegenüberliegenden axial überstehenden Nasen 50, 52 oder Vorsprüngen versehen, die nach dem Anbringen der Scharnierhälften 26, 28 in entsprechende Ausnehmungen (nicht dargestellt) derselben eingreifen und so dafür sorgen, dass die Schraubenbohrungen 42 in den Schraubflanschen 38, 40 des oberen Mastteils 18 und des Fundamentrohrs 16 nach dem Aufrichten des ersteren miteinander fluchten. Die Ringflansche 46, 48 können auf ihrer von der Scharnierhälfte 26, 28 abgewandten Seite mit Versteifungen 53 versehen sein.
Wie am besten in den 5 bis 8 dargestellt, besteht die Montagehilfe 22 im Wesentlichen aus den beiden zylindrischen Scharnierhälften 26, 28, von denen die eine 26 am oberen Ende 30 des Fundamentrohrs 16 und die andere am unteren Ende 32 des oberen Mastteils 18 befestigt wird, sowie dem die Scharnierhälften 26, 28 verbindenden Schwenkgelenk 24.
Das Schwenkgelenk 24 weist eine in einem Abstand von den Zylinderachsen 56, 58 der beiden Scharnierhälften 26, 28 angeordnete Schwenkachse 60 auf, die nach der Befestigung der unteren Scharnierhälfte 26 am oberen Ende 30 des Fundamentrohrs 16 horizontal ausgerichtet ist und eine von den Zylinderachsen 56, 58 der Scharnierhälften 26, 28 aufgespannte Ebene im rechten Winkel kreuzt, wie in 5 dargestellt. Die beiden Scharnierhälften 26, 28 sind in Bezug zueinander um etwas mehr als 90 Grad um diese Schwenkachse 60 verschwenkbar, wobei die Zylinderachsen 56, 58 in der in 5 dargestellten Kippstellung einen Winkel von etwa 90 Grad einschließen und in der in 6 dargestellten Fluchtungsstellung miteinander fluchten.
Das Schwenkgelenk 24 selbst ist sehr robust ausgeführt und steht nach beiden Seiten über die Scharnierhälften 26, 28 über, um ein Verbiegen infolge von Kräften zu verhindern, die beim Aufrichten des oberen Mastteils 18 in das Schwenkgelenk 24 eingeleitet werden. Wie am besten in 7, 8 und 9 dargestellt, umfasst das Schwenkgelenk 24 einen Schwenkbolzen 62, der fluchtende Zylinderbohrungen 64 in zwei an den Scharnierhälften 26, 28 angeformten Lagerfortsätzen 66, 68 durchsetzt.
Die beiden Scharnierhälften 26, 28 sind weiter durch einen Hydraulik-Kippzylinder 70 verbunden, der dazu dient, die beiden leeren Scharnierhälften 26, 28 vor dem lösbaren Befestigen am oberen Ende 30 des Fundamentrohrs 16 bzw. am unteren Ende 32 des oberen Mastteils 18 in Bezug zueinander in die zur Befestigung notwendige Ausrichtung zu kippen, wie am besten in 3 dargestellt. Der Kippzylinder 70 umfasst ein Zylinderrohr 72, das in einem Zylinderlager 74 (9) der unteren Scharnierhälfte 26 angelenkt ist und dessen Kolbenstange 76 gelenkig am Ende eines nach außen über das Schwenkgelenk 24 hinweg über die obere Scharnierhälfte 28 überstehenden Auslegers 78 befestigt ist, so dass die obere Scharnierhälfte 28 vor dem Anbringen am oberen Mastteil 18 durch Einziehen der Kolbenstange 76 in die in 5 dargestellte Kippstellung gebracht werden kann.
Die beiden Scharnierhälften 26, 28 bestehen jeweils aus drei Zylindersektoren 80, 82, 84 bzw. 86, 88, 90, die sich gemeinsam über einen Winkel von 180 Grad um die Zylinderachsen 56, 58 der Scharnierhälften 26, 28 erstrecken, so dass sie nach deren Anbringung am Fundamentrohr 16 bzw. am oberen Mastteil 18 die letzteren auf ihrem gesamten Umfang umschließen. Die Sektoren 80, 82, 84, 86, 88, 90 weisen teilzylindrische Innenflächen auf, deren Innendurchmesser dem Außendurchmesser des zylindrischen oberen Endes 30 des Fundamentrohrs 16 bzw. des zylindrischen unteren Endes 32 des oberen Mastteils 18 entsprechen, so dass sie nach der Anbringung flächig gegen deren Umfangsflächen anliegen.
Grundsätzlich ist es zur Montage von leicht konisch verjüngten Tragmasten jedoch auch möglich, die von den beiden Scharnierhälften 26, 28 bedeckten Enden 30, 32 des Fundamentrohrs 16 bzw. des oberen Mastteils 18 mit derselben Konizität wie die angrenzenden Mastabschnitte auszuführen und den Innenwänden der Scharnierhälften 26, 28 eine komplementäre Form zu verleihen. Zur Anpassung an Fundamentrohre 16 bzw. obere Mastteile 18 mit etwas kleineren Querschnittsabmessungen können an den beiden Scharnierhälften 26, 28 nach innen über deren Innenwände überstehende Distanzelemente 92 (in 7 strichpunktiert dargestellt) eingehängt oder auf sonstige Weise angebracht werden.
Von den drei Zylindersektoren 80, 82, 84 bzw. 86, 88, 90 jeder Scharnierhälfte 26, 28 erstreckt sich der größte Sektor 80, 86 über einen Umfangswinkel von etwa 180 Grad, während sich die beiden kleineren Sektoren 82, 84 bzw. 88, 90 jeweils über einen Umfangswinkel von etwa 90 Grad erstrecken. Der größte Sektor 80 bzw. 86 befindet sich jeweils auf der Seite des Schwenklagers 24 und trägt dessen Lagerfortsätze 66 bzw. 68 sowie das Zylinderlager 74 für den Kippzylinder 70 bzw. den Ausleger 78 zur Anlenkung von dessen Kolbenstange 76.
Die beiden kleineren Sektoren 82, 84 bzw. 88, 90 sind jeweils mittels dreier Schwenkscharniere 94 schwenkbar an den entgegengesetzten Rändern des größten Sektors 80, 86 angebracht. Die beiden Sektoren 82, 84 bzw. 88, 90 lassen sich jeweils in den Schwenkscharnieren 94 um etwa 180 Grad um eine zur Zylinderachse 56, 58 der Scharnierhälfte 26, 28 parallele Schwenkachse. Die beiden Sektoren 82, 84 bzw. 88, 90 können dann eine geschlossene Endstellung einnehmen, in der die Sektoren 80, 82, 84 bzw. 86, 88, 90 zusammengeschwenkt sind und das Ende 30, 32 des Fundamentrohrs 16 bzw. des oberen Mastteils 18 ringförmig umschließen, wie in 5 dargestellt, oder eine geöffnete Endstellung, in der die Sektoren 80, 82, 84 bzw. 86, 88, 90 so weit auseinander geschwenkt sind, dass das Ende 30, 32 des Fundamentrohrs 16 bzw. des oberen Mastteils 18 von der Seite her in die zugehörige Scharnierhälfte 26, 28 eingeführt werden kann, wie in 8 dargestellt. Diese Verschwenkbarkeit der Sektoren 80, 82, 84 bzw. 86, 88, 90 erleichtert das Anbringen der Scharnierhälften 26, bzw. 28 und ermöglicht diesen Vorgang selbst bei einem gewissen Wellengang.
Das Verschwenken der Sektoren 82, 84 bzw. 88, 90 in Bezug zum Sektor 80 bzw. 86 zum Öffnen und Schließen der Scharnierhälften 26, 28 erfolgt mit Hilfe von vier Paaren von Hydraulik-Schwenkzylindern 96, deren Zylinderrohre bzw. Kolbenstangen an den kleineren Sektoren 82, 84 und 88, 90 bzw. am größten Sektor 80 und 86 angelenkt sind.
Zur Sicherung der Sektoren 80, 82, 84 bzw. 86, 88, 90 in der geschlossenen Endstellung dienen zwei Paare von im Wesentlichen parallel zur Schwenkachse 60 ausgerichteten Hydraulik-Spannzylindern 100, deren Zylinderrohre um eine zur Zylinderachse 56, 58 parallele Achse 54 (9) schwenkbar an einem der Sektoren 82 bzw. 88 befestigt sind und deren Kolbenstangen nach dem Schließen der Sektoren 82, 84 bzw. 88, 90 am jeweils benachbarten Sektor 84 bzw. 90 eingehängt werden können, um die beiden Sektorenpaare 82, 84 und 88, 90 in der geschlossenen Stellung miteinander zu verspannen und gegen die Umfangsfläche des in die Scharnierhälften 26, 28 eingeführten Endes 30, 32 des Fundamentrohrs 16 bzw. des oberen Mastteils 18 anzupressen.
Um zu vermeiden, dass das untere Ende 32 des oberen Mastteils 18 infolge von Wellenbewegungen oder dergleichen hart auf dem oberen Ende 30 des Fundamentrohrs 16 aufsetzt, sobald der obere Mastteil 18 vertikal aufgerichtet ist, sind auf der zum Schwenkgelenk 24 entgegengesetzten Umfangsseite der oberen Scharnierhälfte 28 zwei im Wesentliche parallel zu seiner Zylinderachse 58 ausgerichtete Hydraulik-Dämpfungszylinder 102 um eine zur Schwenkachse 60 im Wesentlichen parallele Achse angelenkt, deren Kolbenstangen 104 sich bei Annäherung der oberen Scharnierhälfte 28 an die in 6 dargestellte Fluchtungsstellung in zwei über die untere Scharnierhälfte 26 überstehenden Lagerpfannen 106 abstützen. Die beiden Lagerpfannen 106 sind auf ihrer Oberseite mit einer konkaven muldenförmigen Ausnehmung 108 zur Aufnahme der sphärisch geformten Stirnenden 110 der Kolbenstangen 104 versehen.
Bei der in den 11 und 12 schematisch und teilweise dargestellten Montagehilfe 22 ist dagegen das Stirnende der Kolbenstange 104 des Hydraulik-Dämpfungszylinders 102 nicht sphärisch geformt, sondern mit einer zylindrischen Querstange 122 versehen, die sich nach dem Abstützen in einer entsprechend geformten Lagerpfanne 106 der unteren Scharnierhälfte 26 in der Lagerpfanne 106 verriegeln lässt, um den oberen Mastteil 18 anschließend ohne die Hilfe des Hebezeugs 34 des Schwimmkrans allein durch Einziehen der Kolbenstange 104 vollständig in die aufrechte vertikale Lage zu bringen. Zur Verriegelung der Querstange 122 dient eine um eine horizontale Schwenkachse 124 schwenkbar an der unteren Scharnierhälfte 26 angelenkte Verriegelungsklaue 126, die mit Hilfe eines Hydraulikzylinders 128 in die in 11 dargestellte Verriegelungsstellung geschwenkt wird, sobald die Querstange 112 am Ende der ausgefahrenen Kolbenstange 104 in der Lagerpfanne 106 aufgesetzt hat.
Die Verriegelung der Kolbenstange 104 des Dämpfungszylinders 102 mit der anderen Scharnierhälfte 26 bewirkt, dass während des letzten Stadiums des Aufrichtens des oberen Mastteils 18 die Einwirkung des Wellengangs praktisch keine Rolle mehr spielt.
Zur Versorgung der Hydraulikzylinder mit Hydraulikfluid trägt die zur Anbringung am Fundamentrohr 16 vorgesehene untere Scharnierhälfte 26 auf der Außenseite ihres größten Sektors 80 eine Plattform 112 mit einem Hydrauliktank 114 sowie einer von einem Antriebsmotor 116 angetriebenen Hydraulikpumpe 118, die über Hydraulikrohre bzw. Hydraulikschläuche und Ventile (beides nicht dargestellt) mit den Hydraulikzylindern verbunden ist. Die Plattform 112 ist durch einen Laufgang 120 verlängert, von wo das Aufrichten des oberen Mastteils 18 und die Annäherung von dessen unterem Ende 32 an das obere Ende 30 des Fundamentrohrs 16 überwacht werden kann. Beide Scharnierhälften 26, 28 sind darüber hinaus auf ihren Außenseiten mit Steigleitern 124 (nur teilweise dargestellt) versehen, die für den Fall von Reparatur- oder Wartungsarbeiten einen Zugang zu den Hydraulikzylindern 96, 100, 102 ermöglichen.
Unter Bezugnahme auf 1 wird zur Errichtung der Offshore-Windenergieanlage 2 zuerst das zylindrische Fundamentrohr 16 und der an Land komplettierte obere Mastteil 18 mit dem Schiff oder Schwimmponton 20 gemeinsam oder nacheinander an die vorgesehene Baustelle gebracht, wo zuerst das Fundamentrohr 16 von dem mit Stelzen (nicht dargestellt) auf dem Meeresboden abgestützten Schwimmkran 36 aufgenommen, angehoben und in eine vertikale Ausrichtung gebracht wird, bevor es zum Meeresboden abgelassen und in diesen eingerammt wird. Beim Einbringen des Fundamentrohrs 16 kann ggf. die geschlossene Montagehilfe 22 oder deren geschlossene untere Scharnierhälfte 26 als Führung verwendet werden, durch die hindurch das Fundamentrohr 16 mit dem Hebezeug 34 abgelassen wird.
Nachdem das Fundamentrohr 16 ausreichend weit in den Meeresboden eingerammt worden ist, wird mittels des Schwimmkrans 36 oder alternativ von dem am Fundamentrohr 16 vertäuten Schiff oder Schwimmponton 20 aus die geöffnete untere Scharnierhälfte 26 der Montagehilfe 22 oberhalb des Ringflanschs 46 an das obere Ende 30 des Fundamentrohrs 16 angenähert, bis es vom Sektor 80 teilweise umgeben ist. Anschließend werden die Sektoren 82 und 84 durch Ausfahren der Schwenkzylinder 96 geschlossen, bis alle Sektoren 80, 82, 84 gegen die Umfangsfläche des oberen Endes 30 des Fundamentrohrs 16 anliegen. Nach dem Verspannen der Sektoren 82, 84 mit Hilfe der zugehörigen Spannzylinder 100 ist die Montagehilfe fest mit dem Fundamentrohr 16 verbunden.
Die obere Scharnierhälfte 28 kann sich bei diesem Vorgang bereits in der in 5 dargestellten Kippstellung befinden oder nach dem Anbringen der unteren Scharnierhälfte 26 mittels des Kippzylinders 70 in diese Stellung gebracht werden, in der sie auf dem am Fundamentrohr 16 vertäuten Schiff oder Schwimmponton 20 aufliegt. In dieser Kippstellung ist ihre Zylinderachse 58 im Wesentlichen horizontal ausgerichtet, wobei der größte Sektor 86 nach unten weist. Anschließend werden die beiden kleineren Sektoren 88, 90 auseinander geschwenkt, um die Scharnierhälfte 28 zu öffnen, so dass das untere Ende 32 des oberen Mastteils 18 unterhalb des Ringflanschs 48 von oben her in die Scharnierhälfte 28 eingeführt oder eingelegt und diese danach geschlossen werden kann, wie in 1 dargestellt.
Im Folgenden wird der obere Mastteil 18 mit Hilfe des Hebezeugs 34 des Schwimmkrans 36 langsam aufgerichtet, wobei die Montagehilfe 22 als Führung für sein unteres Ende 32 dient und Relativbewegungen desselben in Bezug zum oberen Ende 30 des Fundamentrohrs 16 verhindert. Nach dem vollständigen Aufrichten des oberen Mastteils 18 wird dessen unteres Ende 32 an den Schraubflanschen 38, 40 mit dem oberen Ende 30 des Fundamentrohrs 16 verschraubt und anschließend die Montagehilfe 22 abgenommen.
Durch diese Art der Montage der Offshore-Windenergieanlage 2 kann der an der Baustelle erforderliche Montageaufwand erheblich reduziert und dadurch die Gefahr von witterungsbedingten Unterbrechungen auf ein Minimum verringert werden.

Claims

Montagehilfe zum Errichten von Tragmasten von Windenergieanlagen, insbesondere beim Bau von Offshore-Windenergieanlagen, umfassend ein Klappscharnier mit zwei durch ein Schwenkgelenk verbundenen Scharnierhälften, von denen die eine am oberen Ende eines im Boden verankerten unteren Mastteils des Tragmasts der zu errichtenden Windenergieanlage und die andere an einem benachbarten Ende eines auf den verankerten Mastteil aufzusetzenden oberen Mastteils lösbar befestigbar ist, um diesen Mastteil beim Aufrichten um das Schwenkgelenk zu verschwenken und die beiden Mastteilenden bei ihrer Annäherung in Bezug zueinander auszurichten, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der beiden zylindrischen Scharnierhälften (26, 28) zwei oder mehr schwenkbar verbundene Zylindersektoren (80, 82, 84 bzw. 86, 88, 90) umfasst, die sich zum Einführen eines Mastteilendes (30 bzw. 32) in die Scharnierhälfte (26 bzw. 28) auseinander und nach dem Einführen des Mastteilendes (30 bzw. 32) in die Scharnierhälfte (26 bzw. 28) wieder zusammen schwenken lassen, um die Zylindersektoren (80, 82, 84 bzw. 86, 88, 90) ringförmig um das Mastteilende (30 bzw. 32) herumzulegen.
Montagehilfe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beide Scharnierhälften (26 bzw. 28) aus zwei oder mehr schwenkbar verbundenen Zylindersektoren (80, 82, 84 bzw. 86, 88, 90) bestehen.
Montagehilfe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Zylindersektoren (80 bzw. 86) starr mit einem Teil des Schwenkgelenks (24) verbunden ist.
Montagehilfe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der starr mit einem Teil des Schwenkgelenks (24) verbundene Zylindersektor (80. bzw. 86) den Mastteil (30 bzw. 32) auf mehr als 90 Grad und vorzugsweise im Wesentlichen auf 180 Grad seines Umfangs umgibt.
Montagehilfe nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass an entgegengesetzten Rändern des starr mit einem Teil des Schwenkgelenks (24) verbundenen Zylindersektors (80 bzw. 86) jeweils ein weiterer Zylindersektor (82, 84 bzw. 88, 90) angelenkt ist.
Montagehilfe nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Zylindersektoren (82, 84 bzw. 88, 90) mit Hilfe von Hydraulik-Schwenkzylindern (96) in Bezug zu dem starr mit einem Teil des Schwenkgelenks (24) verbundenen Zylindersektor (80 bzw. 86) verschwenkbar sind.
Montagehilfe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch Einrichtungen (100) zum Sichern und/oder Verspannen der ringförmig um einen Mastteil (30 bzw. 32) herumgelegten Zylindersektoren (80, 82, 84 bzw. 86, 88, 90) in ihrer geschlossenen Stellung.
Montagehilfe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtungen (100) einen Hydraulikzylinder umfassen.
Montagehilfe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch mindestens ein an einer Scharnierhälfte (28) angebrachtes und bei Annäherung der beiden Mastteile (32, 30) mit der anderen Scharnierhälfte (26) in Berührung tretendes Dämpfungsglied (102, 104).
Montagehilfe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungsglied (102, 104) einen an einer Scharnierhälfte (28) befestigten Hydraulik-Dämpfungszylinder (102) umfasst, dessen Kolbenstange (104) sich in einer an der anderen Scharnierhälfte (26) angebrachten Pfanne (106) abstützt.
Montagehilfe nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Hydraulik-Dämpfungszylinder (102) auf der zum Schwenkgelenk (24) entgegengesetzten Seite der Montagehilfe (22) angeordnet ist.
Montagehilfe nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass Kolbenstange (104) des Hydraulik-Dämpfungszylinders (102) in der Pfanne (106) verriegelbar ist.
Montagehilfe nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch mindestens einen zwischen den beiden Scharnierhälften (26, 28) angeordneten Hydraulik-Kippzylinder (70) zum Verschwenken der leeren Scharnierhälften (26, 28).
Montagehilfe nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine der beiden Scharnierhälften (26, 28) einen Hydrauliktank (114) und mindestens eine motorisch antreibbare Hydraulikpumpe (118) zur Versorgung der auf den Scharnierteilen (26, 28) angebrachten Hydraulikzylinder (70, 96, 100, 102) trägt.
Montagehilfe nach einem der Ansprüche 1 bis 14, gekennzeichnet durch an der Innenseite der Zylindersektoren (80, 82, 84 bzw. 86, 88, 90) montierbare Distanzelemente (92) für Tragmastteile mit einem gegenüber dem Innenquerschnitt der geschlossenen Zylindersektoren (80, 82, 84 bzw. 86, 88, 90) kleineren Außenquerschnitt.
Verfahren zum Errichten von Tragmasten von Windenergieanlagen, insbesondere beim Bau von Offshore-Windenergieanlagen, bei dem von zwei durch ein Schwenkgelenk verbundenen Scharnierhälften eines als Montagehilfe dienenden Klappscharniers eine am oberen Ende eines im Boden verankerten unteren Mastteils des Tragmasts der zu errichtenden Windenergieanlage und die andere an einem benachbarten Ende eines auf den verankerten Mastteil aufzusetzenden oberen Mastteils lösbar angebracht wird, um diesen Mastteil beim Aufrichten um das Schwenkgelenk zu verschwenken und die beiden Enden bei ihrer Annäherung in Bezug zueinander auszurichten, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der beiden zylindrischen Scharnierhälften (26, 28) zwei oder mehr schwenkbar verbundene Zylindersektoren (80, 82, 84 bzw. 86, 88, 90) umfasst, die zum Einführen eines Mastteilendes (30 bzw. 32) in die Scharnierhälfte (26 bzw. 28) auseinandergeschwenkt und nach dem Einführen des Mastteilendes (30 bzw. 32) in die Scharnierhälfte (26 bzw. 28) wieder zusammengeschwenkt werden, um die Zylindersektoren (80, 82, 84 bzw. 86, 88, 90) ringförmig um das Mastteilende (30 bzw. 32) herumzulegen.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass zuerst die untere Scharnierhälfte (26) mit vertikaler Ausrichtung ihrer Zylinderachse (56) am oberen Ende (30) des im Boden verankerten Mastteils (16) angebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Anbringung der unteren Scharnierhälfte (26) die obere Scharnierhälfte (28) geschlossen ist und ihre Zylinderachse (58) mit der Zylinderachse (56) der unteren Scharnierhälfte (26) fluchtet.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Anbringung der unteren Scharnierhälfte (26) die obere Scharnierhälfte (28) um das Schwenkgelenk (24) in eine im Wesentlichen horizontale Stellung geschwenkt und dann unter Auseinanderschwenken ihrer Zylindersektoren (86, 88, 90) geöffnet wird, um das untere Ende (32) des oberen Mastteils (18) einzulegen.
Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die obere Scharnierhälfte (28) anschließend unter Zusammenschwenken ihre Zylindersektoren (86, 88, 90) geschlossen wird, und dass dann der obere Mastteil (18) mit einem Hebezeug (34) aufgerichtet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder beide Scharnierhälften (26, 28) beim Absenken des unteren Mastteils (16) zum Boden und ggf. bei seiner Verankerung im Boden als Führungsrohr dienen.
Verfahren zum Bau von Windenergieanlagen, insbesondere zum Bau von Offshore-Windenergieanlagen, bei dem ein Fundamentrohr im Boden verankert wird, dadurch gekennzeichnet, dass anschließend eine Scharnierhälfte (26) eines als Montagehilfe (24) dienenden Klapp- oder Kippscharniers lösbar am oberen Ende (30) des im Boden verankerten Fundamentrohrs (16) befestigt wird, dass dann die andere Scharnierhälfte (28) des Klapp- oder Kippscharniers lösbar am unteren Ende (32) eines vormontierten oberen Mastteils (18) der Windenergieanlage (2) einschließlich einer Gondel (8) und eines Rotors (12) befestigt wird, und dass zuletzt der vormontierte obere Mastteil (18) der Windenergieanlage (2) mit einem Hebezeug (34) angehoben und dabei um ein Schwenkgelenk (24) des Klapp- oder Kippscharniers gekippt wird, um das untere Ende (32) des oberen Mastteils (18) beim Zusammenführen mit dem oberen Ende (30) des Fundamentrohrs (16) in einer definierten Ausrichtung zu halten.