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Die Erfindung betrifft eine Windenergieanlage bei der ein Maschinenhaus mit einem Rotor auf einem Turm montiert ist, der aus mindestens zwei Turmabschnitten zusammengesetzt ist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Aufbauen einer derartigen Windenergieanlage.
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Bei dem verbreitetsten Typ von Windenergieanlagen ist das Maschinenhaus in der Regel an einem oberen Turmende drehbar um eine vertikale Turmachse montiert, um den Rotor, der üblicherweise eine horizontale oder annähernd horizontale Drehachse aufweist, einer Windrichtung nachzuführen. Dabei haben sich 3-blättrige Rotoren als guter Kompromiss zwischen Materialaufwand und effizienter Windausnutzung am Markt etabliert. Eine die Rotorblätter über eine Nabe tragende Rotorwelle wird innerhalb des Maschinenhauses direkt oder indirekt über ein Getriebe mit einem Generator gekoppelt, der die von den Rotorblättern aufgenommene Windenergie in elektrische Energie umsetzt.
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Ökologisch und ökonomisch sind derartige Windenergieanlagen umso effizienter, je größer der Rotordurchmesser und je größer die Nabenhöhe ist, was den Bedarf immer höherer Türme nach sich zieht.
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In einer konventionellen Bauweise wird der Turm aus ring- bzw. hohlzylinderförmigen aufeinandergesetzten Stahlsegmenten aufgebaut. Auf den fertig gestellten Turm wird dann das Maschinenhaus mit montiertem Generator und gegebenenfalls Getriebe mithilfe eines Krans aufgesetzt. Die größten verfügbaren Kräne begrenzen die Höhe eines so gebauten Turms auf eine Höhe von zurzeit etwa 200 m.
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Neben derartigen konventionell aus Stahlsegmenten aufgebauten Türmen sind auch sogenannte Hybridtürme bekannt, bei denen der Turm aus zwei unterschiedlichen Abschnitten besteht, die bevorzugt aus unterschiedlichen Materialien gefertigt sind. Üblicherweise wird ein unterer Turmabschnitt aus Betonsegmenten aufgebaut, wohingegen ein oberer Turmabschnitt in der zuvor beschriebenen Art aus Stahlsegmenten gefertigt ist.
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Ein solcher Hybridturm kann statisch vorteilhaft sein und ist gegenüber reinen Stahltürmen kostengünstiger, wodurch sich größere Turmhöhen leichter realisieren lassen. Die zuvor genannte Limitierung der Turmhöhe aufgrund der beschränkten Höhe verfügbarer Kräne besteht allerdings auch bei diesem Konzept.
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Aus der Druckschrift
DE 10 2017 217 513 A1 ist eine Windenergieanlage bekannt, die einen höhenveränderbaren Turm aufweist. Dieser Turm besteht aus einem stationären Turmabschnitt, der in einer Stahl-Gitterkonstruktion gebaut ist, und einem ausfahrbaren Turmabschnitt in einer Rohrkonstruktion. Der bewegbare Turmabschnitt kann dann nach oben aus dem stationären Turmabschnitt herausgefahren werden. Zu diesem Zweck ist zwischen beiden Türmen eine Hebeplattform ausgebildet, die im stationären Turm angehoben wird und den bewegbaren Turm nach oben anhebt. Der bewegbare Turmabschnitt ist zylinderförmig ausgebildet, weist also einen im Wesentlichen über seine gesamte Längserstreckung gleichbleibenden Querschnitt auf. In der maximal ausgefahrenen Position des bewegbaren Turmabschnitts überlappen sich die beiden Turmabschnitte um einen bestimmten Anteil der Höhe des Turms, um eine ausreichende Seitenstabilität zwischen den beiden Turmabschnitten zu gewährleisten.
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Bei diesem Aufbauprinzip eines teleskopierbaren Turms können das Maschinenhaus aufgesetzt und die Rotorblätter anmontiert werden, wenn der bewegbare Turm noch nicht ausgefahren ist. Jeder der beiden Turmabschnitte kann somit eine Höhe aufweisen, die von den verfügbaren Kränen gerade noch bedient werden kann. Nach dem Ausfahren des bewegbaren Turmabschnitts wird eine Gesamthöhe erzielt, die über der Turmhöhe liegt, die bei nicht teleskopierbaren Türmen erreichbar ist. Aufgrund des auch im ausgefahrenen Zustand des Turms bestehenden vertikalen Überlappbereichs ist eine Verdopplung der Turmhöhe mit diesem Konzept jedoch nicht erzielbar. Zudem ist nachteilig, dass der bewegbare Turmabschnitt zylinderförmig aufgebaut ist, was statisch und bezüglich des Materialverbrauchs gegenüber einem sich nach oben verjüngenden Turm nachteilig ist.
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Auch die Druckschriften
US 2021/0207393 A1 und
EP 3,161,219 B1 zeigten jeweils einen höhenveränderbaren Turm, bei dem Maschinenhaus und Rotor bei einer geringeren Turmhöhe montiert werden, als vom Turm im Betrieb nach seiner Fertigstellung erreicht werden.
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Die Türme werden dabei aus einzelnen zylinderförmigen Segmenten aufgebaut, die jedoch nicht oben aufeinander gestellt werden, sondern von unten nachgeschoben werden. Dazu wird der aus bereits eingesetzten Segmenten bestehende Turm jeweils angehoben, sodass ein weiteres Segment unten hinzugefügt werden kann. Um den Turm in dieser Bauphase zu stützen, er wird zunächst ein Stützturm aufgestellt, der beispielsweise 1/3 der Höhe des späteren Turms aufweist. Dieser Stützturm führt den aus den Segmenten aufgebauten und von unten nachgeschobenen Turm zumindest in seiner Bauphase.
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Nachteilig ist auch hier, dass die entstehenden Türme zylinderförmig sind und sich nicht nach oben verjüngen. Zudem bestehen sie über ihre gesamte Höhe aus dem gleichen Material - beispielsweise aus Stahlsegmenten gemäß der Druckschrift
US 2021/0207393 A1 und aus Betonsegmenten gemäß der Druckschrift
EP 3,161,219 B1 . Die Vorteile eines Hybridturms, der in einem unteren Abschnitt Beton und einem oberen Abschnitt Stahl verwendet, können somit nicht erzielt werden.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Windenergieanlage mit einem während der Bauphase höhenveränderbaren Turm zu beschreiben, der im fertiggestellten Zustand einen nur geringen vertikalen Überlappbereich zwischen verschiedenen Turmabschnitt benötigt und jederzeit, also sowohl während der Aufbauphase, als auch im nachfolgenden Betrieb, sich durch eine hohe Seitenstabilität ausgezeichnet. Weiter soll das Aufbaukonzept den Bau eines Hybridturm ermöglichen, sowie eines Turms, der sich nach oben verjüngt Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Aufbau eines derartigen Turms zu beschreiben.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Aufbau einer Windenergieanlage sowie eine Windkraftanlage mit den jeweiligen Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren weist die folgenden Schritte auf: Es werden ein stationärer Turmabschnitt und ein bewegbarer Turmabschnitt konzentrisch zueinander aufgebaut, wobei der bewegbare Turmabschnitt an einem unteren Ende an einer bodenständigen Hubeinrichtung befestigt ist. Dann wird der bewegbare Turmabschnitts mithilfe der Hubeinrichtung angehoben, wobei er in einem oberen Abschnitt von einer Führungsvorrichtung vertikal verschiebbar geführt ist, die an einem oberen Ende des stationären Turmabschnitts montiert ist. Es wird dann ein Stützelement unter dem angehobenen bewegbaren Turmabschnitt positioniert und mit diesem verbunden. Die Schritte des Anhebens des Turmabschnitts und des Positionierens und Verbindens des (nächsten) Stützelements werden sooft wiederholt, bis das untere Ende des bewegbaren Turmabschnitts das obere Ende des stationären Turmabschnitts erreicht. Danach wird das untere Ende des bewegbaren Turmabschnitts mit dem oberen Ende des stationären Turmabschnitts verbunden.
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Die Stützelemente bilden so einen anwachsenden Stützturm im Inneren des stationären Turmabschnitts, mit dessen Hilfe der bewegbare Turmabschnitt nach und nach nach oben aus dem stationären Turmabschnitt herausgeschoben wird. Während der gesamten Phase des Hochfahrens des bewegbaren Turmabschnitts dient der Stützturm zudem nicht nur dem vertikalen Anheben des bewegbaren Turmabschnitts, sondern stellt auch dessen Seitenstabilität sicher. Durch eine möglichst biegesteife Verbindung zwischen dem Stützturm und dem oberen Turmabschnitt stabilisiert der Stützturm den bewegbaren Turmabschnitt gegenüber auftretenden Seitenkräften, beispielsweise Windkräften. Durch das sukzessive Anheben des bewegbaren Turmabschnitts kann eine Hubeinrichtung verwendet werden, deren Hubhöhe nur in etwa der Länge eines Stützelements entspricht. Dieses kann einige Meter bis etwa 10 Meter lang sein. Die Hubhöhe der Hubeinrichtung kann also verglichen mit der späteren Turmhöhe der Windenergieanlage gering sein, was ihren Aufbau sehr vereinfacht.
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Vorteilhaft können der stationäre Turmabschnitt und der bewegliche Turmabschnitt im Wesentlichen gleichzeitig aufgebaut werden, indem abwechselnd Ringelemente der beiden Turmabschnitte aufeinandergesetzt werden. Dabei können für die beiden Turmabschnitte unterschiedliche Materialien eingesetzt werden, insbesondere kann Beton für den stationären Turmabschnitt verwendet werden und Stahl für den vertikal bewegbaren Turmabschnitt, so dass ein Hybridturm entsteht. Ein Maschinenhaus und ein Rotor werden dabei bevorzugt vor dem Anheben des bewegbaren Turmabschnitts auf diesen aufgesetzt.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens weist die Hubeinrichtung ein Hubgestell auf mit einer Zangenanordnung, mit deren Hilfe das Stützelement von der Hubeinrichtung angehoben und/oder abgesenkt und ggf. als gedreht werden kann.
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Vor einem ersten Anheben des bewegbaren Turmabschnitts wird weiter bevorzugt ein erstes der Stützelemente bereits fest an dem bewegbaren Turmabschnitts anmontiert. Dadurch wird eine möglichst biegesteife Verbindung zwischen dem Stützturm und dem oberen Turmabschnitt erzielt, die in der Lage ist, Kippmomente aufzunehmen und die dem bewegbaren Turmabschnitt dadurch die benötigte Seitenstabilität gibt.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens weist die Führungsvorrichtung eine Mehrzahl von Rollen auf, die den bewegbaren Turmabschnitts entlang eines Umfangs seitlich abstützen. Die vertikale Bewegung ist so bei permanenter Seitenstützung ermöglicht. Bevorzugt sind die Rollen mithilfe von Andruckvorrichtung in einer Horizontalposition verschiebbar. Dadurch kann auch ein bewegbarer Turmabschnitt mit variablem Querschnitt geführt werden, insbesondere ein Turmabschnitt, der sich nach oben verjüngt.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens werden die Stützelemente nach dem Verbinden des unteren Endes des bewegbaren Turmabschnitts mit dem oberen Ende des stationären Turmabschnitts von dem unteren Ende des bewegbaren Turmabschnitts gelöst und wieder abgebaut. Auch die Montageanordnung, umfassend die Führungsvorrichtung und die Hubeinrichtung kann abgebaut werden. Stützturm und Montageanordnung können so zum Aufbau weiterer Windenergieanlagen verwendet werden.
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Eine erfindungsgemäße Windenergieanlage mit einem Turm, auf den ein Maschinenhaus mit einem Rotor montiert ist, wobei sich der Turm aus einem unten angeordneten stationären Turmabschnitt und einen darüber angeordneten, während einer Bauphase vertikal bewegbaren Turmabschnitt zusammensetzt, zeichnet sich dadurch aus, dass sie in einem derartigen Verfahren aufgebaut ist. Es ergeben sich die im Zusammenhang mit dem Verfahren genannten Vorteile.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Windenergieanlage weist der vertikal bewegbare Turmabschnitt in einem unteren Abschnitt Verbindungsmittel zu einem temporären Stützturm auf, der während der Bauphase in dem stationären Turmabschnitt angeordnet ist, um den bewegbaren Turmabschnitt nach oben zu bewegen und um Kippmomente des bewegbaren Turmabschnitts aufzunehmen. Der bewegbare Turmabschnitt ist folglich so konstruiert, dass er die benötigten Verbindungsmittel für den Stützturm bereitstellt und damit die Anwendung des erfindungsgemäßen Aufbauverfahrens möglich macht.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Windenergieanlage weisen der stationäre Turmabschnitt und vertikal bewegbare Turmabschnitt jeweils einen Flansch auf, mit denen die beiden Turmabschnitte miteinander verbunden sind. Insbesondere ist der Flansch des stationären Turmabschnitt über dem Flansch des vertikal bewegbaren Turmabschnitts angeordnet. Bei dieser Flanschanordnung kann nach dem Hochfahren des bewegbaren Turmabschnitts möglichst einfach und sicher eine solide Verbindung der beiden Turmabschnitte etabliert werden. Der vertikal bewegbare Turmabschnitt kann als Verbindungsmittel zu dem Stützturm einen weiteren Flansch aufweisen, der mit dem genannten Flansch zur Verbindung mit dem stationären Turmabschnitt integral ausgebildet sein kann.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mithilfe von Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen:
- 1a, b jeweils eine isometrische Gesamtansicht einer fertig gestellten Windenergieanlage aus zwei verschiedenen Blickrichtungen;
- 2 eine teilgeschnittene Detailansicht der Windenergieanlage (rechts) und eine Vergrößerung aus dieser Detailansicht (links);
- 3 eine weitere teilgeschnittene Detailansicht der Windenergieanlage;
- 4a, b jeweils eine isometrische Gesamtansicht der Windenergieanlage aus zwei verschiedenen Blickrichtungen in einem ersten Bauzustand;
- 5a, b die Windenergieanlage in einer Darstellung analog zu den 4a, b mit ausgeblendetem stationärem Turmabschnitt;
- 6 eine teilgeschnittene Detailansicht der Windenergieanlage gemäß den 4a, b (links) und eine Vergrößerung aus dieser Detailansicht (rechts);
- 7 ein Horizontalschnitt der Windenergieanlage gemäß den 4a, b;
- 8 eine teilgeschnittene Detailansicht der Windenergieanlage gemäß den 4a, b;
- 9a, b jeweils eine isometrische Gesamtansicht der Windenergieanlage aus zwei verschiedenen Blickrichtungen in einem zweiten Bauzustand;
- 10a, b die Windenergieanlage in einer Darstellung analog zu den 9a, b mit ausgeblendetem stationärem Turmabschnitt;
- 11 eine teilgeschnittene Detailansicht der Windenergieanlage gemäß den 9a, b (links) und eine Vergrößerung aus dieser Detailansicht (rechts);
- 12 ein Horizontalschnitt der Windenergieanlage gemäß den 9a, b;
- 13 eine teilgeschnittene Detailansicht der Windenergieanlage gemäß den 9a, b;
- 14a, b jeweils eine isometrische Gesamtansicht der Windenergieanlage aus zwei verschiedenen Blickrichtungen in einem dritten Bauzustand;
- 15 eine teilgeschnittene Detailansicht der Windenergieanlage gemäß den 14a, b (links) und eine Vergrößerung aus dieser Detailansicht (rechts);
- 16 ein Horizontalschnitt der Windenergieanlage gemäß den 14a, b; und
- 17 eine teilgeschnittene Detailansicht der Windenergieanlage gemäß den 14a, b.
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Die Figuren zeigen beispielhaft ein Ausführungsbeispiel einer Windenergieanlage, die in einem erfindungsgemäßen Verfahren aufgebaut ist. In allen Figuren kennzeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist nicht in jeder Figur jedes Element mit einem Bezugszeichen versehen. Auf Detailausschnitte, die in nachfolgenden Figuren wiedergegeben sind, wird in den Figuren mit römischen Ziffern verwiesen.
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In den 1a, b ist das Ausführungsbeispiel der Windenergieanlage zunächst in einem fertig montierten, betriebsbereiten Endzustand dargestellt. Die 1a, b zeigen die Windenergieanlage aus zwei verschiedenen Blickrichtungen.
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Auf einem Fundament 1 ist ein Turm der Windenergieanlage aufgebaut, der aus zwei Turmabschnitten besteht, einem stationären, im aufgebauten Zustand unteren Turmabschnitt 2 sowie einem bewegbaren, im aufgebauten Zustand oberen Turmabschnitt 3.
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Am oberen Ende des bewegbaren Turmabschnitts 3 ist ein Maschinenhaus 4 montiert, das um eine vertikale Turmachse gedreht werden kann, um einen drehbar um eine horizontale Achse am Maschinenhaus 4 gelagerten Rotor 5 einer Windrichtung nachzuführen zu können. Der Rotor 5 weist in diesem Ausführungsbeispiel drei an einer Nabe montierte Rotorblätter auf, die bevorzugt um ihre Längsachse drehbar sind, um die Windenergieanlage an unterschiedliche Windstärken anpassen zu können.
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Die Anzahl von drei Rotorblättern ist beispielhaft, sie hat sich jedoch im Markt als vorteilhaft etabliert. Grundsätzlich ist es aber möglich, mit dem in dieser Anmeldung vorgestellte Konzept auch Windenergieanlagen mit weniger oder mehr als drei Rotorblättern aufzubauen.
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Der Rotor 5 ist innerhalb des Maschinenhauses 4 gegebenenfalls über ein Getriebe mit einem Generator gekoppelt, der vom Rotor 5 aufgenommene Windenergie in elektrische Energie umgesetzt.
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2 zeigt in einer teilgeschnittenen Darstellung sowie einer zusätzlichen Dateivergrößerung den Übergangsbereich zwischen dem stationären Turmabschnitt 2 und dem bewegbaren Turmabschnitt 3.
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Beide Turmabschnitte 2, 3 sind in einem Verbindungsbereich jeweils mit einem Flansch 20 bzw. 30 ausgestattet, die übereinanderliegen und die miteinander verschraubt sind. Entsprechende Schrauben bzw. Schraubbolzen sind in der 2 nicht dargestellt. Der Flansch 20 des stationären Turms 2 ist dabei vertikal über dem Flansch 30 des bewegbaren Turms 3 angeordnet, was sich aus dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Aufbau der Windenergieanlage ergibt, wie im Folgenden noch detaillierter erläutert wird. Aufgrund dieser Verbindung zwischen dem stationären Turmabschnitt 2 und den bewegbaren Turmabschnitts 3 besteht nur eine sehr geringe vertikale Überlappung zwischen diesen beiden Turmabschnitten 2, 3 bei dem fertig gestellten Turm. Entsprechend ist die insgesamt erzielbare Turmhöhe somit im Wesentlichen durch die Summe der Längserstreckung an der beiden Turmabschnitte 2, 3 gegeben. Es kann effektiv gegenüber einem konventionell aufgebauten und nur aus einem Turmabschnitt bestehenden Turm die doppelte Turmhöhe erzielt werden.
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3 zeigt in einer weiteren teilgeschnittenen Ansicht wie der untere Turmabschnitt 2 auf das Fundament 1 aufgesetzt ist. Hierbei können aus dem Stand der Technik bekannte Verankerungsmethoden für den unteren Turmabschnitt 2 auf dem Fundament 1 eingesetzt werden.
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Im Turm ist eine Zugangsöffnung 21 vorhanden, die während einer Bauphase der Windenergieanlage größer ist als sie nachfolgend zum Beispiel für eine übliche Zugangstür für Servicezwecke benötigt wird. Die Zugangsöffnung 21 kann nach der Aufbauphase verkleinert werden, um die genannte übliche Zugangstür aufzunehmen.
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Der Turm der Windenergieanlage ist im gezeigten Beispiel vorteilhaft als Hybridturm aufgebaut, die dem sich die Materialien der beiden Turmabschnitte unterscheiden. Bevorzugt ist der stationäre Turm aus Beton gefertigt und der bewegbare Turm aus Stahl. Beide Türme können dabei aus ringförmigen bzw. hohlzylinderförmigen Segmenten, die übereinandergesetzt und miteinander verbunden werden, vor Ort zusammengebaut werden.
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In den 4a, b und 5a, b sowie 6-8 ist die Windenergieanlage der 1a, b am Ende einer ersten Bauphase dargestellt.
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Die 4a, b sind Gesamtansichten der Windenergieanlage aus verschiedenen Blickrichtungen wiedergegeben. In der 4b sind zudem die beiden durch Kreise markierten Ausschnitte teilgeschnitten dargestellt - sie werden in den 6 bzw. 8 vergrößert und detaillierter gezeigt. Die 5a, b entsprechend den 4a, b, wobei jedoch der stationäre Turmabschnitt 2 ausgeblendet ist, um das anmeldungsgemäße Aufbauverfahren besser erläutern zu können.
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Zum Aufbau des Turms wird eine Montageanordnung 10 eingesetzt, die eine Führungsvorrichtung 11 und eine Hubeinrichtung 12 umfasst. Um den am unteren Ende in der Hubeinrichtung 12 gehaltenen bewegbaren Turmabschnitt 3 ist der hier nicht dargestellte stationären Turmabschnitt 2 im Wesentlichen konzentrisch aufgebaut. Die Hubeinrichtung 12 befindet sich vollständig innerhalb des stationären Turmabschnitts 2, wohingegen die Führungsvorrichtung 11 auf einem oberen Rand des stationären Turmabschnitts 2 montiert ist. Der Aufbau der beiden Turmabschnitte 2, 3 kann z.B. parallel zueinander durch das sukzessive Übereinandersetzen von Ringsegmenten bzw. Hohlzylindersegmenten aus Stahl für den bewegbaren Turmabschnitt 3 und Beton für den stationären Turmabschnitt 2 mithilfe eines Krans erfolgen. Somit können im Markt etablierte Elemente und Techniken eingesetzt werden, um die beiden Turmabschnitte 2, 3 aufzubauen. Auf den fertiggestellten stationären Turmabschnitt 2 wird dann mithilfe des Krans die Führungsvorrichtung 11 aufgesetzt und an dessen oberem Ende befestigt. Auf den bewegbaren Turmabschnitt 3 wird, ebenfalls in bekannter Art, das Maschinenhaus 4 aufgesetzt und der Rotor 5 anmontiert.
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6 zeigt die Vergrößerung des entsprechenden Abschnitts aus der 4b sowie eine weitere Detailvergrößerung dazu. 7 zeigt eine Draufsicht auf die Führungsvorrichtung 11.
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Die Führungsvorrichtung 11 dient dazu, den bewegbaren Turmabschnitt 3 seitlich abzustützen und eine vertikale Bewegung des bewegbaren Turmabschnitts 3 zu ermöglichen. Auf einer kreisringförmigen Trageplattform 110 sind entlang des Umfangs verteilt Andruckvorrichtungen 111 angeordnet. Die Anzahl der Andruckvorrichtung 111 beträgt mindestens drei, kann aber auch größer sein als die hier beispielhaft dargestellte Anzahl von sechs Andruckvorrichtungen 111.
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Jede Andruckvorrichtung 111 umfasst mindestens eine Rolle 112, mit der sie den bewegbaren Turmabschnitt 3 seitlich stützt. Weiter sind die Andruckvorrichtung 111 in Art eines Linearvorschubs ausgebildet, zum Beispiel mithilfe einer Hydraulikvorrichtung, sodass eine radiale Position der Rolle 112 bzw. der Rollen 112 verändert werden kann. Auf diese Weise kann eine seitliche Führung auch bei unterschiedlichen Durchmessern des bewegbaren Turmabschnitts 3 erfolgen. Die Führungsvorrichtung 11 ist so zum einen für verschieden große Windenergieanlagen in der Aufbauphase geeignet, kann zudem aber auch bei solchen Windenergieanlagen eingesetzt werden, bei denen der bewegbare Turmabschnitt 3 sich verjüngt, also einen sich mit der Höhe des Turmabschnitts ändernden Durchmesser aufweist.
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Die durch die Andruckvorrichtung 111 vorgegebene Position der mindestens einen Rolle 112 kann gesteuert oder auch mithilfe eines Kraft- oder Positionssensors geregelt erfolgen. Es wird angemerkt, dass auch andere Technologien zur Führung als die hier gezeigten Rollen 112 eingesetzt werden können.
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8 zeigt als Vergrößerung des entsprechenden Bereichs der 4b die Hubeinrichtung 12 detaillierter. Sie umfasst ein Hubgestell 120, das mehrere Säulen umfasst, die um den bewegbaren Turmabschnitts 3 auf dem Fundament 1 verankert sind. Die Hubeinrichtung 12 umfasst weiterhin eine Zangenanordnung 121, die von dem Hubgestell 120 vertikal verfahrbar ist. Die Zangenanordnung 121 umfasst z.B. mehrere radial nach innen weisende Greifer, die in ein Stützelement 131 greifen, das unten an dem bewegbaren Turmabschnitts 3 montiert ist. Das Stützelement 131 ragt nach unten rohrförmig aus dem bewegbaren Turmabschnitt 3 hervor. Es ist bevorzugt aus einem Stahl gefertigt und stellt ein erstes, oberes Element eines Stützturms 13 dar, dessen Bedeutung nachfolgend im Zusammenhang mit den im folgenden beschriebenen Figuren erläutert wird. Zur Befestigung des Stützelements 130 am bewegbaren Turmabschnitt 3 kann dieses seinerseits einen Flansch 132 (vgl. 15) aufweisen, der z.B. mit einem nach innen ragenden Teils des Flansches 30 des bewegbaren Turmabschnitts 3 verschraubt wird.
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Die Hubeinrichtung 12 kann die Zangenanordnung 121 am Hubgestell 120 hochfahren, was beispielsweise mithilfe von Flaschenzügen und entsprechenden Seil bzw. Kettenanordnungen oder auch hydraulisch durch eine Vielzahl von umfangsseitig angeordneten Hydraulikzylindern erfolgen kann.
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In den 9a, b und 10a, b sowie 11-13 ist die Windenergieanlage in einem teilausgefahrenen Zustand ihres bewegbaren Turmabschnitts 3 gezeigt. In den 9a, b ist der stationäre Turmabschnitt 2 (wie in den 4a, b) mit dargestellt und in den 10a, b (wie in den 5a, b) ausgeblendet.
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In dieser Bauphase der Windenergieanlage wird der bewegbare Turmabschnitt 3 aus dem stationären Turmabschnitt 2 ausgefahren, bis die Windenergieanlage ihre endgültige Turmhöhe erreicht hat.
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Zu diesem Zweck wird der bewegbare Turmabschnitt 3 mithilfe der Hubeinrichtung 12 um den Verfahrweg, den das Hubgestell 120 bietet, nach oben gefahren. Der bewegbare Turmabschnitt 3 wird dabei von der Zangenanordnung 121 an dem anmontierten Stützelement 131 gefasst, wie das in 7 dargestellt ist. Nach dem Anheben des bewegbaren Turmabschnitts 3 kann durch die Zugangsöffnung 21 des stationären Turmabschnitts 2 ein weiteres Stützelement 131 der Hubeinrichtung 12 zugeführt werden. Dieses ist in der Detailvergrößerung der 13 sichtbar. Sie zeigt den durch die Hubeinrichtung 12 angehobenen Stützturm 13, der sich aus dem oberen Stützelement 130 und den bislang eingesetzten weiteren Stützelementen 131 zusammensetzt.
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Das neu zugeführte weitere Stützelement 131 wird innerhalb der des Hubgestells 120 aufgestellt, wozu zusätzliche Flaschenzüge oder Ähnliches genutzt werden können, die an der Hubeinrichtung 12 vorhanden sind. Anschließend wird der bewegbare Turmabschnitt 3 mithilfe des Hubgestell 120 und der Zangenanordnung 121 abgelassen, bis er bzw. der bislang errichtete Stützturm 13 auf dem neu hinzugefügten und aufgerichteten weiteren Stützelement 131 aufsetzt. Dabei kann vorgesehen sein, das neu hinzugeführte weitere Stützelement 131 so auszurichten, dass eine Verbindung zwischen den Stützelementen 130, 131 ausgeführt werden kann. Zur Verbindung können ineinandergreifende und ggf. verrastenden Profilierungen versehen sein oder Flansche, an denen die Stützelemente 130, 131 miteinander verschraubt werden. Auch ist es möglich, dass die Zangenanordnung 121 einen Drehkranz aufweist, sodass der bewegbare Turmabschnitt 3 als Ganzes verdreht werden kann, um die zum neu hinzugefügten weiteren Stützelement 131 passende Ausrichtung einzunehmen.
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Nach dem Einsetzen und Verbinden des neu hinzugefügten weiteren Stützelements 131, das somit Teil des Stützturm 13 wird, wird die Zangenanordnung 121 von dem oberen Stützelement 130 oder dem zuvor eingesetzten weiteren Stützelement 131 gelöst und wird vom Hubgestell 120 abgesenkt. Das neu hinzugefügte weitere Stützelement 131 kann dann von der Zangenanordnung 121 am unteren Ende gegriffen werden, woraufhin der Vorgang sukzessive fortgeführt wird, um weitere Stützelemente 131 einzusetzen und den bewegbaren Turmabschnitts 3 so nach und nach nach oben aus dem stationären Turmabschnitt 2 auszufahren.
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Währenddessen führt die Führungsvorrichtung 11 den bewegbaren Turmabschnitt 3, wie in der 11 dargestellt ist. Dabei werden die Andruckvorrichtungen 111 an den sich ändernden Durchmesser des bewegbaren Turmabschnitts 3 angepasst, indem sie entsprechend eingefahren werden.
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Die 14a, b und 15-17 zeigen in vergleichbarer Art der Darstellung wie die 9a, b und 11-13 die Windenergieanlage mit vollständig hochgefahrenem bewegbaren Turmabschnitt 3.
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Wie aus 15 ersichtlich ist, wird der bewegbare Turmabschnitt 3 dabei so weit hochgefahren, bis die Flansche 20 bzw. 30 des stationären Turmabschnitts 2 bzw. bewegbaren Turmabschnitts 3 aufeinander liegen und miteinander verschraubt werden können. Eine geeignete Drehstellung der beiden Turmabschnitte 2, 3 zueinander kann beispielsweise mithilfe der zuvor beschriebenen verdrehbaren Zangenanordnung 121 erreicht werden. Eine andere Alternative bieten in sich verdrehbare Flanschanordnungen, beispielsweise umgesetzt an dem Flansch 30 des bewegbaren Turmabschnitts 3.
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16 zeigt beispielhaft die von der Hubeinrichtung 12 einzunehmende Hubhöhe, um die vollständige Turmhöhe zu erreichen. 17 zeigt die Stellung der Andruckvorrichtung 111 der Führungsvorrichtung 12 in dem Zustand des vollständig hochgefahrenen bewegbaren Turmabschnitts 3.
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Während der gesamten Phase des Hochfahrens des bewegbaren Turmabschnitts 3 dient der Stützturm 13 nicht nur dem vertikalen Anheben des bewegbaren Turmabschnitts 3 einschließlich des Maschinenhauses 4 und des Rotors 5, sondern stellt auch dessen Seitenstabilität sicher. Durch eine möglichst biegesteife Verbindung zwischen dem Stützturm 13 und dem oberen Turmabschnitt 3, die beim vorliegenden Beispiel durch das anmontierte obere Stützelement 130 am bewegbaren Turmabschnitt 3 erzielt wird, stabilisiert der Stützturm 13 den bewegbaren Turmabschnitt 3 gegenüber auftretenden Seitenkräften, beispielsweise Windkräften.
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In einem Zustand, in dem der bewegbare Turmabschnitt 3 noch nicht vollständig ausgefahren ist, nimmt auch die Führungsvorrichtung 11 Kippmomente des bewegbaren Turmabschnitts 3 auf. Dieser Einfluss wird jedoch umso kleiner, je weiter sich der bewegbare Turmabschnitt 3 seiner Endposition nähert. Durch den auch Kippmomente aufnehmenden Stützturm 13 kann der bewegbare Turmabschnitt 3 jedoch vollständig bis zum Aufeinanderliegenden der Flansche 20, 30 ausgefahren werden. Es kann so auf einen ausgedehnten vertikalen Überlappbereich zwischen den Turmabschnitten 2, 3 verzichtet werden, wodurch sich insgesamt eine größere Turmhöhen erzielen lässt.
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Nach dem Verbinden der Flansche 20, 30 kann zum einen die Führungsvorrichtung 11 abgebaut werden und zum anderen kann der Stützturm 13 mithilfe der Hubeinrichtung 12, abgebaut werden. Dazu wird der Flansch 132 des oberen Stützelements 130 vom bewegbaren Turmabschnitt 3 gelöst und dann der Stützturm 3 wiederum sukzessive durch Entfernen der weiteren Stützelemente 131 zurückgebaut. Schließlich kann auch die Hubeinrichtung 12 selbst abgebaut und aus dem stationären Turmabschnitt 2 entnommen werden.
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Die Windenergieanlage ist dann fertig aufgebaut in dem Zustand, in dem sie in den 1a, b dargestellt ist. Die Montageanordnung 10, umfassend die Führungsvorrichtung 11 und die Hubeinrichtung 12 sowie den Stützturm 13, kann zum Aufbau einer weiteren Windenergieanlage verwendet werden, da sie mit keiner Komponente an der fertig aufgebauten Windenergieanlage verbleibt.
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Bezugszeichen
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- 1
- Fundament
- 2
- stationärer Turmabschnitt
- 20
- Flansch
- 3
- bewegbarer Turmabschnitt
- 30
- Flansch
- 4
- Maschinenhaus
- 5
- Rotor
- 10
- Montageanordnung
- 11
- Führungsvorrichtung
- 110
- Tragplattform
- 111
- Andruckvorrichtung
- 112
- Rolle
- 12
- Hubeinrichtung
- 120
- Hubgestell
- 121
- Zangenanordnung
- 13
- Stützturm
- 130
- an montiertes (oberes) Stützelement
- 131
- weiteres Stützelement
- 132
- Flansch
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102017217513 A1 [0007]
- US 20210207393 A1 [0009, 0011]
- EP 3161219 B1 [0009, 0011]
