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Turbinen in Windparks sollen eine lange Lebensdauer haben und müssen vor Witterung geschützt werden. Bild: iStockphoto/Mimadeo, Klinger, Klinger/Petra Schempp
Erneuerbare Energien

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Wind- und wetterfest

Text: Jörn Jacobs, freier Journalist für Klinger
Stahlrohrtürme von Windanlagen sind nicht immer hundertprozentig dicht. Die Bauteile müssen Sturm und intensiver Sonneneinstrahlung standhalten, Wasser sucht sich den Weg in die kleinsten Ritzen. Um Korrosionsschäden vorzubeugen, werden spezielle Dichtungsringe eingesetzt.

Stahlrohrtürme für Windkraftanlagen werden bekanntermaßen aus Stahlplatten hergestellt: Das jeweilige Segment wird geschnitten, gerollt und in Längsrichtung verschweißt. So entstehen Turmsektionen von 15 bis 35 Metern Länge, die auf beiden Seiten mit einem Flansch versehen sind. Vor Ort werden die Segmente zusammengefügt und die Flansche verschraubt. Es ergibt sich eine kraftschlüssige Verbindung. Neueste Erkenntnisse lassen jedoch die Frage aufkommen, ob diese Verbindung auch ausreichend dicht ist.

Bislang gehen Hersteller davon aus, dass die in der Produktion erreichte Planparallelität der Flanschblätter auch später vor Ort eine ausreichend dichte Verbindung darstellt und kein Wasser eindringen kann. Die Realität auf der Baustelle sieht aber anders aus. Durch Einwirkungen bereits beim Aufbau der Anlage – wie das Aufsetzen der Elemente, Schmutz­eintrag oder die Arbeitsweise der Bauarbeiter – kann es vorkommen, dass keine hundertprozentige Planparallelität mehr gegeben ist. Außerdem sind Turm, Gondel und Rotor über die Anlagenlebensdauer verschiedensten Belastungen durch Standort und Witterungsbedingungen ausgesetzt. Die Bauteile müssen Sturm und intensiver Sonneneinstrahlung trotzen und Krafteinwirkungen widerstehen, die durch Temperaturveränderungen, Winddruck oder Drehmomente auftreten. Eine große Herausforderung stellt zudem das Wasser dar, das sich den Weg in die kleinsten Ritzen sucht – ob als Regen, Schnee, Salzwasser und Gischt von außen oder als Kondenswasser von innen.

Turmsegmente können auf der Außen- und Innenseite mit einem aufgespritzten Korrosionsschutz versehen werden. Das ist an der wichtigen Stelle der Flanschblätter so nicht möglich, denn die auftretenden Kräfte würden die Schutzschicht in kürzester Zeit zerstören. Da aber dem Turm mit 15 bis 25 Prozent der Anlagenkosten eine große wirtschaftliche Bedeutung zukommt, sind Investitionshöhe und Lebensdauer für den Betreiber äußerst relevant. Tritt eine Korrosion an den Flanschblättern auf, ist fraglich, ob die projektierte Anlagenlebensdauer von 20 bis 25 Jahren erreicht werden kann.

Know-how aus dem Rohrleitungsbau

Im Grunde ist der Stahlrohrturm nur eine große Rohrleitung in der Vertikalen, daher ließe sich Dichtheit im Flansch analog zum Bau großer Rohrleitungen durch das Einbringen einer Dichtung lösen. Beim Rohrleitungsbau geht generell niemand davon aus, dass ein Flansch so planparallel und belastungsfrei ist, dass er ohne Dichtung auskommt. Tatsache ist, dass Unebenheiten und Krafteinträge in den Flanschen existieren. Deswegen haben sich hier sogenannte „Kraft­nebenschluss-Dichtungen“ bewährt, deren Trägerring Kräfte ableitet und sehr hohe Flächenpressungen aufnehmen kann, während die elastomeren Dichtungsteile sicher abdichten. Die Technologie lässt sich auf die Erfordernisse des Turmflansches übertragen. Daher hat der Dichtungsspezialist Klinger die Entwicklung des KNS-Produkts als „KNS WE“ für Windkraftanlagen fortgeführt. Zentral ist dabei die Zerlegung des Trägerringes in Segmente, damit sie vor Ort werkzeugfrei zusammengesetzt werden können und mit dem zusammengelegten Elastomer immer auf eine Europalette passen. Die Verbindung der Segmente erfolgt über sogenannte „Knopfloch“- oder „Puzzle“-Verbindungen.

Serienmäßig werden die hier betrachteten Dichtungen aus dem Material KlingersilC-4430 hergestellt. Statische und dynamische Kräfte wie zum Beispiel das Gewicht von Gondel und Rotorblättern sowie die Biegemomente durch den Wind können somit sicher übertragen und eine mechanisch hoch stabile Flanschverbindung gewährleistet werden. Das Material kann eine Flächenpressung bis zu 250 Megapascal (MPa) übernehmen, gleichzeitig dichten und die Kräfte auf den Elastomerprofilen begrenzen. Dadurch wird eine Langlebigkeit des Rings erreicht.

Um die Montage zu vereinfachen und die Transportkosten zu minimieren, werden die Trägerringe aus präzise geschnittenen Segmenten gefertigt und geliefert. Die Genauigkeit der Verbindungen führt zu einer absoluten Dichtheit schon beim Trägerring. Die Dichtfunktion übernehmen im Turmflansch zwei Ringe aus Elastomer, die jeweils in einem Stück geliefert werden. Auf Grund ihrer Flexibilität können sie zusammengedreht werden und passen ebenso auf die Transportpalette. Diese Dichtringe sind dicker ausgeführt als der Trägerring und werden während des Verschraubens der Flansche auf die Dicke des Trägerrings verpresst. Danach werden die Flanschkräfte nur noch neben den Dichtringen, über den Trägerring, weitergeleitet. Die Dichtringe können selbst durch hohe Kräfte nicht zerstört werden. Daher wird dieser Aufbau als „Kraft­nebenschluss“ bezeichnet.

Die Montage ist einfach: Am Turm wird für die Kraft­nebenschlussdichtungen kein Kran benötigt, ein oder zwei Männer können die Segmente des Trägerrings zur Montageposition heben. Dort wird zuerst der Trägerring auf dem Flansch zusammengesetzt, dann werden die Dichtringe eingeknüpft – schon ist die Dichtung fertig. Es werden keine Werkzeuge für den Zusammenbau der Dichtung benötigt. Aufgrund der flexiblen Produktionsweise sind die Dichtringe aus den verschiedensten Materialien lieferbar. Sie sind UV- und Ozon-­beständig. Die Abmessungen können frei gewählt werden.

Mit den Kraftnebenschlussdichtungen für Windkraftanlagen von Klinger wird der Turmaufbau vereinfacht, weil sich die Dichtung schnell einbauen lässt und geringe Abweichungen in der Planparallelität ausgleicht. Indem die Korrosion zwischen den Flanschblättern verhindert wird, wird der Betrieb der Anlage sicherer und wirtschaftlicher, da keine nachträgliche Sanierungsarbeit nötig ist und sich die Lebensdauer nicht verkürzt.

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