DE102016125062A1 - Windenergieanlagen-Turm und Windenergieanlagen-Turmübergangssegment - Google Patents

Windenergieanlagen-Turm und Windenergieanlagen-Turmübergangssegment Download PDF

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Abstract

Es wird ein Windenergieanlagen-Turm (200) vorgesehen, der eine Mehrzahl von Turmsegmenten (210) aufweist, welche aufeinander platziert sind. Ferner weist der Turm mindestens ein Turmübergangssegment (300) auf, welches einen ersten Abschnitt (310) aus Stahl mit einem ersten Ende (311) mit einem ersten Flansch und einem zweiten Ende (312) mit einer Mehrzahl von Verzahnungselementen (312) aufweist. Das Turmübergangssegment (300) weist ferner einen zweiten Abschnitt (320) aus Beton auf. Der erste Abschnitt (310) wird mittels der Verzahnungselemente (313) mit dem zweiten Abschnitt (320) verbunden. Die Verzahnungselemente (313) sind durch den Beton des zweiten Abschnitts (320) umgossen.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Windenergieanlagen-Turm sowie ein Windenergieanlagen- Turmübergangssegment.
  • Die Türme der heutigen Windenergieanlagen werden typischerweise aus Stahlsegmenten oder aus Betonsegmenten gefertigt. Bei Betontürmen ist es üblich, dass das oberste Turmsegment aus Stahl gefertigt ist. Hierbei kann das oberste Stahlsegment zusammen mit den darunter befindlichen Betonturmsegmenten mittels Spannelementen verspannt werden.
  • Das Stahlsegment wird somit auf dem obersten Betonsegment platziert, so dass der untere Flansch des Stahlsegmentes zusammen mit den sich darunter befindlichen Betonturmsegmenten verspannt wird.
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Windenergieanlagen-Turm sowie ein Windenergieanlagen-Turmübergangssegment vorzusehen, welches einen einfacheren Aufbau des Turms der Windenergieanlage ermöglicht.
  • Diese Aufgabe wird durch einen Windenergieanlagen-Turm nach Anspruch 1 sowie durch ein Windenergieanlagen-Turmsegment nach Anspruch 3 gelöst.
  • Somit wird ein Windenergieanlagen-Turm vorgesehen, der eine Mehrzahl von Turmsegmenten aufweist, welche aufeinander platziert sind. Ferner weist der Turm mindestens ein Turmübergangssegment auf, welches einen ersten Abschnitt aus Stahl mit einem ersten Ende mit einem ersten Verbindungsstück und einem zweiten Ende mit einer Mehrzahl von Verzahnungselementen aufweist. Das Turmübergangssegment weist ferner einen zweiten Abschnitt aus Beton auf. Der erste Abschnitt wird mittels der Verzahnungselemente mit dem zweiten Abschnitt verbunden. Die Verzahnungselemente sind durch den Beton des zweiten Abschnitts umgossen.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der zweite Abschnitt des Turmübergangssegmentes über eine Innenverspannung oder eine Außenverspannung mit der Mehrzahl der Turmsegmente verspannt.
  • Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Windenergieanlagen-Turmübergangssegment mit einem ersten Stahlabschnitt mit einem ersten Ende mit einem Flansch und einem zweiten Ende mit einer Mehrzahl von Verzahnungselementen. Das Turmübergangssegment weist ferner einen zweiten Betonabschnitt mit einem ersten Ende auf, wobei das erste Ende Beton aufweist, in welchem die Verzahnungselemente umgossen sind. Damit kann ein Formschluss zwischen dem ersten Stahlabschnitt und dem Betonabschnitt erreicht werden.
  • Die Erfindung betrifft den Gedanken, in einem Turm einer Windenergieanlage zumindest ein Hybrid-Turmübergangssegment vorzusehen. Dieses Hybrid-Turmübergangssegment weist einen Stahlabschnitt sowie einen Betonabschnitt auf, welche durch einen Verbundbau aneinander befestigt sind. Der Stahlabschnitt weist Verzahnungselemente auf, welche nach innen weisen. Das Stahlsegment wird in einer Schalung für das Betonsegment bzw. den Betonabschnitt platziert und die Schalung wird mit Beton vergossen, so dass die Verzahnungselemente durch den Beton umgossen sind und ein Formschluss zwischen dem Beton und den Verzahnungselementen vorhanden ist. Dadurch entsteht ein Turmübergangssegment, welches an seinem einen Ende einen Stahlflansch aufweist und an seinem anderen Ende Beton aufweist. Der Stahlabschnitt weist einen einzigen Flansch, nämlich den Flansch an einer Seite des Segmentes auf. Zwischen dem Stahlabschnitt und dem Betonabschnitt weist der Stahlabschnitt keine weitere Verbindung oder keinen weiteren Flanschauf. Vielmehr weist der Stahlabschnitt eine Mehrzahl von Verzahnungseinheiten wie beispielsweise einen Kopfbolzenbügel auf. Alternativ dazu kann das Verzahnungselement als Schweißwulst, oder aufgeschweisste Stahlelemente vorgesehen werden. In den letzten beide Fällen kann der Verbund zwischen Stahl und Beton auch durch Verguss mit einem Mörtel bzw Beton o.Ä.(Harz, Kleber) hergestellt werden.
  • Der Betonabschnitt kann eine Innen- oder Außenverspannung aufweisen.
  • Durch das Eingießen bzw. Vergießen des Betons in der Schalung, in welcher sich das untere Ende des Stahlabschnitts mit den Verzahnungselementen befindet, kommt es an der Verbindung zwischen dem Stahl und dem Beton zu einem Verbundbau-Übergang.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Hybrid-Turmsegment konisch ausgestaltet. Durch das Eigengewicht und die Form entstehen Ringzugkräfte im Stahl und eine erhöhte Normalspannung zwischen Stahl und Beton. Dies kann dazu führen, dass eine erhöhte Schubkraftübertragungstragfähigkeit entsteht. Dazu kann der Ring an den Beton gepresst werden.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Hybrid-Turmsegment kann die Verspannung des Betonelementes getrennt von dem Stahlabschnitt erfolgen. Mit anderen Worten, der Stahlabschnitt wird nicht mehr zusammen mit dem Betonelement bzw. Betonabschnitt verspannt. Dies ist vorteilhaft, weil der Stahlabschnitt damit eine geringere Wandungsdicke aufweisen muss. Ferner weist der Stahlabschnitt keinen zweiten Flansch auf. Damit kann erheblich Material eingespart werden.
  • Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren zum Herstellen eines Hybrid-Turmübergangssegmentes. Hierzu wird ein Stahlabschnitt mit einem Flansch an seinem ersten Ende und einer Mehrzahl von Verzahnungselementen an seinem zweiten Ende in einer Schalung für ein Betonturmsegment platziert, so dass das erste Ende mit dem Flansch aus der Schalung herausragt. Anschließend wird die Schalung mit Beton vergossen und der Beton wird ausgehärtet, um nach Entfernung der Schalung ein zusammenhängendes Hybrid-Turmübergangssegment mit einem Stahlabschnitt und einem Betonabschnitt zu erhalten, welches in einem Stück transportiert werden kann.
  • Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Vorteile und Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
    • 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Windenergieanlage gemäß der Erfindung,
    • 2 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Ausschnitts eines Hybrid-Turmübergangssegmentes gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, und
    • 3 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Hybrid-Turmübergangssegmentes gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Windenergieanlage gemäß der Erfindung. Die Windenergieanlage 100 weist einen Turm 200 und eine Gondel 104 auf dem Turm 200 auf. An der Gondel 104 ist ein aerodynamischer Rotor 106 mit drei Rotorblättern 108 und einem Spinner 110 vorgesehen. Der aerodynamische Rotor 106 wird im Betrieb der Windenergieanlage durch den Wind in eine Drehbewegung versetzt und dreht somit auch einen Rotor oder Läufer eines elektrischen Generators, welcher direkt oder indirekt mit dem aerodynamischen Rotor 106 gekoppelt ist. Der elektrische Generator ist in der Gondel 104 angeordnet und erzeugt elektrische Energie. Der Pitchwinkel oder Anstellwinkel der Rotorblätter 108 kann durch einen Pitchantrieb im Bereich der Rotorblattwurzel 108b der jeweiligen Rotorblätter 108 verändert werden.
  • Der Turm 200 weist eine Mehrzahl von Turmsegmenten 210 auf, welche aufeinander platziert sind. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung sind die Turmsegmente 210 als Betonfertigteilsegmente ausgestaltet. Diese Segmente können in einer Fabrik gefertigt werden und dann an eine Baustelle transportiert werden. Diese Turmsegmente können beispielsweise mittels einer Innen- oder Außenverspannung miteinander verspannt werden. Der Turm weist ferner ein Turmübergangssegment 300 auf, welches beispielsweise als oberstes Turmsegment vorgesehen werden kann.
  • 2 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Ausschnitts eines Hybrid-Turmübergangssegmentes gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Das Übergangssegment 300 weist einen Stahlabschnitt 310 sowie einen Betonabschnitt 320 auf. Der Stahlabschnitt 310 kann an seinem ersten Ende ein Verbindungsstück 311 mit Löchern 311a aufweisen. An seinem zweiten Ende 312 kann der Stahlabschnitt 310 an seiner Innenseite eine Mehrzahl von Verzahnungselementen 313 aufweisen. Die Verzahnungselemente 313 können als Kopfbolzendübel, als angeschweißte Stahlelemente oder als Schweißwulst ausgestaltet sein. Der Betonabschnitt 320 weist eine umlaufende Konsole 323 auf, in welcher eine Mehrzahl von Löchern 324 vorgesehen ist. Diese Löcher 324 dienen zur Aufnahme von Spanngliedern 325. Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist somit ein Turm mit einer Außerverspannung vorgesehen.
  • 3 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Hybrid-Turmübergangssegmentes gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Das Segment 300 weist einen Stahlabschnitt 310 sowie einen Betonabschnitt 320 auf. Der Stahlabschnitt 310 kann wie in dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben ausgestaltet sein. Damit kann der Stahlabschnitt an seinem ersten Ende ein Verbindungsstück 311 aufweisen. An seinem zweiten Ende 312 kann der Stahlabschnitt 310 an seiner Innenseite eine Mehrzahl von Verzahnungselementen 313 aufweisen.
  • Der Betonabschnitt 320 weist ein erstes Ende 321 und ein zweites Ende 322 auf. In dem Betonabschnitt ist einen Mehrzahl von Durchgangslöchern oder Bohrungen 327 vorgesehen, welche jeweils ein Spannelement aufnehmen können.
  • Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel kann somit ein Turm einer Windenergieanlage mit einer Innenverspannung realisiert werden.
  • Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel kann somit ein Turm einer Windenergieanlage mit einer Außenverspannung realisiert werden.
  • Gemäß der Erfindung wird somit ein Hybrid-Turmübergangssegment vorgesehen, welches einen ersten Abschnitt aus Stahl und einen zweiten Abschnitt aus Beton aufweist. Das Turmübergangssegment wird vorzugsweise in der Fabrik vorgefertigt. Insbesondere weist das Übergangssegment keinen Flansch zwischen dem Beton- und dem Stahlabschnitt auf. Vielmehr ist die Verbindung zwischen dem Stahl und dem Beton durch einen Verbundbau realisiert. Dazu weist der Stahlabschnitt an seiner Innenseite und an seinem zweiten Ende Verzahnungselemente 313 auf.
  • Die Verzahnungselemente 313 gemäß der Erfindung können als Kopfbolzenbügel, als Schweißwulste oder andere Verzahnungselemente wie beispielsweise ein angeschweißter Ring/Stahlelemente ausgestaltet sein. Durch diese Verzahnungselemente kann das effektive Reibverhalten verbessert werden. Ferner kann eine Schubkraftübertragung verbessert werden.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann das Hybrid-Turmübergangssegment auch im Bereich des Fundamentes vorgesehen werden. Hierbei kann beispielsweise eine Schalung für ein Fundament vorgesehen sein. Anschließend kann das Stahlsegment in der Schalung platziert werden und die Schalung kann mit Ortbeton aufgefüllt werden.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Hybrid-Turmübergangssegment konisch ausgestaltet.

Claims (4)

  1. Windenergieanlagen-Turm, mit einer Mehrzahl von Turmsegmenten (210), welche aufeinander platziert sind, und mindestens einem Turmübergangssegment (300), wobei das Turmübergangssegment (300) einen ersten Abschnitt (310) aus Stahl mit einem ersten Ende (321) mit einem ersten Verbindungsstück (311) und einem zweiten Ende (322) mit einer Mehrzahl von Verzahnungselementen (313) sowie einen zweiten Abschnitt (320) aus Beton aufweist, wobei der erste Abschnitt (310) mittels der Verzahnungselemente (313) mit dem zweiten Abschnitt (320) verbunden ist, wobei die Verzahnungselemente (313) durch den Beton des zweiten Abschnitts (320) umgossen sind oder durch eine mörtelartige Masse verbunden sind.
  2. Windenergieanlagen-Turm nach Anspruch 1, wobei der zweite Abschnitt (320) über eine Innenverspannung oder eine Außenverspannung mit der Mehrzahl der Turmsegmente (211) verspannt ist.
  3. Windenergieanlagen-Turmübergangssegment, mit einem ersten Stahlabschnitt (310) mit einem ersten Ende (311) mit einem Verbindungsstück und einem zweiten Ende (312) mit einer Mehrzahl von Verzahnungselementen (313) und einem zweiten Betonabschnitt (320) mit einem ersten Ende (321), wobei das erste Ende (321) Beton aufweist, in welchem die Verzahnungselemente (313) umgegossen sind.
  4. Verfahren zum Erstellen eines Windenergieanlagen-Turms, mit den Schritten Aufstellen einer Mehrzahl von Turmsegmenten (210) und mindestens einem Turmübergangssegment (300), wobei das Turmübergangssegment (300) einen ersten Abschnitt (310) aus Stahl mit einem ersten Ende (321) mit einem ersten Verbindungsstück (311) und einem zweiten Ende (322) mit einer Mehrzahl von Verzahnungselementen (313) sowie einen zweiten Abschnitt (320) aus Beton aufweist, wobei der erste Abschnitt mittels der Verzahnungselemente (313) mit dem zweiten Abschnitt (320) verbunden ist und die Verzahnungselemente (313) durch den Beton des zweiten Abschnitts umgossen sind oder durch eine mörtelartige Masse verbunden sind, wobei das Turmübergangssegment (300) als vorab gefertigtes Segment ausgestaltet ist, Einlassen von Spanngliedern in die Betonsegmente, und Verspannen der Spannglieder und Platzieren einer Turmsektion aus Stahl auf dem Turmübergangssegment (300).
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