DE102009061027A1 - Tower for wind power plant, has wall elements made from derived timber product and connected with one another by connection unit i.e. metal plate, where sections comprise recesses and connection unit is arranged in recesses - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Turm für eine Windkraftanlage wobei die Wände des Turms zumindest teilweise aus einzelnen Wandabschnitten hergestellt sind, die über Verbindungsmittel miteinander verbunden sind.The The invention relates to a tower for a wind turbine the walls of the tower being at least partially single Wall sections are made by means of connecting means connected to each other.
Bei einer Windkraftanlage handelt es sich um eine Vorrichtung zur Erzeugung von elektrischer Energie. Die Windkraftanlage ist mit einem Fundament, einem Turm, der auf dem Fundament errichtet wird, und einer Gondel, die auf dem Turm angeordnet wird, versehen. An der Gondel befindet sich die mit Rotorblättern verbundene Antriebseinheit zur Energieerzeugung.at a wind turbine is a device for generating of electrical energy. The wind turbine is with a foundation, a Tower built on the foundation and a gondola that placed on the tower is provided. At the gondola is located the drive unit connected to rotor blades for power generation.
Die
Konstruktion des Turms ist ausgerichtet auf die durch die Gondel
auf den Turm erzeugte statische Belastung und die durch die Rotation
der Drehflügel des Rotors und der Bewegungsmöglichkeit
der Gondel in Abhängigkeit der Windrichtung erzeugten dynamischen
Belastungen. Bekannte Türme werden aus Stahlringen oder
Betonelementen hergestellt. Die Grundflächen der bekannten
Türme sind dabei entweder Polygone oder ringförmige
Kreissegmente. Polygonale Türme, die aus einzelnen Segmenten aus
Beton hergestellt sind, sind bekannt aus
Unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten ist es erwünscht, die Höhe der Türme wirtschaftlich maximiert zu errichten, da der Ertrag einer Windkraftanlage von der Nabenhöhe des Rotors abhängt und der Ertrag mit Zunahme der Höhe steigt. Gleichzeitig steigen die durch die größere Höhe des Turmes entstehenden Anforderungen an die Statik und das Material bzw. den Materialaufwand des Turmes. Die Wandstärken nehmen zu und dadurch steigt der Errichtungsaufwand des Turms.Under In economic terms, it is desirable that Height of towers economically maximized to build because the yield of a wind turbine from the hub height of the Rotor depends and the yield with increase in height increases. At the same time, they are getting bigger Height of the tower resulting requirements for statics and the material or the cost of materials of the tower. The wall thicknesses increase and thus increases the construction cost of the tower.
Ein dabei entscheidender Aspekt bei Türmen, die aus abschnittsweise angeordneten Segmenten gebildet werden, ist, dass die horizontalen Berührungsflächen der übereinander angeordneten Segmente empfindlich für Schubbelastungen bzw. Querkräfte sind. Dieses muss in der Statik der Türme berücksichtigt werden, damit diese Sollbruchstelle entschärft wird, was zu verstärktem Materialeinsatz führt, und insbesondere einen Einsatz von aufwändigen Verbindungsmittel bedingt.One this crucial aspect in towers, which from sections arranged segments are formed, that the horizontal contact surfaces the superimposed segments sensitive to Shear loads or shear forces are. This must be in the Statics of the towers are taken into account This predetermined breaking point is defused, resulting in reinforced Material use leads, and in particular a use of complicated connecting means conditional.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Turm für eine Windkraftanlage bereit zu stellen, bei dem es unter Berücksichtigung der vorgenannten Querkraft- bzw. Schubbelastungsproblematik möglich ist, die Konstruktionshöhe zu vergrößern und gleichzeitig Material einzusparen und/oder die Herstellungskosten zu senkentask The invention is therefore a tower for a wind turbine to provide, taking into account the aforementioned shear force or shear load problem possible is to increase the construction height and at the same time saving material and / or the production costs to lower
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Wandabschnitte zueinander Helix bildend versetzt angeordnet sind- und dass die Wandabschnitte wenigstens teilweise in Stößen Schlitze aufweisen, dass die Schlitze die Verbindungsmittel, und dass in den Schlitzen die Verbindungsmittel angeordnet sind. Durch diese Anordnung zueinander wird die Schubbelastung/Querkraft über die Helix abgeleitet und es existiert kein Ansatzpunkt für ein Abheben des Turm an einer vorgegebenen Stelle. Aus diesem Grund können Wandstärken reduziert werden und es ist insbesondere möglich, einfachere und damit kostengünstigere Verbindungsmittel zu wählen. Bei diesen Verbindungsmitteln handelt es sich um kostengünstige Elemente, die allerdings die notwendigen Festigkeiten hinsichtlich Schub bzw. Schubbelastungen zwischen den einzelnen Bestandteilen bereit stellen.The inventive object is achieved by that the wall sections arranged offset to one another helix forming are and that the wall sections at least partially in bumps slots have that the slots the connecting means, and that in the slots, the connecting means are arranged. Through this Arrangement to each other, the thrust load / shear force over derived the helix and there is no starting point for a lifting of the tower at a predetermined location. For this reason wall thicknesses can be reduced and it is especially possible, simpler and thus cheaper To choose connecting means. For these fasteners These are low-cost items, however the necessary strength with regard to thrust or thrust loads between the individual components.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass es sich bei der Helix um eine Einfachhelix oder um eine aus mehreren Einfachhelices gebildeten Mehrfachhelix handelt. Bei einer Mehrfachhelix ist vorteilhaft, dass die Anzahl der die Mehrfachhelix bildenden Einfachhelices mit der Anzahl der Wandabschnitte in einer horizontalen Ebene des Turms übereinstimmt.A Further teaching of the invention provides that it is the helix a single helix or a multiple helix formed from multiple single helices is. In a multiple helix is advantageous that the number the multiple helix forming single helices with the number of wall sections in a horizontal plane of the tower.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass die Schlitze quer zur Stoßrichtung und/oder längs zur Stoßrichtung angeordnet sind. Bevorzugt sind die Verbindungsmittel Metallbleche, besonders bevorzugt Lochbleche, sind, die besonders bevorzugt in den Schlitzen verklebt werden. Zusätzlich können die Stoßöffnungen mit beispielsweise einem Tape oder Plexiglas abgeklebt werden. Bevorzugt erfolgt das Einbringen des Klebstoffes durch Verspritzen der Räume zwischen Bauteil und Verbindungselement. Alternativ können Holzteile bzw. Holzzugdübel verwendet werden, wenn es sich bei den Bestandteilen um Holzelemente handelt. Bei diesen Verbindungsmitteln handelt es sich um kostengünstige Elemente, die allerdings die notwendigen Festigkeiten hinsichtlich Schub bzw. Schubbelastungen zwischen den einzelnen Bestandteilen bereit stellen.A Another teaching of the invention provides that the slots across the Impact direction and / or longitudinal to the impact direction are arranged. Preferably, the connecting means are metal sheets, particularly preferred are perforated plates, which are particularly preferred in glued to the slots. In addition, you can the butt holes with, for example, a tape or Plexiglas be taped. Preferably, the introduction takes place of the adhesive by spraying the spaces between component and connecting element. Alternatively, wooden parts or Timing dowels are used when it comes to the components is about wooden elements. These connecting agents are These are cost-effective elements, but they are the necessary ones Strengths regarding thrust or thrust loads between the provide individual components.
Neben den Betriebsbelastungen, die auf den Turm einwirken, wirken auch klimatische Belastungen auf den Turm. Bei Stahltürmen wird dieser klimatischen Belastung durch das Aufbringen eines Anstriches auf den Turm entgegengewirkt. Beim Einsatz von Stahlbeton nimmt das Stahlgerüst die Zugbelastungen des Turmes auf. Die Betonüberdeckung nimmt die Druckbelastungen auf und dient gleichzeitig zum Schutz der Stahlkonstruktion gegen die Umwelteinflüsse in Form von Feuchtigkeit und chemischen Reaktionen durch die umgebende Atmosphäre. Die Dicke des Betons muss gewährleisten, dass das Stahlgerüst gegen diese Belastungen geschützt ist. Bei Holzkonstruktionen werden entsprechende Witterungsbelastungen durch Anstriche entgegengewirkt. Gleichzeitig lassen sich nur Holzmaterialien, die für den Außeneinsatz zugelassen sind, für die Konstruktion von Holztürmen einsetzen.In addition to the operating loads that act on the tower, also affect the climatic stress on the tower. In steel towers, this climatic stress is counteracted by the application of a coat of paint on the tower. When using reinforced concrete, the steel framework absorbs the tensile loads of the tower. The concrete cover absorbs the pressure loads and at the same time serves to protect the steel structure against the environmental influences in the form of moisture and chemical reactions by the surrounding atmosphere. The thickness of the concrete must ensure that the steel framework is protected against these loads. In the case of wooden constructions, the corresponding weather conditions are counteracted by painting. At the same time, only wood materials approved for outdoor use can be used for the construction of wooden towers.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht deshalb vor, dass auf die äußere Oberfläche des Turms wenigstens teilweise eine Beschichtung aufgebracht ist, wobei die Beschichtung bevorzugt so aufgebracht wird, dass die Beschichtung Zugbelastungen aufnimmt, die auf die äußere Oberfläche des Turms wirken, und dass die Beschichtung die äußere Oberfläche gegen von außen auf die Oberfläche des Turmes einwirkende Umwelteinflüsse, insbesondere Feuchtigkeit, abdichtet.A Further teaching of the invention therefore provides that on the outer Surface of the tower at least partially a coating is applied, wherein the coating is preferably applied so that the coating absorbs tensile loads on the outside Surface of the tower act, and that the coating the outer surface against from the outside on the surface of the tower acting environmental influences, especially moisture, seals.
Bezogen auf Stahltürme wird es durch eine derartige Beschichtung möglich, die notwendige Stahlmenge hinsichtlich Zugbelastungen zu reduzieren, da die Beschichtung Zugbelastungen aufnimmt, und gleichzeitig den Anstrich der Stahlelemente einzusparen. Hinsichtlich Betontürmen wird es möglich, die Betonüberdeckung über dem Stahlgerüst zu reduzieren, so dass eine Kostensenkung entsteht. Hinsichtlich Holztürmen wird es durch die Beschichtung möglich, Holzwerkstoffe und deren Verbindungsmittel einzusetzen, die lediglich eine Zulassung für den Innenausbau besitzen.Based on steel towers it is through such a coating possible, the amount of steel required in terms of tensile loads because the coating absorbs tensile loads, and at the same time save the coat of steel elements. Regarding Concrete towers make it possible to cover the concrete to reduce the steel framework, thus reducing costs arises. With regard to wooden towers, it becomes possible through the coating To use wood-based materials and their bonding agents, the only have an approval for interior design.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass die Beschichtung im beschichteten Abschnitt des Turms vollflächig aufgebracht ist, und den beschichteten Abschnitt umhüllt. Dabei ist vorteilhaft, dass es sich bei der Beschichtung um einen Schichtstoff, eine Folie, ein Gewebe, ein Textil oder eine Platte handelt. Besonders bevorzugt handelt es sich um eine Folie, eine Platte, ein Gewebe und/oder Textil aus Kunststoff, wobei besonders bevorzugt Polypropylen, Polyurethan, Polyvinylchlorid, Polyester, Polycarbonat oder Polyethylen als Materialien verwendet werden. Solche Materialien sind in der Lage, Zugspannungen aufzunehmen und gleichzeitig einen Abschluss und damit eine Abdichtung gegenüber den auf die Oberfläche des Turms einwirkenden Umwelteinflüsse bereit zu stellen. Gleichzeitig weisen solche Materialien geringere Flächengewichte als beispielsweise Anstriche auf der Oberfläche des Turmes auf, so dass dieses Gewicht bei der Konstruktion hinsichtlich der statischen Druckbelastung reduziert werden kann, wodurch auch die Turmkonstruktion insgesamt schlanker ausgeführt werden kann. Gleichzeitig sind die Kosten dieser Materialien beispielsweise gegenüber Anstrichen geringer.A Another teaching of the invention provides that the coating in the coated section of the tower applied over the entire surface is, and the coated section wrapped. It is advantageous in that the coating is a laminate, a foil, fabric, textile or plate. Especially it is preferably a film, a plate, a fabric and / or textile made of plastic, particularly preferably polypropylene, Polyurethane, polyvinyl chloride, polyester, polycarbonate or polyethylene be used as materials. Such materials are in the Able to absorb tensile stresses while obtaining a degree and thus a seal against the surface to provide the tower with environmental impact. At the same time, such materials have lower basis weights as, for example, paints on the surface of the tower on, so this weight in the construction in terms of static pressure load can be reduced, which also causes the Towers are designed to be slimmer overall can. At the same time, the cost of these materials is, for example lower compared to paintings.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass die Beschichtung zu unterschiedlichen Zeitpunkten der Turmerrichtung aufgebracht wird. Als erste Variante wird die Beschichtung nach Errichten des Turmes aufgebracht. Dieses kann von oben oder unten erfolgen. Alternativ kann die Beschichtung abschnittsweise während des Errichtens des Turmes oder auf die einzelnen Bestandteile bereits vor Errichtung des Turmes aufgebracht werden. Wird die Beschichtung vor Errichtung des Turmes aufgebracht, so hat es sich als Vorteilhaft erwiesen, die Beschichtung vor Ort auf der Baustelle aufzubringen. Hierdurch reduzieren sich die Kosten der Beschichtung und gleichzeitig kann gewährleistet werden, dass die Beschichtung während des Transports der einzelnen Elemente nicht beschädigt wird. Die einzelnen Abschnitte der Beschichtung werden anschließend miteinander verbunden, wobei besonders bevorzugt das Verbinden über ein Verkleben bzw. ein Verschweißen der Stöße erfolgt.A Further teaching of the invention provides that the coating to is applied at different times of the tower direction. The first variant is the coating after erecting the tower applied. This can be done from above or below. alternative The coating can be done in sections during the erection of the tower or on the individual components already before erection be applied to the tower. Will the coating before erection applied to the tower, it has proved advantageous apply the coating on site to the site. hereby reduce the cost of the coating and at the same time can be assured that the coating during the transport of the individual elements is not damaged becomes. The individual sections of the coating are subsequently connected to each other, wherein particularly preferably the connecting via a gluing or welding the joints he follows.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass die Beschichtung direkt auf die Bestandteile des Turms aufgebracht ist. Bevorzugt erfolgt das Aufbringen vollflächig durch Verkleben. Alternativ kann eine abschnittsweise Verklebung auf einer Oberfläche eines Bestandteils erfolgen. Durch die Verklebung wird sichergestellt, dass eine Aufnahme der statischen Belastung durch die Beschichtung erfolgt.A Further teaching of the invention provides that the coating directly is applied to the components of the tower. Preferably takes place the application over the entire surface by gluing. alternative can be a piecewise bonding on a surface of an ingredient. By gluing is ensured that a recording of the static load through the coating he follows.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass der Turm wenigstens teilweise aus Stahl, Beton, insbesondere Stahlbeton, und/oder Holz bzw. Holzwerkstoff errichtet wird. Bevor zugt handelt es sich bei dem Holz bzw. Holzwerkstoff um Brettsperrholz und/oder Holzverbundwerkstoffe.A Another teaching of the invention provides that the tower at least partly made of steel, concrete, in particular reinforced concrete, and / or wood or wood material is built. Before granted, it is the Wood or wood material around cross laminated timber and / or wood composites.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass die Beschichtung bei Holz eine geringere Dampfdurchlässigkeit als das Holz aufweist. Auf diese Weise wird die Diffusion umgekehrt, d. h. dass die Dampfdurchlässigkeit des Turms nicht nach außen hin größer wird, sondern nach innen. Im Inneren des Turms ist weiterhin bevorzugt ein Wärmeerzeuger angeordnet, wobei es sich bevorzugt um die Leistungselektronik einer Windkraftanlage handelt. Die Wärme ist dabei die abgegebene Verlustleistung der Leistungselektronik. Durch die Wärmeerzeugung wird die im Inneren des Turms befindliche Feuchtigkeit nach oben abgeführt und die aus dem Holz austretende Feuchtigkeit zum Inneren des Turms hin bewegt und ebenfalls mit abgeführt. Bei Beschädigung der Beschichtung wird ein Abtransport der Feuchtigkeit nach innen gewährleistet. Durch die in der Feuchtigkeit befindlichen Partikel und Mineralien wird die Beschädigung der Beschichtung nach und nach verschlossen und gleichzeitig weiterhin gewährleistet, dass die Feuchtigkeit nach innen hin entweicht.A Another teaching of the invention provides that the coating at Wood has a lower vapor permeability than the wood. In this way, the diffusion is reversed, i. H. that the vapor permeability the tower is not larger towards the outside but inside. Inside the tower is still preferred arranged a heat generator, which is preferably to the power electronics of a wind turbine is. The heat is the output power loss of the power electronics. By the heat generation becomes inside the tower located moisture drained up and out moisture escaping from the wood is moved towards the inside of the tower and also with dissipated. In case of damage to the Coating ensures moisture is transported inwards. Due to the moisture in the particles and minerals the damage to the coating is gradually closed while still ensuring that the moisture escapes inwards.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass die Tragstruktur des Turms zumindest teilweise aus Materialien errichtet ist, die für den Außeneinsatz nicht geeignet sind. Hierbei handelt es sich um Materialien, die eine Zulassung lediglich für den Inneneinsatz bei der Konstruktion von Gebäuden erhalten haben. Durch das Aufbringen der Beschichtung wird es möglich, derartige Materialien und auch Verbindungsmittel für die Tragkonstruktion eines Turms für eine Windkraftanlage einzusetzen, weil die Beschichtung den Zustand des Inneneinsatzes der Materialien gewährleistet.Another teaching of the invention provides that the support structure of the tower is at least partially constructed of materials that are not suitable for outdoor use. These are materials that are approved for indoor use only received in the construction of buildings. By applying the coating, it is possible to use such materials and also connecting means for the supporting structure of a tower for a wind turbine, because the coating ensures the state of the internal use of the materials.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass der Turm aus einzelnen Bestandteilen vor Ort zusammengesetzt ist. Beiden vor Ort zusammengesetzten Bestandteilen handelt es sich um Flachelemente. Durch ein derartiges Zusammensetzen des Turmes aus einzelnen Flachelementen wird gewährleistet, dass der Transportaufwand der einzelnen Türme erheblich reduziert wird.A Another teaching of the invention provides that the tower of individual Components is composed on site. Both composite on site Ingredients are flat elements. By such a Assembly of the tower of individual flat elements is ensured that the transport cost of the individual towers considerably is reduced.
Nachfolgend wird die Erfindung an Hand von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:following The invention is based on preferred embodiments explained in conjunction with a drawing. Showing:
Nachfolgend
werden verschiedene Ausführungsformen des Turms
Gemäß
Gemäß der
Ausführungsform von
Auch
die Ausführungsform gemäß
Bei
der Darstellung gemäß
Eine
Art der Verbindung der einzelnen Wandelemente
Nachfolgend
werden in den
Die
Verbindung der Wandelemente
Die
Eine
weitere Ausführungsform der Verbindungsmöglichkeit
ist in
In
Da
die Anschlüsse für Gondeln
- 3030
- WindkraftanlageWind turbine
- 3131
- Turmtower
- 3232
- Fundamentfoundation
- 3333
- Gondelgondola
- 3434
- Rotorrotor
- 3535
- Adapteradapter
- 3636
- Rotorblattrotor blade
- 3737
- Narbescar
- 3838
- TurmaußenseiteTower outside
- 3939
- Turmseitetower page
- 4040
- Wandelementwall element
- 4141
- gekürztes Wandelementshortened wall element
- 4242
- gekürztes Wandelementshortened wall element
- 4343
- Helixabschnitthelix section
- 4444
- Teilflächesubarea
- 4545
- Teilflächesubarea
- 4646
- Kanteedge
- 4747
- Stoßflächeabutting face
- 4848
- Aussparungrecess
- 4949
- Verbindungsmittelconnecting means
- 5050
- Kreisabschnittcircular section
- 5151
- TurminnenseiteTower inside
- 5252
- Zwischenebenebetween level
- 5353
- Grundelementbasic element
- 5454
- Turmelementtower element
- 5555
- Abschlusselementtermination element
- 5656
- durchgehende Liniethrough line
- 5757
- ansteigender Abschnittincreasing section
- 5858
- horizontaler Abschnitthorizontal section
- 5959
- ansteigender Abschnittincreasing section
- 6060
- KleberGlue
- 6161
- Bügelhanger
- 6262
- Lochblechperforated sheet
- 6363
- Nutgroove
- 6464
- Federfeather
- 6565
- Restbereichrest area
- 6666
- Blechsheet
- 6767
- Klebevorrichtunggluer
- 6868
- Rollerole
- 6969
- Beschichtungcoating
- 7070
- Wärmeabfuhrheat dissipation
- 7171
- Feuchtigkeitsbewegungmoisture movement
- 7272
- Wärmeabfuhrheat dissipation
- 7373
- Flanschflange
- 7474
- Bohrungdrilling
- 7575
- Öffnungopening
- 7676
- SeitenwandSide wall
- 7777
- Gondelanschlussgondola connection
- 7878
- verstärkter Abschnittreinforced section
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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