DE202015005040U1

DE202015005040U1 - Turmkonstruktion für eine Windenergieanlage mit horizontaler Rotorachse

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Publication number: DE202015005040U1
Application number: DE202015005040.9U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-07-14
Filing date: 2015-07-14
Publication date: 2015-09-18
Anticipated expiration: 2025-07-15

Abstract

Turmkonstruktion für eine Windenergieanlage mit horizontaler Rotorachse, dadurch gekennzeichnet, dass der Turm (6) aus mindestens drei oder mehr über 360° gleichmäßig verteilten und eng zueinander geneigt angeordneten einzelnen Turmsäulen (6.1, 6.2 und 6.3) besteht und sich die Mittellinie (14) des Turmes (6), die verlängerten Mittellinien (10) der Turmsäulen (6.1, 6.2 und 6.3) und die Rotorwelle (12) in einem gemeinsamen Punkt (13) schneiden und so die in Nabenhöhe eingeleitete Rotorkraft als Druck- und Zugkräfte über die Turmsäulen (6.1, 6.2, und 6.3) in das Fundament (9) geleitet werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Windenergieanlage mit horizontaler Rotorachse auf einem Turm, der aus mindestens drei verbundenen, zueinander geneigten Säulen besteht, die zu einer stabilen Turmkonstruktion zusammengefügt sind.
Stand der Technik
Aus dem Fachbuch "Windkraftanlagen" von Siegfried Heier, Verlag Vieweg & Teubner, 5. überarbeitete und aktualisierte Auflage 2009, Seite 6, Bild 1.10 ist eine Windenergieanlage bekannt, deren Turm aus drei einzelnen, stark geneigten Säulen besteht, die unten in Fundamenten verankert und in ihrer stark geneigten Anordnung oben zusammengeführt sind, wo sie eine Plattform zur Aufnahme der gegenüber dieser Plattform drehbaren Gondel tragen. Damit die Rotorblätter nicht mit den Säulen des Turmes kollidieren, sind die Größenverhältnisse dieser Einzelteile und ihre Anordnung zueinander konstruktiv aufeinander abgestimmt.
Weiterhin ist aus der Druckschrift EP 2 065 593 A1 eine Windenergieanlage mit einem um seine senkrechte Achse drehbaren Turm bekannt, der zur Sicherung ihrer vertikalen Stellung über zusätzliche, in Fundamenten fest angeordneten Stützen gehalten wird.
Damit der Turm mit seinem Anteil Biegebeanspruchung gegenüber diesen Stützen eine Drehbewegung ausführen kann, ist die Verbindung der Stützen mit dem Turm als rotierende Halterung ausgeführt.
Beide Beispiele bedürfen durch die große Spreizung der Turmsäulen oder ihrer Stützen große Flächenanteile pro Anlage am Standort und weisen keine besonderen konstruktiven Merkmale auf, die zur Minimierung der Eigenmasse und Kosten führen.
Aufgabe der Erfindung
Es ist Aufgabe der Erfindung, die Turmkonstruktion weitgehend von Biegebeanspruchung zu befreien, den Flächenbedarf pro Anlage zu beschränken, die Gesamtkosten des Turmes zur Herstellung, den Transport seiner Teile zum Aufstellort und den Aufwand für die Montage gering zu halten.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Turm mit einer neuen Turmstruktur ausgeführt wird, die mit mindestens drei oder mehr auf 360° gleichmäßig verteilten zueinander wenig geneigten Säulen miteinander und stabil verbunden sind, und aus fertig gewalzten Profilen zusammengesetzt werden. Die Neigung der Säulen zur Mittellinie des Turmes sollen 4° bis 8°, max. 10° betragen. Dadurch werden die Druck- und Zugbeanspruchungen in den Turmsäulen günstig beherrschbar und gestattet, die Fläche für das Fundament zu beschränken.
Ausführungsbeispiel
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden an Hand eines Ausführungsbeispiels und mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen
1: die Turmkonstruktion einer Windenergieanlage in einer Seitenansicht,
2: die Einzelansicht der Turmkonstruktion in der Draufsicht und
3: mögliche Ausführungen von Stabilisierungselementen in der Draufsicht.
Nach den 1 und 2 besteht die Windenergieanlage aus dem kompletten Turm 6 mit seinen drei Turmsäulen 6.1, 6.2 und 6.3. Sie werden nach den Anforderungen der statischen Berechnung in den Längen der Turmsäulen 6.1, 6.2 und 6.3 mit den erforderlichen Stabilisierungselementen 7 ausgerüstet und zur tragfähigen, stabilen Gesamtkonstruktion verbunden. Der obere Turmabschluss 5 wird im Ausführungsbeispiel als Kreisringträger ausgebildet und übernimmt die Drehverbindung 4 und die Gondel 3 mit den Antrieben auf. In der Zeichnung sind dazu noch der Rotor 1 und die Rotornabe 2 dargestellt.
Unten werden die Turmsäulen 6.1, 6.2 und 6.3 von den drei Säulenfundamenten 8 aufgenommen, die gemeinsam mit dem Fundament 9 eine Einheit bilden.
Die Turmsäulen 6.1, 6.2 und 6.3 sind im Abstand von je 120° gegenüber der Mittellinie 14 des kompletten Turmes 6 mit je einem Spreizwinkel α = 4° geneigt.
Der Turm 6 und die Gondel 3 mit den Antrieben sind zueinander so angeordnet, dass sich die Mittellinie 14 des kompletten Turms 6, die verlängerten Mittellinien 10 der Turmsäulen 6.1, 6.2 und 6.3 und die Rotorwelle 12 in einem gemeinsamen Punkt 13 schneiden. Dadurch wird die vom Rotor 1 aufgenommene und in Nabenhöhe eingeleitete Rotorkraft als Druck- und Zugkräfte über die Turmsäulen 6.1, 6.2 und 6.3 in die Säulenfundamente 8 und das Gesamtfundament 9 eingeleitet. Die auf die Turmsäulen 6.1, 6.2 und 6.3 einwirkenden Windkräfte und weitere vielseitige Zusatzkräfte werden die die Gesamtbelastung der Turmsäulen 6.1, 6.2 und 6.3 und deren Stabilisierungselemente 7 einbezogen. Das neue Gesamtkonzept der Turmkonstruktion 6 mit geneigten Turmsäulen 6.1, 6.2 und 6.3, die vorwiegend Druck- und Zugbelastungen aufzunehmen haben, ermöglicht den großen Vorteil, für die Turmsäulen 6.1, 6.2 und 6.3 fertiggewalzte Konstruktionsrohre oder auch spiralgeschweißte Konstruktionsrohre hochfesten Werkstoffgüten einzusetzen, sodass die Walzlängen und Knicklängen der Turmsäulen 6.1, 6.2 und 6.3 über das Variieren der Wanddicke optimal abgestimmt werden, um den Materialaufwand und den Schweiß- und anderen Arbeitsaufwand minimieren zu können. Jede der Turmsäulen 6.1, 6.2 und 6.3 entsteht aus mehreren walzlängenabhängigen Segmenten. Die Turmsäulenstoßverbindungen bieten durch minimierten Biegeanteil und logistische Vorteile auch umfangreiche Einsparungen an Montagearbeit. Der Aufwand für die Fundamentarbeiten wird günstig beeinflusst, da der Anteil eingeleiteter Druckbeanspruchung gegenüber sonst in hohem Maße einzuleitenden Biegebeanspruchungen günstig auf die Fundamentgesamtkosten auswirkt.
Ausführungen der Stabilisierungselemente 7 sind in der Zeichnung nach 3, A bis G dargestellt. Die Auswahl der konstruktiven Lösungen erfolgt entsprechend der geometrischen und belastungsabhängen Anforderungen.
Bezugszeichenliste

1: Rotor
2: Rotornabe
3: Gondel mit den Antrieben
4: Drehverbindung
5: oberer Turmabschluss
6: Turm
6.1: Turmsäule
6.2: Turmsäule
6.3: Turmsäule
7: horizontale Stabilisierungselemente
8: Säulenfundamente
9: Gesamtfundament
10: Mittellinien der Turmsäulen
12: Rotorwelle
13: Schnittpunkt
14: Mittellinie des Turms
α: Spreizwinkel der Turmsäulen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 2065593 A1 [0003]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

”Windkraftanlagen” von Siegfried Heier, Verlag Vieweg & Teubner, 5. überarbeitete und aktualisierte Auflage 2009, Seite 6, Bild 1.10 [0002]

Claims

Turmkonstruktion für eine Windenergieanlage mit horizontaler Rotorachse, dadurch gekennzeichnet, dass der Turm (6) aus mindestens drei oder mehr über 360° gleichmäßig verteilten und eng zueinander geneigt angeordneten einzelnen Turmsäulen (6.1, 6.2 und 6.3) besteht und sich die Mittellinie (14) des Turmes (6), die verlängerten Mittellinien (10) der Turmsäulen (6.1, 6.2 und 6.3) und die Rotorwelle (12) in einem gemeinsamen Punkt (13) schneiden und so die in Nabenhöhe eingeleitete Rotorkraft als Druck- und Zugkräfte über die Turmsäulen (6.1, 6.2, und 6.3) in das Fundament (9) geleitet werden.
Windenergieanlage nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, dass die Mittellinien (10) der Turmsäulen (6.1, 6.2, 6.3) gegenüber der Mittellinie (14) des Turmes (1) einen Öffnungswinkel α von 2 × 4° = 8° bis max. 10° aufweisen.
Windenergieanlage nach den Ansprüchen 1. und 2., dadurch gekennzeichnet, dass die Turmsäulen (6.1, 6.2 und 6.3) in bestimmten Abständen in ihrer Höhe durch Stabilisierungselemente (7) statisch fest verbunden sind.