AT517959A4

AT517959A4 - Fundament für ein Windrad

Info

Publication number: AT517959A4
Application number: ATA88/2016A
Authority: AT
Inventors: Schuldt Christian; Stecher Arne
Original assignee: Holcim Technology Ltd
Priority date: 2016-02-18
Filing date: 2016-02-18
Publication date: 2017-06-15
Also published as: AR107619A1; AU2017219230A1; RU2018132243A; EP3417114B1; WO2017141095A1; MX2018009095A; RU2018132243A3; ES2784000T3; BR112018015974A8; EP3417114A1; CN108699797B; US20190063029A1; CN108699797A; BR112018015974B1; US10968592B2; US11795653B2; BR112018015974A2; MX2021014730A; CA3013852A1; AU2017219230B2

Abstract

Fundament (1) für eine Windmühle mit einem kreisförmigen oder polygonalen Standfuß (2) zum Tragen eines Windmühlenturms und mehreren Rippen (5), die vom Standfuß (2) radial nach außen vorstehen, wobei der Standfuß (2) in mehrere Umfangsabschnitte (4) unterteilt ist, wobei ein Umfangsabschnitt (4) und eine Rippe (5) jeweils als ein vorgefertigtes Betonelement (3) integral miteinander ausgebildet sind, wobei die vorgefertigten Betonelemente (3) aus verstärktem Beton bestehen, der eine erste Verstärkungsstruktur, insbesondere Verstärkungsstangen (7), aufweist, welche in die vorgefertigten Betonelemente (3) eingebettet sind, ist eine zweite Verstärkungsstruktur bereitgestellt, welche die vorgefertigten Betonelemente (3) zusammenhält und mit der ersten Verstärkungsstruktur gekoppelt ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Fundament für eine Windmühle mit einem kreisförmigen oder polygonalen Standfuß zum Tragen eines Windmühlenturms und mehreren Rippen, die vom Standfuß radial nach außen vorstehen, wobei der Standfuß in mehrere Umfangsabschnitte unterteilt ist, wobei ein Umfangsabschnitt und eine Rippe jeweils als ein vorgefertigtes Betonelement integral miteinander ausgebildet sind, wobei die vorgefertigten Betonelemente aus verstärktem Beton bestehen, der eine erste Verstärkungsstruktur, insbesondere Verstärkungsstangen, aufweist, die in die vorgefertigten Betonelemente eingebettet ist.

Ferner betrifft die Erfindung eine Windturbine mit einem Mast und einem am Mast montierten Rotor, wobei der Mast auf einem Fundament montiert ist.

Ein Windmühlenfundament der anfänglich definierten Art ist in WO 2004/101898 A2 offenbart. Wie dort beschrieben ist, ist für die Herstellung des Fundaments von Onshore-Windkraftanlagen ein hoher manueller und administrativer Aufwand erforderlich, und die Herstellung ist sehr zeitaufwendig. Angesichts der zunehmenden Abmessungen moderner Windturbinen ist das Fundament sehr hohen Lasten ausgesetzt und muss entsprechend dimensioniert werden. Heutige Windturbinen haben einen Turm mit einer Höhe von bis zu 150 m und erzeugen bis zu 6 MW. In der Mehrzahl der Fälle besteht der Turm oder Mast von Windturbinen aus verstärktem Beton und wird unter Verwendung vorgefertigter Betonelemente gebaut.

Bisher wurden die Fundamente für Windkraftanlagen im Wesentlichen durch Ausgraben einer Baugrube, Einbringen einer körnigen Unterstruktur, Errichten einer Fundamentkomponente, Ausführen der notwendigen Einschalungs- und Verstärkungsarbeiten und anschließendes Füllen der Baugrube mit Beton hergestellt, wobei der Beton durch Fertigmischlaster zur Arbeitsstelle transportiert und in die Baugrube gegossen wurde. Die Fundamentkomponente weist gewöhnlich eine hohlzylindrische Konfiguration auf und wird im Allgemeinen vorgefertigt und als Einheit zur jeweiligen Montagestelle transportiert.

Die Herstellung eines Windmühlenfundaments durch an der Verwendungsstelle erfolgendes Gießen von Beton hat eine Anzahl von Nachteilen. Sie erfordert eine komplexe Logistik für die Planung der Herstellungsaktivitäten an der Verwendungsstelle und sie ist mit zeitaufwendigen und kostspieligen Vorgängen an der Arbeitsstelle in der Art des Bauens der Einschalung und der Verstärkungsstruktur sowie des Transportierens von Beton und des Gießens des Betons verbunden. Dies gilt insbesondere angesichts dessen, dass bis zu 1000 m3 Beton für große Fundamente erforderlich sein können.

Um den Prozess des Bauens eines Fundaments zu verbessern, wurde bereits in WO 2004/101898 A2 vorgeschlagen, das Fundament unter Verwendung vorgefertigter Betonelemente zu bauen. Solche Betonelemente werden in einer Vorfertigungsanlage hergestellt und zur Arbeitsstelle transportiert, wo sie durch die Verwendung eines Krans in Position gebracht werden und dann miteinander verbunden werden. Auf diese Weise kann die Dauer der Bauvorgänge an der Arbeitsstelle erheblich verringert werden. Die vorgefertigten Betonelemente bilden, wenn sie miteinander verbunden sind, ein Fundament mit einem zentralen Standfuß und mehreren Rippen, die jeweils vom Standfuß radial nach außen vorstehen. Jedes vorgefertigte Betonelement bildet eine der Rippen und einen zugeordneten Umfangsabschnitt des Standfußes. Die Umfangsabschnitte des Standfußes werden durch verschraubte Flansche miteinander verbunden. Wie in WO 2004/101898 A2 beschrieben ist, können die vorgefertigten Betonelemente stahlverstärkt sein. Nachdem das Fundament gebildet wurde, wird der Turm oder Mast der Windmühle auf dem Standfuß errichtet und durch die Verwendung von Ankerbolzen am Standfuß befestigt.

Durch die Verwendung vorgefertigter Betonelemente können die Elemente in einer gesteuerten Umgebung hergestellt werden, so dass die Möglichkeit gegeben wird, den Beton geeignet zu härten und durch Angestellte der Anlage genau zu überwachen. Die Qualität des gehärteten Betons kann verbessert werden, weil es in einer Vorfertigungsanlage eine bessere Kontrolle der Materialqualität und der Arbeitsausführung gibt als an einer Baustelle. Von einem finanziellen Gesichtspunkt betrachtet können die in einer Vorfertigungsanlage verwendeten Formen viele Male wiederverwendet werden, bevor sie ersetzt werden müssen, wodurch ermöglicht wird, dass die Kosten für die Einschalung pro Einheit niedriger sind als bei einer Herstellung, bei der ein Gießen am Einsatzort ausgeführt wird.

Windturbinen sind Lasten und Beanspruchungen spezifischer Natur ausgesetzt, die vom Fundament aufgenommen werden müssen. Andererseits wirkt der Wind selbst in einer nicht vorhersehbaren und veränderlichen Weise. Andererseits wirken mit immer größeren Anlagen dynamische Lastkomponenten infolge von Vibrationen und Resonanzen auf die Struktur. Ferner übertragen Türme mit Höhen von 100 Meter und mehr infolge eines beträchtlichen auftretenden Kippmoments erhebliche exzentrische Lasten auf das Fundament. Falls der Turm einem Biegemoment ausgesetzt ist, muss der Beton des Fundaments der Kompression widerstehen, die in der komprimierten Zone auftritt, und die Verstärkungsstruktur des Betons muss die Dehnungskräfte im entgegengesetzten Teil des Fundaments aufnehmen, weil der Beton selbst eine verhältnismäßig geringe Dehnungsfestigkeit aufweist.

Fundamente aus vorgefertigten verstärkten Betonelementen haben den Vorteil, dass die Leistungsfähigkeit und die Qualität des Betons höher sind, so dass ein geringeres Risiko einer Rissbildung und eine höhere Fähigkeit, dynamischen und statischen Lasten zu widerstehen, gegeben sind. Ein Nachteil besteht jedoch darin, dass im Gegensatz zu am Verwendungsort gegossenen Fundamenten keine monolithische Struktur bereitgestellt wird, so dass technische Lösungen für das sichere Verbinden der vorgefertigten Betonelemente miteinander zur Simulation einer monolithischen Struktur entwickelt werden müssen.

Daher besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein verbessertes Fundament für eine Windmühle bereitzustellen, das aus vorgefertigten verstärkten Betonelementen besteht, sich jedoch ähnlich wie ein monolithisches Fundament verhält, um hohen statischen und dynamischen Lasten zu widerstehen.

Zum Lösen dieser und anderer Aufgaben sieht die Erfindung ein Fundament für eine Windmühle der anfänglich definierten Art vor, welches einen kreisförmigen oder polygonalen

Standfuß zum Tragen eines Windmühlenturms und mehrere vom Standfuß radial nach außen vorstehende Rippen aufweist, wobei der Standfuß in mehrere Umfangsabschnitte unterteilt ist, wobei ein Umfangsabschnitt und eine Rippe jeweils als ein vorgefertigtes Betonelement integral miteinander ausgebildet sind, wobei die vorgefertigten Betonelemente aus verstärktem Beton bestehen, der eine erste Verstärkungsstruktur, insbesondere Verstärkungsstangen, aufweist, welche in die vorgefertigten Betonelemente eingebettet sind, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Verstärkungsstruktur bereitgestellt wird, welche die vorgefertigten Betonelemente zusammenhält und mit der ersten Verstärkungsstruktur gekoppelt ist.

Die zweite Verstärkungsstruktur kann von einer beliebigen Art sein, die dafür geeignet ist, die vorgefertigten Betonelemente starr zusammenzuhalten, um eine monolithische Struktur zu bilden. Die zweite Verstärkungsstruktur unterscheidet sich von der ersten Verstärkungsstruktur und wird daher vorzugsweise nicht in die vorgefertigten Betonelemente eingebettet. Gemäß einem Merkmal der Erfindung wird die zweite Verstärkungsstruktur mit der ersten Verstärkungsstruktur gekoppelt, wodurch ein ununterbrochener Lastweg zwischen den

Verstärkungsstrukturen ermöglicht wird, so dass die in das Fundament eingebrachten Kräfte wirksam verteilt werden. Im Kontext der Erfindung bedeutet das Koppeln der ersten und der zweiten Verstärkungsstruktur, dass die auf die erste Verstärkungsstruktur einwirkenden Kräfte auf die zweite Verstärkungsstruktur übertragen werden, ohne dass Beton dazwischen angeordnet wird, und umgekehrt. Demgemäß können die erste und die zweite Verstärkungsstruktur direkt oder über ein von Beton verschiedenes starres Verbindungselement miteinander verbunden werden.

Die erste Verstärkungsstruktur weist vorzugsweise Verstärkungsstangen auf, die aus Stahl oder einem ähnlichen starren Material bestehen. Vorzugsweise erstrecken sich die Verstärkungsstangen in Längsrichtung der Rippen.

Zusätzliche Verstärkungsstangen können sich senkrecht oder schräg zu den Verstärkungsstangen erstrecken, die sich in Längsrichtung der Rippen erstrecken. Zusätzliche Verstärkungsstangen können auch im Standfuß angeordnet werden und sich in axialer Richtung davon erstrecken. Die longitudinalen Verstärkungsstangen können sich vorzugsweise in radialer Richtung zum Zentrum des Fundaments erstrecken, wobei die longitudinalen Verstärkungsstangen entweder in einer horizontalen Ebene angeordnet werden können oder sich schräg zur horizontalen Ebene, insbesondere zum Standfuß aufsteigend, erstrecken können. Im letztgenannten Fall werden die Verstärkungsstangen in Bezug auf die Kräfte, die vom Standfuß radial nach außen abgeleitet werden, im Wesentlichen mit dem Lastweg ausgerichtet.

Die zweite Verstärkungsstruktur weist vorzugsweise mehrere starre longitudinale Verstärkungselemente, insbesondere Stahlträger oder -Stangen, auf, welche jeweils die vorgefertigten Betonelemente eines Paars entgegengesetzt angeordneter vorgefertigter Betonelemente derart miteinander verbinden, dass sie einen vom Standfuß eingekreisten Hohlraum durchqueren. Die longitudinalen Verstärkungselemente der zweiten Verstärkungsstruktur werden mit der ersten Verstärkungsstruktur, insbesondere mit den Verstärkungsstangen, vorzugsweise mit den Verstärkungsstangen, die sich in Längsrichtung der Rippen erstrecken, gekoppelt. Auf diese Weise werden die in entgegengesetzt angeordnete vorgefertigte Betonelemente eingebetteten Verstärkungsstangen durch die longitudinalen Verstärkungselemente der zweiten Verstärkungsstruktur miteinander verbunden, wobei ein Lastübertragungsweg zwischen der ersten Verstärkungsstruktur der entgegengesetzt angeordneten vorgefertigten Betonelemente gebildet wird. Dies führt dazu, dass die Dehnungslast, die infolge eines Biegemoments des Turms auf das Fundament ausgeübt wird, nicht nur von der ersten

Verstärkungsstruktur aufgenommen wird, die auf einer Seite des Fundaments angeordnet ist, sondern auch auf die erste Verstärkungsstruktur übertragen wird, die auf der entgegengesetzten Seite des Fundaments angeordnet ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird jedes Paar entgegengesetzt angeordneter vorgefertigter Betonelemente mit einem der starren longitudinalen Verstärkungselemente verbunden. Auf diese Weise durchqueren mehrere longitudinale Verstärkungselemente, insbesondere Stahlstangen oder -träger, den vom Standfuß eingekreisten Hohlraum. Weil diese durchquerenden longitudinalen Verstärkungselemente alle diametral angeordnet sind, treffen sie sich im Zentrum des Standfußes, so dass eine symmetrische Anordnung erreicht wird, welche für eine optimale Verteilung der Kräfte innerhalb des gesamten Fundaments sorgt.

Die longitudinalen Verstärkungselemente können den Standfuß in einer horizontalen Ebene durchqueren. Vorzugsweise werden die starren longitudinalen Verstärkungselemente jedoch jeweils in einem oberen Bereich an einem von dem Paar entgegengesetzt angeordneter vorgefertigter Elemente und in einem unteren Bereich an dem anderen von dem Paar entgegengesetzt angeordneter vorgefertigter Betonelemente befestigt, so dass sie sich schräg zur horizontalen Achse erstrecken. Daher werden die Verstärkungsstangen entgegengesetzt angeordneter vorgefertigter Betonelemente in zumindest zwei verschiedenen Ebenen in der Art der oberen und der unteren Ebene miteinander gekoppelt.

In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn die starren longitudinalen Verstärkungselemente an ihrem Schnitt, der auf der Mittelachse des Standfußes angeordnet ist, miteinander verbunden werden. Auf diese Weise wird ein Mittelpunkt in der Symmetrieachse des Fundaments bereitgestellt, der eine Lastverteilung in verschiedenen Richtungen ermöglicht.

In Bezug auf die Kopplung zwischen der ersten Verstärkungsstruktur und der zweiten Verstärkungsstruktur sieht eine bevorzugte Ausführungsform vor, dass die starren longitudinalen Verstärkungselemente der zweiten Verstärkungsstruktur und der ersten Verstärkungsstruktur, insbesondere die Verstärkungsstangen, durch eine Ummantelung, die an einer Innenfläche des Standfußes angeordnet ist, miteinander verbunden werden. Die Ummantelung kann aus einem Stahlblechgehäuse bestehen, das an der Innenfläche des Standfußes befestigt ist. Im Fall eines Standfußes in Form eines Hohlzylinders kann die Ummantelung als eine zylindrische Ummantelung ausgebildet sein, die an der inneren zylindrischen Fläche des Standfußes angeordnet ist. Die Ummantelung dient dazu, den Lastweg von der ersten Verstärkungsstruktur zur zweiten Verstärkungsstruktur zu richten und umgekehrt. Dies wird durch starres Verbinden sowohl der Verstärkungsstangen der ersten Verstärkungsstruktur als auch der

Verstärkungselemente der zweiten Verstärkungsstruktur mit der Ummantelung erreicht.

In diesem Zusammenhang sieht eine bevorzugte Ausführungsform vor, dass die Verstärkungsstangen der ersten Verstärkungsstruktur durch Schweißen an der Ummantelung befestigt werden. Dies kann vorteilhafterweise erreicht werden, indem die Verstärkungsstangen der ersten Verstärkungsstruktur so angeordnet werden, dass sie von den vorgefertigten Betonelementen nach innen vorstehen und vorzugsweise in Öffnungen eindringen, die in der Ummantelung bereitgestellt sind. Das Schweißen kann in diesem Fall an der Innenseite der Ummantelung erfolgen. Alternativ kann das Schweißen an der Außenseite der Ummantelung erfolgen.

Ferner kann die zweite Verstärkungsstruktur durch Schweißen oder eine Schraubverbindung an der Ummantelung befestigt werden.

Der Hohlraum innerhalb des Standfußes kann für verschiedene Zwecke verwendet werden, beispielsweise als Speicherplatz oder zum Vornehmen von Wartungsarbeiten, und er kann daher mit Treppen, Plattformen usw. versehen werden. Ferner kann der Hohlraum auch für die Installation von Nachspannkabeln, den Zugriff auf sie und ihre Wartung verwendet werden, wobei die Nachspannkabel angeordnet werden, um den Turm oder den Mast der Windmühle zu stabilisieren.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weisen die vorgefertigten Betonelemente eine Basisplatte zum Tragen der Rippe auf und sind integral damit ausgebildet. Demgemäß können die vorgefertigten Betonelemente einen Querschnitt in Form eines umgekehrten "T" aufweisen, wobei der horizontale T-Balken durch die Basisplatte gebildet ist und der vertikale T-Balken durch die Rippe gebildet ist. Die Rippe braucht jedoch nicht notwendigerweise streng in Form eines vertikalen Balkens ausgebildet zu sein. Die Rippe kann auch einen Querschnitt aufweisen, der sich zur Spitze hin verengt. Ferner kann die Höhe der Rippe vorzugsweise zum Standfuß hin kontinuierlich zunehmen. Eine kontinuierlich zunehmende Höhe der Rippe ermöglicht es, die Querschnittsfläche der Rippe an die Kraftausbreitung anzupassen, und sie kann beispielsweise verwirklicht werden, indem die obere Fläche oder der obere Rand der Rippe als eine Rampe ausgelegt wird, die zum Standfuß hin ansteigt. Alternativ kann die Rippe eine gekrümmte, nämlich konkave Konfiguration der oberen Fläche oder des oberen Rands aufweisen. In jedem Fall kann die Höhe der Rippe zum Standfuß hin zunehmen, um die Höhe des Standfußes an dem Punkt zu erreichen, wo die Rippe in den Standfuß übergeht.

Die in die Rippe eingebetteten Verstärkungsstangen können sich vorzugsweise im Wesentlichen parallel zum oberen Rand der Rippe, insbesondere parallel zur ansteigenden Rampe, erstrecken.

Die Basisplatten der vorgefertigten Betonelemente können eine rechteckige Form aufweisen. Alternativ können sich die Platten in horizontaler Richtung mit zunehmendem Abstand vom Zentrum des Fundaments verbreitern.

Um den Hohlraum innerhalb des Standfußes an seinem Boden zu schließen, sieht eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung vor, dass die Basisplatte einen Randabschnitt aufweist, der nach innen in den vom Standfuß eingekreisten Hohlraum vorsteht. Insbesondere bilden die Randabschnitte aller vorgefertigten Betonelemente gemeinsam einen umfänglichen, insbesondere kreisförmigen Rand, der eine zentrale Bodenplatte, die am Boden des Standfußes angeordnet ist, umfänglich stützt.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die vorgefertigten Betonelemente durch wenigstens ein Nachspannkabel, das in einem umfänglichen, insbesondere kreisförmigen Durchgang angeordnet ist, der im Standfuß ausgebildet ist, aneinander festgezogen. Solche Kabel haben die Funktion einer zusätzlichen Verstärkungsstruktur, aber im Gegensatz zu der erfindungsgemäßen zweiten Verstärkungsstruktur werden die Kabel nicht mit der in die vorgefertigten Betonelemente eingebetteten ersten Verstärkungsstruktur gekoppelt.

Wenn die vorgefertigten Betonelemente aneinander festgezogen werden, werden die Seitenflächen benachbarter Umfangsabschnitte des Standfußes gegeneinander gedrückt.

Zum genauen Ausrichten der benachbarten Umfangsabschnitte miteinander können die Seitenflächen Formpasselemente in der Art einer Zungen- und Rillenanordnung aufweisen, die miteinander Zusammenwirken, um die relative Position der Segmente zu gewährleisten.

Die Installation der vorgefertigten Betonelemente an der Arbeitsstelle wird erheblich vereinfacht, wenn gemäß,einer bevorzugten Ausführungsform benachbarte vorgefertigte Betonelemente in ihren Abschnitten, die vom Standfuß nach außen vorstehen, in Umfangsrichtung voneinander beabstandet sind. Insbesondere haben die Basisplatten eine solche

Breitenabmessung, dass die Basisplatten benachbarter vorgefertigter Betonelemente einander nicht berühren. Auf diese Weise können die Herstellungstoleranzen bei der Herstellung der vorgefertigten Betonelemente erreicht werden.

Ein erheblicher Beitrag zur Stabilität eines Fundaments wird erreicht, indem die Baugrube mit Boden oder einem anderen Wiederauffüllmaterial wiederaufgefüllt wird, das auf die vorgefertigten Betonelemente des Fundaments aufgebracht wird. Auf diese Weise kann das Gewicht des Wiederauffüllmaterials verwendet werden, um eine vertikale Last auf die vorgefertigten Betonelemente auszuüben, die einem möglichen Kippmoment entgegenwirkt. Die Last wirkt am effektivsten auf vertikale Flächen des Fundaments in der Art der Basisplatten der vorgefertigten Betonelemente ein. Um Herstellungs- und Transportkosten einzusparen, können die Basisplatten jedoch eine begrenzte Breite aufweisen, so dass ein Zwischenraum zwischen benachbarten Basisplatten verbleibt. Im Bereich des Zwischenraums kann das Wiederauffüllmaterial keine vertikale Last auf das Fundament ausüben, welche dem Kippmoment der Windmühle entgegenwirken würde.

Allgemein gilt, dass das Fundament umso besser dem Kippmoment der Windmühle widerstehen kann, je größer der Durchmesser des Fundaments ist. Die Transporteinrichtungen, die für das Transportieren der vorgefertigten Betonelemente von der Vorfertigungsanlage zur Arbeitsstelle verfügbar sind, begrenzen jedoch ihre mögliche Länge.

Angesichts des vorstehend Erwähnten wäre es wünschenswert, die Stabilität eines Windmühlenfundaments zu erhöhen, ins besondere seine Widerstandsfähigkeit gegen ein Kippmoment, ohne die Länge und/oder die Breite der vorgefertigten Betonelemente, welche den Standfuß und die Rippen des Fundaments bilden, zu vergrößern. Zu diesem Zweck sieht eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung vor, dass der Zwischenraum zwischen zwei benachbarten vorgefertigten Betonelementen durch eine jeweilige Überbrückungsplatte überbrückt wird, wobei die Überbrückungsplatte vorzugsweise eine solche radiale Abmessung aufweist, dass sie von den vorgefertigten Betonelementen radial vorsteht. Die Überbrückungsplatten werden vorzugsweise als vorgefertigte Betonplatten verwirklicht. Weil die Überbrückungsplatten Elemente sind, die von den vorgefertigten Betonelementen getrennt sind, welche den Standfuß und die Rippen des Fundaments bilden, können sie getrennt gehandhabt und transportiert werden. Die Überbrückungsplatten erstrecken sich über die horizontale Oberfläche, worauf das Wiederauffüllmaterial eine vertikale Kraft ausübt, welche dem Kippmoment der Windmühle entgegenwirkt. Insbesondere erstreckt sich die Oberfläche zumindest bis zu einem Teil des Zwischenraums zwischen benachbarten Basisplatten und optional zu einem Bereich, der sich radial außerhalb des Durchmessers des Fundaments befindet, welcher durch die vorgefertigten Betonelemente definiert ist, welche den Standfuß und die Rippen bilden. Die Überbrückungsplatten werden zumindest entlang einem Teil ihrer Kante durch die Basisplatten getragen, so dass die vertikale Last, die durch das Wiederauffüllmaterial auf die Überbrückungsplatten ausgeübt wird, auf das die vorgefertigten Betonelemente aufweisende Fundament, übertragen werden kann.

Alternativ oder zusätzlich kann ein flaches, flexibles Material in der Art eines Textillagenmaterials, einer Matte oder einer Geomembran angeordnet werden, um die Basisplatten, die Rippen und/oder die Überbrückungsplatten zu bedecken. Das flache Material kann die gleiche Funktion wie die Überbrückungsplatten erfüllen, welche darin besteht, die Oberfläche zu vergrößern, auf der das Gewicht des Wiederauffüllmaterials ruht. Das flache, flexible Material kann durch geeignete Verbindungselemente wie beispielsweise Haken, Ösen oder Schraubverbindungen am Standfuß und/oder an den Rippen und/oder an den Überbrückungsplatten befestigt werden.

Der für die Herstellung der vorgefertigten Betonelemente verwendete Beton kann von einem beliebigen Typ sein, der typischerweise auch für das Gießen von Beton an der Verwendungsstelle verwendet wird. Zusätzlich zu Aggregaten und Wasser enthält Beton Portland-Zement als hydraulisches Bindemittel, das durch Reagieren und Verfestigen in Kontakt mit Wasser Stärkebildungsphasen erzeugt.

Faserverstärkter Beton kann auch verwendet werden, um die vorgefertigten Betonelemente herzustellen. Die Fasern können aus einem beliebigen Fasermaterial bestehen, das zur Erhöhung der strukturellen Integrität, insbesondere der Stärke, der Stoßfestigkeit und/oder der Haltbarkeit, der sich ergebenden Betonstruktur beiträgt. Faserverstärkter Beton enthält kurze diskrete Verstärkungsfasern, die gleichmäßig verteilt und zufällig orientiert sind.

Vorzugsweise sind die Verstärkungsfasern Kohlefasern, synthetische Fasern und insbesondere Polypropylenfasern.

Alternativ können die Verstärkungsfasern Stahlfasern, Glasfasern oder Naturfasern sein.

Beim Betrieb trägt das Fundament eine Onshore-Windturbine mit einem Mast und einem am Mast montierten Rotor, wobei der Mast durch herkömmliche Mittel, beispielsweise Ankerbolzen, am Standfuß des erfindungsgemäßen Fundaments montiert wird. Der Rotor weist eine horizontale Drehachse auf.

Nachfolgend wird die Erfindung detailliert mit Bezug auf eine in der Zeichnung dargestellte als Beispiel dienende Ausführungsform beschrieben. Figur 1 zeigt ein Windmühlenfundament, das aus vorgefertigten Betonelementen besteht, Figur 2 zeigt ein vorgefertigtes Betonelement, das im Fundament aus Figur 1 verwendet wird, Figur 3 zeigt einen Querschnitt des Fundaments gemäß der Erfindung, Figur 4 zeigt eine Draufsicht des Fundaments aus Figur 3, und Figur 5 ist eine Teildraufsicht einer modifizierten Ausführungsform des Fundaments.

In Figur 1 ist ein Fundament 1 dargestellt, das eine Anzahl vorgefertigter Betonelemente 3 aufweist. Das Fundament 1 weist einen kreisförmigen Standfuß 2 in Form eines Hohlzylinders zum Tragen eines Windmühlenturms auf. Das Fundament 1 weist ferner mehrere Rippen 5 auf, die vom Standfuß 2 radial nach außen vorstehen. Der Standfuß 2 ist in mehrere Umfangsabschnitte 4 unterteilt (Figur 2), wobei ein Umfangsabschnitt 4 und eine Rippe 5 jeweils integral miteinander als ein vorgefertigtes Betonelement 3 ausgebildet sind, wie in Figur 2 dargestellt ist. Das vorgefertigte Betonelement 3 weist ferner eine Basisplatte 6 auf, die auch integral mit der Rippe 5 ausgebildet ist.

Die vorgefertigten Betonelemente 3 bestehen aus verstärktem Beton mit Verstärkungsstangen, die in die vorgefertigten Betonelemente 3 eingebettet sind.

Wenngleich die Rippen in Figur 2 als ein vorgefertigtes Betonelement dargestellt sind, das aus einem einzigen Stück besteht, können die Rippen auch aus zwei oder mehr Rippenabschnitten zusammengesetzt werden. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn eine Rippe zu verwirklichen ist, deren radiale Länge die zulässige Länge gewöhnlicher Transporteinrichtungen übersteigt. Insbesondere können zwei oder mehr Rippenabschnitte als getrennte vorgefertigte Betonelemente hergestellt werden, die getrennt zur Arbeitsstelle transportiert werden und an der Arbeitsstelle starr aneinander montiert werden.

Zum genauen Ausrichten der benachbarten Umfangsabschnitte 4 miteinander können die Seitenflächen Formpasselemente 16 in der Art einer trapezförmigen Zungen- und Rillenanordnung aufweisen, die miteinander Zusammenwirken, um die relative Position der Elemente 3 zu gewährleisten. Ferner können die vorgefertigten Betonelemente 3 durch wenigstens ein Nachspannkabel aneinander festgezogen werden, wobei das wenigstens eine Nachspannkabel in einem umfänglichen, insbesondere kreisförmigen Durchgang, der im Standfuß 2 ausgebildet ist, angeordnet werden kann, wobei die Öffnung des Durchgangs mit 17 bezeichnet ist. Natürlich können auch mehrere Durchgänge bereitgestellt werden.

Die in die vorgefertigten Betonelemente 3 eingebetteten Verstärkungsstangen sind in Figur 3 dargestellt und mit Bezugszeichen 7 bezeichnet. Ferner sind Ankerbolzen 8 dargestellt, welche in die Umfangsabschnitte 4 des

Standfußes 2 eingebettet sind und dazu dienen, den Turm der Windmühle an ihren freien Enden, die vom Standfuß 2 vorstehen, zu befestigen.

Eine Ummantelung 9 ist an der inneren zylindrischen Fläche des Standfußes 2 angeordnet. Die Verstärkungsstangen 7 sind dafür eingerichtet, von den vorgefertigten Betonelementen 3 nach innen vorzustehen und in Öffnungen einzudringen, die in der Ummantelung 9 bereitgestellt sind, so dass die Stangen 7 an der Innenseite mit der Ummantelung 9 durch Schweißen verbunden werden können (die Schweißverbindung ist bei 15 nur als Beispiel an einer der Stangen 7 dargestellt). Ferner sind Stahlträger 10 jeweils beispielsweise durch eine Schraubverbindung mit der Ummantelung 9 verbunden. Die Stahlträger 10 verbinden entgegengesetzt angeordnete vorgefertigte Betonelemente 3 derart miteinander, dass sie durch einen Hohlraum 12 hindurchtreten, der vom Standfuß 2 eingekreist ist. Zumindest ein Teil der Stahlträger 10 erstreckt sich schräg, um eine "X"-Konfiguration zu bilden, worin die Träger 10 jeweils in einem oberen Bereich an einem der entgegengesetzt angeordneten vorgefertigten Betonelemente 3 und in einem unteren Bereich an den anderen der entgegengesetzt angeordneten vorgefertigten Betonelemente 3 befestigt sind.

Wie in Figur 3 ersichtlich ist, weist die Basisplatte 6 jedes vorgefertigten Betonelements 3 einen Randabschnitt auf, der nach innen in den Hohlraum 12 vorsteht, wobei die Randabschnitte aller vorgefertigten Betonelemente 3 gemeinsam einen kreisförmigen Rand 13 bilden, der eine mittlere untere Platte 11, die am Boden des Standfußes 2 angeordnet ist, umfänglich hält.

Figur 4 zeigt in einer Draufsicht des Fundaments aus Figur 3, dass jedes Paar entgegengesetzt angeordneter vorgefertigter Betonelemente 3 durch Stahlträger 10 miteinander verbunden ist.

Figur 5 zeigt eine Ausführungsform, bei der der Zwischenraum zwischen zwei benachbarten vorgefertigten Betoelementen 3 durch eine jeweilige Überbrückungsplatte 14 überbrückt ist, die eine solche radiale Abmessung aufweist, dass sie von den vorgefertigten Betonelementen 3 radial vorsteht. Die Überbrückungsplatte 14 kann durch Bolzen an der Basisplatte 6 der vorgefertigten Betonelemente 3 befestigt werden.

Claims

Patentansprüche :

1. Fundament für eine Windmühle mit einem kreisförmigen oder polygonalen Standfuß zum Tragen eines Windmühlenturms und mehreren Rippen, die vom Standfuß radial nach außen vorstehen, wobei der Standfuß in mehrere Umfangsabschnitte unterteilt ist, wobei ein Umfangsabschnitt und eine Rippe jeweils als ein vorgefertigtes Betonelement integral miteinander ausgebildet sind, wobei die vorgefertigten Betonelemente aus verstärktem Beton bestehen, der eine erste Verstärkungsstruktur, insbesondere Verstärkungsstangen, aufweist, welche in die vorgefertigten Betonelemente eingebettet sind, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Verstärkungsstruktur bereitgestellt ist, welche die vorgefertigten Betonelemente zusammenhält und mit der ersten Verstärkungsstruktur gekoppelt ist.
2. Fundament nach Anspruch 1, wobei die zweite Verstärkungsstruktur mehrere starre longitudinale Verstärkungselemente, insbesondere Stahlträger oder -Stangen, aufweist, die jeweils die vorgefertigten Betonelemente eines Paars entgegengesetzt angeordneter vorgefertigter Betonelemente derart miteinander verbinden, dass ein Hohlraum durchquert wird, welcher von dem Standfuß eingekreist ist.
3. Fundament nach Anspruch 2, wobei jedes Paar entgegengesetzt angeordneter vorgefertigter Betonelemente mit einem der starren longitudinalen Verstärkungselemente verbunden ist.
4. Fundament nach Anspruch 2 oder 3, wobei die starren longitudinalen Verstärkungselemente jeweils in einem oberen Bereich an einem von dem Paar entgegengesetzt angeordneter vorgefertigter Elemente befestigt sind und in einem unteren Bereich an dem anderen von dem Paar entgegengesetzt angeordneter vorgefertigter Betonelemente befestigt sind.
5. Fundament nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die starren longitudinalen Verstärkungselemente an ihrem Schnitt, der auf einer Achse des Standfußes angeordnet ist, miteinander verbunden sind.
6. Fundament nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die starren longitudinalen Verstärkungselemente und die erste Verstärkungsstruktur, insbesondere die Verstärkungsstangen, durch eine Ummantelung, die an einer Innenfläche des Standfußes angeordnet ist, miteinander verbunden sind.
7. Fundament nach Anspruch 6, wobei die Verstärkungsstangen der ersten Verstärkungsstruktur durch Schweißen an der Ummantelung befestigt sind.
8. Fundament nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Verstärkungsstangen der ersten Verstärkungsstruktur so angeordnet sind, dass sie von den vorgefertigten Betonelementen nach innen vorstehen und vorzugsweise in Öffnungen eindringen, die in der Ummantelung bereitgestellt sind.
9. Fundament nach Anspruch 6, 7 oder 8, wobei die zweite Verstärkungsstruktur durch Schweißen oder durch eine Schraubverbindung an der Ummantelung befestigt ist.
10. Fundament nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die vorgefertigten Betonelemente eine Basisplatte zum Tragen der Rippe aufweisen und damit integral ausgebildet sind, wobei die Basisplatte vorzugsweise einen Randabschnitt aufweist, der nach innen in den Hohlraum vorsteht, der vom Standfuß eingekreist ist.
11. Fundament nach Anspruch 10, wobei die Randabschnitte aller vorgefertigten Betonelemente zusammen einen umfänglichen, insbesondere kreisförmigen Rand, bilden, der eine zentrale Bodenplatte, die am Boden des Standfußes angeordnet ist, umfänglich stützt.
12. Fundament nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Höhe .der Rippe zum Standfuß hin kontinuierlich zunimmt.
13. Fundament nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die vorgefertigten Betonelemente durch wenigstens ein Nachspannkabel, das in einem umfänglichen, insbesondere kreisförmigen Durchgang angeordnet ist, der im Standfuß ausgebildet ist, aneinander festgezogen sind.
14. Fundament nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei benachbarte vorgefertigte Betonelemente in ihren Abschnitten, die vom Standfuß nach außen vorstehen, voneinander in Umfangsrichtung beabstandet sind.
15. Fundament nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei der Zwischenraum zwischen zwei benachbarten vorgefertigten Betonelementen durch eine jeweilige Überbrückungsplatte überbrückt ist, wobei die Überbrückungsplatte vorzugsweise eine solche radiale Abmessung aufweist, dass sie von den vorgefertigten Betonelementen radial vorsteht.
16. Fundament nach Anspruch 15, wobei die Überbrückungsplatten als vorgefertigte Betonplatten verwirklicht sind.
17. Windturbine mit einem Mast und einem am Mast montierten Rotor, wobei der Mast an einem Fundament nach einem der Ansprüche 1 bis 16 montiert ist. Wien, 17. März 2016 Anmelder vertreten durch: Haffner und Kesaihmann PateJ^canwj^t^ rau / 7