DE3842026A1

DE3842026A1 - Turm in hochstabiler, weitgehendst schwingungsfreier konstruktion u. a. fuer windkraftanlagen aus gfk oder kfk laminar- oder sandwichbauweise fuer schwerste belastungen in grossen hoehen

Info

Publication number: DE3842026A1
Application number: DE3842026A
Authority: DE
Inventors: Dietrich F W Schiffer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1988-10-15
Filing date: 1988-12-14
Publication date: 1990-07-19

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf einen Turm zum Tragen von Lasten u. a. Windgeneratoren. Gerade bei letzterem wird der Anspruch erhoben einer weitgehendsten Schwingungsfreiheit.

Schwingungen können bei Betrieb von Rotoren mit großem Durchmesser zu unglaublichen, ungünstigen bis zerstörerischen Kräften führen, was allgemein bekannt ist.

Die Verhinderung dieser Nachteile wird durch Anwendung von Formen mit dem bekannten Eier schaleneffekt erreicht, der bekanntlich die größte in der Biologie angewandte statische Stabilität erreicht, durch die allseitige Krümmung der Flächen, praktisch durch eine unsymmetrische, sphärische Formgebung. Die leichte anwendbare Herstellung von Formen in Laminarhartbauweise (GFK oder KFK) und Sandwichbauweise ist heute im Zeitalter des Kunststoffes durchführbar. Verbundharze sind von vielen Herstellern in allen Qualitäten verfügbar. Ebenfalls Verbundwerkstoffe, wie Glasfaser oder Kohlefaser sowie Sandwich schichtmatten, wie Bienenwabenstrukturen, die allerdings zur Herstellung sphärischer For men erst bei der Bearbeitung in der Form durch Übersprühen (Tränken) evtl. mit faserversetztem Gießharz versehen werden können, daß dann die Struktur im Härtevorgang erst in der anfallen den Form stabilisiert. Darauf wird gleichzeitig eine Schicht vorbereitetes Laminat aus faserver stärktem Gießharz gepreßt, und zwar so, daß das Laminat das auf einer gießharzbeständigen Folie ungehärtet, vielleicht in geleeartigem Zustand mittels einer Auflage von plastischer, füllender Matte, etwa Schaumstoffmatte, stark in die Zwischenräume der Bienenwabenstruktur gedrückt wird. Die Druckverteilung muß über die ganze Form gleichmäßig verteilt werden, vielleicht mit einer erstellten Gegenform oder einfach durch flexiblen Wassersack als Gewicht bis zur Aushärtung. Bei diesem Verfahren entsteht in jeder Wabenzelle eine sphärische Gießharzlaminat schicht, die nach dem Härten wiederum eine all seitig gekrümmte Form bildet mit dem erwähnten und bekannten Eierschaleneffekt. Auf diese Rück seite des gehärteten Bauteils kann noch in der Form erneut eine Laminatschicht wie vor aufge bracht werden, die jedoch eine nicht so starke Eindrückung erhält wie die erste Laminatschicht. Diese bildet wiederum eine allseitig gekrümmte Fläche mit diesmal geringerer Wölbung. Wenn statisch erforderlich, kann zum Schluß noch eine mit dem Formteilvorderseite, die der genauen Form entspricht, parallel verlaufendes Laminat in entsprechender Stärke aufgebracht werden. Ein auf dieser Weise hergestelltes Formteil ent spricht in etwa der in der Biologie im Bau der Knochen angewandten Struktur, die bekanntlich hochstabil, leicht und biege- und verwindungs fest ist. Durch die Anwendung dieses Verfahrens kann die erforderliche statische, chemische und thermische Beständigkeit durch die Wahl des Ma terials, Stärke der Laminate, Verhältnisse der Bienenwabenstruktur oder anderer Sandwichschicht matten den angestrebten Werten entsprechend einge stellt werden. Der Bau des Turmes wird durch die Zerlegung der Gesamtform in der Möglichkeit der Teilung für besonders günstige Herstellungsgrößen gegliedert. Wobei die Verbindungen der Einzelteile miteinander weiter zur statischen Verbesserung bei tragen.

Stand der Technik

Bisherige Türme wurden mittels Eisengitterkonstruk tionen, Stahlrohrkonstruktionen und Stahlbetonbau ten hergestellt. Bei diesen Konstruktionen blieb eine nachteilige Schwingungsfähigkeit kaum aus, außerdem erheben diese Konstruktionen erhebliche Wartungsmaßnahmen. Auch entstehen häufig Transport probleme bei der Erstellung.

Die Herstellung eines GFK-Turms wird zunächst dem Entwurf entsprechend durch Teilung in leichtbeweg liche Abschnitte von ca. 5-6 m durchgeführt, die stückweise im unteren Teil etwa in je 1/8 des Kreis umfanges als Negativform hergestellt wird. In den oberen Teilen kann die entsprechende Teilform in 1/4 des Kreisbogens erstellt werden. Die Negativ formen werden nach dem Herstellungsverfahren für Tragflügelausbildung P 38 36 988.5 aus plan parallelem festen Material in Behelfsformen, die nach Fig. 1 erstellt sind und mit gummiarti ger, dehnbarer Folie, die an allen Rändern luft dicht befestigt sind und eine gleichmäßige Spannung haben, durch Einführen von Druckluft derart gewölbt werden, bis exakt 1/8 oder ent sprechend 1/4 der Kreisform gebildet wird. Es werden sich akkurate unsymmetrisch sphärische Formen exakte Segmente des entworfenen Turms bilden. Durch Überlaminieren, erst dünnen KFK-Schicht, dann nach dem Härten dieser durch weiteres Überlaminieren zu einer stabilen Nega tivform erstellt werden. In diesen können beliebig viele Formteile hergestellt werden im bekannten Laminierverfahren.

Bei den Rändern am oberen und unteren Formteil kann gleichzeitig in der Ebene der entsprechenden Schnitte durch den Turm ein entsprechend breiter Rand mitlaminiert werden, der dann beim Zusammen fügen erhebliche Bindefläche ergibt und zusätzlich als Stabilisierungsring dient. Nach Entformen der Teile kann ein solcher Rand auch an den Längsseiten anlaminiert werden zum gleichen Zweck, die aller dings die Richtung des absoluten Radius besitzen müssen.

Diese im ca. rechtwinklig zur Außenform stehenden Ränder werden beim Zusammensetzen der Teile mit einem stabilen Faserband umlaminiert. Diese Konstruktion bewirkt eine ganz hervorragende sta bilisierende Wirkung.

Die Außenstoßnähte werden durch gleichmäßiges Überspannen mit glattgespannter Folie über einen breitflächig überlaminierten Gewebestreifen vor dem Härten zu einer sauberen Oberfläche gebracht, die entsprechend der benutzten Folie eine glänzen de Oberseite ergibt. Das benutzte Gießharz in der äußeren Schicht kann gefärbt werden. Eine Zugabe etwa von Aluminiumpulver ergibt einen Silbermetall effekt. Der Turm ist entweder ganz oder teilweise am Ort zu erstellen. Bei entsprechender Witterung ist dies eine kaum zu Problemen führende Montage möglichkeit.

Die Erfindung wird anhand der in Zeichnungen dar gestellten Beispiele erläutert.

Fig. 1 stellt die Herstellungsbehelfsformen nebeneinander gestellt A, B, C, D,E, F und G dar. Sie sind hergestellt aus planparallelem, stabilem Material, wie Holzbrettern 1, 1 a, 2, 2 a bis g. Sie bilden insgesamt je 1/4 des runden Turms. Die beiden Behelfsformen A und B jedoch nur 1/8 des Turms. 5-5 f stellt jeweils den Verlauf der durch Luftdruck gleich mäßig gewölbten Gummifolie dar. 2 a bis 2 f sind doppelt für je eine Form eine. Die Formteile sind der leichteren zeich nerischen Darstellung hier nur direkt aneinandergestellt. Die Formen A und B brauchen nur bis Platte 4 hergestellt zu werden mit entsprechend berechneten Maßen und Winkeln. 6 stellt den Druckanschluß dar, der entsprechend in jeder entstehenden Kammer angebracht ist. Hier wurde auf die Einzeichnung verzichtet. Der Formverlauf von 1 und 1 a ist natürlich akkurat identisch. Die Außenkanten entsprechen dem Verlauf einer sinngemäß günstigen Parabel. In diesen Negativformen, die auf diesen Be helfsformen erstellt werden, können je Härtungszeit der benutzten Gießharze täg lich mindestens 1 Formteil erstellt werden.

Fig. 2 Darstellung der bevorzugten Form des Turmes mit unsymmetrisch sphärischen Flächen.

Fig. 3 stellt eine schematische Darstellung eines Bausegmentes dar. 1 ist der Kreis umfang, 2 ist der Verlauf der äußeren Form, 3 ist 1/4 des Kreisumfanges, 4 ist der anlaminierte, umgeschlagene Rand in der Ebene eines Schnittes, 4 a ist der anlaminierte Rand der dem akkuraten Radius entspricht, 4 b ist ebenfalls ein Rand des Kreisbogens in Richtung des anliegenden Schnittes, 5 und 5 a stellen einen Radius dar, 6 a bis 6 j stellen aus Styroporplatten geschnittene Formkörper dar, die über die Mitte des Segmentes angebracht sind und über die eine 5 mm Styroporfolie geklebt ist, die nunmehr als Form für die Erstellung einer sinngemäßen Stabi lisierung durch Überlaminieren in GFK oder KFK als hochwirksam erstellt wird.

Fig. 4 Ansicht einer Windkraftanlage mit 6 Blättern nach Tragflügelausbildung P 38 35 213.3 und P 38 36 988.5.

Claims

1. Turm mit einer hochstabilen, weitgehendst schwingungs-, verwindungs- und verrottungsfreier Konstruktion für schwere schwankende Lasten u.a. für Windkraftanlagen aus GFK oder KFK Laminar- oder Sandwichbauweise mit unsymmetrisch, sphäri scher Form nach dem Eierschalenprinzip mit seinen allgemein bekannten hohen statischen Werten und dessen Herstellung in höchstkomplizierten Formen mit Serienfertigungsmöglichkeit einschließlich Technikraum, Aufzugsmöglichkeit und hoher Trag fähigkeit dadurch gekennzeichnet, daß er in Schalenbauweise ausschließlich bis auf Veranke rungsschrauben aus GFK oder KFK mit Laminarharz und -härtern mit Glasfaser oder Kohlefaser ver stärkt oder mit ähnlichen Verbundfasern, deren bekannten hohen statischen, chemischen und thermi schen Werten hergestellt ist.

2. Turm mit hoher statischer Festigkeit in Schalen bauweise in GFK- oder KFK-Technik nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die tragende Schale ins gesamt aus allseitig gekrümmten Flächen nach dem Eierschaleneffekt mit dessen bekannt hohen stati schen Werten besteht.

3. Turm mit hoher statischer Festigkeit in Schalen bauweise in GFK- oder KFK-Technik nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Konstruktion aus Teilen in leicht zu bearbeiten den und befördernden Segmenten hergestellt ist.

4. Turm mit hoher statischer Festigkeit in Schalen bauweise in GFK- oder KFK-Technik nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß diese Segmente in Negativformen hergestellt werden, die ent sprechend ihres Teils des Kreisbogens mehrfach in einer Form laminiert werden.

5. Turm mit hoher statischer Festigkeit in Schalen bauweise in GFK- oder KFK-Technik nach Anspruch 1, 2, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß in diesen Negativformen beliebig viele Formteile für Serien fertigung erstellt werden können.

6. Turm mit hoher statischer Festigkeit in Schalen bauweise in GFK- oder KFK-Technik nach Anspruch 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß diese Segmente am oberen und unteren Rand in der Richtung des Schnittes durch den Turm nach innen Stege von zu berechnender Breite beim Laminieren gebildet werden, die beim Zusammensetzen jeweils mit der Außenflächen verbundene waagerechte stabilisieren de Ringe bilden.

7. Turm mit hoher statischer Festigkeit in Schalen bauweise in GFK- oder KFK-Technik nach Anspruch 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß jedes einzelne Segment an den Seitenrändern mit Stegen nach innen von einer statisch wirkungsvollen Breite in Laminat hergestellt werden, die dem Radius ent sprechend verlaufen.

8. Turm mit hoher statischer Festigkeit in Schalen bauweise in GFK- oder KFK-Technik nach Anspruch 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß in der Mitte jedes Segmentes der Länge nach verlaufende Stabilisierung auf Laminat derart gestaltet, daß über aus Styropor platten geschnittene Rippen, die sich entsprechend der Turmbreite nach oben verjüngen und im Abstand der Breite der benutzten darübergewölbten und ver klebten, ca. 5 mm starken Styroporplatten oder Fo lien entsprechend der Formteile gebogenen in der Mitte eiförmig zur Segmentinnenwand in einem Ra dius entsprechend als verbleibende Behelfsform unter dem Laminat als Positivform dienen. Daß darauf er stellte Laminat wird rechts und links noch 8 cm über die Innenseite laminiert. Die so erstellte Verstärkung ist von größter statischer Wirkung durch allseitig gekrümmte Fläche.

9. Turm mit hoher statischer Festigkeit in Schalen bauweise in GFK- oder KFK-Technik nach Anspruch 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß der ungeschlagene Laminatsteg am unteren Rand des unteren Segmentes nach außen waagerecht verläuft und entsprechend breit und stabil ausgeführt wird und zur Veranke rung rund um den Turm dient, was durch entsprechend viele Schrauben im Fundament zur statisch stabilsten Verankerung führt.

10. Turm nach Anspruch 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß der Steg am oberen Rand der obersten Segmente evtl. nach außen geführt wird und der Montage von Anlagen entsprechend ausgebildet wird, was eine stabile, homogene Verbindung ermöglicht.

11. Turm nach Anspruch 1-10 dadurch gekennzeichnet, daß nach statischer Berechnung jeder anfallenden Bela stung entsprechend durch Wahl der Laminatstärke und Art des Fasermaterials sowie Wahl einer Sandwich bauweise mit entsprechendem Schichtmaterial, wie Bienenwabenstruktur und Dicke des Verstärkungsmate rials jede erforderliche Sicherheit erstellt werden kann.

12. Turm nach Anspruch 1-11, dadurch gekennzeichnet, daß Material und Gewichtseinsparung erreicht wird bei gleicher oder noch größerer statischer Sicherheit durch Anwendung eines Mehrschichtensandwichs, indem eine oder beide Seiten des Schichtmattenmaterials bei Einbringen der ersten Laminierschicht diese durch Aufpressen einer weichen, elastischen, schaum stoffartigen Matte, natürlich über eine dünne Trenn folie in den Wabenzellen jeweils das Laminat in eine stark konkave Form gebracht wird. Diese Schicht bildet dann eine allseitig gekrümmte Fläche mit dem Eierschaleneffekt sich vielfach wiederholend in jeder Zellenwabe eine. Eine zweite darüber auf gleiche Art aufgebrachte Laminatschicht, diesmal mit weniger Druck, bildet eine geringere konkave Flä che. Es erhöht sich wiederum die statische Stabilität. Eine darauf als Abschluß noch aufgebrachte Laminat schicht, die parallel des Formteils verläuft, erhöht die statische Stabilität noch mehr. Diese Herstellungs weise ergibt eine Konstruktion, die etwa der des Kno chens in der Biologie mit seiner Zellenstruktur und hohen statischen Werten entspricht.

13. Turm nach Anspruch 1-12, dadurch gekennzeichnet, daß das benutzte Laminierharz gefärbt werden kann. Auch ein Zusatz von Aluminiumbronze ergab einen bevorzugten Effekt und eine sonnenreflektierende Wirkung.

14. Turm nach Anspruch 1-13, dadurch gekennzeichnet, daß die Herstellung der Negativformen der einzelnen Seg mente auf Behelfsformen durchgeführt wird, die nach dem Prinzip der Herstellung von Tragflügelausbildungen unter Zuhilfenahme der Naturkraft Druck nach Patent anmeldung P 38 36 988.5 sinngemäß durchgeführt wird. Der Druck ist in einer geschlossenen Kammer immer nach allen Seiten gleich und ergibt einen absoluten Kreisbogen, wie in Fig. 1 dargestellt.

15. Turm nach Anspruch 1-14, dadurch gekennzeichnet, daß alle Stege um die Segmente als mit Epoxydharz oder ähnlichen großflächigen Klebeverbindungen darstellen, die nach dem Aneinanderfügen jeweils durch umlappen de Laminierung hochstabile Verbindungen ergeben. Letztere ergibt einen weiteren Stabilisierungseffekt.

16. Turm nach Anspruch 1-15, dadurch gekennzeichnet, daß Stoßnähte in der Außenschicht durch Streifenüberlamina te, die durch Überspannen mit einer Glanzfolie im Naßzustand eine absolut glatte Oberfläche ergeben, die unsichtbar bleibt und die Ästhetik der Form nicht stört, jedoch ebenfalls zur Stabilität beiträgt.

17. Turm nach Anspruch 1-16, dadurch gekennzeichnet, daß er bei günstiger Wetterlage am Ort erstellt werden kann und Transportprobleme nicht entstehen.

18. Turm nach Anspruch 1-17, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenraum vollständig nutzbar ist und leicht ein Aufzug eingebaut werden kann.

19. Turm nach Anspruch 1-18, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum über dem Fundament einen Technik- und Be sucherraum bildet.Durch Einfügung einer Decke ent steht ein weiteres Stockwerk.

20. Turm nach Anspruch 1-19, dadurch gekennzeichnet, daß die parabelförmige Linienführung eine nach oben hin verlaufende Verjüngung erfährt von ca. 5 : 1.