DE102021102351A1 - wind turbine - Google Patents
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Abstract
Aufgrund zunehmender Leistungsfähigkeit von Windenergieanlagen (10) werden an Schraubverbindungen (31) ihrer Türme (11) mit einem Fundament (21) hohe Anforderungen gestellt. Problematisch ist auch der Transport größerer Windenergieanlagen (10) zum Aufstellungsort. Deswegen ist man bestrebt, Windenergieanlagen (10) aus möglichst vielen Komponenten zu bilden, die am Errichtungsort der Windenergieanlage (10) zusammenschraubbar sind.Um die vorstehend geschilderten Anforderungen zu erfüllen, sieht es die Erfindung vor, die Turmsäule (12) des Turms (11) an ihrem unteren Ende (15) mit mehreren benachbarten Reihen von Schraubverbindungen (31) mit dem Fundament (12) zu verbinden. Dadurch können Bolzen (40) und Muttern solcher Schraubverbindungen (31) kleiner sein, was ihre Handhabung, insbesondere Vorspannung, erleichert. Weiterhin ist es vorgesehen, den Flansch mit Schraubverbindungen mit dem unteren Ende der Turmsäule (12) zu verbinden. Dadurch können der Flansch und die Turmsäule separat zum Aufstellungsort der Windenergieanlage (10) transportiert werden.Due to the increasing performance of wind turbines (10), high demands are placed on the screw connections (31) of their towers (11) with a foundation (21). The transport of larger wind turbines (10) to the installation site is also problematic. For this reason, the aim is to form wind turbines (10) from as many components as possible, which can be screwed together at the installation site of the wind turbine (10). In order to meet the requirements described above, the invention provides that the tower column (12) of the tower (11 ) at its lower end (15) with several adjacent rows of screw connections (31) to the foundation (12). As a result, bolts (40) and nuts of such screw connections (31) can be smaller, which makes them easier to handle, in particular preload. Furthermore, it is intended to connect the flange to the lower end of the tower column (12) with screw connections. As a result, the flange and the tower column can be transported separately to the installation site of the wind energy installation (10).
Description
Die Erfindung betrifft eine Windenergieanlage gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und des Anspruchs 5.The invention relates to a wind turbine according to the preamble of claim 1 and claim 5.
Windenergieanlagen an Land (Onshore), aber auch auf See (Offshore) verfügen über einen Turm, der mindestens eine Turmsäule aufweist. Bei Türmen mit nur einer Turmsäule bildet allein diese Turmsäule den Turm. Türme von Windenergieanlagen können eine Höhe von über 100 m aufweisen. Türme der derzeit größten Windenergieanlagen an Land weisen derzeit eine Höhe bis zu annähernd 180 m auf. Der Durchmesser solcher Windenergieanlagen am Fuß (unteres Ende) der derzeit größten Windenergieanlage beträgt nahezu 13 m.Wind turbines on land (onshore), but also at sea (offshore) have a tower that has at least one tower column. In the case of towers with only one tower column, this tower column alone forms the tower. Towers of wind turbines can have a height of more than 100 m. Towers of the currently largest wind turbines on land currently have a height of up to almost 180 m. The diameter of such wind turbines at the foot (lower end) of the currently largest wind turbine is almost 13 m.
Eine der großen Herausforderungen bei der Errichtung von Windenergieanlagen, insbesondere sehr großer Windenergieanlagen, besteht in der Gründung bzw. Fundamentierung. Dazu ist eine sämtlichen Anforderungen gerecht werdende und vor allem dauerhafte Verbindung des Turms mit dem Fundament bei Onshore-Windenergieanlagen bzw. einer Gründungsstruktur von Offshore-Windenergieanlagen erforderlich. Üblicherweise werden dazu viele Schraubverbindungen eingesetzt. Bei großen Windenergieanlagen weisen die Schraubverbindungen beispielsweise Bolzendurchmesser auf, die über Durchmesser von durchaus 100 mm verfügen können. Noch größer sind die Muttern solcher Schraubverbindungen. Um solche Schraubverbindungen herstellen und vor allem ausreichend vorspannen zu können, reichen herkömmliche Werkzeuge nicht mehr aus; es werden dazu große schwere maschinenartige Handhabungseinrichtungen benötigt.One of the major challenges in the construction of wind turbines, particularly very large wind turbines, is the foundation. This requires a connection of the tower to the foundation of onshore wind energy installations or to a foundation structure of offshore wind energy installations that meets all requirements and, above all, is permanent. Usually, many screw connections are used for this purpose. In the case of large wind turbines, the screw connections have, for example, bolt diameters that can easily have diameters of 100 mm. The nuts of such screw connections are even larger. In order to be able to produce such screw connections and, above all, to be able to preload them sufficiently, conventional tools are no longer sufficient; it requires large, heavy machine-like handling equipment.
Ein weiteres Problem bei besonders großen Windenergieanlagen besteht im Transport zum Errichtungsort. Deswegen ist man bemüht, vor allem den Turm bzw. die mindestens eine Turmsäule desselben aus einzelnen separaten Bauteilen zu bilden, die erst am Errichtungsort der Windenergieanlagen miteinander verbunden werden und/oder zur Reduzierung des Durchmessers des Turms den Durchmesser der mindestens einen Turmsäule zu verringern bei gleichzeitiger Vergrößerung der Wandstärke. Bei einem verringerten Durchmesser der mindestens einen Turmsäule verringert sich der Platz für Schraubverbindungen zur Verbindung des Turms mit seinem Fundament bzw. seiner Gründungsstruktur. Dadurch sind der Verringerung des Durchmessers der mindestens einen Turmsäule Grenzen gesetzt.Another problem with particularly large wind turbines is transport to the installation site. Efforts are therefore being made to primarily form the tower or the at least one tower column thereof from individual, separate components which are only connected to one another at the erection site of the wind turbines and/or to reduce the diameter of the at least one tower column in order to reduce the diameter of the tower simultaneous increase in wall thickness. With a reduced diameter of the at least one tower column, the space for screw connections for connecting the tower to its foundation or its foundation structure is reduced. This limits the reduction in the diameter of the at least one tower column.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Windenergieanlage zu schaffen, die so ausgebildet ist, dass sie leicht transportierbar und montierbar ist, aber gleichwohl die erforderliche Stabilität gewährleistet.The invention is based on the object of creating a wind energy installation which is designed in such a way that it can be transported and assembled easily, but nevertheless ensures the required stability.
Eine Windenergieanlage zur Lösung der genannten Aufgabe weist die Merkmale des Anspruchs 1 auf. Bei dieser Windenergieanlage ist es vorgesehen, sowohl einen gegenüber einer Außenwandung der Turmsäule nach außen vorstehenden äußeren Abschnitt eines Flansches am unteren Ende der Turmsäule als auch einen gegenüber einer Innenwandung der Turmsäule nach innen vorstehenden inneren Abschnitt des Flansches mit wenigstens zwei Reihen innerer und äußerer Schraubverbindungen zu versehen. Dadurch ist zwar mindestens eine doppelte Anzahl von Schraubverbindungen zur Verbindung des Flansches mit dem unteren Ende, insbesondere einem Fuß, der Turmsäule bzw. des Turms mit dem Fundament oder einer Gründungsstruktur erforderlich; die Schraubverbindungen können aber kleiner sein. Diese kleineren Schraubverbindungen lassen sich entlang der Wandung des unteren Endes der Turmsäule bzw. des Turms gegebenenfalls enger anordnen, indem benachbarte kleinere Schraubverbindungen dichter zusammenliegen als große Schraubverbindungen. Dadurch lassen sich kleinere Durchmesser des Turms und seiner mindestens einen Turmsäule realisieren, als das bei einreihigen Schraubverbindungen möglich wäre. Die vom inneren und äußeren Abschnitt des Flansches den Schraubverbindungen zur Verfügung gestellten Anlageflächen können so wirksamer genutzt werden. Die vielen kleineren Schraubverbindungen lassen sich auch einfacher handhaben und vorspannen. Außerdem bilden sie eine bessere Redundanz als größere Schraubverbindungen, indem das Versagen einer kleineren Schraubverbindung keine so großen Auswirkungen hat wie das Versagen größerer, einreihiger Schraubverbindungen.A wind power plant for solving the stated task has the features of claim 1 . In this wind turbine, it is provided that both an outer section of a flange at the lower end of the tower column that projects outwards relative to an outer wall of the tower column and an inner section of the flange that projects inwards relative to an inner wall of the tower column are provided with at least two rows of inner and outer screw connections Mistake. As a result, at least twice the number of screw connections is required to connect the flange to the lower end, in particular a foot, of the tower column or tower to the foundation or a foundation structure; however, the screw connections can be smaller. These smaller screw connections can optionally be arranged closer together along the wall of the lower end of the tower column or of the tower, in that adjacent smaller screw connections are closer together than large screw connections. This allows the tower and its at least one tower column to have smaller diameters than would be possible with single-row screw connections. The contact surfaces made available to the screw connections by the inner and outer section of the flange can thus be used more effectively. The many smaller screw connections are also easier to handle and preload. They also provide better redundancy than larger bolted joints in that the failure of a smaller bolted joint does not have as large an impact as the failure of larger, single-row bolted joints.
Vorzugsweise sind die einzelnen Reihen der Schraubverbindungen unterschiedlich weit von der Außenwandung und/oder Innenwandung am unteren Ende des Turms bzw. Turmrohrs beabstandet und/oder die Reihen neben der Innen- und Außenwandung unterschiedlich weit von den Wandungen des unteren Endes des Turmrohrs bzw. des Turms beabstandet sind.The individual rows of screw connections are preferably spaced at different distances from the outer wall and/or inner wall at the lower end of the tower or turret and/or the rows next to the inner and outer walls are at different distances from the walls of the lower end of the turret or tower are spaced.
Bevorzugt kann es auch vorgesehen sein, dass die Abstände der Reihen äußerer Schraubverbindungen untereinander und zur Außenwandung des unteren Endes des Turmrohrs bzw. dem Turm den Abständen der Reihen der innerer Schraubverbindungen untereinander und zur Innenwandung des unteren Endes des Turms bzw. des Turmrohrs entsprechen. Dadurch sind die benachbarten Reihen der Schraubverbindungen gleichmäßig über die Breite und/oder Fläche des inneren Abschnitts und auch des äußeren Abschnitts des Flansches verteilt.Preferably, it can also be provided that the distances between the rows of outer screw connections and to the outer wall of the lower end of the turret or the tower correspond to the distances between the rows of inner screw connections and to the inner wall of the lower end of the turret or the turret. As a result, the adjacent rows of screw connections are evenly distributed over the width and/or area of the inner section and also the outer section of the flange.
Eine vorteilhafte Anordnungsmöglichkeit der einzelnen Reihen innerer und äußerer Schraubverbindungen sieht es vor, dass der Abstand benachbarter Reihen innerer und äußerer Schraubverbindungen gleich oder 1,2- bis 1,3-fach so groß ist wie der Abstand der neben der Innen- bzw. Außenwandung am unteren Ende des Turms bzw. Turmrohrs liegenden Reihen innerer bzw. äußerer Schraubverbindungen zur Innen- bzw. Außenwandung. Hierdurch kann eine günstige Lasteinleitung der Schraubenköpfe oder Muttern aller Schraubverbindungen in den Flansch erfolgen und es wird genügend Abstand der Muttern bzw. Schraubenköpfe der benachbart zum Turmrohr liegenden Schraubverbindungen zum Außen- bzw. Innenumfang am unteren Ende des Turmrohrs für Hilfsmittel zum Festziehen und Vorspannen auch der zur Innen- und Außenwandung benachbarten Reihen von Schraubverbindungen geschaffen.An advantageous arrangement option for the individual rows of inner and outer screw connections is that the distance between adjacent rows of inner and outer screw connections is equal to or 1.2 to 1.3 times the distance between the inner and outer walls next to the lower end of the tower or tower tube lying rows of inner or outer screw connections to the inner or outer wall. In this way, a favorable load introduction of the screw heads or nuts of all screw connections into the flange can take place and there is sufficient distance between the nuts or screw heads of the screw connections located adjacent to the tower tube and the outer or inner circumference at the lower end of the tower tube for tools to tighten and pretension the created adjacent rows of screw connections to the inner and outer wall.
Eine weitere zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe dienende Windenergieanlage, bei der es sich aber auch um eine vorteilhafte Weiterbildung der zuvor beschriebenen Windenergieanlage handeln kann, weist die Merkmale des Anspruchs 5 auf. Demnach ist es vorgesehen, den Flansch mit der einzigen Turmsäule des Turms oder mit der jeweiligen Turmsäule des Turms zu verschrauben. Im Gegensatz zu Schweißverbindungen, die üblicherweise am Ort der Herstellung des Turms erstellt werden müssen, kann die Verschraubung des Flansches mit dem Turm und/oder der Turmsäule vor Ort erfolgen, also dort, wo die Windenergieanlage aufgestellt werden soll. Dadurch können der Transport des Flansches und der Turmsäule getrennt erfolgen.A further wind energy installation that serves to solve the task mentioned at the outset, but which can also be an advantageous further development of the wind energy installation described above, has the features of claim 5 . Accordingly, it is intended to screw the flange to the single pillar of the tower or to the respective pillar of the tower. In contrast to welded connections, which usually have to be created at the site where the tower is manufactured, the flange can be screwed to the tower and/or the tower column on site, ie where the wind turbine is to be erected. This means that the flange and the tower column can be transported separately.
Die nachfolgend geschilderten vorteilhaften Ausgestaltungsmöglichkeiten der Windenergieanlage beziehen sich sowohl auf eine solche gemäß dem Anspruch 1 als auch dem Anspruch 5.The advantageous configuration options for the wind energy installation described below relate both to such an installation as claimed in claim 1 and claim 5.
Bevorzugt ist es vorgesehen, dass der Flansch mit dem unteren Ende des Turms bzw. der Turmsäule verbunden ist durch vom unteren Ende des Turms und/oder der Turmsäule in dieselben eingesetzte, vorzugsweise eingeschraubte, Stehbolzen. Diese Stehbolzen ragen nach dem Einsetzen bzw. Einschrauben in das Turmrohr gegenüber dem unteren Ende desselben soweit vor, dass sie sich durch den Flansch hindurch erstrecken und auch gegenüber der Unterseite des Flansches nach unten vorstehen zur Aufnahme jeweils mindestens einer Mutter zum Verschrauben und Vorspannen des Flansches unter dem unteren Ende des Turms bzw. seines mindestens einen Turmrohrs. Eine solche Verbindung mit mehreren über die gesamte Wandung des Turms bzw. der jeweiligen Turmsäule verteilten Stehbolzen und aus denselben gebildeten Schraubverbindungen lässt sich am Ort der Errichtung der Windenergieanlage herstellen. Dabei können gegebenenfalls alle Stehbolzen schon vor dem Transport zum Errichtungsort in das einzige Turmrohr oder mehrere Turmrohre des Turms der Windenergieanlage eingeschraubt oder anderweitig hiermit verbunden werden.Provision is preferably made for the flange to be connected to the lower end of the tower or the tower column by stud bolts which are inserted, preferably screwed, into the lower end of the tower and/or the tower column. After being inserted or screwed into the turret, these studs protrude from the lower end of the same so far that they extend through the flange and also protrude downwards from the underside of the flange to receive at least one nut for screwing and prestressing the flange below the lower end of the tower or its at least one tower tube. Such a connection with a plurality of stud bolts distributed over the entire wall of the tower or the respective tower column and screw connections formed from the same can be established at the site of erection of the wind energy installation. In this case, if necessary, all stud bolts can be screwed into the single tower tube or several tower tubes of the tower of the wind energy installation or otherwise connected thereto before transport to the erection site.
Bevorzugt ist eine Vielzahl von Stehbolzen einreihig über die Stirnfläche am unteren Ende der jeweiligen Turmsäule gleichmäßig verteilt vorgesehen. Dadurch ist die untere Stirnfläche der jeweiligen Turmsäule gleichmäßig durch eine Vielzahl von Schraubverbindungen mit dem Flansch verbindbar. Eine solche Verbindung entspricht hinsichtlich der Belastbarkeit einer Schweißverbindung.A large number of stud bolts are preferably provided in a row, uniformly distributed over the end face at the lower end of the respective tower column. As a result, the lower end face of the respective tower column can be connected to the flange evenly by a large number of screw connections. Such a connection corresponds to a welded connection in terms of load capacity.
Eine vorteilhafte Weiterbildungsmöglichkeit der Windenergieanlage sieht es vor, jeden Stehbolzen durch mindestens eine seinem unteren, freien Ende zugeordnete Mutter vorzuspannen, vorzugsweise vorzudehnen. Das führt zu einer dauerhaft hochfesten und zuverlässigen Verbindung des Flansches mit dem ihm zugeordneten Turmrohr und/oder Turm.An advantageous further development possibility of the wind power installation provides for each stud bolt to be prestressed, preferably prestretched, by at least one nut assigned to its lower, free end. This leads to a permanently high-strength and reliable connection of the flange to the turret and/or turret assigned to it.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Windenergieanlage erstreckt sich jeder Stehbolzen mit einem Großteil seiner Länge in einen von der Stirnfläche am unteren Ende des Turms bzw. der Turmsäule ausgehenden Endbereich der oder jeder Turmsäule hinein. Vorzugsweise erstreckt sich jeder Stehbolzen mit einer solchen Länge in den unteren Endbereich der jeweiligen Turmsäule hinein, die dem 5- bis 15-fachen seiner Dicke, insbesondere seines Durchmessers, entspricht. Auf diese Weise bildet mindestens ein Teil der Länge, womit sich der jeweilige Stehbolzen in den unteren Endbereich der betreffenden Turmsäule hinein erstreckt, einen Vorspann- bzw. Dehnabschnitt des Stehbolzens. In diesem Bereich kann der Stehbolzen zumindest im elastischen Bereich gedehnt werden, um im gewünschten Umfang vorgespannt zu werden.According to a particularly advantageous embodiment of the wind energy installation, each stud bolt extends with a large part of its length into an end area of the or each tower column starting from the end face at the lower end of the tower or the tower column. Each stud bolt preferably extends into the lower end region of the respective tower column with a length which corresponds to 5 to 15 times its thickness, in particular its diameter. In this way, at least part of the length with which the respective stud bolt extends into the lower end region of the relevant tower column forms a pretensioning or expansion section of the stud bolt. In this area, the stud bolt can be stretched, at least in the elastic range, in order to be prestressed to the desired extent.
Eine andere vorteilhafte Möglichkeit zur Weiterbildung der Windenergieanlage sieht es vor, den unteren Endbereich des Turms bzw. der jeweiligen Turmsäule mit einer vom unteren Ende ausgehende Sackbohrung für jeden einzelnen Stehbolzen zu versehen. Diese Sackbohrung verfügt nur in ihrem geschlossenen Endbereich über ein mit dem Außengewinde des jeweiligen Stehbolzens korrespondierendes Innengewinde. Zwischen dem Innengewinde und dem unteren Ende des Turms bzw. der jeweiligen Turmsäule verfügt die Sackbohrung über einen Innendurchmesser, der geringfügig größer ist als der Außendurchmesser des jeweiligen Stehbolzens. Dadurch ist derjenige Teil des jeweiligen Stehbolzens, der sich im gewindefreien Abschnitt der Sackbohrung befindet, in derselben axial frei beweglich, vor allem dehnbar. Es kann so zumindest in diesem Bereich der Stehbolzen beim Vorspannen mindestens elastisch gedehnt werden. Das gewährleistet eine dauerhaft nahezu gleichbleibende Vorspannung jeder Verschraubung des Flansches am unteren Ende des Turms bzw. seiner jeweiligen Turmsäule.Another advantageous option for developing the wind energy installation is to provide the lower end area of the tower or the respective tower column with a blind hole for each individual stud bolt, starting from the lower end. This blind hole has an internal thread that corresponds to the external thread of the respective stud only in its closed end area. Between the internal thread and the lower end of the tower or the respective tower column, the blind hole has an inside diameter that is slightly larger than the outside diameter of the respective stud bolt. As a result, that part of the respective stud bolt which is located in the unthreaded section of the blind bore is freely movable in the axial direction, and above all can be stretched. It may be so at least in this one area of the stud bolts must be stretched at least elastically during pretensioning. This ensures a permanently almost constant preload of each screw connection of the flange at the lower end of the tower or its respective tower column.
Des Weiteren ist es bevorzugt vorgesehen, den Flansch mit einer Höhe zu versehen, die mindestens der doppelten Wandstärke der Wandung der Turmsäule bzw. eines nur eine Turmsäule aufweisenden Turms entspricht. Vorzugsweise verfügt der Flansch über eine Höhe, die dem 2- bis 4-fachen, insbesondere 2,5- bis 3,5-fachen, der Wandstärke des unteren Endbereichs des Turms bzw. der Turmsäule entspricht. Dadurch wird sichergestellt, dass beim Vorspannen der Stehbolzen der Flansch am unteren Endbereich des Turms bzw. der Turmsäule sich nicht verformt und sich idealerweise starr verhält. Vorzugsweise wird so auch gewährleistet, dass sich der Flansch auch bei Belastung des Turms der Windenergieanlage zumindest nicht derart verformt, dass sich die Vorspannung der Stehbolzen signifikant verringert.Furthermore, it is preferably provided to provide the flange with a height that corresponds to at least twice the wall thickness of the wall of the tower column or of a tower having only one tower column. The flange preferably has a height which corresponds to 2 to 4 times, in particular 2.5 to 3.5 times, the wall thickness of the lower end region of the tower or the tower column. This ensures that when the stud bolts are pretensioned, the flange on the lower end area of the tower or the tower column does not deform and ideally behaves rigidly. It is preferably also ensured in this way that the flange is at least not deformed, even when the tower of the wind energy installation is loaded, in such a way that the prestressing of the stud bolts is significantly reduced.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltungsweise der Windenergieanlage ist zwischen dem Flansch und dem Fundament bzw. der Gründungsstruktur ein Lastverteil- bzw. Ausgleichselement, vorzugsweise eine Ausgleichsplatte, angeordnet. Dieses Element bzw. die Platte weisen vorzugsweise eine Breite auf, die der 1,2- bis 2-fache Breite des Flansches entspricht. Vorzugsweise ist das Lastverteil- bzw. Ausgleichselement 0,5- bis 0,9-fach so hoch wie der Flansch. Die Platte bzw. das Element sind mit dem Flansch und auch die mit dem Flansch unter dem Turm bzw. seiner Säule verschraubenden Stehbolzen nicht verbunden. Dadurch brauchen das Element bzw. die Platte nicht die Vorspannkräfte der Stehbolzen aufzunehmen, wodurch sie dünner als der Flansch sein können.In an advantageous embodiment of the wind energy plant, a load distribution or compensation element, preferably a compensation plate, is arranged between the flange and the foundation or foundation structure. This element or the plate preferably has a width which corresponds to 1.2 to 2 times the width of the flange. The load distribution or compensation element is preferably 0.5 to 0.9 times as high as the flange. The plate or element is not connected to the flange, nor are the stud bolts screwed to the flange under the tower or its column. As a result, the element or plate does not have to absorb the preload forces of the studs, which means that they can be thinner than the flange.
Das vorzugsweise plattenförmige Lastverteil- bzw. Ausgleichselement weist eine Freimachung bzw. einen Freiraum für alle unter dem Flansch vorstehenden Endbereiche der Stehbolzen einschließlich mindestens einer darauf aufgeschraubten Mutter auf. Dadurch wird nicht nur Platz für die unteren Enden der Verschraubungen des Flansches mit dem unteren Endbereich des Turms oder seiner jeweiligen Turmsäule geschaffen; das Element bzw. die Platte überbrücken auch den von den Enden der Stehbolzen unter dem Flansch benötigten Raum.The preferably plate-shaped load distribution or compensation element has a clearance or free space for all end regions of the stud bolts protruding below the flange, including at least one nut screwed onto it. This not only creates space for the lower ends of the screw connections of the flange to the lower end area of the tower or its respective tower column; the element or plate also bridges the space required by the ends of the studs under the flange.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Windenergieanlage sind der Turm bzw. seine mindestens eine Turmsäule wenigstens im unteren Endbereich als ein zylindrisches Rohr mit einer kreisringförmigen Stirnfläche am unteren Ende des Rohrs ausgebildet. Das Rohr kann sich gegebenenfalls in Richtung zum oberen Ende des Turms bzw. der Turmsäule verjüngen. Bei einem solchen Turm bzw. einer solchen Turmsäule ist es vorgesehen, die einzelnen Reihen von Schraubverbindungen gleichmäßig auf Teilkreise unterschiedlicher Durchmesser anzuordnen und/oder zu verteilen. Diese Teilkreise befinden sich bevorzugt auf dem äußeren und/oder inneren Abschnitt des Flansches am unteren Ende des Turms bzw. der Turmsäule. Die Teilkreise umgeben das untere Ende des zylindrischen oder gegebenenfalls leicht konischen Rohrs des Turms und/oder der Turmsäule von innen und außen konzentrisch. Die Mitten sämtlicher Teilkreise liegen auf einem Mittelpunkt der unteren Stirnfläche des Turms und/oder der Turmsäule. Die Mittelpunkte der Schraubverbindungen der unterschiedlichen Reihen liegen dann auf den konzentrisch zum Mittelpunkt der Säule und vorzugsweise auch zum Mittelpunkt des Flansches verlaufenden mindestens vier Teilkreisen unterschiedlicher Durchmesser. Es entstehen so außen um die Wandung und um das Innere derselben herum mindestens zwei unterschiedliche Durchmesser aufweisende Ränge für eine Vielzahl von Schraubverbindungen, wobei bevorzugt jeder dieser Ringe eine gleiche Anzahl von Schraubverbindungen aufweist.According to a preferred embodiment of the wind energy installation, the tower or its at least one tower column is designed, at least in the lower end area, as a cylindrical tube with a circular end face at the lower end of the tube. The tube can optionally taper towards the top of the tower or the tower column. In the case of such a tower or such a tower column, provision is made for the individual rows of screw connections to be arranged and/or distributed uniformly on pitch circles of different diameters. These pitch circles are preferably located on the outer and/or inner section of the flange at the lower end of the tower or the tower column. The partial circles concentrically surround the lower end of the cylindrical or possibly slightly conical tube of the tower and/or the tower column from the inside and outside. The centers of all pitch circles lie on a center point of the lower face of the tower and/or the tower column. The center points of the screw connections of the different rows then lie on the at least four pitch circles of different diameters running concentrically to the center point of the column and preferably also to the center point of the flange. This results in at least two tiers of different diameters for a multiplicity of screw connections on the outside and around the inside of the wall, with each of these rings preferably having the same number of screw connections.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
-
1 eine schematische Seitenansicht einer Windenergieanlage, -
2 eine perspektivische Ansicht einer Schraubverbindung eines unteren Teils eines Turms der in der1 gezeigten Windenergieanlage mit einem nur teilweise dargestellten Fundament, -
3 einen mittigen Vertikalschnitt durch den inder 2 dargestellten unteren Teil der Säule der Windenergieanlage und die Verschraubung desselben mit dem Fundament, -
4 einen Querschnitt IV-IV durch den Turm der Windenergieanlage mit einer Draufsicht auf die Anordnung der Schraubverbindungen, -
5 eine Darstellung gemäß der4 mit einer alternativen Anordnung der Schraubverbindungen, -
6 eine Einzelheit VI aus der3 , -
7 eine Darstellung analog zur6 bei einer Verbindung des Flansches am unteren Ende des Turms mit einer Gründungsstruktur, und -
8 eine Darstellung eines eine separate Erfindung beinhaltenden Ausführungsbeispiels einer geschraubten Verbindung eines unteren Endbereichs des Turms mit einem Flansch.
-
1 a schematic side view of a wind turbine, -
2 a perspective view of a screw connection of a lower part of a tower in the1 shown wind turbine with a foundation that is only partially shown, -
3 a central vertical section through the in the2 illustrated lower part of the column of the wind turbine and the screwing of the same to the foundation, -
4 a cross section IV-IV through the tower of the wind turbine with a plan view of the arrangement of the screw connections, -
5 a representation according to the4 with an alternative arrangement of the screw connections, -
6 a detail VI from the3 , -
7 a representation analogous to6 at a connection of the flange at the bottom of the tower to a foundation structure, and -
8th a representation of a separate invention containing embodiment of a bolted connection of a lower end portion of the tower with a flange.
In der
Die in der
Am oberen freien Ende des Turms 11 bzw. der Turmsäule 12 ist ein Kopf drehhbar gelagert. Der Kopf verfügt über einen Rotor 13, der im gezeigten Ausführungsbeispiel drei identische Rotorblätter 14 aufweist.A head is rotatably mounted at the upper free end of the
Der Turm 11 der in der
Der Turm 11 bzw. die diesen bildende einzige Turmsäule 12 ist aus einem länglichen Rohr oder längs des Turms aufeinanderfolgende und miteinander verbundene Rohrabschnitte gebildet. Das Rohr des Turms 11 besteht aus einem metallischen Material, insbesondere Stahl, oder ist als Hybridrohr aus verschiedenen Materialien, vorzugsweise Stahl und Beton, gebildet. Es sind aber andere geeignete Materialien zur Bildung des Turms 11 bzw. der Turmsäule 12 denkbar.The
Ein von einer kreisringförmigen Stirnfläche gebildetes unteres Ende 15 der rohrartigen Turmsäule 12 ist mit einem Flansch 16 verbunden. Diese Verbindung erfolgt gemäß dem Ausführungsbeispiel der
Unter dem Flansch 16 befindet sich ein Lastverteilelement 19. Dieses ruht in den Darstellungen der
Der Flansch 16 ist korrespondierend zum Querschnitt des Turms 11 bzw. der Turmsäule 12 ausgebildet. Beim in den Figuren gezeigten rohrförmigen Turm 11 bzw. rohrförmigen Turmsäule 12 ist der Flansch 16 als ein Kreisring ausgebildet. Der in der
Der horizontale Basisabschnitt 24 des Flansches 16 verfügt über einen äußeren Abschnitt 25 und einen inneren Abschnitt 26. Der äußere Abschnitt 25 ragt außen gegenüber einer Außenwandung 27 des Turms 11 und der einzigen Turmsäule 12 desselben vor. Demgegenüber ragt der innere Abschnitt 26 gegenüber einer Innenwandung 28 des Rohrs zur Bildung des Turms 11 und der Turmsäule 12 vor. Dadurch weist der äußere Abschnitt 25 an seiner Oberseite eine äußere Kreisringfläche 29 auf. Ebenso ist auf der Oberseite des inneren Abschnitts 26 eine innere Kreisringfläche 30 gebildet. Beide Kreisringflächen 29 und 30 liegen in einer gemeinsamen horizontalen Ebene und weisen eine gleiche Breite auf. Die Differenz der Radien zwischen dem Außenrand und dem Innenrand der äußeren Kreisringfläche 29 und dem äußeren Rand und dem inneren Rand der inneren Kreisringfläche 30 sind demzufolge gleich groß.The
Der Flansch 16 verfügt über eine Dicke bzw. Höhe, die ihn nahezu starr und unverformbar macht. Mindestens entspricht die Höhe bzw. Dicke des horizontalen Basisabschnitts 24 des Flansches 16 der doppelten Wandstärke der Rohrwandung zur Bildung der einzigen Turmsäule 12 des Turms 11. Vorzugsweise entspricht die Höhe bzw. Dicke des Basisabschnitts 24 des Flansches 16 der 2,2- bis 2,8-fachen Wandstärke des Rohrs des Turms 11, insbesondere seiner Turmsäule 12.The
Das unter dem Flansch 16 angeordnete Lastverteilelement 19 ist ebenfalls kreisringförmig ausgebildet, verfügt aber über einen Querschnitt, der von demjenigen des Basisabschnitts 24 des Flansches 16 abweicht. Der Querschnitt des Lastverteilelements 19 ist so gewählt, dass das Lastverteilelement 19 breiter als der Flansch 16 ist, aber eine geringere Höhe bzw. Dicke aufweist. So ist das Lastverteilelement 19 bei der gezeigten Windenergieanlage 10 ungefähr 1,2- bis 1,6-fach so breit, aber nur 0,5- bis 0,8-fach so hoch wie der Flansch 16.The
Der Turm 11 ist mit dem am unteren Ende 15 seiner Turmsäule 12 fest verbundenen Flansch 16 im gezeigten Ausführungsbeispiel über insgesamt vier Reihen aus jeweils einer Mehrzahl vorzugsweise gleicher Schraubverbindungen 31 mit dem Fundament 21 bzw. der Gründungsstruktur 22 verbunden. Aus den
Bei der in den Figuren dargestellten Windenergieanlage befinden sich auf jedem Teilkreis 32 bis 35 beispielsweise 128 gleiche Schraubverbindungen 31. Hierauf ist die Erfindung aber nicht beschränkt. Je nach Größe der Windenergieanlage 10 kann jeder Teilkreis 32 bis 35 eine größere oder auch geringere Anzahl gleicher Schraubverbindungen 31 aufweisen.In the wind power installation shown in the figures, there are, for example, 128
Gemäß der Darstellung in der
Beim Ausführungsbeispiel der
Jeder der gleich ausgebildeten Schraubverbindungen 31 verfügt über einen langen, stangenartigen Bolzen 40. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind gegenüberliegende Enden jedes Bolzens 40 mit Außengewinden 41 versehen. Es kann aber auch jeder Bolzen 40 ein durchgehendes Außengewinde auf seiner gesamten Länge aufweisen. Solche Bolzen 40 sind dann als Gewindestangen ausgebildet.Each of the identically designed
Die Abstände der Schraubverbindungen 31 auf benachbarten äußeren Teilkreisen 32 und 33 sowie auf benachbarten inneren Teilkreisen 34 und 35 betragen vorzugsweise das 2-bis 2,5-fache des Durchmessers des Bolzens 40 der jeweiligen Schraubverbindung 31. Dadurch wird unter anderem genügend Platz zum Aufschrauben von Muttern 42 auf die Außengewinde 41 der Bolzen 40 geschaffen. Außerdem führt das auch zu einer geringstmöglichen Schwächung des Flansches 16 durch die darin für die Bolzen 40 erforderlichen Durchgangsbohrungen. Hingegen kann der Abstand des Teilkreises 33 gegenüber der Außenwandung 27 der Turmsäule 12 und des Teilkreises 34 neben der Innenwandung 28 der Turmsäule 12 kleiner sein als die Abstände der Teilkreise 32 und 33 bzw. 34 und 35 untereinander. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die jeweils gleichen Abstände zwischen dem inneren Teilkreis 33 und der Außenwandung 27 sowie dem äußeren Teilkreis 34 und der Innenwandung 28 nur 1,5- bis 2-fach so groß wie der Durchmesser des Bolzens 40 der jeweiligen Schraubverbindung 31, insbesondere 1,6- bis 1,8-fach so groß.The distances between the
Gemäß dem Ausführungsbeispiel der
Es ist eine alternative Möglichkeit zur Einbettung der Bolzen 40 in das Fundament 21 aus Beton möglich, bei der die Ringscheibe 40 nicht im Fundament 21 eingebettet ist, sondern unter der Unterseite des Fundaments 21 anliegt. Dann stehen die Enden der Bolzen 40 unten aus dem Fundament 21 heraus, ebenso wie jeweils mindestens eine auf das Außengewinde 41 am unteren Endes des jeweiligen Bolzens 40 aufgeschraubte Mutter.An alternative possibility for embedding the
Denkbar ist es auch, die unteren Enden der Bolzen 40 mit keinem Außengewinde 41 zu versehen, sondern fest durch zum Beispiel Schweißen mit der Ringscheibe 44 im Betonfundament 21 oder unter demselben zu verbinden.It is also conceivable not to provide the lower ends of the
Nachdem der Beton des Fundaments 21 mit den darin eingebetteten Bolzen 40 der Schraubverbindung 31 und der Ringscheibe 44 ausgehärtet ist, wird der Turm 11 mit dem darunter befestigten Flansch 16 auf das vorher auf die Oberseite 20 des Fundaments 21 aufgesetzte Lastverteilelement 19 aufgesetzt und dabei die aus dem Fundament 21 nach oben herausragenden Bolzen 40 aller Schraubverbindungen 31 durch das Lastverteilelement 19 und die den Bolzen 40 Spiel lassenden Durchgangsbohrungen 43 im Flansch 16 hindurchgesteckt. Auf die oben aus der äußeren Kreisringfläche 29 und der inneren Kreisringfläche 30 herausragenden Außengewinde 41 an den oberen Enden der Bolzen 40 werden nach einem gegebenenfalls vorher erfolgten Aufsetzen von Unterlegscheiben die Muttern 42 aufgeschraubt, und zwar zumindest jeweils eine Mutter 42. Die Muttern 42 werden dann so weit angezogen, dass die Bolzen 40 vorgespannt und dabei vorzugsweise im elastischen Bereich gedehnt werden. Gegebenenfalls kann dann die Mutter 42 auf dem jeweiligen Bolzen 40 durch geeignete Mittel gesichert werden, beispielsweise durch Kontern mit einer zweiten Mutter. Danach sind die Schraubverbindungen 31 zur Verbindung der Windenergieanlage 10 mit dem Fundament 21 hergestellt.After the concrete of the
Die
Die Verbindung der Windenergieanlage mit der Gründungsstruktur 22 erfolgt so wie in den
Die
Bei der nachfolgenden Erläuterung dieser Weiterbildung bzw. eigenständigen Erfindung werden für solche Teile, die mit den
Bei der Windenergieanlage 10 der
Der Flansch 49 ist aufgrund der innenseitigen und außenseitigen Doppelreihigkeit der Schraubverbindungen 31 wie der Basisabschnitt 24 des Flansches 16 gemäß den
Das untere Ende 15 der Turmsäule 12 ist mit dem Flansch 49 durch eine Vielzahl von Schraubverbindungen 51 verschraubt. Diese Verschraubung erfolgt aber nur einreihig, indem alle Schraubverbindungen auf einem einzigen Teilkreis durch die Mitte einer Wandung 53 des Turms 11 bzw. seines Turmrohrs 12 verlaufen. Jede Schraubverbindung 51 verfügt über einen länglichen Stehbolzen 52, der sich mit einem Großteil seiner Länge in einem vom stirnseitigen unteren Ende 15 ausgehenden Endbereich der Wandung 53 der einzigen Turmsäule 12 des Turms 11 erstreckt. Der Durchmesser des Stehbolzens 52 entspricht etwa einem Viertel bis der Hälfte der Stärke bzw. Dicke der Wandung 53.The
Der in der
Ein aus dem unteren Ende 15 der Turmsäule 12 herausragender Endabschnitt des Stehbolzens 52 jeder Schraubverbindung 51 ist durch eine Durchgangsbohrung 57 im Flansch 49 hindurchgeführt. Die Länge des Stehbolzens 52 ist so bemessen, dass sich der jeweilige Stehbolzen durch den Flansch 49 vollständig hindurcherstreckt und unten aus dem Flansch 49 mit einem Teil seines unteren Außengewindes 54 herausragt. Von unten wird auf diesen vorstehenden Teil des Außengewindes 54 des Stehbolzens 52 mindestens eine Mutter 58 aufgeschraubt. Gegebenenfalls ist zwischen der Unterseite des Flansches 49 und der Mutter 58 wenigstens eine Unterlegscheibe angeordnet.An end section of the
Um einen Freiraum 59 für jeden unten aus dem Flansch 49 herausragenden Teil einer jeden Schraubverbindung 51 zu schaffen, ist in der Zwischenplatte 50 eine Durchgangsbohrung 60 angeordnet. Durch einen entsprechenden Durchmesser dieser Durchgangsbohrung 60 und eine entsprechende Dicke der Zwischenplatte 50 wird ein ausreichender Platz für den unten aus dem Flansch 49 herausragenden Bereich jeder Schraubverbindung 51 geschaffen, der so groß ist, dass mindestens eine Mutter 58 im Freiraum 59 Aufnahme findet und auch noch ein Hilfsmittel zum Anziehen der Mutter 58 auf dieselbe aufsetzbar ist.In order to create a free space 59 for each part of each
Die Verschraubung des Flansches 49 mit dem unteren Ende 15 der einzigen Turmsäule 12 des Turms 11 erfolgt erst am Aufstellungsort der Windenergieanlage 10. Dazu werden am Aufstellungsort alle Stehbolzen 52 am unteren Ende 15 des Turms 11 und/oder seiner Turmsäule 12 in eine ihnen zugeordnete Sackbohrung 55 gesteckt und in das Innengewinde 56 am unteren Ende der jeweiligen Sackbohrung 55 eingeschraubt. Anschließend wird der Flansch 49 auf die aus dem unteren Ende 15 der Turmsäule 12 herausragenden Enden der in die Turmsäule 12 eingeschraubten Stehbolzen 52 aufgeschoben. Danach wird durch Aufdrehen der Muttern 58 auf die unteren Außengewinde 54 der unten aus dem Flansch 59 herausstehenden Endbereiche der Stehbolzen 12 der Flansch 49 mit dem unteren Ende 15 der Turmsäule 12 verschraubt. Anschließend wird jede Schraubverbindung 51 vorgespannt und dabei zumindest der im gewindefreien Bereich der Durchgangsbohrung 57 sich befindende Abschnitt jedes Stehbolzens 52 vorgestreckt.The flange 49 is only screwed to the
Nach erfolgter Verschraubung des Flansches 49 mit dem unteren Ende 15 der Turmsäule 12 des Turms 11 wird der Turm 11 mit dem darunter verschraubten Flansch 49 - genauso wie zuvor im Ausführungsbeispiel der
Denkbar ist es, beim mit dem unteren Ende 15 der Turmsäule 12 verschraubten Flansch 49 die Verschraubung des Flansches 49 mit dem Fundament 21 bzw. der Gründungsstruktur 22 nicht innen und außen doppelreihig, sondern innen und außen nur einreihig vorzunehmen, und zwar analog zur einreihigen Verschraubung der Turmsäule 12 mit dem Flansch 49.It is conceivable, when the flange 49 is screwed to the
BezugszeichenlisteReference List
- 1010
- Windenergieanlagewind turbine
- 1111
- TurmTower
- 1212
- Turmsäuletower column
- 1313
- Rotorrotor
- 1414
- Rotorblattrotor blade
- 1515
- unteres Endelower end
- 1616
- Flanschflange
- 1717
- SchweißnahtWeld
- 1818
- SchweißnahtWeld
- 1919
- Lastverteilelementload distribution element
- 2020
- Oberseitetop
- 2121
- Fundamentfoundation
- 2222
- Gründungsstrukturfounding structure
- 2323
- vertikaler Abschnittvertical section
- 2424
- Basisabschnittbase section
- 2525
- äußerer Abschnittouter section
- 2626
- innerer Abschnittinner section
- 2727
- Außenwandungouter wall
- 2828
- Innenwandunginner wall
- 2929
- äußere Kreisringflächeouter circular surface
- 3030
- innere Kreisringflächeinner circular surface
- 3131
- Schraubverbindungscrew connection
- 3232
- Teilkreispitch circle
- 3333
- Teilkreispitch circle
- 3434
- Teilkreispitch circle
- 3535
- Teilkreispitch circle
- 3636
- MittelpunktFocus
- 3737
- radiale Linieradial line
- 3838
- radiale Linieradial line
- 3939
- radiale Linieradial line
- 4040
- Bolzenbolt
- 4141
- Außengewindeexternal thread
- 4242
- Muttermother
- 4343
- Durchgangsbohrungthrough hole
- 4444
- Ringscheibering washer
- 4545
- Bolzenbolt
- 4646
- Flanschflange
- 4747
- Strukturelementstructural element
- 4848
- Schraubverbindungscrew connection
- 4949
- Flanschflange
- 5050
- Zwischenplatteintermediate plate
- 5151
- Schraubverbindungscrew connection
- 5252
- Stehbolzenstuds
- 5353
- Wandungwall
- 5454
- Außengewindeexternal thread
- 5555
- Sackbohrungblind hole
- 5656
- Innengewindeinner thread
- 5757
- Durchgangsbohrungthrough hole
- 5858
- Muttermother
- 5959
- Freiraumfree space
- 6060
- Durchgangsbohrungthrough hole
- 6161
- Spaltraumgap space
Claims (13)
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102020130793 | 2020-11-20 | ||
DE102020130793.4 | 2020-11-20 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102021102351A1 true DE102021102351A1 (en) | 2022-05-25 |
Family
ID=81453224
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102021102351.3A Pending DE102021102351A1 (en) | 2020-11-20 | 2021-02-02 | wind turbine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102021102351A1 (en) |
-
2021
- 2021-02-02 DE DE102021102351.3A patent/DE102021102351A1/en active Pending
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: JOERSS-BLUNCK-ORDEMANN GMBH, DE Free format text: FORMER OWNER: OWT OFFSHORE WIND TECHNOLOGIE GMBH, 26789 LEER, DE |