DE20321897U1

DE20321897U1 - Windkraftanlage

Info

Publication number: DE20321897U1
Application number: DE20321897U
Authority: DE
Original assignee: Mecal Applied Mechanics BV
Current assignee: Mecal Applied Mechanics BV
Priority date: 2002-02-12
Filing date: 2003-02-12
Publication date: 2012-07-02
Anticipated expiration: 2013-02-13
Also published as: ATE345430T1; EP1474579B1; EP1474579B2; CA2475354C; AU2003221457A1; DE60309668T2; JP2005517849A; US20050129504A1; BR0307568B1; BR0307568A; CA2475354A1; AU2003221457B2; NL1019953A1; ES2272954T3; WO2003069099A1; CN1630763B; DE60309668D1; US7160085B2; DE60309668T3; EP1474579A1

Abstract

Windturbine mit einem stationären vertikalen Mast (oder Turm), an welchem der bewegliche Teil der Windturbine angeordnet ist, wobei der Mast zumindest teilweise aus vorgefertigten Wandteilen besteht, wobei mehrere benachbarte Wandteile einen im Wesentlichen ringförmigen Mastabschnitt ausbilden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Windturbine mit eifern stationären vertikalen Mast, an welchem der bewegbare Teil einer Windturbine angeordnet ist, wobei der Turm zumindest teilweise aus vorgefertigten Teilen besteht.
DE-A-198 32921 beschreibt einen Turm oder Mast mit Innen- und Außenwänden, die aus Stahlschalen bestehen, zwischen welche ein einziger Betonkörper gegossen ist. Optional kann der Turm aus vorgefertigten Stahlschalenteilen gebildet sein.
FR 1 145 789 beschreibt einen Turm oder Mast, der aus identischen vorgefertigten Betonelementen gebildet ist, welche schraubenlinienförmig aufeinandergestapelt sind.
Der Artikel ”Danish wind turbines (1): portrait of-Micon's 250 Kw turbine” in Naturlig Energi Maneds Magasin, Januar 1992, beschreibt eine Windturbine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 mit vertikal überlappenden Mastabschnitten.
Gegenwärtig existieren vier herkömmliche Verfahren zur Herstellung eines Turmes oder eines Masts, an dem die bewegbaren Teile einer Windturbine angebracht werden können. Hierbei handelt es sich um:

– zylindrische Stahlmasten/-türme,
– Gitterstahlmasten/-türme,
– vorgefertigte Betonmasten/-türme,
– große vor Ort gegossene Betontürme.

Stahlmasten haben eine Anzahl von Nachteilen:

– Geringere Widerstandsfähigkeit gegenüber Wettereinflüssen, insbesondere auf See.
– Bei schwereren Windturbinen erfordern zylindrische Stahlmasten sehr dicke Wände und große Durchmesser, weshalb sie aus produktionstechnischen Gründen praktisch nicht verwendet werden können.
– Zylindrische Stahlmasten müssen oft in Werften gebaut werden.
– Der Transport der großen Stahlmasten bringt aufgrund der Größe der Teile zahlreiche Probleme mit sich, wenn diese aus einem oder zwei Stücken gebildet sind.
– Hohe Wartungskosten.
– Viel Installationsarbeit (unter Verwendung einer großen Anzahl von Bolzen).
– Teure Kräne sind erforderlich.
– Weniger Steifigkeit.
– Schwingungsdämpfer erforderlich.
– Beschichtung gegen Witterungseinflüsse erforderlich.
– Gittermasten haben den Nachteil, dass sie als visuell unattraktiv gelten.

Die existierenden vorgefertigten Betontürme oder -masten sind zum Stützen von Windturbinen von bis zu 1,8 MW geeignet. Die Türme sind aus vollständigen zylindrischen Elementen aufgebaut, während das untere Ende aus zwei halben Elementen besteht. Die Elemente sind durch vollständig durchgehende Zugseile und Mörtel miteinander verbunden. Beim Aufbauen des Turms wird ein Turmkran zum Aufeinanderstapeln der Elemente verwendet.
Nachteile:

– (zu) großer Durchmesser für normalen Transport
– schwierige Form, daher hohe Produktionskosten
– viel Seil erforderlich (40 Stück, volle Länge)
– hohe Genauigkeit für die 40 Seilschächte erforderlich
– kostspieliger Kran für den Aufbau erforderlich
– schwierig abzureißen (durch Sprengen oder Zertrümmern)

Das herkömmlichste Verfahren zum Errichten von Türmen, die in der Lage sind, schwere Maschinen zu tragen, ist das Gießen vor Ort. Bei diesem Verfahren werden die Schalungen und die Verstärkung vor Ort hergestellt und der Beton eingegossen. Dies hat die folgenden Nachteile:

– Weniger gute Betonqualität und daher weniger Festigkeit.
– Der Bau ist von den Wetterbedingungen abhängig.
– Großer kostspieliger Kran und Gerüst erforderlich.
– Sehr zeitaufwendig.
– Abriss durch Zertrümmern oder Sprengen erforderlich.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die vorgenannten Nachteile zu vermeiden und eine Windturbine mit einem Turm oder Mast zu schaffen, der leicht und schnell aus vorgefertigten Teilen zu errichten ist, ohne speziellen Straßentransport und/oder schweres Gerät für den Aufbau des Turmes oder des Masts zu benötigen. Da der Turm dem Stützen der bewegbaren Teile der Windturbine dient, muss er in der Lage sein, sehr starken Kräften in horizontaler und vertikaler Richtung standzuhalten.
Zu diesem Zweck schafft die Erfindung eine Windturbine mit einem stationären vertikalen Mast oder Turm nach Anspruch 1 und einen Mast nach Anspruch 19, an welchem das bewegbare Teil der Windturbine angeordnet ist. Anspruch 20 definiert das Verfahren zum Bauen der Windturbine und des Masts.
Der Turm wird aus mehreren vorgefertigten Wandteilen oder Segmenten, vorzugsweise aus verstärktem Beton oder einem anderen steinartigen Material, aufgebaut, die aufeinander angeordnet und/oder in ringförmigen Mastabschnitten oder -ringen nebeneinander angeordnet werden. Die Segmente werden nebeneinander zu einem Ring angeordnet, wobei beispielsweise drei oder mehr Segmente einen polygonalen Ring bilden. Mehrere Ringe können in vertikaler Richtung aufeinander angeordnet werden. Die Segmente können unter Verwendung von Mörtel und/oder nachträglich verspannter Zugseile miteinander verbunden werden. Die Segmente auf einer Höhe sind vorzugsweise identisch. Abhängig von der Wahl der Form des Querschnitts des Turms sind unterschiedlich geformte Segmente erforderlich. Der Turm hat vorzugsweise einen Querschnitt, bei dem es sich um ein Polygon oder einen Kreis handelt, dessen Durchmesser nach oben hin abnimmt, so dass eine Kegelstumpfform erreicht oder annähernd erreicht wird. Eine andere Möglichkeit ist ein Turm oder Mast der auf der Innen- und/oder der Außenseite gestuft ist, so dass der Außendurchmesser und/oder die Wanddicke eines höheren. Rings geringer als diejenige eines jeweiligen tieferen Rings ist.
Drei Grundausführungsbeispiele für die Segmente eines Turmes oder Masts mit einem polygonalen Querschnitt werden bevorzugt:
1. Regelmäßiger polygonaler Querschnitt, gleiche Anzahl von Winkeln (siehe Fig. 1 und Fig. 2)
Die Segmente (A), aus denen der Turm oder Mast aufgebaut wird, weisen an sämtlichen Seitenflächen eine Trapezform (B) auf, die nach oben zuläuft und symmetrisch ist. Ein Segment besteht aus zwei Seitenflächen, die an der Schrägseite miteinander verbunden sind. Wenn der Querschnitt ein regelmäßiges Polygon mit einer geraden Anzahl von Winkeln ist, werden die Segmente stets mit dem Winkel über der Fuge zwischen zwei darunter liegenden Segmenten angeordnet, um Schwachpunkte an dieser Fuge zu vermeiden (siehe 1D). In diesem Fall ist das Segment selbst vorzugsweise symmetrisch. Dieses Ausführungsbeispiel hat den Vorteil, dass der gesamte Turm, falls gewünscht, mit einer einzigen Form mit unterschiedlicher Einrichtung hergestellt werden kann. Ferner können auf diese Weise Formsegmente hergestellt werden, die breiter sind, als dies bei den anderen Ausführungsbeispielen möglich ist.
2. Regelmäßiger polygonaler Querschnitt, asymmetrische Segmente (siehe Fig. 3)
Wenn der Querschnitt bei diesem Ausführungsbeispiel ein regelmäßiges Polygon ist, besteht die Seitenfläche (E) des Turms auf der Höhe eines Rings stets aus asymmetrischen Teilen zweier Segmente, die zusammen das zulaufende symmetrische Trapez bilden. Diese Segmente selbst sind asymmetrisch, vorzugsweise mit einer kurzen und einer langen Seite. Wenn die Basisform pro Segmentring gespiegelt wird, werden bei diesen Ausführungsbeispielen ebenfalls keine langen Fugen gebildet (siehe 3F). Ein Vorteil dieser Form ist, dass die kurze Seite (G) ein Parallelogramm mit konstanter Breite ist, wobei die lange Seite ein zulaufendes Trapez bildet. Dies vereinfacht die Gestalt der Form und somit die Produktion der Segmente. Da die obere Seite und die untere Seite eines Segments an der Wand der Schalung anliegen können, kann eine genauere Fläche erreicht werden, als wenn dies nicht der Fall ist.
3. Unregelmäßiger polygonaler Querschnitt, gerade Anzahl von Winkeln
Die Seitenflächen des Turms oder des Masts bestehen abwechselnd aus rechteckigen und zulaufenden symmetrischen Trapezen. Die Segmente bestehen ferner aus einem zulaufenden Trapez und einer rechteckigen Fläche, die an der Schrägseite des Trapezes miteinander verbunden sind. Die rechteckige Seite ist vorzugsweise abwechselnd Teil der linken und der rechten Seite eines Segments, so dass auch hier lange Fugen vermieden werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Querschnitt des Turms oder des Masts ein unregelmäßiges Polygon mit einer geraden Anzahl von Winkeln. Dieses Ausführungsbeispiel hat den Vorteil, dass stets eine Anzahl von Flächen vorhanden ist, die eine konstante Breite aufrechterhalten. Infolgedessen ist das Anbringen von für das nachträgliche Verspannen vorgesehenen Zugseilen, die sich durch den gesamten Turm erstrecken, einfach. Darüber hinaus sind rechteckige Formen relativ einfach herzustellen.
Die Verwendung der Trapezform der Seiten bringt es mit sich, dass die Form, und somit die Segmente selbst, relativ einfach herzustellen ist. Darüber hinaus ermöglichen die Trapeze einen konischen Turm oder Mast.
Es existieren ferner Grundausführungsbeispiele für die Segmente eines Turms oder Masts mit kreisförmigem Querschnitt.
Kreisförmiger Querschnitt
Bei der Verwendung eines kreisförmigen Querschnitts für einen vorgefertigten Turm werden Segmente verwendet, die zusammen in Ringen hohle Kreiszylinder bilden (4 und 5). Um sicherzustellen, dass die erforderliche Festigkeit und Masse eines Rings das erforderliche Maß nicht übersteigen, können ein oder mehr Ringe eine geringere Wandstärke und/oder -durchmesser als der darunter liegende Ring aufweisen (siehe 4H und 5H). Dies läuft darauf hinaus, dass ein oder mehr Ringe auf der Innenseite (4) und/oder der Außenseite (5) zueinander versetzt angeordnet sind. Bei der Verwendung von Zugseilen für das nachträgliche Verspannen müssen die gestuften Ringe derart aufeinander angeordnet werden, dass ausreichend Platz verbleibt, um das Anbringen der Zugseile für das nachträgliche Verspannen (6) durch die Wände des Ganzen zu ermöglichen. Gegenüber einer runden konischen Form hat eine zylindrische Form den Vorteil, dass sie einfacher zu realisieren ist, so dass die Herstellungskosten geringer sind. Das Vermeiden einer wirklich konischen Form hat, bei der Verwendung mit Windturbinen, ferner den Vorteil, dass der erforderliche maximale Durchmesser auf einer bestimmten Höhe leicht erreicht werden kann.
Die Segmente können optional mit Führungen, beispielsweise Rädern oder Material mit geringer Reibung, wie einem glatten Material, versehen sein, so dass die Segmente an der Seite des Turms anliegend hinaufbewegt werden können. Die Segmente haben vorzugsweise eine derartige Größe und Masse, dass sie zu jeder Zeit in dem betreffenden Land oder den betreffenden Ländern ohne spezielle Genehmigung und/oder Begleitung vorzugsweise auf frei gewählten Straßen transportiert werden können. Für die Niederlande bedeutet dies, dass sie auf einen LKW derart angeordnet werden können, dass sie in der Breite nicht mehr als 3,5 m und, einschließlich der Höhe eines LKW, in der Höhe nicht mehr als 4,2 m einnehmen.
Da die Segmente unter besser kontrollierten Bedingungen als beim Gießen vor Ort vorgefertigt werden, kann eine bessere Betonqualität erreicht werden. Dies trägt ebenfalls zur Festigkeit des Turms bei. Ferner kann ein vorgefertigter Turm somit schneller aufgestellt werden, da es nicht erforderlich ist, vor Ort eine Form zu bauen oder auf geeignete Wetterbedingungen und das Härten des Betons zu warten.
Es muss vorzugsweise möglich sein, die Segmente derart zu platzieren, dass die vertikalen Fugen zweier aufeinanderfolgender Ringe nicht in einer Linie liegen. Dies kann erreicht werden, indem vorgesehen wird, dass die Segmente pro Segmentring abwechselnd aus einer linken und einer rechten Ausführungsform bestehen.
Indem vorgesehen wird, dass jegliche möglicherweise später zur inneren Verstärkung angebrachten Nachspann-Zugseile nicht durch den gesamten Turm verlaufen, und somit ein Nachspannen auf unterschiedlichen Höhen erfolgt, können diese effizienter verwendet werden (siehe 6). Optional kann eine in bezug auf die Wand äußere Verstärkung auf der Innenseite und/oder der Außenseite des Turms oder Masts angeordnet werden, welche Spannung in Richtung der Mittel des Turms aufbringt (siehe 7). Diese äußere Verstärkung kann ebenfalls auf verschiedenen Höhen gespannt sein, ist jedoch vorzugsweise an einem Ring angebracht, der am oberen Ende der oberen Segmente angebracht ist. Infolgedessen ist in den Wänden weniger Seil erforderlich, und die Seile sind einfacher anzuordnen. Der Ring kann auch als Verbindungsstelle für eine auf dem Turm oder Mast anzubringende Maschine dienen.
Während des Aufbaus und des Abrisses des Turms kann eine Hebeeinrichtung, wie ein Kran, verwendet werden, welche den bereits hergestellten Teil des Turms selbst als Stütze und Aufständerung verwendet. Ein derartiger Kran ist vorzugsweise selbst in der Lage, innerhalb oder außerhalb des Turmes zu klettern. Wenn das letzte Segment des Turms platziert wurde, kann der Kran mittels des zum Platzieren der Maschine erforderlichen Krans entfernt werden. Die Verwendung eines derartigen Krans hat den Vorteil, dass er im Gebrauch wesentlich kostengünstiger ist als die herkömmlichen Kräne, die für diese Art von Arbeiten verwendet werden. Wenn der gleiche Kran auch während des Abrisses verwendet wird, kann die Notwendigkeit von kostspieligen Werkzeugen und Verfahren vermieden werden. Nach dem Entfernen der jeweiligen Nachspann-Zugseile können die Segmente mittels des Krans abgelassen werden. Diese können anschließend wiederverwendet oder verschrottet werden. Dies führt zu erheblich weniger losem Abfallmaterial als bei einem Abriss von vor Ort gegossenen Türmen der Fall ist.
Die zugehörigen 1 und 2 zeigen Beispiele, bei denen der Querschnitt des Turms jeweils achteckig bzw. zehneckig ist und Segmente des Grundausführungsbeispiels 1 verwendet werden. (A) zeigt ein loses Segment für den Bau, wobei vier bzw. fünf von diesen in einem Ring angeordnet sind. Für jeden Ring werden Segmente verschiedener Abmessungen verwendet. (B) ist ein Beispiel für eine trapezförmige Seitenfläche. (C) ist eine Draufsicht auf das Polygon. Bei (D) in 1 ist dargestellt, wie die Segmente so aufeinander gestapelt werden, dass keine langen Fugen gebildet werden. 3 zeigt Teile einer zehneckigen Variante unter Verwendung des Grundausführungsbeispiels 2. Bei (E) ist erkennbar, dass eine Seitenfläche des Turms stets aus Teilen von zwei Segmenten besteht. Die gespiegelten Segmente pro Ring, die lange Fugen verhindern sollen und jeweils andere Abmessungen aufweisen, sind bei (F) dargestellt. Der kurze Teil (G) der Segmente hat eine konstante Breite, während der andere Teil mit jedem höheren Ring kürzer wird. Die 4 und 5 zeigen Beispiele eines Ausführungsbeispiels mit kreisförmigem Querschnitt Bei (H) erfolgt in beiden Figuren eine Veränderung des Innen- und/oder des Außendurchmessers, wie für den kreisförmigen Querschnitt beschrieben. In 4 ist dies eine Vergrößerung des Innendurchmessers, so dass die Wanddicke abnimmt, jedoch bleibt der Außendurchmesser konstant. In 5 nehmen bei (H) sowohl der Innen-, als auch der Außendurchmesser ab.
6 zeigt schematisch wie Nachspann-Zugseile (I), die sich nicht durch den gesamten Turm erstrecken, verwendet werden können. Diese Nachspann-Zugseile sind durch Schächte in den Segmenten, welche die Wände des Turms oder Masts bilden, geführt. Eine Anzahl der Seile und Schächte erstreckt sich vom Fuß bis zur Spitze des Turms, während andere auf einer geringeren Höhe gespannt sind. 7 zeigt die Verwendung einer äußeren Verstärkung. Hierbei wird eine Anzahl von Bündeln von Nachspann-Zugseilen (K) beispielsweise an einem Stahlring (J) an der Spitze des Turms und anschließend an dem Fundament des Turms befestigt. Diese Seile verlaufen nicht durch Schächte in der Wand (L), sondern frei durch das Innere des Turms.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen weiter im Detail erläutert:
10 ist eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Masts für eine Windturbine;
11 ist ein Längsschnitt durch den Mast von 10;
12 ist ein horizontaler Querschnitt durch den Mast von 10;
13A, 13B und 13C zeigen jeweils Beispiele verschiedener Ausführungsbeispiele gestufter senkrechter Fugen zwischen Segmenten;
13D zeigt ein Einsatzteil zwischen zusammenwirkenden senkrechten Fugen;
14A, 14B und 14C zeigen jeweils horizontale, diagonale und senkrechte Bolzenverbindungen zwischen Segmenten;
15 zeigt einen Querschnitt durch einen Hybridmast nahe einem Verbindungsteil zwischen einem segmentierten unteren Betonteil und einem vorgefertigten oberen Stahlteil des Masts;
16 zeigt eine perspektivische Darstellung zusammenwirkender Brückenteile zum Übertragen der Zugkraft von den Verankerungsseilen auf die Turmsegmente;
17A und 17B zeigen jeweils eine Draufsicht und eine Unteransicht eines Brückenteils von 16;
18A und 18B zeigen jeweils eine Draufsicht und eine Seitenansicht eines alternativen Ausführungsbeispiels zusammenwirkender Brückenteile.
Die Figuren sind lediglich schematische Darstellungen bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung und sind als nicht einschränkende exemplarische Ausführungsbeispiele angegeben. In den Figuren sind ähnliche, einander entsprechende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
In den 10–12 ist ein stationärer vertikaler Mast 10 dargestellt, an dem ein nicht dargestelltes sich bewegendes Teil einer Windturbine angeordnet werden kann. Der Mast 10 ist zumindest teilweise aus vorgefertigten Wandteilen oder Segmenten 11 gebildet. Mehrere nebeneinanderliegende Wandteile bilden ein im wesentlichen zylinderwandartiges ringförmiges Mastteil 12. In vertikaler Richtung des Masts 10 sind mehrere ähnliche Mastteile 12, die aus ringförmig angeordneten Segmenten 11 gebaut sind, aufeinander gestapelt Ein Mastteil 12 besteht vorzugsweise aus drei oder mehr Wandteilen 11. Bei diesem exemplarischen Ausführungsbeispiel sind die Mastteile 12 aus fünf. Wandteilen 11 zusammengesetzt, um einen Ring mit einem regelmäßigen zehneckigen Querschnitt zu bilden. Pro Mastteil 12 sind die Wandteile 11 gleich; wenn die Mastteile 12 aufeinander gestapelt sind, sind die Wandteile 11 in ihrer Form ähnlich. Die im wesentlichen zylindrischen Mastteile 12 verjüngen sich konisch nach oben. Nebeneinanderliegende Wandteile 11 sind innerhalb eines Mastteils 12 derart angeordnet, dass ihre im wesentlichen vertikalen Ränder 13 aneinander anliegen. Die größte Abmessung in der Höhenrichtung h eines Wandteils ist vorzugsweise größer als die größte Abmessung dieses Wandteils in der Breitenrichtung b, insbesondere beträgt die Höhe des Wandteils 11 mehr als das Doppelte der größten Abmessung des Wandteils in Breitenrichtung. Ferner ist die Höhe h der zylindrischen Wand des Mastteils 12 größer, vorzugsweise annähernd doppelt so groß, als der Durchmesser d des Mastteils 12. Ferner liegen vorzugsweise übereinander angeordnete Mastteile 12 aneinander an, während die vertikalen Ränder 13, an welchen die Wandteile 11 aneinander anliegen, in einem Mastteil 12 gegenüber denjenigen eines anderen Mastteils 12 versetzt sind. Die Ränder 13 liegen daher nicht in der selben axialen Ebene. Die vertikalen Ränder 13, an denen zwei nebeneinanderliegende Wandteile 11 aneinander anliegen, berühren das darunter liegende Wandteil 11 höchst vorzugsweise ungefähr in der Mitte.
Der Querschnitt des Masts 10 ist im wesentlichen zylindrisch und läuft konisch nach oben zu. Der Querschnitt dieser im wesentlichen zylindrischen Form ist vorzugsweise ein regelmäßiges oder unregelmäßiges Polygon, kann jedoch auch ein Kreis sein.
Zwei nebeneinanderliegende Wandteile 11 liegen nahe dem Rand 13, an dem sie aneinander stoßen, in zueinander ausgerichtetem Zustand. Bei diesem exemplarischen Ausführungsbeispiel liegen die vertikalen Ränder 13 daher nicht im Winkel des Polygons. Vorteilhafterweise liegen die vertikalen Ränder 13 eines Wandteils 11 in voneinander verschiedenen Entfernungen von einem Winkel des Polygons. Ein im wesentlichen vertikaler Rand 13 eines Wandteils 11 erstreckt sich vorzugsweise parallel zu einer Winkellinie des Wandteils 11. Es sei darauf hingewiesen, dass es an sich möglich ist, dass die vertikalen Ränder 13 in einem Winkel des Polygons angeordnet sind.
Bei diesem exemplarischen Ausführungsbeispiel umfassen die Wandteile 11 einen im wesentlichen flachen Körperteil 14, der auf beiden Seiten von zwei Seitenteilen 15A, 15B flankiert ist, die jeweils einen Winkel des Polygons mit dem Körperteil 14 einschließen. In Höhenrichtung bilden diese Winkel zwei Winkellinien des Wandteils 11. Es ist selbstverständlich ebenfalls möglich, wie zuvor beschrieben, einen ringförmigen polygonalen Querschnitt mit Wandteilen 11 auszubilden, die einen Körperteil 14 aufweisen, das von nur einem Seitenteil 15 flankiert wird. Ferner ist es ebenfalls möglich, unter Verwendung von Wandteilen einen ringförmigen, nicht winkligen, glatten Querschnitt zu bilden. Beispielsweise kann mit zumindest drei kreisbogenförmigen Segmenten ein zylindrischer ringförmiger Querschnitt gebildet werden. Ferner kann aus derartigen Segmenten ein Mastteil 12 mit einem ovalen oder ovalartigen Querschnitt gebildet werden.
In den 13A, 13B und 13C ist dargestellt, dass die vertikalen Ränder 13 der Wandteile 11 zusammenwirken können, während sie eine mäandernde oder gestufte Fuge 20 einschließen. Dies gewährleistet dass ein Verschieben der vertikalen Ränder 13 der nebeneinander liegenden Wandteile 11 entlang einander im Vergleich zu einer geraden Fuge erschwert werden kann, so dass der Mast 10, wenn er gebogen wird, eher als Ganzes verformt wird. Bei diesen exemplarischen Ausführungsbeispielen sind die senkrechten Ränder 13 der Wandteile 11 daher nicht gerade, sondern gestuft oder leicht gewellt. Alternativ können zwischen benachbarten vertikalen Rändern 13 Einrichtungen eines anderen Typs zum Verhindern des Verschiebens von senkrechten Rändern 13 benachbarter Wandteile 11 entlang einander verwendet werden. Ein Beispiel hierfür ist das in 13D dargestellte Einsatzstück 16, das von den senkrechten Rändern der Wandteile 11 eingeschlossen ist. Zu diesem Zweck sind die benachbarten senkrechten Ränder 13 benachbarter Wandteile 11 nahe dem Einsatzstück 16 ausgenommen.
In den 14A, 14B und 14C ist dargestellt, dass die Wandteile 11 durch eine liegende, diagonale bzw. senkrechte Bolzenverbindung 21 verbunden sind. Eine derartige Bolzenverbindung 21 kann verwendet werden, um die Wandteile 11 während der Erstellung des Masts 10 miteinander zu verbinden, so dass die Struktur ihr Eigengewicht tragen und gegebenenfalls Windlast standhalten kann. Nach der Fertigstellung des Masts 10 können die Fugen 20 und die Räume um die Bolzenverbindung mit einer Fugenfüllung, beispielsweise Mörtel, verfüllt werden. Zusammen mit gegebenenfalls vorgesehenen Zugseilen 22 kann der Mast 10 sodann nicht nur sein Eigengewicht, sondern auch die sich bewegenden Teile der Windturbine, insbesondere die Gondel und den Rotorgenerator tragen. Die Bolzenverbindungen 21 können nicht nur die Montage des Masts 10 vereinfachen, sondern können im Gebrauch auch Kräfte zwischen den Wandteilen 11 übertragen. Insbesondere können die liegenden und die diagonalen Bolzenverbindungen 21 als Einrichtungen zum Verhindern des Verschiebens der senkrechten Ränder 13 benachbarter Wandteile 11 verwendet werden, so dass dies ebenfalls dazu führt, dass der segmentierte Mast 10 mehr als Ganzes verformt wird. Vorzugsweise weist eine Bolzenverbindung 21 in jedem Fall ein Gewindeende 23 auf, das in dem Rand eines Wandteils vorgesehen ist, wobei das Gewindeende mit einer geschlitzten Platte 24 zusammenwirkt, die an einer entsprechenden Stelle in dem Rand 13 eines benachbarten Wandteils 11 angeordnet ist, wobei sich der Bolzen durch die geschlitzte Platte erstrecken kann. Sobald der Bolzen 23 in der geschlitzten Platte 24 aufgenommen ist, kann der Bolzen mittels Muttern 25 an der geschlitzten Platte festgespannt werden.
15 zeigt einen Hybridmast, der aus einem segmentierten unteren Betonteil 10 und einem vorgefertigten zylindrischen oberen Stahlmast 26 besteht. Der obere Stahlmast 26 und der segmentierte Betonmast 10 sind durch ein Zwischenstück 27 miteinander gekoppelt. Das Zwischenstück 27 umfasst einen vorzugsweise in der Höhenrichtung konischen Hohlzylinder aus Stahl, der an der Oberseite 28 und der Unterseite 29 Flansche 30, 31 aufweist, die sich in bezug auf die Zylinderwand nach innen erstrecken. Der obere Stahlmast 26 kann an dem oberen Flansch 30 mittels einer Bolzenverbindung befestigt werden. Der untere Flansch 3 kann an dem oberen Rand 32 des segmentierten Betonmasts 10 durch ein Zwischenstück 33 festgeklemmt werden, in welchem Nachspann-Zugseile verankert sind. Vorteilhafterweise ist ein derartiges Zwischenstück aus den zusammenwirkenden Brückenteilen 34 gebildet, die im folgenden beschrieben werden; das Zwischenstück kann jedoch auch eine herkömmliche Beton- oder Stahlabdeckung sein. Selbstverständlich kann der obere Stahlmast 26 auch mit einem unteren Flansch versehen sein, mit welchem er ohne Zwischenstück direkt auf den oberen Rand des segmentierten Masts 10 platziert werden kann.
16 ist eine perspektivische Darstellung der Art und Weise, in der die Zugkraft der Nachspann-Zugseile oder der Verstärkungsseile 22 auf den oberen Rand 32 des aus Betonsegmenten 11 aufgebauten oberen Mastteils 12 des Masts 10 übertragen werden kann. Insbesondere bei Verstärkungsseilen 22, die sich außerhalb der Wand durch den hohlen Innenraum des Masts 10 erstrecken, besteht das Problem, dass die Verstärkungskabel aufgrund der Exzentrizität in bezug auf die Wand ein Moment auf den oberen Rand der Wandteile 11 aufbringen.
Um diesen Nachteil zu vermeiden, ist das Verstärkungsseil 22 erfindungsgemäß über ein Brückenteil 34 an dem oberen Rand des Mastteils direkt oder indirekt über einen zwischen diesen eingeschlossenen Flansch gestützt. Das Brückenteil ist vorzugsweise frei auf dem Rand 32 abgestützt. Durch den Innenraum des Masts bildet das Brückenteil 34 eine Verbindungslinie 35 zwischen zwei Punkten auf dem Rand, wobei die Verbindungslinie die Mittellinie 36 des Seils schneidet. Die Mittellinie 36 ist vorzugsweise vertikal ausgerichtet, während die Verbindungslinie 35 vorzugsweise horizontal ausgerichtet ist, so dass die Mittellinie 36 und die Verbindungslinie in zueinander rechtwinkligen Ebenen angeordnet sind. Die Zugkraft des Seils 22 kann so auf die Wand des Masts 10 als Druckkraft übertragen werden, ohne gleichzeitig ein Biegemoment auf den Rand 32 aufzubringen. Vorzugsweise sind mehrere Seile in Jedem Brückenteil 34 verankert Wenn die Brückenteile 34 gestuft oder gestapelt ausgebildet sind, können sie einfach ringförmig ineinander gesetzt werden. Bei dem hier dargestellten exemplarischen Ausführungsbeispiel weist jedes Brückenteil 34, wie in den 17A und 17B gezeigt, sind zwei Stützflächen 37A, 37B zum Zusammenwirken mit dem Rand 32 des Mastteils 10 oder einem Flansch 31 auf, und die Stützflächen 37A, 37B sind durch zwei plattenförmige Teile 38A, 38B verbunden, welche zur Bildung einer Stufe zusammenwirken, wobei sich die Teile auf zwei übereinanderliegenden Ebenen erstrecken und unter Einschluss eines Schachtelungsschlitzes 39 verbunden werden. Nachfolgende Brückenteile 34 können sodann in jedem Fall mit ihren jeweiligen Schachtelungsschlitz 39 über dem unteren Plattenteil 38A des vorangehenden Brückenteils 34 platziert werden, so dass ein Ring gebildet werden kann. Bei diesem exemplarischen Ausführungsbeispiel weisen die unteren Plattenteile 38A in jedem Fall zwei Durchgangslöcher 40 zum Hindurchführen der Zugseile 22 beispielsweise zu einem entsprechenden Loch 44 in dem oberen Plattenteil 38B derselben Brücke 34 und ein Loch 41 in einem oberen Plattenteil 38B einer damit zusammenwirkenden Brücke 34. Die Seile 22 sind an den oberen Plattenteilen 38B der Brücken 34 abgestützt. Die unteren Plattenteile 38A der Brücken 34 liegen von den darüber liegenden Plattenteilen 38B frei und sind daher nicht durch das obere Plattenteil 38B eines benachbarten Brückenteils 34 oder durch die durch das untere Plattenteil 38B geführten Seile 22 beaufschlagt.
Die 18A und 18D zeigen eine Variante der Brückenteile 34, bei der die Brückenteile 34 in einer Ebene liegen.
Wie bei der zuvor beschriebenen Variante erstrecken sich die Brückenteile über den Innenraum zwischen zwei Punkten auf dem Rand 32 des Mastteils. Bei diesem exemplarischen Ausführungsbeispiel sind die Brückenteile 34 trägerförmig und sind zur Bildung eines polygonalen Rings gruppiert. Bei diesem Beispiel sind die Brückenteile 34 an Stützträgern 42 abgestützt, die ebenfalls zur Bildung eines polygonalen Rings gruppiert sind, so dass die Enden der Stützträger in jedem Fall auf dem Rand 32 oder dem Flansch 31 abgestützt sind, während die Enden der Brückenteile 34 in jedem Fall auf den Stützträgern 42 abgestützt sind. Die Brückenteile 34 sind mit Löchern 44 für die hindurchzuführenden Zugseile 22 versehen. Die Stützträger 42 sind ebenfalls mit Ausnehmungen oder Durchgangslöchern 40 versehen.
Es sei darauf hingewiesen, dass die hier beschriebenen Brückenteile auch vorteilhaft zum Überführen von Zugseilen, welche außerhalb der Wand angeordnet sind, auf im wesentlichen ringförmige, konische oder zylindrische Masten verwendbar sind. Auch bei der Verwendung von Gruppen von Zugseilen, die sich nicht über die gesamte Länge des Masts erstrecken, können Brückenteile an mehreren Punkten entlang der Höhe verwendet werden.
Es ist ersichtlich, dass die Erfindung nicht auf die hier beschriebenen exemplarischen Ausführungsbeispiele begrenzt ist. Zahlreiche Variationen sind innerhalb des durch die nachfolgenden Ansprüche definierten Rahmens der Erfindung möglich.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19832921 A [0002]
FR 1145789 [0003]

Claims

Windturbine mit einem stationären vertikalen Mast (oder Turm), an welchem der bewegliche Teil der Windturbine angeordnet ist, wobei der Mast zumindest teilweise aus vorgefertigten Wandteilen besteht, wobei mehrere benachbarte Wandteile einen im Wesentlichen ringförmigen Mastabschnitt ausbilden.
Windturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mastabschnitt aus drei oder mehr Wandteilen besteht.
Windturbine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mastabschnitt im Wesentlichen zylindrisch ist und konisch nach oben zuläuft.
Windturbine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die benachbarten Wandteile mit im Wesentlichen vertikalen Rändern aneinander anliegen.
Windturbine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wandteil höher als die größte Abmessung des Wandteils in der Breitenrichtung ist und vorzugsweise mehr als doppelt so hoch wie die größte Abmessung des Wandteils in der Breitenrichtung ist.
Windturbine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe des zylindrischen Mastabschnitts größer als der Durchmesser des Mastabschnitts und vorzugsweise wenigstens ungefähr zweimal so groß wie der Durchmesser des Mastabschnitts ist.
Windturbine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei zylindrische Mastabschnitte aneinander anliegen, wobei die vertikalen Ränder, mit welchen die Wandteile aneinander anliegen, bei einem Mastabschnitt in Bezug auf diejenigen des anderen Mastabschnitts versetzt sind.
Windturbine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die vertikalen Ränder, mit denen zwei benachbarte Wandteile aneinander anliegen, das Wandteil ungefähr in der Mitte des darunterliegenden Wandteils berühren.
Windturbine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mast im Wesentlichen zylindrisch ist und einen kreisförmigen Querschnitt aufweist.
Windturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Mast im Wesentlichen zylindrisch ist und einen Querschnitt in Form eines regelmäßigen oder unregelmäßigen Polygons aufweist.
Windturbine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwei benachbarte Wandteile an dem Rand, mit dem sie aneinander anliegen, miteinander fluchten, d. h., nicht in einem Winkel des Polygons aneinander anliegen.
Windturbine nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei im Wesentlichen vertikalen Ränder eines Wandteils in jeweils unterschiedlichen Abständen von einem Winkel des Polygons liegen.
Windturbine nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein im Wesentlichen vertikaler Rand eines Wandteils parallel zu einer Winkellinie des Wandteils verläuft.
Windturbine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandteile im Wesentlichen aus Beton bestehen.
Windturbine nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welcher die im Wesentlichen vertikalen Ränder der Wandteile gestuft sind.
Windturbine nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welcher die Wandteile an Rändern mittels Schraubverbindungen verbunden sind.
Windturbine nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welcher Zugseile über Brückenteile an einem oberen Rand eines Mastabschnitts gestützt sind.
Windturbine nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welcher sich Zugseile in einem Abstand von der Wand aufwärts durch das Innere des Masts erstrecken.
Windturbine nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welcher sich mindestens eine Anzahl von Zugseilen längs nur eines Anteils der gesamten Anzahl von Mastabschnitten erstrecken.
Mast für eine Windturbine nach einem der vorangehenden Ansprüche.
Vorgefertigtes Wandteil für einen Mast einer Windturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 14.