JP5917707B2 - 風力発電装置の基礎 - Google Patents

Description

本発明は、風力発電装置を設置するためのタワーベースセクションに関する。更に本発明は、タワーベースセクションを備えたタワーベース装置に関する。また本発明は、風力発電装置のタワー、並びに風力発電装置のタワーを設置するための方法にも関する。

風力発電装置（風力エネルギー設備）は、一般的に知られており、多くの場合、図１に図示された風力発電装置の場合もそうであるように、タワー上に設置される。また風力発電装置のそのようなタワー、即ち風力発電装置用タワーは、適切な基礎上に設置される。この際、タワーの垂直の配向ないし水平化（レべリング）も配慮されなくてはならない。

風力発電装置用タワーの設置を準備するためにタワーベースセクションを部分的に基礎内で同時にコンクリート固定し、該タワーベースセクション上へ更にタワーを設置することが知られている。そのようなタワーベースセクションは、周回する上部の環状フランジを備えた円筒形外殻部としてか又は円錐台形外殻部として構成されており、そしてこの上部の環状フランジがコンクリート基礎の外に留まるようにコンクリート固定され、該上部の環状フランジ上へ特に鋼製タワーであるタワーが設置される。この際、このタワーベースセクションは、コンクリート基礎が打設される間、保持装置により、配向ないし水平化されたポジションに保持することができる。コンクリートが硬化したら直ちに、そのようなタワーベースセクションは、保持装置から取り外すことができる。

DE 10 2004 017 006 A1

しかし上記のような方法は、特に比較的小規模のタワーのために考慮されており、場合によっては、タワーベースセクションの上部の環状フランジ上において後から追加的な水平化が必要となる。この際、このタワーベースセクションがコンクリートの打設と硬化の際に保持装置により保持されなくてはならないことも不利である。またこの種のタワーベースセクションは、極めて大規模な風力発電装置用タワーの設置のため、従ってアンカ固定のためには、問題であり得る。

他の一方法として、円形状の下部のセグメントアンカと、円形状に配設された垂直の多数の結合バーとを備えた基礎ケージをコンクリート固定する方法があり、この際、これらの結合バーは、これらの結合バーが結合されており且つ下部に位置するセグメントアンカから、コンクリートを通ってコンクリートの表面において上方へ突出し、そこでコンクリートないし基礎の表面は、円形状の固定領域を構成し、この際、この表面には、周回する水平化リングが備えられている。この水平化リングは、この水平化リング上に最初のタワーセグメントを配向配置して固定するために、コンクリートの硬化後に配置され、水平化を行うことができる。この際、ねじ部分を備えた結合バーは、下部のタワーセグメントの下部のフランジの対応する穴を通って突出し、そこで固定のためにナットを備えることができる。

ところがこの際、結合バーがコンクリートの硬化後に正確に配設されており、配置すべき水平化リングの多数の穴と、配置すべき下部のタワーセグメントのフランジの多数の穴とを問題なく通るよう延在可能であるために、コンクリートの打設時には、結合バーが製造すべきコンクリート表面ないし基礎表面の領域において型板（テンプレート）を用いて配向されなくてはならないということは、問題である。従ってそのような方法は、先ずはそのような型板が配置され、コンクリートの硬化後に水平化リングと交換されなくてはならないので、手間と費用がかかる。この際、各結合バーのナットは、型板の除去を可能とするために取り外され、その後、水平化リングと下部のタワーセグメントの載置後に再び取り付けられる必要がある。水平化リングを備えた装置については、ドイツ特許出願公開公報の上記特許文献１を参照とすることができる。

下部のセグメントアンカと水平化リングとを備えた基礎ケージを使用する場合に、基礎ケージの構造に誤りや不正確さがあると、斜めに立った結合バー（ボルトとも称することができる）が結果として得られてしまうということは、更に問題である。このことは、水平化リングと、載置すべき最初のタワーセグメントとの更なる結合において、問題であり得る。その原因は、ボルトを配向するための上部の型板の誤った使用にある。

従って本発明の基礎を成す課題（基本的課題）は、上記のそれらの問題点の少なくとも１つに対処することである。特に風力発電装置用タワーのタワーベース基礎部を改善するための解決策を提案すべきである。追加的に又は選択的に、基礎ケージの構造形式と配置構成が簡素化されるべきであり及び／又は誤りを生じにくくすべきである。また少なくとも代替的な解決策が提案されるべきである。

本発明により、請求項１に記載のタワーベース装置が提案される。
即ち本発明の第１の視点により、タワーベース装置であって、該タワーベース装置は、基礎上に配設及び固定するため並びに風力発電装置のタワーを設置するためのタワーベースセクションを含み、該タワーベースセクションは、基礎上に載置するため並びに基礎に固定するための外側下部の環状フランジと、タワーセグメントを対応する下部のタワーフランジを介して載置及び固定するための内側上部の環状フランジと、基礎上に載置するための内側下部の支持フランジと、前記内側下部の支持フランジに対して前記内側上部の環状フランジを支持するための複数の内側の支持要素とを含み、該タワーベース装置は、各々一方の側部を用いて基礎内にアンカ固定するため並びに各々他方の側部を用いて前記タワーベースセクションに固定するための内側の固定ボルト及び外側の固定ボルトを備えた基礎ケージを含み、前記内側の固定ボルトは、前記外側の固定ボルトよりもほぼ前記タワーベースセクションの高さ分だけ長くなっていることを特徴とするタワーベース装置が提供される。
更に本発明の第２の視点により、風力発電装置のタワーであって、該タワーは、外側の固定ボルト及び内側の固定ボルトを備えた基礎ケージと、上記タワーベース装置とを有する基礎と、下部のタワーフランジを備えた下部のタワーセグメントとを含み、前記下部のタワーセグメントは、前記タワーフランジを用いて前記タワーベースセクション上に配設されており、前記内側の固定ボルトは、基礎から、前記タワーベースセクションの前記内側下部の支持フランジと前記内側上部の環状フランジを通り、前記下部のタワーフランジを通って案内されており、従って、前記下部のタワーフランジを通って上方へと通り抜けて突出する前記内側の固定ボルトへ固定ナットをねじ込んで締め付けることにより、前記下部のタワーフランジが前記タワーベースセクション上に固定されることを特徴とするタワーが提供される。
更に本発明の第３の視点により、風力発電装置のタワーを設置するための方法であって、以下のステップ、即ち、基礎の打設のために用意された基礎抗内においてタワーベースセクションと結合された基礎ケージを位置決めするステップ、前記基礎ケージの部分的なコンクリート固定のために前記基礎抗内へコンクリートを打設するステップ、打設されたコンクリートを硬化させるステップ、及び、下部のタワーセグメントを載置して固定するステップを含むこと、但し、上記タワーベース装置が用いられており、前記基礎ケージの位置決め時には、前記基礎ケージは、固定ボルトを介して前記タワーベースセクションと結合されており、前記内側の固定ボルトは、前記内側上部の環状フランジの穴を通って案内され、そこで固定要素を用いて固定され、コンクリートの打設時には、前記タワーベースセクションは、クレーンか又は前記基礎抗内に立設された支持フレームにより保持され、従って前記タワーベースセクションに固定された前記基礎ケージも保持され、コンクリートの硬化後に前記タワーベースセクションが水平化され、及び、前記下部のタワーセグメントの載置及び固定は、前記内側の固定ボルトから前記固定要素が取り外され、前記下部のタワーセグメントが下部のタワーフランジを介して前記内側上部の環状フランジ上へ載置され、前記内側の固定ボルトが前記下部のタワーフランジの穴を通して案内されるように行われ、そして、前記固定要素が、前記タワーフランジを前記タワーベースセクションの前記内側上部の環状フランジ上へ固定的に締め付けるために、前記タワーフランジから突出する前記内側の固定ボルトへねじ込まれることを特徴とする方法が提供される。
尚、本願の特許請求の範囲に付記されている図面参照符号は、専ら本発明の理解の容易化のためのものであり、図示の形態への限定を意図するものではないことを付言する。

本発明において、以下の形態が可能である。
（形態１）基礎上に配設及び固定するため並びに風力発電装置のタワーを設置するためのタワーベースセクションであって、該タワーベースセクションは、基礎上に載置するため並びに基礎に固定するための外側下部の環状フランジと、タワーセグメントを対応する下部のタワーフランジを介して載置及び固定するための内側上部の環状フランジと、基礎上に載置するための内側下部の支持フランジと、前記内側下部の支持フランジに対して前記内側上部の環状フランジを支持するための複数の内側の支持要素、特に支持支柱、とを含むこと。
（形態２）タワーベースセクションにおいて、前記外側下部の環状フランジと前記内側下部の支持フランジを前記内側上部の環状フランジと結合させる環形状の外殻部分が設けられており、特に該外殻部分は、外側の領域と内側の領域を定義し、前記外側下部の環状フランジは、前記外側の領域に配設されており、及び／又は、前記内側上部の環状フランジと、前記内側下部の支持フランジと、前記内側の支持要素とは、前記内側の領域に配設されていることが好ましい。
（形態３）タワーベースセクションにおいて、前記外殻部分の高さは、０.２ｍ〜２ｍであり、好ましくは０.５ｍ〜１.５ｍであり、特にはほぼ０.７５ｍであることが好ましい。
（形態４）タワーベースセクションにおいて、前記内側の支持要素は、垂直の支持リブとして構成されており、特に前記内側上部の環状フランジと前記内側下部の支持フランジは、固定ねじないし固定ボルトを通すための複数の穴を有し、各支持リブは、各々、前記内側上部の環状フランジにおいて前記穴の２つの間に固定され、前記内側下部の支持フランジにおいて前記穴の２つの間に固定されていることが好ましい。
（形態５）タワーベース装置であって、該タワーベース装置は、特に形態１〜４のいずれか１つに記載のタワーベースセクションと、各々一方の側部を用いて基礎内にアンカ固定するため並びに各々他方の側部を用いて前記タワーベースセクションに固定するための内側の固定ボルト及び外側の固定ボルトを備えた基礎ケージとを含み、前記内側の固定ボルトは、前記外側の固定ボルトよりもほぼ前記タワーベースセクションの高さ分だけ長くなっていること。
（形態６）タワーベース装置において、前記外側の固定ボルトは、前記タワーベースセクションとの固定のために、前記外側下部の環状フランジの穴を通って案内され、前記内側の固定ボルトは、前記内側下部の支持フランジの穴と前記内側上部の環状フランジの穴とを通って案内され、下部のタワーフランジを用いて前記内側上部の環状フランジ上に載置すべきタワーセグメントの固定のために用いられ、そして前記下部のタワーフランジの穴を通って案内されることが好ましい。
（形態７）タワーベース装置において、前記タワーベースセクション上へ載置された下部のタワーセグメントと前記タワーベースセクションを結合するための複数の結合ボルトを含み、該結合ボルトは、前記内側上部の環状フランジと、載置されたタワーセグメントの対応の下部のタワーフランジとを通って延在しており、特に基礎内へは達していないことが好ましい。
（形態８）タワーベース装置において、前記内側上部の環状フランジと、載置されたタワーセグメントの対応の下部のタワーフランジとを互いに締付固定するために、前記結合ボルトには、締付固定のために、各々、２つの締付要素、特に締付ナットが備えられていることが好ましい。
（形態９）タワーベース装置において、前記内側の固定ボルトと前記結合ボルトは、各々、前記内側上部の環状フランジと、載置されたタワーセグメントの下部のタワーフランジとを通って延在し、この際、特に交互に設けられていることが好ましい。
（形態１０）風力発電装置のタワーであって、該タワーは、外側の固定ボルト及び内側の固定ボルトを備えた基礎ケージと、形態１〜４のいずれか１つに記載のタワーベースセクションとを有する基礎と、下部のタワーフランジを備えた下部のタワーセグメント、特に鋼製タワーセグメントとを含み、前記下部のタワーセグメントは、前記タワーフランジを用いて前記タワーベースセクション上に配設されており、前記固定ボルトの幾つか、特に前記内側の固定ボルトは、基礎から、前記タワーベースセクションの前記内側下部の支持フランジと前記内側上部の環状フランジを通り、前記下部のタワーフランジを通って案内されており、従って、特に前記下部のタワーフランジを通って上方へと通り抜けて突出する前記固定ボルトへ固定ナットをねじ込んで締め付けることにより、前記下部のタワーフランジが前記タワーベースセクション上に固定されること。
（形態１１）風力発電装置のタワーにおいて、形態５〜９のいずれか１つに記載のタワーベース装置を含むことが好ましい。
（形態１２）風力発電装置のタワー、特に鋼製タワーを設置するための方法であって、以下のステップ、即ち、基礎の打設のために用意された基礎抗内においてタワーベースセクションと結合された基礎ケージを位置決めするステップ、前記基礎ケージの部分的なコンクリート固定のために前記基礎抗内へコンクリートを打設するステップ、打設されたコンクリートを硬化させるステップ、及び、下部のタワーセグメントを載置して固定するステップを含むこと。
（形態１３）風力発電装置のタワーを設置するための方法において、形態１〜４のいずれか１つに記載のタワーベースセクション及び／又は形態５〜９のいずれか１つに記載のタワーベース装置が用いられており、前記基礎ケージの位置決め時には、前記基礎ケージは、固定ボルトを介して前記タワーベースセクションと結合されており、前記内側の固定ボルトは、前記内側上部の環状フランジの穴を通って案内され、そこで固定要素を用い、特に対応するナットを用いて固定され、コンクリートの打設時には、前記タワーベースセクションは、クレーンか又は前記基礎抗内に立設された支持フレームにより保持され、従って前記タワーベースセクションに固定された前記基礎ケージも保持され、コンクリートの硬化後に前記タワーベースセクションが水平化され、及び／又は、下部のタワーセグメントの載置及び固定は、前記内側の固定ボルトから前記固定要素が取り外され、前記下部のタワーセグメントが下部のタワーフランジを介して前記内側上部の環状フランジ上へ載置され、前記内側の固定ボルトが前記下部のタワーフランジの穴を通して案内されるように行われ、そして、前記固定要素、特に固定ナットが、前記タワーフランジを前記タワーベースセクションの前記内側上部の環状フランジ上へ固定的に締め付けるために、前記タワーフランジから突出する前記内側の固定ボルトへねじ込まれることが好ましい。

上記のタワーベースセクションは、基礎上に配設及び固定するため並びに該タワーベースセクション上に風力発電装置のタワーを設置するために用意されている。タワーベースセクションは、基礎上に載置するため並びに基礎に固定するための外側下部の環状フランジを含んでいる。更にタワーセグメントを対応する下部のタワーフランジを介して載置及び固定するための内側上部の環状フランジが設けられている。特にこの内側上部の環状フランジ（以下では簡単に上部の環状フランジとの表現でも用いるものとする）は、固定ボルトを通すための穴の大きさと種類と数について、対応する下部のタワーフランジに実質的に対応している。

更にタワーベースセクションは、基礎上に載置するための内側下部の支持フランジを有し、この際、この内側下部の支持フランジも環状フランジとして構成されており、特により良い明快性（簡略性）のために単に支持フランジとも称するものとする。特に外側下部の環状フランジと内側下部の支持フランジとは、互いに隣接して配設されており、共通の円環形状の表面を有し、該円環形状の表面は、基礎上ないし基礎上の水平化層上に配設ないし載置することができる。この際、基礎上に載置するとの表現は、タワーベースセクションが特に配設完了の状態で基礎上に着座していることとして理解される。また基礎上に載置するとの表現は、基礎の完全な作成後に初めて基礎上にタワーベースセクションを配置して載置するというように狭い意味で理解されてはならない。この点に関し、いかにタワーベースセクションが好ましくは基礎上でそのポジションを得るかについては、後続段落で詳細に説明する。

更に下部の支持フランジに対して上部の環状フランジを支持するための複数の内側の支持要素、特に支持支柱（支持ストラット）が設けられている。従ってこれらの支持要素は、上部の環状フランジと下部の支持フランジとの間に配設されており、そして特に上部の環状フランジへ負荷を及ぼすタワーにより上部の環状フランジへ作用する力を少なくとも部分的に下部の支持フランジへ、従ってその結果として基礎へと伝達するために用意されている。それに加えないし選択的に、これらの支持要素は、内側上部の環状フランジと下部の支持フランジとの間で作用することのできる複数の適切な固定要素による締付力を、これらのフランジが直接的に又は間接的に互いに締め付けられる場合に、吸収するために設けられており且つそのために適している。

一実施形態により、タワーベースセクションは、下部の環状フランジと下部の支持フランジを上部の環状フランジと結合させる環形状の外殻部分を設けたことにより特徴付けられている。特にこの外殻部分は、外側の領域と内側の領域を定義（画成）している。外側の領域と内側の領域は、設置すべき風力発電装置用タワーにおける外側のタワー領域（タワーの外部）ないし内側のタワー領域（タワーの内部）に基本的に対応している。この際、外側下部の環状フランジは、外側の領域に配設されており、従って設置すべきタワーの外側からも見ることができ、またアクセス可能（手が届くこと）である。それに対し、上部の環状フランジと、下部の支持フランジと、支持要素とは、内側の領域に配設されており、即ち風力発電装置用タワーの設置後には、タワーの内部に配設されている。好ましくは、外殻部分の高さは、０.２ｍ〜２ｍであり、好ましくは０.５ｍ〜１.５ｍであり、特に好ましくは０.７５ｍである。それに対応し、各々の値（高さ）により、下部の支持フランジに対する上部の環状フランジの間隔が得られる。従って基礎上にタワーベースセクションを配設する場合には、内側上部の環状フランジは、ほぼ前記の高さにあり、即ち０.２ｍ〜２ｍ、ないし０.５ｍ〜１.５ｍ、ないし０.７５ｍの範囲内で配設されている。それによりこの内側上部の環状フランジは、建造チームの作業員にとって適切に好ましく作業しやすい作業高さで立設されている。

更なる一展開形態では、複数の支持要素が垂直（鉛直）の支持リブとして構成されており、特に上部の環状フランジと下部の支持フランジが、固定ねじ又は固定ボルトを通すための複数の穴を有し、各支持リブが、各々、上部の環状フランジにおいて前記穴の２つの間に固定され、下部の支持フランジにおいても同様に、各々上部の両方の穴に対応する２つの穴の間に固定されていることにより特徴付けられているタワーベースセクションが考慮されている。従って固定ねじないし固定ボルトを、各々、下部の支持フランジの穴と上部の環状フランジの穴を規定どおりに通した場合には、各々少なくとも１つの固定ねじないし固定ボルトが２つの支持リブの間に配設されていることになる。そして固定ねじないし固定ボルトが締められ、下部の支持フランジと上部の環状フランジとの間の引張力をももたらす引張力が施されると、支持リブは、この力に対抗作用し、それに対応して両方のフランジの変形に対抗作用する。

一展開形態において、幾つかの支持リブの間には、穴は設けられてなく、特に、対応する穴よりも多くの支持リブを設けることができる。

更に本発明により、タワーベースセクション、特に本発明による上述のタワーベースセクションを含むタワーベース装置が提案される。更にタワーベース装置は、各々一方の側部を用いて基礎内にアンカ固定するため並びに各々他方の側部を用いてタワーベースセクションに固定するための内側の固定ボルト及び外側の固定ボルトを備えた基礎ケージ（基礎バスケット Fundamentkorb）を含んでいる。この際、内側の固定ボルトは、外側の固定ボルトよりもほぼタワーベースセクションの高さ分だけ長くなっている。少なくとも、内側の固定ボルトは、その有効長に関し、外側の固定ボルトよりもタワーベースセクションの高さ分だけ長くなっている。それ故、特に複数の固定ボルトは、基礎内で同じ高さで配設されているべきであり、その状態でコンクリートの硬化後にも固定されているべきであり、即ち特に（基礎内で）ほぼ水平に配設された円形状で周回するセグメントアンカにおいて固定されているべきである。この際、外側の固定ボルトは、セグメントアンカから外側下部の環状フランジに達し、該外側下部の環状フランジを通って延在している。内側の固定ボルトは、セグメントアンカから内側下部の支持フランジに達し、該内側下部の支持フランジを通って延在し、更に内側上部の環状フランジに達し、該内側上部の環状フランジを通って延在している。下部のタワーフランジを用いてタワーベースセクション上に下部のタワーセグメントを配設した後に、内側の固定ボルトは、下部のタワーセグメントの当該下部のタワーフランジを更に通って突出する。固定ボルトの有効長は、セグメントアンカと外側下部の環状フランジとの間の結合、ないしセグメントアンカと内側上部の環状フランジとの間の結合を確立するために必要な長さである。極めて厳密に観察すると、後者の場合、即ち内側の固定ボルトにおいては、載置すべき下部のタワーセグメントの下部のタワーフランジの厚さが更に加わる。

従ってタワーベース装置の一実施形態により、外側の固定ボルトは、タワーベースセクションとの固定のために、外側下部の環状フランジの穴を通って案内され、内側の固定ボルトは、内側下部の支持フランジの穴と内側上部の環状フランジの穴とを通って案内される。この際、内側の固定ボルトは、下部のタワーフランジを用いて内側上部の環状フランジ上に載置すべきタワーセグメントを固定するために用意されているべきであり、即ちこの際、下部のタワーフランジの穴を通って案内されるものである。

本発明によるタワーベース装置の更なる一展開形態は、タワーベースセクション上へ載置された下部のタワーセグメントとタワーベースセクションを結合するために、複数の結合ボルトを考慮している。この際、これらの結合ボルトは、内側上部の環状フランジと、載置されたタワーセグメントの対応の下部のタワーフランジとを通って延在している。これらの結合ボルトは、特に基礎内へは達していない。従ってそのようなタワーベース装置は、アンカ固定のために外側下部の環状フランジから基礎内へと達している複数の外側の固定ボルトを有する。更に複数の内側の固定ボルトが設けられ、これらの内側の固定ボルトは、載置されたタワーセグメントの下部のタワーフランジから内側上部の環状フランジを更に通って延在し、そこから内側下部の支持フランジを更に通って基礎内へと達している。これらの内側の固定ボルトと外側の固定ボルトに追加し、内側上部の環状フランジを下部のタワーフランジと結合させるだけのものであり且つ好ましくは対応して短く構成されている結合ボルトが設けられている。つまりこれらの結合ボルトは、基本的にこれらの両方の隣接するフランジ、即ち内側上部の環状フランジと下部のタワーフランジだけを通って延在し、それに対応して両端部には、締付ナットのような各々の締付要素を配設するために十分なスペースをもっている。そのような締付ナットは、簡単にナットとも称することができる。

好ましくは、各々双方が内側上部の環状フランジと下部のタワーフランジを通って延在する結合ボルトと固定ボルトは、交互に設けられている。従って載置された最下部のタワーセグメントの下部のタワーフランジは、周方向に関し、交互に、一方では、内側の固定ボルトを用いて基礎内でアンカ固定され、ないし基礎に対して締付固定されており、他方では、結合ボルトを用いて内側上部の環状フランジにおいてのみ固定され、ないし内側上部の環状フランジに対して締付固定されている。換言すると、タワーベース装置の内部において、長い内側の固定ボルト（複数）と短い結合ボルト（複数）とが（周方向において）交互に設けられているということである。

また結合ボルトよりも多くの内側の固定ボルトを設けるか又は内側の固定ボルトよりも多くの結合ボルトを設けることもできる。それに加え又は選択的に、一方で内側の固定ボルトと他方で結合ボルトとをペアとして配設することもでき、従って単なる一例として述べるが、周方向において、２つの内側の固定ボルトに２つの結合ボルトが続き、そしてまた２つの内側の固定ボルトが続いてゆくという構成も可能である。

内側下部の支持フランジを通らずに延在する結合ボルトの使用のためには、結合ボルトを使わないタワーベース装置のためにも設けられているタワーベースセクションを使用することもできる。換言すると、結合ボルトを使用するタワーベース装置のこの実施形態のためには、内側上部の環状フランジにおいて内側下部の支持フランジにおける穴と同等数の穴を有するタワーベースセクションを使用することができる。そうすると、内側下部の支持フランジにおける幾つかの穴は、通過延在するボルトをもたず、従って空いたままとなる。しかし勿論そのような空いたままの穴は、望まれるのであれば、充填材料を用いて塞いだ状態にすることができる。

選択的に、結合ボルトを使用するタワーベース装置のために特に設計されて適合されているタワーベースセクションを使用することができる。

それにより、結合ボルトを使用するタワーベース装置は、タワーから、特に下部のタワーセグメントから、基礎内への力の導入は、２つの経路で成されることになる。つまり力の導入、即ち特に引張力は、一方の経路では、下部のタワーセグメントから直接的に内側の固定ボルトを介して基礎内へ導入することができる。更にそのような力は（他方の経路により）部分的に結合ボルトを介してタワーベースセクション内へ導入され、そしてそこから外側の固定ボルトを用いて更に基礎内へ導入されることになる。この際、そのような基礎内のアンカ固定は、特にボルト並びに締付ナットのような締付要素の数量に関して言うと、比較的僅かな材料費で可能となっている。そして比較的少数である締付ナットのような締付要素は、そのようなタワーベース装置の設置時の手間を軽減してくれる。

好ましくは、タワーベース装置は、内側の固定ボルトと同数の外側の固定ボルトを有し、及び／又はタワーベース装置は、内側の固定ボルト及び結合ボルトの合計数と同数の外側の固定ボルトを有する

更に請求項１１による風力発電装置のタワーが提案される。このタワーは、外側の固定ボルト及び内側の固定ボルトを備えた基礎ケージと、本発明による上述の実施形態のうちの１つによるタワーベースセクションとを有する基礎をもっている。更にこのタワーは、下部のタワーフランジを備えた下部のタワーセグメント、特に鋼製タワーセグメントを有する。この際、下部のタワーセグメントは、そのタワーフランジを用いてタワーベースセクション上に配設されている。固定ボルトの幾つか、特に内側の固定ボルトは、基礎から、タワーベースセクションの内側下部の支持フランジと内側上部の環状フランジを通り、下部のタワーフランジを通って案内されており、それにより下部のタワーフランジをタワーベースセクション上に配設し、基礎において固定することが可能となっている。特にこの固定は、下部のタワーフランジを通って上方へと通り抜けて突出する固定ボルトへ固定ナットをねじ込んで締め付けることにより行われる。

従って内側の固定ボルトは、基礎と下部のタワーセグメントの直接的な固定ないし締付固定、特に基礎内に設けられたセグメントアンカと下部のタワーセグメントの直接的な固定ないし締付固定を確立する。この際、タワーベースセクションは、基礎とタワーセグメントとの間に配設されており、従って内側の結合ボルトは、完全にタワーベースセクションを越えて延在している。

本発明により、請求項１２による、風力発電装置のタワー、特に鋼製タワーを設置するための方法が提案される。それによると、先ず、基礎の打設（コンクリートの注入）のために用意された基礎抗内においてタワーベースセクションと結合された基礎ケージの位置決めが行われる。引き続きコンクリートを、基礎ケージの部分的なコンクリート固定のために基礎抗内へ打設することができる。この際、打設は、好ましくはできるだけ、コンクリート表面、即ち基礎表面がタワーベースセクションのほぼ真下、即ちタワーベースセクションの下部のフランジの真下で得られるように行われる。好ましくは、コンクリート表面とタワーベースセクションの下側面との間には、丁度、まだレべリング材料ないし補償材料により水平化を行うことができる程度のスペースが残されているべきであろう。

その後、コンクリートは硬化され、コンクリートが硬化した後、タワーの積み上げが続行され、ないし見方に応じては開始することができる。タワーの積み上げの次のステップの１つは、下部のタワーセグメントの載置及び固定である。タワーの大きさに応じ、下部のタワーセグメントは、唯一のタワーセグメントとなることもあり、その後、該タワーセグメント上へ風力発電装置用ナセル又は少なくとも方位角軸受が載置される。

好ましくは、風力発電装置のタワーを設置するための方法では、上述の実施形態のうちの１つに従う、本発明によるタワーベースセクションが使用される。好ましくは、基礎ケージは、位置決め時には、固定ボルトを介してタワーベースセクションと結合されている。この際、内側の固定ボルトは、内側上部の環状フランジの穴を通って案内され、そこで固定要素を用い、特に対応するナットを用いて固定される。

好ましくは、タワーベースセクションは、コンクリートの打設時には、クレーンか又は基礎抗内に立設された支持フレームにより保持され、それによりタワーベースセクションに固定された基礎ケージも保持される。この際、基礎ケージは、基本的にタワーベースセクションに懸架されている。

好ましくは、コンクリートの硬化後にタワーベースセクションが水平化（レべリング nivellieren）される。従ってタワーベースセクションは、できるだけ正確に垂直（鉛直）なタワーの積み上げを可能とするために、真直ぐに配向される。そのために例えば、セルフレべリング材料を、基礎上でタワーベースセクションの両方の下部のフランジの下側に施すことができ、タワーベースセクションは、セルフレべリングされたレべリング材料の硬化後に該レべリング材料上に降ろすことができる。選択的にタワーベースセクションは、それ自体を水平化することができ、タワーベースセクションの水平化されたポジションは、対応する補償材料により位置固定することができる。この場合にもこの補償材料は、基礎とタワーベースセクションの下部のフランジとの間の領域に配設され、そこで水平化されたポジションにおいて硬化される。場合によりコンクリート基礎に応じ、水平化を省略することもでき、或いは補償材料ないしレべリング材料を使わないで水平化することもできる。この場合、タワーベースセクションは、直接的に基礎上に立設されている。その後、外側の固定ボルトが、特に対応して載置されたナットを用いて締付固定される。そして内側の固定ボルトにおいて上部のナットが取り外され、下部のタワーセクション（下部のタワーセグメント）を下部のタワーフランジを用いてタワーベースセクション上へ載置することができ、この際、内側の固定ボルトは、下部のタワーフランジの穴を通って案内され、そして対応するナットにより締付固定することができる。

従っていずれにせよ外側のナット、即ち外側の固定ボルトのナットは、コンクリートの打設後及び水平化後にも、もはや取り外される必要はなく、締付固定されるだけである。従って型板（テンプレート）の交換を回避することができる。タワーベースセクションは、打設時にはクレーンを用いないで保持することができるか、又は極めて小さいクレーンを必要とするだけであり、従ってクレーン時間のための対応するコストを減少することができる。この際、タワーベースセクションは、基礎と下部のタワーセグメントとの間に配設され、該タワーベースセクションは、下部のタワーセグメントと共にとにかく内側の領域において基礎と固定され、特に締付固定される。提案された解決策は、とにかく内側の領域において、一方では、基礎とタワーベースセクションの固定を回避し、他方では、タワーベースセクションにおける下部のタワーセクションの固定を回避している。従ってここでは２セットのナットと、これらのナットを配置してねじ固定するための対応の作業時間を節約することができる。この際、少なくとも手間の軽減と材料の減少が達成可能である。

特に下部のタワーセグメントの載置及び固定は、内側の固定ボルトから、固定要素、即ち特にナットが一旦取り外され、下部のタワーセグメントが下部のタワーフランジを用いてタワーベースセクションの内側上部の環状フランジ上へ載置され、この際、内側の固定ボルトが下部のタワーフランジの穴を通して案内されるように行われる。その後、固定要素、特に固定ナットが、タワーフランジをタワーベースセクションの内側上部の環状フランジ上へ固定的に締め付けるために、タワーフランジから突出する内側の固定ボルトへねじ込まれる。

以下、添付の図面に関連し、実施例に基づき本発明を例示して詳細に説明する。

風力発電装置を斜視図として示す図である。 本発明による一タワーベース装置の一部を断面図として示す図である。 一タワーベースセクションを、タワーと、基礎と、基礎ケージとを伴わない状態で模式的に斜視図として示す図である。 一タワーベースセクションを、基礎ケージと、タワーフランジとを伴った状態で模式的に斜視図として示す図である。 一タワーベースセクションを、基礎ケージと、水平化のための周回する補償層とを伴った状態で模式的に示す図であり、ここでは、補償層が配設されているコンクリートは図示されていない。 規定どおりに基礎及び補償層上に配設された一タワーベースセクションを模式的に斜視図として示す図である。 別の一実施形態によるタワーベース装置の一部を断面図として示す図である。

以下、各々の要素の機能性の理解をより良くするために、場合により、類似するが同一ではない構成部材にも、同じ符号を使うものとする。

図１は、タワー１０２とナセル１０４とを備えた風力発電装置（風力エネルギー設備）１００を示している。ナセル１０４には、３つのロータブレード１０８とスピナ１１０とを備えたロータ１０６が配設されている。ロータ１０６は、稼働時には風により回転運動され、それによりナセル１０４内の発電機を駆動する。

図２のタワーベース装置２は、タワーベースセクション１と、ボルトケージとも称することのできる基礎ケージ４とを含んでいる。

タワーベースセクション１は、外側下部の環状フランジ６と、内側上部の環状フランジ８と、同様に環状フランジの形式で構成されている内側下部の支持フランジ１０とを含んでいる。外側下部の環状フランジ６と、内側下部の支持フランジ１０とは、基本的に共同で下部の環形状のベース部分１２を構成している。この下部の環形状のベース部分１２は、一部材から、特に鋼材から製造することができ、下部の底面（支持面）１４を有し、該底面１４を用い、タワーベースセクション１は、環形状に配設された補償層（平衡層）１６上に立設されており、該補償層１６は、基礎（コンクリート基礎）１８上に配設されている。

下部の環形状のベース部分１２は、環形状の外殻部分２０を介して内側上部の環状フランジ８と結合されている。環形状の外殻部分２０は、おおよそ円筒形外殻部の形式で構成されているが、円錐形の形態により円筒形とは異なっており、従って円錐台形外殻部に対応していると言える。図２において、下部の環形状のベース部分１２と、環形状の外殻部分２０と、内側上部の環状フランジ８には、図示された断面として異なる斜線が引かれている。しかしこれらの３つの部分１２、２０、８は、互いに固定結合されており、特に互いに溶接されている。これらの３つの全ての部分１２、２０、８は、鋼材から製造することができ、また１つの共通の鋳造部品として構成することもできる。

更に図２のタワーベースセクション１は、複数の支持要素２２を有し、これらの支持要素２２のうち、図２では、５つの支持要素２２だけが図示されている。これらの支持要素２２は、支持支柱（支持ストラット）又は補強板（補強プレート）とも称することができる。これらの支持要素２２は、内側上部の環状フランジ８と内側下部の支持フランジ１０との間に配設されており、これら双方並びに環形状の外殻部分２０と固定結合され、特に溶接され、又は共通に１つの鋳造部品として製造されている。内側上部の環状フランジ８へ作用する力は、これらの支持要素２２と環形状の外殻部分２０をも介して下部の環形状のベース部分１２へと導くことができる。特にそのような力は、支持要素２２から内側下部の支持フランジ１０へと導かれ、また環形状の外殻部分２０から下部の環形状のベース部分１２ないし外側下部の環状フランジ６へと導かれる。

基礎ケージ４は、多数の内側のボルト２４と外側のボルト２６とを含んでいる。これらの内側のボルト２４と外側のボルト２６とは、各々環形状に並んで基礎１８内に配設されており、下側（下端部）においてセグメントアンカ２８に固定されており、該セグメントアンカ２８は、基礎１８内で対応して同様に環形状でほぼ水平面内で周回しており、またアンカリングとも称することができる。内側上部の環状フランジ８上、従ってタワーベースセクション１上には、示唆された下部のタワーセクション（タワーセグメント）３２において下部の部分を構成する下部のタワーフランジ３０が配設されている。

さて基礎ケージ４は、内側のボルト２４がセグメントアンカ２８から基礎１８を通って上方へ、補償層１６と内側下部の支持フランジ１０と内側上部の環状フランジ８とを通り、最後には下部のタワーフランジ３０を通って延在するように構成されている。ねじボルトと称することのできるこれらの内側のボルト２４は、ナット３４を用いてセグメントアンカ２８に固定されている。従って下部のタワーフランジ３０は、ナット３４と同じ構成であり得る別のナット３６を用いてセグメントアンカ２８に対して締付固定される。それにより図２では下部のタワーセクション３２として示唆されているタワーも、セグメントアンカ２８と、従って基礎１８と固定結合される。

外側のボルト２６は、同様にナット３４を用いてセグメントアンカ２８に固定されており、基礎１８を通って上方へ、補償層１６を通り、外側下部の環状フランジ６を通って突出し、この外側下部の環状フランジ６においてナット３６を用いて固定されている。

図３は、遠近法で模式的にタワーベースセクション１を示している。このタワーベースセクション１は、図２で断面図として図示されたタワーベースセクション１に実質的に対応している。図３では、複数の支持要素２２が支持支柱ないし補強板として構成されており、各々、内側下部の支持フランジ１０の領域と内側上部の環状フランジ８の領域において、各々（周方向で）２つの穴３８の間に配設されていることが見てとれる。この際、内側下部の支持フランジ１０ないし内側上部の環状フランジ８において２つの支持要素２２の間には、各々（周方向で）２つの穴３８が配設されている。換言すると、穴３８の２つおきに各々１つの支持要素２２が設けられていることになる。タワーベースセクション１は、鋳造部品として、特に鋼製鋳造部品として製造することができる。

図４〜図６は、基本的に同じタワーベース装置２を斜視図として示しており、この際、図６によるタワーベース装置２は、規定どおり（設計したとおりに）コンクリート基礎１８内に埋設されており、この際、その下部の環形状のベース部分１２は、補償層（平衡層）１６上に置かれている。

図５では、図６の図面と異なりコンクリートは描かれていない。図４では、更に補償層１６が描かれていない。

更に図４〜図６の各々は、下部のタワーセクション（タワーセグメント）３２に継ぎ足された下部のタワーフランジ３０を示している。タワーセクション３２の大部分は、タワーベース装置２の詳細をより見やすくするために描かれていない。

従って上述の発明により、基礎ケージのより簡単でより確実な構造が達成可能であり、組立時間を短縮することができる。型板（テンプレート Schablone）を使わずに鋼製セグメントと基礎ケージの前組立が達成可能であり、従って型板の除去工程を無くすことができる。より簡単でより確実であり、特にそれによって再現可能性も改善された基礎ケージの構造により、基礎における損傷、従って基礎における修正作業を回避することができる。

図７は、別の一実施形態によるタワーベース装置７０の一断面を示している。図７のこの断面図は、実質的に図２の断面図に対応している。また図示された要素も極めて類似しているか又はむしろ同じであり、従ってここでは、タワーベース装置７０がタワーベース装置として図２のタワーベース装置２とは以下に説明するように異なっているが、類似するか又はむしろ同じ要素のためには同じ符号が使われている。

図２の内側の固定ボルト２４に代わり、図７は、結合ボルト７２を示している。この結合ボルト７２は、図２による内側の固定ボルト２４よりも明らかに短く構成されている。この結合ボルト７２は、実質的に下部のタワーフランジ３０と内側上部の環状フランジ８だけを通って延在している。従ってこれらの両方のフランジは、これらの結合ボルト７２により互いに固定結合され、ないし互いに締付固定されている。そのために各々の結合ボルト７２は、２つのねじナットないし締付ナット３６を有する。下部のタワーセクション３２からの引張力は、図示された領域において、下部のタワーフランジ３０と、結合ボルト７２と、タワーベースセクション１の内側上部の環状フランジ８と、環形状の外殻部分２０とを介し、外側下部の環状フランジ６へと導かれ、そこから更に、外側のボルト２６を介して基礎１８内へと導入可能である。

図７は、一断面図において結合ボルト７２を示している。そのような結合ボルト７２は、図示されたタワーベース装置７０では内側のボルト２４と（周方向において）交互に設けられている。従って図２の断面図は、内側のボルト２４の領域において得られる全ての断面に関する限りにおいて、図７に関連するタワーベース装置７０をも示していると言える。

タワーベース装置７０による結合ボルト７２が使用される箇所では、内側下部の支持フランジ１０における穴も、セグメントアンカ２８における穴も、未使用のままとすることができ、場合により充填材料で充填されるか、又は内側下部の支持フランジ１０及び／又はセグメントアンカ２８を、対応して穴を伴わずに構成することもできる。

１ タワーベースセクション
２ タワーベース装置
４ 基礎ケージ
６ 外側下部の環状フランジ
８ 内側上部の環状フランジ
１０ 内側下部の支持フランジ
１２ ベース部分
１４ 底面（支持面）
１６ 補償層（平衡層）
１８ 基礎（コンクリート基礎）
２０ 外殻部分
２２ 支持要素
２４ 内側のボルト（固定ボルト）
２６ 外側のボルト（固定ボルト）
２８ セグメントアンカ
３０ 下部のタワーフランジ
３２ 下部のタワーセクション（タワーセグメント）
３４ ナット
３６ ナット
３８ 穴

７０ タワーベース装置
７２ 結合ボルト

１００ 風力発電装置
１０２ タワー
１０４ ナセル
１０６ ロータ
１０８ ロータブレード
１１０ スピナ

Claims (12)

1. タワーベース装置であって、該タワーベース装置（２）は、
   基礎（１８）上に配設及び固定するため並びに風力発電装置（１００）のタワーを設置するためのタワーベースセクション（１）を含み、
   該タワーベースセクション（１）は、基礎（１８）上に載置するため並びに基礎（１８）に固定するための外側下部の環状フランジ（６）と、タワーセグメント（３２）を対応する下部のタワーフランジ（３０）を介して載置及び固定するための内側上部の環状フランジ（８）と、基礎（１８）上に載置するための内側下部の支持フランジ（１０）と、前記内側下部の支持フランジ（１０）に対して前記内側上部の環状フランジ（８）を支持するための複数の内側の支持要素（２２）とを含み、
   該タワーベース装置（２）は、各々一方の側部を用いて基礎（１８）内にアンカ固定するため並びに各々他方の側部を用いて前記タワーベースセクション（１）に固定するための内側の固定ボルト（２４）及び外側の固定ボルト（２６）を備えた基礎ケージ（４）を含み、
   前記内側の固定ボルト（２４）は、前記外側の固定ボルト（２６）よりもほぼ前記タワーベースセクション（１）の高さ分だけ長くなっていること
   を特徴とするタワーベース装置。
2. 前記外側下部の環状フランジ（６）と前記内側下部の支持フランジ（１０）を前記内側上部の環状フランジ（８）と結合させる環形状の外殻部分（２０）が設けられていること
   を特徴とする、請求項１に記載のタワーベース装置。
3. 前記外殻部分（２０）は、外側の領域と内側の領域を定義し、前記外側下部の環状フランジ（６）は、前記外側の領域に配設されており、前記内側上部の環状フランジ（８）と、前記内側下部の支持フランジ（１０）と、前記内側の支持要素（２２）とは、前記内側の領域に配設されていること
   を特徴とする、請求項２に記載のタワーベース装置。
4. 前記外殻部分（２０）の高さは、０.２ｍ〜２ｍであり、又は０.５ｍ〜１.５ｍであり、又はほぼ０.７５ｍであること
   を特徴とする、請求項２又は３に記載のタワーベース装置。
5. 前記内側の支持要素（２２）は、垂直の支持リブ（２２）として構成されていること
   を特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のタワーベース装置。
6. 前記内側上部の環状フランジ（８）と前記内側下部の支持フランジ（１０）は、前記内側の固定ボルト（２４）を通すための複数の穴を有し、前記内側の支持要素（２２）は、各々、前記内側上部の環状フランジ（８）において前記穴の２つの間に固定され、前記内側下部の支持フランジ（１０）において前記穴の２つの間に固定されていること
   を特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載のタワーベース装置。
7. 前記外側の固定ボルト（２６）は、前記タワーベースセクション（１）との固定のために、前記外側下部の環状フランジ（６）の穴を通って案内され、
   前記内側の固定ボルト（２４）は、前記内側下部の支持フランジ（１０）の穴と前記内側上部の環状フランジ（８）の穴とを通って案内され、下部のタワーフランジ（３０）を用いて前記内側上部の環状フランジ（８）上に載置すべきタワーセグメント（３２）の固定のために用いられ、そして前記下部のタワーフランジ（３０）の穴を通って案内されること
   を特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載のタワーベース装置。
8. 前記タワーベースセクション（１）上へ載置された下部のタワーセグメント（３２）と前記タワーベースセクション（１）を結合するための複数の結合ボルトを含み、
   該結合ボルトは、前記内側上部の環状フランジ（８）と、載置されたタワーセグメント（３２）の対応の下部のタワーフランジ（３０）とだけを通って延在していること
   を特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載のタワーベース装置。
9. 前記内側上部の環状フランジ（８）と、載置されたタワーセグメント（３２）の対応の下部のタワーフランジ（３０）とを互いに締付固定するために、前記結合ボルトには、締付固定のために、各々、２つの締付要素が備えられていること
   を特徴とする、請求項８に記載のタワーベース装置。
10. 前記内側の固定ボルト（２４）と前記結合ボルトは、各々、前記内側上部の環状フランジ（８）と、載置されたタワーセグメント（３２）の下部のタワーフランジ（３０）とを通って延在し、交互に設けられていること
    を特徴とする、請求項８又は９に記載のタワーベース装置。
11. 風力発電装置（１００）のタワーであって、該タワーは、
    外側の固定ボルト（２６）及び内側の固定ボルト（２４）を備えた基礎ケージ（４）と、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のタワーベース装置（２）とを有する基礎（１８）と、
    下部のタワーフランジ（３０）を備えた下部のタワーセグメント（３２）とを含み、
    前記下部のタワーセグメント（３２）は、前記タワーフランジ（３０）を用いて前記タワーベースセクション（１）上に配設されており、
    前記内側の固定ボルト（２４）は、基礎（１８）から、前記タワーベースセクション（１）の前記内側下部の支持フランジ（１０）と前記内側上部の環状フランジ（８）を通り、前記下部のタワーフランジ（３０）を通って案内されており、従って、前記下部のタワーフランジ（３０）を通って上方へと通り抜けて突出する前記内側の固定ボルト（２４）へ固定ナット（３６）をねじ込んで締め付けることにより、前記下部のタワーフランジ（３０）が前記タワーベースセクション（１）上に固定されること
    を特徴とするタワー。
12. 風力発電装置（１００）のタワーを設置するための方法であって、以下のステップ、即ち、
    基礎（１８）の打設のために用意された基礎抗内においてタワーベースセクション（１）と結合された基礎ケージ（４）を位置決めするステップ、
    前記基礎ケージ（４）の部分的なコンクリート固定のために前記基礎抗内へコンクリートを打設するステップ、
    打設されたコンクリート（１８）を硬化させるステップ、及び、
    下部のタワーセグメント（３２）を載置して固定するステップ
    を含むこと、但し、
    請求項１〜１０のいずれか一項に記載のタワーベース装置（２）が用いられており、
    前記基礎ケージ（４）の位置決め時には、前記基礎ケージ（４）は、固定ボルト（２４、２６）を介して前記タワーベースセクション（１）と結合されており、前記内側の固定ボルト（２４）は、前記内側上部の環状フランジ（８）の穴を通って案内され、そこで固定要素（３６）を用いて固定され、
    コンクリートの打設時には、前記タワーベースセクション（１）は、クレーンか又は前記基礎抗内に立設された支持フレームにより保持され、従って前記タワーベースセクション（１）に固定された前記基礎ケージ（４）も保持され、
    コンクリートの硬化後に前記タワーベースセクション（１）が水平化され、及び、
    前記下部のタワーセグメント（３２）の載置及び固定は、前記内側の固定ボルト（２４）から前記固定要素（３６）が取り外され、前記下部のタワーセグメント（３２）が下部のタワーフランジ（３０）を介して前記内側上部の環状フランジ（８）上へ載置され、前記内側の固定ボルト（２４）が前記下部のタワーフランジ（３０）の穴を通して案内されるように行われ、そして、前記固定要素（３６）が、前記タワーフランジ（３０）を前記タワーベースセクション（１）の前記内側上部の環状フランジ（８）上へ固定的に締め付けるために、前記タワーフランジ（３０）から突出する前記内側の固定ボルト（２４）へねじ込まれること
    を特徴とする方法。

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