AT12951U1 - Tower for a wind turbine - Google Patents
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Abstract
Ein Turm (3) einer Windkraftanlage (1) weist einen Sockel (8) aus Beton auf, auf dem ein Mittelteil (9) befestigt ist, der im Wesentlichen aus Holz besteht. Auf dem Mittelteil (9) ist ein Adapter (10) aus Metall befestigt, auf dem eine Gondel (2) der Windkraftanlage (1) befestigbar ist. Der Sockel (8) ist wenigstens so hoch wie, vorzugsweise höher, als eine in einer Wand des Sockels (8) angeordnete Türe (13), die in das Innere des Sockels (8) führt.A tower (3) of a wind turbine (1) has a base (8) made of concrete, on which a middle part (9) is fixed, which consists essentially of wood. On the central part (9), an adapter (10) made of metal, on which a nacelle (2) of the wind turbine (1) can be fastened. The pedestal (8) is at least as high as, preferably higher, than a door (13) disposed in a wall of the pedestal (8) leading into the interior of the pedestal (8).
Description
österreichisches Patentamt AT 12 951 U1 2013-02-15Austrian Patent Office AT 12 951 U1 2013-02-15
Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft einen Turm einer Windkraftanlage, der zumindest abschnittsweise im Wesentlichen aus Holz besteht.Description [0001] The invention relates to a tower of a wind power plant, which consists at least in sections substantially of wood.
[0002] Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Windkraftanlage mit einer Gondel, an der ein Rotor mit einer im Wesentlichen horizontalen Drehachse gelagert ist, wobei die Gondel an einem Turm um eine im Wesentlichen vertikale Drehachse verdrehbar gelagert ist.The invention further relates to a wind turbine with a nacelle, on which a rotor is mounted with a substantially horizontal axis of rotation, wherein the nacelle is rotatably mounted on a tower about a substantially vertical axis of rotation.
[0003] Türme von Windkraftanlagen, die im Wesentlichen aus Holz bestehen, sind beispielsweise aus der WO 2008/095667 A bekannt. Türme aus Holz sind vorteilhaft, da der Rohstoff Holz die CO2 Bilanz der Gesamtwindkraftanlage positiv beeinflusst, da Holz bereits beim Wachsen C02 bindet und in vielen Fällen in der Nähe der Holzturmproduktion verfügbar ist (weniger C02 durch Logistik). Des Weiteren kann der Rohstoff Holz nach der Lebensdauer für Biomassewerke oder andere Holzzwecke weiterverwendet werden. Holz selbst hat zudem sehr gute statische Eigenschaften und hat eine längere Lebensdauer als Stahl. Holz in Form von Leimbinderplatten behält auch im Falle eines Brandes der Leistungselektronik und/oder Kabel die statischen Eigenschaften und kippt nicht um. Die Rohstoffpreise von Holz sind stabiler als jene von Stahl und zudem kann ein Turm aus Holz auch günstiger gebaut werden als ein Stahlrohrturm.Towers of wind turbines, which consist essentially of wood, are known for example from WO 2008/095667 A. Wooden towers are advantageous as the raw material wood has a positive effect on the CO2 balance of the entire wind turbine, as wood already binds C02 when it grows and in many cases is available near the timber tower production (less CO2 through logistics). Furthermore, the raw material wood can be used after the lifetime for biomass or other wood purposes. Wood itself also has very good static properties and has a longer life than steel. Wood in the form of glued-laminated board retains the static properties even in the event of a fire of the power electronics and / or cables and does not tip over. Wood's raw material prices are more stable than those of steel and, in addition, a wooden tower can be made cheaper than a steel tube tower.
[0004] Auf der anderen Seite wird ein Holzturm durch die Öffnung der Türe geschwächt, was seine Konstruktion in diesem Bereich komplizierter macht und er ist auch anfälliger für Vandalismus und Wasser bei starkem Regen oder Schneeschmelze.On the other hand, a wooden tower is weakened by the opening of the door, which makes its construction in this area more complicated and he is also prone to vandalism and water in heavy rain or snow melt.
[0005] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, einen Turm der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, der die genannten Nachteile soweit wie möglich vermeidet.The invention is therefore based on the object to provide a tower of the type mentioned available, which avoids the disadvantages mentioned as far as possible.
[0006] Gelöst wird diese Aufgebe bei einem Turm der eingangs genannten Art dadurch, dass der Turm einen Sockel aus Beton aufweist, auf dem ein Mittelteil befestigt ist, der im Wesentlichen aus Holz besteht und dass auf dem Mittelteil ein Adapter aus Metall befestigt ist, auf dem eine Gondel der Windkraftanlage befestigbar ist.This requirement is achieved in a tower of the type mentioned in that the tower has a base made of concrete, on which a middle part is fixed, which consists essentially of wood and that on the middle part, an adapter is attached from metal, on which a nacelle of the wind turbine is attachable.
[0007] Der Betonsockel, der bevorzugt eine Höhe von mindestens 2m, vorzugsweise 2,5m aufweist, damit in diesem eine Türe mit Standardmaßen eingebaut werden kann, der aber je nach Anforderung auch bis zu 6m oder 8m hoch sein kann, wird auf ein Standardfundament für Windkraftanlagen aufgesetzt. Da im Betonsockel die Tür zum Innenbereich des Turmes angebracht werden kann, benötigt der Mittelteil aus Holz keine Öffnung, wodurch die statische Auslegung und Konstruktion stark vereinfacht wird. Des Weiteren ist der Betonsockel ein Schutz gegen Wasser bei starkem Regen und Schneeschmelze sowie gegen Vandalismus, was einen Holzturm negativ beeinflussen könnte oder sonst aufwändig verhindert werden müssten.The concrete base, which preferably has a height of at least 2m, preferably 2.5m, so that in this a door with standard dimensions can be installed, but depending on the requirement can be up to 6m or 8m high, is based on a standard mounted for wind turbines. Since the door can be installed in the concrete base to the interior of the tower, the central part made of wood requires no opening, whereby the static design and construction is greatly simplified. Furthermore, the concrete base is a protection against water in heavy rain and snowmelt and against vandalism, which could adversely affect a wooden tower or otherwise would have to be laboriously prevented.
[0008] Da der Mittelteil aus Holz selbst in vielen Fällen mit einer Folie versiegelt wird, um ihn vor Umwelteinflüssen zu schützen, kann die Folie auch über den Betonsockel nach unten gezogen werden, wodurch das Risiko einer Beschädigung im sensiblen Übergang zwischen Holzturm und Fundament verringert weden kann.Since the central part of wood itself is sealed in many cases with a film to protect it from environmental influences, the film can also be pulled over the concrete base down, reducing the risk of damage in the sensitive transition between the timber tower and foundation can be.
[0009] Teilweise werden Holztürme auch vorgespannt. Für die Spannelemente bietet der Betonsockel die notwendige Basis in Form eines Spannkellers, in welchen die Vorspannkabel führen und wo diese befestigt und gewartet werden können.Partial wooden towers are also biased. For the clamping elements, the concrete base provides the necessary basis in the form of a tensioning cellar, in which the pretensioning cables lead and where they can be fastened and maintained.
[0010] Im Betonsockel kann die Leistungselektronik mit deren Kühlung angeordnet werden. Da diese vor der Errichtung des Turmes installiert werden muss, wird dies durch die Fertigung eines Betonsockels ebenfalls erleichtert, da die Leistungselektronik danach bereits geschützt werden kann und nicht von der Lieferung und Errichtung des Mittelteils aus Holz abhängig ist und durch die Errichtungsmaßnahmen der Turmtele auch nicht beschädigt werden kann. Die Kühlung der Elektronik kann ebenfalls über den Betonsockel erfolgen, z.B. durch kleine Öffnung mit einem Wärmetauscher. Da auch diese Öffnung nicht im Holzteil untergebracht werden muss, wirkt sich dies wieder positiv auf die Statik der Holzkonstruktion aus. 1 / 17 österreichisches Patentamt AT 12 951 U1 2013-02-15 [0011] Der Mittelteil aus Holz kann aus Holzplatten, insbesondere aus Holzplatten, die schichtweise aus Einzelteilen mit kreuzender Faserrichtung verklebt sind, von bis zu 24m Länge hergestellt sein, was sich günstig auf die Logistik des Turmes auswirkt. Der Mittelteil aus Holz kann am Standort der Windkraftanlage aus Einzelteilen oder Baugruppen bzw. Modulen montiert werden, ohne dass große und schwere Segmente von 30m und mehr Länge, 4,5m Durchmesser, sowie 30t und mehr Gewicht transportiert werden müssten, wie dies bei Rohrsegmenten aus Stahl häufig der Fall ist.In the concrete base, the power electronics can be arranged with the cooling. Since this must be installed before the erection of the tower, this is also facilitated by the production of a concrete base, since the power electronics can already be protected and is not dependent on the delivery and erection of the central part of wood and by the erection measures of tower tower also not can be damaged. The cooling of the electronics can also be done via the concrete base, e.g. through small opening with a heat exchanger. Since this opening does not have to be accommodated in the wooden part, this again has a positive effect on the statics of the wooden construction. The central part made of wood can be made of wood panels, in particular of wood panels, which are glued in layers of individual parts with crossing fiber direction of up to 24m in length, which is favorable affects the logistics of the tower. The central part made of wood can be mounted on the wind turbine site from parts or assemblies or modules without large and heavy segments of 30m and more length, 4.5m diameter, and 30t and more weight would have to be transported, as in pipe segments Steel is often the case.
[0012] Der Mittelteil aus Holz kann verschiedene Formen haben, welche von der Bauart, Holzart, Vorspannung, den Verbindungen usw. der Gesamtwindkraftanlage abhängen. Schwachwindanlagen z.B. ohne Vorspannung werden häufig stark konische Untersegmente aufweisen. Starkwindanlagen mit Vorspannung werden demgegenüber häufig nur leicht konisch bis zylindrisch sein.The central part of wood may have various shapes, which depend on the type, type of wood, bias, the compounds, etc. of the total wind turbine. Low wind turbines e.g. without preloading will often have strong conical sub-segments. In contrast, strong wind turbines with prestressing are often only slightly conical to cylindrical.
[0013] Dementsprechend kann der Mittelteil aus Holz entweder zylindrisch sein oder wenigstens abschnittsweise eine von unten nach oben abnehmende Querschnittsfläche aufweisen. Insbesondere kann ein unterer Abschnitt des Mittelteils eine von unten nach oben abnehmende Querschnittsfläche und ein oberer Abschnitt eine konstante Querschnittsfläche aufweisen. Es ist auch möglich, dass ein unterer Abschnitt des Mittelteils konstante Querschnittsfläche und ein oberer Abschnitt eine von unten nach oben abnehmende Querschnittsfläche aufweist. Der Mittelteil aus Holz könnte auch ein unterer Abschnitt mit einer von unten nach oben abnehmende Querschnittsfläche einen mittleren Abschnitt mit einer konstanten Querschnittsfläche und einen oberen Abschnitt mit einer von unten nach oben abnehmende Querschnittsfläche aufweisen.Accordingly, the central part of wood may be either cylindrical or at least partially have a decreasing from bottom to top cross-sectional area. In particular, a lower portion of the central portion may have a bottom-up decreasing cross-sectional area and an upper portion having a constant cross-sectional area. It is also possible that a lower portion of the central portion has a constant cross-sectional area and an upper portion has a bottom-up decreasing cross-sectional area. The central part of wood could also have a lower portion with a bottom-up decreasing cross-sectional area, a middle portion with a constant cross-sectional area, and an upper portion with a bottom-up decreasing cross-sectional area.
[0014] Der Grundriss des Sockels kann rund oder vieleckig, vorzugsweise 4-, 6-, 8-, 10- oder 12-eckig sein. Wenn der Sockel vieleckig, vorzugsweise 4-, 6-, 8-, 10- oder 12-eckig ist, ist der Mittelteil bevorzugt ebenfalls entsprechend vieleckig, vorzugsweise 6-, 8-, 10- oder 12-eckig.The floor plan of the base may be round or polygonal, preferably 4-, 6-, 8-, 10- or 12-sided. If the base is polygonal, preferably 4-, 6-, 8-, 10- or 12-square, the middle part is preferably also correspondingly polygonal, preferably 6-, 8-, 10- or 12-sided.
[0015] Der Sockel kann bei der Erfindung entweder gleich große Außenabmessungen wie der Mittelteil an seinem unteren Ende haben oder größere Außenabmessungen, sodass am Übergang zwischen Mittelteil und Sockel eine Stufe besteht.The base can in the invention either have the same size outer dimensions as the central part at its lower end or larger outer dimensions, so that at the transition between the middle part and the base there is a step.
[0016] Der Adapter, der vorzugsweise aus Stahl besteht, dient zum Anschluss der Holzkonstruktion an das Maschinenhaus bzw. zum Anschluß an die Gondel, und ist der Übergang von der eckigen Querschnittsfläche des Mittelteils in ein rundes Element, welches dann direkt mit dem Kugelrolllager der Windkraftanlage verbunden wird. Für vorgespannte Holztürme bietet der Stahladapter des Weiteren die Möglichkeit der Verankerung der Vorspannkabel für den Mittelteil.The adapter, which is preferably made of steel, is used to connect the wooden structure to the machine house or for connection to the nacelle, and is the transition from the angular cross-sectional area of the central part in a round element, which then directly with the ball roller bearing Wind turbine is connected. For prestressed wooden towers, the steel adapter also offers the possibility of anchoring the prestressing cables for the middle section.
[0017] Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die angeschlossenen Zeichnungen. Es zeigt: [0018] Fig. 1 eine erfindungsgemäße Windkraftanlage mit einem erfindungsgemäßenFurther features and advantages of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments of the invention with reference to the accompanying drawings. It shows: FIG. 1 a wind turbine according to the invention with an inventive
Turm und die [0019] Fig. 2 bis 23 verschiedene Ausführungsformen von Türmen gemäß der Erfindung imTower and Figs. 2 to 23 show different embodiments of towers according to the invention in Figs
Aufriss und in Draufsicht, jeweils ohne die Gondel.Elevation and in plan view, each without the gondola.
[0020] In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäß Windkraftanlage 1 dargestellt, die wie an sich üblich eine Gondel 2 mit einem Maschinengehäuse aufweist, die an einem Mast 3 um eine im Wesentlichen vertikale Achse 4 an einem Lager um 360° drehbar gelagert ist. Im Maschinengehäuse der Gondel 2 ist ein Rotor 5 mit Rotorblättern 6 um eine Rotorachse 7, die in der dargestellten Ausführungsform um ca. 3° nach hinten geneigt ist, drehbar gelagert. Soweit ist die erfindungsgemäße Windkraftanlage wie eine gewöhnliche, aus dem Stand der Technik bekannte Windkraftanlage aufgebaut.In Fig. 1, a wind turbine 1 according to the invention is shown, which has a gondola 2 as usual with a machine housing, which is rotatably mounted on a mast 3 about a substantially vertical axis 4 to a bearing by 360 °. In the machine housing of the nacelle 2, a rotor 5 is rotatably mounted with rotor blades 6 about a rotor axis 7, which is inclined in the illustrated embodiment by approximately 3 ° to the rear. As far as the wind turbine according to the invention is constructed like a conventional, known from the prior art wind turbine.
[0021] Der Mast 3 der besteht erfindungsgemäß im Wesentlichen aus drei Abschnitten, nämlich einem Sockel 8 aus Beton, einem Mittelteil 9 aus Holz und einem Adapter 10 aus Metall, vor- 2/17 österreichisches Patentamt AT 12 951 U1 2013-02-15 zugsweise Stahl.The mast 3 according to the invention consists essentially of three sections, namely a base 8 made of concrete, a central part 9 made of wood and an adapter 10 made of metal, before 2/17 Austrian Patent Office AT 12 951 U1 2013-02-15 preferably steel.
[0022] Der Sockel 8 aus Beton weist gegenüber der Oberfläche 11 des Bodens oder eines Fundaments 12, auf dem er befestigt oder mit dem er einstückig hergestellt ist, eine Höhe von wenigstens 2m vorzugsweise wenigstens 2,5m auf, sodass in diesem eine Tür 13 angebracht werden kann, welche einen Zugang in das Innere des Sockels 8 und ggf. auch des Mittelteils 9 des Turms 3 ermöglicht. Je nach Anwendungsfall und Randbedingungen kann die Höhe des Sockels 8 auch 3, 4, 5, 6 Meter oder mehr betragen. Abgesehen von statischen Gründen kann ein höherer Sockel 8 z.B. dann vorteilhaft sein, wenn die Tür 13 nicht am Boden 11 angeordnet und der Turm 2 somit nicht ebenerdig zu betreten ist, sondern wenn sich die Tür z.B. als Schutz vor Hochwasser einen oder mehrere Meter über dem Boden 11 befindet, und dann beispielsweise über eine ggf. betonierte Treppe zu erreichen ist.The base 8 made of concrete has, relative to the surface 11 of the floor or a foundation 12 on which it is fixed or with which it is made in one piece, a height of at least 2m preferably at least 2.5m, so that in this a door thirteenth can be attached, which allows access to the interior of the base 8 and possibly also the middle part 9 of the tower 3. Depending on the application and boundary conditions, the height of the base 8 can also be 3, 4, 5, 6 meters or more. Apart from static reasons, a higher pedestal 8 e.g. be advantageous if the door 13 is not arranged on the floor 11 and the tower 2 is thus not ground level to enter, but if the door, for. as protection against flood one or more meters above the ground 11, and then, for example, via an optionally concreted staircase can be reached.
[0023] Der Grundriss des Sockels kann beliebig gestaltet sein, beispielsweise rund, oval oder vieleckig, vorzugsweise 4-, 6-, 8-, 10- oder 12-eckig. Der Sockel kann aus statischen Gründen eine Decke haben, welche eine Öffnung aufweist, durch die ein Zugang zum Inneren des Mittelteils 9 ermöglicht wird. Der Sockel 8 kann aber auch insbesondere dann, wenn der Mittelteil 9 im Wesentlichen die gleichen Außenabmessungen wie der Sockel 8 aufweist, nur aus Wänden ohne Decke bestehen.The floor plan of the base can be designed arbitrarily, for example, round, oval or polygonal, preferably 4-, 6-, 8-, 10- or 12-square. The base may for static reasons have a ceiling which has an opening through which access to the interior of the central part 9 is made possible. However, the base 8 can also consist in particular only of walls without a ceiling, if the central part 9 has substantially the same external dimensions as the base 8.
[0024] Der Mittelteil 9 aus Holz ist bevorzugt ein an seinem Umfang geschlossener Hohlkörper, der aus einer tragenden, mit Platten verkleidet Struktur oder einer selbsttragenden, plattenförmige Struktur besteht. Auch Kombinationen dieser Strukturen sind möglich. Die Holzplatten, welche vorzugsweise eine rechteckige trapezförmige oder dreieckige Form mit bis zu 24m Länge aufweisen und aus Leimbindern bestehen, können auch aus unterschiedlichen Grundformen zusammengesetzt werden. Z.B. können mehrere rautenförmige oder mehreckige, kleinere Grundplatten zu einer großen, rechteckigen Basisplatte zusammengesetzt werden, welche dann als Grundelement für den Holzhohlkörper dient.The central part 9 made of wood is preferably a closed at its periphery hollow body, which consists of a supporting, clad with panels structure or a self-supporting, plate-shaped structure. Combinations of these structures are possible. The wood panels, which preferably have a rectangular trapezoidal or triangular shape up to 24m in length and made of laminated beams can also be composed of different basic shapes. For example, a plurality of diamond-shaped or polygonal, smaller base plates can be assembled to form a large, rectangular base plate, which then serves as a basic element for the hollow wood body.
[0025] Auch wenn es grundsätzlich denkbar wäre, dass der Mittelteil über seine gesamte Höhe gleich breit ist, also eine konstante Querschnittsfläche aufweist, ist es bei der Erfindung bevorzugt, wenn der Mittelteil 9 aus Holz wenigstens abschnittsweise eine von unten nach oben abnehmende Querschnittsfläche aufweist, da das durch den Wind über den Rotor 5 auf den Turm 2 wirkende Biegemoment nach unten zunimmt der Turm 2 daher in seinem unteren Bereich eine höhere Biegesteifigkeit aufweisen sollte. In der Ausführungsform von Fig. 1 weist der Mittelteil 9 eine vom Sockel 8 bis zum Adapter 10 konstant abnehmende Querschnittsfläche auf. Weitere beispielhafte Varianten, wie eine wenigstens abschnittsweise von unten nach oben abnehmende Querschnittsfläche geschaffen werden kann, sind in den Fig. 2 bis 23 dargestellt, wobei noch eine Vielzahl weiterer, in den Zeichnungen nicht dargestellter Varianten möglich ist.Although it would be conceivable in principle that the middle part over its entire height is the same width, that has a constant cross-sectional area, it is preferred in the invention, when the middle part 9 of wood at least partially has a decreasing from bottom to top cross-sectional area since the bending moment acting on the tower 2 by the wind via the rotor 5 increases downward, the tower 2 should therefore have a higher flexural rigidity in its lower region. In the embodiment of FIG. 1, the middle part 9 has a cross-sectional area which constantly decreases from the base 8 to the adapter 10. Further exemplary variants, such as an at least partially from bottom to top decreasing cross-sectional area can be created, are shown in Figs. 2 to 23, wherein still a variety of other, not shown in the drawings variants is possible.
[0026] Bei der Erfindung ist weiters bevorzugt, wenn der Mittelteil 9 aus Holz vieleckig, vorzugsweise 6-, 8-, 10- oder 12-eckig ist, wobei Varianten mit möglichst vielen Ecken den Vorteil haben, dass sie sich immer mehr einem idealen runden Querschnitt annähern, andererseits aber immer aufwendiger herzustellen sind.In the invention, it is further preferred if the middle part 9 made of wood polygonal, preferably 6-, 8-, 10- or 12-square, with variants with as many corners have the advantage that they are becoming more and more an ideal approximate round cross-section, on the other hand, but always expensive to produce.
[0027] Wenn der Sockel 8 nicht rund sondern ebenfalls vieleckig ist, ist es bei der Erfindung bevorzugt, wenn er gleich viele Ecken wie der Mittelteil 9 aufweist, wobei dies aber nicht zwingend ist.If the base 8 is not round but also polygonal, it is preferred in the invention if it has the same number of corners as the middle part 9, but this is not mandatory.
[0028] In der Ausführungsform von Fig. 1 ist der Sockel 8 mehr als doppelt so breit wie der Mittelteil 9 an seinem unteren Ende und weist eine quadratische Grundfläche auf, während der Mittelteil 9 eine sechseckige Querschnittsform mit sich nach oben kontinuierlich verringernder Querschnittsfläche aufweist.In the embodiment of Fig. 1, the base 8 is more than twice as wide as the central part 9 at its lower end and has a square base, while the central part 9 has a hexagonal cross-sectional shape with upwardly continuously decreasing cross-sectional area.
[0029] In der Ausführungsform von Fig. 2 und 3 ist ein sechseckiger Mittelteil 9, der eine sich nach oben kontinuierlich verringernde Querschnittsfläche aufweist, auf einen runden Sockel 8 aufgesetzt, wobei der Außendurchmesser des Sockels 8 gleich groß wie der einhüllende Außendurchmesser des Mittelteils 9 an seinem unteren Ende ist. Fig. 3, die eine Draufsicht auf den Turm 3 von Fig. 2 in vergrößertem Maßstab ist, zeigt schematisch den Adapter 10 von 3/17In the embodiment of Fig. 2 and 3, a hexagonal central part 9, which has an upwardly continuously decreasing cross-sectional area, placed on a round base 8, wherein the outer diameter of the base 8 is the same size as the enveloping outer diameter of the central part. 9 is at its lower end. Fig. 3, which is a plan view of the tower 3 of Fig. 2 on an enlarged scale, schematically shows the adapter 10 of 3/17
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DE2723591C2 (en) |
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Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MA04 | Withdrawal (renunciation) |
Effective date: 20130409 |