SOWIE WINDKRAFTWERK MIT EINEM SOLCHEN KABEL UND EINER SOLCHEN AUFHÄNGEVORRICHTUNG

Die Erfindung betrifft ein Kabel mit einer Aufhängevorrichtung, wobei das Kabel im Wesentlichen torsionssteif und biegeflexibel ist und die Aufhängevorrichtung so ausgebildet ist, dass das Kabel mit zwei gegeneinander axial begrenzt drehbaren Teilen verbindbar ist.

Kabel, die im Wesentlichen torsionssteif und biegeflexibel sind, sind beispielsweise als abgeschirmte Koaxialkabel oder auch als Glasfaserkabel bekannt. Elektrische Kabel müssen beispielsweise als Signalkabel oder Leistungskabel vielfach mit einer

Abschirmung gegen elektrische und magnetische Felder geschützt werden. Diese

Abschirmung wird beispielsweise als Drahtgeflecht in Schlauchfoπn um elektrische

Leitungen realisiert. Um die Abschirmung ist in der Regel ein Kabelmantel aus extrudiertem polymerem Werkstoff gelegt. Insbesondere bei Koaxialkabeln aus der

Hochfrequenztechnik sind solche Geflechtsschläuche als Aussenleiter um einen zentralen

Innenleiter und einem Dielektrikum bekannt. Glasfaserkabel werden vor allem für die

Signalübertragung verwendet. Diese sind bekanntlich sehr torsionssteif und vergleichsweise biegeflexibel. An die Verlegung solcher Glasfaserkabel sind hohe Anforderungen gestellt.

Elektrische Kabel müssen bei gewissen Anwendungen so installiert werden, dass sie gegeneinander axial drehende Teile oder Baugruppen verbinden. Aufgrund der gegeneinander drehbaren Baugruppen muss das Kabel entsprechend torsionsflexibel sein. Da aber beispielsweise abgeschirmte Koaxialkabel und auch Glasfaserkabel sehr torsionssteif sind, würde eine solche Drehung der Baugruppen gegeneinander das Kabel beschädigen. Ein Beispiel ist insbesondere bei Windkraftwerken gegeben. Diese besitzen eine Gondel, die auf einem Mast gelagert ist und die sich auf die Windrichtung ausrichten muss. Zwischen Gondel und feststehendem Mast entsteht somit eine Torsionsbewegung. Steuer- und Leistungskabel müssen von der um ein paar Drehungen im Uhrzeigersinn oder Gegenuhrzeigersinn rotierenden Gondel in den Mast geführt werden. Von den Kabeln muss eine Torsion von etwa +/- 100° pro Meter aufgenommen werden können. Üblicherweise werden bei solchen torsionsflexiblen Anforderungen die Kabel um die Torsionsachse gewendelt oder es werden Schleifring-Kontaktierungen eingesetzt.

Bei der Windkraftmaschine nach der EP-A-I 921311 ist ein elektrisches Kabel einer Aufhängevorrichtung mit einer Schleife an der Gondel befestigt. Die Schleife ermöglicht eine Rotation der Gondel.

Bei der Windkraftmaschine nach der JP-A 2008-298051 sind Kabel an einem unteren Ende an einer vertikal beweglichen Plattform befestigt. Zudem sind die Kabel um eine vertikale Säule gelegt.

Die genannte Schleifiing-Kontaktierung ist bei vieladrigen Kabeln sehr aufwendig und zudem störungsanfallig. Bei dicken und schweren Kabeln ist eine gewendelte Anordnung problematisch und ebenfalls aufwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kabel mit einer Aufhängevorrichtung gemäss Oberbegriff des Anspruchs 1 so auszubilden, dass die oben genannten Nachteile vermieden sind.

Die Aufgabe ist gemäss Anspruch 1 dadurch gelöst, dass das Kabel schlangenlinienfδrmig ausgelegt ist und dass die Aufhängevorrichtung ein längliches und torsionsflexibles sowie in Längsrichtung spannbares Tragelement aufweist, das jeweils zwischen zwei benachbarten Biegungen des Kabels mit diesem verbunden ist. Es hat sich gezeigt, dass ein Kabel mit einer Aufhängevorrichtung gemäss der Erfindung ohne Beschädigung Torsionsbewegungen aufnehmen kann. Das Kabel kann beispielsweise bei einem Windkraftwerk mehrere Rotationen der Gondel in einer Richtung aufnehmen. Bei dieser Anwendung kann das Kabel in Schlangenlinienform aufgehängt und die Kabelenden können oben und unten fix angeschlossen werden. Versuche haben gezeigt, dass eine Torsion, beispielsweise eine vertikale Torsion, am Kabel in Biegungen umgewandelt wird. Dies ist hier ohne Weiteres ohne Beschädigung möglich, da das Kabel wie erwähnt biegeflexibel ist. Entsprechend den Windungen bzw. den Befestigungspunkten zum Tragelement ergibt die Summe dieser Biegungen die gesamte Biegung des Kabels. Die Biegungen werden somit entsprechend den Befestigungspunkten aufgeteilt. Um einen genügenden Verdrehwinkel zu erreichen, wird entsprechend die Anzahl der Befestigungsstellen gewählt. Bei einem Windkraftwerk, bei dem der Mast sehr hoch sein kann, sind somit eine vergleichsweise hohe Anzahl von Befestigungsstellen bzw. Biegungen des Kabels möglich. Entsprechend ist ein hoher Verdrehwinkel möglich.

Das Tragelement ist im Gegensatz zum Kabel im Wesentlichen torsionsflexibel sowie in Längsrichtung spannbar. Es kann beispielsweise als Seil oder Kette ausgebildet sein. Das Seil sollte vorzugsweise so ausgebildet sein, dass es bei einer Torsion eine möglichst minimale Längenänderung aufweist. Geeignet sind beispielsweise spiralgeflochtene Seile, beispielsweise ähnlich einem Bergseil. Möglich sind aber auch Ketten, beispielsweise Ring-Gliederketten, Kugelketten oder auch andere Ketten.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Aufhängevorrichtung ein Spannmittel zum Spannen des Tragelementes aufweist. Bei einer hängenden Anordnung kann aufgrund des Gewichtes des Kabels ein solches Spannmittel weggelassen werden. Das Spannmittel kann beispielsweise eine Zugfeder oder andere geeignete Mittel aufweisen.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Kabel halbkreisförmige Bogen aufweist. Solche Biegungen haben sich insbesondere bei einem elektrischen Kabel als optimal erwiesen. Die Befestigungsstellen sind dann die Wendepunkte zwischen aufeinanderfolgenden halbkreisförmigen Bogen. Das Kabel kann in diesen Befestigungsstellen jedoch auch über einen grosseren Bereich im Wesentlichen rechtwinklig zum gespannten Tragelement verlaufen. Im nicht verdrehten Zustand liegen diese Bogen in einer Ebene.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass bei gespanntem Tragelement das Kabel Biegungen aufweist, deren Radius wenigstens 10 Mal grösser ist als der Durchmesser des Kabels. Dieses Verhältnis ist besonders vorteilhaft bei einem elektrischen Kabel und insbesondere einem abgeschirmten Koaxialkabel.

Das Kabel kann auch ein Glasfaserkabel sein, das für die optische Signalübertragung vorgesehen ist. Die Ausrichtung kann vertikal, aber auch schräg zur Vertikalen und insbesondere auch horizontal sein.

Das Kabel mit einer Aufhängevorrichtung gemäss der vorliegenden Erfindung eignet sich beispielsweise für die Verwendung in einem Windkraftwerk. Das Kabel verbindet hierbei die Gondel mit einer feststehenden Baugruppe. Es sind jedoch auch andere Verwendungen bzw. Anwendungen denkbar, beispielsweise in einem Bagger, einem Roboter, einem Montageautomaten oder einem Lenksystem. Entsprechend wird dann die Befestigung des Tragelementes gewählt. Diese Befestigung mit Spannvorrichtung kann beispielsweise über einen Haken, ein Gewinde, einen Flaschenzug oder über eine Hebelkonstruktion erfolgen. Die Spannvorrichtung kann an einem oberen, unteren, oder auch an beiden Enden des Tragelementes vorgesehen sein. Die Aufhängevorrichtung wird jeweils so montiert, dass das Tragelement in einer geraden Linie verläuft. Bei einer vertikalen Montage muss es nicht oder nur leicht gespannt werden. Bei anderen Ausrichtungen muss das Tragelement jedoch entsprechend der quer zur Längserstreckung gerichteten Gewichtskraft des Kabels gespannt werden. Vorzugsweise ist eine entsprechende Spannvorrichtung einstellbar.

Weitere vorteilhafte Merkmale ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie der Zeichnung.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 Ein Schnitt durch einen oberen Teil eines Windkraftwerkes,

Fig. 2 schematisch ein Abschnitt eines ausgelegten und nicht verdrehten Kabels,

Fig. 3 das Kabel gemäss Figur 2, jedoch nach einer Torsion und

Fig. 4 schematisch eine räumliche Darstellung eines Befestigungsmittels, mit dem das Tragelement mit dem Kabel verbunden ist.

Das in Figur 1 gezeigte Windkraftwerk 1 besitzt in an sich üblicher Weise eine Gondel 3, die um eine vertikale Achse rotierbar auf einem Mast 2 gelagert ist. Die Lagerung kann an einem an sich bekannten Drehlager 4 erfolgen. Die Gondel 3 besitzt einen Rotor 6, der zur Erzeugung von elektrischem Strom mit einem Generator 5 verbunden ist, welcher in der Gondel 3 angeordnet ist. Zur Übertragung der elektrischen Leistung und zur Steuerung ist der Generator 5 an einem Anschluss 9 mit einem ersten Ende 7a eines Kabels 7 verbunden. An einem anderen Ende 7b ist das Kabel 7 mit einer hier nicht gezeigten Baugruppe oder dergleichen verbunden. Das Kabel 7 ist im Wesentlichen torsionssteif, jedoch biegeflexibel. Es verläuft vorzugsweise innerhalb des Mastes 2 über die ganze Höhe oder über einen Teil des Mastes 2.

Das Kabel 7 ist an einem Tragelement 11 befestigt. Dieses ist an einem oberen Ende I Ia mittels eines Befestigungsteils 8 am Generator 5 befestigt. Das Befestigungsteil 8 kann ein Haken oder sonst eine geeignete Befestigungsvorrichtung sein. Das Befestigungsteil 8 kann auch Spannmittel, beispielsweise ein Flaschenzug oder dergleichen aufweisen, um das Tragelement 11 zu spannen. Möglich ist auch eine Ausbildung, bei welcher das untere Ende 7b an einer ortsfesten Spannvorrichtung 10 befestigt ist. Bei einer vertikalen Ausrichtung des Kabels 7 gemäss Figur 1 kann die erforderliche Spannkraft vergleichsweise klein sein. Bei einer ebenfalls möglichen geneigten oder horizontalen Ausrichtung wird die Spannkraft entsprechend dem Gewicht des Kabels 7 höher sein. Die Spannkraft wird insbesondere so gewählt, dass das Tragelement 11 in einer im Wesentlichen geraden Linie verläuft. Das Kabel 7 ist wie ersichtlich schlangenlinienförmig ausgelegt und besitzt mehrere Bogen 15, die vorzugsweise angenäherte halbkreisförmige Bogen sind. Es sind hier aber auch Abweichungen von dieser Form möglich. Jeweils zwischen zwei benachbarten Bögen 15 ist das Kabel 7 an einer Befestigungsstelle 16 mit dem Tragelement 11 verbunden. Die Befestigung kann gemäss Figur 4 mittels eines Verbindungselementes 12 realisiert sein, das einen Durchgang 17 für das Kabel 7 und eine hierzu quer verlaufende keilförmige Vertiefung 13 für das Tragelement 11 aufweist. Mittels einer Klammer 14 kann das Tragelement 11 mit dem Verbindungsmittel 12 verbunden sein. Denkbar ist aber auch eine andere Befestigung, beispielsweise eine Klebeverbindung, eine Schraubverbindung oder eine Pressverbindung. Das Verbindungsmittel 12 gemäss Figur 4 kann ein separat hergestelltes Spritzgussteil sein oder kann am Kabel 7 und/oder am Tragelement 11 angespritzt sein. Möglich ist auch eine Verbindung durch einen geeigneten Knoten. Die Verbindungsstelle zwischen dem Tragelement 11 und dem Kabel 7 sollte aber vorzugsweise weitgehend punktuell sein. Die Verbindungsstelle befindet sich gemäss Figur 2 in einem Befestigungspunkt 16 bzw. 16', der bezüglich des Verlaufs des Kabels 7 einen Wendepunkt bildet. An diesem geht der eine Bogen in den anderen über.

Der Radius der Bögen 15 richtet sich insbesondere nach dem Durchmesser des Kabels 7. Bei einem elektrischen Kabel und insbesondere einem abgeschirmten Koaxialkabel ist der Durchmesser der Bögen 15 jeweils vorzugsweise mindestens 8 Mal grösser als der Durchmesser des Kabels 7. Es sind hier aber auch andere Verhältnisse denkbar. Geeignete Verhältnisse können rechnerisch oder in einem praktischen Versuch ermittelt werden.

Im nicht tordierten Zustand befinden sich die Bögen 15 in einer Ebene. Bei einer Verdrehung können die Bogen 15 gemäss Figur 3 jeweils spiralförmig gebogen werden. Diese Biegungen ermöglichen die genannte Torsion. Ein Vergleich der Figuren 2 und 3 zeigt folgendes: In Punkt 15a ist eine Biegung mit einer Achsdrehung von 90° möglich. Im Punkt 15b erfolgt eine Biegung mit einer Achsdrehung um 45°. Im Punkt 15c ist die Kabelbelastung minimal, die Biegerichtung bleibt gleich. Lediglich der Radius wird hier kleiner. BEZUGSZEICHENLISTE

Windkraftwerk

Mast

Gondel

Drehlager

Generator

Rotor

Kabel

Befestigungsteil

Anschluss

Spannvorrichtung

Tragelement

Verbindungsmittel

Vertierung

Klammer

Bogen

Befestigungspunkt

Durchgang