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Abgespanntes Turmbauwerk
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Die Erfindung betrifft ein mittels Seilen abgespanntes Turmbauwerk
mit einem am Turmschaft hochfahr- und absenkbaren, als Geräteträger ausgebildeten
Turmkopf, wobei die Abspannseile in einiger Entfernung vom Gurmschaft am Boden verankert
sind.
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Bei einem vorgeschlagenen Turmbauwerk dieser Art wurde der im wesentlichen
ringförmige Turmkopf zunächst am Boden um den Turmschaft herumgebaut und dann mittels
Hubeinrichtungen und Gleit- oder Rollenführungen längs derselben hochgezogen und
in der hochgezogenen Stellung mit dem Turmschaft verriegelt.
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Für Wartungs- und Reparaturarbeiten kann der Turmkopf wieder herabgelassen
werden.
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Ein solches Turmbauwerk findet Anwendung z. B. bei der Stromerzeugung
durch Windenergie, wobei dann der Turmkopf als Träger
für den mit
Flügeln versehenen Rotor, den Generator, das Getriebe und für sonstige Hilfseinrichtungen
ausgebildet ist.
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Andere Anwendungsmöglichkeiten bestehen auf dem Gebiet der Sonnenenergie-Ausnutzung,
Fernmeldetechnik und der Bohr- und Fördertechnik.
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Der Turmschaft solcher Turmbauwerke ist aus Festigkeits- oder Schwingungsgründen
mit Seilen abgespannt, die bei dem vorgeschlagenen Turmbauwerk unterhalb des Turmkopfes
am Turmschaft befestigt sind, wenn der Turmkopf sich in der hochgefahrenen Stellung
befindet. Durch diese Art von Befestigung der Abspannseile ergibt sich der Nachteil,
daß vor jedem Absenken des Turskopfes die Abspannseile demontiert und nach dem Hochfahren
des Turmkopfes wieder montiert werden müssen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem Turmbauwerk der eingangs genannten
Art die Abspannung derart zu gestalten, daß die Abspannseile nicht vor jedem Absenken
des Turmkopfes demontiert und nach dem Hochziehen desselben wieder montiert werden
müssen.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe ist dadurch gelöst7 daß
die Abspannseile mit dem Turmkopf gekoppelt sind, so daß sie zusammen mit demselben
hochfahr- und absenkbar sind.
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Vorzugsweise sind die Abspannseile am Turmkopf befestigt. Zur besseren
Anpassung der Abspannseile, an den sich beim Hochfahren und Absenken derselben sich
ändernden Seilwinkel, kann jedes Seil am Turmkopf und/oder am Boden gelenkig befestigt
oder
über jeweils eine konvex geformte Schmiegfläche geführt sein.
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Zur Vermeidung des ungeregelten und platzverschwendenden Aufliegens
der sich beim Absenken bildenden losen Seilschleife am Boden gibt es verschiedene
Möglichkeiten.
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Eine Möglichkeit besteht darin, daß jedes Abspannseil am Boden an
jeweils einem in radialer Richtung beweglichen Bauteil befestigt ist, der sich beim
Absenken des Abspannseiles nach außen bewegt, so daß das Abspannseil stets gespannt
bleibt und sich schließlich gestreckt zu Boden legt.
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Eine weitere Möglichkeit besteht darin, für jedes Abspannseil eine
Hilfsspanneinrichtung zum seitlichen Wegziehen der sich beim Absenken des Abspannseiles
bildenden Seilschleife vorzusehen. Eine solche Hilfsspanneinrichtung kann z. B.
ein Hilfsspannseil aufweisen, das mit dem jeweiligen Abspannseil etwa in der Mitte
zwischen Turmkopf und der Verankerung am Boden verbunden ist und zu einer im seitlichen
Abstand vom Abspannseil am Boden stehenden Winde führt, die das Hilfsspannseil beim
Absenken und Hochfahren des Abspannseiles aufwickelt bzw.
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abwickelt. Mit Hilfe einer solchen Hilfsspanneinrichtung kann die
Abspannseilschleife einigermaßen definiert zu Boden gelegt werden. Außerdem können
die Hilfsspannseile durch eine gewisse Vorspannung die Abspannseile gegen Seilschwingungen
stabilisieren.
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Unabhängig davon, ob Hilfsspanneinrichtungen oder radial bewegliche
Bauteile verwendet werden, kann für jedes Abspannseil,
das einerseits
am Turmkopf befestigt und andererseits am Boden verankert ist, eine oder mehrere
an sich bekannte Seilspannvorrichtungen vorgesehen werden, mit deren Hilfe eine
relativ kurzhubige Nachspannung der Seile erfolgen kann, um die Abspannung belastungsfähig
zu machen, nachdem der Turmkopf mit dem Turmschaft in der hochgezogenen Stellung
verriegelt ist. Die Seilspannvorrichtungen können entweder an der turmkopfseitigen
oder an der bodenseitigen Verankerung der Abspannseile angeordnet sein.
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Eine dritte Möglichkeit, das ungeregelte Aufliegen der sich beim Absenken
bildenden losen Seilschleife am Boden zu vermeiden, besteht in der Kombination der
Turmkopf-Hubeinrichtung mit der Abspannung dergestalt, daß für beide Funktionen
jeweils nur die Abspannseile verwendet werden. Hierbei könnten die Abspanns eile
jeweils an einer oberhalb des Turmkopfes liegenden Stelle des Turmschaftes angreifen
und über die Unterseite von im wesentlichen horizontal gerichteten Rollen, die am
Turmkopf befestigt sind, zu der am Boden befindlichen Seilverankerung geführt werden.
Vorzugsweise wird jedes Abspannseil über jeweils eine an der Spitze des Turmschaftes
befestigten Rolle zu einer am Fuß des Turmschaftes angeordneten Hub- und Abspannwinde
geführt. Eine solche Kombination von Turmkopf-Hubeinrichtung und Abspannung in dieser
einfachen Form ist allerdings nur für leichte Abspannungen und relativ flache Abspannwinkel
geeignet.
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Eine bessere Anpassung an vorgegebene Abspannseilkräfte und Winkel
ergibt sich, wenn die Abspannseile um an der Spitze des
Turmschaftes,
am Turmkopf und am Boden befestigte Rollen nach dem Flaschenzug-Prinzip geschlungen
sind. Hierbei ist das einzelne Abspannseil in viele einzelne Stränge aufgelöst,
die durch mehrfache Seil schleifen zwischen der Spitze des Turmschaftes und dem
bodenseitigen Verankerungspunkt gebildet werden, wobei diese Seilschleifen mittels
Seilklemmbacken im gespannten Zustand zur Schaffung eines redundanten Systems festklemmbar
sind.
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Wenn die an den Turmkopf-Umlenkrollen angreifende Vertikalkomponente
der Seilkraft-Resultierenden als Hubkraft nicht ausreicht, sa können noch weitere
Hubschleifen zwischen die Umlenkrollen am Turmkopf und an der Spitze des Turmschaftes
geschaltet werden, die dann zusätzlich zur Hubkraft beitragen.
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Durch geeignete Wahl des Verhältnisses von Abspann- zu Hubschleifen,
können die Abspannseile für beide Funktionen optimal ausgenützt werden. Außerdem
kann zur Aufbringung der Abspannseilkräfte die Hubwinde selbst herangezogen werden.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt
und werden im folgenden unter Bezugnahme auf diese Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen Fig. 1 ein Turmbauwerk nach der Erfindung für eine Windenergieanlage,
Fig. 2 eine Art der Befestigung eines Abspannseiles am Turnikopf und am Boden,
Fig.
3 eine alternative Art der Befestigung eines Abspannseiles am Turmkopf und am Boden,
Fig. 4 das in Fig. 1 dargestellte Turmbauwerk ohne Rotor und mit einer Hilfsspanneinrichtung
in perspektivischer Darstellung, Fig. 5 das in Fig. 1 dargestellte Turmbauwerk ohne
Rotor und mit einer Einrichtung zum Wegziehen des unteren Seilendes des jeweiligen
Abspannseiles in perspektivischer Darstellung, Fig. 6 ein alternatives Turmbauwerk
mit einer kombinierten Hub- und Abspannvorrichtung, Fig. 7 ein Kräfte-Parallelogramm
der an einer Turmkopf-Umlenkrolle des in Fig. 6 dargestellten Gurmbauwerkes herrschenden
Seilkräfte und Fig. 8 eine alternative kombinierte Hub- und Abspannvorrichtung in
perspektivischer Darstellung.
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Ein Turmbauwerk nach der Erfindung, wie es in Fig. 1 dargestellt ist,
besteht aus einem in den Boden eingelassenen Turmfuß 1, einem schlanken, hohlen
Gurmschaft 2 und einem ringförmigen um den Gurmschaft herumgebauten Turmkopf 3,
der mittels am
Turmkopf 3 angeordneter Rollen 4 und einer Hub-
und Absenkvorrichtung 5 längs des Turmschaftes 2 hochzieh- und absenkbar ist. Die
Hub- und Absenkvorrichtung 5 besteht aus Seilen 6, die am Turmkopf 3 befestigt sind
und über an der Spitze des Gurmschaftes 2 angeordneter Rollen durch den hohlen Turinschaft
2 zu einer im Turmfuß a angeordneten Hub- und Absenkwinde 7 geführt sind. Der Turmkopf
3 trägt ein(Gehäuse 8a, an dem ein mit Windflügeln ausgestatteter Rotor 8b angeordnet
ist.
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Das Gehäuse 8a hat an der Oberseite eine verschließbare öffnung 9,
durch die der Turmschaft 2 ragt, wenn sich der Turmkopf 3 unterhalb der Spitze des
Turmschaftes 2 befindet. Der Turmkopf 3 ist in der hochgezogenen Stellung, in einer
mittleren Stellung und in der abgesenkten Stellung dargestellt. Das Turmbauwerk
ist mittels Seilen 10 abgespannt. Jedes Abspannseil 10 ist mit seinem oberen Ende
am Turmkopf 3 befestigt und ist in einiger Entfernung von dem Turmschaft 2 mit seinem
unteren Ende an einem fundament 11 befestigt. Durch die Befestigung des oberen Endes
des jeweiligen Abspannseiles 10 direkt am Turmkopf 3 ist jedes Abspannseil zusammen
mit dem Turmkopf 3 hochzieh- bzw. absenkbar.
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Zur Anpassung der Abspannseile 10 an die sich beim Absenken bzw.
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Hochziehen des Turmkopfes 3 sich ändernden Seilwinkel ist jedes Abspannseil
10 am Turmkopf 3 und am jeweiligen Fundament 11 gelenkig befestigt (siehe Fig. 2).
Eine alternative Art der Befestigung der Abspannseile 10 am Turmkopf 3 und an den
Fundamanten 11 besteht darin, daß die oberen und unteren Seilenden
der
Abspannseile 10 mit dem Turmkopf 3 und den Fundamenten 11 jeweils starr verbunden
sind und über konvex geformte Schmiegflächen 12 geführt sind, von denen jeweils
eine am Turmkopf 3 und an jedem Fundament 11 angeordnet ist (siehe Fig. 3).
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Das turmbauwerk gemäß Fig. 4 hat pro Abspannseil 10 eine Hilfsspanneinrichtung
13, die dazu dient, die sich beim Absenken des Abspannseiles 10 bildende Seilschleife
einigermaßen en definiert zu Boden zu legen. Jede Hilfsspanneinrichtung 13 besteht
aus einem Hilfsspannseil 14, das etwa in der Mitte zwischen dem betreffenden Fundament
11 und dem sich in der hochgezogenen Stellung befindenden Turmkopf 3 an dem jeweiligen
Abspannseil 10 angreift, und zu einer im seitlichen Abstand von dem Abspannseil
10 am Boden stehenden Hilfswinde 15 führt. Beim Absenken der Abspannseile 10 wickeln
die Winden 15 die Hilfsspannseile 14 auf, so daß sich jedes Abspannseil 10 in einer
Schleife, wie sie in Fig. 4 dargestellt ist, zu Boden legt.
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Durch eine Vorspannung der Hilfsspannseile 14 können die Abspannseile
10 gegen Seilschwingungen stabilisiert werden, wenn sich der Turmkopf 3 in der hochgezogenen
Stellung befindet.
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Bei dem in Big. 5 dargestellten Turmbauwerk werden statt Hilfsspanneinrichtungen
1 pro Abspannseil 10 jeweils eine Einrichtung 16 verwendet, die dazu dient, das
jeweils untere Ende des betreffenden Abspannseiles 10 in radialer Richtung in Bezug
auf den Turmschaft 2 beim Absenken bzw. Hochziehen des betreffenden Abspannseiles
10 zu bewegen, so daß das Abspannseil 10 stets gespannt bleibt und sich beim Absenken
gestreckt zu Boden legt.
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Jede Einrichtung 16 besteht aus dem betreffenden Seilfundament 11,
das einen am Boden befestigten Teil 17 und einen auf einer radial zum Turmschaft
2 verlaufenden Schiene 18 geführten Teil 19 aufweist. Jedes Abspannseil 10 ist mit
seinem unteren Ende an jeweils einem der beweglichen Fundamentteile 19 gelenkig
befestigt. Jeder feststehende Teil 17 der Seilfundamente 11 hat auf seiner dem Turmschaft
2 abgekehrten Seite eine Aussparung, die den zugehörigen beweglichen Fundamentteil
19 aufnimmt, wenn sich der Turmkopf 3 in der hochgezogenen Stellung befindet. Zwischen
der Aussparung und der Oberseite von jedem feststehenden Fundamentteil 17 erstreckt
sich ein Schlitz, durch den das betreffende Abspantlseil 10 geführt ist, wenn sich
der Turmkopf 3 in der hochgezogenen Stellung und der bewegliche Fundamentteil 19
in der Aussparung befindet. Jeder bewegliche Fundamentteil 19 ist mittels eines
Zugseiles 20 mit einer am äußeren Ende der Schiene 18 stehenden Seilspannwinde 21
verbunden, die dazu dient, durch Auf- und Abwickeln des Zugseiles 20 den Fundamentteil
19 beim Absenken des Turmkopfes 3 nach außen zu ziehen bzw. beim Hochziehen des
Turmkopfes 2 den sich nach innen bewegenden Teil 19 abzubremsen, so daß das Abspannseil
10 stets gespannt bleibt.
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Bei dem in Fig. 6 dargestellten Turmbauwerk wird statt Hilfseinrichtungen
gemäß Fig. 4 oder Transportvorrichtungen gemäß F%g. 5 eine kombinierte Hub- und
Abspanneinrichtung verwendet, bei der die Seile 10 als kombinierte Hub- und Abspannseile
sowohl
zum Hochziehen und Absenken des Turmkopfes 3 als auch zum Abspannen des gurmbauwerkes
eingesetzt werden. Jedes Seil 10 ist mit einem seiner Enden wiederum gelenkig an
jeweils einem der Fundamente 11 befestigt und wird über die Unterseite von einer
am Turmkopf 3 angeordneten Umlenkrolle 22 und über die Oberseite von einer zugehörigen
an der Spitze des Turmschaft es 2 angeordneten Umlenkrolle 23 durch den hohlen Turmschaft
2 zu einer für alle Seile 10 gemeinsamen Hub- und Abspannwinde 24 geführt. Die Achsen
der am Turmkopf 3 angeordneten Umlenkrollen 22 sind horizontal gerichtet, und pro
Seil 10 ist jeweils eine Umlenkrolle 22 erforderlich. Der Turmkopf 3 ist auch in
Fig. 6 in der hochgezogenen, in einer mittleren und in der abgesenkten Stellung
dargestellt. Die Arbeitsweise der kombinierten Hub- und Abspannvorrichtung geht
aus Fig. 6 hervor und bedarf daher keiner näheren Erläuterung.
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Aus dem in Fig. 7 dargestellten Eräfte-Parallelogramm wird deutlich,
welche Kräfte in einem an einer der Umlenkrollen 22 liegenden Punkt des betreffenden
Seiles 10 herrschen. Nach unten wirkt die Seilkraft A und nach oben wirkt die Seilkraft
B. Auf die Turmkopf-Umlenkrolle 22 wirkt die Reaktionskraft C.
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Der Vektor D stellt die Hubkraft pro Seil 10 dar.
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Selbstverständlich kann die kombinierte Hub- und Abspannvorrichtung
gemäß Fig. 6 nur bei leichten und flachen Abspannungen verwendet werden.
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Eine bessere Anpassung an vorgegebene Abspannseilkräfte und Winkel
bietet eine alternative kombinierte Hub- und Abspannvorrichtung, die nach dem Flaschenzug-Prinzip
aufgebaut und in Fig. 8 dargestellt ist. Hierbei ist jedes Seil 10 in eine Vielzahl
von Strängen aufgelöst, die durch mehrfache Seilschleifen zwischen der Spitze des
Turmschaftes 2 und dem jeweiligen Fundament 11 gebildet werden.
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Wie bei der in Fig. 6 dargestellten Hub- und Abspannvorrichtung wird
jedes Seil 10 von der Spitze de,s Turmschaftes 2 nach unten zu der im Turmfuß stehenden
Hub- und Abspannwinde geführt.
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Jedes Seil 10 wird von der Hub- und Abspannwinde kommend zunächst
über zwei hintereinander geschalteten von an der Spitze des Turmschaftes 2 gelagerten
Umlenkrollen 25 und dann über eine von einer Vielzahl von am Turmkopf 3 auf einer
gemeinsamen Achse gelagerten Umlenkrollen 26 geführt. Zur Bildung einer ersten Hubschleife
27 wird das betreffende Abspannseil so von der einen am Turmkopf 3 gelagerten Umlenkrolle
26 zurückgeführt zu einer weiteren an der Spitze des Turmschaftes 2 gelagerten Umlenkrolle
25. Von hier aus wird das Seil mehrmals über weitere der am Turmkopf 3 angeordneten
Umlenkrollen 26, am Fundament 11 auf einer gemeinsamen Achse gelagerten Umlenkrollen
28 und über weitere der an der Spitze des Turmschaftes 2 angeordneten Umlenkrollen
25 geführt, so daß sich eine Reihe von Abspannschleifen 29 zwischen der Spitze des
Turmschaftes 2
und dem betreffenden Fundament 11 ausbilden. Das
Seil ende ist mittels einer Halterung 30 an der Spitze des Turmschaftes 2 befestigt
und wurde vorher noch in einer weiteren Hubschleife 31 über eine weitere der an
der Spitze des Turmschaftes 2 gelagerten Umlenkrollen 25 und eine weitere der am
Turmkopf 3 gelagerten Umlenkrollen 26 geführt. Etwas unterhalb der am Turmkopf 3
gelagerten Umlenkrollen 26 befinden sich zwei zusammenarbeitende Seilklemmbacken
32, die am Turmkopf 3 befestigt sind und von denen nur die untere gezeichnet ist.
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Durch Zusammenklemmen dieser beiden Backen 32 werden die Abspannschleifen
29 des betreffenden Seiles 10 zur Schaffung eines redundanten Systems zusammengeklemmt,
wenn sich der Turmkopf 3 in der hochgezogenen Stellung befindet.
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Reichen die an den Turmkopf-Umlenkrollen 26 angreifenden Vertikalkomponenten
der Seilkraft-Resultierenden als Hubkraft nicht aus, so können noch weitere Hubschleifen
bei Verwendung weiterer Umlenkrollen 25 und 26 in die Seilführung zwischengeschaltet
werden.
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Die Reihenfolge von Hub- und Abspannschleifen muß nicht dem dargestellten
Beispiel entsprechen.