Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Stromschienengehäuse für eine Windkraftanlage mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Ein derartiges Stromschienengehäuse ist aus der DE 10 2012 105 669 A1 des Anmelders bekannt. Das bekannte Stromschienengehäuse dient der Umhüllung bzw. dem Schutz von innerhalb des Stromschienengehäuses angeordneten Stromschienen, die im Bereich zwischen einem Generator im Gondelbereich der Windkraftanlage und dem Sockelbereich der Windkraftanlage innerhalb des Turms angeordnet sind. Das bekannte Stromschienengehäuse wird typischerweise entweder bereits bei der Fertigung von einzelnen Turmsegmente an den Turmsegmenten montiert, oder aber nachträglich an der Baustelle bzw. dem Aufstellort der Windkraftanlage. Die aus Stahlblechteilen bestehenden Gehäuseelemente des Stromschienengehäuses sind über Verbindungseinheiten in Längsrichtung miteinander verbunden. Die Verbindungseinheiten dienen insbesondere dazu, die innerhalb der Gehäuseelemente des Stromschienengehäuses angeordneten Stromschienen elektrisch leitend miteinander zu verbinden. Die innerhalb der Windkraftanlage ausgebildete Stromführung besteht somit aus einer Vielzahl von in abwechselnder Reihenfolge miteinander verbundenen Gehäuseelementen und Verbindungseinheiten. Die Seitenwände an den Gehäuseelementen sowie die entsprechenden Bereiche des Verbindungsgehäuses der Verbindungseinheit überlappen an den stirnseitigen Endbereichen der Gehäuseelemente in axialer Richtung etwas und sind im Überlappungsbereich mittels Schraubverbindungen miteinander verbunden. Hierzu ist es üblich, das Gehäuseelement mit entsprechenden Gewindebohrungen in der Seitenwand zu versehen. Je nach Materialdicke bzw. Stärke der Seitenwand ist ein derartiges Gewinde jedoch relativ anfällig gegenüber mechanischen Beschädigungen, die während der Montage der relativ schweren, mit den Stromschienen versehenen Gehäuseelementen auftreten können. Daher ist es aus der oben genannten DE 10 2012 105 669 A1 bereits bekannt, bei einem beschädigten oder auf sonstige Weise nicht verwendbaren Gewinde an einem Gehäuseelement durch Anordnung eines Reparaturblechs das beschädigte Gewinde zu ersetzen. Zur Fixierung bzw. Befestigung des Reparaturblechs ist es weiterhin vorgesehen, dieses mittels Klebstoff und Schraubverbindungen mit dem betreffenden Gehäuseelement zu verbinden.

Weiterhin ist es bekannt, anstelle von Gewindebohrungen in der Seitenwand eines Gehäuseelements Durchgangsbohrungen vorzusehen, und im Bereich der Durchgangsbohrungen Gewindemuttern durch Schweißen mit den Seitenwänden der Gehäuseelemente zu verbinden. Die positionsgenaue Anordnung der Gewindemuttern sowie das einzelne Verschweißen der Gewindemuttern mit den Seitenwänden erfordert jedoch einen relativ großen Aufwand.

Offenbarung der Erfindung

Das erfindungsgemäße Stromschienengehäuse für eine Windkraf tan läge mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass es bei relativ einfacher und kostengünstiger Montage im Verbindungsbereich zwischen einem Gehäuseelement und einer Verbindungseinheit besonders robust bzw. gegenüber äußeren mechanischen Belastungen unempfindlich ausgebildet ist. Dadurch werden insbesondere bei der Montage stattfindende Beschädigungen von in der Seitenwand ausgebildeten Gewinden vermieden. Weiterhin wird durch die spezielle konstruktive Ausgestaltung des mit der Seitenwand des Gehäuseelements verbundenen Verstärkungsblechs eine sehr einfache und positionsgenaue Positionierung des Verstärkungsblechs bzw. der Gewinde in dem Gehäuseelement ermöglicht. Auch weist das erfindungsgemäß vorgesehene Verstärkungsblech den besonderen Vorteil auf, dass es einstückig, d.h. monolithisch ausgebildet ist und somit beispielsweise keine insbesondere als Gewindemuttern ausgebildete separate Bauteile benötigt, was ansonsten einen erhöhten Montage- und somit

Kostenaufwand bedeutet. Vielmehr werden alle Gewindeverbindungen bzw. Gewinde in einem einzigen Bauteil (Verstärkungsblech) ausgebildet.

Diese Vorteile werden erfindungsgemäß bei einem Stromschienengehäuse gemäß der Lehre der Erfindung dadurch erzielt, dass zur Ausbildung der Schraubverbindungen zwischen den Gehäuseelementen und den Verbindungseinheiten die Gehäuseelemente im Überlappungsbereich mit der Verbindungseinheit angeordnete und mit den Seitenwänden der Gehäuseelemente verbundene Verstärkungsbleche aufweisen, dass die Verstärkungsbleche

Gewindeabschnitte aufweisen, die durch einen spanlosen Umformprozess aus dem Material des Verstärkungsblechs gebildet sind, wobei die Gewindeabschnitte auf der der Seitenwand zugewandten Seite von der Oberfläche des Verstärkungsblechs hervorragen und in Durchgangslöcher axial hineinragen, die in der Seitenwand des Gehäuseelements ausgebildet sind.

Dadurch, dass die Gewindeabschnitte axial in die Durchgangslöcher in der Seitenwand des Gehäuseelements hineinragen, wird das

Verstärkungsblech in Bezug zu den Durchgangslöchern in der Seitenwand genau positioniert. Als zusätzlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist zu erwähnen, dass dadurch, dass in der Seitenwand der Gehäuseelemente keine Gewinde ausgebildet werden müssen, die Materialstärke der Seitenwände einzig und allein mit Blick auf einen Berührungsschutz bzw. eine gewisse mechanische Festigkeit ausgelegt werden kann, und nicht mit Blick auf die Möglichkeit, entsprechende Längen aufweisende Gewindeabschnitte in den Seitenwänden ausbilden zu müssen.

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Stromschienengehäuses für eine Windkraftanlage sind in den Unteransprüchen aufgeführt. In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in den Ansprüchen, der Beschreibung und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen. Eine besonders kompakte Ausbildung des Verstärkungsblechs lässt sich erzielen, wenn dieses streifenförmig ausgebildet ist, wobei sich die Längsseite des Verstärkungsblechs parallel zur Stirnseite des Gehäuseelements erstreckt, und wobei das Verstärkungsblech zumindest näherungsweise mit der Stirnseite des Gehäuseelements bündig abschließt.

Um eine gleichmäßige Einleitung von Kräften zwischen den Verstärkungsblechen und den Gehäuseelementen zu ermöglichen, wobei die Kräfte sich auf möglichst viele Verbindungsstellen aufteilen sollen, ist es vorgesehen, dass an dem Verstärkungsblech mehrere, vorzugsweise in etwa gleichmäßigen Abständen zueinander angeordnete Gewindeabschnitte ausgebildet sind.

Eine besonders vorteilhafte Montage sowie geschützte Anordnung der Verstärkungsbleche sieht vor, dass das Verbindungsgehäuse der Verbindungseinheit das Gehäuseelement im Überlappungsbereich von außen her umfasst, und dass das Verstärkungsblech auf der dem Verbindungsgehäuse abgewandten Seite der Seitenwand des Gehäuseelements angeordnet ist. Eine derartige Ausgestaltung ermöglicht es auch, dass in dem Verbindungsgehäuse ebenfalls lediglich Durchgangsbohrungen ausgebildet werden müssen, da der Kopf der Befestigungsschraube dann auf der Außenseite, d.h. auf der dem Gehäuseelement abgewandten Seite des Verbindungsgehäuses im Bereich der Durchgangsbohrung angeordnet ist. Um eine möglichst einfache Montage des Verstärkungsblechs bei gleichzeitig guter Positionierung der Gewindeabschnitte zum

Gehäuseelement zu ermöglichen, ist es vorgesehen, dass die Durchgangslöcher in der Seitenwand einen Durchmesser aufweisen, der etwas größer ist als der in das Durchgangsloch hineinragende Außendurchmesser des Gewindeabschnitts. In der Praxis hat es sich dabei als vorteilhaft erwiesen, wenn der Durchmesser des

Durchgangslochs in der Seitenwand des Gehäuseelements beispielsweise etwa einen halben Millimeter größer ist als der Außendurchmesser des Gewindeabschnitts.

Durch die Gewindeabschnitte des Verstärkungsblechs, die in die Durchgangslöcher der Seitenwand des Gehäuseelements axial hineinragen, wird zwar eine genaue Positionierung des Verstärkungsblechs zur Seitenwand des Gehäuseelements ermöglicht, jedoch besteht die Gefahr, dass das Verstärkungsblech nicht an der Seitenwand des Gehäuseelements hält. Daher ist es vorgesehen, dass die Verbindung zwischen dem Verstärkungsblech und der Seitenwand des Gehäuseelements durch eine Klebeverbindung ausgebildet ist. Die Klebeverbindung muss lediglich sicherstellen, dass bis zur Montage der ersten Befestigungsschraube beim Verbinden des Gehäuseelements mit dem Verbindungsgehäuse das Verstärkungsblech an der Seitenwand des Gehäuseelements hält bzw. eine Montage der entsprechenden Befestigungsschraube ermöglicht wird.

Alternativ kann es auch vorgesehen sein, dass die Verbindung zwischen dem Verstärkungsblech und der Seitenwand des Gehäuseelements durch eine Schweiß- oder Nietverbindung ausgebildet ist.

Zur Versteifung der Seitenwände des Gehäuseelements, insbesondere bei relativ geringen Blechstärken, ist es bereits bekannt, dass das Gehäuseelement in Längsrichtung verlaufende sickenförmige Verformungen oder ähnliches aufweist. Diese sickenförmigen Verformungen sind auch im Bereich des Verstärkungsblechs ausgebildet. Um in diesem Bereich eine möglichst vollflächige Anlage des Verstärkungsblechs an der Seitenwand des Gehäuseelements zu ermöglichen, sieht es eine weitere bevorzugte konstruktive Ausgestaltung vor, dass die Seitenwand des Gehäuseelements in Richtung zum Verstärkungsblech ragende Sicken aufweist, und dass das Verstärkungsblech im Bereich der Sicken gegengleich verformt ist, sodass das Verstärkungsblech über seine gesamte Erstreckung zumindest im Wesentlichen vollständig an der Seitenwand des Gehäuseelements anliegt.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.

Diese zeigt in:

Fig. 1 einen stark vereinfachten Längsschnitt durch eine Windkraftanlage, Fig. 2 einen Verbindungsbereich zweier Gehäuseelemente eines Stromschienengehäuses unter Verwendung einer

Verbindungseinheit in einer Vorderansicht,

Fig. 3 eine Ansicht in Richtung III - III der Fig. 2 und

Fig. 4 einen Schnitt im Verbindungsbereich zwischen einem Gehäuseelement und einem Verbindungsgehäuse unter Verwendung eines Verstärkungsblechs.

Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.

In der Fig. 1 ist der grundsätzliche Aufbau einer Windkraftanlage 10 stark vereinfacht dargestellt. Die Windkraftanlage 10 weist einen Turm 11 auf, der auf einem Sockel 12 angeordnet ist. An der Spitze des Turms 11 ist eine Gondel 13 angeordnet, in der u.a. die Rotorblätter 14 der Windkraftanlage 10 drehbeweglich gelagert sind. Innerhalb der Gondel 13 befindet sich ein Generator 16. Der Generator 16 ist mit oberen Verbindungsleitungen 17 mit einem oberen Anschluss mit einem in der Fig. 1 lediglich stark vereinfacht dargestelltes Stromschienengehäuse 20 gekoppelt. Das Stromschienengehäuse 20 verläuft über die gesamte Länge bzw. Höhe des Turms 11. 1m Bereich des Sockels 12 des T urms 11 ist das Stromschienengehäuse 20 mittels weiteren, unteren Verbindungsleitungen 21 bzw. einer unteren Verbindung mit einer Netzstation 22 verbunden.

Der Turm 11 besteht beispielhaft aus drei übereinander angeordneten, jeweils hülsenförmigen Turmsegmenten 24 bis 26. Ein derartiges Turmsegment 24 bis 26 weist beispielsweise eine typische Länge von etwa 20m auf, sodass die Gesamthöhe des Turms 11 (ohne die Gondel 13) in etwa 60m beträgt. Innerhalb des Stormschienengehäuses 20 verlaufen eine Vielzahl von in der Fig. 2 erkennbaren, insbesondere in Form von länglich ausgebildeten Stromschienen 27 bis 29, die insbesondere aus Aluminium bestehen, und die jeweils eine Phase einer Drehstromleitung ausbilden.

Das Stromschienengehäuse 20 besteht in Längsrichtung betrachtet jeweils abwechselnd aus tubusförmigen Gehäuseelementen 30, die mittels jeweils einer Verbindungseinheit 32 miteinander verbunden sind. Das aus Stahl bestehende, insbesondere aus mehreren Blechbauteilen gebildete Gehäuseelement 30 nimmt in seinem Innenraum 34 die Stromschienen 27 bis 29 auf. Die aus der jeweiligen Stirnseite 35 eines Gehäuseelements 30 herausragenden Endabschnitte der Stromschienen 27 bis 29 sind mittels eines in der Verbindungseinheit 32 angeordneten Verbindungsblocks 36, der in der Fig. 2 lediglich stark vereinfacht dargestellt ist, mechanisch und elektrisch leitend miteinander verbunden.

Die Verbindungseinheit 32 weist ein Verbindungsgehäuse 38 zur Aufnahme des Verbindungsblocks 36 auf, das insbesondere wie die Gehäuseelemente 30 ebenfalls aus Stahl besteht, mehrteilig ausgebildet ist und aus (ebenen) Blechbauteilen besteht.

Aus der Darstellung der Fig. 2 und 4 ist darüber hinaus erkennbar, dass im Bereich von Seitenwänden 40 eines Gehäuseelements 30 in Längsrichtung verlaufende Verformungen in Form von Sicken 42 angeordnet sein können, die über die gesamte Längserstreckung eines Gehäuseelements 30 verlaufen, und die der Versteifung des Gehäuseelements 30 dienen.

Die Erfindung befasst sich mit der Verbindung des Gehäuseelements 30 mittels der Verbindungseinheit 32. Hierzu ist es vorgesehen, dass das Verbindungsgehäuse 38 in axialer Richtung betrachtet den jeweiligen Endbereich eines ihr zugewandten Gehäuseelements 30 in einem Überlappungsbereich 44 von außen her umfasst. Weiterhin sind in dem Verbindungsgehäuse 38 beispielhaft an den jeweiligen Endbereichen jeweils vier Durchgangslöcher 46 ausgebildet. An dem eine typische Wandstärke von etwa 2mm aufweisenden Seitenwänden 40 eines Gehäuseelements 30 sind auf der dem Verbindungsgehäuse 38 abgewandten Seite parallel zur Zeichenebene der Fig. 1 jeweils zwei Verstärkungsbleche 50 befestigt. Die Verbindung zwischen einem Verstärkungsblech 50 und der zugewandten Seitenwand 40 des Gehäuseelements 30 erfolgt bevorzugt durch eine im Detail nicht dargestellte Klebeverbindung 51. Alternativ sind jedoch auch Schweiß oder Nietverbindungen denkbar. Das aus Blech bzw. Stahl bestehende Verstärkungsblech 50 mit einer beispielhaften Dicke von 3mm erstreckt sich zumindest im Wesentlichen über die gesamte Breite der Seitenwand 40.

Anhand der Fig. 3 ist weiterhin erkennbar, dass das Verstärkungsblech 50 streifenförmig ausgebildet ist, wobei sich die Längsseite des Verstärkungsblechs 50 parallel zur Stirnseite 35 des Gehäuseelements 30 erstreckt, und dass das Verstärkungsblech 50 zumindest näherungsweise mit der Stirnseite 35 des Gehäuseelements 30 bündig abschließt

Das Verstärkungsblech 50 weist in Überdeckung mit den Durchgangslöchern 46 in dem Verbindungsgehäuse 38 angeordnete Gewindeabschnitte 52 auf. Die Gewindeabschnitte 52 sind durch einen spanlosen Umformvorgang (Rollieren) aus dem Material des Verstärkungsblechs 50 ausgebildet und ragen auf der der Seitenwand 40 zugewandten Seite domartig über die Oberfläche 54 des Verstärkungsblechs 50 hinaus. Weiterhin sind im Bereich der Seitenwand 40 weitere Durchgangsbohrungen 56 in Überdeckung mit den Gewindeabschnitten 52 vorgesehen bzw. ausgebildet, wobei der Durchmesser der weiteren Durchgangsbohrungen 56 bevorzugt lediglich etwas größer, beispielsweise 0,5mm größer, als der Außendurchmesser der Gewindeabschnitte 52 ist. Die über die Oberfläche des Verstärkungsblechs 50 herausragenden Gewindeabschnitte 52 ragen somit mit relativ geringem radialen Spiel axial in die weiteren Durchgangsbohrungen 56 hinein, wobei die axiale Länge der Gewindeabschnitte 52 derartig ist, dass sie auf der dem

Verstärkungsblech 50 abgewandten Seite der Seitenwand 40 nicht aus diesen herausragen. Mit anderen Worten gesagt bedeutet dies, dass die axiale Länge der Gewindeabschnitte 52 höchstens der Blechdicke der Seitenwand 40 entspricht. Weiterhin kann es vorgesehen sein, dass das Verstärkungsblech 50, wie aus der Fig. 4 erkennbar ist, im Bereich der Sicken 42 gegengleiche Verformungen 56 aufweist, die insbesondere mit einem spanlosen U mform Vorgang erzeugt werden. Anhand der Fig. 4 ist darüber hinaus erkennbar, wie Befestigungsschrauben 60 von der Außenseite des Verbindungsgehäuses 38 her die Durchgangslöcher 46 des Verbindungsgehäuses 38 durchdringen und in Wirkverbindung mit den Gewindeabschnitten 52 des Verstärkungsblechs 50 sind.

Das soweit beschriebene Stromschienengehäuse 20 kann in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen.

Bezugszeichen

10 Windkraftanlage

1 1 Turm

12 Sockel

13 Gondel

14 Rotorblatt

16 Generator

17 Verbindungsleitung

20 Stromschienengehäuse

21 Verbindungsleitung

22 Netzstation

24 Turmsegment

25 Turmsegment

26 Turmsegment

27 Stromschiene

28 Stromschiene

29 Stromschiene

30 Gehäuseelement 32 Verbindungseinheit

34 Innenraum

35 Stirnseite

36 Verbindungsblock 38 Verbindungsgehäuse 40 Seitenwand

42 Sicke

44 Überlappungsbereich 46 Durchgangsloch

50 Verstärkungsblech

51 Klebeverbindung

52 Gewindeabschnitt Oberfläche

Durchgangsbohrung Verformung

Befestigungsschraube