WO2011107589A1 - Turm für eine windturbine - Google Patents

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WO2011107589A1
WO2011107589A1 PCT/EP2011/053307 EP2011053307W WO2011107589A1 WO 2011107589 A1 WO2011107589 A1 WO 2011107589A1 EP 2011053307 W EP2011053307 W EP 2011053307W WO 2011107589 A1 WO2011107589 A1 WO 2011107589A1
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tower
flange
meters
anchoring system
wind turbine
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Andreas Kiehn
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Suzlon Energy Gmbh
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    • F03D13/20—Arrangements for mounting or supporting wind motors; Masts or towers for wind motors
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    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/728—Onshore wind turbines

Definitions

  • the present invention relates to an anchoring system for a steel tube tower of a wind turbine.
  • Very high tubular steel towers require a certain rigidity because of the vibration and the natural frequency. This requires a large tower diameter or a large wall thickness.
  • the anchoring of tubular steel towers is often realized with the aid of a flange, particularly often with the aid of a T-flange, which is usually braced over two annularly arranged rows of anchor bolts with the foundation. Since the transport of tubular steel towers from the production halls of the manufacturers to the installation sites usually has to be realized by means of heavy-load transports over land, the height of bridges results in a maximum transport height of 4.5 meters.
  • the tower segments are usually transported horizontally during transport, which is why the maximum diameter of the tower segments must not exceed the transport height in the area of the flange.
  • the distance between the road and the transported tower segments corresponds to approximately 0.1 to 0.2 meters for most heavy goods vehicles. For this reason, the maximum diameter of the tower segments including the flange must not be greater than 4.3 or 4.4 meters.
  • the outer flange width - that is, the part of the T-flange, which extends beyond the diameter of the lateral surface - greater than 0.25, usually greater than zero Be 3 meters. This is especially true for towers over 80 meters high.
  • the maximum diameter of the tower in the area of the lateral surface without flange when using conventional anchoring systems must not be greater than a certain amount, preferably 4.0 or 4.05 meters. Because of the transport-related cross-sectional limitation of the tower segments, therefore, other measures must be taken in wind turbines with large towers to ensure sufficient rigidity of the tower. One possibility is to design the tower segments with a larger wall thickness. However, this leads to a higher material consumption, which has a negative cost.
  • An object of the invention is thus to realize an increased rigidity without an increased material consumption.
  • the anchoring system according to the invention is designed to brace a wind turbine directly or indirectly against a foundation for a wind turbine and comprises a tower or a lower tower segment, which at least at its lower end has a flange, at least one clamping element and a fastening device.
  • the flange has an underside facing the foundation in the mounted state and an upper side facing away from the foundation as well as an end face running circumferentially around the flange, connecting the upper and lower sides.
  • the fastening device is designed as a clamping jaw or collet and in the assembled state via the clamping element directly or indirectly connected to the foundation so that it transmits a force acting on the top of the flange, vertically downward, ie in the direction of the foundation contact force, through which Flange of the tower is braced against the foundation of the wind turbine.
  • Such an anchoring system has the effect that the outer flange width, that is to say the part of the flange which projects beyond the diameter of the lateral surface, can be reduced because the forces required for anchoring are no longer transmitted by anchor bolts, which are guided by holes in the flange, but with the help of a designed as a collet chuck or fixing device.
  • the flange of the tower accordingly has no holes or recesses;
  • the top and bottom of the flange are aligned substantially orthogonal to the vertically oriented tower axis. This causes a simpler transport of the tower according to the invention.
  • This fastening device is - except for a bearing surface, which rests on the top of the flange of the tower - arranged in the assembled state radially to the flange and clamped by means of clamping elements - for example, also anchor bolts or tension strands - with the foundation.
  • clamping elements for example, also anchor bolts or tension strands - with the foundation.
  • the clamping elements of the fastening device in the radial direction at a greater distance from the axis of the tower, as the circumferential end face of the flange.
  • the fastening device is designed as a collet.
  • the fastening device has in addition to a bearing surface, via which the contact force is transmitted to the flange, and a support surface which serves as a support of the collet and defined by their distance from the support surface, the length of the power arm according to the lever law.
  • the anchoring system has a plurality of fastening devices, which are preferably designed as collets and are preferably arranged symmetrically in the mounted state around the circumference of the tower in the region of the flange.
  • the Fastening devices in this case formed so that they form a segmented annular disc in the assembled state, the inner radius is smaller than the outer radius of the flange, so that a defined bearing surface is formed by the difference between the inner radius of the segmented annular disc and the outer radius of the flange ,
  • the fastening device is designed as a clamping jaw.
  • a clamping jaw also has a bearing surface for transmitting the contact pressure on the flange, but not on a support surface.
  • the clamping element which is connected to the clamping claw, absorb transverse forces in order to prevent slippage of the bearing surface of the flange.
  • the anchoring system preferably has a plurality - ie at least two - preferably symmetrically around the circumference of the tower in the region of the flange arranged clamping jaws, which form a segmented annular disc in the mounted state and connected to each other are.
  • the fastening device is designed as a non-segmented annular disc - ie annular disk in one piece - which is pushed over the tower during assembly from above.
  • the tower of the wind turbine or the lower tower segment has a T-flange at the lower end, preferably at least one fastening device is arranged in the assembled state so that it braces the radially inwardly pointing flange of the tower or the lower tower segment against the foundation
  • the tower of the anchoring system has an outer radius in the region of the lateral surface without flange of more than 1, 8 meters, more preferably of more than 1, 9 or even more than 2 meters.
  • the said outer flange of the tower preferably has a width of less than 0.25 meters, more preferably of at most 0.2 or even at most 0.15 meters.
  • the wall thickness of the tower is less than 5 parts per thousand of the height of the tower. According to a particularly preferred embodiment, the wall thickness is less than 4.5 parts per thousand, and more preferably less than 4.2 parts per thousand of the tower height. These two embodiments are particularly advantageous when the tower is higher than 80 meters, in particular higher than 100 meters, or preferably higher than 120 meters.
  • a further aspect of the invention relates to an inventive fastening device for the anchoring system described.
  • This fastening device which is designed in the mounted state to transmit a contact pressure on the upper side of a flange of a tower of a wind turbine, according to the invention has a mounted in the state downwardly oriented and the top of the flange facing support surface which is annular disc-shaped or ring-disk segment-shaped and is preferably limited by a peripheral abutting edge.
  • the abutting edge has in a horizontal plane - at least in the region in which it abuts against the support surface - has a radius of curvature which corresponds to half the diameter of the outer flange, in particular a radius of curvature of between 2.05 and 2.15 meters, and preferably between 2.1 and 2.15 meters.
  • the fastening device is made of more than 90% cast iron.
  • a further aspect of the invention relates to a tubular tower segment, preferably but not limited to, preferably made of steel and / or GRP for the tower of an onshore wind turbine.
  • the lower tubular tower segment an outer radius in the region of the lateral surface without flange of more than 1, 8 meters, more preferably of more than 1, 9 or even more than 2 meters.
  • this tower segment according to the invention has an outer flange at the lower end, which has a width of less than 0.25 meters, more preferably of at most 0.2 or even at most 0.15 meters.
  • a further aspect of the invention relates to a wind turbine, which has at least one tower with the above-mentioned tubular tower segment, a machine house, a rotor shaft, a rotor hub and rotor blades and the above-mentioned fastening device.
  • FIG. 1 is a side view of a tower for a wind turbine with tubular tower segments
  • Fig. 2 is a side view of the lower part of the tower of the wind turbine of Fig. 1, with reduced flange width
  • FIG. 3 shows a schematic illustration of the anchoring system according to the invention for a wind turbine
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a further embodiment of the anchoring system according to the invention for a wind turbine
  • Fig. 5 is a plan view of the anchoring system according to the invention with a plurality of fastening devices.
  • 1 shows a plan view of a wind turbine designed as an on-shore system.
  • the nacelle with rotor shaft and the rotor blades of the wind turbine connected via a hub to the rotor shaft rest on a tower 10 composed of tubular segments 12.
  • the individual tubular segments are formed according to the invention in one piece, ie not of composite half shells and preferably of such type as used for on-shore facilities.
  • the tower 10 has a height h of more than 90 meters in the assembled state.
  • FIG. 2 shows the lower end of the wind turbine according to FIG. 1.
  • the lower end of the tower 10 has a flange 14, which has a substantially orthogonal to the vertical tower axis 1 1 extending top and bottom and extending between the top and bottom face.
  • the tower 10 rests on a foundation fixture 16, a so-called anchor cage, which is fixed to the foundation 15.
  • the tower 10 shown here or the lower tower segment 12 does not correspond to the prior art, because he / it has dimensions, which only together with an anchoring system 1 according to the invention a secure bracing of the tower 10 with the foundation fixture 16 and thus with the foundation 15 ensure. Accordingly, the tower 10 shown here and the lower tower segment 12 represents an independent aspect of the invention.
  • FIG. 3 shows a schematic cross-sectional illustration of the anchoring system 1 according to the invention for an onshore wind turbine.
  • the lower tower segment 12 which has an inner 14, and an outer 14 a Has flange, is braced with the foundation fixture 16 and thus also with the foundation 15.
  • the outer flange 14 a is clamped by means of a fastening device 30, which represents an independent aspect of the invention.
  • the inner flange 14, according to the embodiment shown here by means of clamping screw 18 and clamping nut 20 is clamped to the foundation fixture 16.
  • the fastening device 30 shown here is designed as a collet because it comprises both a support surface 32, as well as a support surface 34.
  • the fastening device 30 is a vertically downward contact force on the support surface 32 on the outer flange 14 a of the tower 10, the fastening device 30 in the assembled state with the help of the clamping elements 19, 21, which are designed as a clamping screw 19 and clamping nut 21, with the foundation fixture 16 and thus indirectly clamped to the foundation 15.
  • the fixing device 30 In order to ensure that the fastening device 30 during tightening of the clamping elements 19, 21 not with the support surface 32 side of the outer flange 14 a slipping or unwanted transverse forces and bending moments on the clamping members 19, act 21 is formed the fixing device 30 as the collet.
  • the support surface 34 can be regarded as a support of the collet, wherein the distance between the support surface 32 and the support surface 34 defines the power arm in the sense of the law of levers. Unwanted bending moments, which act on the clamping elements 19, 21, are avoided by this design.
  • a recess is provided in the fastening device 30, by means of which the bearing surface 32 on the one hand and a joint edge 33 on the other hand are defined.
  • the abutting edge 33 is in the assembled state at the circumferential end face of the outer flange 14 a and accordingly has a radius of curvature of 2.1 meters in the horizontal plane.
  • the support surface 32 corresponds to a circular disc segment.
  • FIG. 4 shows a schematic illustration of a further embodiment of the anchoring system 1 according to the invention for a wind turbine.
  • the tower 10 and the lower tower segment 12 has a T-flange 14, wherein in the assembled state at least one fastening device 30, the radially inwardly facing flange (14,) of the tower (10) braced against the foundation (15) ,
  • FIG 5 shows a plan view of the anchoring system 1 with a plurality of fastening devices 30.
  • the lower tubular tower segment 12 can be seen in the center of the drawing. Contrary to tubular tower segments 10 according to the prior art, this segment has a wall height W s of less than 45 millimeters at a tower height of 90 meters and according to the invention possesses a ratio between wall thickness W s and tower height h of less than 45 per thousand.
  • Inner flange 34 support surface

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verankerungssystem für einen Stahlrohrturm einer Windturbine. Das erfindungsgemäße Verankerungssystem (1) ist dazu ausgebildet, eine Windturbine direkt oder indirekt gegen ein Fundament (15) für eine Windturbine zu verspannen und umfasst einen Turm (10) bzw. ein unteres Turmsegment, welcher bzw. welches zumindest an seinem unteren Ende einen Flansch (14) aufweist, wenigstens ein Spannelement (19, 21) und eine Befestigungsvorrichtung (30). Der Flansch besitzt dabei eine im montierten Zustand dem Fundament zugewandte Unterseite und eine dem Fundament abgewandte Oberseite sowie eine in Umfangsrichtung um den Flansch laufende, Ober- und Unterseite verbindende Stirnfläche. Die Befestigungsvorrichtung ist erfindungsgemäß als Spannklaue oder Spannzange ausgebildet und im montierten Zustand über das Spannelement direkt oder indirekt derart mit dem Fundament verbunden, dass sie eine auf die Oberseite des Flansches wirkende, vertikal nach unten d. h. in Richtung des Fundamentes gerichtete Anpresskraft überträgt, durch welche der Flansch des Turmes gegen das Fundament der Windturbine verspannt ist.

Description

Turm für eine Windturbine
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verankerungssystem für einen Stahlrohrturm einer Windturbine. Sehr hohe Stahlrohrtürme benötigen eine bestimmte Steifigkeit wegen der auftretenden Vibration und der Eigenfrequenz. Dazu wird ein großer Turmdurchmesser oder eine große Wandstärke benötigt. Die Verankerung von Stahlrohrtürmen wird häufig mit Hilfe eines Flansches, besonders häufig mit Hilfe eines T-Flansches realisiert, welcher meist über zwei ringkreisförmig angeordnete Reihen von Ankerschrauben mit dem Fundament verspannt ist. Da der Transport von Stahlrohrtürmen von den Fertigungshallen der Hersteller zu den Aufstellungsstandorten meist mit Hilfe von Schwerlasttransporten über Land realisiert werden muss, ergibt sich wegen der Höhe von Brücken eine maximale Transporthöhe von 4,5 Metern. Die Turmsegmente werden beim Transport meist liegend transportiert, weshalb der maximale Durchmesser der Turmsegmente daher im Bereich des Flansches die Transporthöhe nicht überschreiten darf. Der Abstand zwischen der Straße und den transportierten Turmsegmenten entspricht bei den meisten Schwertransportern etwa 0,1 bis 0,2 Meter. Aus diesem Grund darf der maximale Durchmesser der Turmsegmente inklusive des Flansches nicht größer als 4,3 bzw. 4,4 Meter sein. Um eine ausreichende Standfläche und genügend Raum für die Positionierung der Ankerschrauben zur Verfügung zu stellen, muss die äußere Flanschbreite - das hei ßt der Teil des T-Flansches, welcher über den Durchmesser der Mantelfläche hinausragt - größer als 0,25, meist größer als 0,3 Meter sein. Dies gilt insbesondere für Türme von über 80 Metern Höhe. Aus diesem Grund darf der maximale Durchmesser des Turmes im Bereich der Mantelfläche ohne Flansch bei der Verwendung herkömmlicher Verankerungssysteme nicht größer sein als bestimmtes Maß, vorzugweise 4,0 oder 4,05 Meter. Wegen der transportbedingten Querschnittsbeschränkung der Turmsegmente, müssen bei Windturbinen mit großen Türmen deshalb andere Maßnahmen getroffen werden, um eine ausreichenden Steifigkeit des Turms zu gewährleisten. Eine Möglichkeit besteht darin, die Turmsegmente mit einer größeren Wandstärke zu konzipieren. Dies führt allerdings zu einem höheren Materialverbrauch, was sich kostentechnisch negativ auswirkt.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht demnach darin, eine erhöhte Steifigkeit ohne einen erhöhten Materialverbrauch zu realisieren.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verankerungssystem für eine Windturbine mit den Merkmalen des Hauptanspruchs 1 gelöst.
Das erfindungsgemäße Verankerungssystem ist dazu ausgebildet, eine Windturbine direkt oder indirekt gegen ein Fundament für eine Windturbine zu verspannen und umfasst einen Turm bzw. ein unteres Turmsegment, welcher bzw. welches zumindest an seinem unteren Ende einen Flansch aufweist, wenigstens ein Spannelement und eine Befestigungsvorrichtung. Der Flansch besitzt dabei eine im montierten Zustand dem Fundament zugewandte Unterseite und eine dem Fundament abgewandte Oberseite sowie eine in Umfangsrichtung um den Flansch laufende, Ober- und Unterseite verbindende Stirnfläche.
Die Befestigungsvorrichtung ist erfindungsgemäß als Spannklaue oder Spannzange ausgebildet und im montierten Zustand über das Spannelement direkt oder indirekt derart mit dem Fundament verbunden, dass sie eine auf die Oberseite des Flansches wirkende, vertikal nach unten d. h. in Richtung des Fundamentes gerichtete Anpresskraft überträgt, durch welche der Flansch des Turmes gegen das Fundament der Windturbine verspannt ist. Ein derartiges Verankerungssystem bewirkt, dass die äußere Flanschbreite, also der Teil des Flansches, welcher über den Durchmesser der Mantelfläche hinausragt, reduziert werden kann, denn die Kräfte, die für die Verankerung erforderlich sind, werden nicht mehr durch Ankerschrauben übertragen, welche durch Bohrungen im Flansch geführt werden, sondern mit Hilfe einer als Spannzange oder Spannklaue ausgebildeten Befestigungsvorrichtung. Vorzugsweise weist der Flansch des Turmes dementsprechend keine Bohrungen oder Aussparungen auf; besonders bevorzugt sind die Ober- und Unterseite des Flansches im Wesentlichen orthogonal zur vertikal orientierten Turmachse ausgerichtet. Dies bewirkt einen einfacheren Transport des erfindungsgemäßen Turms.
Diese Befestigungsvorrichtung ist - bis auf eine Auflagefläche, welche auf der Oberseite des Flansches des Turms aufliegt - im montierten Zustand radial zum Flansch angeordnet und mit Hilfe von Spannelementen - zum Beispiel ebenfalls Ankerschrauben oder Spannlitzen - mit dem Fundament verspannt. Im montierten Zustand weisen dementsprechend die Spannelemente der Befestigungsvorrichtung in radialer Richtung einen größeren Abstand von der Achse des Turmes auf, als die umlaufende Stirnfläche des Flansches. Durch das Verspannen der Spannelemente der Befestigungsvorrichtung direkt oder indirekt mit dem Fundament, übt die Befestigungsvorrichtung über die Auflagefläche eine lokal definierte Anpresskraft auf die Oberseite des Flansches des Turms aus, sodass dieser mit dem Fundament direkt oder indirekt verspannt ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Befestigungsvorrichtung als Spannzange ausgebildet. Als Spannzange besitzt die Befestigungsvorrichtung neben einer Auflagefläche, über welche die Anpresskraft auf den Flansch übertragen wird, auch eine Abstützfläche, welche als Auflager der Spannzange dient und durch ihren Abstand zur Auflagefläche die Länge des Kraftarms nach dem Hebelgesetz definiert. Vorzugsweise verfügt das Verankerungssystem über eine Vielzahl von Befestigungsvorrichtungen, welche bevorzugt als Spannzangen ausgebildet sind und im montierten Zustand bevorzugt symmetrisch um den Umfang des Turmes im Bereich des Flansches angeordnet sind. Besonders bevorzugt sind die Befestigungsvorrichtungen dabei so ausgebildet, dass sie im montierten Zustand eine segmentierte Ringscheibe bilden, deren innerer Radius kleiner ist, als der äußere Radius des Flansches, so dass durch die Differenz zwischen innerem Radius der segmentierten Ringscheibe und dem äußeren Radius des Flansches eine definierte Auflagefläche gebildet wird.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung, ist die Befestigungsvorrichtung als Spannklaue ausgebildet. Eine Spannklaue verfügt zwar ebenfalls über eine Auflagefläche zur Übertragung der Anpresskraft auf den Flansch, nicht jedoch über eine Abstützfläche. Demnach muss das Spannelement, welches mit der Spannklaue verbunden ist, Querkräfte aufnehmen, um ein Abrutschen der Auflagefläche von dem Flansch zu verhindern. Um diese Querkräfte bei der Verwendung von Spannklauen als Befestigungsvorrichtungen zu vermeiden, verfügt das Verankerungssystem vorzugsweise über eine Mehrzahl - also wenigstens zwei - bevorzugt symmetrisch um den Umfang des Turmes im Bereich des Flansches angeordnete Spannklauen, welche im montierten Zustand eine segmentierte Ringscheibe bilden und miteinander verbunden sind.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Befestigungsvorrichtung als eine nicht segmentierte Ringscheibe - d. h. Ringscheibe aus einem Stück - ausgebildet, welche bei der Montage von Oben über den Turm geschoben wird. Weist der Turm der Windturbine bzw. das untere Turmsegment am unteren Ende einen T-Flansch auf, so ist im montierten Zustand vorzugsweise wenigstens eine Befestigungsvorrichtungen so angeordnet, dass sie den radial nach innen weisenden Flansch des Turmes bzw. das untere Turmsegment gegen das Fundament verspannt. Vorzugsweise weist der Turm des Verankerungssystems einen äußeren Radius im Bereich der Mantelfläche ohne Flansch von mehr als 1 ,8 Metern, besonders bevorzugt von mehr als 1 ,9 oder sogar von mehr als 2 Metern auf. Der besagte äußere Flansch des Turmes hat vorzugsweise eine Breite von weniger als 0,25 Meter, besonders bevorzugt von höchstens 0,2 oder sogar höchstens 0,15 Metern.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform beträgt die Wandstärke des Turms weniger als 5 Promille der Höhe des Turms. Gemäß einer Besonders bevorzugten Ausführungsform beträgt die Wandstärke weniger als 4,5 Promille, und weiter bevorzugt weniger als 4,2 Promille der Turmhöhe. Diese beiden Ausführungen sind besonders vorteilhaft, wenn der Turm höher als 80 Meter, insbesondere höher als 100 Meter, oder vorzugweise höher als 120 Meter ist. Ein weiter Aspekt der Erfindung betrifft eine erfinderische Befestigungsvorrichtung für das beschriebene Verankerungssystem.
Diese Befestigungsvorrichtung, welche im montierten Zustand dazu ausgebildet ist, eine Anpresskraft auf die Oberseite eines Flansches eines Turms einer Windturbine zu übertragen, verfügt erfindungsgemäß über eine im montierten Zustand nach unten orientierte und der Oberseite des Flansches zugewandte Auflagefläche, welche ringscheibenförmig oder ringscheibensegmentförmig ausgebildet ist und vorzugsweise durch eine umlaufende Stoßkante begrenzt wird. Die Stoßkante weist dabei in einer horizontalen Ebene - zumindest in dem Bereich, in dem sie an die Auflagefläche stößt - einen Krümmungsradius aufweist, der dem halben Durchmesser des äußeren Flansches entspricht, insbesondere einen Krümmungsradius von zwischen 2,05 und 2,15 Metern und vorzugsweise zwischen 2,1 und 2,15 Metern aufweist.
Besonders bevorzugt ist die Befestigungsvorrichtung zu mehr als 90% aus Gusseisen hergestellt. Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein rohrförmiges Turmsegment, vorzugsweise, aber nicht limitiert auf, aus vorzugsweise Stahl und/oder GFK für den Turm einer - on shore - Windturbine. Erfindungsgemäß besitzt das untere rohrförmige Turmsegment einen äußeren Radius im Bereich der Mantelfläche ohne Flansch von mehr als 1 ,8 Metern, besonders bevorzugt von mehr als 1 ,9 oder sogar von mehr als 2 Metern. Gleichzeitig weist dieses Turmsegment erfindungsgemäß einen äußeren Flansch am unteren Ende auf, welcher eine Breite von weniger als 0,25 Metern, besonders bevorzugt von höchstens 0,2 oder sogar höchstens 0,15 Metern besitzt.
Ein weitere Aspekt der Erfindung betrifft eine Windturbine, welche wenigstens über einen Turm mit dem oben genannten rohrförmigen Turmsegment, ein Maschinenhaus, eine Rotorwelle, eine Rotornabe und Rotorblätter sowie über die oben genannte Befestigungsvorrichtung verfügt.
Weitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus den Zeichnungen anhand der Beschreibung hervor.
In den Zeichnungen zeigt:
Fig. 1 eine Seitenansicht auf einen Turm für eine Windturbine mit rohrförmigen Turmsegmenten,
Fig. 2 eine Seitenansicht des unteren Teils des Turms der Windturbine aus Fig. 1 , mit verkleinerter Flanschbreite
Fig. 3 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verankerungssystems für eine Windturbine, Fig. 4 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verankerungssystems für eine Windturbine,
Fig. 5 eine Draufsicht auf das erfindungsgemäßen Verankerungssystems mit einer Mehrzahl von Befestigungsvorrichtungen. Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf eine als On-Shore-Anlage ausgebildete Windturbine. Dabei ruhen das Maschinenhaus mit Rotorwelle und die über eine Nabe mit der Rotorwelle verbundenen Rotorblätter der Windturbine auf einem aus rohrförmigen Segmenten 12 zusammengesetzten Turm 10. Die einzelnen rohrförmigen Segmente sind dabei erfindungsgemäß aus einem Stück d. h. nicht etwa aus zusammengesetzten Halbschalen gebildet und vorzugsweise von solcher Art, wie sie für On-Shore-Anlagen Verwendung finden. Der Turm 10 weist im montierten Zustand eine Höhe h von mehr als 90 Metern auf.
Fig. 2 zeigt das untere Ende der Windturbine gemäß Fig. 1 . Dabei weist das untere Ende des Turmes 10 einen Flansch 14 auf, welcher eine im Wesentlichen orthogonal zur vertikalen Turmachse 1 1 verlaufende Ober- und Unterseite sowie eine sich zwischen Ober- und Unterseite erstreckende Stirnfläche aufweist. Mit der Unterseite seines Flansches 14 ruht der Turm 10 auf einem Fundamenteinbauteil 16, einem so genannter Ankerkäfig, welcher Fest mit dem Fundament 15 verbunden ist. Der hier dargestellte Turm 10 bzw. das untere Turmsegment 12 entspricht dabei nicht dem Stand der Technik, denn er/es weist Maße auf, welche nur zusammen mit einem erfindungsgemäßen Verankerungssystem 1 ein sicheres Verspannen des Turms 10 mit dem Fundamenteinbauteil 16 und somit mit dem Fundament 15 gewährleisten. Dementsprechend stellt der hier dargestellte Turm 10 bzw. das untere Turmsegment 12 einen selbständigen Aspekt der Erfindung dar.
An seinem unteren Ende weist der Turm 10 im Bereich der Mantelfläche, also ohne den äußeren Flansch 14a, einen äußeren Durchmesser DM von 3,8 Metern auf. Im Bereich des Flansches 14a weist der Turm einen äußeren Durchmesser von DF von 4,2 Metern auf. Fig. 3 zeigt eine schematische Querschnitts-Darstellung des erfindungsgemäßen Verankerungssystems 1 für eine On-Shore-Windturbine. Im Detail ist hier dargestellt, wie das untere Turmsegment 12, welches einen inneren 14, und einen äußeren 14a Flansch aufweist, mit dem Fundamenteinbauteil 16 und damit auch mit dem Fundament 15 verspannt ist. Dabei ist der äußere Flansch 14a mit Hilfe einer Befestigungsvorrichtung 30 verspannt, welche einen selbständigen Aspekt der Erfindung darstellt. Der innere Flansch 14, ist gemäß der hier dargestellten Ausführungsform mit Hilfe von Spannschraube 18 und Spannmutter 20 mit dem Fundamenteinbauteil 16 verspannt.
Die hier dargestellte Befestigungsvorrichtung 30 ist als Spannzange ausgebildet, denn sie umfasst sowohl eine Auflagefläche 32, wie auch eine Abstützfläche 34. Um zu erreichen, dass die Befestigungsvorrichtung 30 eine senkrecht nach unten gerichtete Anpresskraft über die Auflagefläche 32 auf den äußeren Flansch 14a des Turmes 10 ausübt, ist die Befestigungsvorrichtung 30 im montierten Zustand mit Hilfe der Spannelemente 19, 21 , welche als Spannschraube 19 und Spannmutter 21 ausgeführt sind, mit dem Fundamenteinbauteil 16 und damit indirekt auch mit dem Fundament 15 verspannt.
Um zu gewährleisten, dass die Befestigungsvorrichtung 30 beim Verspannen der Spannelemente 19, 21 nicht mit der Auflagefläche 32 seitlich von dem äußeren Flansch 14a abrutscht bzw. ungewünschte Querkräfte und Biegemomente auf die Spannelemente 19, 21 wirken, ist die Befestigungsvorrichtung 30 als Spannzange ausgebildet. Die Abstützfläche 34 kann dabei als Auflager der Spannzange angesehen werden, wobei der Abstand zwischen der Auflagefläche 32 und der Abstützfläche 34 den Kraftarm im Sinne des Hebelgesetzes definiert. Unerwünschte Biegemomente, welche auf die Spannelemente 19, 21 wirken, werden durch diese Bauweise vermieden.
Um eine definierte Auflagefläche 32 bereitzustellen, ist in der Befestigungsvorrichtung 30 eine Ausnehmung vorgesehen, durch welche die Auflagefläche 32 einerseits und eine Stoßkante 33 andererseits definiert werden. Die Stoßkante 33 liegt dabei im montierten Zustand an der umlaufenden Stirnfläche des äußeren Flansches 14a an und weist dementsprechend in der horizontalen Ebene einen Krümmungsradius von 2,1 Metern auf. Die Auflagefläche 32 entspricht dabei einem Kreisscheibensegment.
Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verankerungssystems 1 für eine Windturbine. Gemäß dieser Ausführungsform weist der Turm 10 bzw. das untere Turmsegment 12 einen T- Flansch 14 auf, wobei im montierten Zustand wenigstens eine Befestigungsvorrichtung 30 den radial nach innen weisenden Flansch (14,) des Turmes (10) gegen das Fundament (15) verspannt.
Fig. 5 zeigt eine Draufsicht des Verankerungssystems 1 mit einer Mehrzahl von Befestigungsvorrichtungen 30.
Dabei ist im Zentrum der Zeichnung das untere rohrförmige Turmsegment 12 zu sehen. Entgegen rohrförmigen Turmsegmenten 10 gemäß dem Stand der Technik weist dieses Segment bei einer Turmhöhe von 90 Metern eine Wandstärke Ws von weniger als 45 Millimeter auf und besitz demnach erfindungsgemäß ein Verhältnis zwischen Wandstärke Ws und Turmhöhe h von kleiner als 45 Promille.
Als gestrichelte Linie ist die umlaufende Kante des äußeren Flansches 14a mit dem Durchmesser DF zu erkennen. Überlappend im Bereich der Auflageflächen 32 ruhen - ansonsten seitlich radial weiter außen angeordnet - eine Mehrzahl von Befestigungsvorrichtungen 30 auf dem äußeren Flansch 14a. Die Befestigungsvorrichtungen 30 sind dabei in Verbindungsbereichen 36 miteinander verbunden. Dies erhöht die Steifigkeit, des Verankerungssystems 1 .
Die in den beschriebenen Ausführungsbeispielen offenbarten Merkmalskombinationen sollen nicht limitierend auf die Erfindung wirken, vielmehr sind auch die Merkmale der unterschiedlichen Ausführungen miteinander kombinierbar. Bezugszeichenliste Turm 21 Spannelement
Turmachse 30 Befestigungsvorrichtung Rohrförmige Turmsegmente 32 Auflagefläche
Flansch 33 Stoßkante
, Innerer Flansch 34 Abstützfläche
a Äußerer Flansch 36 Verbindungsbereich
Fundament A Abstand
Fundamenteinbauteil DM Turm-Durchmesser im Bereich des Mantels
Spannschraube
DF Turm-Durchmesser im Bereich Spannelement des Flansches
Spannmutter Ws Wandstärke

Claims

Patentansprüche
1. Verankerungssystem (1 ) für eine Windturbine,
- mit einem unteren Turmsegment (12) für einen Turm (10) einer Windturbine, welches an seinem unteren Ende einen Flansch (14) aufweist,
- mit wenigstens einem mit einem Fundament (15) für eine Windturbine verbindbaren Spannelement (19, 21 ),
dadurch gekennzeichnet, dass eine als Spannklaue oder Spannzange ausgebildete Befestigungsvorrichtung (30) im montierten Zustand über das Spannelement (19, 21 ) direkt oder indirekt derart mit dem Fundament (15) verbunden ist, sodass eine durch die Verbindung des Spannelements (19, 21 ) mit dem Fundament (15) erzeugte und über die Befestigungsvorrichtung (30) übertragenen, auf eine Oberseite des Flansches (14) wirkende, vertikal nach unten gerichtete Anpresskraft ein Verspannen des Flansches (14) des unteren Turmsegments (12) und damit des Turms (10) gegen das Fundament (15) bewirkt.
2. Verankerungssystem (1 ) gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das mit der Befestigungsvorrichtung (30) verbundene Spannelement (19, 21 ) im montierten Zustand in einem Abstand (A) zu einer Turmachse (1 1 ) mit dem Fundament (15) verspannt angeordnet ist, welcher größer ist, als der halbe Durchmesser (DF) des äußeren Flansches (14a) des Turmsegments (12).
3. Verankerungssystem (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsvorrichtung (30) als Spannzange ausgebildet ist und über eine Auflage- (32) und eine Abstützfläche (34) verfügt, wobei die Auflagefläche (32) im montierten Zustand zur Übertragung der Anpresskraft auf den Flansch (14) dient, während die Abstützfläche (34) im montierten Zustand in einem Abstand zu der Turmachse (1 1 ) angeordnet ist, welcher größer ist, als der halbe Durchmesser (DF) des Flansches (14) des Turmsegments (12). und als Auflager der Spannzange dient.
4. Verankerungssystem (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass im montierten Zustand eine Mehrzahl an Befestigungsvorrichtungen (30) um den Umfang des Turmsegments (1 2) verteilt angeordnet sind.
5. Verankerungssystem (1 ) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die
Befestigungsvorrichtungen (30) eine auf dem Flansch (14) aufliegende segmentierte Ringscheibe bilden.
6. Verankerungssystem (1 ) nach einem der Ansprüche 1 , 2, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsvorrichtung (30) als Spannklaue ausgebildet ist und im montierten Zustand auf dem Flansch (14) des Turmsegments (1 2) aufliegt und dieses gegen das Fundament (15) verspannt.
7. Verankerungssystem (1 ) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Turmsegment (12) einen T-Flansch (14) aufweist, wobei im montierten Zustand wenigstens eine Befestigungsvorrichtungen (30) den radial nach innen weisenden Flansch (14,) des Turmsegments (12) gegen das Fundament (1 5) verspannt.
8. Verankerungssystem (1 ) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Turmsegment (12) im Bereich der Mantelfläche ohne Flansch (14) einen Durchmesser (DM) von mehr als 3,6 Metern, bevorzugt von mehr als 3,8 Metern und besonders bevorzugt von mehr als 4 Metern besitzt.
9. Verankerungssystem (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Flansch (14) des Turmsegments (12) einen äu ßeren Durchmesser (DF) aufweist, welcher weniger als 0,5 Meter, vorzugsweise höchstens 0,4 Meter und besonders bevorzugt höchstens 0,3 Meter über dem Durchmesser (DM) des Turmssegments (12) ohne Flansch (14) liegt.
10. Befestigungsvorrichtung (30) für ein Verankerungssystem (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, welches über eine Auflagefläche (32) verfügt, welche dazu ausgebildet ist, im montierten Zustand einer Anpresskraft auf den Flansch (14) zu übertragen, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflagefläche durch eine Stoßkante (33) begrenzt wird, welche in einer horizontalen Ebene einen Krümmungsradius aufweist, der dem halben Durchmesser (DF) des äu ßeren Flansches (14a) entspricht, oder einen Krümmungsradius von zwischen 2,05 und 2,15 Metern und vorzugsweise zwischen 2,1 und 2, 15 Metern aufweist.
1 1 . Rohrförmiges Turmsegment (1 2) für ein Verankerungssystem (1 ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, mit einem Durchmesser (DM) ohne Flansch (14) von mehr als 3,8 Metern, vorzugsweise von mehr als 3,9 Metern und besonders bevorzugt von mehr als 4 Metern und einem Durchmesser (DF) des äu ßerer Flansches (14a) welcher höchstens 0,5 Meter, vorzugsweise höchstens 0,4 Meter und besonders bevorzugt höchstens 0,3 Meter über dem Durchmesser (DM) des Turms ohne Flansch (14) liegt.
12. Rohrförmiges Turmsegment (12) nach Anspruch 13 hergestellt aus Stahl oder GFK.
13. Turm (10) für eine Windturbine (1 ) mit einem Verankerungssystem (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke (Ws) des Turms (10) zur Turmhöhe (h) weniger als 5 Promille, bevorzugt 4,5 Promille, und besonders bevorzugt 4,3 Promille beträgt.
14. Turm (10) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Turm (10) eine Höhe (h) von 80 Metern, bevorzugt eine Höhe (h) von 100 Metern, und besonders eine Höhe (h) von 120 Metern beträgt.
15. Windturbine, umfassend einen Turm (10), ein darauf drehbar gelagertes Maschinenhaus, eine Rotorwelle, eine Rotornabe gekennzeichnet durch Verankerungssystems gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9.
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