DE202008010515U1

DE202008010515U1 - Turm einer Windkraftanlage

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Publication number: DE202008010515U1
Application number: DE202008010515U
Authority: DE
Original assignee: FIBER TECH PRODUCTS GmbH; FIBER-TECH PRODUCTS GmbH
Current assignee: FIBER TECH PRODUCTS GmbH; FIBER-TECH PRODUCTS GmbH
Priority date: 2008-08-07
Filing date: 2008-08-07
Publication date: 2008-12-11
Anticipated expiration: 2018-08-08

Abstract

Turm einer Windkraftanlage,
1. der im wesentlichen aus Holz besteht und aus Einzelhölzern zusammen-, gesetzt ist, mit folgenden Merkmalen:
2.1 bestehend aus
einem Turmkopfe (2), der neben den Anlageteilen der Windkraftmaschine eine Befestigungseinrichtung und ein/mehrere Dämpfungsglied/er (3), ggf. aus einem Elastomer, enthält,
2.2 bestehend aus
der eigentlichen Turmgestaltung (4) in Mischbauweise von Holz und glasfaserverstärktem Kunststofflaminat, wobei Hölzer (8) zu einem Rohr mit nahezu kreisförmigen Querschnitt (4) zusammengefügt, vorzugsweise geleimt, sind, dieses über den ganzen Rohrschaft oder Teilen davon mit, jeweils vom Ort der Glasfaserverstärkung abhängig, Glasfaseraufbauten verschiedener Strukturen belegt bzw. laminiert ist, an den Einspannenden Strukturen zur Aufnahme des Turmkopfes und in einer Turmeinspannung (5) vorgesehen sind und das Laminat mit in das Rohrinnere hinein gelegt ist,
2.2.1 wobei bei der Turmgestaltung (4) die Hölzer aus ortsüblichen Holzvorkommen bestehen,
2.2.2 wobei bei der Turmgestaltung (4) der Glasfaseraufbau im Laminat aus faserverstärktem Kunststoff...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet der Windkraftanlagen, insbesondere betrifft die Erfindung deren Turmgestaltung.
Die Turmgestaltungen der Windräder bzw. der Windkraftmaschinen/Windkraftanlagen sind hinlänglich bekannt. Überwiegend kann man diese Türme als Stahlrohrtürme, Gittermasttürme (Fachwerktürme) oder Betontürme erkennen. Daraus leitet sich für diese Turmkonstruktionen ab, dass sie auch segmentartig aufgebaut sein können.
Beispielsweise beschreibt die DE 101 60 306 A1 , einen Turmaufbau, der aus vertikal aufliegenden, segmentartigen Betonteilen zusammengesetzt ist. Dazwischen sind spezielle Verbundmassen, die ein Polymer sein können, angeordnet, die vermittels eines erfindungsgemäßen Heizelementes am bzw. im Segment in ihrer Aushärtung beschleunigt werden.
Ein weiterer Turmaufbau ist gemäß DE 20 2008 001 606 U1 aus einem Hohlkörper aus Holz gebildet und im wesentlichen aus Modulen bestehend konzipiert, wobei die Module aus zusammengesetzten Platten bestehen und, dann so gebildet, als Segmente in Übereinanderanordnung vorgesehen sind. Das senkrechte Zusammensetzen solcher senkrecht montierten Module/Segmente bedarf entsprechender Verbindungstechnik, auch deswegen, weil sie mit ständig sich nach oben ändernden Abmessungen vorgesehen sind, da nur so ein sich nach oben konisch verjüngender Turm gebildet werden kann. In dieser Schrift ist auch beschrieben, dass Holzfachwerktürme zwar denkbar aber aus verschiedenen Gründen nicht realisierbar sind. Ausführlich werden hier die Nachteile und ggf. geometrischen, physikalischen und bauphysikalischen Grenzen für einen Holzfachwerkturm beschrieben, auf die hier gleichfalls und ausdrücklich Bezug genommen wird. Holz bestimmter Holzarten wird in Zukunft als Turmbaustoff für Windkraftanlagen größere Bedeutung als die eingangs erwähnten Baustoffe/Bauarten gewinnen. Jedoch stehen dem immer noch die v. g. Nachteile und Grenzen entgegen, die es zu überwinden gilt. Bei dem in v. g. Schrift offenbarten Segment-/Modulaufbau sollen senkrecht stehende Holzplatten, die ein Polygon, vorzugsweise ein Vier- oder Fünfeck, damit einen innen offenen Hohlkörper bilden, verleimt werden. Um die Segmente bzw. Module selbst untereinander zum Turmaufbau zu verbinden wird das Verkleben, Verbolzen oder Flanschen offenbart. Auch soll es möglich sein, den Aufbau der Module/Segmente nach oben über dazwischengelegte Platten, an die die Module/Segmente angeklebt werden, vorzunehmen. Jedoch weist diese technische Lösung noch erhebliche Mängel auf. Am Turm von z. B. vertikalachsigen Windkraftanlagen treten Schwingungen auf, die z. B. dadurch bestimmt werden, dass die Blätter der Windkraftmaschine durch Strömungen hindurchtreten müssen, wobei beim Eintritt und beim Austritt aus solchen (Wind-/Luft-)Strömungen, u. U. beladen mit nicht vernachlässigbaren Flüssigkeits- oder Feststoff-Partikeln, ruckartige Belastungen auftreten. Solche Windkraftanlagen neigen also auch deshalb besonders zur Schwingungsanfälligkeit, weswegen auch bestimmte Eigenfrequenzen beachtet werden müssen. Die bisherige Praxis zeigt, dass wegen solcher Schwingungsbelastungen Risse an Flanschen bei Stahltürmen auftreten. Als nachteilig der in DE 20 2008 001 606 U1 offenbarten technischen Lösung ist unbedingt festzustellen, dass die vorgesehene Verbindungstechnik – z. B. Leimen (auf Dauer stark anfällig gegen Witterungseinflüsse) und Flanschen – diesen vorgenannte Belastungen nicht standhalten wird. In der Praxis ist solch ein Turm auch noch nicht aufgebaut worden, geschweige denn dass er eine ausreichende Grenznutzungsdauer erreicht hätte. Auch setzt diese technische Lösung nichts gegen die relativ niedrige Scherfestigkeit des Holzes ein. Desgleichen nichts gegen Holz schädigende Witterungseinflüsse, obwohl gerade diese technische Lösung Hölzer vorsieht, die solchen Witterungseinflüssen nicht standhalten. Es ist auch nicht davon auszugehen, dass hierfür hochfeste und hochwiderstandsfähige Tropenhölzer eingesetzt werden sollten, was dann eine weltweit geächtete Maßnahme gegen den Erhalt der tropischen Regenwälder wäre und weltweit die Umwelt weiter schädigen würde, kämen solche Holzarten zum Einsatz.
Von diesem Stand der Technik und seinen Mängeln ausgehend, liegt der Erfindung die Aufgaben- und Zielstellung zu Grunde, eine Verbesserung und Weiterentwicklung der Raumform und ihrer wesentlichen Merkmale des eingangs genannten Windkraftanlagenturms zu schaffen. Insbesondere ist unter Berücksichtigung der Zug-, Biege-, Scher- und Schwingungsbeanspruchung des Anlagenteils Turm und bei Wahrung der notwendigen Steifigkeit bei geringerer Eigenmasse sowie durch den Einsatz technischer Maßnahmen zur Erhöhung der Scherfestigkeit des Materials Holz die Funktions- und Betriebssicherheit zu erhöhen. Demnach ist es auch Aufgabe der Erfindung, die Eigenmasse zu verringern, die System-Eigenfrequenz zu erhöhen und die Dämpfung zu erhöhen, um eine Minimierung der Amplitude im Resonanzfall erreichen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgaben- und Zielstellung vermittels der in der Anspruchsfassung unter 2.1 bis 2.3 dargestellten Merkmale durch die Gestaltungen hinsichtlich der Anordnungselemente und Raumform des erfindungsgemäßen Windkraftanlagenturms gelöst.
Die erfindungsgemäße Anordnung und Raumform und die vorteilhaften Wirkungen dieser erfindungsgemäßen technischen Lösung ergeben sich nicht abschließend aus der folgenden näheren Erläuterung und den die Erläuterung verdeutlichenden beispielhaften Figuren, so dass eine weitere zusätzliche Beschreibung von Ausführungsbeispielen entbehrlich ist, da die Figuren als Beispieldarstellung zur erfindungsgemäßen technischen Lösung diese hinreichend beschreiben.
1 zeigt die Gesamtraumform des Windkraftanlagenturms 1 mit der oben befindlichen Anschluss-/Einspannstelle zum Turmkopf 2, die über ein Dämpfungsglied 3 mit dem Turmschaft 4 verbunden ist, und mit der am unteren Ende des Turms 1 befindlichen Turmeinspannung 5, die Turmschaft 4 mit dem Turmfundament 7 verbindet.
2 zeigt den Turmkopf 2 mit dem Dämpfungsglied 3.
3 zeigt die Turmeinspannung 5 am Turmfundament 7.
Die 4 und 5 zeigen den Turmschaft 4 in seinen möglichen Aufbauarten.
6 zeigt den möglichen Laminataufbau auf dem Holzkörper Die vorteilhaften Wirkungen und besonderen Vorzüge dieser erfindungsgemäßen Lösung sind nachfolgend beschrieben.
Das Dämpfungsglied 3, welches ggf. aus einem Elastomer besteht, mindert die besonders am Turmkopf entstehenden Schwingungen, verhindert ggf. Resonanzen. Das Material Holz der eigentlichen Turmgestaltung 4 hat ein geringes Gewicht, was zur Massereduzierung beiträgt. Auch wirkt sich das hervorragende Dämpfungsverhalten dieses Werkstoffs äußerst positiv auf das Schwingungsverhalten der Gesamtanordnung aus. Die v. g. Dämpfung kann insbesondere für Hausaufbauten wichtig sein. Holz ist als nachwachsender Rohstoff überall verfügbar und verarbeitbar. Jedoch weist Holz auch ungünstige Eigenschaften auf, die die bisherige technische Lösung nach DE 20 2008 001 606 U1 nicht abzustellen in der Lage ist. Die vorliegende erfindungsgemäße Lösung überwindet diese Mängel dadurch, dass technische Maßnahmen in Form der Mischbauweise von Holz und glasfaserverstärktem Kunststofflaminat eingesetzt werden. Die Glasfaserverstärkung des zusammengesetzten Holzrohres schafft einesteils den notwendigen Witterungsschutz andernteils wird die bei Holz geringe Scherfestigkeit um Größenordnungen heraufgesetzt. Somit wird die hohe Zug- und Druckfestigkeit des Holzes mit der Erhöhung der eigentlich hierfür zu niedrigen Scherfestigkeit (des Holzes) vermittels der sehr hohe Festigkeit des GFK-Laminats bei diesem Holz-Laminat-Verbund kombiniert. Auch der nahezu gleiche Wärmeausdehnungskoeffizient beider Materialien und weitere ähnliche Eigenschaften von Holz und GFK sowie die Tatsache, dass beide eine gute Verbindung miteinander eingehen, wirken sich ideal für diesen Verbund aus. Darüber hinaus schützt das GFK-Laminat das Holz vor schädlichen Umwelteinflüssen. Der Holzturm 4 wird in Form eines Rohres aus konischen Holzsegmenten zusammengesetzt, so dass sich eine konische Gesamtform des Turmes in Längsrichtung und ein nahezu kreisförmiger Querschnitt ergibt. Vorzugsweise ist das Verleimen der konischen Holzsegmente vorzusehen. Dieses so entstandene Holzrohr 4, der Windkraftanlagenturm, wird über den ganzen Rohrschaft 4 oder Teilen davon mit, jeweils vom Ort der Glasfaserverstärkung abhängig, umlaufenden Glasfaseraufbauten verschiedener Strukturen belegt bzw. laminiert. Der Laminataufbau wird aber auch an den Turmenden in diese hineingezogen, um hier für den nötigen Schutz, z. B. gegen Fäulnis, zu sorgen. An den Einspannenden am Turmkopf 2 und am unteren Einspannende 5 sind als Strukturen zur Aufnahme in der Turmeinspannung Löcher im Turm und von der Gegenseite her an einem topfähnlichen Gebilde Nägel, Schrauben, Spindeln oder andere gleichwirkende technische Lösungen vorgesehen. Bei der Turmgestaltung 4 ist der Glasfaseraufbau im Laminat aus faserverstärktem Kunststoff so ausgebildet ist, dass am Turmeinspannende und gegebenefalls am -kopfende UD-Faserbelag 11 und ±45°-Gelege 12 in der dort jeweils notwendigen Lagenanzahl vorgesehen sind und dass für den übrigen, dazwischernliegenden Abschnitt ±45°-Gelege 9 und quasiisotrope Matte 10 in der dort jeweils erforderlichen Lagenanzahl angeordnet sind. Zusätzlich kann als UV- und Wetterschutz eine Matte über die gesamte Rohrlänge auflaminiert sein. Durch die unterschiedliche Ausrichtung der Glasfasern im Laminat lassen sich die für den jeweiligen Ort optimalen Festigkeitseigenschaften ausbilden.
Alternativ zur v. g. beschriebenen Turmgestaltung 4 kann diese als eine Turmgestaltung nach Fig. 4A derart ausgebildet sein, dass ein mehrere Einzeltürme 4 umspannendes Laminat 13 einen extrem stabilen Windkraftanlagenturm 4A bildet, auch beinhaltend eine Turmeinspannung 5 am Turmfundament 7.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10160306 A1 [0003]
- DE 202008001606 U1 [0004, 0004, 0013]

Claims

Turm einer Windkraftanlage, 1. der im wesentlichen aus Holz besteht und aus Einzelhölzern zusammen-, gesetzt ist, mit folgenden Merkmalen: 2.1 bestehend aus einem Turmkopfe (2), der neben den Anlageteilen der Windkraftmaschine eine Befestigungseinrichtung und ein/mehrere Dämpfungsglied/er (3), ggf. aus einem Elastomer, enthält, 2.2 bestehend aus der eigentlichen Turmgestaltung (4) in Mischbauweise von Holz und glasfaserverstärktem Kunststofflaminat, wobei Hölzer (8) zu einem Rohr mit nahezu kreisförmigen Querschnitt (4) zusammengefügt, vorzugsweise geleimt, sind, dieses über den ganzen Rohrschaft oder Teilen davon mit, jeweils vom Ort der Glasfaserverstärkung abhängig, Glasfaseraufbauten verschiedener Strukturen belegt bzw. laminiert ist, an den Einspannenden Strukturen zur Aufnahme des Turmkopfes und in einer Turmeinspannung (5) vorgesehen sind und das Laminat mit in das Rohrinnere hinein gelegt ist, 2.2.1 wobei bei der Turmgestaltung (4) die Hölzer aus ortsüblichen Holzvorkommen bestehen, 2.2.2 wobei bei der Turmgestaltung (4) der Glasfaseraufbau im Laminat aus faserverstärktem Kunststoff so ausgebildet ist, dass am Turmeinspannende und gegebenefalls am -kopfende UD-Faserbelag (11) und ±45°-Gelege (12) vorgesehen sind, dass für den übrigen, dazwischenliegenden Abschnitt ±45°-Gelege (9) und quasiisotrope Matte (10) vorgesehen sind, wobei u. U. zusätzlich als UV- und Wetterschutz eine Matte über die gesamte Rohrlänge auflaminiert sein kann, 2.2.3 wobei die Turmgestaltung (4) als eine Turmgestaltung (4A) derart ausgebildet sein kann, dass ein mehrere Einzeltürme (4) umspannendes Laminat (13) einen extrem stabilen Windkraftanlagenturm (4A) bildet, 2.2.4. wobei die Strukturen an den Einspannenden zur Aufnahme des Turmkopfes wie auch in der Turmeinspannung Löcher im Holz-/GFK-Verbund und gegenseitig an einem topfähnlichen Gebilde Nägel, Schrauben oder Spindeln sein können, 2.3 bestehend aus der Turmeinspannung (5) am Turmfundament (7), wobei das Merkmal 1 den Oberbegriff und die übrigen untergliederten Merkmale den kennzeichnenden Teil bilden.