DE102020118178A1

DE102020118178A1 - Turm für eine Windkraftanlage

Info

Publication number: DE102020118178A1
Application number: DE102020118178.7A
Authority: DE
Inventors: Gregor Prass; Christoph Schriefer
Original assignee: Anker Tower Ug Haftungsbeschraenkt I G; Anker Tower Ug Haftungsbeschraenkt IG
Current assignee: ANKER TOWER UG (HAFTUNGSBESCHRAENKT) I.G., DE
Priority date: 2020-07-09
Filing date: 2020-07-09
Publication date: 2022-01-13
Also published as: WO2022008142A1; EP4179200A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Turm für eine Windkraftanlage (100) mit wenigstens einem Abschnitt (11) mit polygonal angeordneten Wänden (14, 14a, 14b), wobei die Wände (14, 14a, 14b) aus Wandabschnitten (16, 16a, 16b) zusammengesetzt sind, wobei die Wandabschnitte (16, 16a, 16b) vorgefertigte Betonelemente sind, wobei die Wandabschnitte (16, 16a, 16b) entweder zu Segmenten (17) verbunden sind, die übereinander angeordnet sind, oder helixartig versetzt zueinander angeordnet sind, wobei die Wandabschnitte (16, 16a, 16b) wenigstens eine Vorderseitenfläche (21), wenigstens eine Rückseitenfläche (22), und seitlich wenigstens vier seitliche Flächen (23, 24, 25, 26) in Form wenigstens einer Kopffläche (23), wenigstens einer Basisfläche (24) und wenigstens zwei Seitenflächen (25, 26) aufweisen. Dabei ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass wenigstens ein vorgefertigtes Betonelement (40) wenigstens eine Spanneirichtung (39) beinhaltet, die vorgespannt in Richtung zwischen Kopffläche (23) und Basisfläche (24) angeordnet ist und kraftschlüssig mit dem Beton (41) des Betonelements (40) verbunden ist (Vorspannung mit sofortigem Verbund), dass wenigsten eine seitliche Fläche (23, 24, 25, 26) eines ersten Wandabschnitts (16, 16a, 16b) wenigstens einen sich in das Innere des Wandabschnitts (16, 16a, 16b) erstreckenden länglichen Kanal (27, 36) zur Aufnahme eines Verbindungsmittels (32) aufweist, dass in der wenigstens einen Vorderseitenfläche (21) und/oder der wenigstens einen Rückseitenfläche (22) eines ersten Wandabschnitts (16, 16a, 16b) wenigstens eine Eingriffsöffnung (29) vorgesehen ist, die mit dem wenigstens einen Kanal (27, 36) verbunden ist, dass wenigsten eine seitliche Fläche (23, 24, 25, 26) eines zweiten Wandabschnitts (16, 16a, 16b) wenigstens einen sich in das Innere des Wandabschnitts (16, 16a, 16b) erstreckenden länglichen Kanal (27, 36) zur Aufnahme eines Verbindungsmittels (32) aufweist, dass in der wenigstens einen Vorderseitenfläche (21) und/oder der wenigstens einen Rückseitenfläche (22) des ersten Wandabschnitts (16, 16a, 16b) wenigstens eine Eingriffsöffnung (29) vorgesehen ist, die mit dem wenigstens einen Kanal (27, 36) verbunden ist, dass der wenigstens eine Kanal (27, 36) des ersten Wandabschnitts (16, 16a, 16b) mit dem wenigstens einen Kanal (27, 36) des zweiten Wandabschnitts im montierten Zustand der Wandabschnitte (16, 16a, 16b) so zueinander angeordnet sind, dass ein durchgehender Kanal besteht.

Description

Die Erfindung betrifft einen Turm für eine Windkraftanlage mit wenigstens einem Abschnitt mit polygonal angeordneten Wänden, wobei die Wände aus Wandabschnitten zusammengesetzt sind, wobei die Wandabschnitte vorgefertigte Betonelemente sind, wobei die Wandabschnitte entweder zu Segmenten verbunden sind, die übereinander angeordnet sind, oder helixartig versetzt zueinander angeordnet sind, wobei die Wandabschnitte wenigstens eine Vorderseitenfläche, wenigstens eine Rückseitenfläche, und seitlich wenigstens vier seitliche Flächen in Form wenigstens einer Kopffläche, wenigstens einer Basisfläche und wenigstens zwei Seitenflächen aufweisen.
Bei einer Windkraftanlage handelt es sich um eine Vorrichtung zur Erzeugung von elektrischer Energie. Die Windkraftanlage ist mit einem Fundament, einem Turm, der einen polygonalen Querschnitt aufweist, der sich mit steigender Höhe verjüngt, und der auf dem Fundament errichtet wird, und einer Gondel, die auf dem Turm angeordnet wird, versehen. An der Gondel befindet sich die mit Rotorblättern verbundene Antriebseinheit zur Energieerzeugung.
Windkraftanlagen eingangs genannter Art sind dem Fachmann bekannt und geläufig.
Auf dem Turm der Windkraftanlage ist dabei die Gondel angeordnet. An ihrem Ende ist die Gondel wiederum mit einem Rotor mit waagerechter oder senkrechter Drehachse versehen, die mit einem Generator gekoppelt ist. Üblich ist der Einsatz von dreiblättrigen Rotoren, da diese einen relativ gleichmäßigen Lauf gewährleisten. Derartige Windkraftanlagen sind im Hinblick auf den Wirkungsgrad, mit dem die Leistung des Windes nutzbar ist, weit entwickelt.
Die Höhe der Türme von Windkraftanlagen variieren. Generell korreliert die Energieausbeute, die mit der Windkraftanlage erzielbar ist, mit der Höhe des Turmes, so dass Höhen von über 100 m, sogar über 150 m, errichtet werden. Es besteht ein wirtschaftlicher Zusammenhang aus anfallenden Baukosten und dem Ertrag aus Energiegewinnung, wobei aus Erfahrung die anfallenden Baukosten mit der Bauhöhe der Windkraftanlage überproportional steigen.
Die Konstruktion des Turms ist ausgerichtet auf die durch die Gondel auf dem Turm wirkenden statischen Belastungen und auf die durch die Rotation der Drehflügel des Rotors und der Bewegungsmöglichkeit der Gondel in Abhängigkeit der Windrichtung wirkenden dynamischen Belastungen.
Bekannte Türme werden aus Stahlringen, Betonelementen oder Holzelementen hergestellt. Unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten ist es wie dargelegt erwünscht, die Höhe der Türme wirtschaftlich maximiert zu errichten, da der Ertrag einer Windkraftanlage von der Nabenhöhe des Rotors abhängt und der Ertrag mit Zunahme der Höhe steigt. Gleichzeitig steigen die durch die größere Höhe des Turmes entstehenden Anforderungen an die Statik und das Material bzw. den Materialaufwand des Turmes. Die Wandstärken nehmen zu und dadurch steigt der Errichtungsaufwand des Turms.
Die Grundflächen der bekannten Türme sind dabei entweder Polygone oder ringförmige Kreissegmente. Polygonale Türme, die aus einzelnen Segmenten aus Beton hergestellt sind, sind bekannt aus WO2003069099A1 . Die errichteten Elemente werden mit Spannlitzen unter Vorspannung gesetzt. Die Litzen/Spannglieder verlaufen dabei über die gesamte Länge des Turms innerhalb des Turms. Zusätzlich sind Ausführungsformen bekannt, bei denen die Litzen/Spannglieder innerhalb der Wände erlaufen. Weiterhin können die Litzen/Spannglieder dabei auch verpresst sein.
Nachteilig dabei ist, dass die Litzen/Spannglieder hohe Kosten bei der Errichtung der Türme bedeuten, da diese aus besonderen Stählen bestehen müssen und aufwendig vor Ort eingebracht werden müssen.
Aufgabe der Erfindung ist daher, einen Turm für eine Windkraftanlage mit verbesserten Verbindungen zwischen den Wandabschnitten bereitzustellen und die Kosten der Errichtung zu reduzieren.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, dass wenigstens ein vorgefertigtes Betonelement wenigstens eine Spanneinrichtung beinhaltet, dass die wenigstens eine Spanneinrichtung vorgespannt i zwischen Kopffläche und Basisfläche angeordnet ist und mit dem Beton des Betonelements verbunden ist, dass wenigsten eine seitliche Fläche eines ersten Wandabschnitts wenigstens einen sich in das Innere des Wandabschnitts erstreckenden länglichen Kanal zur Aufnahme eines Verbindungsmittels aufweist, dass in der wenigstens einen Vorderseitenfläche und/oder der wenigstens einen Rückseitenfläche eines ersten Wandabschnitts wenigstens eine Eingriffsöffnung vorgesehen ist, die mit dem wenigstens einen Kanal verbunden ist, dass wenigsten eine seitliche Fläche eines zweiten Wandabschnitts wenigstens einen sich in das Innere des Wandabschnitts erstreckenden länglichen Kanal zur Aufnahme eines Verbindungsmittels aufweist, dass in der wenigstens einen Vorderseitenfläche und/oder der wenigstens einen Rückseitenfläche des ersten Wandabschnitts wenigstens eine Eingriffsöffnung vorgesehen ist, die mit dem wenigstens einen Kanal verbunden ist, dass der wenigstens eine Kanal des ersten Wandabschnitts mit dem wenigstens einen Kanal des zweiten Wandabschnitts im montierten Zustand der Wandabschnitte so zueinander angeordnet sind, dass ein durchgehender Kanal besteht.
Es hat sich überraschend gezeigt, dass durch das vorgenannte Vorgehen, der Turm der Windkraftanlage deutlich schneller und kostengünstiger errichten lässt, da die kostenintensiven Litzen/Spannglieder entfallen können. Die Wandelemente lass sich hinreichend vorspannen, so dass die Wandelemente bzw. deren Beton in allen Betriebszuständen der Windkraftanlage hinreichend unter Druck steht. Weiterhin hat sich gezeigt, dass die Verbindungsmittel auf einfache Weise die Vorspannung von einem Wandelemente zu nächsten hinreichend übertragen und gleichzeitig auch die Horizontalfuge zwischen den Wandelementen hinreichend unter Druck halten/setzen können.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass es sich bei dem Verbindungsmittel um eine Metallstange mit wenigstens einem Gewindeabschnitt, wenigstens an einem ihrer Endabschnitte, auf die wenigstens ein Konterelement aufschraubbar ist, und ein Konterelement, bevorzugt wenigstens eine Mutter, handelt, die bevorzugt einen Gewindebolzen bilden. Hierdurch lassen sich besonders kostengünstige Verbindungmittel bereitstellen, die überraschender Weise hinreichenden Vorspannungen erzeugen.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass die Metallstange wenigstens so lang ist, dass in wenigstens einer Eingriffsöffnung das wenigstens eine Konterelement auf den wenigstens einen Gewindeabschnitt aufbringbar ist. Hierdurch lassen sich besonders kostengünstige Verbindungmittel bereitstellen, die überraschender Weise hinreichenden Vorspannungen erzeugen.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass in wenigstens einer Eingriffsöffnung wenigstens ein Widerlager zur Aufnahme von durch das Verbindungsmittel aufgebrachte Zugkräfte vorgesehen sind Hierdurch lassen sich besonders kostengünstige Verbindungmittel bereitstellen, die überraschender Weise hinreichenden Vorspannungen erzeugen.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass im Bereich des wenigstens einen Kanals an der wenigstens einen Vorderseitenfläche und/oder an der wenigstens einen Rückseitenfläche des Wandabschnitts eine Voute vorgesehen ist. Hierdurch kann auf einfache Weise die Anzahl der Verbindungselemente erhöht werden.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass wenigstens zwei Kanäle in einer seitlichen Fläche vorgesehen sind, bevorzugt hintereinander oder nebeneinander. Hierdurch kann auf einfache Weise die Anzahl der Verbindungselemente erhöht werden.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass die Seitenflächen der Wandabschnitte stoffschlüssig, bevorzugt mittels Mörtel, Zement und/oder Ortbeton, und/oder formschlüssig, bevorzugt durch ineinandergreifende Aussparungen, verbunden sind. Es hat sich überraschender Weise gezeigt, dass diese Verbindungen in Verbindung mit den vorgenannten Verbindungsmitteln ausreichend sind, die Schubkräfte aus Querkraft und Torsion in den Vertikalstößen zu übertragen
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass es sich bei dem wenigstens einen Kanal um ein Leerrohr handelt. Hierdurch können die Verbindungsmittel auf einfache Weise innerhalb der Wände des Turms angeordnet werden.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass auf dem ersten Abschnitt des Turms aus Wandabschnitten aus Beton ein zweiter Abschnitt aus Stahlelementen angeordnet ist.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass die Wandabschnitte rechteckig, trapezförmig und/oder dreieckig sind. Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass das Segment ein Polygon oder ein Kreisring sind und die Wandabschnitte entsprechend als Platte oder gebogen ausgeführt sind.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass die wenigstens eine Spanneinrichtung wenigstens ein Spannglied aufweist, das bevorzugt als Bewehrungseisen ausgeführt ist. Dabei ist weiterhin vorteilhaft, dass das wenigstens eine Spannglied als zu einem Bügel gebogenes Bewehrungseisen ausgeführt ist. Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass die wenigstens eine Spanneinrichtung wenigstens ein Spannungseinleitungselement aufweist, das bevorzugt als Balken oder Verbindungselement ausgeführt ist. Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass das wenigstes eine Spannungseinleitungselement mit wenigstens einem Spannglied verbunden ist. Es hat sich gezeigt, dass solche Wandelemente kostengünstig herstellen lassen und dass gleichzeitig es möglich ist, mit derartigen Wandelementen, bevorzugt als Platte oder gebogen ausgeführt, eine hinreichende Vorspannung für den Turm bereitzustellen.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass der Beton mit der wenigstens eine Spanneinrichtung kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig verbunden ist. Hierdurch lässt sich auf besonders einfache und kostengünstige Weise die notwendige Vorspannung im Wandelement bereitstellen.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass das wenigstens eine Spannglied ein Stab oder eine Litze ist, bevorzugt aus kaltgerecktem Stahl oder Spannstahl. Hierdurch lässt sich auf besonders einfache und kostengünstige Weise die notwendige Vorspannung im Wandelement bereitstellen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:

1 eine schematische räumliche Darstellung einer Windkraftanlage mit einem erfindungsgemäßen Turm,
2 eine schematische räumliche Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Turms,
3 eine Draufsicht zu 2,
4 eine räumliche Ansicht einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform zweier miteinander verbundener erfindungsgemäßer Wandabschnitte,
5 eine teilgeschnittene Ansicht zu 4
6 eine räumliche Ansicht eines Wandabschnitt zu 4,
7 der Wandabschnitt gemäß 6 mit eingesetzten Verbindungsmitteln,
8 eine Draufsicht zu 6,
9 eine Schnittansicht zu 4.
10 eine räumliche Ansicht einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform zweier miteinander verbundener erfindungsgemäßer Wandabschnitte,
11 eine teilgeschnittene Ansicht zu 10
12 eine räumliche Ansicht eines Wandabschnitt zu 10,
13 der Wandabschnitt gemäß 12 mit eingesetzten Verbindungsmitteln,
14 eine Draufsicht zu 12,
15 eine Schnittansicht zu 10,
16 eine schematische Draufsicht auf eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Spanneinrichtung für ein erfindungsgemäßes Wandelement,
17 schematische Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Spanneinrichtung für ein erfindungsgemäßes Wandelement zu 16,
18eine schematische Schnittansicht zu 17, und
19 eine schematische Draufsicht auf eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Spanneinrichtung für ein alternatives erfindungsgemäßes Wandelement.

1 zeigt eine räumliche Ansicht einer Windkraftanlage 100 mit einem Turm 10, der mit seiner Unterseite 160 auf einem Fundament 150 angeordnet ist. An seiner Oberseite 170 ist ein Adapter 110 vorgesehen, auf dem eine Gondel 120 drehbar vorgesehen ist, die einen Rotor 140 mit einer Nabe 130 aufweist.
Der Turm 10 weist einen Querschnitt in Form eines Polygons 20 auf. Er ist aus einzelnen Wänden 14 zusammengesetzt, die entsprechend des Querschnitts 20 polygonal angeordnet sind. Die Wände bestehen aus vorgefertigten Betonelementen. Alternativ kann der Turm 10 auch einen runden Querschnitt aufweisen.
In der in 1 gezeigten Ausführungsform weist der Turm 10 einen Abschnitt 11 auf. Alternativ können mehrere Abschnitte vorgesehen sein, von denen mindestens ein Abschnitt erfindungsgemäß ausgeführt ist. Der Turm 10 weist in diesem Ausführungsbeispiel unterschiedliche Wände 14 auf. Abwechselnd sind rechteckige Wände 14a und trapezförmige oder sogar dreieckige (nicht dargestellt) Wände 14b vorgesehen.
Aus Transport- und Herstellungsgründen ist es vorteilhaft, die Wände 14, 14a, 14b in Wandabschnitte 16 aufzuteilen, wie in 2 und 3 gezeigt, die beispielsweise eine Länge von 12 m bis 20 m aufweisen, und die Wände 14, 14a, 14b aus diesen Wandabschnitten 16 vor Ort zusammenzusetzten. Hierfür ist es beispielsweise vorteilhaft, die Wandabschnitte 16 zu horizontalen Segmenten 17 zusammenzusetzen. Die Segmente 17 werden dann übereinander angeordnet und bilden so den Abschnitt 11 bzw. den Turm 10. Die Segmente 17 können dabei einen polygonalen oder runden Querschnitt aufweisen.
Die Wandabschnitte 16 sind als rechteckige Wandabschnitt 16a vorgesehen, um die Wände 14a zu bilden. Weiterhin sind trapezförmige Wandabschnitte 16b vorgesehen, um die trapezförmigen Wände 14b aufzubauen. Im Fall eines runden Querschnitts sind die Wandabschnitte 16, 16a, 16b gebogen ausgeführt.
Die Wände 14, 14a, 14b bzw. die Wandabschnitte 16, 16a, 16b können über Verbindungsmittel miteinander verbunden werden. Hierbei handelt es sich bevorzugt um unterschiedliche Verbindungmittel.
In den 4-15 sind Wandabschnitte 16a in rechteckiger Ausführungsform gezeigt. Das nachfolgend dargestellte trifft entsprechend analog auch auf trapezförmige Wandabschnitte 16b zu.
4 bzw. 10 zeigen eine räumliche Ansicht einer ersten bzw. zweiten Ausführungsform erfindungsgemäßer Wandabschnitte 16a. Die Wandabschnitte 16a weisen dabei eine Vorderseitenfläche 21, hier auch Außenseite des Turms 10, und eine Rückseitenfläche 22, hier auch Innenseite des Turms 10, auf. Weiterhin weist der Wandabschnitte 16a vier seitliche Flächen auf, bei denen es sich um die Kopffläche 23, die Basisfläche 24 sowie die Seitenflächen 25, 26 handelt.
Wie in den 4, 5 bzw. 10, 11 gezeigt sind dabei zwei Wandabschnitte 16a übereinander angeordnet. Der obere Wandabschnitte 16a steht dabei mit seiner Basisfläche 24 auf der Kopffläche 23 des darunter angeordneten Wandabschnitt 16a auf.
Für die erste Ausführungsform sind dabei in der Kopffläche 23 und der Basisfläche 24 Kanäle 27 vorgesehen, die bei einem Wandabschnitt 16, 16a, 16b aus einem vorgefertigten Betonteilen bevorzugt ausgehend von der jeweiligen Fläche 23, 24, 25, 26 in die Wandabschnitt 16, 16a, 16b als Leerrohre 38 eingebracht werden. Bevorzugt erstrecken sich die Kanäle 27 parallel zu der Vorderseitenfläche 21 bzw. Rückseitenfläche 22. Die Kanäle 27 weisen dabei Öffnungen 28 auf, die in den jeweiligen Flächen 23, 24, 25, 26 vorgesehen sind. Die Wandabschnitt 16, 16a, 16b sind dabei als Platten, wie hier gezeigt, oder gebogen ausgeführt, so dass der Turm einen polygonalen oder runden Querschnitt aufweist.
Hier beispielhaft auf der Rückseitenfläche 22 angeordnet sind Eingriffsöffnungen 29 vorgesehen, die sich in den Wandabschnitte 16, 16a, 16b hineinerstrecken und mit dem Kanal 27 verbunden sind. Bevorzugt sind hier pro Kanal 27 eine Eingangsöffnung 29 vorgesehen. Alternativ können die Eingriffsöffnungen 29 auch größer ausgeführt werden, sodass mehrere Kanäle 27 in diese hineinmünden.
Die Kanäle 27 können dabei in den Eingriffsöffnungen 29 enden oder sich durch diese hindurch weiter im Inneren der Wandabschnitte 16, 16a, 16b erstrecken. Beispielsweise können weiterhin die Eingriffsöffnungen 29 sowohl von der Rückseitenfläche 22, wie hier dargestellt sich erstrecken, oder alternativ genauso auch von der Vorderseitenfläche 21 oder durchgängig ausgeführt sein. In den Eintrittsöffnungen sind Öffnungen 30 vorgesehen, in denen der jeweilige Kanal 27 in der Eingriffsöffnung 29 endet.
Weiterhin ist im Bereich einer Öffnung 30 bevorzugt ein Widerlagerelement 31 vorgesehen, gegen das Verbindungsmittel oder Spannelemente einbringbar sind.
Sind die beiden Wandabschnitte 16a, 16b übereinander angeordnet, fluchten die Öffnungen 28 und die beiden entsprechend daran anschließenden Kanäle 27 bilden einen langen Kanal, der hier jeweils in den beiden Eingriffsöffnungen 29 endet. Wie in 7 gezeigt, werden Verbindungsmittel 32 durch die Öffnungen 28 in der Kopffläche 23 des Wandabschnitts 16a, 16b eingebracht, sodass ein darüber angeordneter Wandabschnitt 16a, 16b auf die Verbindungsmittel 32 aufgebracht werden kann, indem die Verbindungsmittel 32 durch die Öffnungen 28 in der Basisfläche 24 in die daran anschließenden Kanäle 27 eingebracht werden. Die Basisfläche 24 steht dann im montierten Zustand auf der Kopffläche 23 auf.
Bevorzugt besteht das Verbindungsmittel 32 aus einer Ankerstange 33, die wenigstens an ihren Endabschnitten Gewindebereiche (nicht dargestellt) aufweist. Auf diese Gewindeabschnitte werden beispielsweise Muttern 34 als Konterelemente aufgeschraubt. Das Aufschrauben erfolgt für gewöhnlich, nachdem zwei benachbarte Wandabschnitte aufeinander angeordnet sind. Die Muttern 34 werden dann in den Eintrittsöffnungen 29 auf die Gewindeabschnitte der Ankerstangen 33 aufgeschraubt.
Das Spannen der Verbindungsmittel 32 erfolgt dann beispielsweise mittels Spezialgeräts, nachdem der Turm 10 vollständig errichtet wurde.
Die 10-15 zeigen eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wandabschnitte 16a, 16b des Turms 10 der Windkraftanlage 100. Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform dadurch, dass im Bereich der Kanäle 27 eine Voute 35 vorgesehen ist. Hierdurch wird es möglich, mehrere Reihen von Ankerstangen 32 parallel zueinander vorzusehen, wie dieses in 13 und 15 dargestellt ist.
Hierfür sind weitere Kanäle 36 hier bevorzugt in Form von Leerrohren 38 im Bereich der Voute 35 bevorzugt parallel zu den Kanälen 27 beispielsweise durch Bohrungen vorgesehen. Die Kanäle 36 münden dabei in Öffnungen 37. auf den Flächen 23, 24, 25, 25.
In den 10-15 sind Kanäle 36 parallel zu den Kanälen 27 nach innen versetzt angeordnet. Der Versatz kann hier auch so vorgesehen sein, dass die Reihe der Kanäle 36 bzw. der Öffnungen 37 versetzt zu den Kanälen 27 bzw. den Öffnungen 28 vorgesehen sind.
In den 10-15 sind die Kanäle 36 so angeordnet, dass diese ebenfalls in die Eingriffsöffnung 29 münden. Alternativ können für die zweite Reihe der Kanäle 36 und/oder evtl. weitere Kanalreihen jeweils weitere Eingriffsöffnungen (nicht dargestellt) vorgesehen werden.
Ebenfalls vorgesehen sind Widerlagerelemente 31 wobei diese beispielsweise entweder zwei oder mehr Öffnungen 30 für die Kanäle 27, 36 aufweisen oder pro Eingriffsöffnung 29 separat entsprechend vorgesehen sind.
Nicht dargestellt sind weitere Varianten, bei denen die Voute 35 größer ausgeführt ist, sodass mehr als zwei Reihen Kanäle 27, 36 vorgesehen werden können. Der übrige Aufbau dieser Ausführungsform entspricht ansonsten dem zuvor dargelegten.
Die Anzahl und Abstände der Verbindungsmittel 32 und der dazugehörigen Kanäle 27, 36 variiert entsprechend den vorhandenen Belastungen.
Zur Errichtung des Turms 10 werden aus den Wandabschnitten 16, 16a, 16b Segmente 17 hergestellt, indem die Wandabschnitt 16, 16a, 16b an den Seitenflächen 25, 26 miteinander verbunden werden. Dies kann beispielsweise so erfolgen, dass abwechselnd ein rechteckiges Wandabschnitt 16a mit einem trapezförmigen Wandabschnitt 16b verbunden werden.
Das Errichten der Segmente 17 erfolgt bevorzugt am Errichtungsort des Turms 10 beispielsweise mit einem einfachen Baustellenkran. Dafür werden die Seitenwände 25, 26 miteinander verbunden. Dieses kann mittels Stoffschluss beispielsweise durch Klebstoff oder durch Formschluss erfolgen. Durch das Verbinden der Seitenflächen 25, 26 werden über den Formschluss oder Stoffschluss die Schubkräfte aus Querkraft und Torsion übertragen.
Das Errichten des Turms erfolgt, indem die Segmente übereinander angeordnet werden. hierfür kommt bevorzugt ein größerer bzw. höherer Kran zur Anwendung.
Das erste Segment wird dabei mit seinen Öffnungen 28, 37 und deren darüberliegenden Kanälen 27, 36 mit seinen jeweiligen Basisflächen auf einem Ankerkorb (nicht dargestellt) des Fundaments 150 aufgebracht. Die Ankerstangen 33 des Ankerkorbes (nicht dargestellt) des Fundaments 150 sind dabei so lang ausgeführt, dass diese mit ihrem Gewindeabschnitt bis in die entsprechenden Eintrittsöffnungen 29 reichen. Die Konterelementen (Muttern 34) werden dann entsprechend auf den Gewindeabschnitten der Ankerstangen 33 aufgeschraubt.
In den Öffnungen 28, 37 und den darunterliegenden Kanälen 27, 36 der Kopfflächen 23 werden ebenfalls Ankerstangen 33 eingebracht, an deren unteren Gewindeabschnitten beispielsweise in den entsprechenden Eintrittsöffnungen 29 Konterelemente (Muttern 34) auf die Ankerstangen 33 aufgeschraubt werden.
Anschließend wird das nächste Segment 17 mit seiner Basisfläche so auf die Ankerstangen 33 platziert, dass diese in die Öffnungen 28, 37 und die dahinterliegenden Kanäle 27, 36 der Basisflächen 24 eintreten können. Nachdem die Basisflächen 24 des nächsten Segments 17 auf den Kopfflächen 23 des darunter befindlichen Segment 17 abgesetzt sind, werden entsprechend die Muttern 34 über die Eingriffsöffnungen 29 auf die Gewindeabschnitte der Ankerstangen 33 aufgebracht. Dieses Verfahren wird wiederholt, bis die entsprechenden Segmente montiert sind. Auf dem obersten Segment wiederum mittels der Ankerstangen 33 wird dann der Anschlussflansch für die Gondel oder das erste Segment eines sich anschließenden Stahlturms angebracht.
Die Wandabschnitte 16, 16a, 16b sind gemäß 16 bis 18 und 19 als vorgefertigte Betonelemente 40 ausgeführt, die wenigstens eine Spanneinrichtung 39 beinhalten. Die wenigstens eine Spanneinrichtung 39 ist dabei vorgespannt in Richtung zwischen Kopffläche 23 und Basisfläche 24 angeordnet. Die wenigstens eine Spanneinrichtung 39 ist vorgespannt und mit dem Beton 41 des Betonelements 40 verbunden. Der Verbund liegt beispielsweise kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig vor. Vorteilhafterweise ist dabei die wenigstens eine Spanneinrichtung 39 mit wenigstens einem Spannungseinleitungselement versehen.
Die wenigstens eine Spanneinrichtung 39 weist gemäß 16 bis 18 einen Balken 42 als Spannungseinleitungselement auf, der beispielsweise als Bauteil aus Stahl oder auch aus Beton ausgeführt sein kann. Der Balken 42 fungiert als Zugkraftüberträger für Spannglieder 43, die zwischen den Banken 42 angeordnet und mit diesen verbunden sind. Die Spannglieder 43 sind hier bevorzugt als Bewehrungseisen vorgesehen. Diese können, wenn der Balken 42 als Betonteil ausgeführt ist, mit diesem vergossen werden. Anderenfalls werden sie mit dem Balken 42 verbunden.
In den Balken 42 sind hier bevorzugt weiterhin die Eingriffsöffnungen 29 und die hier als Leerrohre 38 ausgeführten Kanäle 27 vorgesehen. In den Eingriffsöffnungen 29 sind hier vorteilhafter Weise auch die Widerlager 31 angeordnet.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn wenigstens in Teilen der Eingriffsöffnungen 29 Befestigungselemente 44 vorgesehen sind, in die beispielsweise Stäbe (nicht dargestellt) eingebracht werden können, über die dann in Pfeilrichtung A und B die Vorspannung in die wenigstens eine Spanneinrichtung 39 eingebracht werden kann. Die Befestigungselemente 44 können dabei auch als Konterelemente/Muttern 34 bei der Montage und Vorspannung des Turm 10 verwendet werden.
In 19 ist die wenigstens eine Spanneinrichtung 39 aus Spanngliedern 43 in Form von Bügeln 45 gebildet, die aus gebogenen Bewehrungseisen gebildet sind. Die Bügel 45 sind in der gezeigten Ausführungsform bevorzugt mit den Befestigungsmitteln 44 und Leerrohren 38 verbunden. Die Befestigungsmittel 44 fungieren dabei als Spannungseinleitungselemente.
Zur Montage der Betonelemente 40 wird die Spanneinrichtung 39 mit ihren Bestandteilen, wie beispielsweise zuvor beschrieben, in eine entsprechende Form (nicht dargestellt) eingebracht.
Weiterhin werden Zugmittel (nicht dargestellt) mit der wenigstens einen Spanneinrichtung 39 verbunden, beispielsweise über die Befestigungselemente 44. Diese Zugmittel werden dann in Pfeilrichtung A, B gezogen wodurch die Spannglieder 43 vorgespannt werden. Diese Vorspannung wird gehalten. Anschließend wird der Beton 41 in die Form mit der wenigstens einen Spanneinrichtung 39 eingebracht. Während des Aushärtens des Betons 41 wird die eingebrachte Spannung in der wenigstens einen Spanneinrichtung 39 aufrechterhalten. Durch die Aushärtung entsteht die Verbindung zwischen der wenigstens eine Spanneinrichtung 39 und dem Beton 41. Nach der Aushärtung wird die in Pfeilrichtung A, B wirkende Zugspannung gelöst, die Zugmittel falls notwendig entfernt und das fertige Betonteil aus der Form entfernt.
Auf den Turmaußenseiten, hier den Vorderseitenflächen 21, können PVC-Bahnen (nicht dargestellt) vorgesehen werden. Dieses erfolgt nach der Montage der Wandabschnitte. Die Beschichtungen werden dann nach Errichten des Turms miteinander verbunden.
Im Anschluss an das Errichten erfolgt dann das Spannen der Gewindestangen 33, um entsprechend den Abtrag der statischen und dynamischen Lasten der Gondel 120 und des Rotors 140 im Betrieb zu ermöglichen und sicherzustellen, dass die Wandelemente 14, 14a, 14b bzw. deren Beton in allen Betriebszuständen der Windkraftanlage hinreichend unter Druck stehen.
Bezugszeichenliste

100: Windkraftanlage
110: Adapter
120: Gondel
130: Nabe
140: Rotor
150: Fundament
160: Unterseite
170: Oberseite
10: Turm
11: Abschnitt
14: Wand
14a: Wand (rechteckig)
14b: Wand (trapezförmig)
16: Wandabschnitt
16a: Wandabschnitt (rechteckig)
16b: Wandabschnitt (trapezförmig)
17: Segment
18: horizontaler Stoß
19: vertikaler Stoß
20: Polygon
21: Vorderseitenfläche
22: Rückseitenfläche
23: Kopffläche
24: Basisfläche
25: Seitenfläche
26: Seitenfläche
27: Kanal
28: Öffnung
29: Eingriffsöffnung
30: Öffnung
31: Widerlagerelement
32: Verbindungsmittel
33: Ankerstange
34: Mutter
35: Voute
36: Kanal
37: Öffnung
38: Leerrohr
39: Spanneinrichtung
40: Betonelement
41: Beton
42: Balken
43: Spannglied
44: Befestigungselement

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2003069099 A1 [0008]

Claims

Turm für eine Windkraftanlage (100) mit wenigstens einem Abschnitt (11) mit polygonal angeordneten Wänden (14, 14a, 14b), wobei die Wände (14, 14a, 14b) aus Wandabschnitten (16, 16a, 16b) zusammengesetzt sind, wobei die Wandabschnitte (16, 16a, 16b) vorgefertigte Betonelemente sind, wobei die Wandabschnitte (16, 16a, 16b) entweder zu Segmenten (17) verbunden sind, die übereinander angeordnet sind, oder helixartig versetzt zueinander angeordnet sind, wobei die Wandabschnitte (16, 16a, 16b) wenigstens eine Vorderseitenfläche (21), wenigstens eine Rückseitenfläche (22), und seitlich wenigstens vier seitliche Flächen (23, 24, 25, 26) in Form wenigstens einer Kopffläche (23), wenigstens einer Basisfläche (24) und wenigstens zwei Seitenflächen (25, 26) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein vorgefertigtes Betonelement (40) wenigstens eine Spanneinrichtung (39) beinhaltet, dass die wenigstens eine Spanneinrichtung (39) vorgespannt in Richtung zwischen Kopffläche (23) und Basisfläche (24) angeordnet ist und mit dem Beton (41) des Betonelements (40) verbunden ist (Vorspannung mit sofortigem Verbund), dass wenigsten eine seitliche Fläche (23, 24, 25, 26) eines ersten Wandabschnitts (16, 16a, 16b) wenigstens einen sich in das Innere des Wandabschnitts (16, 16a, 16b) erstreckenden länglichen Kanal (27, 36) zur Aufnahme eines Verbindungsmittels (32) aufweist, dass in der wenigstens einen Vorderseitenfläche (21) und/oder der wenigstens einen Rückseitenfläche (22) eines ersten Wandabschnitts (16, 16a, 16b) wenigstens eine Eingriffsöffnung (29) vorgesehen ist, die mit dem wenigstens einen Kanal (27, 36) verbunden ist, dass wenigsten eine seitliche Fläche (23, 24, 25, 26) eines zweiten Wandabschnitts (16, 16a, 16b) wenigstens einen sich in das Innere des Wandabschnitts (16, 16a, 16b) erstreckenden länglichen Kanal (27, 36) zur Aufnahme eines Verbindungsmittels (32) aufweist, dass in der wenigstens einen Vorderseitenfläche (21) und/oder der wenigstens einen Rückseitenfläche (22) des ersten Wandabschnitts (16, 16a, 16b) wenigstens eine Eingriffsöffnung (29) vorgesehen ist, die mit dem wenigstens einen Kanal (27, 36) verbunden ist, dass der wenigstens eine Kanal (27, 36) des ersten Wandabschnitts (16, 16a, 16b) mit dem wenigstens einen Kanal (27, 36) des zweiten Wandabschnitts im montierten Zustand der Wandabschnitte (16, 16a, 16b) so zueinander angeordnet sind, dass ein durchgehender Kanal besteht.
Turm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Verbindungsmittel (32) um eine Metallstange (33) mit wenigstens einem Gewindeabschnitt, wenigstens an einem ihrer Endabschnitte, auf die wenigstens ein Konterelement aufschraubbar ist, und ein Konterelement, bevorzugt wenigstens eine Mutter (34), handelt, die bevorzugt einen Gewindebolzen bilden.
Turm nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Metallstange (33) wenigstens so lang ist, dass in wenigstens einer Eingriffsöffnung (29) das wenigstens eine Konterelement auf den wenigstens einen Gewindeabschnitt aufbringbar ist.
Turm nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in wenigstens einer Eingriffsöffnung (29) wenigstens ein Widerlager (31) zur Aufnahme von durch das Verbindungsmittel (32) aufgebrachte Zugkräfte vorgesehen sind.
Turm nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des wenigstens einen Kanals (27, 36) an der wenigstens einen Vorderseitenfläche (21) und/oder an der wenigstens einen Rückseitenfläche (22) des Wandabschnitts (16, 16a, 16b) eine Voute (35) vorgesehen ist.
Turm nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Kanäle (27, 36) in einer seitlichen Fläche (23, 24, 25, 26) vorgesehen sind, bevorzugt hintereinander oder nebeneinander.
Turm nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenflächen (25, 26) der Wandabschnitte (16, 16a, 16b) stoffschlüssig, bevorzugt mittels Mörtel, Zement und/oder Ortbeton, und/oder formschlüssig, bevorzugt durch ineinandergreifende Aussparungen, verbunden sind.
Turm nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem wenigstens einen Kanal (27, 36) um ein Leerrohr handelt.
Turm nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem ersten Abschnitt (11) des Turms (10) aus Wandabschnitten aus Beton ein zweiter Abschnitt aus Stahlelementen angeordnet ist.
Turm nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandabschnitte (16, 16a, 16b) rechteckig, trapezförmig und/oder dreieckig sind.
Turm nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Segment (17) ein Polygon oder ein Kreisring sind und die Wandabschnitte (16, 16a, 16b) entsprechend als Platte oder gebogen ausgeführt sind.
Turm nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Spanneinrichtung (39) wenigstens ein Spannglied (43) aufweist, das bevorzugt als Bewehrungseisen ausgeführt ist.
Turm nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Spannglied (43) als zu einem Bügel gebogenes Bewehrungseisen ausgeführt ist.
Turm nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Spanneinrichtung (39) wenigstens ein Spannungseinleitungselement (42, 44) aufweist, das bevorzugt als Balken (42) oder Verbindungselement (44) ausgeführt ist.
Turm nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstes eine Spannungseinleitungselement (42, 44) mit wenigstens einem Spannglied (43) verbunden ist.
Turm nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Beton (41) mit der wenigstens eine Spanneinrichtung (39) kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig verbunden ist.
Turm nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Spannglied ein Stab oder eine Litze ist, bevorzugt aus kaltgerecktem Stahl oder Spannstahl.