-
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Befestigungskonstruktion für Einbauelemente in einem Turm einer Windenergieanlage.
-
Windenergieanlagen umfassen in der Regel einen in einem Fundament verankerten Turm, ein darauf drehbar gelagertes Maschinenhaus sowie einen am Maschinenhaus montierten Rotor.
-
Um der Größe des Rotors gerecht zu werden, sind für moderne Windenergieanlagen oft Turmhöhen von 100 m und mehr notwendig. Auch für eine bestmögliche Ausnutzung der Windverhältnisse sind große Turmhöhen notwendig, da die Windgeschwindigkeit im Allgemeinen mit der Höhe über der Geländeoberkante zunimmt.
-
Aufgrund der im Vergleich mit Betontürmen geringen Masse und des schnellen Aufbaus werden oft Stahlrohrtürme oder Hybridtürme mit mindestens einem Stahlrohr-Abschnitt bevorzugt. Auf diese Weise lassen sich die Kosten für den Turm begrenzen.
-
Ein solcher Stahlrohrturm wird bei der Errichtung einer Windenergieanlage meist aus mehreren Segmenten mit einer Länge von oft 20–30 m zusammengesetzt. Diese Segmente werden zunächst durch das Verschweißen von gewalzten Blechen hergestellt und zusätzlich mit Flanschen an den Enden versehen.
-
Bei der Errichtung des Turmes werden die zum Ort der Errichtung gelieferten Segmente meist aufrecht stehend miteinander durch Verschraubung an den Flanschen verbunden.
-
Ein solcher Turm muss dabei in seinem Durchmesser und seiner Wandstärke so dimensioniert werden, dass alle auftretenden statischen und dynamischen Belastungen während der gesamten Betriebsdauer ertragen werden können. Es ist nachzuweisen, dass die Struktur eines solchen Stahlrohrturmes so ausgelegt ist, dass alle infolge der durch den Wind und der maschinenseitig induzierten statischen und dynamischen Lasten ertragen werden können, ohne dass ein Schaden auftritt.
-
Der Durchmesser eines solchen Stahlrohrturmes beträgt aus Gründen der zulässigen Maße zum liegenden Transport der einzelnen Segmente auf dem Weg zum Ort der Errichtung der Windenergieanlage meist nicht mehr als etwa 4 m.
-
Aufgrund der Randbedingungen hinsichtlich der zu ertragenden Belastungen und der Transportlimitierungen wird bei der Auslegung eines Stahlrohrturmes vor allem die Wanddicke minimiert. Eine solche Minimierung der Wanddicke und damit auch der Gesamtmasse und der Gesamtkosten wird vor allem durch Abweichungen von der homogenen Struktur des Turmes eingeschränkt.
-
Hierzu zählen einerseits die Verbindungsstellen zwischen den Turmsegmenten oder andere Unstetigkeitsstellen in der Struktur, wie beispielsweise die Öffnung zum Betreten des Turmes an dessen Fuß, aber insbesondere auch Bereiche, an denen verschiedene Einbauelemente an der Turmwand angebracht sind. Solche Einbauelemente sind beispielsweise in Form von Plattformen zur Wartung, Steigleitern, Aufzügen oder zur Befestigung von Leistungskabeln, Elementen zur Beleuchtung oder Stromversorgung notwendig.
-
Die Montage von Einbauelementen an der Turmwand erfolgt in der Regel durch Anschweißen oder Anschrauben. Aus der Inhomogenität der Turmstruktur im Bereich einer solchen Schweiß- oder Schraubverbindung resultiert aber eine Kerbwirkung, die beim Betriebsfestigkeitsnachweis zu berücksichtigen ist. Somit kann für eine Schweiß- oder Schraubverbindung nur eine deutlich geringere Kerbfallklasse nachgewiesen werden, als für die ungestörte Turmstruktur. Dies erfordert die Verstärkung der Wanddicke, was insbesondere aus wirtschaftlichen Gründen unerwünscht ist.
-
Zur Vermeidung der Kerbwirkung solcher Schweiß- oder Schaubverbindungen können Einbauelemente auch mithilfe von Permanentmagneten, mit denen bei geringem Eigengewicht große Haltekräfte übertragen werden können, oder durch Klebeverbindungen an der Turmwand befestigt werden.
-
In der
DE 10 2009 053 036 A1 wird beispielsweise beschrieben, wie mithilfe von Neodym-Haftmagneten verschiedene Arbeitshilfen, wie Gerüste, Plattformen, Leitern, Halte- und Orientierungshilfen angebracht werden können, ohne hier auf Verfahren wie Anschweißen, Verschrauben oder Verseilen zurückgreifen zu müssen.
-
Die
DE 60 300 538 T2 beschreibt ein Verfahren zur Anbringung von Bauelementen im Turm einer Windenergieanlage, wobei die Elemente teilweise oder vollständig durch magnetische Anziehungskräfte befestigt sind.
-
Die
DE 60 308 422 T2 stellt eine Aufhängungsanordnung mit magnetischen Befestigungsmitteln für Elemente wie Leitern, Kabel, Beleuchtungsmittel und andere Elemente im Inneren eines Turmes einer Windkraftanlage vor, wobei die magnetischen Befestigungsmittel mindestens teilweise aus einem permanentmagnetischen Material bestehen, insbesondere aus Neodym-Magneten oder Samarium-Cobalt-Magneten.
-
Die
EP 2 078 850 A2 beschreibt ein Verfahren zum Anbringen eines Einbauelementes in einer Windenergieanlage, wobei das Element, insbesondere eine Leiter, durch Kleben befestigt wird.
-
Weiterhin lassen sich Einbauelemente in einem Turm durch Abstützung am Flansch und/oder an der Turmwand sowie durch Seilverbindungen fixieren, wodurch die Nachteile von Schweiß- oder Schraubverbindungen ebenfalls vermieden werden.
-
Die
DE 10 2010 008 639 A1 beschreibt eine Befestigungskonstruktion der Turmeinbauten von Windkraftanlagen mit Stahlrohrtürmen, wobei durch eine Aufteilung der Kräfte erreicht wird, dass die Zugbelastungen auf die Flansche übertragen werden und nur die wesentlich geringeren Druckkräfte durch Druckabstützungen in die Turmwand eingeleitet werden.
-
Weiterhin beschreibt die
DE 20 2006 017 158 U1 eine Variante zur Befestigung von Steigleitern im Turm einer Windkraftanlage, welche durch eine Verankerung am unteren Elementflanschen verankert wird. Die Leiter verläuft dabei gekrümmt oder mit einer quer zur Längsrichtung der Steigleiter wirkenden Vorspannkraft.
-
Die
DE 10 2009 055 726 A1 beschreibt ein Inneneinbauelement für den Rohrturm einer Windenergieanlage mit einer selbsttragenden Gitterkonstruktion, bestehend aus mindestens drei Eckstielen und einer Mehrzahl die Eckstiele verbindenden Streben, und wenigstens einem sich quer zur Längsachse des Inneneinbauelementes erstreckenden Stützelementes zum Abstützen an der Innenwand des Turms.
-
Die
EP 1 933 029 A1 beschreibt ein Verfahren zur Montage von Elementen im Inneren eines Turmes einer Windenergieanlage, wobei die Elemente an Hilfsbefestigungen befestigt sind, die an den einzelnen Turmsegmenten so angebracht sind, dass deren Dauerfestigkeit nicht reduziert wird. Die Hilfsbefestigungen bestehen dabei aus einem oder mehreren Trägern, die durch ein Festlager am oberen Flansch und ein Loslager am unteren Flansch angebracht sind.
-
Für die an der Turmwand angebrachten Elemente ist für die gesamte Betriebsdauer einer Windenergieanlage nachzuweisen, dass die erforderlichen Haltekräfte erbracht werden können und andererseits die Festigkeit der Turmwand nicht beeinträchtigt wird.
-
Für eine Befestigung von Einbauelementen mit starken Permanentmagneten, beispielsweise mit Neodym-Eisen-Bor-Magneten, sind einerseits ausreichende Haltekräfte über die gesamte Lebensdauer einer Windenergieanlage zu garantieren, andererseits auch Maßnahmen zum genauen Positionieren und für eine mögliche Demontage der Elemente zu ergreifen. Magnetverbindungen mit geringer Haltekraft können dagegen nur schwierig nachgewiesen werden. Eine zusätzliche Abstützung, die aus Kostengründen unerwünscht ist, wäre notwendig, um ein Herunterfallen von Einbauelementen auszuschließen.
-
Der Nachweis ausreichender Haltekräfte von Klebeverbindungen über die gesamte Lebensdauer einer Windenergieanlage unter Berücksichtigung der auftretenden mechanischen und thermischen Belastungen ist ebenfalls nur mit hohem Aufwand möglich.
-
Eine ausschließliche Montage von Einbauelementen durch eine abgestützte Konstruktion, beispielsweise durch Verstrebungen oder andere Hilfsträger, führt zu hohen Kosten und behindert andere Einrichtungen, beispielsweise Kabelführungen oder Aufzüge.
-
Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, eine Befestigung für Einbauelemente in einem Turm einer Windenergieanlage bereitzustellen, beispielsweise für Beleuchtungsmittel, Leitern, Aufzüge oder Plattformen zur Wartung, welche einerseits den zusätzlichen Materialaufwand für eine Verstärkung der Turmstruktur reduziert und andererseits durch konstruktive Maßnahmen die Nachteile hinsichtlich des Festigkeitsnachweises und der Kosten abmindert.
-
Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine Befestigungskonstruktion (14) für mindestens ein Einbauelement (15) in einem Turm (4) einer Windenergieanlage (1), bestehend aus einem Trägersystem (16) in Form einer Traverse zur Befestigung von mindestens einem Einbauelement (15) an diesem Trägersystem (16), einem Sockel (17) und mindestens einer Hilfsabstützung (18) gelöst, wobei das Trägersystem (16) zur Übertragung von Kräften parallel zur Turmachse (6) mit dem Sockel (17) am unteren Ende des Trägersystems (16) fest verbunden ist, der Sockel (17) mit einem oberen (11) und/oder unteren Flanschkragen (12) eines der Turmsegmente (7, 8, 9) fest verbunden ist, das Trägersystem (16) zur Übertragung von Kräften senkrecht zur Turmachse (6) mit der mindestens einen Hilfsabstützung (18) lose verbunden ist und die mindestens eine Hilfsabstützung (18) fest oder lose mit der Turmwand (10) verbunden ist.
-
Eine solche Traverse für das Trägersystem (16) besteht dabei aus mehreren, meist zwei bis vier durchgehenden, meist rohrförmigen Trägern, die durch mehrere Querstreben miteinander verbunden werden, wobei die Querstreben nicht rechtwinklig zu den durchgehenden Trägern angeordnet sein müssen. Die Verbindung von mehreren Traversen ist durch die Nutzung von Verbindungsstücken, die an den Innendurchmesser der Trägerrohre angepasst sind, möglich.
-
In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist die Verbindung des mindestens einen Einbauelementes (15) mit dem Trägersystem (16) form- und/oder kraftschlüssig, insbesondere eine geschraubte, geschweißte, geklebte, geklemmte, gelötete oder genietete Verbindung.
-
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist die Verbindung des Trägersystems (16) mit dem Sockel (17) form- und/oder kraftschlüssig, insbesondere eine geschraubte, gesteckte, geschweißte, geklemmte, gelötete oder genietete Verbindung.
-
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist die Verbindung der Hilfsabstützung (18) mit der Turmwand (10) stoffschlüssig, insbesondere eine geklebte oder gelötete Verbindung.
-
In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist eine axiale Führung (19) mit dem Trägersystem (16) oder mit der Hilfsabstützung (18) so verbunden, dass eine Komponente der Hilfsabstützung (18) oder des Trägersystems (16) in dieser geführt wird. Für die Verbindung der axialen Führung mit dem Trägersystem (16) oder der Hilfsabstützung (18) kann ein zusätzliches Bauteil zum Einsatz kommen. Auch auf diese Weise wird eine Beweglichkeit des Trägersystems (16) gegenüber der Hilfsabstützung (18) in axialer Richtung ermöglicht, ohne dabei die Stützwirkung senkrecht zur Turmachse (6) zu mindern. Die axiale Führung (19) ist dabei durch Rohrschellen, eine Führungsbuchse, eine Gleitlagerbuchse oder ein Linearführungssystem ausgeführt.
-
In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung ist das Trägersystem (16) über ein Loslager am oberen Ende mit einem oberen (11) oder unteren Flanschkragen (12) eines der Turmsegmente (7, 8, 9) verbunden. Auch hierfür kann eine axiale Führung (19) eingesetzt werden, um zusätzliche Kräfte infolge einer überbestimmten Lagerung zu vermeiden. Die Befestigung dieser Führung kann durch eine form- und/oder kraftschlüssige Verbindung erfolgen, insbesondere durch eine geschraubte, geschweißte, geklebte, geklemmte, gelötete oder genietete Verbindung.
-
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist das Trägersystem (16) mit mindestens einem weiteren gleichartigen Trägersystem (16) an dessen Enden verbunden.
-
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung wird dabei das Trägersystem (16) durch eine Zweipunkt-Traverse gebildet. Durch die Nutzung von Traversen als Trägersystem (16) können die Vorteile von formschlüssigen Verbindungen zur Befestigung von Einbauelementen (15) an der Turmwand (10) genutzt werden, ohne dabei die Turmstruktur zu schwächen, da die Kraftaufnahme über die Flanschkragen (11, 12) erfolgt oder bis in den Turmfuß (5) umgeleitet wird. Weiterhin wird die Wirtschaftlichkeit infolge von nur geringen Zusatzkosten nicht infrage gestellt, insbesondere bei Zweipunkt-Traversen.
-
Die Erfindung wird nun an einem Ausführungsbeispiel anhand der 1 bis 4 näher erläutert, wobei
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- eine Windenergieanlage,
- 2
- das Maschinenhaus der Windenergieanlage,
- 3
- den Rotor der Windenergieanlage
- 4
- den Turm der Windenergieanlage,
- 5
- den Turmfuß der Windenergieanlager
- 6
- eine Turmachse,
- 7, 8, 9
- verschiedene Turmsegmente,
- 10
- die Turmwand,
- 11
- einen oberen Flanschkragen,
- 12
- einen unteren Flanschkragen,
- 13
- eine Flanschverbindung
- 14
- die Befestigungskonstruktion,
- 15
- ein Einbauelement,
- 16
- ein Trägersystem in Form einer Traverse,
- 17
- einen Sockel,
- 18
- eine Hilfsabstützung und
- 19
- eine axiale Führung
-
-
Die 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer Windenergieanlage (1) mit einem Maschinenhaus (2), einem Rotor (3), einem Turm (4), bestehend aus mehreren Turmsegmenten (7, 8, 9), die über jeweils einen oberen (11) und einen unteren Flanschkragen (12) aufweisende Flanschverbindungen (13) miteinander verbunden sind.
-
Die 2 zeigt am Beispiel eine Schraubverbindung eine feste Verbindung zwischen einem Einbauelement (15) in Form einer Leiter an einem Trägersystem (16) in Form einer Zweipunkt-Traverse.
-
Die 3 zeigt das Trägersystem (16) in Form einer Zweipunkt-Traverse, das mit einem Sockel (17) fest verbunden ist, beispielsweise ebenfalls durch eine Löt-, Schweiß-, Schraub-, Niet-, Steck- oder Klemmverbindung. Der Sockel (17) ist dabei selbst mit fest mit der Struktur des Turmes (4) verbunden, um die auftretenden Belastungen infolge des Eigengewichtes des Einbauelementes (15) und der Traverse in die Struktur des Turmes (4) abzuleiten, ohne diese zu schwächen.
-
Die Unterstützung der Stabilität der Traverse zur Verringerung der Knicklänge erfolgt zusätzlich über eine Hilfsabstützung (18) an der Turmwand (10), welche in 4 dargestellt ist. Die Hilfsabstützung (18) ist dabei mit einer axialen Führung (19) versehen, so dass die Beweglichkeit der axialen Führung (19) gegenüber dem Trägersystem (16), beispielsweise infolge von Turmschwingungen oder thermischer Ausdehnung von Bauteilen der Konstruktion (10), ermöglicht wird. Damit können laterale Kräfte zur Abstützung der Traverse übertragen werden, ohne dabei Kräfte parallel zur Turmachse (6) auf die Hilfsabstützung (18) oder über diese in die Struktur des Turmes (4) zu übertragen.
-
Die 1 bis 4 zeigen dabei die angegebenen Sachverhalte beispielhaft und nicht maßstabsgetreu.
-
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
-
- DE 102009053036 A1 [0013]
- DE 60300538 T2 [0014]
- DE 60308422 T2 [0015]
- EP 2078850 A2 [0016]
- DE 102010008639 A1 [0018]
- DE 202006017158 U1 [0019]
- DE 102009055726 A1 [0020]
- EP 1933029 A1 [0021]
