DE102005017162A1 - Flange link between upright frame and tub superstructure is fabricated from cast metal - Google Patents

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Abstract

A windmill hub is anchored within an upright circular tub structure resting on a base frame. The base frame is supported by an upright frame consisting of rectangular cross-section rods. Two or more of the upright rods have side-mounted flanges that are bolted both to the tub and the rods. The flange profiles extend upwards from the rods to splay and follow the tub base circumference profile. The flanges are cast metal that is more flexible than the legs or superstructure.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbindungsanordnung von Bauteilen im Stahlbau. Diese Verbindungsanordnungen werden insbesondere im Hochbau verwendet, um einzelne Tragwerkselemente zusammengesetzter Tragstrukturen zu realisieren.The The present invention relates to a connection arrangement of components in steel construction. These connection arrangements are in particular in Building construction used to composite individual structural elements To realize supporting structures.

Zur Verbindung der Tragwerkselemente werden vorzugsweise Schraubbolzen eingesetzt, die ein Verspannen der Tragwerkselemente ermöglichen: Bei der Montage der Tragwerkselemente werden vorhandene Durchgangslöcher in eine Überdeckungsposition gebracht. Anschließend wird ein Schraubbolzen in eine Gewindemutter eingeschraubt und mit einem gegebenen Moment angezogen, so dass eine Vorspannkraft erzeugt wird, die die zu verbindenden Elemente der Tragstruktur aufeinander presst. Das gegebene Moment wird im Allgemeinen so bemessen, dass die auftretenden Kräfte durch die kraftschlüssige Verbindung der Tragwerkselemente übertragen werden. Hiermit stellt man sicher, dass die durch das Eigengewicht oder den Betrieb auftretende Belastungen bzw. eine Kombination dieser Belastungen nicht zu einer schädlichen Querkraftbelastung der Bolzenverbindung führt.to Connection of the structural elements are preferably bolts used, which allow a distortion of the structural elements: In the assembly of the structural elements are existing through holes in a covering position brought. Subsequently a bolt is screwed into a threaded nut and with a tightened moment given, so that a biasing force is generated, which presses together the elements of the support structure to be connected. The given moment is generally measured so that the occurring personnel by the non-positive Connection of the structural elements are transmitted. Hereby provides make sure that the loads caused by the dead weight or the operation or a combination of these loads not to a harmful Transverse force load of the bolt connection leads.

Eine besondere Bedeutung kommt den angeführten Verbindungen von Tragwerkselementen z.B. bei Windkraftanlagen und bei Krantürmen zu.A particular importance is attached to the listed compounds of structural elements, e.g. in wind turbines and tower cranes too.

Windkraftanlagen weisen im Allgemeinen einen Turm und eine Gondel auf, wobei sich in der Gondel ein Generator befindet, der mittels eines Rotors angetrieben wird.Wind turbines generally have a tower and a nacelle, wherein in the nacelle is a generator, which is driven by a rotor becomes.

Der Rotor wirkt dabei als Hebel u.a. für die am Rotor auftretenden Windkräfte. Deshalb werden im Verbindungsbereich von der Gondel zu der Turmkonstruktion, welche im Folgenden mit dem Begriff Topf bezeichnet wird, hohe Kräfte wirksam. Daneben bewirkt die Rotation der Rotorblätter einen Wechsel zwischen Schub- und Zugspannung auf die Verbindungsstelle zwischen der Turmkonstruktion und dem Topf unterhalb des Rotors.Of the Rotor acts as a lever u.a. for those occurring at the rotor Wind forces. Therefore, in the connection area from the nacelle to the tower construction, which is hereinafter referred to by the term pot, high forces effective. In addition, the rotation of the rotor blades causes a change between Push and pull tension on the connection point between the tower construction and the pot below the rotor.

Weiterhin folgt die Gondel in Ihrer Ausrichtung der Windrichtung, woraus eine weitere Änderung der Belastungsrichtung für die Verbindung resultiert.Farther follows the nacelle in your orientation of the wind direction, from which one further change the loading direction for the connection results.

Insgesamt ergibt sich eine hohe Belastung für die Verbindung zwischen der Turmkonstruktion und dem Topf von Windkraftwerken. Dieses Problem ist bekannt und insbesondere für Windkraftwerke, die auf rohrförmigen Konstruktionen basieren, existieren zahlreiche Ansätze, den Kraftfluss innerhalb des Überganges von der Mastkonstruktion auf den Topf zu vergleichmässigen.All in all results in a high load on the connection between the Tower construction and the pot of wind power plants. This problem is known and in particular for Wind power plants on tubular Constructs are based, numerous approaches, the Force flow within the transition from the mast construction to the pot to uniform.

In der DE 101 26 049 wird in diesem Zusammenhang ein ringförmiger Verbindungsflansch zum Anbringen an einem Ende eines rohrförmigen Bauteils erläutert. In dieser Anmeldung wird auch ausführlich erläutert, dass insbesondere bei dem Bau von Türmen für den Betrieb von Windenergieanalgen notwendig ist, jede Form der Optimierung des Kraftflusses der durch die Verbindungen der Bauteile der Windenergieanalge läuft, auszunutzen. Die Entgegenhaltungen zu diesem Patent u.a. DE 197 41 988 A1 , DE 39 26 778 A1 , DE 30 30 798 zeigen, dass dieses Problem bekannt ist und zahlreiche Lösungsansätze existieren.In the DE 101 26 049 In this connection, an annular connecting flange for attachment to one end of a tubular component is explained. In this application is also explained in detail that, in particular in the construction of towers for the operation of wind energy algae is necessary to take advantage of any form of optimization of the power flow through the compounds of the components of the wind turbine. The references to this patent, inter alia DE 197 41 988 A1 . DE 39 26 778 A1 . DE 30 30 798 show that this problem is known and there are numerous solutions.

Für den Betrieb von Windkraftwerken, deren Türme aus Stabwerken bestehen und deren Turmkonstruktion Eckstiele aufweist, sind die oben angeführten Probleme ebenfalls relevant aber noch nicht gelöst.For the business of wind power plants, their towers consist of frameworks and whose tower construction has corner stems, are the above Problems also relevant but not yet solved.

Als Stand der Technik wird im Allgemeinen ein Verbindung der Eckstiele mit dem Topf der Windkraftanlage mittels Koppelblechen realisiert. Diese werden zum einen mit den Eckstielen und zum andern mit dem Topf der Windkraftanlage, vorzugsweise an der äusseren Turmwandung, durch den Einsatz von Schraubbolzen verbunden. Hierbei muss eine relativ große Anzahl von Schraubbolzen verwendet werden, damit eine Verminderung der Vorspannkraft, etwa durch Setzungsvorgänge der Schraubverbindungen, und die dadurch verringerte Kraftübertragung mittels Kraftfluß, nicht zu Schäden an der Verbindung zwischen den Eckstielen und dem Topf der Windkraftanlage führt. Die Montage und Überwachung der zahlreichen Bolzenverbindungen ist zudem aufwendig.When The prior art is generally a compound of corner handles realized with the pot of the wind turbine by means of coupling plates. These become on the one hand with the Eckstielen and on the other hand with the Pot of the wind turbine, preferably on the outer tower wall, through the use of bolt connected. This must be a relative size Number of bolts used so a reduction the preload force, such as by settling the screw, and the power transmission thereby reduced by power flow, not to damage the connection between the corner stems and the pot of the wind turbine leads. The assembly and monitoring The numerous bolt connections is also expensive.

Um die Verbindung durch Schraubbolzen zu ersetzen existiert die Möglichkeit, die Verbindung zwischen den Eckstielen und der Gondel mittels Schweissverbindungen zu realisieren. Hierbei ist jedoch eine aufwendige Schweissplanung und bestimmte Reihenfolge der Ausführung der Schweissungen erforderlich. Zudem ist die regelmässig erforderliche Überprüfung der Güte der Schweissverbindungen mit erheblichem Aufwand verbunden.Around to replace the connection by bolts exists the possibility the connection between the corner stems and the nacelle by means of welded joints to realize. However, this is a complex welding planning and certain order of execution of the welds required. It is also regular required review of Goodness of Welding connections associated with considerable effort.

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, eine Lösung zur Verfügung zu stellen, die es ermöglicht, den Kraftfluss der Verbindung von den Eckstielen in den Topf der Gondel von Windkraftanlagen zu optimieren und eine Verminderung der zur Verbindung der Eckstiele mit dem Topf der Windkraftanlage benötigten Schrauben zu ermöglichen.The The object of the invention is therefore to provide a solution to disposal to provide that makes it possible the power flow of the connection from the corner stalks into the pot of the Gondola of wind turbines to optimize and a reduction the to the connection of the corner stalks with the pot of the wind turbine required To allow screws.

Diese Aufgabe wird gemäß des Anspruches 1 der Erfindung gelöst. Weitergehende Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.These The object is according to claim 1 solved the invention. Further embodiments The invention are the subject of the dependent claims.

Grundgedanke der Lösung ist, zur Verbindung der Eckstiele mit dem Topf der Windenergieanlage Formteile zu verwenden, die sowohl an der Topfinnenseite als auch an der Topfaussenseite eine Anlagefläche zu dem Topf aufweisen und im Bereich der Überdeckung der Laschen der Formteile zumindest teilweise einander entsprechende Ausnehmungen für Schraubbolzen aufweisen.basic idea the solution is to connect the corner handles with the pot of the wind turbine To use molded parts, both on the inside of the pot as well have on the outside of the pot a bearing surface to the pot and in the area of overlap the tabs of the moldings at least partially corresponding to each other Recesses for Have bolt.

Zur Verdeutlichung der Erfindung zeigen:to Clarification of the invention show:

1: Isometrie eines erfindungsgemässen Eckstielanschlusses (außen) 1 : Isometry of a Corner Stem Connection According to the Invention (Exterior)

2: Draufsicht einer erfindungsgemässen außen am Topf zu montierenden Lasche 2 : Top view of a tab according to the invention to be mounted on the outside of the pot

3: Isometrie einer erfindungsgemässen außen am Topf zu montierenden Lasche 3 : Isometric view of a tab according to the invention to be mounted on the outside of the pot

4: Isometrie eines erfindungsgemässen Eckstielanschlusses (innen) 4 : Isometry of a Corner Stem Connection According to the Invention (Inside)

5: Draufsicht einer erfindungsgemässen innen am Topf zu montierenden Lasche 5 : Top view of an inventive inside the pot to be mounted tab

6: Isometrie einer erfindungsgemässen innen am Topf zu montierenden Lasche 6 : Isometry of an inventive inside to be mounted on the pot tab

Mit dieser Lösung wird ein Kraftübergang innen und aussen an der Turmwandung realisiert, so dass Biegemomente aus einer Kraftumleitung gegenüber einer herkömmlichen Lösung reduziert werden. Durch die Verwendung der Formteile ergibt sich weiterhin der Vorteil, dass im Bereich der Überdeckung der Laschen ein Schraubbolzen zwei Scherquerschnitte aufweist und sich somit die Anzahl der benötigten Schraubbolzen erheblich reduziert.With this solution becomes a power transition realized inside and outside on the tower wall, so that bending moments from a power diversion opposite a conventional one solution be reduced. Through the use of the moldings continues to arise the advantage that in the area of overlap of the tabs Bolt has two shear cross-sections and thus the Number of required Bolt significantly reduced.

In besonders vorteilhafter Ausführung der Erfindung beschränkt sich die Überdeckung der Laschen nicht auf den Bereich der Topfinnenseite und der Topfaussenseite, sondern setzt sich im Bereich des Eckstieles fort. Hierbei ist die Form der Laschensegmente der Kontur des Topfes bzw. der Kontur der Eckstiele angepasst und ermöglicht in Zusammenhang mit der beidseitigen Überlappung der zu verbindenden Bauteile eine Vergleichmässigung des Kraftflusses gegenüber herkömmlichen Lösungen.In particularly advantageous embodiment limited to the invention the overlap the tabs do not touch the area of the inside of the pot and the outside of the pot, but continues in the area of the corner stalk. Here is the Shape of the tab segments of the contour of the pot or the contour of the corner handles adapted and enabled in connection with the bilateral overlap of the Components an equalization the power flow opposite usual Solutions.

In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung werden die Positionen der Bolzen den zu übertragenden Kräften angepasst. Das bedeutet, dass in Zonen größerer Kraftübertragung mehr Bolzen positioniert werden, was zu einer weiteren Vergleichmässigung des Kraftflusses zwischen Eckstiel und Topf führt.In Another particularly advantageous embodiment of the invention adjusted the positions of the bolts to the forces to be transmitted. This means that in zones of greater power transmission more bolts are positioned, resulting in a further evening-out the power flow between corner handle and pot leads.

Eine weitere Optimierung des Kraftflusses kann erfindungsgemäss, durch eine Spreizung der Lasche und einen somit vergrößerten Bereich der Krafteinleitung in die Lasche realisiert werden. Zudem ist es erfindungsgemäß vorgesehen, die Stärke der Lasche so zu gestalten, dass die Lasche ein optimales Dehnverhalten zeigt und damit Spitzen in Kraftverlauf vermieden werden.A Further optimization of the force flow can according to the invention, by a spread of the tab and thus an enlarged range of force application be realized in the tab. Moreover, it is provided according to the invention the strength of Make tab so that the tab is an optimal stretching behavior shows and thus peaks in the course of force are avoided.

Claims (5)

Mit Laschen verbundene Bauteile eines Windkraftwerkes, wobei ein Bauteil vorzugsweise ein ein oder mehrsegmentiger Eckstiel eines Gittermasten eines Windkraftwerkes ist und ein anderes Bauteil ein Topf unterhalb der Gondel des Windkraftwerkes ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragung von Kräften zwischen dem Eckstiel und dem Topf bei mindestens einem der Bauteile, z.B. dem Topf, durch beidseitig des Topfes positionierte Laschensegmente und mehrere diese Laschensegmente verbindende, durchgängige Bolzen zumindest teilweise bewerkstelligt wird und die Laschensegmente einzeln oder zusammengeführt Bereiche des Eckstieles überdecken und mit diesem Eckstiel kraftschlüssig und/oder formschlüssig verbunden sind und die Laschensegmente im Bereich des Topfes an die Kontur des Topfes angepasst sind und im Bereich des Eckstiels an die Kontur des Eckstiels bzw. an die Kontur die sich aus den Elementen des Eckstieles ergibt angepasst sind.Laschen connected components of a wind power plant, wherein a component is preferably a one or mehrsegmentiger corner handle of a lattice mast of a wind power plant and another component is a pot below the nacelle of the wind power plant, characterized in that the transmission of forces between the corner stem and the pot at least one of the components, for example the pot, by means of lug segments positioned on both sides of the pot and at least partially connecting the lugs segments and covering the lug segments individually or merged areas of the corner stem and frictionally and / or positively connected with this corner stem and the tab segments are adapted to the contour of the pot in the region of the pot and are adapted in the region of the corner stem to the contour of the corner stem or to the contour resulting from the elements of the corner stem. Erfindung entsprechend des Oberbegriffes des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Laschen aus einem Material bestehen, welches eine höhere Elastizität aufweist als die Elastizität der zu verbindenen Bauteile wobei das Material der Laschen vorzugsweise Sphäroguss (GGG40.3) ist.Invention according to the preamble of the claim 1, characterized in that the tabs are made of a material, which is a higher one elasticity has as the elasticity the components to be connected wherein the material of the tabs preferably ductile iron (GGG40.3). Erfindung entsprechend des Oberbegriffs des Anspruches 1 und einem oder mehreren der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bauteil ein Eckstiel eines Gittermasten und das zweite Bauteil der Topf unterhalb einer Gondel ist und dass die Laschen mit Bohrungen unterschiedlichen Abstandes versehen sind und/oder diese Bohrungen unterschiedliche Durchmesser aufweisen.Invention according to the preamble of the claim 1 and one or more of the following claims, characterized that the first component is a corner post of a lattice mast and the second Component of the pot is below a nacelle and that the tabs are provided with holes of different distances and / or these holes have different diameters. Erfindung entsprechend des Oberbegriffs des Anspruches 1 und einem oder mehreren der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bauteil ein Eckstiel eines Gittermasten und ein zweites Bauteil der Topf unterhalb einer Gondel ist und dass die Laschen eine Spreizung aufweisen, so dass die Bohrungen für die Bolzen auf eine größere Fläche des Topfes verteilt werden.Invention according to the preamble of the claim 1 and one or more of the following claims, characterized that one component is a corner post of a lattice mast and a second Component of the pot is below a nacelle and that the tabs have a spread, so that the holes for the bolts on a larger area of the Pot will be distributed. Erfindung entsprechend des Oberbegriffs des Anspruches 1 und einem oder mehreren der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das die Laschen eine Profilierung in der Materialstärke aufweisen.Invention according to the preamble of the claim 1 and one or more of the following claims, characterized that the tabs have a profiling in the material thickness.
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