DE202017003631U1

DE202017003631U1 - Drehbarer Vollwandturm für eine Binnenwindanlage

Info

Publication number: DE202017003631U1
Application number: DE202017003631.2U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-07-11
Filing date: 2017-07-11
Publication date: 2017-08-09
Anticipated expiration: 2027-07-12

Abstract

Drehbarer Vollwandturm für eine Binnenwindenergieanlage, dadurch gekennzeichnet, dass der Turmquerschnitt in der Turmhauptachse (13) einteilig oder mehrteilig gespreizt wird, indem zwischen die gespreizten Turmquerschnitte (2, 3 und 2a, 3a) Blechteile (6) in Form orthogonaler Trapezflächen und in die gespreizten Turmquerschnitte (3a und 3b) in Form gleichschenkliger Trapezflächen (12) eingefügt werden, wobei vorderer und hinterer Turmwandabschnitt (2, 3) entweder aus den beiden Hälften (2, 3) eines längsgeteilten Vollwandrohrs (1) oder jeweils einem separaten Vollwandrohr (2a, 3a) besteht.

Description

Die Erfindung betrifft einen drehbaren Vollwandturm für eine Binnenwindenergieanlage mit Querschnittsspreizung in der Turmhauptachse, dessen Festigkeit entgegen der sich um 360° wechselnden Windrichtung höhenabhängig optimal zur Aufnahme des jeweils wirkenden Biegewiderstandsmoments bemessen ist.
Stand der Technik
Binnenwindenergieanlagen in der am häufigsten verbreiteten Bauform bestehen aus einem feststehenden Blechvollwandturm und einer darauf drehbar angeordneten Gondel mit dem Rotor. Die Turmkonstruktion wird statisch so bemessen, dass sie durch den Wind einwirkenden Kräften aus allen Richtungen standhält. Da das Biegewiderstandsmoment von oben nach unten zunimmt, wird der Blechvollwandturm zur Aufnahme der Windkräfte konisch oder nach unten mit stärkeren Blechen ausgebildet.
Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2010 037 706 A1 ist eine Binnenwindenergieanlage bekannt, bei der einen konstanten Querschnitt aufweisende Vollwandturm in einer Variante mit der Gondel fest verbunden, jedoch gegenüber dem Fundament drehbar angeordnet ist. Der Querschnitt des Blechvollwandturms ist dabei so bemessen, dass in der Windrichtung größere Kräfte aufgenommen werden können als aus anderen Richtungen. In der Höhe ist der Turmquerschnitt jedoch nicht dem tatsächlich wirkenden Biegewiderstandsmoment angepasst.
Weiterhin ist aus der Offenlegungsschrift DE 10 2012 009 145 A1 eine Binnenwindenergieanlage mit einer drehbaren Turmkonstruktion bekannt, die aus zwei parallel zueinander gegenüberliegenden Einzeltürmen besteht, zwischen denen der Rotor angeordnet ist. Dadurch können durch die Turmkonstruktion ebenfalls in Windrichtung größere Kräfte aufgenommen werden. Wie bei der vorstehend als Stand der Technik herangezogenen Ausführungsform der Turmkonstruktion weist dieser ebenfalls über seine Höhe den gleichen Querschnitt auf und ist somit nicht an das tatsächlich wirkende Biegewiderstandsmoment angepasst.
Aus der Gebrauchsmusterschrift DE 20 2016 001 490 U1 ist eine weitere Binnenwindenergieanlage mit einer drehbaren Turmkonstruktion bekannt, die aus einer ersten vertikalen vorderen Säule und zwei weiteren gespreizten hinteren Säulen besteht. Diese drei oben miteinander verbundenen Säulen bilden zusammen eine gegen den Wind gerichtete stabile Stützkonstruktion. Sie weisen über ihre gesamten Längen den gleichen kreisrunden Querschnitt auf. Dadurch, dass sich der Abstand der drei gespreizten Säulen untereinander nach unten vergrößert, ist die Stützkonstruktion besser an das tatsächlich wirkende Biegewiderstandsmoment angepasst.
Aufgabe der Erfindung
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine stabile drehbare Turmkonstruktion mit einer der Windrichtung entsprechenden Turmhauptachse in verschiedenartigen Ausführungsformen der Turmquerschnitte zu schaffen, die höhenabhängig an das aus der Windkraft tatsächlich wirkende Biegewiderstandsmoment angepasst ist. Diese Aufgabe wird durch gelöst, dass aus dem bisher genutzten Ursprungsquerschnitt in Nabenhöhe durch Spreizung seiner Profile, Flanken und Teile in der Turmhöhe durch Ergänzung mit geeigneten, einfachen Teilen im Rahmen der Herstellung der Turmteile in der Werkstatt oder vor Ort ein neuer Turmquerschnitt in der erforderlichen Größe und Masse für das Errichten und Nutzen einer neuen, leistungsstärkeren Anlage entsteht. Diese einfachen Teile sind vertikal angeordnete gerade Bleche in der Form orthogonaler Trapezflächen. Der Vollwandturm in einer der bisher bekannten Ausführungsformen wird von Nabenhöhe nach unten fortgeführt, indem die vertikale vordere Hälfte des oberen Querschnitts beibehalten und die hintere Hälfte nach unten vertikal gespreizt wird. Die Ausführung der Form, Dicke und Güte der als orthogonale Trapezflächen ausgebildeten Zwischenstücke ist der nach unten zunehmenden Belastung entsprechend der Vergrößerung des Biegewiderstandsmoments angepasst.
Als bisher bekannte Ausführungsformen von Turmkonstruktionen kommen Blechvollwandtürme, bestehend aus

– einem oder mehreren senkrechten Rohren,
– einem vorderen senkrechten Rohr und einem oder zwei gespreizt dazu angeordneten hinteren Stützrohren

Dabei werden die Rohre der Vollwandtürme entweder in Längsrichtung geteilt/getrennt und zwischen den Trennlinien die als orthogonale Trapezflächen ausgebildeten Zwischenstücke eingefügt oder jeweils zwei Rohre an ihren Außenwänden durch jeweils zwei parallel zueinander angeordneten Zwischenstücken miteinander verbunden.
Durch die Verwendung der nach unten immer größer und stabiler werdenden Zwischenstücke wird das Biegewiderstandsmoment in der Turmhauptachse den jeweiligen Belastungsverhältnissen höhenabhängig angepasst. Die damit erzielbaren Material- und Gewichtseinsparungen können für die unterschiedlichen Leistungsgrößen der Windenergieanlagen theoretisch und praktisch nachgewiesen werden.
Der Turm wird automatisch in Windrichtung gedreht, damit die maximale Beanspruchung stets in der Turmhauptachse liegt.
Ausführungsbeispiel
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden an Hand eines Ausführungsbeispiels und mit Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert:
1 die Turmkonstruktion einer drehbaren Binnenwindanlage mit in der Turmhauptachse nach unten zunehmend gespreiztem Querschnitt des Turmes in einer Seitenansicht,
2 die Turmkonstruktion einer Binnenwindanlage nach 1 in einer demgegenüber um 90° gedrehten Seitenansicht,
3 die Turmkonstruktion nach 2 im Grundriss,
4 Turmkonstruktion nach 1 bis 3 in schematischer Darstellung der Seitenansicht (links) und Draufsicht (rechts) mit Darstellung der erweiterten Querschnittsflächen des drehbaren Turmes in der Turmhauptachse, orthogonalen Erweiterungen der Seitenflächen und der Grundplatte mit dem Drehpunkt des querschnittserweiterten Turmes und
5a und b weitere Anwendungsbeispiele zur Erzielung vorteilhafter Querschnittsvergrößerungen am drehbaren Turm.
Die Windenergieanlage nach den 1 bis 3 besteht aus einem mit seiner Hauptachse in den Wind drehbaren Vollwandturm mit einer vertikalen vorderen Hälfte 2 und einer nach unten zunehmenden schrägen hinteren Hälfte 3 des Ursprungsquerschnitts. Beide Hälften weisen zueinander eine vertikale Spreizung 4 mit einem Spreizwinkel 5 auf, der aus konstruktiven und statischen Gründen nicht über 5° betragen sollte. Unten steht der Turm auf einer Grundplatte 7. Darunter befindet sich auf dem Fundament die außenliegende Bahn 10 für die Drehbewegung des Vollwandturms. In deren Mitte 8 übernimmt eine gegenüber dem Fundament drehbare und zugfest gelagerte Einrichtung 9 die Standsicherheit der Turmkonstruktion. Die Drehbewegung der Turmkonstruktion ist in der Zeichnung durch einen Bogenpfeil gekennzeichnet. Zwischen den gegenüberliegenden Längskanten der vorderen und der hinteren Hälften 2; 3 des kreisrunden Ursprungsquerschnitts werden als orthogonale Trapeze ausgebildete Blechzwischenteile 6 angepasst und eingefügt. Dadurch wird der Turmquerschnitt von oben nach unten in der Turmhauptachse vergrößert und somit dem jeweils wirkenden Biegewiderstandsmoment angepasst. In der schematischen Darstellung der Turmkonstruktion nach 4 werden die Turmquerschnitte mit dem kreisrunden Ursprungsquerschnitt 1 in Nabenhöhe, die vertikale vordere Hälfte 2 und die hintere Hälfte 3 des Ursprungsquerschnitts sowie die orthogonalen Blechzwischenteile 6 zur Erweiterung des Turmquerschnitts in fünf Stufen dargestellt.
Die orthogonalen Trapezflächen 6 werden unter Einsatz der Plattform ”Industrie 4.0” vertikal und horizontal passgenau zugeschnitten und nach entsprechender Vorbereitung der Zentrierungen, Bohrungen, Nähte o. a. weitgehend beim Hersteller oder am Standort der Anlage mit modernster Fügetechnik (Schließringbolzen oder automatischer Schweißtechnik) finishbearbeitet.
Für die Berechnung des Biegewiderstandsmoments sind außer der einwirkenden Windkraft in Stärke und Richtung in Nabenhöhe 14 in der Turmhauptachse 13 auch die Eigen- und Erregerfrequenz sowie dynamische Zusatzkräfte in allen Ebenen maßgebend.
Im unteren Bereich der Turmkonstruktion ist das Maschinenhaus mit der Generatorstation 11 angeordnet.
In den 5a und b sind weitere Beispiele zur Erzielung vorteilhafter Querschnittsvergrößerungen in der Hauptachse des Turmes unter der Wiederholverwendung von Profilen und günstiger Erweiterung des Turmquerschnittes mittels einfacher orthogonaler, dazwischen angeordneter und gefügter Trapez-Blechteile 6 jeweils von oben nach unten in drei Höhenstufen.
Dabei zeigt die Zeichnung nach 5a eine drehbare Turmkonstruktion, bestehend aus einem in den Wind drehbaren Vollwandturm mit einem vertikalen vorderen kreisrunden Querschnitt und zwei schrägen hinteren gespreizten Rohren 3a und 3b, zwischen denen Blechteile in der Form einer gleichschenkligen Trapezfläche 12 eingefügt sind.
Die Zeichnung nach 5b hingegen zeigt eine drehbare Turmkonstruktion, bei der in Windrichtung zwei Rohre 2, 3 hintereinander angeordnet sind. Das vordere Rohr 2 ist das vertikale Hauptrohr mit der Mitte 8 der Drehbewegung des Turmes, das hintere Rohr ist das schräg dazu gestellte Stützrohr 3, das sich auf der außenliegenden Kreisbahn 10 bewegt.
Die Turmhauptachse wird mit dem Bezugszeichen 13 gekennzeichnet. Die in dieser Achse eingezeichneten Pfeile zeigen die Windrichtung an.
Bezugszeichenliste

1: kreisrunder Ursprungsquerschnitt in Nabenhöhe
2: vertikale vordere Hälfte des Ursprungsquerschnitts
2a: vertikales vorderes Vollwandrohr
3: hintere Hälfte des Ursprungsquerschnitts
3a: gespreiztes hinteres Vollwandrohr
3b: gespreiztes hinteres Vollwandrohr
5: Spreizwinkel zwischen vorderem und hinterem Querschnittsteil
6: Blechteil in der Form einer orthogonalen Trapezfläche
7: Grundplatte für den erweiterten Turmquerschnitt
8: Mitte der Drehbewegung des Turmes
9: Einrichtung zur Gewährleistung der Standsicherheit des drehbaren Turms
10: außenliegende Bahn für die Drehbewegung
11: Maschinenhaus mit der Generatorstation
12: Blechteil in der Form einer gleichschenkligen Trapezfläche
13: Turmhauptachse (Richtung der Windkraft)
14: Nabenhöhe

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010037706 A1 [0003]
DE 102012009145 A1 [0004]
DE 202016001490 U1 [0005]

Claims

Drehbarer Vollwandturm für eine Binnenwindenergieanlage, dadurch gekennzeichnet, dass der Turmquerschnitt in der Turmhauptachse (13) einteilig oder mehrteilig gespreizt wird, indem zwischen die gespreizten Turmquerschnitte (2, 3 und 2a, 3a) Blechteile (6) in Form orthogonaler Trapezflächen und in die gespreizten Turmquerschnitte (3a und 3b) in Form gleichschenkliger Trapezflächen (12) eingefügt werden, wobei vorderer und hinterer Turmwandabschnitt (2, 3) entweder aus den beiden Hälften (2, 3) eines längsgeteilten Vollwandrohrs (1) oder jeweils einem separaten Vollwandrohr (2a, 3a) besteht.