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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Errichten von Rohrturmbauwerken.
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Rohrturmbauwerke sind bekannt, insbesondere als Träger von Windenergieanlagen. Hierbei ist es insbesondere bekannt, aus Stahlblech Rohrabschnitte zu fertigen und die Rohrabschnitte übereinander mit umlaufenden Schweißnähten zu einem Rohrturm zusammenzusetzen, welcher an seinem oberen Ende eine Windenergiegondel aufnimmt. Um die einzelnen Segmente miteinander zu verbinden ist es bekannt, diese entweder zu verschweißen oder mit aufeinanderliegenden, umlaufenden Flanschen so zu versehen, dass die aufeinander liegenden Flansche miteinander verschraubt werden können.
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Darüber hinaus ist es bekannt, derartige Turmbauwerke aus Teilschalen auszubilden, wobei die Teilschalen an ihren Längskanten Flansche besitzen, mit denen diese Teilschalen aneinander geschraubt werden.
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Aus der
WO 2011/092235 A2 ist ein Windenergieanlagenturmsegment bekannt, welches auch als Mantelsegment ausgebildet ist und aus einem Stahlbetonkörper besteht, mit zwei Stößen zum Ansetzen an Stöße wenigstens eines weiteren Turmsegments und in den Stahlbetonkörper im Bereich jeden Stoßes wenigstens ein Verbindungskörper eingelassen und darin verankert ist zum Verbinden mit einem Verbindungskörper eines benachbarten Turmsegments und der Verbindungskörper eine im Wesentlichen parallel zum jeweiligen Stoß angeordnete Befestigungswandung aufweist zum Aufnehmen einer quer zum Stoß und quer zur Befestigungswandung gerichteten Zugbelastung. Bei einer solchen Vorrichtung ist von Nachteil, dass es relativ aufwendig ist, derartige Betonschalen zu gießen und zudem pass- und maßgenau herzustellen. Ferner ist der Rückbau derartiger Stahlbetontürme recht aufwendig und teuer.
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Aus der
DE 10 2010 039 796 A1 ist ein Turm mit einem Adapterstück sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Turm mit dem Adapterstück bekannt, wobei hier ebenfalls ein unterer rohrförmiger Turmabschnitt aus Beton und ein oberer rohrförmiger Turmabschnitt aus Stahl ausgebildet ist. Derartige Hybridtürme werden derzeit für die Errichtung besonders hoher Windenergieanlagentürme bevorzugt, da mit dem Betonunterbau große Durchmesser möglich sind und auf die Unterbautürme in dieser Weise herkömmliche Windenergieanlagentürme oben aufgesetzt werden können, um größere Höhen und damit eine bessere Windausbeute zu erreichen. Hierbei ist jedoch nachteilig, dass der Rückbau eines Betonturms relativ aufwendig ist und der Montageaufwand für Betontürme relativ hoch ist, insbesondere durch die Betonanlieferung.
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Aus der
WO 2010/121630 A2 ist ein Turm für eine Windkraftanlage mit einer Mehrzahl von Eckstielen zur Bildung einer Maßkonstruktion bekannt, wobei die Eckstiele jeweils aus mehreren miteinander verbundenen Teilprofilen zusammengesetzt sind. Hierbei sind die Eckstiele jeweils aus mehreren miteinander verbundenen Teilprofilen so zusammengesetzt, dass Anschlussbereiche gebildet sind an benachbarten Teilprofilen, welche jedoch aus den Teilprofilen ausgebogen sind. Bei dieser Ausführungsform ist von Nachteil, dass hiermit präzises und schnelles Arbeiten erschwert wird.
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Aus der
DE 10 2009 058 124 B4 ist ebenfalls ein Betonunterbau für den Turm einer Windenergieanlage bekannt.
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Aus der
DE 10 2011 603 A1 ist ein Lastaufnahmemittel zum Anheben von schweren Komponenten oder Anlagenteilen, insbesondere Offshore-Anlagen bekannt.
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Aus der
DE 203 21 897 U1 ist eine Windturbine mit einem stationären vertikalen Mast oder Turm bekannt, an welchem der bewegliche Teil der Windturbine angeordnet ist, wobei der Mast zumindest teilweise aus vorgefertigten Wandteilen besteht, wobei mehrere benachbarte Wandteile einen im Wesentlichen ringförmigen Mastabschnitt ausbilden. Hierbei sind die Wandteile oder Segmente aus verstärktem Beton oder einem anderen steinartigen Material aufgebaut und bereits vorgefertigt. Die Befestigung der Betonelemente aneinander erfolgt mit Zuganfang.
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Aus der
DE 10 2011 001 250 A1 sind eine Vorrichtung und ein Verfahren für den Übergang zwischen einem Stahlturmabschnitt und einem vorgespannten Betonturmabschnitt bekannt.
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Aus der
DE 10 2011 077 428 A1 ist ein Windenergieanlagenturm bekannt mit einer Mehrzahl von vorgefertigten Turmsegmenten, welche jeweils einen oberen und unteren horizontalen Flansch aufweisen, wobei eines der Mehrzahl der Turmsegmente mindestens zwei Längsflansche aufweist, wobei jeder Längsflansch eine erste Seite zum Anlegen an eine erste Seite eines weiteren Längsflansches und eine zweite Seite aufweist, welche an die Mantelfläche seitlich angeschweißt ist, wobei die zweite Seite der ersten Seite gegenüberliegt.
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Aus der
DE 11 2010 005 382 T5 ist ein Wandabschnitt für einen Windkraftanlagenturm bekannt, wobei der Wandabschnitt ein erstes Wandsegment und ein zweites Wandsegment umfasst, sowie ein Verbindungselement, welches einen ersten Oberflächenabschnitt, der an dem ersten Wandsegment angebracht ist und sich in eine erste Richtung erstreckt, einen zweiten Oberflächenabschnitt, der an dem zweiten Wandsegment angebracht ist und sich in eine zweite Richtung erstreckt, und ein Zwischenabschnitt mit einem sich quer zu der ersten Richtung und quer zu der zweiten Richtung erstreckenden Zwischenoberflächenabschnitt umfasst, wobei das Verbindungselements hierdurch T-förmig ausgebildet ist und auf eine entsprechende Wandung bzw. zwei aneinander stoßende Wandung aufgesetzt wird und mit Schraubbolzen, die durch die Wandung hindurch ragen, darauf befestigt wird.
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Aufgabe der Erfindung ist es ein Verfahren zu schaffen, mit dem derartige Turmbauwerke schneller und mit höherer Präzision und Passgenauigkeit errichtet werden können.
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Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den hiervon abhängigen Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Es ist eine weitere Aufgabe einen Unterbauturm für Windenergieanlagen zu schaffen, der schneller errichtet werden kann.
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Diese Aufgabe wird mit einem Rohrturmbauwerk mit den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst.
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Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den hiervon abhängigen Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Ein erfindungsgemäßes Turmbauwerk dient insbesondere als Unterbauturm, um einen herkömmlichen Turm zur Aufnahme von Windenergieanlagen aufzusetzen und hierdurch eine größere Höhe und damit bessere Winderreichbarkeit zu erzielen.
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Für größere Höhen von derartigen Turmbauwerken ist es notwendig den Turmquerschnitt zu vergrößern, da nur dann die erforderliche Stand- und Knicksicherheit erzielt werden kann. Üblicherweise werden derartige Türme aus im Querschnitt kreisringförmigen Turmsegmenten erstellt, übereinander gesetzt und miteinander verbunden. Aufgrund der üblichen Brückenhöhe in Deutschland lassen sich sehr große Turmquerschnitte aus einteiligen Rohrabschnitten oder Rohrsegmenten nicht mehr realisieren.
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Hierdurch ist es notwendig, um die Durchfahrthöhe einzuhalten, derartige, sehr breite Türme mit mehr als 4,5 m Durchmesser am Fuß aus Teilschalen, d.h. Ringsegmenten zu einem vollständigen Ring zusammenzusetzen und – so notwendig – mehrere dieser Ringe übereinanderzusetzen.
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Grundsätzlich ist es bekannt, derartige sogenannte längsorientierte Schalen zu erstellen und diese Schalen am Einbauort zu einem Rohr zusammenzusetzen. Es hat sich hierbei jedoch herausgestellt, dass die Präzision so schlecht und die Toleranzen derart groß sind, dass die Montage sehr oft verzögert wird und unnötig erschwert wird. Zudem sind bekannte Schalenkonstruktionen nicht so stabil, dass sie für Rohrturmbauwerke großer Höhe geeignet wären.
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Erfindungsgemäß wird das Rohrturmbauwerk aus Rohrabschnitten gefertigt, welche aus längsorientierten Schalen hergestellt sind, so dass das Rohrturmbauwerk in Teillängen, die noch transportierbar sind oder, bei einer noch transportierbaren Länge, in seiner vollen Länge errichtet wird. Hierzu werden aus Stahlblech entsprechende Bahnen beziehungsweise Platinen gefertigt, welche dann zu Schalen gerollt werden, so dass sie mit weiteren Schalen zusammengesetzt einen Rohrabschnitt bilden.
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Die Längs- bzw. Hochkanten der Schalen werden bezogen auf die Breite der Schale (bzw. den damit bewirkten Teilumfang eines Rohrschusses) mit einem Übermaß ausgebildet. Dieses Übermaß wird radial nach innen oder radial nach außen abgekantet und bildet einen Verbindungsflansch zur Verbindung mit benachbarten Schalen zur Erzeugung eines Rohrs oder Rohrsegments.
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Radial bedeutet hierbei senkrecht auf dem Biegeradius der Schale bzw. dem Umfang des Rohrs.
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Weitere Rohrsegmente können hierauf aufgesetzt und an horizontalen Kanten verschweißt werden, bis ein Rohrabschnitt oder ein vollständiges Rohrturmbauwerk ausgebildet ist. Alternativ kann eine Verbindung über horizontale Ringflansche erfolgen.
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In die abgekanteten Flansche werden die erforderlichen Löcher zum Durchstecken von Schraubbolzen und Verschrauben der Flansche benachbarter Schalen eingebracht, beispielsweise durch Bohren oder Brennen, insbesondere mit Laser.
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Es hat sich herausgestellt, dass bei derart dicken Stahlplatten, wie sie für Unterbautürme verwendet werden, eine Abkantung sehr präzise Verbindungen zulässt und durch das Abkanten und anschließende Erzeugen der Löcher die Verbindungen sehr wirtschaftlich erzeugt werden können.
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Zudem hat sich herausgestellt, dass eine Abkantung gerade bei Platten dieser Stärke (> 45 mm) besonders spannungsarm und stabil ist, wobei durch die Kombination aus Plattenstärke und Abkantung die Schraubverbindungen nicht sehr eng toleriert sein müssen und keiner hochfesten Schrauben bedürfen.
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An den Rohrabschnitt oder Rohrschuss werden auf die jeweiligen Stirnkanten der Schalen Ringflanschsegmente stirnseitig angeschweißt, die als Adapter zu einem Fundament, weiteren Rohrschüssen oder einem (konstruktiv bestehenden) Turmbauwerk und insbesondere Windenergieanlagenturm dienen.
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Die Schalen werden anschließend zur Baustelle transportiert und dort entsprechend zu einem Rohrturmbauwerk zusammengestellt und durch die Flansche hindurch miteinander verbunden.
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Beispielsweise wird ein Unterturm aus einer Mehrzahl von 7 m langen Rohrschüssen ausgebildet, wobei diese Rohrschüsse jeweils aus einer Mehrzahl von 7 m langen entsprechenden Schalen bestehen.
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Da übliche Windenergieturmbauwerke einen Fußdurchmesser von 4,3 m, die Unterbautürme aus Stabilitätsgründen jedoch Durchmesser bis 7 m und darüber hinaus haben, muss über die Höhe des Unterbauturmes eine Anpassung des Fußdurchmessers von 7 m auf einen Kopfdurchmesser von 4,3 m erreicht werden.
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Dies kann einerseits dadurch erreicht werden, dass die einzelnen Rohrschüsse konisch verlaufen, d. h. eine Kegelstumpfform haben, so dass eine einheitliche Verjüngung des Unterbauturmes von beispielsweise 7 m auf beispielsweise 4,3 m erfolgt.
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Erfindungsgemäß hat es sich jedoch herausgestellt, dass ein besonders stabiler Unterbauturm dann erreicht wird, wenn der Unterbauturm aus zylindrischen Rohrschüssen mit einer Höhe von beispielsweise 7 m errichtet wird und kopfseitig dann ein letztes Adapterelement bzw. ein Adapterrohrschuss aufgesetzt wird, der sich von 7 m Fußdurchmesser auf 4,3 m Kopfdurchmesser verjüngt und insofern einen Kegelstumpf auf dem ansonsten zylindrischen Unterbaurohrturmbauwerk ergibt.
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Erfindungsgemäß wird zwischen den Rohrschüssen bzw. den horizontalen, L-förmigen Flanschen der Rohrschüsse ein Torsionsausgleichsring angeordnet. Der erfindungsgemäße Torsionsausgleichsring sorgt dafür, dass bei Torsionsbelastungen des Turmes der Kraftfluss von einem L-Flansch in den anderen durch die jeweiligen Schrauben optimal verläuft, indem alle L-Flansche der jeweiligen Schalen aktiviert werden und so eine Vergleichmäßigung stattfindet. Dies sorgt für die hervorragende Stabilität und geringe Eigenfrequenz des Turmes.
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Bei der Erfindung ist von Vorteil, dass die Flansche und die Abkantung der Flansche mit der Rohrturmbauwerkswandung außerordentlich präzise und nachvollziehbar genau ist. Ferner ist von Vorteil, dass die Abkantung, Verschraubung, horizontale Schweißungen und das anschließende Trennen des Rohrturmbauwerks in die Schalenelemente unter nachvollziehbaren Bedingungen am Herstellort erfolgen kann, wobei eine entsprechende Nachprüfung am Herstellort erfolgen kann.
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Es hat sich herausgestellt, dass das Schwingungsverhalten bzw. Eigenschwingungsverhalten erfindungsgemäßer Rohrturmbauwerke mit 0,215 Hz und darunter alle Erwartungen übertrifft und besonders gut gedämpft ist.
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Zudem hat sich herausgestellt, dass sich bei der erfindungsgemäßen Methode, wonach die Flansche nach innen oder nach außen von den Schalen abgekantet werden, eine höhere Stabilität ergibt als bei Längsflanschen, die an die Längsstoßfläche angeschweißt werden.
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Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung beispielhaft erläutert. Es zeigen dabei:
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1: eine isometrische, schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Rohrturmbauwerks;
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2: eine Seitenansicht des Rohrturmbauwerks nach 1;
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3: ein Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Rohrturmbauwerk mit gedreht angeordnetem Adapterelement, so dass die Flansche fluchtend dargestellt sind;
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4: einen Schnitt B-B gemäß 3;
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5: einen Schnitt G-G gemäß 3;
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6: einen Schnitt C-C gemäß 3;
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7: einen Schnitt F-F gemäß 6;
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8: einen Schnitt E-E gemäß 9;
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9: einen Schnitt D-D gemäß 6;
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10: eine teilgeschnittene Ansicht im Stoßbereich zweier Rohrschüsse mit dem erfindungsgemäßen Torsionsausgleichsring;
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11: einen Schnitt durch den Stoßbereich zwischen zwei Rohrschüssen mit dem zwischen den L-Flanschen angeordneten Torsionsausgleichsring;
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12: eine perspektivische Detailansicht der Anordnung von Torsionsausgleichsringsegmenten zwischen den L-Flanschen;
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13: stark schematisiert einen erfindungsgemäßen doppelwandigen Schalenaufbau in einem Längsschnitt;
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14: stark schematisiert einen Querschnitt durch eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen doppelwandigen Schalenaufbaus;
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15: eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen doppelwandigen Schalenaufbaus mit einer ebenen inneren Wandung;
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16: eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen doppelwandigen Schalenaufbaus;
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17: eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen doppelwandigen Schalenaufbaus mit Flanschen an den inneren und äußeren Wandungen.
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Ein erfindungsgemäßes Rohrturmbauwerk 1 besitzt einen Kopfbereich 2, auf den ein weiteres Rohrturmbauwerk und insbesondere ein Windenergieturm aufgesetzt angeordnet werden kann.
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Zudem besitzt das erfindungsgemäße Rohrturmbauwerk 1 einen Fußbereich 3, mit dem das Rohrturmbauwerk an einem Fundament angeordnet werden kann.
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Die möglichen Durchmesser des Rohrturmbauwerkes im Fußbereich betragen 7 m bis 8 m, können jedoch auch deutlich darüber liegen.
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Der Durchmesser des Rohrturmbauwerkes im Kopfbereich wird durch den Durchmesser eines aufzusetzendes Rohrturmbauwerkes, insbesondere Windenergieturms, bestimmt und liegt üblicherweise bei 4,3 m, kann gegebenenfalls aber auch darüber oder darunter liegen.
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Das erfindungsgemäße Rohrturmbauwerk 1 ist hierbei aus einer Mehrzahl von axial aufeinanderfolgenden Rohrabschnitten 4 oder Rohrschüssen 4 ausgebildet.
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Die Rohrschüsse 4 sind somit zylindrisch rohrförmig ausgebildet und besitzen einen Durchmesser, der dem Durchmesser des Rohrturmbauwerkes 1 entspricht.
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Bei einem sich vom Fußbereich 3 zum Kopfbereich 2 stetig verjüngenden und somit konischen Rohrturmbauwerk 1 sind dementsprechend auch die einzelnen Rohrabschnitte 4 bzw. Rohrschüsse 4 konisch ausgebildet, so dass sich deren Durchmesser von einem Rohrabschnittsfußbereich 5 zu einem Rohrabschnittskopfbereich 6 verringert, so dass jeder Rohrabschnitt 4 einen Kegelstumpf ausbildet. Dementsprechend sind die Schalen 7 dann als Kegelstumpfsegmente ausgebildet.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Rohrturmbauwerks 1 ist nur der oberste Rohrabschnitt 4 oder Rohrschuss 4 kegelstumpfförmig ausgebildet, wobei es sich von seinem Rohrabschnittsfußbereich 5 zu seinem Rohrabschnittskopfbereich 6 vom Durchmesser des Fußbereichs 3 des Rohrturmbauwerks 1 zum Durchmesser im Kopfbereich 2 des Rohrturmbauwerks 1 verjüngt. Dies bedeutet, dass der oberste Rohrabschnitt 4 als einziger der Rohrabschnitte des Rohrturmbauwerks 1 kegelstumpfförmig ausgebildet ist, während die übrigen Rohrabschnitte 4 bzw. Rohrschüsse 4 zylindrisch ausgebildet sind. Diese Ausführungsform ist in statischer Hinsicht besonders bevorzugt.
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Da die einzelnen Rohrabschnitte 4 bzw. Rohrschüsse 4 einen Durchmesser besitzen, der größer ist als ein Rohrdurchmesser, der logistisch noch zu verkraften wäre (Brückenhöhe, Straßenbreite), sind die Rohrabschnitte 4 zerlegbar bzw. zusammensetzbar ausgebildet. Hierzu ist jeder Rohrabschnitt 4 bzw. Rohrschuss 4 aus einer Mehrzahl von Schalen 7 ausgebildet.
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Die Schalen 7 sind somit im Querschnitt als Ringsegmente mit einer ringsegmentförmig gewölbten Mantelfläche 8 ausgebildet und besitzen hierdurch längs verlaufende bzw. vertikal verlaufende Längskanten 9 und horizontal verlaufende Stirnkanten 10 (2).
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Die Mantelfläche 8 kann hierbei als Kreisringsegment gebogen sein, aus fertigungstechnischen Gründen kann die Mantelfläche 8 aber auch aus einer Vielzahl von ebenen Flächen, die zusammen ein Kreissegment bilden, ausgebildet sein.
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Von den Längskanten 9 erstrecken sich einstückig von der Mantelfläche 8 zum Rohrinneren bzw. Rohräußeren aus der Mantelfläche 8 nach innen oder nach außen abgekantete, radial verlaufende Längsflansche 11. Die Längsflansche 11 besitzen hierbei eine Mehrzahl von in Längsrichtung aufeinanderfolgende Bohrungen 12 oder Durchtrittsöffnungen 12 zum Verbinden der Längsflansche 11 benachbarter Schalen 7 miteinander.
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Die Schalen 7 sind vorzugsweise aus Stahl ausgebildet und besitzen eine Dicke, die zur Verwendung als Unterbauturm für bestehende Windenergieturmkonstruktionen dient, von mehr als 40 mm.
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Um eine Mehrzahl von Rohrabschnitten 4 bzw. Rohrschüssen 4 aufeinander anordnen zu können, bzw. den untersten Rohrabschnitt 4 bzw. Rohrschuss 4 an einem Fundament anzuordnen, besitzen die jeweiligen Schalen 7 der Rohrabschnitte 4 bzw. Rohrschüsse 4 entlang ihrer Stirnkanten 10 auf Stoß aufgesetzte und insbesondere aufgeschweißte, im Querschnitt L-förmige Horizontalflansche 13. Die Horizontalflansche 13 bilden je ein Ringsegment einer Länge, die der Breite einer Schale 7 über ihre Mantelfläche 8 inklusive der Stärke der Längsflansche 11 entspricht. Dies verursacht, dass die Horizontalflansche 13 der jeweiligen Schalen 7 nach dem Zusammensetzen des Rohrabschnitts 4 einen geschlossenen Ring bilden, wobei die Stoßkanten 14 der Horizontalflansche 13 aneinanderstoßen (4).
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Um einen Rohrabschnitt 4 bzw. Rohrschuss 4 auszubilden wird dementsprechend eine Mehrzahl von Schalen 7, insbesondere acht Schalen 7, mit einer gegebenen Breite über ihre Mantelfläche 8 und den entsprechenden Längsflanschen 11 aneinander angeordnet, wobei die Bohrungen 12 von entsprechenden Verbindungsmitteln durchgriffen und die Flansche miteinander verbunden werden.
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Dementsprechend bilden die Horizontalflansche 13 der miteinander verbundenen Schalen einen Flanschring aus den Horizontalflanschen 13.
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Um zwei Rohrabschnitte 4 bzw. Rohrschüsse 4 aneinander anzuordnen werden die Rohrabschnitte 4 mit ihren Flanschen 13 und Bohrungen 12 in den Flanschen 13 fluchtend übereinandergesetzt.
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Erfindungsgemäß wurde herausgefunden, dass das direkte Aufeinandersetzen der Flansche 13 dazu führt, dass Torsionsspannungen innerhalb des Rohrturmbauwerks 1 nicht zuverlässig übertragen werden und der Kraftfluss an vielen Stellen nicht optimal ist oder unterbrochen wird.
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Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass die Anordnung eines Torsionsringes 15 zwischen den Flanschringen aus den Horizontalflanschen 13 zu einer Aktivierung aller einzelnen Horizontalflansche 13 und zu einem gleichmäßigen Lasteintrag in die entsprechenden Schraubbolzen 16 führt. Dies führt dazu, dass das erfindungsgemäße Rohrturmbauwerk eine besonders niedrige Eigenfrequenz und hohe Stabilität besitzt.
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Der Torsionsring 15 ist ein Ring mit einem Außendurchmesser, der dem Außendurchmesser des Flanschringes aus den Horizontalflanschen 13 in etwa entspricht, und mit einem Innendurchmesser, der ebenfalls dem Innendurchmesser des Flanschringes aus den Horizontalflanschen 13 in etwa entspricht.
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Der Torsionsring 15 besitzt hierbei eine Dicke, die etwa ein Drittel bis zwei Drittel seiner Breite, d. h. des Unterschieds zwischen Innen- und Außendurchmesser entspricht, wobei der Dickenwert jedoch im Wesentlichen von statischen Berechnungen abhängt und auch hiervon abweichen kann.
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Der Torsionsring 15 kann hierbei abhängig vom Durchmesser des Rohrturmbauwerks 1 einstückig ausgebildet sein, bei großen Durchmessern des Rohrturmbauwerks 1 kann er auch mehrteilig ausgebildet sein.
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Um eine besonders gute Lastverteilung zu erzielen werden die Trennlinien 17 des Torsionsrings 15 so angeordnet, dass sie gerade nicht im Bereich der Stoßkanten 14 der Horizontalflansche 13 liegen.
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Zudem kann zum Erzielen einer besonders guten Lastverteilung und einer besonders guten Aktivierung der einzelnen Flansche 13 der Torsionsring im Bereich seiner Trennungen bezüglich der Dicke halbiert sein, so dass eine Stufe 18 entsteht (12), so dass der Torsionsring 15 oder entsprechende Torsionsringsegmente 15 in diesem Bereich z. B. halbverjüngt ausgebildet sind. Um die Stoßkante 14 bzw. die Trennlinie 17 zu überbrücken kann dementsprechend ein entsprechendes Überbrückungselement 19 vorhanden sein, welches die eine zentrale Trennlinie 17 überbrückt und zwei von der Trennlinie 17 beabstandete Trennlinien 20 erzeugt (12). Dementsprechend sind auch im Überbrückungselement die entsprechenden Bohrungen für Schraubbolzen 16 vorhanden.
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Der Torsionsring 15 kann aus einer Mehrzahl von Torsionsringsegmenten ausgebildet sein, wobei die Anzahl der Torsionsringsegmente der Anzahl der Schalen 7 entsprechen kann, aber auch höher oder geringer sein kann. Wesentlich ist, dass die Längskanten 9 der Schalen 7 sowie die Stoßkanten 14 der Horizontalflansche 13 einerseits und die Trennlinien 17 der Torsionsringsegmente andererseits versetzt zueinander, d. h. nicht fluchtend, angeordnet sind.
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Bei der Erfindung ist von Vorteil, dass ein Rohrturmbauwerk 1 aus Rohrabschnitten 4, welche zylindrisch und/oder konisch sind, vollständig in einer entsprechenden Fabrikationseinrichtung hergestellt wird. Unter vorbestimmten Bedingungen, welche geringste Toleranzen zulassen, werden Flansche, welche sich längs beziehungsweise axial erstrecken, nach außen oder nach innen von der Mantelfläche 8 abgekantet und das Rohrturmbauwerk hierdurch durch zumindest zwei Teilschalen 4, vorzugsweise mehr Teilschalen 4, insbesondere vier bis vierzehn Teilschalen 4, untergliedert, welche gut, auch auf Straßen, zu transportieren sind.
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An einer Errichtungsstelle des Rohrturmbauwerks werden die Teilschalen (wieder) miteinander verbunden, wobei dies in besonders einfacher Weise geschieht, da die Teilschalen absolut passgenau aufeinander abgestimmt sind. Im Gegensatz zu herkömmlichen Errichtungskonzepten, bei denen ein solches Rohrturmwerk aus einzelnen Rohrschüssen beziehungsweise Rohrabschnitten zusammengestellt und verschweißt wird, kann die Montage eines solchen großen Rohrturmbauwerks in einem Bruchteil der Montagezeit geschehen, wobei zusätzlich ein Rohrturmbauwerk mit sehr großem Durchmesser, insbesondere Durchmessern am Fuß > 7 m, realisiert werden kann.
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Insbesondere ist von Vorteil, dass mit einem solchen Rohrturmbauwerk in einfacher, kostengünstiger und schnell zu montierender Weise ein sehr hoher Unterbau für bekannte Rohrtürme, welche Windenergieanlagen tragen, erstellt werden kann, so dass übliche Windenergieanlagen höher in den Wind gebracht werden können und damit die Effektivität gesteigert werden kann.
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Es ist darüber hinaus von Vorteil, dass die Kombination von relativ dicken Stahlblechen einerseits, abgekanteten Flanschen andererseits und Flanschverbindungen mit einem Torsionsring ein Rohrturmbauwerk 1 mit einer sehr geringen Eigenfrequenz ergibt, welches in hervorragender Weise die durch ein aufgesetztes Rohrturmbauwerk eingetragenen Lasten ableitet. Bei dem erfindungsgemäßen Torsionsring 15 zwischen den Horizontalflanschen 13 ist von Vorteil, dass hierdurch eine ideale Aktivierung aller Horizontalflansche 13 aller Schalen 7 und insbesondere aller Bolzen 16 gelingt.
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Die Verbindung sowohl der Längsflansche als auch der Horizontalflansche kann hierbei mit Schrauben bzw. Schraubbolzen, Nieten, Schrauben mit Presshülsen oder Schließringbolzen erfolgen.
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Vorteilhafterweise kann die Anzahl der Schalen 7 abhängig vom Durchmesser des Rohrturmbauwerks zwischen zwei und vierzehn Schalen oder auch darüber liegen, wobei Fußdurchmesser von 4 m bis 14 m und Kopfdurchmesser von 2,5 m bis 10 m ohne weiteres realisierbar sind.
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Auch die Höhe eines erfindungsgemäßen Rohrturmbauwerks 1 kann von der erforderlichen bzw. gewünschten Nabenhöhe des gesamten Rohrturmbauwerks, d. h. inklusive eines aufgesetzten Windenergieturms, variieren, wobei üblicherweise Höhen des erfindungsgemäßen Rohrturmbauwerks 1 von 7 m bis 30 m üblich sind, aber auch Höhen darüber kein Problem darstellen. Bei einer geringen Höhe, beispielsweise von 7 m, wird ein einzelner, in diesem Fall konischer bzw. kegelstumpfförmiger Rohrabschnitt 4 verwendet.
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Die Kombination aus abgekanteten Längsflanschen, der Blechstärke, der Horizontalflansche und des zwischen den Horizontalflanschen angeordneten Torsionsringes ergibt insgesamt die hohe Stabilität des erfindungsgemäßen Rohrturmbauwerks.
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Bei dem erfindungsgemäßen Rohrturmbauwerk ist zudem von Vorteil, dass dieses in besonders guter Weise rückbaufähig ist, wenn die geplante Nutzungszeit abgelaufen ist.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird das Rohrturmbauwerk 1 zumindest teilweise doppelwandig ausgebildet (13). Hierzu wird beabstandet von der Außenwandung 8 bzw. von der Mantelfläche 8 zum Turminneren hin zwischen den Flanschen 11 eine weitere Wandung 25 vorgesehen. Die weitere Wandung 25 kann dabei insbesondere parallel zur ersten Wandung 8 verlaufen. Im Rohrabschnittsfußbereich 5 und im Rohrabschnittskopfbereich 6 wird der Raum 26 zwischen den Wandungen 8, 25 mit je einem Boden 27 und Deckel 28 verschlossen und insbesondere dadurch verschlossen, dass der Boden 27 und der Deckel 28 zwischen bzw. auf die Flansche 11, die Mantelfläche 8 und die weitere Wandung 25 aufgeschweißt werden.
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Der Raum 26 wird mit einem Füllstoff 32 verfüllt. Der Füllstoff kann ein insbesondere mineralischer Füllstoff sein, insbesondere ein mineralischer Füllstoff, der gebunden oder ungebunden ist.
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Ein ungebundener Füllstoff ist z. B. Quarzsand, ein gebundener Füllstoff ist z. B. Puzzolan oder Hüttensand, jeweils mit den erforderlichen Aktivatoren, oder ein zementgebundener mineralischer Füllstoff oder Zement oder Beton. Bei der Verwendung von Zement oder Beton ist von Vorteil, dass durch den hohen pH-Wert die angrenzenden Stahlteile vor Korrosion geschützt sind.
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Der Füllstoff 32 kann insbesondere eingeblasen und/oder eingerüttelt sein. Hierzu kann insbesondere entweder der Deckel 28 erst nach dem Einfüllen oder Einrütteln aufgeschweißt werden, alternativ oder zusätzlich kann im Rohrabschnittskopfbereich 6, in der Wandung 25 und/oder den Flanschen 11 und/oder der Wandung 8 eine Einfüllöffnung 31 vorhanden sein, durch die der Füllstoff 32 eingefüllt wird. Zur weiteren Verdichtung und als Abschluss kann abschließend auf den Füllstoff 32 eine Quellbetonschicht 33 aufgebracht werden, die nach dem Verschließen der Öffnung 31 und/oder des Deckels 28 für eine weitere Verdichtung sorgt.
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Die weitere Wandung 25 kann an den Flanschen 11 einer Schale 7 angeschweißt sein (14 bis 16). Darüber hinaus kann die Wandung 25 selbst über abgekantete Flansche 34 verfügen (17), wobei die Wandung 25 und die Flansche 34 dabei so bemessen sind, dass sie zwischen die Flansche 11 vorzugsweise formschlüssig passen. Gegebenenfalls muss die Montage dabei so erfolgen (durch die radial nach innen stehenden Flansche), dass die Wandung 25 mit ihren Flanschen 34 von oben oder von unten zwischen die Flansche 11 und die Wandung 8 geschoben wird.
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Hierbei ist von Vorteil, dass die Flansche 11, 34 gemeinsam durch entsprechend fluchtende Schraublöcher mit Verbindungsmitteln 16 verbunden und insbesondere verschraubt werden können, was die Demontage nach Ablauf der Nutzungsdauer vereinfacht und zudem die Trennung der enthaltenen Stoffe, nämlich Stahl und Füllstoffe, nach der Demontage deutlich erleichtert.
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Bei der doppelwandigen Ausführung können die Wandungsstärken der einzelnen Wandungen 8, 25 sowie der Flansche 11, 34 gegebenenfalls verringert werden.
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Bei dieser Ausführungsform ist von Vorteil, dass durch den Druck, den die Wandung 25 mit oder ohne Flansche 34 auf die Flansche 11 ausübt, eine stabilisierende Eigenspannung des Turmes erzeugt wird, zusätzlich wird durch den gefüllten Hohlraum das Flächenträgheitsmoment insgesamt erhöht, so dass eine noch bessere Dämpfung erzielt wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Rohrturmbauwerk
- 2
- Kopfbereich
- 3
- Fußbereich
- 4
- Rohrabschnitt/Rohrschuss
- 5
- Rohrabschnittsfußbereich
- 6
- Rohrabschnittskopfbereich
- 7
- Schale
- 8
- Mantelfläche
- 9
- Längskante
- 10
- Stirnkante
- 11
- Längsflansch
- 12
- Bohrung/Durchtrittsöffnung
- 13
- Horizontalflansch
- 14
- Stoßkante
- 15
- Torsionsring
- 16
- Schraubbolzen
- 17
- Trennlinie
- 18
- Stufe
- 19
- Überbrückungselement
- 20
- Trennlinie
- 25
- Wandung
- 26
- Raum
- 27
- Boden
- 28
- Deckel
- 31
- Einfüllöffnung
- 32
- Füllstoff
- 33
- Quellbetonschicht
- 34
- Flansch
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2011/092235 A2 [0004]
- DE 102010039796 A1 [0005]
- WO 2010/121630 A2 [0006]
- DE 102009058124 B4 [0007]
- DE 102011603 A1 [0008]
- DE 20321897 U1 [0009]
- DE 102011001250 A1 [0010]
- DE 102011077428 A1 [0011]
- DE 112010005382 T5 [0012]
