Korrosionsschutz bei Windkraftanlagen – Dichtungen für Stahlrohrtürme

Unbestreitbar ist der Turm ein wichtiges Teil der gesamten Windkraftanlage, denn er trägt Gondel und Rotor und sorgt mit seiner Höhe dafür, dass die höheren und energiereicheren Luftschichten erreicht werden. Gleichzeitig kommt dem Turm mit 15 bis 25% der Anlagenkosten eine große wirtschaftliche Bedeutung zu. Doch nicht nur seine Investitionskosten, sondern auch seine Lebensdauer ist für den Betreiber sehr relevant. In dieser Hinsicht nimmt der Korrosionsschutz gerade bei den weit verbreiteten Stahlrohrtürmen einen immer größeren Stellenwert ein.

Kurz gesprochen werden Stahlrohrtürme aus Stahlplatten hergestellt: Das jeweilige Segment wird geschnitten, gerollt und in Längsrichtung verschweißt. Je nach Hersteller und Turmhöhe werden Turmsektionen von 15 bis 35m Länge hergestellt, die auf beiden Seiten mit einem Flansch versehen sind. Am Aufstellort werden die Segmente zusammengefügt und die Flansche verschraubt.

Turm wie Gondel und Rotor sind über die Anlagenlebensdauer verschiedensten Belastungen durch Standort und Witterungsbedingungen ausgesetzt. Die Bauteile müssen Sturm, Regen, Schnee, intensiver Sonneneinstrahlung, Salzwasser oder salzhaltiger Luft trotzen können und ebenso Krafteinwirkungen widerstehen, wie sie durch Temperaturveränderungen, Winddruck oder Drehmomente auftreten können.

Doch während man die Turmsegmente auf der Außen- und Innenseite mit einem aufgespritzten Korrosionsschutz versieht, ist das an der wichtigen Stelle der Flanschblätter so nicht möglich: Die auftretenden Kräfte würden die Schutzschicht in kürzester Zeit brechen.

Insofern ging man herstellerseitig bislang davon aus, dass die gegebene Planparallelität der Flanschblätter und die feste Verschraubung eine nicht nur kraftschlüssige sondern auch dichte Verbindung realisieren.

Doch die Realität auf der Baustelle und im Alltagsbetrieb sieht anders aus. Durch Einwirkungen bereits beim Aufbau oder durch die verschiedenen Umweltbedingungen kann es vorkommen, dass keine 100%ige Planparallelität gegeben ist. Und das Fatale bei Wasser, das wissen wir alle, ist ja, dass es sich den Weg in die kleinsten Ritzen sucht. So als Regen, Schnee, Salzwasser und Gischt von außen oder als Kondenswasser von innen. Als Folge entsteht Korrosion zwischen den Flanschblättern.

Ergebnis und gleichzeitig wirtschaftlicher Schaden liegt hier in der Verkürzung der Anlagenlebensdauer oder in aufwändiger Korrosionssanierung.

Dieses Problem lässt sich jedoch analog zum Bau großer Rohrleitungen lösen: Durch Einbringen einer Dichtung in den Flansch.

Anders als bei den betrachteten Stahltürmen geht beim Rohrleitungsbau niemand davon aus, dass je ein Flansch so planparallel und belastungsfrei sei, um ohne Dichtung auszukommen. Im Gegenteil, man weiß aus Erfahrung, dass es Unebenheiten und Krafteinträge in den Flanschen gibt.
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 aus dem Bau von Großrohrleitungen auf die Erfordernisse des Turmflansches übertragen, so dass die Firma Klinger die Entwicklung des KNS-Produktes als „KNS WE“ für Windkraftanlagen fortgeführt hat.
Ganz zentral ist dabei die Zerlegung des Trägerringes in Segmente, so dass 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.

Im Detail:

Serienmäßig werden die Dichtungen KNS WE aus dem Material KLINGERSIL®C-4430 hergestellt. Statische und dynamische Kräfte wie z.B. das Gewicht von Gondel und Rotorblättern sowie die Biegemomente durch den Wind können somit sicher übertragen und eine mechanisch hoch stabile Flanschverbindung hierdurch gewährleistet werden. Das Material KLINGERSIL®C-4430 kann eine Flächenpressung bis zu 250MPa übernehmen, gleichzeitig dichten und die Kräfte auf den Elastomerprofilen begrenzen. Dadurch wird die Langlebigkeit des Rings erreicht.
Um wie angerissen 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 Dichtringe 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 Trägerringes verpresst. Danach werden die Flanschkräfte nur noch neben den Dichtringen, eben über den Trägerring, weitergeleitet. Die Dichtringe können dann selbst durch hohe Kräfte nicht zerstört werden. Daher auch die Bezeichnung „Kraftnebenschluss“ für diesen konstruktiven Aufbau.

Die Montage ist denkbar einfach:

Am Turm wird für KNS-WE kein Kran benötigt, sondern ein bis zwei Mann können die Segmente des Trägerrings zur Montageposition heben. Dort wird zuerst der Trägerring auf dem Flansch zusammengesetzt, dann die Dichtringe eingeknüpft und schon ist die Dichtung fertig. Es werden keine Werkzeuge für den Zusammenbau der Dichtung benötigt.

Variantenvielfalt:

Auf Grund der flexiblen Produktionsweise sind die Dichtringe aus den verschiedensten Materialien lieferbar, selbstverständlich UV- und Ozon-beständig. Die Abmessungen von KLINGER®KNS WE können frei gewählt werden.

Fazit:

Mit der KLINGER®KNS WE wird der Turmaufbau vereinfacht, weil sich die Dichtung einfach und schnell einbauen lässt und geringe Abweichungen in der Planparallelität ausgleicht. Durch Verhinderung von Korrosion zwischen den Flanschblättern wird ebenfalls der Betrieb der Anlage sicherer und wirtschaftlicher, da keine nachträgliche Sanierungsarbeit nötig ist bzw. die Lebensdauer nicht verkürzt wird.
Insofern darf man folgern, dass letztlich ein Stahlturm mit zusätzlicher Dichtung über die Lebensdauer günstiger bleibt als ein Turm ohne Dichtung.

Entscheider-Facts:

Zusammenfassend bietet KLINGER®KNS WE folgende Vorteile:

    Modularer Dicht-Baukasten erlaubt individuelle Werkstoffauswahl,
    optimiert auf die jeweilige Anwendung
    Kein Kran zur Montage notwendig
    Einfache und fehlertolerante Montage
    Geeignet für hohe Flächenpressungen,
    ein Überpressen des Elastomer-Dichtrings ist konstruktionsbedingt nicht möglich
    Unempfindlich gegen Zusatzkräfte und Druckstöße
    Hohe Kosteneinsparung durch Reduzierung des Transportvolumens auf die Größe einer Europalette, unabhängig von der Nennweite


Autor: Dipl.-Kfm. Jörn Jacobs, Fachjournalist(bdfj), IHW Marketing GmbH, Bad Camberg

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Bild 1: Ansicht Turm segmentiert.jpg, 300dpi © Istock - Flemming Hansen
Bild 2: Prinzipskizze 1.eps, 300dpi, Entstehung Korrosion / Vermeidung durch Dichtung
Bild 3: Prinzipskizze 2.eps, 300dpi, Aufbau und Funktion Kraftnebenschlussdichtung
Bild 4: Dichtung KNS WE.eps, 300dpi
Bild 5: Skizze Montage.eps, 300dpi
Bild 6: Skizze Palettierbarkeit.eps, 300dpi