DE102013108692A1

DE102013108692A1 - Turm mit wenigstens einem Turmabschnitt mit Faserspanngliedern

Info

Publication number: DE102013108692A1
Application number: DE201310108692
Authority: DE
Inventors: Stefan Bögl
Original assignee: Max Boegl Wind AG
Current assignee: Max Boegl Wind AG
Priority date: 2013-08-12
Filing date: 2013-08-12
Publication date: 2015-02-12

Abstract

Ein Turm einer Windkraftanlage beinhaltet wenigstens einen Turmabschnitt, welcher mittels Spanngliedern ohne Verbund, insbesondere mittels externer Spannglieder, vorgespannt ist. Die Spannglieder umfassen wenigstens ein Verankerungselement und wenigstens ein Spannelement und sind zumindest teilweise als Faserspannglieder ausgebildet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Turm einer Windkraftanlage, mit wenigstens einem Turmabschnitt, welcher mittels Spanngliedern ohne Verbund, insbesondere mittels externer Spannglieder, vorgespannt ist, wobei die Spannglieder wenigstens ein Verankerungselement und wenigstens ein Spannelement umfassen.
Türme für Windkraftanlagen sind im Stand der Technik in verschiedenen Ausführungen bekannt geworden. Dabei ist ein Aufbau aus Fertigteilen, beispielsweise Betonfertigteilen oder Stahlrohrschüssen, ebenso bekannt wie Türme in Ortbeton sowie Kombinationen verschiedener Bauweisen.
Die DE 198 23 650 A1 beschreibt ein System zur Vorspannung eines Turms einer Windkraftanlage, der eine Verbundkonstruktion aus Stahl und Beton beinhaltet. Dabei sind Spannglieder jeweils mit ihrem einen Ende an geeigneten Widerlagern arretiert und schleifenförmig durch das aus Beton bestehende Fundament hindurchgeführt und mit ihrem anderen Ende ebenfalls an einem Widerlager befestigt. Die Spannglieder sind dabei im Inneren des Betonquerschnitts in einbetonierten Hüllrohren geführt.
Auch die DE 102 30 273 B3 zeigt einen Turm einer Windkraftanlage, bei dem Spannglieder in Hüllrohren innerhalb des Betonquerschnitts geführt sind. Zur Ausführung der Spannglieder ist dabei weiter nichts gesagt.
Die EP 1 262 614 B1 beschreibt einen Windkraftturm, bei welchem die Spannglieder extern, d. h. außerhalb des Betonquerschnitts verlaufen. Die Spannglieder werden dabei von einem Fußlagerelement im Fundament bis zu einem Kopflagerelement in einer Turmkrone gespannt und sind im Inneren des Turms angeordnet. Bei den Spanngliedern handelt es sich um eine Anordnung aus Stahllitzen mit einer gemeinsamen Mantelhülle, die zum Korrosionsschutz mit einer Fettpackung verpresst sind.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Turm einer Windkraftanlage mit wenigstens einem vorgespannten Turmabschnitt vorzuschlagen, der eine geringere Korrosionsanfälligkeit aufweist.
Die Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Ein Turm einer Windkraftanlage beinhaltet wenigstens einen Turmabschnitt, welcher mittels Spanngliedern ohne Verbund vorgespannt ist. Insbesondere ist der Turm mittels externer Spannglieder, d. h. mittels außerhalb des Wandquerschnitts verlaufender Spannglieder vorgespannt. Die Spannglieder umfassen dabei wenigstens ein Verankerungselement und wenigstens ein Spannelement. Es ist vorgesehen, dass die Spannglieder zumindest teilweise als Faserspannglieder ausgebildet sind. Zumindest teilweise kann dabei bedeuten, dass lediglich ein Teil der Spannglieder, welche den wenigstens einen Turmabschnitt mit einer Vorspannung versehen, als Faserspannglieder ausgebildet sind. Beispielsweise ist es dabei möglich, Spannglieder in Bereichen, die einer Wartung nur schwer zugänglich sind, oder die besonderen Witterungsbedingungen ausgesetzt sind, durch Faserspannglieder zu ersetzen, während in den übrigen Bereichen weiterhin übliche und kostengünstige Spannglieder aus Stahl verwendet werden. Ebenso kann nach der Erfindung vorgesehen sein, Spannglieder in einer Hybridbauweise vorzusehen, bei der beispielsweise ein innenliegender Kern des Spannglieds aus einem Stahlmaterial besteht und ein außenliegender Mantel aus einem Fasermaterial besteht.
Unter Faserspanngliedern werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung Spannglieder verstanden, die industriell hergestellte Fasern enthalten, wobei die Fasern entweder aus synthetischen Polymeren bestehen oder anorganischem Ursprung sind. Insbesondere kommen zur Herstellung von Faserspanngliedern Fasern aus Polyamiden, Polyester oder Polyethylen sowie Glasfasern und Carbonfasern in Frage. Derartige Fasern sind im Gegensatz zu Stahl wesentlich unempfindlicher gegen Korrosion, weisen aber ebenfalls eine sehr hohe Zugfestigkeit auf. Werden die Spannglieder nur teilweise als Faserspannglieder ausgebildet, so können je nach Anordnung der Spannglieder trotz eines eventuell höheren Preises die Spannglieder optimal und wirtschaftlich eingesetzt werden, wobei dennoch eine gute Vorspannung erreicht wird. Aufgrund der teilweise unterschiedlichen Materialeigenschaften von Spanngliedern aus Fasermaterialien im Vergleich zu Spanngliedern aus einem Stahlmaterial, beispielsweise in Bezug auf Spannkraftverlust, Wärmeausdehnung oder Korrosion, kann durch den kombinierten Einsatz von Stahlspanngliedern und Faserspanngliedern eine besonders hohe Betriebssicherheit erreicht werden, die jederzeit die Vorspannung des Turmabschnitts sicherstellt.
Es liegt jedoch ebenso im Rahmen der Erfindung, die Spannglieder vollständig als Faserspannglieder auszubilden. Hierdurch kann eine besonders hohe Korrosionsbeständigkeit je nach Standort der Windkraftanlage erreicht werden, wobei ein derart vorgespannter Turm auch für Off-Shore-Anlagen geeignet ist. Insbesondere bei Verwendung von Faserspanngliedern, die Glasfasern oder Kohlefasern enthalten, können dabei sehr hohe Vorspannkräfte erreicht werden, so dass die Spanngliedanzahl reduziert werden kann oder insgesamt Spannglieder mit geringerem Querschnitt verwendet werden können. Die konstruktive Ausführung sowie die Montage eines Turms, der vollständig mit Faserspanngliedern vorgespannt ist, ist dadurch vereinfacht.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Turmabschnitt ein Turmabschnitt aus Spannbeton ist, welcher mittels der beschriebenen Faserspannglieder vorgespannt ist. Die Erfindung kann jedoch auch bei Türmen bzw. Turmabschnitten aus Stahlbauteilen sowie aus Verbundbauteilen zum Einsatz kommen, um diese miteinander zu verbinden oder um Abspannungen zu realisieren.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung enthalten die Spannglieder Faserverbundwerkstoffe, wobei insbesondere Faserverbundwerkstoffe aus Glasfasern und/oder Karbonfasern vorgesehen sind. Die Einbettung der Fasern in einer Matrix eines Faserverbundwerkstoffs ermöglicht eine optimale Ausrichtung der Fasern in Bezug auf die aufzunehmenden Kräfte und sichert eine gleichmäßige Kraftverteilung innerhalb des Spannglieds sowie eine gute Verankerung der Spannglieder. Zudem sind die teilweise sehr spröden Fasern des Faserspannglieds aus einem Verbundwerkstoff vor mechanischer Beschädigung und Witterungseinflüssen geschützt. Insbesondere beim Einsatz synthetischer Polymerfasern ist es jedoch ebenso denkbar, Spannglieder einzusetzen, die ausschließlich aus Fasern bestehen.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind dabei die Spannglieder als Spannlitzen oder Spannseile ausgeführt. Die Litzen können dabei, ebenso wie Stahllitzen, als Einzellitzen oder als Litzenbündel bereitgestellt werden, wobei insbesondere mit Litzen aus Karbonfaserwerkstoffen hohe Vorspannkräfte erreicht werden können.
Nach einer anderen, besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die Spannglieder jedoch aus einem bandförmigen Faserverbundwerkstoff ausgebildet. Dabei ist es vorteilhaft, wenn der bandförmige Faserverbundwerkstoff möglichst dünn ausgeführt ist, da hierdurch flexiblere Spannglieder hergestellt werden können, die auch über Umlenkungen geführt werden können. Ist ein völlig gerader Spanngliedverlauf vorgesehen, können die Spannglieder jedoch auch als gerade Spannstäbe mit einem dickeren Querschnitt ausgeführt werden. In jedem Falle ist es vorteilhaft, wenn die Fasern in dem Spannglied unidirektional verlaufen, da die Fasern in Faserrichtung die höchste Zugfestigkeit aufweisen und zudem die Herstellung der Spannglieder vereinfacht ist.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Spannglieder aus mehreren Lagen eines bandförmigen Faserverbundwerkstoffs, insbesondere eines Karbonfaserverbundwerkstoffs, hergestellt sind. Durch die Verwendung eines nur schmalen Bandes können im Vergleich zu einem Litzenbündel oder einem Seil auch Umlenkungen mit engeren Umlenkradien ermöglicht werden. Dadurch, dass mehrere Lagen des Bandes übereinander geschichtet sind, wird dennoch ein dickerer Querschnitt mit einer entsprechend großen Zugfestigkeit erreicht. Dabei ist es auch möglich, die einzelnen Lagen des Bandes beispielsweise durch Laminieren miteinander zu verbinden, so dass ein kompaktes, bandförmiges Spannglied mit größerem Querschnitt erhalten wird.
Vorzugsweise liegen jedoch die einzelnen Lagen des Spannglieds unverbunden übereinander. Hierdurch ist die Fertigung der Spannglieder vereinfacht, da jeweils nur die Enden des bandförmigen Faserverbundwerkstoffs miteinander bzw. mit einer weiteren Lage verbunden werden müssen, um die Zugkräfte in das gesamte Spannglied einzuleiten. Zudem wird hierdurch eine Verformbarkeit des Spannglieds, beispielsweise in einem Verankerungsbereich oder bei einem gekrümmten Spanngliedverlauf, problemlos ermöglicht.
Nach einer besonders vorteilhaften Ausführung der Erfindung sind die Spannglieder aus mehreren Lagen eines einzigen, schlaufenartig übereinandergelegten Bandes gebildet. Da sich die einzelnen Lagen des Spannglieds in einem gewissen Maße gegeneinander bewegen können, kann hierdurch eine optimale Krafteinleitung und Kraftverteilung in dem Spannglied erreicht werden, so dass dein derartiges Spannglied eine besonders hohe Zugfestigkeit aufweist.
Daneben ist es vorteilhaft, wenn die Faserverbundwerkstoffe eine thermoplastische Matrix aufweisen, da hierdurch die Spannglieder wiederum flexibler ausgeführt werden können. Da hierdurch auch Umlenkungen der Spannglieder möglich sind, bestehen größere konstruktive Freiheiten in der Spanngliedführung. Ebenso kommen aber auch andere Kunststoffe mit thermoplastischen oder elastischen Eigenschaften als Matrixwerkstoff in Frage. Je nach Spanngliedführung und Spanngliedverankerung kommt aber auch eine duroplastische Matrix in Frage.
Vorteilhaft ist es weiterhin, wenn die Spannglieder zumindest im Bereich des wenigstens einen Verankerungselements schlaufenförmig ausgebildet sind. Hierdurch ist es möglich, ein mehrlagiges, aus einem einzigen Band gebildetes Spannglied direkt an seinem schlaufenförmigen Endbereich zu verankern, so dass keine aufwendigen und die Fasern des Spannglieds eventuell beschädigenden Ankervorrichtungen vorgesehen werden müssen. Ebenso ermöglicht ein schlaufenförmiges Verankerungselement in einfacher Weise eine formschlüssige Verankerung des Spannglieds.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn wenigstens ein Verankerungselement zugleich als Spannelement ausgebildet ist. Die Montage der Spannglieder auf der Baustelle ist hierdurch vereinfacht, da die Spannglieder mit ihrem einen Ende bereits fest verankert werden können und das Aufbringen der Vorspannung schließlich am anderen Verankerungselement mittels des Spannelements erfolgen kann.
Nach einer alternativen Ausführung ist es jedoch ebenso möglich, dass die Spannglieder jeweils ein endseitiges Verankerungselement und ein zwischen den beiden Verankerungselementen angeordnetes Spannelement aufweisen. Beispielsweise ist es hierdurch möglich, die Spannglieder im Bereich ihrer beiden Verankerungselemente schlaufenförmig auszubilden und hierdurch eine einfache Verankerungsvorrichtung zur Verfügung zu stellen. Zudem wird hierdurch der Platzbedarf in den Verankerungsbereichen reduziert, da dort keine Spannpressen angesetzt werden müssen.
Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass der wenigstens eine Turmabschnitt aus Fertigteilen, insbesondere aus ringförmigen oder ringsegmentförmigen Fertigteilen aufgebaut ist. Die Erfindung kann besonders vorteilhaft eingesetzt werden, wenn der Turm wenigstens einen Turmabschnitt aus Spannbeton aufweist, der aus Betonfertigteilen zusammengesetzt ist. Die Fertigteile sind dabei in vertikaler Richtung vorzugsweise nur durch die Spannglieder miteinander verbunden. Eine derartige Ausführung ermöglicht in günstiger Weise die Vorabfertigung der einzelnen Fertigteile in einem Werk und erleichtert die Montage des Turms auf der Baustelle. Der Aufbau auf der Baustelle kann schnell erfolgen, da die Fertigteile lediglich aufeinander gesetzt werden müssen und mit dem ohnehin vorzusehenden Spanngliedern verspannt werden können. Der Einsatz der Faserspannglieder bei einem derartigen Turm erleichtert die Montage des Turms weiterhin, da im Gegensatz zu Spanngliedern aus Stahl keine gesonderten Korrosionsschutzmaßnahmen, insbesondere in den Verankerungsbereichen der Spannglieder vorgesehen werden müssen.
Ebenfalls vorteilhaft ist es, wenn die Spannglieder in einem innenliegenden Hohlraum des Turms verlaufen. Die Spannglieder sind hierdurch vor Witterungseinflüssen geschützt und jederzeit witterungsunabhängig zu Kontroll- und Wartungszwecken zugänglich. Aufgrund der hohen Korrosionsbeständigkeit der Faserspannglieder können diese jedoch im Gegensatz zu Spanngliedern aus Stahl durchaus auch an der Außenseite des Turms verlaufen. Auch dort ist die Zugänglichkeit zu Kontroll- und Wartungszwecken jederzeit gegeben.
Eine weitere vorteilhafte Ausführung der Erfindung sieht vor, dass die Spannglieder mittels eines Verankerungselements an einem Fundament des Turms verankert sind, wobei wenigstens ein Teil der Spannglieder sich im Wesentlichen über die gesamte Höhe des Turmabschnitts erstreckt. Zur Verankerung der Spannglieder an ihrem oberen Ende ist der Turm bzw. der Turmabschnitt mit einem Abschlussspannstück versehen.
Vorteilhaft ist es auch, wenn der Turm ein Hybridturm mit einem auf einen Turmabschnitt aus Spannbeton aufgesetzten Stahlturm ist, wobei der Stahlturm mit dem Turmabschnitt aus Spannbeton mittels eines Übergangsspannstücks verbunden ist. Zumindest ein Teil der Spannglieder ist dann an dem Übergangsstück verankert, welches zur Einleitung der Vorspannkräfte besonders geeignet ist.
Zur Verankerung der Verankerungselemente der Spannglieder ist es vorteilhaft, wenn das Fundament und/oder wenigstens eines der Fertigteile und/oder das Spannstück ein Lagerelement aufweist, welches ein Widerlager für die Spannglieder bildet. Das Lagerelement kann für ein Spannglied mit einem schlaufenförmigen Endbereich oder ein insgesamt schlaufenförmiges Spannglied auch als Umlenksattel ausgebildet sein. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn das Lagerelement direkt angeformt ist, beispielsweise als Ausnehmung, als Vorsprung oder als angeformter Umlennksattel, da hierdurch im Gegensatz zu angesetzten Lagerelementen eine geringere Schwächung des Materialquerschnitts erfolgt Das Lagerelement kann jedoch auch separat ausgeführt sein, beispielsweise durch einen separat angebrachten Umlenksattel oder eine Ankerplatte.
Nach einer weiteren Ausführung der Erfindung verbindet ein Spannglied in vertikaler Richtung wenigstens zwei aneinander grenzende, ein Lagerelement aufweisende Fertigteile, beispielsweise Betonfertigteile, Stahlbauteile oder Verbundbauteile, miteinander. Der gesamte Turm kann somit auch durch die einzelne Verspannung aneinander grenzender Teilabschnitte vorgespannt werden.
Weiter Vorteile der Erfindung werden anhand der nachfolgend dargestellten Ausführungsbeispiele beschrieben. Es zeigen:
1 einen Turm mit außenliegenden Spanngliedern in einer Übersichtsdarstellung,
2 einen Turm, bei welchem Spannglieder innenliegend angeordnet sind,
3 eine weitere Ausführung eines Turms mit innenliegenden Spanngliedern,
4 eine Detaildarstellung eines Lagerelements,
5 eine alternative Ausführung eines Lagerelements,
6 eine erste Ausführung eines Verankerungselements,
7 ein schlaufenförmiges Spannglied aus einem bandförmigen Faserverbundwerkstoff,
8 eine alternative Ausführung eines Verankerungselements,
9a und 9b eine Ausführung eines Spannglieds mit einem zwischen zwei Verankerungselementen liegenden Spannelement,
10 eine schematische Darstellung der Vorspannung eines Teilabschnitts des Turms, sowie
11 und 12 weitere alternative Ausführungen eines Verankerungselements.
1 zeigt einen Turm 1, welcher vorliegend als Hybridturm einer Windkraftanlage ausgebildet ist, in einer Übersichtdarstellung. Der Turm 1 beinhaltet ein Fundament 4, einen Turmabschnitt aus Spannbeton 15, sowie einen darauf aufgesetzten Stahlturm 2, der vorliegend mit dem Turmabschnitt aus Spannbeton 15 durch ein Übergangsspannstück 5a verbunden ist. Das Übergangsspannstück 5a dient dabei zugleich der Festlegung von Spanngliedern 6. Der Turmabschnitt aus Spannbeton 15 ist vorliegend aus ringsegmentförmigen Betonfertigteilen 3 aufgebaut. Dabei besteht jeder Ring des Turmabschnitts aus Spannbeton 15, beispielsweise aus zwei oder drei ringsegmentförmigen Betonfertigteilen 3, die im Bereich einer Vertikalfuge 20 miteinander verbunden sind, um jeweils einen Betonring zu bilden. Abweichend von der hier gezeigten Darstellung können die Betonfertigteile 3 auch einteilig als ringförmige Betonfertigteile 3 ausgebildet sein. Der Turmabschnitt aus Spannbeton 15 ist nach der vorliegenden Erfindung mittels Spanngliedern 6 vorgespannt, die zumindest teilweise als Faserspannglieder ausgebildet sind.
Nach der Darstellung der 1 sind die Spannglieder 6 zur Vorspannung des Turmabschnitts aus Spannbeton 15 außen an den Turm 1 angebracht. Da Spannglieder 6 aus Fasern wesentlich weniger gegen Korrosion empfindlich sind als Spannglieder 6 aus Stahl, ist dies problemlos möglich.
Vorliegend erstrecken sich die außenliegenden Spannglieder 6 über den gesamten Turmabschnitt 15 aus Spannbeton. Die Spannglieder 6 sind jeweils mittels eines endseitigen Verankerungselements 7 an ihrem unteren Ende in dem Fundament 4 des Turms 1 und an ihrem oberen Ende an dem Übergangsspannstück 5a verankert. Vorliegend sind aus Gründen der Übersichtlichkeit lediglich zwei Spannglieder 6 dargestellt, üblicherweise ist jedoch eine Mehrzahl von Spanngliedern 6 gleichmäßig über den Umfang des Turms 1 verteilt angeordnet.
Die Übersichtsdarstellung der 1 dient lediglich der Veranschaulichung. Die Erfindung ist ebenso an Türmen einsetzbar, welche lediglich einen Turmabschnitt aus Spannbeton 15 ohne einen aufgesetzten Stahlturm 2 aufweisen. Das Spannstück 5 ist in diesem Falle als Abschlussspannstück 5b ausgebildet, welches dann vorzugsweise für die Anordnung und Aufnahme der Funktionsbauteile einer Windkraftanlage angepasst ist. Ebenso kann die Erfindung nicht nur bei Türmen aus Betonfertigteilen 3, sondern auch bei Türmen aus Ortbeton eingesetzt werden. Schließlich ist es auch abweichend von der in 1 gezeigten Spanngliedführung über den gesamten Turmabschnitt aus Spannbeton 15 möglich, jeweils nur Teilabschnitte des Turmabschnitts aus Spannbeton 15 mittels der Spannglieder 6 vorzuspannen. Durch die Summe derartiger hintereinander angeordneter Teilabschnitte wird wiederrum die erforderliche Vorspannung für den gesamten Turmabschnitt aus Spannbeton 15 erreicht. Ebenso können Spannglieder 6 nicht nur außen, sondern auch in einem inneren Hohlraum 10 (s. 2) des Turms 1 angeordnet werden. Weiterhin sind natürlich auch verschiedenste Kombinationen der beschriebenen Anordnungen und Spanngliederausführungen möglich. Beispielsweise können im Inneren des Hohlraums angeordnete Spannglieder 6 mit außenliegenden Spanngliedern 6 ebenso kombiniert werden, wie kurze Spannglieder, die lediglich Teilabschnitte miteinander verspannen, mit langen Spanngliedern, die sich nahezu über den gesamten Turmabschnitt 15 aus Spannbeton erstrecken. Ein Teil der beschriebenen Ausführungen wird in den folgenden Figuren näher beschrieben.
2 zeigt einen Turmabschnitt 15 aus Spannbeton, der ebenfalls aus Betonfertigteilen 3 aufgebaut ist, in einer schematischen Schnittdarstellung. Die Spannglieder 6 erstrecken sich ebenfalls im Wesentlichen über den gesamten Turmabschnitt aus Spannbeton 15, sind jedoch in dem innenliegenden Hohlraum 10 angeordnet. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist der Turmabschnitt aus Spannbeton 15 dabei unterbrochen dargestellt und zeigt lediglich zwei Betonfertigteile 3 sowie das Fundament 4 und das Abschlussspannstück 5b, an welchen die Spannglieder 6 mittels endseitiger Verankerungselemente 7 verankert sind.
Weiterhin ist ein Spannelement 8 erkennbar, mittels welchem die Vorspannung auf die Spannglieder 6 aufgebracht werden kann. Vorliegend ist dabei jeweils das untere, am Fundament 4 festgelegte Verankerungselement 7 mit einem Spannelement 8 versehen. Die Spannglieder 6 sind dabei in an sich bekannter Weise mit Durchgangsöffnungen 14 in dem Fundament sowie in dem Spannstück 5 geführt und leiten die Vorspannkräfte jeweils über Ankerplatten 9 in diese ein.
Die Spannglieder 6 nach den 1 und 2 können beispielsweise als Spannlitzen oder Spannseile ausgeführt sein. Aufgrund der sehr hohen Zugfestigkeit werden dabei vorzugsweise Glasfasern oder Kohlefasern in Form von Faserverbundwerkstoffen eingesetzt. Ebenso können die Spannglieder jedoch auch stab- oder bandförmig ausgebildet sein, wodurch besonders hohe Zugfestigkeiten erzielt werden können. Vorteilhaft bei der Anordnung nach 2 ist es, dass die Spannglieder 6 dabei auch vor dem Einfluss starker Temperaturschwankungen und UV-Strahlung geschützt sind.
8 zeigt ein Verankerungselement 7, mittels welchem ein derartiges seil- oder bandförmiges Spannglied 6 verankert werden kann. Vorliegend ist eine Vergussverankerung gezeigt, bei welcher das Spannglied 6 mittels einer Vergussmasse 18 in einen konischen Ankerkörper 17 eingegossen ist, wodurch spröde und empfindliche anorganische Fasern des Spannglieds 6 vor Beschädigungen durch Querdruckkräfte geschützt sind.
3 zeigt ebenfalls einen Turmabschnitt aus Spannbeton 15 in einer schematischen, abgebrochenen Schnittdarstellung, bei welchem die Spannglieder 6 nicht alle bis zu einem oberen Spannstück 5 geführt sind, sondern bei welchen zumindest ein Teil der Spannglieder 6 auf Teilhöhen des Turmabschnitts aus Spannbeton 15 verankert sind. Es ist hierdurch möglich, in wirtschaftlicher Weise den unterschiedlichen Beanspruchungen einzelner Abschnitte des Turmabschnitts aus Spannbeton 15 durch entsprechende Anordnung der Spannglieder 6 Rechnung zu tragen. Zur Verankerung auf einer Teilhöhe weist das Betonfertigteil 3, an welchem die Verankerung eines Spannglieds 6 vorgesehen ist, nach vorliegender Darstellung ein angeformtes Lagerelement 11 auf.
Nach der Darstellung der 3 und 4 ist das Lagerelement 11 durch einen aus dem Querschnitt des Betonfertigteils 3 geringfügig herausragenden Vorsprung ausgebildet, an welchem ein Verankerungselement 7 des Spannglieds 6 festgelegt wird. Das Spannglied kann hierzu im Bereich des Verankerungselements 7 schlaufenförmig ausgebildet sein, wie in der schematischen Detailansicht der 4 gezeigt, und wird lediglich über das Lagerelement 11 gelegt, mit welchem es eine formschlüssige Verankerung bildet. Eine derartige Verankerungsschlaufe kann in vorteilhafter Weise direkt bei der Herstellung des Spannglieds eingebracht werden, beispielsweise auch laminiert werden, und ermöglicht eine gute Kraftverteilung innerhalb der einzelnen Lagen des Spannglieds. Eine derartige Verankerungsschlaufe kann jedoch auch bei seil- oder litzenförmigen Spanngliedern eingebracht werden.
Am anderen Ende des Spannglieds 6 (s. 3) kann wiederum ein herkömmliches Verankerungselement 7, wie in 2 beschrieben, beispielsweise eine Vergussverankerung (8), eingesetzt sein, die mittels eines Spannelements 8 spannbar ausgeführt ist.
Abweichend von der in 3 gezeigten Darstellung kann natürlich auch bei dieser Ausführung ein Stahlturm 2 aufgesetzt werden. Ebenso können natürlich anstelle der gezeigten Verankerungselemente 7 auch andere Verankerungselemente eingesetzt werden. Insbesondere bei einem bandförmigen Spannglied 6 kann das Verankerungselement auch als Klemmverankerung ausgeführt sein, bei der das bandförmige Spannglied 6 großflächig zwischen zwei Klemmplatten eingeklemmt ist.
5 zeigt eine alternative Ausführung eines Lagerelements 11, welches als Ausnehmung direkt in ein Betonfertigteil 3 eingeformt ist, in einer schematischen Schnittdarstellung. Das Verankerungselement 7, das vorliegend wiederum als Verankerungsschlaufe ausgebildet ist, kann in einfacher Weise in die Ausnehmung bzw. das Lagerelement 11 eingehängt werden. Aufgrund der Flexibilität, insbesondere bandförmiger Spannglieder, können diese dabei auch über einen Umlenksattel 19 geführt werden, sofern die Spanngliedführung dies erforderlich macht. Ein derartiger Umlenksattel 19 kann dabei in vorteilhafter Weise zugleich der Dämpfung von Schwingungen des Spannglieds 6 dienen. Im Gegensatz dazu sind herkömmliche Spannglieder aus Stahl sehr empfindlich, auch gegen ein geringes Abknicken.
Die 9a und 9b zeigen weitere Ausführungen von vorzugsweise bandförmigen Spanngliedern 6, bei denen die beiden endseitigen Verankerungselemente 7 jeweils schlaufenförmig ausgebildet sind. Die Verankerung kann, wie in den 4 und 5 beschrieben, über angeformte oder gegebenenfalls auch angesetzte Lagerelemente 11 erfolgen. Auch ein derartiges Spannglied 6 kann, wie in 1 oder 2 gezeigt, zwischen dem Fundament 4 und einem oberen Spannstück 5 gespannt werden oder, wie in g gezeigt, lediglich bis auf Teilhöhen geführt und an einem Betonfertigteil 3 verankert werden.
Das Fundament 4 kann zur Verankerung, wie in 4 gezeigt, anstelle der Durchgangsöffnungen 14 (2) an seinem Innenumfang angeformte Lagerelemente 11 aufweisen. Ebenso können derartige Lagerelemente 11 an einem Spannstück 5 bzw. an Betonfertigteilen 3 angeordnet sein. Die Verankerungselemente 7 können jedoch auch in anderer Weise ausgebildet sein, wie in den 6, 11 und 12 näher beschrieben.
Ein Spannelement 8 ist bei den Ausführungen nach den 9a und 9b jeweils zwischen den beiden endseitigen Verankerungselementen 7 angeordnet. Die Zugänglichkeit eines derartigen mittigen Spannelements kann dabei wesentlich erleichtert sein. Zudem ist insbesondere bei Verankerung der Spannglieder 6 in dem Fundament 4 nur ein geringer Platzbedarf am Fundament erforderlich, da lediglich die Verankerungsvorrichtungen Platz finden müssen, jedoch keine Spannpressen angesetzt werden müssen.
Nach 9a verbindet das Spannelement zwei offene Enden 22 eines bandförmigen Faserverbundwerkstoffs 12 miteinander.
Besonders vorteilhaft ist das Spannglied aber schlaufenförmig als Endlosspannglied, wie in 9b gezeigt, hergestellt.
Die Verankerung derartiger schlaufenförmiger Verankerungselemente 7 ist beispielsweise in 6 gezeigt. Das Spannglied 6 kann wie ein herkömmliches Spannglied 6 durch eine Durchgangsöffnung 14 des Bauteils, hier des Fundaments 4, hindurch geführt werden und dort mittels eines Keilelements 16, das sich gegen eine Ankerplatte 9 abstützt, verankert werden. Auch ein derartiges Verankerungselement 7 kann zusätzlich mit einem Spannelement 8, das hier jedoch nicht im Detail gezeigt ist, versehen werden, um das Keilelement 16 gegen die Ankerplatte 9 spannbar zu gestalten.
7 zeigt eine besonders vorteilhafte Ausführung eines Spannglieds 6 aus einem bandförmigen Fasermaterial 12. Das Spanglied 6 ist dabei ebenfalls als Endlosspannglied aus mehreren Lagen 21 eines bandförmigen Faserverbundwerkstoffs 12 ausgeführt. Besonders vorteilhaft ist es, wenn, wie vorliegend gezeigt, die einzelnen Lagen 21 des Spannglieds 6 im Wesentlichen unverbunden übereinanderliegen, so dass diese sich relativ zueinander bewegen können. Lediglich die offenen Enden 22 sind mit der darunterliegenden Lage 21 zur Sicherung verbunden. Durch eine derartige Ausführung eines Spannglieds können die eingeleiteten Zugkräfte besonders gleichmäßig auf die einzelnen Lagen 21 des Spannglieds 6 verteilt werden, wodurch eine besonders hohe Zugfestigkeit des Spannglieds 6 im Vergleich zu einem Spannglied 6 mit einteiligem Querschnitt erzielt wird. Vorteilhaft bei derartigen Spanngliedern 6 ist es, dass diese kostengünstig hergestellt werden können, da der Fertigungsprozess relativ einfach gestaltet ist. Zudem können derartige Spannglieder 6 aufgrund ihrer Flexibilität einfach gehandhabt und transportiert werden. Weiterhin ist bei derartigen Spanngliedern nicht nur eine Vorfertigung möglich, sondern diese können auch vor Ort nach Montage des Turmabschnitts aus Spannbeton 15 entsprechend der jeweils benötigten Längen hergestellt und angeordnet werden.
10 zeigt eine Ausführung eines Spannglieds 6, das im Gegensatz zu den in den 1 und 2 gezeigten Ausführungen lediglich Teilabschnitte des Turmabschnitts aus Spannbeton 15 miteinander verbindet. Vorliegend sind lediglich zwei Betonfertigteile 3 dargestellt, die durch ein Spannglied 6 miteinander verbunden sind. Es liegt auf der Hand, dass selbstverständlich auch beispielsweise drei oder mehr Betonfertigteile 3 auf diese Weise miteinander verbunden werden können. Wie in 10 angedeutet, dient dabei das Lagerelement 11 zugleich zur Lagerung des nächsten Spannglieds 6, das sich nach oben hin fortsetzt, um den nächsten Teilabschnitt des Turmabschnitts aus Spannbeton 15 zu verspannen. Natürlich kann das darüberliegende Spannglied aber auch radial versetzt zu dem ersten Spannglied 6 angeordnet werden. Vorliegend sind die Lageelemente 11 wiederum als Ausnehmungen ausgeführt, die Lagerelemente 11 können aber natürlich ebenso als Vorsprünge ausgebildet sein. Weiterhin ist es in Abweichung von der Darstellung der 10 möglich, Spannstücke 5 (s. 2) als Zwischenspannstücke 5 nach jedem zu verspannenden Teilabschnitt anzuordnen.
12 zeigt eine weitere Ausführung eines Verankerungselements 7, das insbesondere bei einem Spannglied 6 aus einem bandförmigen Faserverbundwerkstoff 12 eingesetzt werden kann. Ein dünner, bandförmiger Faserverbundwerkstoff 12 kann dabei um ein Umlenkstück 23 geführt sein, um ein endloses Spannglied 6 auszubilden. Zur Verankerung in dem Betonquerschnitt des Fundaments 4 oder eines Übergangsstücks 5 oder Betonfertigteils 3 weist das Umlenkstück 23 Ankerkrallen 24 auf, welche in eine entsprechende Ausnehmung bzw. ein Lagerelement 11 eingreifen können.
11 zeigt schließlich noch ein weiteres Verankerungselement 7, bei welchem ein schlaufenförmig ausgebildetes Ende eines Spannglieds 6 in eine Vergussmasse 18 eingebettet ist, die hierdurch einen Ankerblock 25 ausbildet. Dieser Ankerblock 25 kann sich wiederum gegen eine Ankerplatte 9 bzw. den Beton des Fundaments 4 oder eines Spannstücks 5 abstützen. Durch den Formschluss zwischen dem Spannglied 6 im Bereich seines schlaufenförmigen Verankerungselements 7 und der Vergussmasse 18 ist die Verbindung zwischen Spannglied 6 und Ankerblock 25 gewährleistet.
Insbesondere bei der Verwendung von Spanngliedern 6 aus einem dünnen, bandförmigen Faserverbundwerkstoff 12, in welchem die Fasern im Wesentlichen unidirektional orientiert sind, können besonders hohe Zugfestigkeiten der Spannglieder erzielt werden, die die herkömmlichen Spannglieder aus Stahl übertreffen. Zugleich ist aufgrund der Flexibilität derartiger Spannglieder 6 die Spanngliedführung nicht auf einen geradlinigen Spanngliedverlauf beschränkt. Die Zugfestigkeit von Fasern, wie Glasfasern und insbesondere Kohlefasern kann weiterhin durch eine Ausführung der Spannglieder 5 als mehrlagige Spannglieder besonders gut ausgenutzt werden, so dass derartige Faserspannglieder 6 in wirtschaftlicher Weise eingesetzt werden können. So ist es möglich, wesentlich weniger Spannglieder 6 einzusetzen als es bei Verwendung von Stahlspanngliedern erforderlich wäre. Zudem ist aufgrund des geringeren Gewichts von Faserspanngliedern die Montage der Spannglieder 6 erleichtert.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist es auch möglich, einen Turmabschnitt aus mehreren Stahlschüssen mittels der Faserspannglieder vorzuspannen und die einzelnen Stahlschüsse dadurch zu verbinden. Weiterhin kann auch ein Turmabschnitt aus Verbundbauteilen aus zwei oder mehr Werkstoffen entsprechend vorgespannt werden. Weiterhin kann der Turm auch mehrere, verschiedenartige Turmabschnitte aufweisen. Die einzelnen Turmabschnitte können dann jeweils separat durch Faserspannglieder verspannt sein, oder der gesamte Turm kann durch über mehrere Abschnitte hinweg verlaufende Faserspannglieder vorgespannt sein. Weitere Abwandlungen und Kombinationen im Rahmen der Patentansprüche fallen ebenfalls unter die Erfindung.
Bezugszeichenliste

1: Turm
2: Stahlturm
3: Fertigteile, Betonfertigteile
4: Fundament
5: Spannstück
5a: Übergangsspannstück
5b: Abschlussspannstück
6: Spannglied
7: Verankerungselement
8: Spannelement
9: Ankerplatte
10: Hohlraum
11: Lagerelement
12: bandförmiger Faserverbundwerkstoff
13: Vergussverankerung
14: Durchgangsöffnung
15: vorgespannter Turmabschnitt
16: Keilelement
17: Ankerkörper
18: Vergussmasse
19: Umlenksattel
20: Vertikalfuge
21: Lagen
22: offene Enden
23: Umlenkstück
24: Ankerkrallen
25: Ankerblock

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19823650 A1 [0003]
DE 10230273 B3 [0004]
EP 1262614 B1 [0005]

Claims

Turm (1) einer Windkraftanlage, mit wenigstens einem Turmabschnitt, welcher mittels Spanngliedern (6) ohne Verbund, insbesondere mittels externer Spannglieder (6), vorgespannt ist, wobei die Spannglieder (6) wenigstens ein Verankerungselement (7) und wenigstens ein Spannelement (8) umfassen, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannglieder (6) zumindest teilweise als Faserspannglieder (6) ausgebildet sind.
Turm nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannglieder (6) Faserverbundwerkstoffe enthalten, insbesondere Faserverbundwerkstoffe aus Glasfasern und/oder Carbonfaser.
Turm nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannglieder (6) als Spannlitzen oder Spannseile ausgeführt sind.
Turm nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannglieder (6) aus einem bandförmigen Faserverbundwerkstoff (12), vorzugsweise aus mehreren Lagen (21) eines bandförmigen Faserverbundwerkstoffs (12), insbesondere eines Carbonfaserverbundwerkstoffes, ausgebildet sind und dass die einzelnen Lagen (21) des Spannglieds (6) vorzugsweise unverbunden übereinander liegen.
Turm nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannglieder (6) aus mehreren Lagen (21) eines einzigen, schlaufenartig übereinander gelegten bandförmigen Faserverbundwerkstoffs (12) gebildet sind.
Turm nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserverbundwerkstoffe eine thermoplastische Matrix aufweisen.
Turm nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannglieder (6) zumindest im Bereich des wenigstens einen Verankerungselements (7) schlaufenförmig ausgebildet sind.
Turm nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Verankerungselement (7) zugleich als Spannelement (8) ausgebildet ist.
Turm nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannglieder (6) jeweils ein endseitiges Verankerungselement (7) und ein zwischen den beiden Verankerungselementen (7) angeordnetes Spannelement (8) aufweisen.
Turm nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Turm (1) wenigstens einen Turmabschnitt aus Spannbeton (15) aufweist.
Turm nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Turmabschnitt, insbesondere der Turmabschnitt aus Spannbeton (15), aus Fertigteilen (3), insbesondere aus ringförmigen oder ringsegmentförmigen Fertigteilen (3), insbesondere aus Betonfertigteilen, aufgebaut ist und dass die Fertigteile (3) in vertikaler Richtung vorzugsweise nur durch die Spannglieder (6) miteinander verbunden sind.
Turm nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannglieder (6) in einem innenliegenden Hohlraum (10) des Turms (1) verlaufen.
Turm nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannglieder (6) mittels eines Verankerungselements (7) an einem Fundament (4) des Turms (1) verankert sind und dass sich wenigstens ein Teil der Spannglieder (6) im Wesentlichen über die gesamte Höhe des Turmabschnitts (15) erstreckt.
Turm nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Turm (1) ein Hybridturm mit einem auf einen Turmabschnitt (15) aus Spannbeton aufgesetzten Stahlturm (2) ist, wobei der Stahlturm (2) mit dem Turmabschnitt (15) aus Spannbeton mittels eines Übergangsspannstücks (5a) verbunden ist, und dass zumindest ein Teil der Spannglieder (6) mittels eines Verankerungselements (7) an dem Übergangsspannstück (5a) verankert sind.
Turm nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fundament (4) und/oder wenigstens eines der Fertigteile (3) und/oder ein Spannstück (5) ein Lagerelement (11), vorzugsweise ein direkt angeformtes Lagerelement (11), zur Verankerung eines Verankerungselements (7) aufweist.
Turm nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Spannglied (6) in vertikaler Richtung wenigstens zwei aneinander grenzende, ein Lagerelement (11) aufweisende Fertigteile (3) miteinander verbindet.