DE102013002469A1 - Stahlrohrturm einer Windenergieanlage sowie entsprechende Fertigungsverfahren für die Versteifung und Umformung der Turmbauteile - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft den Stahlrohrturm 1 einer Windenergieanlage aus höchstfesten Grobblechen mit einer Streckgrenze > 500 MPa, vorzugsweise 600–700 MPa, mit rundem oder polygonförmigen Querschnitt dadurch gekennzeichnet, dass die Turmsektionen 1.1.n im oberen Teil aus verschweißten längsorientierten Teilsegmenten Tn mit integrierten werkzeugfallenden Rippen oder Versteifungssicken und im unteren Teil aus verschraubten, formschlüssig ineinandergesteckten längsorientierten Teilsegmenten Tn aus geschlossenen doppelwandigen Profilen mit entsprechender Versteifungswirkung bestehen und dass die Blechdicke entsprechend der erhöhten Streckgrenze des Stahls reduziert ist. Die Erfindung betrifft außerdem Fertigungsverfahren für die Versteifung und Umformung der Turmbauteile.

Description

• Stand der Technik/Beschreibung der Erfindung
• Die Erfindung betrifft den Stahlrohrturm einer Windenergieanlage. Die Erfindung betrifft außerdem Fertigungsverfahren für die Versteifung und Umformung der Turmbauteile.
• Windenergieanlagen wandeln die kinetische Energie des Windes in elektrischen Strom um. Die Luftströmung erzeugt über die Rotorblätter ein Drehmoment. Dieses Drehmoment wirkt über die Rotorblattnabe auf einen elektrischen Generator (Turbine). Der Generator wandelt dieses Drehmoment in elektrische Energie um. Die Nabe mit den Rotorblättern ist in einer so genannten Gondel gelagert. Diese Gondel enthält außerdem den Generator, optional ein Getriebe, sowie weitere Komponenten, wie beispielsweise die Azimut-Verstellung für die Ausrichtung der Rotorblätter zum Wind. Die Gondel wird von einem Turm getragen. Der Turm nimmt die Lasten des Winddrucks und das Gewicht der Gondel auf und leitet diese Kräfte in das Fundament ein. Die Höhe der Nabe ist abhängig von der Rotorblattgröße. Zur Erzielung einer möglichst großen Leistung der Windenergieanlage werden immer größere Rotorblätter, sowie größere und schwerere Turbinen eingesetzt. Zudem wurden die Nabenhöhen in den letzten Jahren stetig erhöht, um von den stärkeren Winden in großen Höhen zu profitieren. Die größeren Nabenhöhen, Rotorblätter und Turbinen haben dazu geführt, dass die Belastungen auf den Turm immer weiter zunehmen. Es sind stabilere Turmkonstruktionen mit größeren Durchmessern und Wandstärken notwendig, um die Standsicherheit zu gewährleisten. Bei 100 m Nabenhöhe stößt der klassische und weit verbreitete Stahlrohrturm an seine Grenzen. Stahlrohrtürme bestehen aus glattwandigen ebenen Grobblechen, die zu einzelnen Rohrschüssen gebogen sind und beim Turmhersteller im Werk zu einschaligen Turmsektionen verschweißt werden. Die runde Form und der Querschnitt geben dem Turm die nötige Stabilität. Der Querschnitt kann bei dieser Bauweise nicht beliebig erhöht werden. Einer Erhöhung der Wandstärke sind Grenzen gesetzt, weil Bleche über 70 mm nicht mehr zu Rohrschüssen gebogen werden können. Der Durchmesser ist ebenfalls begrenzt, da sich Sektionsdurchmesser über 4,20 m wegen der Brückendurchfahrten nicht mehr am Stück zur Baustelle transportieren lassen. Für Nabenhöhen > 100 m wurden in den letzten Jahren neue Turmbauweisen entwickelt und patentiert. Es handelt sich meist um reine Beton- bzw. Beton-Stahlhybrid Bauweisen. Reine Stahlrohrtürme > 100 m sind noch relativ neu. In der Patentschrift WO2011/032559A3 ist ein solcher Stahlrohrturm, der nach Herstellerangaben auch für Nabenhöhen > 100 m geeignet sein soll, beschrieben. Der komplette Turm besteht aus einer Vielzahl gebogener Blechsegmente, die miteinander verschraubt sind. Auf diese Weise lassen sich auch Turmdurchmesser > 4,20 m ohne Transportprobleme realisieren. Allerdings sind sehr viele Schrauben mit entsprechendem Montageaufwand notwendig. Die Stabilität dieser einwandigen Konstruktion wird wie beim konventionellen Stahlrohrturm hauptsächlich über Form und Querschnitt (Blechdicke, Durchmesser) bestimmt. Für hohe Türme mit leistungsfähigen Turbinen sind dementsprechend große Turmdurchmesser notwendig, da die Wandstärke aus umformtechnischen Gründen nicht beliebig vergrößert werden kann. Aufgabe dieser Erfindung ist die Bereitstellung einer steiferen und leicht zu biegenden Stahlrohrbauweise mit weniger Schrauben für Stahlrohrtürme > 100 m Nabenhöhe. Die konstruktiven Merkmale dieser Erfindung sollen nicht ausschließlich auf den Einsatz bei Türmen > 100 m beschränkt sein, sondern auch bei kleineren Nabenhöhen zum Einsatz kommen. Diese Konstruktion soll möglichst einfach, schnell und kostengünstig herzustellen sein und sich auch für die zukünftigen Leistungsklassen im Multimegawatt Bereich und für den Offshore Einsatz eignen. Aufgabenstellung ist außerdem die Bereitstellung entsprechender Fertigungsverfahren für die Versteifung und Biegeumformung der Turmbauteile.
• Der in den Patentansprüchen 1, 9 und 10 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, dass die zukünftigen Leistungsklassen von Windenergieanlagen höhere, stabilere, insbesondere steifere Turmbauweisen, sowie kostengünstigere Versteifungs- und Umformverfahren für die Turmbauteile erfordern. Nur wenn die Baukosten der Türme, die ca. 15 bis 20% der Kosten einer gesamten Windenergieanlage ausmachen, deutlich reduziert werden können und wenn entsprechend tragfähige und steife Turmkonstruktionen für größere, leistungsfähigere und damit wirtschaftlichere Windenergieanlagen bereitgestellt werden, ist auf Dauer eine effiziente Stromproduktion aus Windenergie möglich. Mit den heute noch üblichen Manufaktur-Fertigungsmethoden des klassischen Stahlbaus ist eine Reduzierung der Fertigungskosten nicht machbar. Es sind industrielle Fertigungsverfahren notwendig, um die Lohnstückkosten deutlich zu reduzieren. Die vorliegende Erfindung schlägt hierzu einen steifen und kostengünstig zu fertigenden Stahlrohrturm, der sich auch für die zukünftigen Leistungsklassen und Nabenhöhen > 100 m eignet, sowie entsprechende Fertigungsverfahren für die Turmbauteile gemäß den Merkmalen der Patentansprüche 1, 9 und 10 vor. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
• Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass die einzelnen Turmbauteile industriell in hohen Stückzahlen und damit besonders kostengünstig versteift und gebogen werden können. Die konstruktive Ausführung der Turmkomponenten ermöglicht eine besonders hohe Versteifungswirkung bei gleichzeitiger Reduzierung der Blechdicke, des Turmdurchmessers und des Stahlverbrauchs. Das Turmgewicht kann deutlich reduziert werden. Dies ermöglicht kostengünstigere Fundamente, insbesondere im Offshore Bereich. Turmkomponenten für die unteren Sektionen können ohne aufwändige Sondertransporte zur Baustelle transportiert und dort einfach, sowie innerhalb kürzester Zeit mit weniger Schrauben montiert werden. Es können sehr hohe Türme mit entsprechend großen Turmfußdurchmessern realisiert werden. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist die Verwendung geschweißter Sektionen im oberen Teil des Turms. Dies ermöglicht eine wirtschaftliche Vorfertigung im Werk mit automatisierten Fertigungsmethoden. Die nachfolgend beschriebenen Versteifungslösungen sind nicht nur für den Bau von Türmen von Windenergieanlagen geeignet. Weitere Anwendungsmöglichkeiten ergeben sich in zahlreichen weiteren Bereichen des Stahlbaus. Zum Beispiel im Schiffbau, Behälterbau, beim Bau von Ölbohrplattformen etc. Durch die breiten Anwendungsmöglichkeiten und die hohe Produktivität der vorgeschlagenen Fertigungsverfahren können sehr geringe Stückkosten und eine optimale Auslastung der Produktionskapazitäten erreicht werden. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert. Jedoch soll die vorliegende Erfindung nicht ausschließlich auf die Einzelheiten dieser Zeichnungen beschränkt sein.
• Dabei zeigt
• 1 den schematischen Aufbau einer Windenergieanlage mit Stahlrohrturm in der Seitenansicht.
• 2 einen konventionellen Stahlrohrturm aus normalfesten Stählen in der Seitenansicht.
• 3 eine konventionelle Turmsektion im Schnitt
• 4 eine optimierte Turmsektion in längsorientierter Teilsegmentbauweise
• 5 den gesamten Turm einer Windenergieanlage in längsorientierter Teilsegmentbauweise aus höchstfestem Stahl in der Seitenansicht
• 6 die konstruktive Versteifung der Teilsegmente für den oberen und unteren Teil des Turms einer Windenergieanlage > 100 m Nabenhöhe aus höchstfestem Stahl.
• 6.1 ein Teilsegment des oberen Teils des Turms mit werkzeugfallenden Rippen aus höchstfestem Stahl in perspektivischer Darstellung.
• 6.2 ein Teilsegment des unteren Teils des Turms aus einem geschlossenen Profil aus höchstfestem Stahl in perspektivischer Darstellung.
• 7 den Zusammenbau eines Teilabschnitts aus mehreren Teilsegmenten im oberen Teil des Turms in perspektivischer Darstellung.
• 8 einen Schnitt durch den Teilabschnitt aus 7 mit den Verbindungsstellen der Teilsegmente in Umfangsrichtung.
• 9 die Verbindung der Teilsegmente im oberen Teil des Turms in axialer Richtung im Schnitt.
• 10 die alternative Ausführungsform eines Teilsegments mit Versteifungssicken in perspektivischer Darstellung.
• 11 den Schnitt durch die Verbindung zweier Profile im unteren Teil des Turms in der Draufsicht
• 12 eine Detailansicht der Verbindung zweier Teilsegmente im unteren Teil des Turms in Umfangsrichtung.
• 13 die Draufsicht auf die Verbindungsschnittstelle einer Turmsektion im unteren Teil des Turms.
• 14 den Schnitt durch die Verbindungsschnittstelle zweier Teilsegmente in axialer Richtung im unteren Teil des Turms.
• 15 die Lage der Längsnähte der einzelnen Teilsegmente des Turms in der Seitenansicht.
• 16 den Schnitt durch ein Teilsegment im unteren Teil des Turms mit Teilsandwich-Aufbau.
• 17 den Schnitt durch ein Teilsegment im unteren Teil des Turms mit Vollsandwich-Aufbau und profilierter Innenseite.
• 18 den Schnitt durch ein Teilsegment im unteren Teil des Turms mit Vollsandwich-Aufbau und glatter Innenseite.
• 19 eine alternative Ausführungsform des Stahlrohrturms unter Verwendung konventioneller Stahlrohrsektionen aus normalfesten Stählen im oberen Teil des Turms.
• 20 eine alternative Ausführungsform des Stahlrohrturms ausschließlich aus geschlossenen Profilen, wobei die Teilsegmente im oberen Abschnitt geschweißt sind.
• 21 eine alternative Ausführungsform des Stahlrohrturms ausschließlich aus geschlossenen Profilen, wobei die Teilsegmente im oberen Abschnitt geschraubt sind.
• 22 das Verfahrensprinzip zur Herstellung werkzeugfallender Rippen.
• 23 ein Grobblech während der Profilierung der werkzeugfallenden Rippen in der Draufsicht.
• 24 das Verfahrensprinzip zum Biegen der einzelnen Teilsegmente.
• 1 zeigt den schematischen Aufbau einer Windenergieanlage mit Stahlrohrturm in der Seitenansicht. Der Stahlrohrturm 1 besteht aus einzelnen Turmsektionen 1.1.1 bis 1.1.n, die über Ringflansche 1.2.1 bis 1.2.n miteinander bzw. mit der Gondel und dem Fundament in axialer Richtung verschraubt sind. Die Luftströmung erzeugt über die Rotorblätter 2 ein Drehmoment M_D und überträgt dieses Drehmoment über die Nabe 3 auf die nicht dargestellte Turbine in der Gondel 4. Die Windlast F auf die Rotorblätter 2 erzeugt ein Biegemoment M_B auf den Stahlrohrturm 1. Die Gondel 4 belastet den Stahlrohrturm 1 mit der Gewichtskraft G. Die Gewichtskraft G der Gondel 4, das Eigengewicht des Stahlrohrturms 1 und das Biegemoment M_B überlagern sich im unteren Bereich des Turms nahe dem Fundament 5 zu sehr hohen Spannungen. Um Stabilitätsprobleme des Stahlrohrturms 1 durch das gefürchtete Schalenbeulen zu vermeiden, muss der Turmdurchmesser D von der Gondel 4 zum Fundament 5 entsprechend der Zunahme der überlagerten Spannungen vergrößert werden. Hierdurch ergibt sich die üblicherweise konische Form von Stahlrohrtürmen. Außerdem muss die Blechdicke t von der Gondel 4 zum Fundament 5 erhöht werden.
• 2 zeigt einen konventionellen Stahlrohrturm aus normalfesten Stählen in der Seitenansicht. Man erkennt die einzelnen Rohrschüsse R1 bis Rn, die über Längsnähte LN1 bis LNn, sowie Rundnähte RN1 bis RNn zur Turmsektion 1.1.1 verschweißt sind. Die Rohrschüsse R1 bis Rn bestehen beim konventionellen Stahlrohrturm mit Nabenhöhen H bis 100 m aus normalfesten Grobblechen. Typische Stahlsorten sind S235J2 bzw. S355J2. Die Blechdicke t im hochbelasteten unteren Teil des Turms beträgt maximal 70 mm. Noch dickere Bleche können mit konventionellen Rundbiegemaschinen nicht mehr zu Rohrschüssen gebogen werden. Eine Vergrößerung des Turmdurchmessers D über 4,20 m ist wegen der Durchfahrtshöhen vieler Brücken nicht möglich. Geschweißte Turmsektionen 1.1.n sind auf maximal 4,20 begrenzt, da sie darüber hinaus nicht mehr am Stück über Land transportiert werden können. Türme mit Nabenhöhen H > 100 m erfordern andere Bauweisen bei denen die Turmsektionen mit Durchmessern > 4,20 m in zerlegter Form zur Baustelle transportiert werden können. Diese Turmsektionen können nicht mehr beim Turmhersteller im Werk geschweißt werden. Das Schweißen dieser Turmsektionen auf der Baustelle ist aufgrund des erforderlichen Schweißfachpersonals und der Witterungseinflüsse nicht praktikabel. Es sind alternative Fügeverfahren für eine einfache und schnelle Montage dieser Turmsektionen auf der Baustelle notwendig.
• 3 zeigt eine konventionelle Turmsektion 1.1.n im Schnitt. Man erkennt die Lage der einzelnen Rundnähte RN1 bis RNn. Die Rohrschüsse R1 bis Rn haben eine Breite B von üblicherweise ca. 3 m. Eine Turmsektion 1.1.n mit einer Sektionslänge L von maximal ca. 30 m besteht somit aus sehr vielen Rohrschüssen mit entsprechend vielen Rundnähten. Um zu erreichen, dass die erforderlichen Blechdicken für die Rohrschüsse R1 bis Rn bei Türmen > 100 m bzw. beim Einsatz großer und schwerer Turbinen noch gebogen werden können, wird erfindungsgemäß die Verwendung höchstfester Stähle vorgeschlagen. Gemeint sind hier Stähle mit einer Streckgrenze von > 500 MPa, zum Beispiel S690Q. Der Stahl S690Q hat nahezu die dreifache Streckgrenze wie S235J2. Bei einer Blechdickenreduzierung entsprechend der höheren Streckgrenze kann die Blechdicke gegenüber einem S235J2 um ca. 70% reduziert werden. Dies erleichtert das Biegen. Problematisch bei höchstfesten Stählen ist die reduzierte Ermüdungsfestigkeit vor allem im Bereich kerbkritischer Rundnähte. Ein weiteres Problem höchstfester Stähle ist die reduzierte Beulsteifigkeit. Beide Problemstellungen kommen bei schwingend belasteten, langen und schlanken Schalentragwerken von Windenergieanlagen besonders zum Tragen. Das Problem der Ermüdungsfestigkeit kritischer Schweißnähte wird mittlerweile durch Einsatz wirksamer Schweißnahtnachbehandlungsverfahren UIT, PIT bzw. HiFIT gelöst. Aus 3 wird jedoch deutlich, dass sehr viele Schweißnähte nachzubehandeln sind, da vor allem die Rundnähte RN1 bis RNn ermüdungsgefährdet sind. Die Längsnähte können einer günstigeren Kerbklasse zugeordnet werden und müssen nicht nachbehandelt werden. Um die reduzierte Beulsteifigkeit aufgrund der geringeren Blechdicke höchstfester Stähle zu kompensieren, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, zumindest die hoch belasteten unteren Turmsektionen durch Rippen RI1 bis RIn in Hauptbelastungsrichtung zu versteifen. Wie man in 3 erkennt, ergibt sich bei den üblicherweise konisch verlaufenden Türmen von Windenergieanlagen ein entsprechend konischer Verlauf der Rippen. Das heißt der Abstand der Rippen nimmt zur Gondel hin nach oben ab. In 3 erkennt man außerdem, dass die Rippen quer zur Walzrichtung der Bleche für die einzelnen Rohrschüsse verlaufen. Dies ist sehr ungünstig, da erfindungsgemäß entsprechend dem Anspruch 9 ein Verfahren zur Profilierung der Bleche während des Walzvorgangs vorgesehen ist. Da die Rippen in Richtung der Turmachse bzw. in Hauptbelastungsrichtung des Turms verlaufen müssen, ist die Länge der einzelnen Rippen auf die Breite der Rohrschüsse beschränkt. Die Rippen sind somit an jeder einzelnen Rundnaht RN1 bis RNn unterbrochen. Um durchgehende Rippen zu ermöglichen und um die nachzubehandelnden Rundnähte zu reduzieren, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen die Bleche in Längsrichtung des Turms zu drehen.
• 4 zeigt eine optimierte Turmsektion in längsorientierter Teilsegmentbauweise. Die Bleche wurden erfindungsgemäß in Richtung der Längsachse des Turms angeordnet. Die Turmsektion 1.1.n setzt sich hier aus einzelnen Teilsegmenten T1 bis Tn zusammen, die über Längsnähte miteinander verschweißt sind. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind die Längsnähte in dieser Figur nicht dargestellt. Die einzelnen Rippen RI1 bis RIn verlaufen hier annähernd in Walzrichtung der Bleche bzw. der Teilsegmente T1 bis Tn. Dies ist günstig für den Einsatz des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Herstellverfahrens nach Anspruch 9. Die geringfügigen Abweichungen von der Walzrichtung ergeben sich durch den konischen Verlauf des Turms und der Rippen.
• 5 zeigt den gesamten Turm einer Windenergieanlage in längsorientierter Teilsegmentbauweise aus höchstfestem Stahl in der Seitenansicht. Beim Vergleich dieses Stahlrohrturms 1 mit 2 fällt auf, dass die Anzahl der Rundnähte gegenüber einem konventionellen Stahlrohrturm mit zahlreichen Rohrschüssen deutlich reduziert ist. Der Schweißnahtnachbehandlungsaufwand kann durch die erfindungsgemäße längsorientierte Teilsegmentbauweise deutlich reduziert werden. In 5 sind die Bleche bzw. die Teilsegmente T1–Tn kürzer als die Sektionslänge L. In einer nicht dargestellten Ausführungsform werden durchgehende Teilsegmente verwendet, die über die volle Sektionslänge L von maximal 30 m reichen. Welche Ausführungsform zum Einsatz kommt, richtet sich nach der verfügbaren Blechlänge, den Transportanforderungen, sowie nach den Anforderungen des Turmbauers. Lange Teilsegmente T1–Tn ermöglichen eine weitere Reduzierung der nachzubehandelnden Rundnähte RN1–RNn, sind aber bei der Turmfertigung schwerer zu handhaben.
• 6 zeigt die konstruktive Versteifung der Teilsegmente für den oberen und unteren Teil des Turms einer Windenergieanlage mit einer Nabenhöhe > 100 m aus höchstfestem Stahl. Der obere Teil des Turms 1 hat in diesem Ausführungsbeispiel eine Höhe h_oben von 100 m und besteht aus Teilsegmenten Tn, die in Umfangsrichtung über Längsnähte LNn verschweißt sind. Es versteht sich von selbst, dass die Höhe h_oben auch kleiner als 100 m sein kann. Der untere Teil des Turms hat eine bevorzugte Höhe h_unten < 100 m, so dass sich in diesem Ausführungsbeispiel in Kombination mit dem oberen Teil eine Nabenhöhe H > 100 m ergibt. Der untere Teil h_unten kann sich aus einer oder mehreren Turmsektionen zusammensetzten, auch größer als 100 m sein oder auch komplett fehlen. Wenn der untere Teil h_unten fehlt, besteht der Turm nur aus den in 6.1 dargestellten Teilsegmenten und hat eine Nabenhöhe H von 100 m oder weniger. Die Höhe h_unten entspricht der Länge einer Sektion L oder dem ganzzahligen Vielfachen der Sektionslänge. Die Teilsegmente Tn sind im unteren Teil des Turms in Umfangsrichtung verschraubt. Die einzelnen Turmsektionen 1.1.n sind im unteren und im oberen Teil des Turms über hier nicht dargestellte Ringflanschverbindungen in axialer Richtung verschraubt (siehe 13 und 14). Der dargestellte Turm in 6 ist konisch geformt. Der obere Teil und der untere Teil können dabei die gleiche Neigung, oder unterschiedliche Neigungen haben. In der dargestellten Ausführungsform ist der Turm im unteren Teil stärker konisch geformt als im oberen Teil. In einer hier nicht dargestellten Ausführungsform, kann die konische Form des unteren Teils stetig im oberen Teil fortgeführt werden. In einer weiteren, hier ebenfalls nicht dargestellten Ausführungsform, ist nur der untere Teil des Turms konisch, der obere Teil dagegen zylindrisch. Die vorliegende Erfindung soll sinngemäß alle diese Möglichkeiten einschließen.
• 6.1 zeigt ein Teilsegment des oberen Teils des Turms mit werkzeugfallenden Rippen aus höchstfestem Stahl in perspektivischer Darstellung. Das Teilsegment Tn ist schalenförmig aufgebaut und enthält in diesem Ausführungsbeispiel zwei Rippen RI1 und RI2. Bei den Rippen RI1 und RI2 handelt es sich um werkzeugfallende Rippen gemäß dem Anspruch 9 dieser Erfindung. Man erkennt, dass das Teilsegment Tn entsprechend der konischen Turmform gebogen ist. Die Teilsegmente können dabei kreis- oder polygonförmig gebogen sein.
• 6.2 zeigt ein Teilsegment des unteren Teils des Turms aus einem geschlossenen Profil aus höchstfestem Stahl in perspektivischer Darstellung. Bei Nabenhöhen H > 100 m ist dieser Teil des Turms besonders hohen Belastungen ausgesetzt und muss besonders wirksam versteift werden, insbesondere beim Einsatz beulempfindlicher höchstfester Bleche mit geringen Blechdicken. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, die Teilsegmente Tn im hochbelasteten unteren Teil des Turms aus geschlossenen und damit besonders steifen Profilen zu fertigen. Die höhere Steifigkeit im Vergleich zu den Teilsegmenten Tn aus 6.1 ergibt sich durch den größeren Querschnitt mit entsprechend hohem Flächenträgheitsmoment. Das erfindungsgemäße Versteifungskonzept wird in den weiteren Ausführungen genauer beschrieben (siehe Erläuterung zu 11, 16, 17 und 18). Analog zu 6.1 können die Teilsegmente Tn kreis- oder polygonförmig gebogen sein.
• 7 zeigt den Zusammenbau eines Teilabschnitts aus mehreren Teilsegmenten im oberen Teil des Turms in perspektivischer Darstellung. Die Teilsegmente T1–Tn sind über Längsnähte LNn miteinander verschweißt.
• 8 zeigt einen Schnitt durch den Teilabschnitt aus 7 mit den Verbindungsstellen der Teilsegmente in Umfangsrichtung. In diesem Ausführungsbeispiel besteht der Teilabschnitt aus vier Teilsegmenten Tn, die über Längsnähte LNn in Umfangsrichtung miteinander verschweißt sind. Der Turmabschnitt ist hier beispielhaft über acht Rippen RIn, welche radial zur Turmmitte angeordnet sind, verstärkt. Die Rippengeometrie und Rippenanzahl richtet sich nach den Steifigkeitsanforderungen der jeweiligen Windenergieanlage, dem eingesetzten Werkstoff und der zu verstärkenden Blechdicke t. Die Dimensionierung dieser Rippen ist Stand der Technik und wird von erfahrenen Konstrukteuren beherrscht. Auf eine nähere Ausführung der Rippendimensionierung wird daher an dieser Stelle verzichtet. Es versteht sich von selbst, dass mit zunehmender Größe und Leistung der Windenergieanlage größere Rippenquerschnitte, sowie eine höhere Anzahl von Rippen benötigt wird. Je mehr die Blechdicke t bei höchstfesten Stählen reduziert wird, desto größer müssen Anzahl und Querschnitt der Rippen sein, um den Steifigkeitsverlust aufgrund der geringeren Blechdicken zu kompensieren.
• 9 zeigt die Verbindung der Teilsegmente im oberen Teil des Turms in axialer Richtung im Schnitt. Die Teilsegmente T1 und T2 sind über Rundnähte RN1 und RN2 an Ringflansche 1.2.1 bzw. 1.2.2 angebunden und miteinander verschraubt. Die Verschraubung erfolgt über hochfeste Schraubverbindungen VR1 bis VRn. Diese Ringflanschverbindung ist Stand der Technik, so dass auf eine nähere Erläuterung verzichtet werden kann.
• 10 zeigt die alternative Ausführungsform eines Teilsegments mit Versteifungssicken in perspektivischer Darstellung. In diesem Ausführungsbeispiel enthält das Teilsegment Tn zwei Versteifungssicken SI1 und SI2. Sicken sind Ausformungen im Blech und können durch Biegen der Grobbleche einfach hergestellt werden. Die Versteifungswirkung ergibt sich durch eine lokale Erhöhung des Flächenträgheitsmoments im Bereich der Sicken und ist Stand der Technik. Auf eine nähere Erläuterung wird daher verzichtet.
• 11 zeigt den Schnitt durch die Verbindung zweier Profile im unteren Teil des Turms in der Draufsicht. Man erkennt, dass die Teilsegmente T1 bis Tn aus 6.2 im unteren Teil der Turms über Längsflanschverschraubungen VL1 bis VLn an den Längsflanschen LF1 und LF2 miteinander verschraubt sind. Die Längsflansche LF1 und LF2 sind Bestandteil der Außenbleche A1 und A2. Die Außenbleche A1 und A2 sind, wie man erkennt, mehrfach abgewinkelt und zeigen mit ihren Enden radial zur Turmmitte. Die Turmmitte liegt in Pfeilrichtung r (radiale Richtung). Durch die mehrfachen Abwinklungen der Außenbleche A1 und A2 in Form einer keilförmigen Nut bzw. in Form eines Keils sind die beiden Teilsegmente T1 und T2 im Bereich der Längsnaht LN1 in Umfangsrichtung formschlüssig miteinander verbunden. Die Außenbleche A1 und A2 greifen nach dem Nut-Feder Prinzip ineinander. Die Keilform der Bleche A1 und A2 bewirkt dabei eine Zentrierung und Spielfreiheit im Bereich der Längsnaht LN1, so dass entsprechende Kräfte in Umfangsrichtung aufgenommen werden können. Die in 11 dargestellte Keilform ist nur ein Beispiel, um das Nut-Feder Prinzip zu verdeutlichen. Die vorliegende Erfindung soll nicht ausschließlich auf die dargestellte Ausführungsform beschränkt sein. Jede andere mögliche Ausführungsform, die den gleichen Zweck erfüllt, soll sinngemäß mit diesem Patent beansprucht werden. Das Teilsegment T1 wird entgegen der Pfeilrichtung r von der Turminnenseite her in die keilförmige Vertiefung des Teilsegmentes T2 gesteckt. Damit wird die selbstzentrierende Steckverbindung SV1 gebildet. Nach dem Ineinanderstecken der Teilsegmente T1 und T2 erfolgt die Verschraubung der Längsflansche LF1 und LF2, so dass eine form- und kraftschlüssige Verbindung zwischen den Teilsegmenten hergestellt ist. Die übrigen Teilsegmente Tn im unteren Teil des Turms werden nach dem gleichen Prinzip in Umfangsrichtung miteinander verbunden. Hierdurch ergibt sich eine einfache und schnelle Montage. Wie man aus der Darstellung erkennt, bestehen die Teilsegmente T1 bis Tn im unteren Teil des Turms aus Außenblech und Innenblech. Beispielhaft sind in 11 die Teilsegmente T1 und T2 mit den Außenblechen A1 und A2, sowie den Innenblechen I1 und I2 zusammengesetzt. Außenblech A1 und Innenblech I1 sind über eine Schweißnaht S1 kraftschlüssig miteinander verbunden. Außenblech A2 und Innenblech I2 sind analog über die Schweißnaht S2 miteinander verbunden. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wird in 11 nur jeweils eine Seite der Teilsegmente T1 bzw. T2 dargestellt. Die Teilsegmente T1 und T2 sind symmetrisch aufgebaut. Außenblech A1 und Innenblech I1 sind über eine weitere, hier nicht dargestellte Schweißnaht, in gleicher Weise miteinander verbunden. Dies gilt auch für die anderen Teilsegmente T2 bis Tn. Das Innenblech In ist somit über jeweils zwei Schweißnähte mit den Längsflanschen LFn der Außenbleche An fest verschweißt und bilden geschlossene Profile P1–Pn. In einer hier nicht dargestellten Ausführungsform können geschlossene Profile mit gleicher Funktionalität, wie zuvor beschrieben, auch aus nur einem einzigen Blech mit nur einer Schweißnaht gebildet werden. Bei vorgegebener Blechbreite ergeben sich schmälere Profile, als dies mit der dargestellten Zweiblechausführung möglich ist. Zur Realisierung eines bestimmten Turmdurchmessers sind entsprechend mehr Teilsegmente mit entsprechend mehr Längsnähten erforderlich. Der Fügeaufwand ist größer, so dass die dargestellte Ausführungsform aus 11 bevorzugt wird. Außenblech und Innenblech des jeweiligen Profils Pn haben in 11 den Blechabstand a_n. Beispielsweise hat das Außenblech A1 mit seiner Blechdicke t1_a des Profils P1 einen Abstand a1 vom Innenblech I1 mit der Blechdicke t1_i. Der Blechabstand a2 des Profils P2 ist identisch mit dem Blechabstand a1 des Profils P1. Der Blechabstand a1 und a2 kann auch unterschiedlich gewählt werden. Dies gilt auch für die Blechabstände an der übrigen Profile Pn. Der Abstand richtet sich nach den Steifigkeitsanforderungen für das jeweilige Teilsegment Tn und liegt im Regelfall zwischen 50 und 200 mm. Die Blechdicken t1_a und t1_i können ebenfalls gleich oder unterschiedlich sein. Das gilt nicht nur für das Profil P1, sondern auch für die anderen Profile Pn. Die geschlossenen Profile P1–Pn besitzen durch den Blechabstand a1 bis an ein höheres Flächenträgheitsmoment als ein gleich großes Blech mit einer Blechdicke t = t1_a + t1_i. Um die Steifigkeit der Teilsegmente T1–Tn weiter zu erhöhen, ist der Hohlraum zwischen Außenblech A1 und Innenblech I1 mit einem Sandwichkern SW1 aus einem anderen Material ausgefüllt. Materialien für den Sandwichkern können Kunststoffe, beispielsweise Polyurethan, oder auch andere Materialien wie zum Beispiel Beton sein. Die Verbundeigenschaften mit Stahl sind bekannt, so dass die Bauteilauslegung für den Fachmann kein Problem darstellt. Die übrigen Profile Pn sind nach dem gleichen Prinzip aufgebaut. Der Sandwichkern SWn sorgt jeweils dafür, dass die Außenbleche An sowie die Innenbleche In gleichmäßig am Lastabtrag beteiligt sind. Durch die Aufteilung der Gesamtblechdicke t auf Außenblech An bzw. Innenblech In kann die Blechdicke t halbiert werden. Je größer der Blechabstand an gewählt wird, desto größer ist das Flächenträgheitsmoment und dadurch die Steifigkeit der entsprechenden Profile Pn. Gleichzeitig erhöht sich aber auch der Materialverbrauch für den Sandwichkern. Entsprechende Möglichkeiten zur Reduzierung des Materialverbrauchs sind in 16, 17, 18 beschrieben.
• 12 zeigt eine Detailansicht der Verbindung zweier Teilsegmente im unteren Teil des Turms in Umfangsrichtung. Blickrichtung ist von der Turmmitte entgegen der Pfeilrichtung r aus 11. Wie man in 12 erkennt, sind in die Längsflansche LF1 und LF2 keilförmige Einprägungen E1–En eingeformt. Diese Einprägungen E1–En bewirken einen Formschluss zwischen den Längsflanschen LF1 und LF2 nach dem Nut-Feder Prinzip in Längsrichtung des Turms. Es ergibt sich eine Verzahnungswirkung im Bereich der Längsnähte LNn zwischen den Teilsegmenten T1–Tn. Über die Einprä-gungen an den Längsflanschen können Kräfte in axialer Richtung des Turms aufgenommen werden. Auf diese Weise können Längsflanschverschraubungen VLn eingespart werden. Die Einprägungen bewirken außerdem eine Selbstzentrierung der Längsflansche untereinander.
• 13 zeigt die Draufsicht auf die Verbindungsschnittstelle einer Turmsektion im unteren Teil des Turms. Wie man aus der Darstellung erkennt, handelt es sich um die Ringflanschverbindung für die Verschraubung der Turmsektionen untereinander in axialer Richtung. Der Ringflansch besteht hierbei aus einzelnen Segmenten RS1–RSn. Jedes Teilsegment T1–Tn bzw. jedes Profil P1–Pn ist im unteren Teil des Turms an einem oder beiden Enden mit einem Ringflanschsegment RSn entsprechend den Abmessungen der Teilsegmente ausgestattet. Die Ringflanschsegmente RSn sind mit den Profilen P1–Pn über hier nicht dargestellte Schweißnähte fest verbunden. Der Hohlkörper des Profils ist somit dicht und kann mit flüssigen Sandwichmaterialien über hier nicht dargestellte Einfüllöffnungen befüllt und versteift werden. Die Aufteilung der Ringflansche in einzelne Ringflanschsegmente erfolgt entsprechend der Anzahl der Teilsegmente Tn in der jeweiligen Sektion.
• 14 zeigt den Schnitt durch die Verbindungsschnittstelle zweier Teilsegmente in axialer Richtung im unteren Teil des Turms. Die Lage des Schnitts A-A ist aus 13 ersichtlich. Die Teilsegmente T1 bis Tn bzw. die Profile P1–Pn sind, wie dargestellt, über Rundnähte RN1–RNn an die Ringflanschsegmente RS1–RSn angebunden. Die Anbindung erfolgt jeweils am Außen- und Innenblech des Profils. Die Ringflanschsegmente RS1–RSn sind über Ringflanschverschraubungen VR1–VRn fest miteinander verschraubt und nehmen die Kräfte in axialer Richtung des Turms kraftschlüssig auf. Auch die Torsionskräfte zwischen den Turmsektionen werden über den Reibschluss aufgenommen.
• 15 zeigt die Lage der Längsnähte der einzelnen Teilsegmente des Turms in der Seitenansicht. Wie man aus der Darstellung entnehmen kann, sind die einzelnen Teilsegmente Tn mauersteinartig gegeneinander in Umfangsrichtung versetzt montiert, so dass sich keine durchgehenden Längsnähte ergeben. Die Längsnähte LN1–LNn sind gegeneinander versetzt. In der besonders bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung beträgt der Versatz ein halbes Teilsegment. Dies hat den Vorteil, dass die einzelnen hier nicht dargestellten Ringflanschsegmente zweier miteinander verschraubter Turmsektionen untereinander verklammert werden. Hierdurch ergibt sich ein sicherer Verbund der Ringflanschsegmente untereinander in Umfangsrichtung.
• 16 zeigt den Schnitt durch ein Teilsegment im unteren Teil des Turms mit Teilsandwichaufbau. Wie man der Darstellung entnimmt, ist das Profil Pn nur partiell mit einem Sandwichkern SWn versteift. Sofern flüssige Ausgangsmaterialien für die partielle Versteifung eingesetzt werden, die erst nach einer chemischen Reaktion zum versteifenden Sandwichkern aushärten, müssen die einzelnen Teilbereiche, die versteift bzw. nicht versteift werden sollen, gegeneinander abgedichtet werden. Hierzu kommen die dargestellten Dichtungen DI1–DIn zum Einsatz. Als Dichtungsmaterial können verschiedene Materialien, zum Beispiel Moosgummi verwendet werden. Anstelle von Dichtungen können in Teilbereiche des Profils auch zum Beispiel Einlegeteile aus Styropor, Schaumstoff oder ähnliches eingebracht werden. Hierdurch kann teures Material für den Sandwichkern eingespart werden. Das Innenblech In ist in der dargestellten und besonders bevorzugten Ausführungsform profiliert. Die Profilierung des Innenblechs mit Sicken erhöht den Steifigkeitsbeitrag des geschlossenen Stahlprofils und kompensiert zumindest teilweise den geringeren Steifigkeitsbeitrag des partiell ausgefüllten Sandwichkerns. Die Profilierung des Innenblechs In durch Vertiefungen (Sicken) bildet hier nicht bezeichnete Kammern für die Befüllung mit Sandwichmaterialien.
• 17 zeigt den Schnitt durch ein Teilsegment im unteren Teil des Turms mit Vollsandwich Aufbau und profilierter Innenseite. Der Unterschied zur 16 ist, dass der komplette Hohlraum des Profils Pn mit einem Sandwichkern SWn ausgefüllt ist. Hierdurch ergibt sich eine höhere Versteifungswirkung. Die Profilierung des Innenblechs In bewirkt eine Reduzierung des Materialverbrauchs für den Sandwichkern SWn im Vergleich zu einem glatten Innenblech. Abhängig von der Profilierung des Innenblechs kann mit weniger Materialeinsatz für den Sandwichkern SWn annähernd die gleiche Steifigkeit erreicht werden, wie bei einem glatten Innenblech und entsprechend mehr Materialeinsatz für den Sandwichkern.
• 18 zeigt den Schnitt durch ein Teilsegment im unteren Teil des Turms mit Vollsandwichaufbau und glatter Innenseite. Wie man erkennt, wird gegenüber 16 und 17 mehr Material für den Sandwichkern SWn benötigt, um eine entsprechende Versteifungswirkung zu erzielen. Das beschriebene Verfahren aus Anspruch 10 ermöglicht eine sehr kostengünstige Profilierung des Innenblechs. Die hierdurch ermöglichten Kosteneinsparungen sind deutlich größer als der Mehraufwand für die Profilierung des Innenblechs. Unter Kostengesichtspunkten werden daher die Ausführungen nach 16 und 17 bevorzugt.
• 19 zeigt eine alternative Ausführungsform des Stahlrohrturms unter Verwendung konventioneller Stahlrohrsektionen aus normalfesten Stählen im oberen Teil des Turms. Im unteren Teil des Turms werden die längsorientierten Teilsegmente Tn nach 6.2 verwendet und in der bereits beschriebenen Weise durch Ineinanderstecken und Verschrauben miteinander verbunden. Im oberen Teil des Turms werden keine längsorientierten Teilsegmente Tn aus 6.1, sondern Rohrschüsse R1–Rn, entsprechend 2 eingesetzt. Es wird quasi ein konventioneller Stahlrohrturm analog 2 auf Turmsektionen in Profilbauweise entsprechend 6.2 aufgesetzt. Auf diese Weise sind auch mit konventionellen Stahlrohrtürmen aus normalfesten Stählen Nabenhöhen > 100 m erreichbar. Der Turm ist im oberen Teil geschweißt und im unteren Teil entsprechend den vorhergegangenen Ausführungen geschraubt.
• 20 zeigt eine alternative Ausführungsform des Stahlrohrturms ausschließlich aus geschlossenen Profilen, wobei die Teilsegmente im oberen Abschnitt geschweißt und im unteren Abschnitt geschraubt sind. Der komplette Turm in dieser Ausführungsvariante besteht also aus Teilsegmenten Tn entsprechend 6.2. Die Schnittstelle für das Verschweißen der Teilsegmente im oberen Teil kann anders, insbesondere einfacher ausgeführt sein, als für die Verschraubung der Teilsegmente im unteren Teil des Turms. In einer nicht dargestellten Ausführungsform sind die Außenbleche A1–An ohne Längsflansche und ohne Steckverbindung in Umfangsrichtung zu geschlossenen Rohrschüssen verschweißt. Analog sind die Innenbleche unmittelbar in Umfangsrichtung zu Rohrschüssen zusammengeschweißt. Die Rohrschüsse mit den Außen- und Innenblechen sind konzentrisch ineinander gesteckt und über Rundnähte mit nahtlos gewalzten Ringflanschen verschweißt. Der Hohlraum zwischen dem äußeren und dem inneren Rohrschuss ist optional partiell oder vollständig mit einem Sandwichkern versteift.
• 21 zeigt eine alternative Ausführungsform des Stahlrohrturms ausschließlich aus geschlossenen Profilen, wobei die Teilsegmente im oberen Abschnitt geschraubt sind. Der komplette Turm in dieser Ausführungsvariante besteht also aus zusammengeschraubten Teilsegmenten Tn entsprechend 6.2.
• 22 zeigt das erfindungsgemäße Verfahrensprinzip zur Herstellung werkzeugfallender Rippen, insbesondere das Prinzip zur Herstellung von Grobblechen mit konischen Rippenverläufen. Prinzipiell wäre es möglich, die einzelnen Teilsegmente Tn aus höchstfestem Stahl mit geschweißten Rippen zu versteifen. Die Schweißnähte führen allerdings zu einer unerwünschten Kerbwirkung mit einer entsprechend reduzierten Ermüdungsfestigkeit. Außerdem wäre der Schweißaufwand beträchtlich. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, die Rippen RI1–RIn aus 6.1 in die Prozesse der Blechherstellung im Stahlwalzwerk zu integrieren. Das Verfahren soll dabei nicht auf bestimmte Blechgrößen beschränkt sein, sondern die üblichen Grobblech- bzw. Warmbreitbandabmessungen höchstfester Stähle abdecken. Insbesondere wird vorgeschlagen, diese Rippen beim Auswalzen der Stahlbrammen mit speziellen Profilwalzen W1 und entsprechenden Walzgerüsten in einem Massivumformprozess werkzeugfallend zu profilieren. Die Profilwalze W1 enthält hierzu am Umfang rillenförmige Vertiefungen mit der Negativform der herzustellenden Rippen. In 22 enthält die Profilwalze W1 aus Gründen der Anschaulichkeit nur zwei rillenförmige Vertiefungen RW1 und RW2. Die Walze W1 kann auch mehr als zwei rillenförmige Vertiefungen aufweisen. Die Anzahl richtet sich nach den Steifigkeitsanforderungen des entsprechenden Bauteils. Die rillenförmigen Vertiefungen RW1 und RW2 in der Walzenoberfläche sind schneckenförmig oder ringförmig angeordnet. Auch andere, hier nicht weiter ausgeführte Rillenformen, wie zum Beispiel Waben- oder Kassettenstrukturen, sollen sinngemäß zu dieser Erfindung gehören. Die Abwicklung der Walzenoberfläche der Profilwalze W1 weist dementsprechend parallele oder konische Rillenverläufe auf. Bei der üblicherweise konischen Form von Türmen für Windenergieanlagen werden erfindungsgemäß Profilwalzen mit schneckenförmiger Rillenanordnung verwendet. Um diesen Rillenverlauf matrizenartig auf die Grobbleche BL zu übertragen, wird die Profilwalze W1 mit der Drehgeschwindigkeit Ω1 um ihre Längsachse gedreht. Die Profilwalze W1 erzeugt eine hohe Druckkraft F_Z auf die Oberfläche des Blechs BL und formt dabei einen Abdruck von der Walzenoberfläche. Eine drehbare Unterwalze W2 stützt hierbei das Blech nach unten ab. ab Das Blech BL wird beim Drehen der Profilwalze W1 entsprechend der Drehgeschwindigkeit Ω1 in Vorschubrichtung V transportiert. Die Rillen übertragen sich dabei als Positivform auf die Blechoberfläche und bilden die einzelnen Rippen. Um die Rippenform vollständig abzubilden, reicht allerdings die Druckkraft F_Z auf die Blechoberfläche nicht aus. Über die seitlichen Stauchwalzen W3 und W4 muss zusätzlich die Druckkraft F_y auf den Blechrand ausgeübt werden. Aufgrund der erforderlichen Höhe der Kraft F_y geschieht dies, wie auch bei der Kraft F_Z, vorzugsweise hydraulisch. Die Stauchwalzen drehen sich dabei entsprechend der Vorschubbewegung des Blechs um ihre Z-Achse. Die Druckkräfte F_y und F_Z überlagern sich im Walzspalt Sp zu hohen Fließspannungen. Beim Überschreiten der Fließgrenze beginnt der Blechwerkstoff zu fließen und füllt die rillenförmigen Vertiefungen RW1 und RW2. Die hohe Umformtemperatur beim Warmwalzen der Stahlbrammen begünstigt diesen Fließprozess. Ohne dieses Warmwalzen wäre die Erzeugung von Grobblechen mit integrierten werkzeugfallenden Rippen nicht möglich, da sonst die erforderlichen Druckkräfte für das Anstauchen des Blechwerkstoffs zu groß wären. Die Herstellung der werkzeugfallenden Rippen mittels Warmwalzprofilieren geschieht vorzugsweise im Stahlwalzwerk. Dies ermöglicht die Nutzung der Prozesswärme vorhandener Öfen. Die Integration der Rippenherstellung in den Prozess der Blechherstellung ermöglicht eine besonders kostengünstige Versteifung höchstfester Bleche mit hohen Prozessgeschwindigkeiten. Die Rippenherstellung kann entweder direkt in die entsprechenden Walzengerüste für das Auswalzen der Brammen integriert oder mittels separater Walzengerüste realisiert werden. Da bei den üblichen Blechlängen von 12–15 m und konischen Rippenverläufen bei Einsatz von nur einer Profilwalze W1 sehr große Walzendurchmesser erforderlich sind, wird erfindungsgemäß die Hintereinanderschaltung mehrerer Profilwalzen vorgeschlagen, die der Reihe nach mit einer entsprechenden Mechanik auf der Blechoberfläche abgewickelt werden. Auf diese Weise können einzelne Rippenabschnitte segmentweise zu einer durchgehenden Rippe entsprechend der Blechlänge zusammengesetzt werden.
• 23 zeigt ein Grobblech während der Profilierung der werkzeugfallenden Rippen in der Draufsicht. Wie man erkennt, ist ein Teilbereich des Blechs BL bereits mit werkzeugfallenden Rippen versehen. Die Profilwalze W1 mit den rillenförmigen Vertiefungen RW1 und RW2 hat sich ein Stück gedreht und das Blech hat sich entsprechend in Vorschubrichtung V mitbewegt. Durch diese Vorschubbewegung und durch die Drehung Ω1 hat sich ein Teilabschnitt der Walzenoberfläche auf das Blech übertragen und die Rippen RI1 und RI2 ausgeformt. Mit fortschreitender Vorschubbewegung wird das Blech BL vollständig in Walzrichtung V profiliert.
• 24 zeigt das Verfahrensprinzip zum Biegen der einzelnen Teilsegmente (hier anhand von beliebig geformten Profilen dargestellt). Das Biegen von Blechen zu Profilen erfolgt besonders effizient im Walzprofilierverfahren mittels spezieller Walzengerüste WG1–WGn. Im Dünnblechbereich mit Blechdicken von wenigen Millimetern ist dies Stand der Technik und erfolgt mittels Kaltumformung. Erfindungsgemäß soll dieses Verfahren zum Biegen der einzelnen Teilsegmente T1–Tn aus Grobblechen genutzt werden. Dies gilt sowohl für die Teilsegmente im oberen Bereich mit werkzeugfallenden Rippen, als auch für die Teilsegmente aus geschlossenen Profilen im unteren Teil des Turms. Die Teilsegmente Tn aus dem oberen Turmabschnitt werden in die gewünschte Kreis- oder Polygonform gebogen. Die Walzengerüste sind dabei so angeordnet, dass die Walzen ungestört zwischen den werkzeugfallenden Rippen laufen können. Bei den Teilsegmenten Tn für den geschraubten unteren Teil des Turms werden nicht nur die kreis- oder polygonförmigen Konturen der Profile P1–Pn gebogen, sondern auch die Steckverbindungen SV1–SVn sowie die Längsflansche LF1–LFn entsprechend 11 mittels Walzprofilieren eingeformt. Gleiches gilt für die Profilierung der Innenbleche In aus 16 und 17. Damit das Walzprofilieren beim Biegen von Turmkomponenten aus Grobblechen überhaupt möglich ist, wird erfindungsgemäß die Verwendung höchstfester Stähle mit entsprechend geringerer Blechdicke in Verbindung mit einer Halbwarmumformung vorgeschlagen. Die reduzierte Blechdicke und die Wärmeunterstützung erleichtern hierbei den Biegeprozess. Bei den Teilsegmenten Tn für den unteren Teil des Turms kommt hinzu, dass die Gesamtblechdicke auf Innen- und Außenbleche aufgeteilt ist und somit halbiert werden kann. Dies erleichtert den Biegevorgang zusätzlich. Für die Blecherwärmung gibt es verschiedene Möglichkeiten, z. B. eine Erwärmung mittels Induktion. Die Wärmequelle Q ist in 24 nur schematisch angedeutet.
• Bezugszeichenliste

1

Stahlrohrturm

2

Rotorblätter

3

Nabe

4

Gondel

5

Fundament

1.1.1–1.1.n

Turmsektion

1.2.1–1.2.n

Ringflansch

A1–An

Außenblech

a₁–a_n

Blechabstand

B

Breite

BL

Blech

D

Turmdurchmesser

DI1–DIn

Dichtung

E1–En

Einprägung

F

Windlast

F_y

Druckkraft der Stauchwalze W3 bzw. W4

F_Z

Druckkraft der Profilwalze W1

G

Gewichtskraft

H

Nabenhöhe

h_oben

Höhe des oberen Turms

h_unten

Höhe des unteren Turms

I1–In

Innenblech

L

Sektionslänge

LF1–LFn

Längsflansch

LN1–LNn

Längsnaht

M_D

Drehmoment

M_B

Biegemoment

N

Nabenhöhe

P1–Pn

geschlossenes Profil

Q

Wärmequelle

r

radiale Richtung

R1–Rn

Rohrschuss

RI1–RIn

Rippen

RN1–RNn

Rundnaht

RS1–RSn

Ringflanschsegment

RW1–RWn

rillenförmige Vertiefung der Profilwalze

S1, S2

Schweißnaht

SI1, SIn

Versteifungssicke

Sp

Walzspalt

SV1–SVn

Steckverbindung

SW1–SWn

Sandwichkern

t

Blechdicke

T1–Tn

Teilsegment

t1_a

Blechdicke des Außenblechs

t1_i

Blechdicke des Innenblechs

V

Walzrichtung, Vorschubrichtung

VR1–VRn

Ringflanschverschraubung

VL1–VLn

Längsflanschverschraubung

W1–Wn

Profilwalze

W3, W4

Stauchwalze

WG1–WGn

Walzengerüst

Ω1

Drehgeschwindigkeit der Profilwalze

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• WO 2011/032559 A3 [0002]

Claims (10)

1. Steifer konischer oder zylindrischer Stahlrohrturm 1 einer Windenergieanlage aus höchstfesten Grobblechen mit einer Streckgrenze > 500 MPa, vorzugsweise 600–700 MPa, mit rundem oder polygonförmigen Querschnitt dadurch gekennzeichnet, dass die Turmsektionen 1.1.n im oberen Teil aus verschweißten längsorientierten Teilsegmenten Tn mit integrierten werkzeugfallenden Rippen RI1–RIn oder Versteifungssicken SI1–SIn und im unteren Teil aus verschraubten, formschlüssig ineinandergesteckten längsorientierten Teilsegmenten Tn aus geschlossenen doppelwandigen Profilen Pn mit entsprechender Versteifungswirkung bestehen und dass die Blechdicke t entsprechend der erhöhten Streckgrenze des Stahls reduziert ist.
2. Steifer Stahlrohrturm einer Windenergieanlage nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die werkzeugfallenden Rippen RI1–RIn bzw. Versteifungssicken SI1–SIn im oberen Teil des Turms entsprechend der konischen oder zylindrischen Form in Längsrichtung des Turms verlaufen und entlang des Turmumfangs radial nach innen zeigend angeordnet sind.
3. Steifer Stahlrohrturm einer Windenergieanlage nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlkörper der Profile Pn im unteren Teil partiell oder vollständig mit einem Sandwichkern SWn aus einem geeigneten Verbundmaterial wie beispielsweise Kunststoff, Beton o. ä. zusätzlich versteift sind.
4. Steifer Stahlrohrturm einer Windenergieanlage nach Anspruch 1 und 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Innenbleche In der Teilsegmente Tn im unteren Teil des Turms zusätzlich sickenförmig profiliert sind.
5. Steifer Stahlrohrturm einer Windenergieanlage nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Außenbleche An der Teilsegmente Tn im unteren Teil des Turms zu keilförmigen, sich selbstzentrierenden formschlüssigen Steckverbindungen SVn sowie zu radial nach innen gerichteten Längsflanschen LFn für die Verschraubung der Teilsegmente in Umfangsrichtung ausgeformt und mit den Innenblechen In entsprechend verschweißt sind.
6. Steifer Stahlrohrturm einer Windenergieanlage nach Anspruch 1 und 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Längsflansche LFn über Einprägungen En form- und kraftschlüssig miteinander verzahnt sind, so dass längs gerichtete Kräfte zwischen den Turmsegmenten aufgenommen und Längsflanschverschraubungen VLn reduziert werden können.
7. Steifer Stahlrohrturm einer Windenergieanlage nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Teilsegmente Tn im unteren und oberen Teil des Turms mauersteinartig gegeneinander versetzt angeordnet sind, so dass keine durchgehenden Längsnähte LNn entstehen und die einzelnen Ringflanschsegmente RSn der unteren Teilsegmente kraftschlüssig miteinander verklammert sind.
8. Steifer Stahlrohrturm einer Windenergieanlage nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Turm nicht nur im unteren Teil, sondern auch im oberen Teil aus verschweißten oder verschraubten höchstfesten Teilsegmenten Tn entsprechend den Ansprüchen 2 bis 7 oder aus normalfesten Rohrschüssen Rn in konventioneller Bauweise bestehen.
9. Fertigungsverfahren für die Versteifung der Teilsegmente im oberen Teil des Stahlrohrturms nach den Ansprüchen 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass die werkzeugfallenden Rippen beim Auswalzen der Stahlbrammen durch Warmwalzprofilieren mit ein oder mehreren hintereinander geschalteten Profilwalzen W1 bzw. Wn, die entlang des Umfangs ein oder mehrere schnecken- bzw. ringartige rillenförmige Vertiefungen RW1–RWn mit der Negativform der herzustellenden Rippen aufweisen, die sich beim Abrollen der Profilwalze(n) unter Druck als Positivform konischer oder parallel verlaufender Rippen RIn auf dem Blech BL abbilden, wobei der notwendige Stauchdruck für den Werkstofffluss über zusätzliche seitliche Stauchwalzen W3 und W4 erzeugt wird.
10. Fertigungsverfahren für die Umformung der Turmbauteile nach den Ansprüchen 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, dass die höchstfesten Bleche BL für die längsorientierten Teilsegmente Tn des oberen und unteren Teils des Stahlrohrturms in einem Halbwarmumformprozess mittels Walzengerüsten WGn im Walzprofilierverfahren unter Einwirkung einer Wärmequelle Q zu Profilen Pn gebogen werden, wobei die Walzengerüste bei den Teilsegmenten mit werkzeugfallenden Rippen so angeordnet sind, dass die Walzen ungestört zwischen den Rippen laufen.

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