DE19832921A1

DE19832921A1 - Turmkonstruktion, insbesondere für Windkraftanlagen

Info

Publication number: DE19832921A1
Application number: DE19832921A
Authority: DE
Inventors: Joachim Kretz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-07-22
Filing date: 1998-07-22
Publication date: 2000-02-10

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Turmkonstruktion, insbesondere für Windkraftanlagen, gekennzeichnet durch eine Metallaußenschale (3), eine Metallinnenschale (5), eine zwischen der Außen- und Innenschale angeordneten Betonschale (7) sowie Verbindungsträgerelemente (11, 12, 12') zur Bildung einer tragenden Verbundkonstruktion aus der Betonschale und wenigstens einer der Metallschalen. Vorteilhaft werden durch diese Erfindungslösung als verlorene Schalung verwendete Metallschalen unter Einsparung von Material und Bauzeit als tragende Teile in die Turmkonstruktion einbezogen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Turmkonstruktion, insbesondere für Windkraftanlagen.

Trägertürme für Windkraftanlagen werden derzeit bis zu Höhen von etwa 100 m errichtet, wobei im Zuge einer weiter voranschreitenden Windkraftnutzung mit Turmhöhen von 150 m und mehr zu rechnen ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neue Turmkonstruktion zu schaffen, durch die sich z. B. Windkraftanlagen mit geringerem Bau- und Zeit- und Material aufwand errichten lassen.

Die diese Aufgabe lösende Turmbaukonstruktion nach der Erfindung ist durch eine Metallaußenschale, eine Metallinnenschale, eine zwischen der Außen- und Innenschale angeordnete Betonschale sowie Verbindungsträgerelemente zur Bildung einer tragenden Verbundkonstruktion aus der Betonschale und wenigstens einer der Metallschalen gekenn zeichnet.

Gemäß dieser Erfindungslösung lassen sich die Metallaußen- und -innenschale einerseits als Schalung bei der Herstellung der Betonschale verwenden, können aber andererseits im Rahmen der Verbundkonstruktion als tragende Elemente dienen, so daß Turmkonstruktionen mit geringem Aufwand errichtet werden können.

Als Verbindungsträgerelemente kommen von der Außen- und/oder Innenschale in die Betonschale hinein vorstehende Trägerbauteile zur Kraftübertragung zwischen den Schalen in Betracht, welche insbesondere formschlüssig in der Betonschale verankert sind. Auf diese Weise wird zwischen der Betonschale und den Metallschalen eine besonders feste Verbin dung erreicht, wobei die Metallschalen gemeinsam mit der Betonschale die erforderlichen Tragfunktionen ausüben und die Verbindungsträgerelemente im Rahmen ihrer Tragfunktion vorrangig Schubkräften ausgesetzt sind.

Bei den genannten Trägerbauteilen handelt es sich vorzugsweise um stiftartige Bauteile mit einer Endaufweitung, insbesondere um Dübelbolzen, die mit einem Kopf versehen sind, der für eine widerhakenartige Verankerung der Bolzen im Beton sorgt.

Zur Gewährleistung einer über die Fläche der Schalen gleichmäßig verteilten Kraftübertra gung sind die Verbindungsträgerelemente auf der Metallschale vorzugsweise zueinander in einem Rasterabstand angeordnet. Dabei ist in einer besonders bevorzugten Ausführungs form der Erfindung ein horizontaler Rasterabstand von 40 bis 60 cm, insbesondere 50 cm, vorgesehen. Der vertikale Rasterabstand beträgt in dieser bevorzugten Ausführungsform 15 bis 25 cm, insbesondere 20 cm. Vorteilhaft wird bei dem vorgesehenen engen Rasterab stand ein Ausbeulen der Außenschale vermieden, indem die in der Betonschale verankerten Verbindungsträgerelemente durch die Außenschale ausgeübten Zugkräften nicht nach geben.

Vorzugsweise sind die Dübelbolzen mit der Metallschale verschweißt.

In der besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Außen- und/oder Innen schale aus, insbesondere mit den Verbindungsträgerelementen vorgefertigten, Schalen segmenten gebildet, wobei die Schalensegmente miteinander z. B. über sich horizontal und vertikal erstreckende Randabwinklungen verbunden sind. Durch solche einschließlich der Verbindungsträgerelemente vorgefertigten Segmente, die z. B. eine enge von 12 m und eine Breite von 2,40 m aufweisen können, vereinfacht sich die Errichtung von Türmen. Vor Ort braucht lediglich die Betonschale hergestellt zu werden, was schon während der Mon tage der Metallschalen erfolgen kann, indem jeweils bereits nach Errichtung eines Verti kalabschnitts der Außen- und Innenschale der Zwischenraum zwischen den durch die Seg mente gebildeten Schalenabschnitten ausgegossen wird.

Durch die Abwinklungen, die mit Bohrungen für die Aufnahme von Verbindungsbolzen ver sehen sein können, erfolgt eine gewisse Horizontalversteifung der miteinander verbundenen Schalensegmente, so daß der jeweils gebildete Schalungsabschnitt die zum Betonieren erforderliche Stabilität aufweist. Zur zusätzlichen Stabilität können innenseitig mit der Innen schale verbundene Horizontalversteifungsringe sorgen.

In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen die Dübelbolzen zum Teil eine der Betonschalendicke entsprechende Länge auf. Dadurch sind Abstandselemente gebildet, die dafür sorgen, daß die Innenschale und die Außenschale in konstantem Abstand und koaxial zueinander angeordnet sind. Diese stabile koaxiale Anordnung kann darüber hinaus durch Verbindungsstege gewährleistet werden, über die die beiden Metallschalen mitein ander verbunden sind.

In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Betonschale eine Stahlbetonschale mit einer Stahlbewehrung. Insbesondere sind vorgefertigte, den Schalensegmente entspre chende Bewehrungssegmente vorgesehen. Damit sind außer der vor Ort herzustellenden Betonschale alle zur Errichtung des Turms erforderlichen Teile vorgefertigt. Entsprechend gering sind die auf der Baustelle zu erbringenden Bauleistungen.

Die Bewehrungsgittersegmente sind vorteilhaft so gestaltet, daß sie zur Positionierung zwi schen den Schalen, bevor das Ausgießen des Schalungszwischenraums zur Bildung der Betonschale erfolgt, ohne gesonderte Befestigung an den vorstehenden Verbindungsträ gerelementen angehängt werden können.

Die Erfindung soll nun anhand eines Ausführungsbeispiels und der beiliegenden, sich auf dieses Ausführungsbeispiel beziehenden Zeichnungen näher erläutert und beschrieben werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine Windkraftanlage mit einer Turmkonstruktion nach der Erfindung,

Fig. 2 ein bei der Turmkonstruktion von Fig. 1 verwendetes Außenschalungssegment aus Stahl in einer Teilansicht,

Fig. 3 eine Teilansicht eines in der Turmkonstruktion von Fig. 1 verwendeten Innenscha lungssegments mit einem zur Anordnung zwischen Außen- und Innenschalungsseg menten vorgesehenen Bewehrungsgittersegment,

Fig. 4 eine Teilquerschnittsansicht der Turmkonstruktion der Windkraftanlage von Fig. 1, und

Fig. 5 eine weitere Teilquerschnittsansicht der Turmkonstruktion der Windkraftanlage von Fig. 1 in einem Verbindungsbereich zwischen Turmabschnitten, die durch Segmente gemäß Fig. 2 gebildet sind.

Es wird zunächst auf Fig. 1 Bezug genommen, wo eine Windkraftanlage mit einem Windrad und einem Trägerturm 2 schematisch dargestellt ist.

Der Turm 2 weist eine Außenschale 3 auf, die aus vorgefertigten, 12 m langen Stahlsegmen ten 4 zusammengesetzt ist. Der Turm hat eine Höhe von 96 m. Der Außendurchmesser am Turmfuß beträgt 6,40 m und verringert sich bis zur Turmspitze bis auf 2 m. Zur Bildung eines 12 m langen Turmabschnitts sind jeweils acht vorgefertigte Segmente verwendet, deren hori zontale Abmessungen sich vom Turmfuß bis zur Spitze entsprechend der angegebenen Durchmesserverkleinerung verringern.

Wie aus den Fig. 4 bis 5 hervorgeht, weist der Turm 2 neben der Außenschale 3 ferner eine Innenschale 5 auf, die wie die Außenschale 3 aus vorgefertigten Stahlsegmenten 6 zusam mengesetzt ist.

Zwischen der Außenschale 3 und der Innenschale 5 ist eine durch Ausgießen des Schalen zwischenraums gebildete Betonschale 7 angeordnet. Dabei handelt es sich um eine Stahl betonschale mit einem darin eingegossenen Bewehrungsgitter. Zur Bildung des Beweh rungsgitters dienen Gittersegmente 8 (Fig. 3), die auf vorstehende Dübelbolzen 12' gehängt werden können.

Wie aus Fig. 2 hervorgeht, weisen die Außenschalenstahlsegmente 4 jeweils horizontale Randabwinklungen 9 und vertikale Randabwinklungen 10 auf. Von der Innenseite der Außenschalenstahlsegmente 4 stehen damit verschweißte Kopfdübelbolzen 11 und 12 mit Köpfen 17 vor, von denen die Kopfdübelbolzen 11 jeweils eine Länge von maximal etwa 30 cm aufweisen, welche dem Abstand zwischen der Innenschale 3 und der Außenschale 5 entspricht, der im vorliegenden Fall maximal 30 cm beträgt. Die Länge der übrigen Kopf dübelbolzen 12 beträgt etwa ein Drittel bis zur Hälfte dieses Abstandes, der gleich der maxi malen Dicke der Betonschale 7 ist. Die Kopfdübelbolzen 11 und 12 sind in Rasterabständen angeordnet, wobei der Rasterabstand zwischen vertikalen Reihen 50 cm und zwischen horizontalen Reihen 20 cm beträgt.

Die zur Bildung der Innenschale 5 verwendeten Innenschalenstahlsegmente 6 sind wie die Außenschalenstahlsegmente 4 mit Randabwinklungen ausgebildet, wovon in Fig. 5 die hori zontalen Randabwinklungen 10' sichtbar sind. Die Kopfdübelbolzen 12', deren Länge gleich der Länge der Kopfdübelbolzen 12 ist, stehen von der Segmentaußenseite vor.

Der Durchmesser der Bolzen liegt im vorliegenden Fall zwischen 10 bis 19 mm. Der Kopf durchmesser ist um das Eineinhalbfache größer. Die Wandstärke der Schalensegmente 4, 6 beträgt 5 mm.

Mit dem Bezugszeichen 13 ist in der Fig. 4 ein mit der Innenschale 5 verbundener Ring zur horizontalen Stabilisierung bezeichnet.

In den genannten Randabwinklungen sind Bohrungen 14 vorgesehen, die es ermöglichen, die Segmente über ihre Randabwinklungen durch Schraubverbindungen 15 bzw. 15' mit einander zu verbinden.

Zur Verbindung der Innenschale mit der Außenschale können in den Figuren nicht gezeigte Stege verwendet sein, wobei solche Verbindungsstege zweckmäßig in regelmäßigen hori zontalen und vertikalen Abständen angeordnet sind.

Zur Errichtung des Turms 2 der in der Fig. 1 gezeigten Windkraftanlage werden die mit den Kopfdübelbolzen 11, 12 vorgefertigten Schalensegmente 4, 6 und die Bewehrungsgitterseg mente 8 zur Baustelle transportiert und aus den Außenschalensegmenten 4 und Innenscha lensegmenten 6 jeweils der Segmentlänge entsprechende Schalungsabschnitte montiert. Dabei werden nach Errichtung der jeweiligen Innenschalenabschnitte die Bewehrungsgitter segmente 8 an die von den Innenschalensegmenten nach außen vorstehenden Kopf dübelbolzen 12' angehängt. Danach erfolgt die Montage des jeweiligen Außenschalenab schnitts und ggf. dessen Verbindung mit dem Innenschalenabschnitt über Verbindungs stege.

Es wäre auch denkbar, einen Turmabschnitt, insbesondere einen oberen Turmabschnitt mit verringerte m Durchmesser, komplett vorzufertigen und zur Baustelle zu transportieren.

Nach Fertigstellung eines Turmabschnitts kann bereits mit der Herstellung der Betonschale 7 begonnen werden, wobei dann das Ausgießen der Betonschale 7 nach und nach während der Aufstockung weiterer Schalungsabschnitte erfolgt.

Indem die mit den Stahlschalen verbundenen Kopfdübelbolzen in die Betonschale hinein vorstehen, sind die Metallschalen mit der Betonschale derart verbunden, daß die Beton schale und die Metallschalen gemeinsam im Rahmen der Verbundkonstruktion die für die Windkraftanlage gemäß Fig. 1 erforderliche Trägerfunktion übernehmen können.

Im Unterschied zu dem beschriebenen Ausführungsbeispiel mit einheitlich acht Segmenten je Turmabschnitt könnte die auf die Turmabschnitte entfallende Segmentzahl variieren und insbesondere nach oben abnehmen. Auch die angegebenen Rasterabstände können sich höhenabhängig ändern.

Claims

1. Turmkonstruktion, insbesondere für Windkraftanlagen, gekennzeichnet durch eine Metallaußenschale (3), eine Metallinnenschale (5), eine zwi schen der Außen- und Innenschale angeordnete Betonschale (7) sowie Verbindungs trägerelemente (11, 12, 12') zur Bildung einer tragenden Verbundkonstruktion aus der Betonschale (7) und wenigstens einer der Metallschalen (3, 5).

2. Turmkonstruktion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsträgerelemente von der Außenschale (3) und/oder der Innen schale (5) in die Betonschale (7) vorstehende Trägerbauteile (11, 12, 12') umfassen.

3. Turmkonstruktion nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsträgerelemente (11, 12, 12') in der Betonschale (7), insbesondere durch eine Endaufweitung, formschlüssig verankert sind.

4. Turmkonstruktion nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsträgerelemente, insbesondere mit einem Kopf (17) versehene, Dübelbolzen (11, 12, 12') sind.

5. Turmkonstruktion nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsträgerelemente (11, 12, 12') auf der Metallaußenschale (3) und/oder der Metallinnenschale (5) in einem Rasterabstand zueinander angeordnet sind.

6. Turmkonstruktion nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein horizontaler Rasterabstand von 40 bis 60 cm, vorzugsweise 50 cm, vorgesehen ist,

7. Turmkonstruktion nach Anspruch 5 oder 6 dadurch gekennzeichnet, daß ein vertikaler Rasterabstand von 15 bis 25 cm, vorzugsweise 20 cm, vorgesehen ist.

8. Turmkonstruktion nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsträgerelemente (11, 12, 12') mit der Metallaußenschale (3) und/oder der Metallinnenschale (5) verschweißt sind.

9. Turmkonstruktion nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallaußenschale (3) und/oder die Metallinnenschale (5) aus, insbesondere zusammen mit den Verbindungsträgerelementen (11, 12, 12'), vorgefertigten, Schalen segmenten (4.6) gebildet ist.

10. Turmkonstruktion nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalensegmente (4, 6) miteinander über, insbesondere horizontale und verti kale, Randabwinklungen (9, 10, 10') verbindbar sind.

11. Turmkonstruktion nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Außenschale (3) oder/und Innenschale (4) vorstehenden Verbindungs trägerelemente Verbindungsträgerelemente (11) mit einer der Dicke der Betonschale (7) entsprechende Länge umfassen.

12. Turmkonstruktion nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der übrigen Verbindungsträgerelemente (12) etwa zwischen einem Drit tel und der Hälfte der Betonschalendicke liegt.

13. Turmkonstruktion nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Betonschale eine Stahlbetonschale (7) ist.

14. Turmkonstruktion nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß vorgefertigte, den Schalensegmenten (4, 6) entsprechende Bewehrungsgitterseg mente (8) vorgesehen sind.

15. Turmkonstruktion nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewehrungsgittersegmente (8) zur Positionierung zwischen den Schalen (3, 5) an die vorstehenden Verbindungsträgerelemente (12') anhängbar sind.

16. Turmkonstruktion nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalen (3, 5) über Stege miteinander verbunden sind.

17. Turmkonstruktion nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß an der Innenschale (5) Ringe (13) zur horizontalen Versteifung vorgesehen sind.