EP0469269B1 - Aus- und einfahrbares Turmbauwerk - Google Patents

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EP0469269B1
EP0469269B1 EP91109853A EP91109853A EP0469269B1 EP 0469269 B1 EP0469269 B1 EP 0469269B1 EP 91109853 A EP91109853 A EP 91109853A EP 91109853 A EP91109853 A EP 91109853A EP 0469269 B1 EP0469269 B1 EP 0469269B1
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EP
European Patent Office
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tower
run
elements
construction structure
structure according
Prior art date
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Expired - Lifetime
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EP91109853A
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English (en)
French (fr)
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EP0469269A1 (de
Inventor
Konrad Dipl.-Ing. Dr.-Ing. Mult.E.H. Dr. Mult. Rer. Nat. H.C. Dr.Tech. H.C. Dr. H.C. Sc.Techn. Zuse
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Publication of EP0469269B1 publication Critical patent/EP0469269B1/de
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Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04H—BUILDINGS OR LIKE STRUCTURES FOR PARTICULAR PURPOSES; SWIMMING OR SPLASH BATHS OR POOLS; MASTS; FENCING; TENTS OR CANOPIES, IN GENERAL
    • E04H12/00—Towers; Masts or poles; Chimney stacks; Water-towers; Methods of erecting such structures
    • E04H12/18—Towers; Masts or poles; Chimney stacks; Water-towers; Methods of erecting such structures movable or with movable sections, e.g. rotatable or telescopic
    • E04H12/185—Towers; Masts or poles; Chimney stacks; Water-towers; Methods of erecting such structures movable or with movable sections, e.g. rotatable or telescopic with identical elements

Definitions

  • the invention relates to an extendable and retractable tower structure with a plurality of tower elements, with at least one lifting device, at least one tower element magazine and at least one device for inserting the tower elements into the lifting device, the individual tower elements being connectable on the one hand to form a statically and stabilityally uniform tower element assembly and on the other hand can be stored in a magazine and the tower element first led out of the tower element magazine and inserted into the lifting device forms an upper closing element, the tower structure is extended by introducing further tower elements and lifting the tower element assembly and the last inserted tower element forms a base-side closing element.
  • the tower element assembly consists of a plurality of tubular and rod-shaped tower elements, each of which has complementary positive-locking connection elements at both ends.
  • the tower structure is extended by joining the tubular and rod-shaped tower elements together.
  • the tower structure also has a lifting device, a single tower element magazine and a single device for inserting the tower elements into the lifting device.
  • the lifting movement is brought about by a lifting cylinder arranged coaxially to the tower axis and below the tower base.
  • the tower element assembly is guided in the vertical direction by roller bearings with lateral support.
  • masts do not erect any larger tower structures, which may also have to carry heavy loads on the top of the tower, since a minimum diameter of the tower elements is determined depending on the requirements with regard to the extension height, bending strength, load-bearing capacity and static stability in the area of the tower structure base. With increasing diameter, however, the tower elements become heavy, bulky and therefore unwieldy. In particular, the required adaptation of the tower element magazine and the device for inserting the tower elements into the lifting device to the required size or the weight of the tower elements soon reached impractical and uneconomical dimensions.
  • the invention has for its object to provide an extendable and retractable tower structure with a plurality of tower elements, which is not subject to any particular restrictions with regard to the dimensions of the tower element assembly, meets all requirements with regard to static and dynamic stability and can carry heavy loads, but the elements thereof are manageable and storable.
  • the invention teaches that the tower elements can be strung together to form a helix, with several tower elements forming a full turn, and that the individual turns of the helix with the aid of support components and integral trained on the upper and lower edges of the tower elements Form-fit connections can be combined.
  • tower structure in the sense of the invention includes elongated structures of various dimensions, which rise vertically from the ground, for example also masts.
  • Extendable and retractable means that the tower structure can be reversibly erected or dismantled in the direction of the vertical longitudinal extension without any special measures.
  • Extendable and retractable tower structures are used, for example, when the tower structure is only required at periodic intervals or when a variable tower structure height is required.
  • a load can be arranged above the upper closure element.
  • a wind-powered electrical generator is only an example of a load. It is further understood that when the tower structure is extended, a load is introduced into the lifting device in front of the upper closure element, and that the underside of the load is adapted to the uppermost turn of the helical surface and can be connected to it.
  • the invention makes use of the knowledge that a tower structure can be erected by joining together a plurality of tower elements which, on the one hand, form an approximately cylindrical jacket surface with a particularly large dimension as a tower element assembly, and which on the other hand are easy to handle and store individually are done by arranging the tower elements in a spiral, the individual turns of which can be combined.
  • Such an arrangement of the tower elements enables the tower structure to be extended and retracted at least quasi-continuously.
  • a collapsible and extendable rod is known from the literature US Pat. No. 3,451,182 which is formed by a helix.
  • the helix consists of a single, flexible component.
  • a spiral made of a single component is not suitable for building a tower structure, since the component must have a length due to geometric constraints which is a multiple of the height of a tower structure. Furthermore, such a construction lacks axial resilience and loads cannot therefore be carried safely.
  • the upper and lower edges of the tower elements are offset from one another in the winding direction of the helix. It is also advantageous if three tower elements of adjacent turns of the helix are connected in a shear-resistant manner by means of the interlocking connections. As a result, thrust and / or shear forces that act in the direction of the helix are largely evenly distributed within the tower element assembly.
  • the individual turns of the helix are supported on one another only by their weight.
  • increased stability of the tower structure with regard to compressive or tensile forces acting laterally on the tower structure can be achieved by that the individual turns of the helix can additionally be connected in a tensile manner by releasable locking connections to the turns above or below.
  • the blocking connections prevent, for example, very strong winds from loosening the interlocking connections of adjacent turns of the helix.
  • Each tower element advantageously has at least one locking connection.
  • a particularly suitable tension-resistant connection is characterized in that the locking connection has a swivel lever with at least two legs which is located in relation to the helix, the swivel axis of which is arranged perpendicular to a first tower element, that one leg of the swivel lever has an outwardly pointing pin in the region of its leg end, which engages by pivoting the pivot lever in an associated recess of an overlying second tower element, and in that the second leg of the pivot lever has a slot which engages with a pin arranged on a third tower element which is arranged after the first tower element, whereby the pivoting lever can be pivoted into a locking position connecting the first and the second tower element in a tensile manner when the third tower element is inserted into the tower element assembly, and can be pivoted into an unlocking position when the third tower element is removed is.
  • the tensile connection or the disconnection takes place automatically with the insertion or removal of tower elements in / from the tower element
  • a preferred embodiment of the invention is characterized in that the tower elements have manipulation recesses or fittings with which bearing arms, manipulation arms and lifting arms can be brought into engagement.
  • Tower elements which are particularly easy to produce are characterized in that the support components are designed as reinforced edges with flat end faces and / or in that the positive-locking connections are designed as cylindrical pins and bores arranged on the end faces of the support components.
  • the lifting device is arranged within the wall of the tower element assembly, since this creates a particularly compact device.
  • a particularly advantageous embodiment of a tower structure according to the invention is characterized in that the lifting device has a stator arranged coaxially to the tower axis with radially outwardly pointing and axially displaceable supports, which are each equipped with at least one lifting arm which can be displaced in the radial direction, and a rotor with control surfaces which are in functional contact with the supports and the lifting arms, the number of supports being at least equal to the number of tower elements by which a full turn of the helix is formed, the supports being evenly distributed with respect to the tower element composite circumference, and the control surfaces according to the provision are formed that when rotating the rotor in periodic succession a tower element of a lifting arm is brought in from the outside of the tower element assembly in the radial direction and brought into alignment with the tower element assembly, the tower element nt is then introduced into the tower element assembly in a first lifting phase and then the entire tower element assembly is extended in a second lifting phase.
  • Such a tower structure is characterized by an automatable Operation of the retraction and extension process off.
  • a suitable drive for the rotor for example an electric motor
  • the tower structure can be retracted without additional drive, only under the effect of the weight of the tower element assembly.
  • a brake can be provided for retracting the tower structure and / or locking the position of the tower element assembly.
  • a possibly problematic transfer of a carrier in the vertical direction by the width of the helix at the end of one turn of the rotor is avoided if the number of carriers of the lifting device is twice as large as the number of tower elements of a turn and if two carriers form a pair of carriers, which control surface pairs are assigned to the rotor, the individual control surfaces of the control surface pairs being rotated with respect to one another with respect to the axis of rotation, provided that a tower element and the first lifting phase on the one hand and the second lifting phase on the other hand are alternately carried out by a carrier pair. At least the second lifting phases of the carriers of a carrier pair overlap while the rotor is being operated, so that the newly inserted tower elements are supported at all times.
  • each carrier or pair of carriers is assigned a tower element magazine and a device for inserting the tower elements into the lifting device.
  • a particularly space-saving storage of the individual tower elements is characterized in that a tower element magazine has at least one bearing arm on which a plurality of tower elements can be mounted vertically and one inside the other with an outwardly facing convex side and an inwardly facing concave side.
  • the device for introducing the tower elements into the lifting device has two manipulation arm sets which are radially and axially displaceable with respect to the axis of the tower elements and that the rotor has control surfaces which are in functional contact with the manipulation arm sets and are designed in such a way that the tower elements are moved successively from the tower element magazine in the radial direction towards the lifting device by alternating axial and / or radial displacement of the manipulator arm sets and are transferred to the lifting device taking into account the lifting device control surfaces.
  • a fully automatically extending and retracting tower structure can be formed, the operation of which only requires a corresponding control command from an operator or a control device. For example, in conjunction with an instrument for measuring the wind speed, the tower structure can be automatically retracted when the wind speed exceeds a certain limit.
  • FIG. 1 shows an extendable and retractable tower structure 1 with a plurality of tower elements 2, which are lined up in a spiral and the individual turns of which are combined. To simplify the side tower elements 2 were not drawn in an oblique projection.
  • a lifting device 3 with a stator 4 and a rotor 5 is indicated in the interior of the tower element assembly. On the stator 4 axially displaceably one can see two carriers 6, the axial positions of which are determined by control surfaces of the rotor 5.
  • the carriers 6 have lifting arms 7 which are displaceable in the radial direction and whose positions are also determined by control surfaces of the rotor 5.
  • 1 also shows tower element magazines 8, in which tower elements 2 can be placed individually.
  • the tower element magazines 8 there are also devices for inserting the tower elements 2 into the lifting device 3, which are not shown for the sake of clarity.
  • the one that led out of the tower element magazine when the tower structure was extended and into the Lifting device inserted tower element forms an upper end element 2a of the tower element assembly.
  • the tower element introduced last forms a base-side closure element 2b.
  • a load 9, which is carried by the tower element assembly, is also shown on the tower element assembly.
  • the underside of the load 9 is adapted to the shape of the uppermost turn of the helix of the tower element assembly and is connected to it.
  • Fig. 2 shows the extendable and retractable tower structure of Fig. 1 in a plan.
  • the tower elements 2 have a kink, so that the tower elements 2 can be strung together in a spiral.
  • a plurality of carriers are arranged in a star shape around the stator 4, two carriers 6 being assigned to a tower element 2 of the lowest turn of the helix.
  • This paired arrangement of the supports 6 enables the lifting arms 7 to be easily moved in order to bring in another tower element 2 for installation in the tower element network.
  • each pair of carriers 6 is assigned a tower element magazine 8 in a star-shaped arrangement.
  • FIG. 3 The detail view of a tower element assembly in FIG. 3 clarifies in particular the arrangement of the tower elements 2 in the tower element assembly and the further design of the tower elements 2. It is understood that the section shown represents a development in order to obtain a flat representation of the partial section of the helix.
  • the tower elements 2 are bent along the dashed lines. It can be seen that the upper and lower edges of the tower elements in the longitudinal direction of the Are offset from each other. Three tower elements 2 of adjacent turns of the helix are connected to one another in a shear-resistant manner by means of positive-locking connections. This arrangement of the tower elements 2 achieves a special static stability of the tower element assembly.
  • each tower element 2 has a locking connection 11.
  • a locking connection 11 consists of a pivot lever 12 with two legs 13, 14, the pivot axis of which is arranged vertically on a tower element 2.
  • the leg 13 of a pivot lever 12 has an outwardly facing pin 15 in the region of its leg end, which comes into engagement by pivoting the pivot lever 12 into an associated recess 16 of an overlying tower element 2.
  • the second leg 14 of the pivot lever 12 has a slot 17, which comes into engagement with a pin 18 of a tower element 2 arranged in series.
  • two locking connections 11 can be seen, which are pivoted into the locking position.
  • two locking connections 11 can be seen, which are in the unlocking position and are pivoted into the locking position in the course of the insertion of a further tower element 2. It is understood that with the removal of a tower element 2, the locking connection 11 is released.
  • the tower elements 2 also have manipulation recesses 19 with which bearing arms, manipulation arms and lifting arms can be brought into engagement.
  • support components 20 are formed as reinforced edges with flat end faces.
  • the positive connections are designed as cylindrical pins 21 and bores 22 arranged on the end faces of the support components.
  • a stator 4 is arranged coaxially with the tower element assembly, with guides 23 through which the carriers 6 are guided so as to be axially displaceable.
  • the carriers 6 point radially outwards and have lifting arms 7 which can be displaced in the radial direction. For the sake of clarity, only one carrier 6 of the carriers 6 arranged in pairs is shown.
  • the lifting device also has a rotor 5 with control surfaces 24, 25 for the axial movement of the carriers and for the radial movement of the lifting arms.
  • the control information for the axial displacement of the carrier 6 is removed from the associated control surface 24 by means of the control web 26.
  • control information for the radial movements of the lifting arms 7 is scanned by the control surface 25 by means of the swivel control lever 27. It is understood that different control surfaces 24, 25 are provided for each of the two carriers 6 of a pair of carriers, provided that at least one carrier 6 always holds an associated tower element 2 in the tower element assembly during one revolution of the rotor 5 until an underlying turn of the helix is listed.
  • a tower structure according to the invention is specified, in which the rotor 5 rotates about the axis of the tower element assembly, while the stator 4, the tower element assembly made of tower elements 2, the carriers 6, the tower element magazines 8 and the devices (not shown) for inserting the tower elements into the Lifting device are rigid with respect to a rotation about the axis of the tower element assembly.
  • a kinematic inversion which consists of the above Exchanging components with regard to their rotatability also fits within the scope of the invention.
  • the tower element assembly consisting of tower elements 2 rotates as the tower structure 1 is extended and retracted together with the stator 4, the supports 6, the tower element magazines 8 and the devices for introducing the tower elements into the lifting device.
  • Further modified embodiments of a retractable and retractable tower structure 1 according to the main claim do not leave the scope of the invention.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein aus- und einfahrbares Turmbauwerk mit einer Mehrzahl von Turmelementen, mit zumindest einer Hubvorrichtung, zumindest einem Turmelementemagazin und zumindest einer Einrichtung zum Einführen der Turmelemente in die Hubvorrichtung, wobei die einzelnen Turmelemente einerseits zu einem statisch und stabilitätsmäßig einheitlichen Turmelementeverbund verbindbar sowie andererseits in einem Magazin abstellbar sind und wobei das zuerst aus dem Turmelementemagazin herausgeführte und in die Hubvorrichtung eingeführte Turmelement ein oberes Abschlußelement bildet, das Ausfahren des Turmbauwerks durch Einführen weiterer Turmelemente und Heben des Turmelementeverbundes erfolgt und das zuletzt eingeführte Turmelement ein basisseitiges Abschlußelement bildet.
  • Ein solches aus- und einfahrbares Turmbauwerk ist aus der Literaturstelle CH 431 917 bekannt. Gemäß dieser Literaturstelle besteht der Turmelementeverbund aus einer Mehrzahl von rohr- und stangenförmigen Turmelementen, welche an ihren beiden Enden jeweils komplementäre Formschlußverbindungselemente aufweisen. Das Ausfahren des Turmbauwerks erfolgt durch Aneinanderfügen der rohr- und stangenförmigen Turmelemente. Das Turmbauwerk weist zum Zwecke des Ein- und Ausfahrens ferner eine Hubvorrichtung, ein einzelnes Turmelementemagazin und eine einzelne Einrichtung zum Einführen der Turmelemente in die Hubvorrichtung auf. Die Hubbewegung wird durch einen koaxial zur Turmachse und unterhalb der Turmbasis angeordneten Hubzylinder bewirkt. Dabei wird der Turmelementeverbund von seitlich stützend wirkenden Rollenlagern in vertikaler Richtung geführt. Mit der insofern bekannten Vorrichtung lassen sich zwar Maste, jedoch keine größeren Turmbauwerke errichten, welche unter Umständen zudem schwere Lasten auf der Turmspitze tragen sollen, da in Abhängigkeit von den Erfordernissen bezüglich Ausfahrhöhe, Biegefestigkeit, Tragfähigkeit, sowie statischer Stabilität im Bereich der Turmbauwerkbasis ein Mindestdurchmesser der Turmelemente bestimmt ist. Mit zunehmendem Durchmesser werden die Turmelemente jedoch schwer, sperrig und somit unhandlich. Insbesondere die erforderliche Anpassung des Turmelementemagazins und der Einrichtung zum Einführen der Turmelemente in die Hubvorrichtung an die erforderliche Größe bzw. das Gewicht der Turmelemente erreicht bald unpraktikable und unwirtschaftliche Maße.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein aus- und einfahrbares Turmbauwerk mit einer Mehrzahl von Turmelementen zu schaffen, das keinen besonderen Beschränkungen hinsichtlich der Dimensionen des Turmelementeverbundes unterworfen ist, allen Anforderungen hinsichtlich statischer und dynamischer Stabilität genügt und schwere Lasten tragen kann, dessen Elemente jedoch handhabbar und lagerbar sind.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, daß die Turmelemente zu einer Wendel aneinander anreihbar sind, wobei mehrere Turmelemente eine volle Windung bilden, und daß die einzelnen Windungen der Wendel mit Hilfe von an den Oberen und unteren Rändern der Turmelemente als integrale Bestandteile ausgebildeten Abstützbauteilen und Formschlußverbindungen vereinigbar sind.
  • - Der Begriff Turmbauwerk im Sinne der Erfindung umfaßt langgestreckte Bauwerke verschiedenster Abmessungen, welche vertikal vom Erdboden aufragen, also beispielsweise auch Maste. Aus- und einfahrbar bedeutet, daß das Turmbauwerk ohne besondere weitere Maßnahmen reversibel in Richtung der vertikalen Längserstreckung errichtet bzw. abgebaut werden kann. Aus- und einfahrbare Turmbauwerke werden beispielsweise vorteilhaft eingesetzt, wenn das Turmbauwerk nur in periodischen Zeitabständen benötigt wird, oder wenn eine variable Turmbauwerkhöhe erforderlich ist.
  • Es versteht sich, daß oberhalb des oberen Abschlußelementes eine Last angeordnet sein kann. Lediglich als Beispiel für eine Last sei ein windkraftgetriebener elektrischer Generator genannt. Es versteht sich weiterhin, daß beim Ausfahren des Turmbauwerks eine Last vor dem oberen Abschlußelement in die Hubvorrichtung eingeführt wird, und daß die Unterseite der Last der obersten Windung der Schraubenwendelfläche angepaßt und mit dieser verbindbar ist.
  • Die Erfindung nutzt die Erkenntnis, daß ein Turmbauwerk durch Zusammenfügen einer Mehrzahl von Turmelementen errichtet werden kann, welche einerseits als Turmelementeverbund eine näherungsweise zylinderförmige Mantelfläche auch mit besonders großen Abmessungen bilden und welche andererseits einzeln leicht handhabbar und lagerbar sind, indem die Anreihung der Turmelemente zu einer Wendel, deren einzelne Windungen vereinigbar sind, erfolgt. Eine solche Anordnung der Turmelemente ermöglicht ein zumindest quasi-kontinuierliches Ein- und Ausfahren des Turmbauwerks.
  • Aus der Literaturstelle US-PS 3 451 182 ist eine zusammenschiebbare und ausfahrbare Stange bekannt, die durch eine Wendel gebildet ist. Die Wendel besteht aus einem einzigen, flexiblen Bauteil. Zum Aufbau eines Turmbauwerks ist eine Wendel aus einem einzigen Bauteil nicht geeignet, da das Bauteil aufgrund geometrischer Zwänge eine Länge aufweisen muß, welche ein Vielfaches der Höhe eines Turmbauwerks beträgt. Ferner mangelt es einer solchen Konstruktion an axialer Belastbarkeit und Lasten können daher nicht sicher getragen werden.
  • Es ist hinsichtlich der Stabilität des Turmelementeverbundes vorteilhaft, wenn die oberen und unteren Ränder der Turmelemente in Windungsrichtung der Wendel gegeneinander versetzt sind. Weiterhin vorteilhaft ist es, wenn mittels der Formschlußverbindungen jeweils drei Turmelemente benachbarter Windungen der Wendel schubfest verbunden sind. Hierdurch werden auftretende Schub- und/oder Scherkräfte, welche in Richtung der Wendel wirken, weitgehend gleichmäßig innerhalb des Turmelementeverbundes verteilt.
  • In einer einfachen Ausführung des erfindungsgemäßen Turmbauwerks sind die einzelnen Windungen der Wendel lediglich durch ihre Gewichtskraft aufeinander abgestützt. Eine demgegenüber erhöhte Stabilität des Turmbauwerks bezüglich seitlich am Turmbauwerk angreifenden Druck- oder Zugkräften läßt sich dadurch erreichen, daß die einzelnen Windungen der Wendel zusätzlich durch lösbare Sperrverbindungen mit der jeweils darüber bzw. darunter liegenden Windung zugfest verbindbar sind. Durch die Sperrverbindungen wird beispielsweise vermieden, daß sehr starker Wind die Formschlußverbindungen benachbarter Windungen der Wendel löst. Vorteilhafterweise weist jedes Turmelement zumindest eine Sperrverbindung auf. Eine besonders geeignete zugfeste Verbindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrverbindung einen bezüglich der Wendel innenliegenden Schwenkhebel mit zumindest zwei Schenkeln aufweist, dessen Schwenkachse senkrecht an einem ersten Turmelement angeordnet ist, daß ein Schenkel des Schwenkhebels im Bereich seines Schenkelendes einen nach außen weisenden Zapfen aufweist, welcher durch Schwenkung des Schwenkhebels in eine zugeordnete Ausnehmung eines darüberliegenden zweiten Turmelements in Eingriff kommt, und daß der zweite Schenkel des Schwenkhebels einen Schlitz aufweist, welcher mit einem an einem dritten Turmelement, welches dem ersten Turmelement nachgereiht ist, angeordneten Stift in Eingriff kommt, wobei der Schwenkhebel beim Einsetzen des dritten Turmelements in den Turmelementeverbund in eine das erste und das zweite Turmelement zugfest verbindende Verriegelungsposition schwenkbar ist und beim Entfernen des dritten Turmelements in eine Entriegelungsposition schwenkbar ist. In dieser Ausführungsform der Erfindung erfolgt die zugfeste Verbindung bzw. die Lösung der Verbindung automatisch mit dem Einfügen bzw. Entfernen von Turmelementen in/aus dem Turmelementeverbund.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Turmelemente Manipulier-Ausnehmungen oder -Beschläge aufweisen, mit welchen Lagerarme, Manipulierarme und Hubarme in Eingriff bringbar sind. Besonders einfach herstellbare Turmelemente sind dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützbauteile als verstärkte Ränder mit ebenen Stirnflächen ausgebildet sind und/oder daß die Formschlußverbindungen als an den Stirnflächen der Abstützbauteile angeordnete zylindrische Stifte und Bohrungen ausgebildet sind.
  • Von Vorteil ist es, wenn die Hubvorrichtung innerhalb der Wandung des Turmelementeverbundes angeordnet ist, da dadurch eine besonders kompakte Einrichtung geschaffen ist.
  • Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Turmbauwerks ist dadurch gekennzeichnet, daß die Hubvorrichtung einen koaxial zur Turmachse angeordneten Stator mit radial nach außen weisenden und axial verschieblichen Trägern besitzt, welche jeweils mit zumindest einem in radialer Richtung verschieblichen Hub arm ausgestattet sind, und einen Rotor mit Steuerflächen aufweist, welche mit den Trägern und den Hubarmen in Funktionskontakt stehen, wobei die Zahl der Träger zumindest gleich der Zahl der Turmelemente ist, durch welche eine volle Windung der Wendel gebildet ist, wobei die Träger bezüglich des Turmelementeverbundumfangs gleichmäßig verteilt sind und wobei die Steuerflächen nach der Maßgabe ausgebildet sind, daß bei Rotation des Rotors in periodischer Aufeinanderfolge ein Turmelement von einem Hub arm von außerhalb des Turmelementeverbundes in radialer Richtung eingeholt und zum Fluchten mit dem Turmelementeverbund gebracht wird, das Turmelement dann in einer ersten Hubphase in den Turmelementeverbund eingeführt wird und danach der gesamte Turmelementeverbund in einer zweiten Hubphase ausgefahren wird. Ein solches Turmbauwerk zeichnet sich durch einen automatisierbaren Betrieb des Ein- und Ausfahrvorgangs aus. Zum Ausfahren des Turmbauwerks ist es lediglich notwendig, einen geeigneten Antrieb für den Rotor, beispielsweise einen Elektromotor, mit den üblichen handwerklichen Maßnahmen anzuschließen. Das Einfahren des Turmbauwerks kann unter Umständen ohne zusätzlichen Antrieb, lediglich unter Wirkung der Gewichtskraft des Turmelementeverbundes erfolgen. Es versteht sich, daß erforderlichenfalls eine Bremse für das Einfahren des Turmbauwerks und/oder eine Verriegelung der Position des Turmelementeverbundes vorgesehen werden kann. Mittels der Hubvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform kann das Turmbauwerk stetig bzw. kontinuierlich und mit wählbarer Geschwindigkeit aus- und eingefahren werden, wodurch auf besonders vorteilhafte Weise die Anordnung der Turmelemente zu einer Wendel genutzt ist.
  • Ein eventuell problematisches Umsetzen eines Trägers in vertikaler Richtung um die Breite der Wendel am Ende eines Umgangs des Rotors wird vermieden, wenn die Zahl der Träger der Hubvorrichtung doppelt so groß wie die Zahl der Turmelemente einer Windung ist und wenn jeweils zwei Träger ein Trägerpaar bilden, welchen Steuerflächenpaare am Rotor zugeordnet sind, wobei die einzelnen Steuerflächen der Steuerflächenpaare gegeneinander bezüglich der Rotationsachse verdreht sind nach der Maßgabe, daß das Einholen eines Turmelements und die erste Hubphase einerseits sowie die zweite Hubphase andererseits wechselweise durch ein Trägerpaar erfolgt. Dabei überschneiden sich zumindest die zweiten Hubphasen der Träger eines Trägerpaars während eines Umgangs des Rotors, so daß jederzeit die neu eingefügten Turmelemente gestützt sind.
  • Vorteilhafterweise ist jedem Träger bzw. Trägerpaar ein Turmelementemagazin und eine Einrichtung zum Einführen der Turmelemente in die Hubvorrichtung zugeordnet.
  • Eine besonders raumsparende Lagerung der einzelnen Turmelemente ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Turmelementemagazin zumindest einen Lagerarm aufweist, an dem eine Mehrzahl von Turmelementen senkrecht und ineinander angeordnet mit nach außen weisender konvexer Seite und nach innen weisender konkaver Seite lagerbar sind.
  • Eine weiterhin besonders vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Turmbauwerks ist dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Einführen der Turmelemente in die Hubvorrichtung zwei Manipulierarmsätze aufweist, welche radial und axial bezüglich der Turmelementeverbundachse verschieblich sind und daß der Rotor Steuerflächen aufweist, welche in Funktionskontakt mit den Manipulierarmsätzen stehen und nach der Maßgabe ausgebildet sind, daß die Turmelemente durch wechselweise axiale und/oder radiale Verschiebung der Manipulierarmsätze sukzessive von dem Turmelementemagazin in radialer Richtung zur Hubvorrichtung hin bewegt werden und unter Berücksichtigung der Hubvorrichtungssteuerflächen an die Hubvorrichtung übergeben werden. In dieser Ausführungsform kann ein vollautomatisch aus- und einfahrendes Turmbauwerk gebildet werden, dessen Betrieb lediglich einen entsprechenden Steuerbefehl von einer Bedienungsperson oder einer Steuereinrichtung benötigt. Beispielsweise kann in Verbindung mit einem Instrument zur Messung der Windgeschwindigkeit das Turmbauwerk automatisch eingefahren werden, wenn die Windgeschwindigkeit einen bestimmten Grenzwert überschreitet.
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung
    • Fig. 1
    eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen aus- und einfahrbaren Turmbauwerks,
    Fig. 2
    eine Aufsicht des Gegenstandes der Fig. 1,
    Fig. 3
    eine Detailansicht des Turmelementeverbundes und
    Fig. 4
    eine Teilansicht der Hubvorrichtung.
  • Der Fig. 1 entnimmt man ein aus- und einfahrbares Turmbauwerk 1 mit einer Mehrzahl von Turmelementen 2, welche zu einer Wendel aneinander gereiht sind und deren einzelnen Windungen vereinigt sind. Zur Vereinfachung wurden die seitlichen Turmelemente 2 nicht in schräger Projektion gezeichnet. Im Inneren des Turmelementeverbundes ist eine Hubvorrichtung 3 mit einem Stator 4 und einem Rotor 5 angedeutet. An dem Stator 4 axial verschieblich gelagert erkennt man zwei Träger 6, deren axiale Positionen von Steuerflächen des Rotors 5 bestimmt sind. Die Träger 6 weisen Hubarme 7 auf, welche in radialer Richtung verschieblich sind und deren Positionen ebenfalls von Steuerflächen des Rotors 5 bestimmt werden. Der Fig. 1 entnimmt man ferner Turmelementemagazine 8, in denen Turmelemente 2 einzeln abstellbar sind. In den Turmelementemagazinen 8 befinden sich ferner Einrichtungen zum Einführen der Turmelemente 2 in die Hubvorrichtung 3, welche der Übersichtlichkeit halber nicht gezeichnet sind. Das beim Ausfahren des Turmbauwerks zuerst aus dem Turmelementemagazin herausgeführte und in die Hubvorrichtung eingeführte Turmelement bildet ein oberes Abschlußelement 2a des Turmelementeverbundes. Das zuletzt eingeführte Turmelement bildet ein basisseitiges Abschlußelement 2b. Auf dem Turmelementeverbund ist ferner eine Last 9 eingezeichnet, welche von dem Turmelementeverbund getragen wird. Dabei ist die Unterseite der Last 9 der Form der obersten Windung der Wendel des Turmelementeverbundes angepaßt und mit dieser verbunden.
  • Die Fig. 2 zeigt das aus- und einfahrbare Turmbauwerk der Fig. 1 in einer Aufsicht. In dieser Darstellung erkennt man besonders deutlich, daß die Turmelemente 2 eine Abknickung aufweisen, so daß die Turmelemente 2 sich zu einer Wendel aneinanderreihen lassen. Sternförmig um den Stator 4 sind eine Mehrzahl von Trägern angeordnet, wobei jeweils einem Turmelement 2 der untersten Windung der Wendel zwei Träger 6 zugeordnet sind. Durch diese paarweise Anordnung der Träger 6 ist ein problemloses Umsetzen der Hubarme 7 zwecks Einholen eines weiteren Turmelements 2 zum Einbau in den Turmelementeverbund möglich. In der Fig. 2 erkennt man weiterhin, daß jedem Paar von Trägern 6 in sternförmiger Anordnung ein Turmelementemagazin 8 zugeordnet ist.
  • Die Detailansicht eines Turmelementeverbundes in der Fig. 3 verdeutlicht insbesondere die Anordnung der Turmelemente 2 in dem Turmelementeverbund sowie die weitere Ausbildung der Turmelemente 2. Es versteht sich, daß der gezeigte Ausschnitt eine Abwicklung darstellt, um eine ebene Darstellung des Teilausschnitts der Wendel zu erhalten. Die Turmelemente 2 sind entlang der gestrichelten Linien abgeknickt. Man erkennt, daß die oberen und unteren Ränder der Turmelemente in Längsrichtung der Wendel gegeneinander versetzt sind. Mittels Formschlußverbindungen sind jeweils drei Turmelemente 2 benachbarter Windungen der Wendel schubfest miteinander verbunden. Durch diese Anordnung der Turmelemente 2 wird eine besondere statische Stabilität des Turmelementeverbundes erreicht. Diese Stabilität ist zusätzlich erhöht durch lösbare Sperrverbindungen 11, mit denen die einzelnen Windungen der Wendel mit der jeweils darüber bzw. darunterliegenden Windung zugfest verbunden sind. Wie gezeichnet, weist jedes Turmelement 2 eine Sperrverbindung 11 auf. Eine solche Sperrverbindung 11 besteht aus einem Schwenkhebel 12 mit zwei Schenkeln 13, 14, dessen Schwenkachse senkrecht an einem Turmelement 2 angeordnet ist. Der Schenkel 13 eines Schwenkhebels 12 hat im Bereich seines Schenkelendes einen nach außen weisenden Zapfen 15, welcher durch Schwenkung des Schwenkhebels 12 in eine zugeordnete Ausnehmung 16 eines darüberliegenden Turmelements 2 in Eingriff kommt. Der zweite Schenkel 14 des Schwenkhebels 12 weist einen Schlitz 17 auf, welcher mit einem Stift 18 eines nachgereihten Turmelements 2 in Eingriff kommt. Im oberen Teil der Fig. 3 erkennt man zwei Sperrverbindungen 11, welche in die Verriegelungsposition geschwenkt sind. Im unteren Bereich der Fig. 3 erkennt man demgegenüber zwei Sperrverbindungen 11, welche sich in der Entriegelungsposition befindet und im Zuge des Einfügens eines weiteren Turmelements 2 in die Verriegelungsposition geschwenkt werden. Es versteht sich, daß mit der Entnahme eines Turmelements 2 die Sperrverbindung 11 gelöst wird. Die Turmelemente 2 haben weiterhin Manipulierausnehmungen 19 mit welchen Lagerarme, Manipulierarme und Hubarme in Eingriff bringbar sind. An den oberen und unteren Ränder der Turmelemente 2 sind Abstützbauteile 20 als verstärke Ränder mit ebenen Stirnflächen ausgebildet. Die Formschlußverbindungen sind als an den Stirnflächen der Abstützbauteile angeordnete zylindrische Stifte 21 und Bohrungen 22 ausgeführt.
  • Die Fig. 4 stellt eine Teilansicht der Hubvorrichtung 3 dar. Koaxial zum Turmelementeverbund angeordnet ist ein Stator 4, mit Führungen 23, durch die Träger 6 axial verschieblich geführt sind. Die Träger 6 weisen radial nach außen und verfügen über in radialer Richtung verschiebliche Hubarme 7. Der Übersichtlichkeit halber ist nur ein Träger 6 der paarweise angeordneten Träger 6 dargestellt. Die Hubvorrichtung weist ferner einen Rotor 5 mit Steuerflächen 24, 25 für die axiale Bewegung der Träger und für die radiale Bewegung der Hubarme auf. Die Abnahme der Steuerinformation für die axiale Verschiebung des Trägers 6 erfolgt mittels des Steuerstegs 26 von der zugeordneten Steuerfläche 24. Die Steuerinformationen für die radialen Bewegungen der Hubarme 7 wird mittels des Schwenksteuerhebels 27 von der Steuerfläche 25 abgetastet. Es versteht sich, daß für die beiden Träger 6 eines Trägerpaares jeweils verschiedene Steuerflächen 24, 25 vorgesehen sind, nach der Maßgabe, daß während eines Umlaufes des Rotors 5 stets zumindest ein Träger 6 ein zugeordnetes Turmelement 2 im Turmelementeverbund hält bis eine unterliegende Windung der Wendel angeführt ist.
  • In dem Ausführungsbeispiel ist ein erfindungsgemäßes Turmbauwerk angegeben, bei dem der Rotor 5 um die Achse des Turmelementeverbundes rotiert, während der Stator 4, der Turmelementeverbund aus Turmelementen 2, die Träger 6, die Turmelementemagazine 8 sowie die nicht dargestellten Einrichtungen zum Einführen der Turmelemente in die Hubvorrichtung bezüglich einer Rotation um die Achse des Turmelementeverbundes starr sind. Es versteht sich, daß eine kinematische Umkehrung, welche darin besteht, die vorstehend genannten Bauteile bezüglich ihrer Rotierbarkeit zu vertauschen, gleichfalls in den Rahmen der Erfindung paßt. In einem solchen Fall rotiert der Turmelementeverbund aus Turmelementen 2 im Zuge des Aus- und Einfahrens des Turmbauwerks 1 mitsamt dem Stator 4, den Trägern 6, den Turmelementemagazinen 8 und den Einrichtungen zum Einführen der Turmelemente in die Hubvorrichtung. Auch weitere abgewandelte Ausführungsformen eines aus- und einfahrbaren Turmbauwerks 1 gemäß dem Hauptanspruch verlassen nicht den Rahmen der Erfindung.

Claims (15)

  1. Aus- und einfahrbares Turmbauwerk (1)
    mit einer Mehrzahl von Turmelementen (2),
    mit zumindest einer Hubvorrichtung (3),
    mit zumindest einem Turmelementemagazin (8) und
    mit zumindest einer Einrichtung zum Einführen der Turmelemente in die Hubvorrichtung,
       wobei die einzelnen Turmelemente (2) einerseits zu einem statisch und stabilitätsmäßig einheitlichen Turmelementeverbund verbindbar sowie andererseits in einem Magazin (8) abstellbar sind, und
    wobei das zuerst aus dem Turmelementemagazin (8) herausgeführte und in die Hubvorrichtung (3) eingeführte Turmelement (2) ein oberes Abschlußelement (2a) bildet, wobei das Ausfahren des Turmbauwerks (1) durch Einführen weiterer Turmelemente (2) und Heben des Turmelementeverbundes erfolgt und wobei das zuletzt eingeführte Turmelement (2) ein basisseitiges Abschlußelement (2b) bildet, dadurch gekennzeichnet, daß die Turmelemente (2) zu einer Wendel aneinander anreihbar sind, wobei mehrere Turmelemente (2) eine volle Windung bilden, und daß die einzelnen Windungen der Wendel mit Hilfe von an den Oberen und unteren Rändern der Turmelemente (2) als integrale Bestandteile ausgebildeten Abstützbauteilen (20) und Formschlußverbindungen vereinigbar sind.
  2. Aus- und einfahrbares Turmbauwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die oberen und unteren Ränder der Turmelemente (2) in Windungsrichtung der Wendel gegeneinander versetzt sind.
  3. Aus- und einfahrbares Turmbauwerk nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mittels der Formschlußverbindungen jeweils drei Turmelemente (2) benachbarter Windungen der Wendel schubfest verbunden sind.
  4. Aus- und einfahrbares Turmbauwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Windungen der Wendel zusätzlich durch lösbare Sperrverbindungen (11) mit der jeweils darüber bzw. darunter liegenden Windung zugfest verbindbar sind.
  5. Aus- und einfahrbares Turmbauwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Turmelement (2) zumindest eine Sperrverbindung (11) aufweist.
  6. Aus- und einfahrbares Turmbauwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrverbindung (11) einen bezüglich der Wendel innenliegenden Schwenkhebel (12) mit zumindest zwei Schenkeln (13, 14) aufweist, dessen Schwenkachse senkrecht an einem ersten Turmelement (2) angeordnet ist, daß ein Schenkel (13) des Schwenkhebels (12) im Bereich seines Schenkelendes einen nach außen weisenden Zapfen (15) aufweist, welcher durch Schwenkung des Schwenkhebels (12) in eine zugeordnete Ausnehmung (16) eines drüberliegenden zweiten Turmelementes (2) in Eingriff kommt, und daß der zweite Schenkel (14) des Schwenkhebels (12) einen Schlitz (17) aufweist, welcher mit einem an einem dritten Turmelement (2), welches dem ersten Turmelement (2) nachgereiht ist, angeordneten Stift (18) in Eingriff kommt, wobei der Schwenkhebel (12) beim Einsetzen des dritten Turmelementes (2) in den Turmelementeverbund in eine das erste und das zweite Turmelement (2) zugfest verbindende Verriegelungsposition schwenkbar ist und beim Entfernen des dritten Turmelementes (2) in eine Entriegelungsposition schwenkbar ist.
  7. Aus- und einfahrbares Turmbauwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Turmelemente (2) Manipulier-Ausnehmungen oder -Beschläge (19) aufweisen, mit welchen Lagerarme, Manipulierarme und Hubarme (7) in Eingriff bringbar sind.
  8. Aus- und einfahrbares Turmbauwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützbauteile (20) als verstärke Ränder mit ebenen Stirnfläche ausgebildet sind.
  9. Aus- und einfahrbares Turmbauwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Formschlußverbindungen als an den Stirnflächen der Abstützbauteile (20) angeordnete zylindrische Stifte (21) und Bohrungen (22) ausgebildet sind.
  10. Aus- und einfahrbares Turmbauwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Hubvorrichtung (3) innerhalb der Wandung des Turmelementeverbundes angeordnet ist.
  11. Aus- und einfahrbares Turmbauwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Hubvorrichtung (3) einen koaxial zur Turmachse angeordneten Stator (4) mit radial nach außen weisenden und axial verschieblichen Trägern (6) besitzt, welche jeweils mit zumindest einem in radialer Richtung verschieblichen Hubarm (7) ausgestattet sind, und einen Rotor (5) mit Steuerflächen (24, 25) aufweist, welche mit den Trägern (6) und den Hubarmen (7) in Funktionskontakt stehen, wobei die Zahl der Träger (6) zumindest gleich der Zahl der Turmelemente (2) ist, durch welche eine volle Windung der Wendel gebildet ist, wobei die Träger (6) bezüglich des Turmelementeverbundumfangs gleichmäßig verteilt sind und wobei die Steuerflächen (24, 25) nach der Maßgabe ausgebildet sind, daß bei Rotation des Rotors (5) in periodischer Aufeinanderfolge ein Turmelement (2) von einem Hubarm (7) von außerhalb des Turmelementeverbundes in radialer Richtung eingeholt und zum Fluchten mit dem Turmelementeverbund gebracht wird, das Turmelement (2) dann in einer ersten Hubphase in den Turmelementeverbund eingeführt wird und danach der gesamte Turmelementeverbund in einer zweiten Hubphase ausgefahren wird.
  12. Aus- und einfahrbares Turmbauwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der Träger (6) der Hubvorrichtung (3) doppelt so groß wie die Zahl der Turmelemente (2) einer Windung ist, und daß jeweils zwei Träger (6) ein Trägerpaar bilden, welchen Steuerflächenpaare am Rotor zugeordnet sind, wobei die einzelnen Steuerflächen (24, 25) der Steuerflächenpaare gegeneinander bezüglich der Rotationsachse verdreht sind, nach der Maßgabe, daß das Einholen eines Turmelements (2) und die erste Hubphase einerseits sowie die zweite Hubphase andererseits wechselweise durch ein Trägerpaar erfolgen.
  13. Aus- und einfahrbares Turmbauwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Träger (6) bzw. Trägerpaar ein Turmelementemagazin (8) und eine Einrichtung zum Einführen der Turmelemente in die Hubvorrichtung zugeordnet ist.
  14. Aus- und einfahrbares Turmbauwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Turmelementemagazin (8) zumindest einen Lagerarm aufweist, an dem eine Mehrzahl von Turmelementen (2) senkrecht und ineinander angeordnet mit nach außen weisender konvexer Seite und nach innen weisender konkaver Seite lagerbar sind.
  15. Aus- und einfahrbares Turmbauwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Einführen der Turmelemente (2) in die Hubvorrichtung zwei Manipulierarmsätze aufweist, welche radial und axial bezüglich der Turmelementeverbundachse verschieblich sind und daß der Rotor (5) Steuerflächen aufweist, welche in Funktionskontakt mit den Manipulierarmsätzen stehen und nach Maßgabe ausgebildet sind, daß die Turmelemente (2) durch wechselweise axiale und/oder radiale Verschiebung der Manipulierarmsätze sukzessive von dem Turmelementemagazin (8) in radialer Richtung zur Hubvorrichtung (3) hin bewegt werden und unter Berücksichtigung der Hubvorrichtungssteuerflächen (24, 25) an die Hubvorrichtung (3) übergeben werden.
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