DE10316405A1

DE10316405A1 - Turmbauwerk

Info

Publication number: DE10316405A1
Application number: DE10316405A
Authority: DE
Inventors: Sergej Kasantschjan
Original assignee: Individual
Current assignee: STEPANYAN, GEVORG, DE
Priority date: 2002-06-13
Filing date: 2003-04-10
Publication date: 2004-10-21
Anticipated expiration: 2023-04-11
Also published as: DE10316405B4

Abstract

Ein Turmbauwerk (100), das insbesondere für eine Windenergieanlage geeignet ist, besteht aus mehreren beabstandet zueinander angeordneten Ringen (10.1, 10.2...10.14), die zentrisch an einer sich über die Höhe des Turmbauwerks (100) erstreckenden Tragsäule (20) angeordnet sind, wobei die Ringe (10.1, 10.2) und die Tragsäule (20) über Seile (1.1, 1.2, 2, 3, 4) unter Ausbildung eines Fachwerks miteinander verbunden sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Turmbauwerk.

Hohe Turmbauwerke, wie insbesondere Fernseh- und Antennentürme sowie Türme für Windkraftanlagen, werden als Stahlbeton- oder Fachwerkstahlkonstruktion ausgeführt. Beide Konstruktionsvarianten erlauben bei hohen Türmen nur eine senkrechte Montageweise; es ist nicht möglich, den Turm liegend aufzubauen und dann aufzurichten. Zwar können Baugruppen vorgefertigt werden, und es ist sind im Betonbau auch Kletterschalungen für eine schussweise Fertigung bekannt, jedoch ist die Montage stets mit hohen Kosten verbunden, da für den Bau schwere Kräne, Klettergerüste und/oder Lastenhubschrauber notwendig sind.

Es stellt sich daher die Aufgabe, ein Turmbauwerk großer Höhe anzugeben, das in einer liegenden Position komplett montierbar und dann mit Winden und dergleichen auf richtbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Turmbauwerk gelöst, bestehend aus mehreren beabstandet zueinander angeordneten Ringen, die zentrisch an einer sich über die Höhe des Turmbauwerks erstreckenden Tragsäule angeordnet sind, wobei die Ringe und die Tragsäule über Seile unter Ausbildung eines Fachwerks miteinander verbunden sind.

Erfindungsgemäß werden unter „Seil" auf Zug beanspruchbare Elemente verstanden, d.h. es sollen neben geschlagenen Stahlseilen insbesondere auch Drahtstäbe oder Ketten einbezogen sein. Außerdem steht der Begriff für einzelne Seilabschnitte wie für mehrfach umgelenkte Seilzüge.

Es werden also nur die Ringe und die Tragsäule auf Druck belastet, die als entsprechend dimensionierte Metallprofile ausgeführt sein müssen, damit bei den anzunehmenden Lasten Knickfälle auszuschließen sind. Dahingegen wird bei dem erfindungsgemäßen Turmbauwerk, im Gegensatz zu aus dem Stand der Technik bekannten Gittermasten von Hochspannungsleitungen und dergleichen, das Fachwerk überwiegend durch Seile ausgebildet, also durch lediglich auf Zug belastete Elemente, deren Querschnitt entsprechend kleiner als bei einer Druckbelastung gewählt werden kann, so dass eine wesentlich leichtere Bauweise ermöglicht ist. Zudem ergibt sich erfindungsgemäß der weitere Vorteil einer sehr schnellen und kostengünstigen Montage, denn an der Tragsäule sind keinerlei Schraub-, Niet- oder Schweißarbeiten mehr notwendig. Es müssen nur noch Seile an den Anschlagpunkten angeschlagen oder in Umlenkösen eingefädelt und anschließend gleichmäßig gespannt werden, womit das erfindungsgemäße Turmbauwerk bereits fertiggestellt ist.

Das Gewicht der Konstruktion ist relativ leicht im Verhältnis zur Höhe. Nach der endgültigen Zusammensetzung des Turmbauwerks kann dieses durch hydraulische Hebevorrichtungen angehoben und durch Winden in die Lotrechte aufgerichtet werden.

Vorzugsweise ist das Turmbauwerk über ein Schwenklager mit dem Fundament verbunden, so dass schon in liegender Position eine Kopplung mit dem Fundament erreicht wird und eine sichere Positionierung des erfindungsgemäßen Turmbauwerks auf dem Fundament beim Aufwinden gewährleistet ist. Nach der Aufstellung wird das Turmbauwerk mit dem Fundament fest verbunden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Die Figuren zeigen im Einzelnen:
1 eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Turmbauwerks in teilweise geschnittener Ansicht von vorn;
2 das Detail Z aus 1
3 einen Schnitt entlang der Linie A-A in 1;
4 einen Schnitt entlang der Linie B-B in 1;
5 eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Turmbauwerks in teilweise geschnittener Ansicht von vorn;
6 das Turmbauwerk beim Aufrichten in seitlicher Ansicht und
7 das fertig errichtete Turmbauwerk in seitlicher Ansicht.
In 1 ist eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Turmbauwerks 100 dargestellt, die das Grundprinzip der Erfindung besonders veranschaulicht. Zu den erfindungswesentlichen Teilen der Konstruktion gehören eine Tragsäu le 20, Ringe 10.1, 10.2, Seile 1.1, 1.2, 2, 3 und ein Fundament 30, 40.
Die Tragsäule 20 weist insbesondere einen runden Querschnitt und eine konusförmige Verjüngung über wenigstens einen Teil ihrer Länge auf.
Die Ringe 10.1, 10.2 sind zentrisch an der Tragsäule 20 und dabei beabstandet zueinander angeordnet. Je Ring 10.1, 10.2 ist wenigstens ein erstes Seil 1.1, 1.2 in der Ebene des Rings zwischen dessen Umfang und der Tragsäule 20 verspannt.
Die Ringe können rund, insbesondere kreisrund, aber auch rechteckig sein. Sie können auch aus Segmenten mit radialen massiven Streben zusammengesetzt sein.
Durch zweite, parallel zu der Tragsäule 20 verlaufende Seile 2 sind die Ringe 10.1, 10.2 miteinander verspannt, d.h. eine über den Umfang der Ringe 10.1, 10.2 angeordnete Vielzahl von zweiten Seilen 2 bildet eine äußere Hülle des erfindungsgemäßen Turmbauwerks 100.
Außerdem sind bei der dargestellten ersten Ausführungsform des Turmbauwerks 100 noch dritte Seile 3 vorgesehen. Hierfür ist am Außenumfang der zentralen Tragsäule 20 jeweils zwischen zwei benachbarten Ringen 10.1, 10.2, insbesondere mittig auf halber Höhe dazwischen, ein Anschlagpunkt 21.1, 21.2 vorgesehen. Die dritten Seile 3 verlaufen alternierend von einem Ring 10.1 zum Anschlagpunkt 21.2 auf halber Höhe und dann zum nächsten Ring 10.2, wodurch sich zwischen den benachbarten Ringen 10.1, 10.2 eine Verspannung in Form zweier sich mit den Spitzen berührenden Pyramiden- oder Kegelstümpfe ergibt.
In 2 ist die Ausbildung einer Verbindung an dem Turmbauwerk 100 gemäß Detail „Z" aus 1 detailliert dargestellt:
Von dem Profil des Rings 10.1 ausgehend sind mehrere erste Seile 1.1 zu einem Anschlagpunkt an der Tragsäule gezogen, wobei die Anschlagpunkte an einem ringförmigen Anschlagelement 22.1 angebracht sind, das die Tragsäule 20 umfasst.
Es ergibt sich beispielsweise eine Anordnung, die der Speichenanordnung von Zweirädern entspricht. Eine solche Verspannungsanordnung der Seile 1.1 zeigt die Schnittdarstellung der 3, die einen Blick auf die Ebene eines Rings 10.1 darstellt.
Parallel zur Tragsäule 20 laufen von Ring zu Ring zweite Seile 2.
Dritte Seile 3 laufen schließlich von einem Anschlagelement 21.1 an der Tragsäule 20 zum Außenumfang des darüber liegenden Rings 10.1 und daran entlang wieder zur Turmmitte zurück, nämlich bis zum nächsten Anschlagelement 21.2.
Die Seile 1.1, 2, 3 sind in an sich bekannter Weise mit Kauschen, Doppelschäkeln und Spannschlössern 3.1 versehen und über Bolzen in die Aufnahmen der Anschlagelemente eingehängt.
Für alle genannten Seile 1.1, 1.2, 2, 3, 4 gilt, dass entweder ein einzelnes Seil mehrfach umgelenkt werden kann oder dass von Punkt zu Punkt einzelne Seilabschnitte. Die mehrfache Umlenkung erlaubt eine einfach aufzubringende und über die Seillänge gleichmäßige Vorspannung. Mit einzelnen Seilabschnitten wird zu großen Elastizitäten und daraus resultierenden Verformungen entgegen gewirkt.
Wie in 1 und auch in 5 dargestellt, ist das Fachwerk des erfindungsgemäßen Turmbauwerks vorzugsweise auf eine Pyramide oder an einen Kegelstumpf als Basiselement 30, vorzugsweise in Gitterbauweise, aufgesetzt. Hierdurch wird der Fußpunkt des Turmbauwerks 100 verstärkt und bietet feste Anschlagpunkte für diejenigen Seile 2, 3, die längs der Tragsäule verlaufen.
Das Basiselement 30 kann über ein Schwenklager 31 mit einem Betonfundament 40 verbunden sein. Eine mögliche Ausbildung des Fundaments 40 ist in 4 in einer Schnittansicht entlang der Linie B-B in 1 dargestellt: Auf einer Fundamentplatte 44 sind rasterförmig Säulen 42 angeordnet, die die Last des Basiselements 30 aufnehmen und die über Streben 41 ausgesteift sind. Zentral, unterhalb der Tragsäule 20, ist eine Säule 43 vorgesehen.
5 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Turmbauwerks 100', bei der auch die in der ersten Ausführungsform vorgesehenen Seile vorhanden sind, nämlich die ersten Seile in den jeweiligen Ebenen der Ringe 10.1, 10.2, die achsparallelen zweiten Seile 2 und die zwischen zwei Ringen 10.1, 10.2 mit einem dazwischen an der Tragsäule 20 liegenden mittleren Anschlagpunkt 21.1 verlaufenden dritten Seile 3. Von den dritten Seilen 3 sind der Übersichtlichkeit halber nur wenige in 5 dargestellt.
Zusätzlich sind bei dieser Ausführungsform vierte Seile 4 vorgesehen, die über wenigstens einen Teil der Tragsäule 20 alternierend an einem Ring 10.1 und an einem Anschlagpunkt 22.2 am Außenumfang der zentralen Tragsäule 20 in Höhe eines nächstbenachbarten Rings 10.2 angeschlagen sind, wodurch sich zwischen jeweils zwei benachbarten Ringen 10.1, 10.2, oder auch zwischen dem untersten Ring 10.1 und dem Basiselement 30, eine pyramiden- oder kegelstumpfförmige Verspannung ergibt. Auch von den vierten Seilen 4 sind nur wenige dargetellt.
Wie durch die gestrichelten Linien angedeutet, können noch zusätzlich Seile 4' vorgesehen sein, die spiegelbildlich zu den vierten Seilen 4 verlaufen, aber ansonsten in gleicher Weise von einer Ringaußenseite zum Mittelpunkt des benachbarten Rings verlaufen.
Um einer eventuellen Torsion des Turmes entgegen zu wirken, können weiterhin nicht in den Figuren dargestellte fünfte Seile verwendet werden. Insgesamt 4 fünfte Seile werden mit den Ecken des Basiselements 30 verbunden. Das erste Paar fünfter Seile wird zur Turmspitze hin gezogen und dabei im Uhrzeigersinn um die übereinanderliegenden Ringe 10.1 ... 10.14 gewickelt und jeweils dort befestigt, das zweite Paar jedoch gegen den Uhrzeigersinn.
6 zeigt die Situation bei der Aufrichtung des erfindungsgemäßen Turmbauwerks 100'. Dieses ist komplett montiert und durch das erfindungsgemäße Zugseilfachwerk biegesteif bei geringem Eigengewicht. Es sind 14 Ringe 10.1 ... 10.14 vorhanden, so dass das hier gezeigte Beispiel des Turmbauwerks 100' zwischen dem Basiselement 30 und einem Abschlussring 14 an der Turmspitze, wo die Seile 2, 3, 4 befestigt sind, 16 Segmente umfasst.
Über einen Teleskopzylinder 200 wird das Turmbauwerk 100' bis auf einen Winkel α von ca. 30° angehoben, um die für das Aufrichten notwendigen Kräfte am Zugseil 220 und der Winde 210 zu begrenzen.
7 zeigt mehrere aufgerichtete erfindungsgemäße Turmbauwerke 100' mit an der Turmspitze installierten Windkraftanlagen.

Claims

Turmbauwerk (100; 100'), bestehend aus mehreren beabstandet zueinander angeordneten Ringen (10.1, 10.2...10.14), die zentrisch an einer sich über die Höhe des Turmbauwerks (100; 100') erstreckenden Tragsäule (20) angeordnet sind, wobei die Ringe (10.1, 10.2... 10.14) und die Tragsäule (20) über Seile (1.1, 1.2, 2, 3, 4) unter Ausbildung eines Fachwerks miteinander verbunden sind.
Turmbauwerk (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringe (10.1, 10.2...10.14) und die Tragsäule (20) über wenigstens ein erstes, ein zweites und ein drittes Seil (1.1, 1.2, 2, 3) miteinander verbunden sind, wobei: – jeweils wenigstens ein erstes Seil (1.1, 1.2) in der Ebene jedes Rings (10.1, 10.2...10.14) zwischen der Tragsäule (20) und dem Ring (10.1, 10.2...10.14) verspannt ist; – die Ringe (10.1, 10.2...10.14) durch wenigstens ein parallel zu der Tragsäule (20) verlaufendes zweites Seil (2) miteinander verspannt sind. – jeweils ein drittes Seil (3) über wenigstens einen Teil der Tragsäule (20) alternierend an einem Ring (10.1, 10.2) und an einem am Außenumfang der Tragsäule (2,0) zwischen zwei benachbarten Ringen (10.1, 10.2) angeordneten Anschlagpunkt (21.1, 21.2) angeschlagen ist, wodurch sich zwischen den benachbarten Ringen (10.1, 10.2) eine Verspannung in Form zweier sich mit den Spitzen berührenden Pyramiden- oder Kegelstümpfe ergibt.
Turmbauwerk (100') nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringe (10.1, 10.2 ... 10.14) und die Tragsäule (20) zusätzlich über wenigstens ein viertes Seil (4) miteinander verbunden sind, das über wenigstens einen Teil der Tragsäule (20) alternierend an einem Ring (10.1) und an einem Anschlagpunkt (22.2) am Außenumfang der zentralen Tragsäule (20) in Höhe eines nächstbenachbarten Rings (10.2) angeschlagen ist, wodurch sich zwischen zwei benachbarten Ringen (10.1, 10.2) eine pyramiden- oder kegelstumpfförmige Verspannung ergibt.
Turmbauwerk (100; 100') nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringe (10.1, 10.2...10.14) kreisförmig oder ellipsenförmig sind.
Turmbauwerk (100; 100') nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringe (10.1, 10.2...10.14) viereckig sind.
Turmbauwerk (100; 100') nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Seile (1.1, 1.2, 2, 3, 4) an einer Pyramide oder an einem Kegelstumpf als Basiselement (30), der auf ein die Tragsäule (20) tragendes Fundament (40) aufgesetzt ist, angeschlagen sind.
Turmbauwerk (100; 100') nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Basiselement (30) über wenigstens ein die Aufrichtung des Turmbauwerks (100; 100') aus einer liegenden Position erlaubendes Schwenklager (31) mit dem Fundament (40) verbunden ist.
Turmbauwerk (100; 100') nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlagpunkte (21.1, 21.2, 22.1, 22.2) als ringförmige Elemente ausgebildet sind, die die Tragsäule (20) umfassen.