DE102021100799A1

DE102021100799A1 - Turm für eine Windenergieanlage sowie Adapter

Info

Publication number: DE102021100799A1
Application number: DE102021100799.2A
Authority: DE
Inventors: gleich Anmelder Erfinder
Original assignee: Individual
Current assignee: Hermann Theresa De; Kelemen Alexander De
Priority date: 2021-01-15
Filing date: 2021-01-15
Publication date: 2022-07-21
Anticipated expiration: 2041-01-16
Also published as: DE102021100799B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Turm für eine Windenergieanlage, wobei der Turm ein Jacket mit zumindest drei Beinen,einen Rohrturm, der oberhalb des Jackets angeordnet ist, undeinen Adapter, der zwischen Jacket und Rohrturm angeordnet ist und beide miteinander verbindet, aufweist, wobei der Adapter zumindest teilweise aus Beton besteht.

Description

Die Erfindung betrifft einen Turm für eine Windenergieanlage, wobei der Turm ein Jacket, welches zumindest drei Beine aufweist, einen Rohrturm, der oberhalb des Jackets angeordnet ist, und einen Adapter, der zwischen Jacket und Rohrturm angeordnet ist und beide miteinander verbindet, aufweist.
Windenenergieanlagen werden seit langem zur Stromgewinnung eingesetzt. Die häufigste Bauform, auf die sich die Erfindung insbesondere bezieht, ist die sogenannte horizontale Windenergieanlage. Diese weist eine im Wesentlichen horizontale Drehachse des Rotors auf. Der Rotor, der eine Nabe und üblicherweise drei Rotorblätter aufweist, ist an einer Rotorwelle gelagert, die sich teilweise in einem Maschinenhaus, auch Gondel genannt, im montierten Zustand an der Spitze des Turms befindet.
Im allgemeinen Sprachgebrauch wird der gesamte Turm mit der sich darauf befindlichen Gondel als Windenergieanlage bezeichnet. Im Fachjargon ist es jedoch üblich, dass die Gondel mit den daran und darin befindlichen Bauteilen als Windenergieanlage verstanden wird, die auf einem, dafür vorgesehenen Turm aufgesetzt ist. Dies ist auch das dieser Anmeldung zugrundeliegende Verständnis dieses Begriffs. Ein Turm für eine Windenergieanlage ist demnach ein Turm, der dafür geeignet und insbesondere dafür vorgesehen ist, dass eine Windenergieanlage auf ihn aufgesetzt wird oder ist. Dies bedeutet insbesondere, dass er praktisch zur Aufnahme der beim Betrieb der Windenergieanlage auftretenden Einwirkungen geeignet sein muss. Bevorzugt ist der Turm zur Aufnahme einer horizontalen Windenergieanlage mit einer Nennleistung von zumindest 500 kW, weiter bevorzugt zumindest 1 MW, insbesondere zumindest 3 MW geeignet.
Eine übliche Bauform eines Turms für eine Windenergieanlage ist ein durchgehender Turm, der beispielsweise vollständig aus Stahl besteht. Daneben gibt es zudem sogenannte Hybridtürme. Hybridtürme zeichnen sich dadurch aus, dass sie entlang ihrer Höhe keinen konstanten Aufbau aufweisen. Sie weisen üblicherweise einen Unterturm, der auf dem Boden errichtet wird und sich bis in eine bestimmte Höhe erstreckt, und einen Oberturm, auf, der oberhalb des Unterturms angeordnet ist, wobei sich beide in bestimmten Eigenschaften unterscheiden. Dass ein Turm auf dem oder einem Boden errichtet ist oder sich befindet bedeutet selbstverständlich, dass er auf einem auf und/oder in dem Boden gegründeten Fundament steht.
Bei klassischen Hybridtürmen unterscheidet sich das Material oder die Materialart des Unterturms von dem Material oder der Materialart des Oberturms. So wird beispielsweise ein Unterturm aus Beton verwendet, auf den dann ein Oberturm aus Metall, beispielswiese ein Stahlrohrturm, aufgesetzt wird. Der Unterturm besteht üblicherweise aus mehreren aufeinander angeordneten Segmenten. Diese weisen eine zylinderförmige oder, da der Turm sich meistens nach oben hin verjüngt, eine kegelstumpfförmige Gestalt auf. Der Oberturm besteht ebenfalls aus mehreren solchen Segmenten, jedoch aus einem anderen Material oder einer anderen Materialart. Um Oberturm und Unterturm zu verbinden, wird üblicherweise ein Adapter eingesetzt, der zwischen dem Ober- und dem Unterturm angeordnet ist.
Daneben gibt es auch Hybridtürme, bei dem Unter- und Oberturm grundsätzlich aus dem gleichen Material oder der gleichen Materialart bestehen, beispielswiese aus Metall. Bei diesen unterscheiden sich Oberturm und Unterturm in ihrer Konstruktionsart. Auf einen solchen Turm bezieht sich die Erfindung insbesondere.
Das Jacket bildet dann mit seiner mehrbeinigen Konstruktion den Unterturm und der Rohrturm den Oberturm. Sowohl das Jacket als auch der Rohrturm sind bevorzugt aus Metall, insbesondere Stahl gebildet. Die Beine des Jackets weisen bevorzugt jeweils eine eigene Gründung, insbesondere ein eigenes Fundament auf. Es ist jedoch alternativ ebenfalls möglich und in bestimmten Ausführungsformen vorteilhaft, dass mehrere, insbesondere alle, Beine des Jackets dasselbe Fundament verwenden. Dies kann beispielsweise dann sinnvoll sein, wenn im Rahmen des Repowerings ein bestehendes Fundament nicht abgebrochen, sondern weiterverwendet werden soll.
Zwischen Jacket und Rohrturm befindet sich ein Adapter, der beide miteinander verbindet. Es ist Aufgabe des Adapters, die auf den Rohrturm wirkenden Kräfte auf das Jacket zu übertragen. Gleichzeitig übt auch der Rohrturm aufgrund seines Eigengewichts eine Kraft aus, die ebenfalls auf das Jacket übertragen und von diesem abgeleitet werden muss. Die Herausforderung liegt darin, die auf den üblicherweise im Querschnitt runden Rohrturm einwirkenden Kräfte auf die mehreren Beine des Jackets aufzuteilen und zu übertragen. Die Beine des Jackets sind bevorzugt rohrförmig ausgebildet. Dies bedeutet nicht zwingend, dass sie einen kreisrunden Querschnitt aufweisen, was jedoch bevorzugt ist.
Für diese Übertragung werden bei herkömmlichen Türmen komplizierte Stahladapter verwendet. Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen einfacheren Adapter vorzuschlagen, der dennoch in der Lage ist, die im Betrieb einer auf dem Turm befindlichen Windenergieanlage auftretenden Einwirkungen sicher aufzunehmen und auf die Beine des Jackets zu übertragen.
Die Erfindung löst die Aufgabe durch einen Adapter, der zumindest teilweise aus Beton besteht.
Der Anmelder hat überraschend herausgefunden, dass ein zumindest teilweise aus Beton bestehender Adapter zur Verbindung des bevorzugt aus Metall bestehenden Jackets und des bevorzugt aus Metall bestehenden Rohrturms in besonderem Maße geeignet ist. So ist er nicht nur in der Lage, die auftretenden Einwirkungen betriebssicher aufzunehmen und auf das Jacket zu übertragen, sondern als Betonbauteil auch insbesondere einfach in den erforderlichen Dimensionen zu fertigen. Es ist selbstverständlich, dass der Adapter, obwohl stets nur von dem Adapter gesprochen wird, mehrteilig aufgebaut sein kann.
Der Adapter kann im einfachsten Fall der Erfindung als ein im Wesentlichen quaderförmiges Bauteil verstanden werden. Natürlich können die Ecken und/oder Kanten des im Wesentlichen quaderförmigen Adapters abgerundet oder angefast sein.
Der Adapter besteht bevorzugt zumindest zu 50 %, besonders bevorzugt zu zumindest 75 %, insbesondere zu zumindest 90 % seines Volumens und/oder Gewichts aus Beton. Bevorzugt besteht der Adapter vollständig aus Beton. Dies schließt selbstverständlich nicht aus, dass zusätzlich weitere Bauteile aus anderen Materialien, wie beispielsweise Abdeckungen, Bolzen, Schrauben oder dergleichen vorhanden sind. Dann weist der Adapter einen Betonkörper auf, an dem diese weiteren Bauteile beispielsweise kraft-, form- und/oder stoffschlüssig befestigt sind. Auch schließt es eine vorteilhafterweise vorhandene Bewehrung des Betons nicht aus.
Bevorzugt handelt es sich bei dem Beton um bewehrten Beton, insbesondere um Stahlbeton. Daneben ist es natürlich ebenfalls möglich, alternative Materialien zur Bewehrung zu verwenden, wie beispielsweise textile Fasern, alkaliresistente Glasfasern oder Carbonfasern.
Der Vorteil von bewehrtem Beton liegt unter anderem in seiner verbesserten Fähigkeit zur Aufnahme von Zugkräften. Dadurch dass der Rohrturm auf dem Adapter ruht und der Adapter auf den Beinen des Jackets ruht, wirken bereits durch das Eigengewicht des Rohrturms Druck- und Zugkräfte auf den Adapter. In Abhängigkeit der Dimensionierung von Rohrturm und Jacket wird es daher in bestimmten Ausführungsformen notwendig sein, bewehrten Beton zu verwenden. In anderen Ausführungsformen kann jedoch auch nicht-bewehrter Beton ausreichend sein, was wiederum eine einfachere und kostengünstigere Herstellung des Adapters ermöglicht.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform handelt sich bei dem bewehrten Beton um Spannbeton, der besonders bevorzugt horizontal vorgespannt ist. Es ist möglich, dass die verwendeten Spannelemente, also insbesondere Spanndrähte oder Spannlitzen, im sofortigen Verbund mit dem Beton ausgebildet werden. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn der Adapter im Ganzen vorgefertigt werden soll. Es ist jedoch ebenfalls möglich, dass der Spannbeton im nachträglichen Verbund gebildet wird, wobei die Spannelemente mit Ankerkörpern einbetoniert werden. Dies ist beispielsweise vorteilhaft, wenn der Adapter nur teilweise vorgefertigt wird oder werden kann. Bevorzugt wird der Adapter jedoch teilweise, insbesondere vollständig in situ auf der Baustelle des Turms gegossen, sodass die aufwendige Vorfertigung und der Transport der vorgefertigten Teile entfallen können. Dies ist ein weiterer, möglicher Vorteil eines erfindungsgemäßen Adapters gegenüber den zwingend vorgefertigten Metalladaptern, die herkömmlich verwendet werden.
Ob Beton, bewehrter Beton ohne Vorspannung oder Spannbeton verwendet wird, hängt im Wesentlichen von der benötigten Tragfähigkeit und den im Betrieb aufzunehmenden Einwirkungen ab. Je niedriger diese sind, desto einfacher kann die Betonkonstruktion gewählt werden, um keine Überdimensionierung und damit erhöhte Kosten und erhöhten Aufwand zu verursachen.
Bevorzugt weist der Adapter Ausnehmungen zum Aufnehmen von Endstücken der Beine des Jackets auf.
Dazu weisen die Beine jeweils Endstücke auf, die korrespondierend zu den jeweiligen Ausnehmungen ausgebildet sind. Es ist möglich, dass die Beine direkt so gefertigt sind, dass ein Endbereich des Beins als Endstück fungiert. Dann muss der Adapter nur so auf den Beinen des Jackets positioniert werden, dass die Beine sich in die Ausnehmungen hineinerstrecken. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden die Endstücke zumindest teilweise, insbesondere vollständig durch separate Einfädelungshilfen gebildet, die mit den Beinen verbunden sind oder werden. In diesem Fall ist es so, dass sich das jeweilige Bein nicht vollständig oder überhaupt nicht in die jeweilige Ausnehmung hineinerstreckt, sondern beispielsweise nur außen an dem Adapter anliegt. Die Einfädelungshilfe erstreckt sich dann in die Ausnehmung hinein und wird insbesondere innerhalb der Ausnehmung mit dem Adapter verbunden. In einer weiteren Ausführungsform werden die Einfädelungshilfen nicht mit dem Adapter verbunden und dienen lediglich der vereinfachten Positionierung des Adapters relativ zu den Beinen. Die Verbindung zwischen den Beinen und dem Adapter wird dann anders bereitgestellt, beispielswiese wie im Folgenden beschrieben. Die Einfädelungshilfen selbst bestehen vorzugsweise aus Metall, insbesondere demselben Metall wie die Beine des Jackets.
Bevorzugt weisen die Beine und/oder die Einfädelungshilfe einen Flansch auf, der im montierten Zustand an der Unterseite des Adapters und/oder einem dort angeordneten Anlageelement anliegt. Ein solches Anlageelement, das insbesondere zu dem Flansch korrespondiert, kann beispielswiese eine an dem Betonkörper des Adapters befestigte Metallplatte sein. Auf diese Weise kann eine einfache Verbindung zwischen dem Adapter und den Beinen hergestellt werden, indem der Flansch mit dem Anlageelement, beispielsweise über Bolzen oder Schrauben, verbunden wird.
Die Ausnehmungen sind bevorzugt bereits beim Gießen in den Adapter oder den Betonkörper des Adapters eingebracht. Besonders bevorzugt sind die in den Adapter oder den Betonkörper des Adapters eingebrachten Ausnehmungen teilweise, insbesondere vollständig, ausgekleidet, beispielswiese mit Metallplatten. Dies verringert das Risiko von Beschädigungen an dem Betonkörper beim Zusammenführen von Jacket und Adapter.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ragt der Adapter seitlich über den Rohrturm hinaus, wobei das Jacket derart an dem Adapter angeordnet ist, dass die Beine seitlich versetzt zu dem Rohrturm angeordnet sind.
Der Rohrturm ist bevorzugt mittig auf dem Adapter positioniert. Die Beine des Jackets sind exzentrisch angeordnet, beispielsweise, was einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung entspricht, in den Eckbereichen des Adapters angeordnet. Bevorzugt weist das Jacket dabei, wie auch im Allgemeinen, vier Beine auf. Es hat sich herausgestellt, dass ein Turm mit vier Beinen eine noch größere Stabilität bietet, als eine Anlage mit drei Beinen. Bei Wind aus bestimmten Windrichtungen erweist sich die vierbeinige Konstruktion als noch stabiler, weswegen diese insbesondere bevorzugt wird.
Durch die seitlich versetzte Anordnung der Beine zu dem Rohrturm werden diese - in der Draufsicht - von dem Rohrturm höchstens teilweise, bevorzugt jedoch überhaupt nicht überdeckt. Dadurch kann die Standbreite des Jackets besonders groß gewählt werden und so die Stabilität des Turms erhöht werden. Gleichzeitig ruht jedoch der Rohrturm nicht oberhalb der Beine, sondern lediglich auf einem zwischen den Beinen angeordneten Bereich des Adapters, sodass durch das Eigengewicht des Rohrturms ein Biegemoment und weitere äußere Einwirkungen auf den Adapter ausgeübt werden. Aus diesem Grund erscheint eine solche Konstruktion zunächst kontraintuitiv. Überraschenderweise hat der Anmelder jedoch herausgefunden, dass ein Adapter zumindest teilweise, bevorzugt überwiegend, insbesondere vollständig aus Beton diesem Moment und den Einwirkungen nicht nur betriebssicher standhalten kann, sondern dieses auch effektiv auf die Beine des Jackets überträgt. Bevorzugt ist der Beton zur verbesserten Aufnahme der hierbei auftretenden Zugkräfte bewehrt und gegebenenfalls als Spannbeton ausgebildet.
Bevorzugt ist das Jacket mittels Jacket-Befestigungselementen mit dem Adapter verbunden, wobei sich die Jacket-Befestigungselemente von der Unterseite des Adapters bis zur Oberseite des Adapters durch den Adapter hindurch erstrecken und die Jacket-Befestigungselemente relativ zu dem Adapter festgelegt sind.
Der Adapter weist in dieser Ausführungsform folglich als Durchgangslöcher ausgebildete Ausnehmungen auf, durch die sich die Jacket-Befestigungselemente vollständig hindurcherstrecken. An der Oberseite sind sie dann vorzugsweise über Festlegungsmittel relativ zu dem Adapter festgelegt, sodass eine Relativbewegung entlang der Durchgangslöcher verhindert wird. Dazu weisen die Jacket-Befestigungselemente beispielsweise Außengewinde auf, auf das eine korrespondierende Mutter aufgeschraubt werden kann, sodass im montierten Zustand insbesondere an der Unterseite und der Oberseite des Adapters anliegen.
Bei vollständig durch den Adapter hindurch verlaufenden Jacket-Befestigungselementen werden die, unter anderem infolge des Versatzes von Rohrturm und Beinen entstehenden, Scherkräfte besonders wirksam aufgenommen und in die Beine abgeleitet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Adapter an seiner Oberseite zumindest bereichsweise zu seinen Rändern hin geneigt, wobei insbesondere die Jacket-Befestigungselemente an einem Gegenlagerelement festgelegt sind, das an der geneigten Oberseite anliegt. Dass der Adapter geneigt ist bedeutet, dass er ein Gefälle zu seinen Rändern hin ausbildet. Dieses Gefälle dient beispielsweise dazu, auf den Adapter treffenden Regen von dem Adapter ablaufen zu lassen. Dadurch ist das Risiko von Schäden, wie eindringendem Wasser oder Frostschäden verringert oder sogar vermieden. Die Neigung beträgt bevorzugt wenige Grad gegenüber der Horizontalen, insbesondere weniger als 15°, besonders bevorzugt weniger als 10°, insbesondere etwa 8 °. Natürlich beträgt die Neigung in den geneigten Bereichen stets mehr als 0°.
Gemäß dieser Ausführungsform durchstoßen die Jacket-Befestigungselemente die Oberseite des Adapters bevorzugt in den geneigten Bereichen. In diesem Bereich ist dann bevorzugt ein Gegenlagerelement angeordnet, das zu den Ausnehmungen des Adapters korrespondierende und mit diesen überdeckende Ausnehmungen aufweist.
Durch diese Ausnehmungen durchstoßen die Jacket-Befestigungselemente auch das Gegenlagerelement, durch welches sie vollständig hindurch verlaufen. Oberhalb des Gegenlagerelements sind dann Festlegungsmittel angeordnet, mittels derer die Jacket-Befestigungselemente relativ zu dem Gegenlagerelement festgelegt werden. Durch das Anliegen des Gegenlagerelements an der geneigten Oberseite und dadurch, dass sich die Befestigungselemente durch die Ausnehmungen des Gegenlagerelements hindurch erstrecken, sind diese somit auch relativ zu dem Adapter festgelegt.
Bevorzugt sind die Jacket-Befestigungselemente stab- oder rohrförmig ausgebildet. Die Jacket-Befestigungselemente sind bevorzugt korrespondierend zu den Ausnehmungen in dem Adapter sowie dem bevorzugt vorhandenen Gegenlagerelement ausgebildet, sodass sie insbesondere mit geringem, insbesondere keinem Spiel an der Wandung der Ausnehmungen anliegen.
Das Gegenlagerelement weist bevorzugt an seiner der Oberseite des Adapters zugewandten Unterseite eine zu der Oberseite korrespondierende Neigung auf. Die Oberseite des Gegenlagerelements ist bevorzugt derart ausgebildet, dass sie im an der Oberseite anliegenden Zustand horizontal verläuft. Dadurch können die Jacket-Befestigungselemente, beispielswiese mit Muttern oder dergleichen, besonders einfach und sicher relativ zu dem Gegenlagerelement festgelegt werden. Das Gegenelement dient folglich dazu, in den Bereichen in denen die Beine mit dem Adapter verbunden sind, die Neigung der Adapteroberfläche auszugleichen. Dadurch können die Beine besonders sicher mit dem Adapter verbunden werden. Gleichzeitig ist in allen übrigen Bereichen die Neigung weiterhin zur Abführung von Regen wirksam.
Das Gegenlagerelement ist in manchen Ausführungsformen als separates Bauteil ausgebildet. Bevorzugt besteht es jedoch ebenfalls aus Beton und kann daher auch als Ausgleichsbeton oder Ausgleichsmörtel bezeichnet werden, der auf den Adapter oder den Betonkörper aufgegossen wurde.
Bevorzugt ist der Rohrturm mittels Turm-Befestigungselementen mit dem Adapter verbunden ist, wobei sich die Turm-Befestigungselemente von der Oberseite in Sacklöcher in dem Adapter hineinerstrecken und in diesen relativ zu dem Adapter festgelegt sind. Mit anderen Worten verlaufen die Turm-Befestigungselemente bevorzugt nicht durch den gesamten Adapter hindurch.
Dazu wird der Adapter bevorzugt gegossen und die Turm-Befestigungselemente werden in den Adapter mit eingegossen, sodass diese fest in dem Adapter verankert sind. Bevorzugt sind die Turm-Befestigungselemente stab- oder rohrförmig ausgebildet und weisen insbesondere an ihrem im Adapter liegenden Ende zumindest einen Anker auf, der entweder integraler Bestandteil des Turm-Befestigungselements oder an diesem befestigt ist. Der Anker verhindert eine Bewegung des jeweiligen Turm-Befestigungselements aus dem Adapter heraus. In dieser Ausführungsform ragen die einbetonierten Turm-Befestigungselemente aus dem Adapter heraus. Da die Turm-Befestigungselemente stets aus der Oberseite des Adapters ragen, besteht nur eine geringe Gefahr, dass diese beim Transport oder insbesondere der Lagerung des Adapters auf der Baustelle beschädigt werden. Der Adapter wird üblicherweise mit seiner Unterseite auf dem Boden abgelegt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die Jacket-Befestigungselemente, analog der obigen Ausführungen zu den Turm-Befestigungselementen, in den Adapter einbetoniert und nicht durch diesen durchgängig ausgebildet. Dann ragen die Jacket-Befestigungselemente aus der Unterseite des Adapters heraus. Bevorzugt weist der Adapter dann an seiner Unterseite Vorsprünge auf, die als Einfädelungshilfen für die Beine des Jackets dienen. Diese weisen dann insbesondere zu den Vorsprüngen korrespondierende Ausnehmungen auf. Die Vorsprünge können als separate Bauteile gefertigt und an der Unterseite des Adapters befestigt sein. Bevorzugt bestehen die Vorsprünge aus Beton und wurden insbesondere mit dem Adapter oder dem Adapter des Betonkörpers gegossen. Bevorzugt sind die Vorsprünge derart dimensioniert, dass sie den aus dem Adapter herausragenden Anteil der Jacket-Befestigungselemente überragen. Wenn der Adapter nun mit seiner Unterseite in Richtung Boden abgelegt wird, liegt er auf den Vorsprüngen auf, sodass das Risiko einer Beschädigung der Jacket-Befestigungselemente verringert oder vollständig vermieden wird.
Der Rohrturm besteht, wie bereits eingangs beschrieben, üblicherweise aus mehreren einzelnen Segmenten, die im montierten Zustand den Rohrturm ergeben. Das unterste, direkt auf dem Adapter angeordnete Segment ist dann mittels der Turm-Befestigungselemente direkt mit dem Adapter verbunden und relativ zu diesem festgelegt. Analog gilt dies üblicherweise ebenfalls für die Beine des Jackets, da diese bevorzugt ebenfalls aus mehreren aufeinander angeordneten Segmenten bestehen. Das entlang der Höhe des Turms oberste Segment der Beine ist jeweils mit dem Adapter über die Jacket-Befestigungselemente verbunden. Diese Verbindung wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform bereits am Boden hergestellt, sodass der Adapter mit den daran befindlichen obersten Segmenten der Beine zum Errichten des Turms in die Höhe gehoben wird.
Durch diese Ausführungsform ist es möglich, Schritte, die ansonsten in der Höhe durchgeführt werden müssten, bereits am Boden durchführbar zu machen. Dies vereinfacht die Herstellung des Turms und verringert deren Kosten.
Bevorzugt sind die Beine untereinander über Streben verbunden, insbesondere jedes Bein über die Streben mit genau zwei weiteren Beinen verbunden. Solche Streben dienen der Versteifung des Jackets. Die Beine weisen jeweils eine Länge L auf, entlang derer eine oder mehrere Streben befestigt sind, die dann zu einem anderen Bein verlaufen und mit diesem verbunden sind.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung verlaufen die Streben zumindest über einen Großteil der Länge L, insbesondere vollständig als gekreuzte Streben. Dies bedeutet, dass jeweils mindestens zwei Streben, die zwei Beine miteinander verbinden, sich im Verlauf von dem einen Bein zu dem anderen Bein überkreuzen. Zur weiteren Stabilisierung sind die Beine an den Kreuzungsstellen bevorzugt miteinander verbunden. Ein Großteil der Länge L ist insbesondere mindestens die Hälfte, vorteilhafterweise mindestens ¾, insbesondere mindestens 4/5 der Länge L.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Streben zumindest über den Großteil der Länge L, insbesondere vollständig derart angeordnet, dass sie sich nicht kreuzen. Auf diese Weise kann der höhere konstruktive Aufwand durch sich kreuzende Streben vermieden werden, bei denen insbesondere sehr geringe Fertigungstoleranzen eingehalten werden müssen. Dies liegt daran, dass bei zwei sich kreuzenden Streben insgesamt vier Befestigungspunkten an den Beinen vorhanden sind, zu denen die Streben korrekt orientiert und mit der korrekten Länge ausgebildet sein müssen.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung lässt sich das Jacket zumindest über den Großteil der Länge L zumindest gedanklich in im Wesentlichen K-förmige Bestandteile zerlegen. Dadurch werden nicht nur die bereits beschriebenen Vorteile der einander nicht kreuzenden Streben verwirklicht, sondern zusätzlich erreicht, dass an den Stellen der Beine des Jackets, an denen Streben angeordnet sind, die am jeweiligen Bein angeordneten Streben alle in der gleichen Ebene von dem jeweiligen Bein wegführen. Bei Jackets mit gekreuzten Streben müssen in manchen Bereichen der Beine vier Streben auf sehr geringem Raum am jeweiligen Bein befestigt werden. Dabei verlaufen zwei der Streben zum rechten und zwei der Streben zum linken Nachbarbein des jeweiligen Beins. Lässt sich das Jacket wie in dieser bevorzugten Ausgestaltung beansprucht, zumindest in Gedanken in im Wesentlichen K-förmige Bestandteile zerlegen, tritt dieser Fall nicht ein. An den Stellen der Beine, an denen die Streben angeordnet sind, treffen nur zwei Streben auf das jeweilige Bein, die beide mit dem rechten Nachbarbein oder dem linken Nachbarbein verbunden sind. Auch dadurch wird eine Herstellung und Vorfertigung der Einzelteile für das Jacket deutlich erleichtert und der Aufbau beschleunigt.
Vorteilhafterweise gibt es bei einem derartigen Jacket ausschließlich geneigte Streben. Geneigt bedeutet in diesem Fall, dass sie weder vertikal, also der Schwerkraft folgend, noch horizontal, also senkrecht zu vertikal, angeordnet sind. Dadurch wird eine hohe Verwindungs- und Biegesteifigkeit des Jackets erreicht. Insbesondere weisen alle Streben einen Neigungswinkel von mehr als 50 Grad gegen die Vertikale auf.
Bevorzugt ist zwischen jeweils zwei Streben eine vertikale und/oder eine horizontale Verbindung angeordnet. Dadurch wird die Verwindungssteifigkeit und Stabilität des Jackets weiter erhöht. Die Verbindungen zwischen den einzelnen Streben sind deutlich kürzer als die benötigten Segmente der Beine oder die Länge der Streben, so dass sie deutlich einfacher mit den geringen geforderten Toleranzen herstellbar sind.
Dabei hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die vertikalen und/oder horizontalen Verbindungen in der Mitte der jeweiligen Streben angeordnet sind. Eine in der Mitte der Strebe angeordnete Verbindung befindet sich folglich auf halbem Weg der Strebe von dem einen Bein zum anderen Bein des Jackets.
Sind zwischen allen Streben, die sich zwischen zwei benachbarten Beinen befinden, jeweils vertikale Verbindungen angeordnet, ergibt sich eine vertikale Struktur, die sich nahezu über die Gesamtlänge L der Beine des Jackets erstreckt. Horizontale Verbindungen hingegen, die zwischen einzelnen Streben angeordnet sind, ergeben je nach der Anzahl der Beine des Jackets Polygone, die horizontal angeordnet sind und die Verwindungssteifigkeit des Jackets deutlich erhöhen. Verfügt das Jacket beispielsweise über drei Beine, werden durch horizontale Verbindungen zwischen den einzelnen Streben Dreiecke erzeugt, die neben der Erhöhung der Verwindungssteifigkeit zudem dafür sorgen, dass auch Schwingungen der Streben, die durch die Länge der Streben und die im Vergleich zu den gekreuzten Streben fehlenden Kreuzungspunkte bei der Einwirkung von Wind und insbesondere durch den Betrieb der Windkraftanlage durchaus auftreten können, gedämpft oder gänzlich vermieden werden. Auf diese Weise wird nicht nur die Stabilität des Jackets, sondern auch die Lebensdauer des Jackets erhöht, da die durch die Schwingungen auftretenden mechanischen Belastungen vermieden oder zumindest verringert werden.
Bevorzugt treffen in unterschiedlichen Bereichen der jeweiligen Beine des Jackets jeweils zwei Streben auf das jeweilige Bein, die jedoch immer nur zu einem der benachbarten Beine verlaufen. Sind in einem ersten Bereich die beiden anzuordnenden Streben beispielsweise Verbindungsstreben mit dem rechten Nachbarbein, sind die in sich anschließenden Bereich anzuordnenden Streben Verbindungen zum linken Nachbarbein.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe zudem durch einen Adapter für einen solchen Turm. Alle den Adapter des Turms betreffenden Ausführungen in dieser Anmeldung gelten entsprechend auch als mögliche Ausführungsformen des Adapters als solchem.
Bevorzugt besteht der Adapter aus zumindest zwei separaten Adapter-Bauteilen, die relativ zueinander festgelegt, insbesondere aneinander befestigt sind. Diese Ausführungsform ist insbesondere dann bevorzugt, wenn der Adapter nicht auf der Baustelle des Turms in situ hergestellt wird, sondern vorgefertigt wird. Dann müsste der Adapter als Ganzes über öffentliche Straßen zu der Baustelle transportiert werden. Aufgrund des Gewichts und/oder der Dimensionierung des Adapters dürfte dies üblicherweise an gesetzlichen Vorgaben scheitern. Wenn der Adapter aus zumindest zwei Adapter-Bauteilen besteht, ist es bevorzugt möglich, diese Adapter-Bauteile separat zu der Baustelle zu transportieren, da sie jeweils kleiner und leichter als der gesamte Adapter sind. Bevorzugt sind die Adapter-Bauteile spiegelbildlich zueinander ausgebildet, was insbesondere die Fertigung vereinfacht.
Es ist möglich und in bestimmten Ausführungsformen vorteilhaft, wenn mehr als zwei Adapter-Bauteile den Adapter bilden. Bevorzugt sind hierbei ganzzahlige Vielfache von Zwei, insbesondere vier oder acht Adapter-Bauteile, da diese insbesondere zumindest teilweise identisch und besonders einfach gefertigt werden können.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Ausschnittdarstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Turms,
2 eine Draufsicht auf eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Turms, und
3 einen Ausschnitt eines Längsschnitts durch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Turms.

1 zeigt einen grob-schematischen Ausschnitt einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Turms 2. Diese weist ein Jacket 4 auf, welches in der vorliegenden Ausführungsform über vier, rohrförmig ausgebildete Beine 6 verfügt. Gemäß alternativer Ausführungsformen sind auch lediglich drei oder aber mehr als vier Beine 6 möglich. Den Beinen ist jeweils ein, in 1 lediglich angedeutetes Fundament 14 zugeordnet.
Die Beine 6 sind untereinander über Streben 8 verbunden. Dabei ist zu erkennen, dass jedes Bein 6 über die Streben 8 mit genau zwei weiteren, benachbarten Beinen 6 verbunden sind. Die Streben 8 sind, was einer bevorzugten Ausführungsform entspricht, derart angeordnet, dass sie sich über die gesamte Länge L der Beine 6 nicht kreuzen. In der hier dargestellten Ausführungsform verlaufen jeweils genau zwei Streben 8 zwischen zwei jeweils benachbarten Beinen 6. Dies ist lediglich schematisch und stellt eine Ausführungsform dar. Bevorzugt verlaufen mehr als zwei Streben 8 zwischen zwei jeweils benachbarten Beinen 6, wobei sich diese bevorzugt alle nicht kreuzen. Es ist zudem zu erkennen, dass die Beine 6 mit den daran angeordneten Streben 8 gedanklich jeweils ein „K“ bilden. Dies stellt ebenfalls eine bevorzugte Ausführungsform dar. Sofern mehr als zwei Streben 8 zwischen den einzelnen Beinen 6 verlaufen, bilden diese bevorzugt mehrere übereinanderliegende Bereiche, die jeweils in ein gedankliches „K“ zerlegt werden können.
In 1 ist zudem ein Rohrturm 10 zu erkennen, der oberhalb des Jackets 4 angeordnet ist. Der Rohrturm 10 ist oben abgeschnitten, da es sich lediglich um einen Ausschnitt handelt. Den nicht dargestellten oberen Abschluss des Rohrturms 10 bildet ein Maschinenhaus, welches auch als Gondel bezeichnet wird, mit dem daran angeordneten Rotor. Diese sind der Einfachheit halber jedoch nicht dargestellt. Der Rohrturm 10 besteht bevorzugt aus mehreren aufeinander angeordneten und miteinander verbundenen Segmenten, die jedoch in der Darstellung nicht erkennbar sind. Vorliegend ist der Rohrturm 10 zylindrisch aufgebaut, also insbesondere aus mehreren zylinderförmigen Segmenten aufgebaut. Es ist jedoch ebenfalls möglich und eine Ausführungsform der Erfindung, dass der Rohrturm 10 sich nach oben leicht verjüngt, beispielsweise konisch verläuft. In diesem Fall sind einige oder alle Segmente des Rohrturms 10 kegelstumpfförmig ausgebildet.
Um den Rohrturm 10 mit dem darunterliegenden Jacket 4, ist ein Adapter 12 nötig. Dieser muss nicht nur die unterschiedlichen Geometrien von Rohrturm 10 und Jacket 4 überbrücken, sondern auch die im Betrieb der auf den Turm aufgesetzten Windenergieanlage vom Rohrturm 10 ausgehenden Einwirkungen in das Jacket 4 überleiten. Dazu zählt natürlich auch das betriebsunabhängige Eigengewicht des Rohrturms 10.
Der Adapter 12 besteht zumindest teilweise aus Beton. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform besteht der Adapter überwiegend aus Beton. Bei dem Beton handelt es sich, bevorzugt in Abhängigkeit der zu erwartenden Einwirkungen, um nichtbewehrten, bewehrten oder aber vorgespannten Beton. Der Adapter ist vorliegend im Wesentlichen quaderförmig ausgebildet, wobei die vertikal verlaufenden Kanten abgerundet sind. Dies ist nicht zwingend erforderlich, jedoch bevorzugt, um Abplatzungen zu vermeiden.
Dazu weist der Adapter 12 bevorzugt einen Betonkörper auf, in oder auf den weiteren Bauteile, die nicht aus Beton bestehen, auf- und/oder eingebracht werden oder sind. So können beispielsweise Befestigungselemente für die Beine 4 und/oder den Rohrturm 10 in den Betonkörper eingebracht werden oder in diesen eingebracht sein. Auch können Schutzverkleidungen zur Verbesserung der Witterungsbeständigkeit auf den Betonkörper aufgebracht oder an diesem Angeordnet sein.
2 zeigt eine Draufsicht auf eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Turms 2 im Querschnitt. Dabei verläuft der Schnitt durch den Rohrturm 10, von dem in 2 lediglich das unterste Segment 16 zu erkennen ist, sodass man auf die Oberseite O des Adapters 12 blickt. Das unterste Segment 16 ist über eine Vielzahl von Turm-Befestigungselemente 18 mit dem darunterliegenden Adapter 12 verbunden und liegt auf einem Anlageelement 36 auf. Dazu weist das Segment 16 eine Wand 20 und einen daran angeordneten, insbesondere einstückig mit der Wand 20 ausgebildeten, nach innen gerichteten Flansch 22 auf. Der Flansch 22 weist eine Vielzahl an, zu den Turm-Befestigungselementen 18 korrespondierenden Ausnehmungen auf, durch die sich die Turm-Befestigungselemente 18 hindurcherstrecken. Die Turm-Befestigungselemente 18 sind beispielsweise stab- oder rohrförmig ausgebildet und weisen bevorzugt ein Gewinde auf, auf das ein korrespondierendes Gegenelement, insbesondere eine Mutter, geschraubt ist. Dadurch sind die Turm-Befestigungselemente 18 relativ zu dem Flansch 22 und damit zu dem gesamten Rohrturm 10 festgelegt. Bevorzugt sind die Turm-Befestigungselemente 16 mit ihrem entgegengesetzten Ende in dem Adapter 12 einbetoniert.
Unterhalb des Adapters 12 sind die vier Beine 6 des Jackets 4 mit gestrichelten Linien angedeutet. Es ist zu erkennen, dass diese seitlich versetzt zu dem Rohrturm 10 angeordnet sind, sodass dieser die Beine 6 nicht überdeckt. Durch diese Ausführungsform ist es insbesondere möglich, eine höhere Standsicherheit des Turms 2, durch die weiter auseinander stehenden Beine 6, zu erreichen. Gleichzeitig ruht der Rohrturm lediglich auf dem Adapter 12 und nicht zumindest teilweise auf den Beinen 6. Überraschend hat der Anmelder herausgefunden, dass ein Adapter 12 zumindest teilweise aus Beton das Eigengewicht des Rohrturms 10 auch dann aufnimmt, wenn die Beine 6 seitlich versetzt zu dem Rohrturm 10 angeordnet sind, sodass sich hierdurch kein Nachteil ergibt.
3 zeigt einen Teil-Längsschnitt durch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Turms 2. Es ist ein Teilausschnitt des Adapters 12, sowie des Rohrturms 10 zu erkennen. Zudem ist ein Bein 6 des Jackets 4 dargestellt.
Der Adapter 12 weist einen Betonkörper 24 auf. Dieser weist Ausnehmungen 26 auf, in die vorliegend Einfädelungshilfen 28 der Beine 6 eingeführt sind, um den Adapter relativ zu den Beinen 6 zu positionieren. Sie dienen dazu, die Montage des Adapters 12 auf den Beinen 6 des Jackets 4 zu erleichtern und bestehen vorzugweise aus Metall. Bevorzugt sind die Ausnehmungen 28 zur Aufnahme der Einfädelungshilfen mit einer Auskleidung 30, beispielswiese aus Metall, versehen, um eine Beschädigung des Betonkörpers 24 beim Aufsetzen des Adapters 12 auf die Beine 6 des Jackets 4 zu vermeiden oder zumindest das Risiko einer solchen Beschädigung zu verringern. Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung sind keine Einfädelungshilfen 28 vorhanden und die Endbereiche der Beine 6 werden selbst in die jeweilige Ausnehmung 26 aufgenommen.
Die Beine 6 weisen jeweils einen Bein-Flansch 32 auf, der an dem Adapter 12 anliegt und mehrere Ausnehmungen aufweist, durch die sich Jacket-Befestigungselemente 34 erstrecken, um den Adapter 12 relativ zu den Beinen 6 und damit dem Jacket 4 festzulegen. Der jeweilige Bein-Flansch 32 ist dabei derart an dem jeweiligen Bein 6 positioniert, dass er in dem Zustand, in dem die jeweilige Einfädelungshilfe28 in der Ausnehmung 26 aufgenommen ist, an dem Adapter 12 anliegt. Mit anderen Worten ist die Position des Bein-Flanschs 32 auf die Abmessungen von Ausnehmung und Einfädelungshilfe 28 abgestimmt. In 3 ist dargestellt, was einer bevorzugten Ausführungsform entspricht, dass der Adapter 12 zu den Bein-Flanschen 32 korrespondierende Anlageelemente 36 aufweist, die vorzugsweise aus Metall bestehen. Diese sind bevorzugt in dafür vorgesehene Aussparungen in dem Betonkörper 24 des Adapters 12 eingesetzt.
Die Jacket-Befestigungselemente 34 sind rohrförmig ausgebildet und erstrecken sich durch den Adapter 12 hindurch. Dazu weist dieser Adapter-Ausnehmungen 38 auf, durch die sich die Jacket-Befestigungselemente 34 von der Unterseite U des Adapters bis zu dessen Oberseite O hindurch erstrecken. Die Jacket-Befestigungselemente 36 weisen an ihren Enden jeweils Muttern 40 auf, mittels derer sie jeweils relativ zum Adapter 12 und zu den Beinen 6 festgelegt werden können. Bevorzugt weisen sie zudem Unterlegelemente, wie beispielsweise Unterlegscheiben auf.
Die Oberseite O des Adapters 12 ist in dem Bereich, in dem sich die Jacket-Befestigungselemente 34 befinden, geneigt, weist also ein leichtes Gefälle zu den Rändern des Adapters 12 auf. Dieses Gefälle beträgt vorliegend etwa 8°. In diesem geneigten Bereich ist ein Gegenlagerelement 42 angeordnet, durch das sich die Jacket-Befestigungselemente 34 hindurch erstrecken. Das Gegenlagerelement 42 liegt mit seiner Unterseite an der Oberseite O des Adapters 12 auf und ist korrespondierend geneigt, sodass seine Oberseite im Wesentlichen parallel zu den nicht geneigten Bereichen der Oberseite O und/oder zur Unterseite U des Adapters und damit im Wesentlichen horizontal verläuft. Hierdurch ist insbesondere gewährleistet, dass die Muttern 40 plan an der jeweiligen Oberfläche anliegen. Bevorzugt ist das Gegenlagerelement integraler Bestandteil des Adapters, wurde also mitgegossen. Gemäß einer alternativen, ebenfalls bevorzugten Ausführungsform, besteht das Gegenlagerelement aus Beton, der nachträglich aufgegossen wurde. Das Gegenlagerelement wird dann auch als Ausgleichsbeton oder Ausgleichsmörtel bezeichnet.
In einer alternativen Ausführungsform, die in den Figuren nicht dargestellt ist, sind die Jacket-Befestigungselemente 34 in den Adapter 12 einbetoniert und verlaufen nicht durch diesen hindurch. In diesem Fall sind bevorzugt sowohl die Turm-Befestigungselemente 18 als auch die Jacket-Befestigungselemente 34 in dem Adapter 12 einbetoniert.
Der Rohrturm 10 ist, wie bereits zu der Ausführungsform in 2 beschrieben, mittels Turm-Befestigungselementen 18 an dem Adapter 12 festgelegt. Hierzu weist der Adapter 12 vorzugsweise ein Anlageelement 36 auf, an dem das unterste Segment 16 des Rohrturms 10 mit seinem Flansch 22 anliegt. Das Anlageelement 36 ist bevorzugt ein einer korrespondierenden Aussparung in dem Betonkörper 24 angeordnet. Die Turm-Befestigungselemente 18, von denen nur eines in 3 dargestellt ist, sind vorliegend in dem Betonkörper einbetoniert und jeweils mittels eines Ankers 44 gegen einer Herausbewegung aus dem Adapter 12 gesichert. Vorzugsweise ist der Anker 44 eine Scheibe, die mittels einer Mutter 40 an dem Turm-Befestigungselement 18 gehalten wird. Dies ist zwar nicht zwingend nötig, da der Anker in dem Adapter 12 einbetoniert ist, aber es ermöglicht, dass als Turm-Befestigungselemente 18 und als Jacket-Befestigungselemente 34 dieselben Bauteile, gegebenenfalls lediglich in unterschiedlichen Längen, verwendet werden können. Dies verringert den Herstellungsaufwand. Relativ zu dem Flansch 22 sind die Turm-Befestigungselemente 18 durch Muttern 40 festgelegt.
Bezugszeichenliste

2: Turm
4: Jacket
6: Bein
8: Strebe
10: Rohrturm
12: Adapter
14: Fundament
16: Unterstes Segment des Rohrturms
18: Turm-Befestigungselemente
20: Wand
22: Flansch
24: Betonkörper
26: Ausnehmungen
28: Einfädelungshilfe
30: Auskleidung
32: Bein-Flansch
34: Jacket-Befestigungselement
36: Anlageelement
38: Adapter-Ausnehmung
40: Mutter
42: Gegenlagerelement
44: Anker
L: Länge
O: Oberseite
U: Unterseite

Claims

Turm (2) für eine Windenergieanlage, wobei der Turm (2) ein Jacket (4) mit zumindest drei Beinen (6), einen Rohrturm (10), der oberhalb des Jackets (4) angeordnet ist, und einen Adapter (12), der zwischen Jacket (4) und Rohrturm (10) angeordnet ist und beide miteinander verbindet, aufweist dadurch gekennzeichnet, dass der Adapter (12) zumindest teilweise aus Beton besteht.
Turm (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Beton um bewehrten Beton, insbesondere um Stahlbeton handelt.
Turm (2) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem bewehrten Beton um Spannbeton handelt.
Turm (2) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Adapter (12) Ausnehmungen (26) zum Aufnehmen von Endstücken der Beine (6) des Jackets (4) aufweist.
Turm (2) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Adapter (12) seitlich über den Rohrturm (10) hinausragt und das Jacket (4) derart an dem Adapter (12) angeordnet ist, dass die Beine (6) seitlich versetzt zu dem Rohrturm (10) angeordnet sind.
Turm (2) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Jacket (4) mittels Jacket-Befestigungselementen (34) mit dem Adapter (12) verbunden ist, wobei sich die Jacket-Befestigungselemente (34) von einer Unterseite (U) des Adapters (12) bis zu einer Oberseite (O) des Adapters (12) durch den Adapter hindurch erstrecken und die Jacket-Befestigungselemente (34) relativ zu dem Adapter (12) festgelegt sind.
Turm (2) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Adapter (12) an seiner Oberseite (O) zumindest bereichsweise zu seinen Rändern hin geneigt ist, wobei insbesondere die Jacket-Befestigungselemente (34) an einem Gegenlagerelement (42) festgelegt sind, das an der geneigten Oberseite (O) anliegt.
Turm (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrturm (10) mittels Turm-Befestigungselementen (18) mit dem Adapter (12) verbunden ist, wobei sich die Turm-Befestigungselemente (18) von der Oberseite (O) in Sacklöcher in dem Adapter (12) hineinerstrecken und in diesen relativ zu dem Adapter (12) festgelegt sind.
Adapter (12) für einen Turm (2) nach einem der voranstehenden Ansprüche.
Adapter (12) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass er aus zumindest zwei separaten Adapter-Bauteilen besteht, die relativ zueinander festgelegt, insbesondere aneinander befestigt sind.