DE102005047961A1

DE102005047961A1 - Hybridturm

Info

Publication number: DE102005047961A1
Application number: DE102005047961A
Authority: DE
Inventors: Willi Meiners
Original assignee: SEEBA TECHNIK GmbH
Current assignee: Rautaruukki Oyj
Priority date: 2005-10-06
Filing date: 2005-10-06
Publication date: 2007-04-12

Abstract

Verbindung der Bauteile eines Turmes eines Windkraftwerkes mit einer Nabenhöhe von mehr als 110 Metern, wobei ein Bauteil vorzugsweise ein Eckstiel einer Fachwerkkonstruktion des Turmes eines Windkraftwerkes ist und ein anderes Bauteil ein rohrförmiger Mastbereich des Turmes eines Windkraftwerkes ist und sich der rohrförmige Mastbereich mindestens über eine Länge von 10 Metern erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente einzelner Eckstiele zumindest teilweise ein geschlossenes Profil bilden und der Übergang zwischen dem Eckstiel und dem rohrförmigen Mastteil durch zumindest teilweise beidseitig der Mantelfläche des rohrförmigen Mastteils positionierte Elemente des Eckstiels ausgeführt ist.

Description

Windkraftanlagen weisen im Allgemeinen einen Turm und eine Gondel auf, wobei sich in der Gondel ein Generator befindet, der mittels eines Rotors angetrieben wird. Der Turm solcher Windkraftanlagen wird oft als Rohrturm realisiert.
Mit der Entwicklung von Windkraftanlagen immer höherer Leistung erreichen Rohrtürme solche Höhen, dass die Turmsegmente nur noch aufwendig transportiert werden können. Deshalb werden zunehmend Türme entwickelt, bei denen der Turm im oberen Bereich eine rohrförmige Konstruktion und unterhalb dieses Bereiches eine Fachwerkkonstruktion aufweist. In der Regel entspricht dabei die Länge des oberen Bereiches der Länge der Rotorblätter.
Dem Stand der Technik entsprechend besitzt der rohrförmige Teil der Mastkonstruktion eine geringe Konizität, so dass die Rotorblätter den notwendigen Freigang besitzen.
Im Basisbereich der Konstruktion wird eine Fachwerkkonstruktion verwendet, deren Bauteile einfacher als die Segmente entsprechender Rohrkonstruktionen zu transportieren sind.
Die Rohrkonstruktion und die Fachwerkkonstruktion werden durch Laschen oder Übergangsstücke verbunden.
Im Verbindungsbereich von der Rohr- zur Gitterkonstruktion werden hohe Kräfte wirksam, da der Rotor der Windkraftanlage als Hebel u.a. für die am Rotor auftretenden Windkräfte wirkt.
Daneben bewirkt die Rotation der Rotorblätter einen Wechsel zwischen Schub- und Zugspannung auf die Verbindungsstelle im Verbindungsbereich von der Rohr- zur Gitterkonstruktion Insgesamt ergibt sich eine hohe Belastung im Verbindungsbereich von der Rohr- zur Gitterkonstruktion. Dieses Problem ist bekannt und es existieren zahlreiche Ansätze, den genannten Übergang zu gestalten.

Die DE 103 39 438 A1 zeigt eine solche Konstruktion. Kennzeichnend für diese Konstruktion ist die Existenz eines gesonderten Übergangsstückes zwischen dem fachwerkartigen und dem rohrförmigen Bereich der Turmkonstruktion.

Dabei entspricht die Neigung des Übergangsstückes im Wesentlichen einem stark konischem Rohr, dessen mittlere Neigung zur Wandung der Mittelachse der Turmkonstruktion größer ist, als die Neigung der der Wandung des unteren Bereiches des Rohturmes und/oder als die Neigung des oberen Bereichs der Eckstiele des Gitterturms. Das Übergangsstück stellt den Übergang zwischen den Bereichen her, in dem die starke Aufweitung der horizontalen Erstreckung des Turms (im Übergang von dem rohrförmigen auf den fachwerkartigen Bereich) durch die mittlere Neigung der Wandung des Übergangsstückes von mindestens 15 % realisiert. Dieses Übergangsstück ist eine spezifische Baugruppe, wobei diese gesondert von den Bauteilen des Gittermastes bzw. des daran anschließenden Rohrturmes gefertigt und montiert wird. Das Übergangsstück wird unter der Verwendung von Koppelblechen mit dem oberen Ende der Gitterkonstruktion verbunden. Der Kraftfluss ist bei einer solchen Konstruktion grunsätzlich als nicht optimal zu bewerten.

Konstruktionen des Überganges zwischen einem Gittermast und rohrförmigen Elementen einer Mastkonstruktion sind ebenfalls aus der FR 2 597 161 bekannt. Hier bildet eine Platte den Abschluss des rohrförmigen Abschnittes. Die Konstruktion des Gittermasten ist mittels geschraubter bzw. geschweißter Laschen mit dem rohrförmigen Segment verbunden. Nachteilig an dieser Konstruktion ist die Notwendigkeit von Schweißarbeiten zur Montage der Mastkonstruktion.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Konstruktion zur Verfügung zu stellen, die eine Verbindung zwischen einem rohrförmigen Bereich und einem gittermastartigen Bereich einer Turmkonstruktion herstellt, wobei der Kraftfluß ohne die Verwendung von Koppelblechen und ohne die Verwendung gesonderter Übergangstücke tendenziell zentral in die Eckstiele des gittermastartigen Bereiches eingeleitet wird.

Diese Aufgabe wird gemäß des Anspruches 1 der Erfindung gelöst. Weitergehende Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Grundgedanke der Lösung ist, für die Eckstiele der Gittermastkonstruktion geschlossene Profile zu verwenden und die Verbindung der Eckstiele mit z.B. rohrförmigen Elementen der Windenergieanlage, durch beidseitig der Mantelfläche von Segmenten des rohrförmigen Mastteils positionierte Elemente der Eckstiele zu bewerkstelligen wobei die Segmente des Eckstiele im Bereich des Überganges auf den rohrförmigen Mastteil der Kontur des rohrförmigen Mastteils entsprechen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit den beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen
1 Turmkonstruktion mit einem Bereich aus Fachwerk und einem Bereich aus rohrförmigen Segmenten
2 Seitenansicht eines Übergangsbereiches zwischen einem Fachwerkbereich und einem rohrförmigen Bereich
3 Schnitt eines Übergangsbereiches zwischen einem Fachwerkbereich und einem rohrförmigen Bereich
4 Schnitt eines rohrförmigen Segmentes mit versteifender Wirkung
5 Seitenansicht eines Eckstiels bestehend aus Elementen, die eine unterschiedliche Überlappung zu dem rohrförmigen Teil der Turmkonstruktion aufweisen.
6 Turmkonstruktion, die im unteren und oberen Bereich aus einer Fachwerkkonstruktion besteht
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung zeigt das folgende Ausführungsbeispiel:
Ein Hybridturm besteht im oberen Bereich aus einem Rohrturm und im unteren Bereich aus einem Fachwerkturm. Der Fachwerkturm weist acht Eckstiele auf, die aus einem achteckigen Profil bestehen. Die langgestreckten Elemente der Eckstiele weisen eine Länge von ca. 12 Metern auf. Die langgestreckten Elemente der Eckstiele sind mittels Verschraubungen verbunden und bilden insgesamt ein geschlossenes Profil. Dies ist besonders vorteilhaft gegenüber der Gestaltung von Eckstielen aus offenen Profilen, da die geschlossene Profile im Verhältnis zu offenen Profilen eine wesentlich größere Verwindungssteifigkeit aufweisen. Die Verbindungsfläche für die Verschraubung der Elemente wird durch eine Materialverdickung der Elemente an den Längsseiten der Elemente realisiert. Im Bereich des Überganges von den Eckstielen zu dem rohrförmigen Teil der Konstruktion sind die einzelnen Profile der Eckstiele so gestaltet, dass das unterste/die untersten Segment(e) des rohrförmigen Turmsegments innerhalb des durch die Elemente gebildeten geschlossenen Profils verläuft.
Mit dieser Lösung wird ein Kraftübergang innen und aussen an der Wandung der Segmente des rohrförmigen Mastteils realisiert, so dass Biegemomente aus einer Kraftumleitung gegenüber einer herkömmlichen Lösung reduziert werden.
Durch die annähernd zentrale Einleitung der Kräfte von dem Rohrturm in die Eckstiele wird zudem eine Vergleichmässigung des Kraftflusses gegenüber herkömmlichen Lösungen erreicht.
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 den Segmenten des Eckstieles und des rohrförmigen Mastteiles führt. Eine weitere Optimierung des Kraftflusses kann erfindungsgemäss, durch eine Spreizung der Segmente des Eckstieles und einen somit vergrößerten Bereich der Krafteinleitung in den rohrförmigen Teil des Masten realisiert werden. Dementsprechend ist es erfindungsgemäß vorgesehen, die Elemente des Profils der Eckstiele so verbunden bzw. gestaltet sind, dass die Elemente des Profils eines Eckstieles unterschiedlich weit in den rohrförmigen Bereich der Gitterkonstruktion hineinragen. Dieses biete den Vorteil, dass eine Vergleichmässigung des Kraftüberganges gewährleistet werden kann. Weiterhin ist vorteilhaft, dass die Profile des Eckstiele so ohne zusätzliche Laschen verbunden werden können.
Zudem ist es erfindungsgemäß vorgesehen, die Stärke der Segmente der Eckstiele im Bereich des Überganges auf rohrförmige Mastteile so zu gestalten, dass die Segmente der Eckstiele ein optimales Dehnverhalten zeigen und damit Spitzen in Kraftverlauf vermieden werden.
In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann ein Turm aus mehreren Rohrturm.- bzw. Gitterturmsegmenten bestehen.
In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass Rohrstück so zu dimensionieren, dass das Rohrstück eine Aussteifung für die Turmkonstruktion aufweist. Eine solche Konstruktion hat den Vorteil, dass für die Aussteifung des Turmes verhältnismäßig wenig Schraubverbindungen erforderlich sind. Zudem bietet diese Lösung den Vorteil, dass im Turminneren der Fachwerkkonstruktion genügend Freiraum für z.B. Lastenaufzüge verbleibt.

Claims

Verbindung der Bauteile eines Turmes eines Windkraftwerkes mit einer Nabenhöhe von mehr als 110 Metern, wobei ein Bauteil vorzugsweise ein Eckstiel einer Fachwerkkonstruktion des Turmes eines Windkraftwerkes ist und ein anderes Bauteil ein rohrförmiger Mastbereich des Turmes einer Windkraftwerkes ist und sich der rohrförmige Mastbereich mindestens über eine Länge von 10 Metern erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente einzelner Eckstiele zumindest teilweise ein geschlossenes Profil bilden und der Übergang zwischen dem Eckstiel und dem rohrförmigen Mastteil durch zumindest teilweise beidseitig der Mantelfläche des rohrförmigen Mastteils positionierte Elemente des Eckstiels ausgeführt ist.
Erfindung entsprechend des Oberbegriffs des Anspruches 1, dadurch gekennzeichnet, dass der rohrförmige Mastbereich aus mehreren Segmenten besteht und diese Segmente aus rohrähnlichen Formteilen oder aus der Form folgenden, verformten Blechen gebildet werden.
Erfindung entsprechend des Oberbegriffs des Anspruches 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Elemente der Eckstiele zusammengefügt die Form eines achteckigen Profils ergeben.
Erfindung entsprechend des Oberbegriffes des Anspruchs 1, und einem oder mehreren der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung der Elemente des Eckstieles mit den Segmenten des rohrförmigen Bauteils zumindest teilweise mittels durchgängiger Bolzen bewerkstelligt wird.
Erfindung entsprechend des Oberbegriffs des Anspruches 1 und einem oder mehreren der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elemente der Eckstiele und die Segmente des rohrförmigen Bauteils Bohrungen unterschiedlichen Abstandes versehen sind und/oder diese Bohrungen unterschiedliche Durchmesser aufweisen.
Erfindung entsprechend des Oberbegriffes des Anspruchs 1, und einem oder mehreren der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elemente des Eckstieles im Bereich des Überganges der Kontur des rohrförmigen Mastteiles entsprechen.
Erfindung entsprechend des Oberbegriffes des Anspruchs 1, und einem oder mehreren der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Element der Eckstiele in den Bereichen des Überganges zu dem rohrförmigen Element eine Materialverdickung aufweist, wobei die Materialverdickung mindestens der Materialstärke des Elementes des Eckstieles entspricht.
Erfindung entsprechend des Oberbegriffs des Anspruches 1 und einem oder mehreren der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergang einen Bereich aufweist, in dem zumindest ein äußeres oder ein Element der Eckstiele weiter in das rohrförmige Segment des Turmes ragt als andere äußere bzw. innere Elemente der Eckstiele.
Erfindung entsprechend des Oberbegriffs des Anspruches 1 und einem oder mehreren der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelachse der Wandung des rohrförmigen Turmsegments im Übergangsbereich paralell zu der senkrechten Achse des mehrsegmentigen Eckstieles verläuft und oberhalb des Verbindungsbereiches einen Winkel zwischen 0 und 14° zu der senkrechten Mittelachse des jeweiligen Eckstiels aufweist.
Erfindung entsprechend des Oberbegriffs des Anspruches 1 und einem oder mehreren der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelachse der Wandung des rohrförmigen Turmsegments im Übergangsbereich zu der senkrechten Achse des mehrsegmentigen Eckstieles einen Winkel von 0° bis 14° Grad zu der senkrechten Achse des mehrsegmentigen Eckstieles aufweist.
Erfindung entsprechend des Oberbegriffs des Anspruches 1 und einem oder mehreren der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Eckstiele im Bereich des Überganges parallel zu der senkrechten Mittelachse der rohrförmigen Mastkonstruktion verlaufen.
Erfindung entsprechend des Oberbegriffs des Anspruches 1 und einem oder mehreren der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das die Elemente der Eckstiele eine Profilierung in der Materialstärke aufweisen.
Erfindung entsprechend des Oberbegriffs des Anspruches 1 und einem oder mehreren der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohrstück aus einem gewinkeltem Blech besteht oder aus mehreren Teilstücken besteht.
Erfindung entsprechend des Oberbegriffs des Anspruches 1 und einem oder mehreren der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohrstück mit einem horizontalen Flansch versehen ist, und der horizontale Flansch Aufnahmen für eine Horizontalaussteifung der Turmkonstruktion aufweist.
Erfindung entsprechend des Oberbegriffs des Anspruches 1 und einem oder mehreren der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohrstück so dimensioniert wird, dass das Rohrstück die Aussteifung für die Turmkonstruktion bildet.
Erfindung entsprechend des Oberbegriffs des Anspruches 1 und einem oder mehreren der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser des Übergangsbereiches so bemessen ist, dass der Transport mit üblichen Transportmitteln auf der Strasse erfolgen kann.