DE102005014025A1

DE102005014025A1 - Als Stahlfachwerkkonstruktion ausgebildeter Turm, vorzugsweise für Windkraftanlagen

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Publication number: DE102005014025A1
Application number: DE102005014025A
Authority: DE
Inventors: Rudolf Eckart
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-03-23
Filing date: 2005-03-23
Publication date: 2006-09-28

Abstract

Als Stahlfachwerkkonstruktion ausgebildeter Turm (TW), vorzugsweise für Windkraftanlagen. Der Turm (TW) hat die Form eines von unten nach oben sich verjüngenden Pyramidenstumpfes, in dessen Eckbereichen aus Stahl bestehende Stützrohre (1; 1A, 1B, 1C, 1D; SRA) sich von einer unteren Fundamentverankerung (2, 2a) bis zu einer oberen Abschlußetage (ET4) erstrecken. In die Stützrohre (1, SRA) sind Stahlbetonstützen (4) eingebaut, welche sich durch die Stützrohre (1, SRA) bis in das Fundament (2a) hineinerstrecken und mit dessen nach oben weisender Anschlußarmierung verzahnt und vergossen sind. Das Turmskelett ist durch Viereck-Gitterwerke (GW1-GW4), bestehend aus Rahmenstreben (RS) und Diagonalstreben (DS), in den Knotenbereichen (40) versteift, außerdem durch acht diagonal verlegte Spannglieder pro Etage (ET1-ET2), die an den Gitterwerken angreifen, verspannt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen als Stahlfachwerkkonstruktion ausgebildeten Turm, vorzugsweise für Windkraftanlagen.

Bei einem solchen werden die bei Rohrtürmen vorhandenen Schwierigkeiten vermieden, für welche charakteristisch ist: Großes Kippmoment bei kleiner Grundfläche, daher schweres Fundament erforderlich; Rohr muss aus vielen Stahlplatten zusammengeschweißt werden; sehr viele Bohrungen und Schrauben; hoher Stahlbedarf; große Teile zum Transport.

Bei Gittermasten hat man sehr viele Einzelteile, die alle bearbeitet werden müssen, dadurch hoher Arbeitsaufwand für die Bearbeitung, aber auch bei der Montage.

Für Betontürme ist charakteristisch: Hohe Eigenlast bedeutet großes Fundament (Turmgewicht bei 124 m Nabenhöhe 2.500 t); hoher Arbeitsaufwand für Schalung und Armierung, d.h. es wird viel Beton. benötigt (ca. 1.000 cbm für Turm).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Umgehung der geschilderten Schwierigkeiten eine Turmkonstruktion zu schaffen, die bei einfacher Bauweise eine hohe Tragfähigkeit aufweist und auch relativ einfach auf der Baustelle zu montieren ist.

Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe bei einem gattungsgemäßen Turm durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst, nämlich durch die Kombination der folgenden Merkmale:

a) der Turm hat die Form eines von unten nach oben sich verjüngenden Pyramidenstumpfes, in dessen Eckbereichen aus Stahl bestehende Stützrohre sich von einer unteren Fundamentverankerung bis zu einer oberen Abschlußetage erstrecken;
b) in die Stützrohre sind Stahlbetonstützen eingebaut, welche sich durch die Stützrohre bis in das Fundament hinein erstrecken und mit dessen nach oben weisender Anschlußarmierung verzahnt und vergossen sind.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Ansprüchen 2 bis 11 angegeben. Eine besonders vorteilhafte Turmkonstruktion und -montage erreicht man dadurch, daß

a) die Montage von einer Turmetage zur nächsten abschnittsweise von unten nach oben erfolgt, und zwar mit entsprechenden, sukzessive miteinander zu verbindenden Stützrohr-Abschnitten, mit in den oberen Endbereichen der Stützrohr-Abschnitte der jeweiligen Turmetage mit diesen verbundenen horizontalen Vieleck-Rahmenstreben und Eckstreben und mit Spanngliedern, welche jeweils die Knotenpunkte zweier Stützrohr-Abschnitte, die sich entweder diagonal in einer Ebene oder räumlich-diagonal gegenüberliegen, miteinander- verspannen;
b) die Stützrohre bzw. ihre Rohrabschnitte in ihrem Inneren mit Stahlbetonstützen in Form von kreisringförmig angeordneten betonummantelten Stahlarmierungselementen, insbesondere mit von Wendeln umfaßten Stäben, ausgefüllt sind;
c) im unteren Fußbereich der untersten Stützrohr-Abschnitte aus Fundamenten, insbesondere Einzelfundamenten, die den Turmecken zugeordnet sind, die Anschluß-Armierung nach oben herausragt, auf welche die untersten Stützrohr-Abschnitte mit ihren Fußenden unter Überlappung mit ihren eigenen Armierungskörben aufgesetzt sind, wobei die Betonvergußmasse der unteren Stützrohr-Abschnitte durch diese hindurch bis zur Anschlußarmierung der Fundamente reicht und so die Fußenden der Stützrohre an den Fundamenten verankert.

In bevorzugter Ausführungsform bilden die Vieleck-Rahmenstreben und Eckstreben der jeweiligen Turmetage die Seiten und Diagonalen eines Quadrats. Besonders zweckmäßig ist es, wenn die Stützrohr-Abschnitte mittels an ihren Enden angebrachter Kupplungsflansche, insbesondere Ringflansche, zu einem Stützrohr voller Länge zusammensetzbar sind.

Für die Anwendung des Turms bei Windenergieanlagen besteht eine bevorzugte Ausführungsform darin, daß zur Bildung eines Maschinenhauses für die Rotoranordnung einer Windenergieanlage zwei im Bereich der Turmspitze angeordnete, in einer ersten und in einer zweiten Horizontalebene sich befindende Ringkonstruktionen vorgesehen sind:

a) ein unterer Tragring in der ersten Ebene, der am Außenumfang des Turmes in Höhe einer Horizontalverstrebung angeordnet und an seinem Innenumfang zumindest mit den Eckstützrohren des Turmes fest verbunden ist; und
b) ein zur Auflagerung eines Drehkranzes dienender oberer Tragring in der zweiten Ebene, der im Abstand oberhalb des unteren Tragringes an den oberen Enden der Eckstützrohre befestigt ist, wobei schräg verlaufende Stützstreben von der Horizontalverstrebung der ersten Ebene zum oberen Tragring verlaufen und daran befestigt sind.

Weitere Merkmale und Vorteile sowie Aufbau und Funktion eines Turms nach der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung, in der mehrere Ausführungsbeispiele dargestellt sind, noch näher erläutert.
Figurenaufzählung
In der Zeichnung zeigt in teilweise vereinfachter Darstellung:
1 ein erstes Ausführungsbeispiel für einen Turm nach der Erfindung, aufrecht stehend und perspektivisch dargestellt;
2 eines der vier Eckstützrohre des Turmes nach 1 in einem Querschnitt, z.B. gemäß Schnittebene II-II; wobei die Betonfüllung der Stahlbetonstützen durch Marmorierung dargestellt und die Armierungselemente im Außenbereich der Betonfüllung angeordnet sind;
3 zwei aneinandergrenzende Stützrohrabschnitte im Ausschnitt mit einem im Knotenbereich unterhalb der Stützrohr-Kupplungsstelle angeordneten Anschlußstutzen für Diagonal- oder Viereck-Rahmenstreben und mit Verankerungsböcken für lose daneben gezeichnete Spannglieder;
4 eine Draufsicht auf Verankerungsböcke für die Spannglieder und die zugehörigen Anschlußstutzen, die in drei, zueinander um 45° versetzten Vertikalebenen an einem Stützrohrabschnitt befestigt sind
5 ein zweites Ausführungsbeispiel für einen Turm, im Vergleich zu 1 verkleinert dargestellt, wobei zusätzlich eine untere Viereeckverstrebung und unterhalb eines oberen Tragringes ein unterer Tragring vorgesehen sind;
6 den Gegenstand nach 4, und zwar etwa anderthalb Etagen seines unteren Bereiches, vergrößert dargestellt; und
7 der oberirdische und unterirdische Bereich der fußseitigen Stahlbetonverankerung der vier Eckstützrohre des Turms nach 1 und 4/5.
Beschreibung eines ersten Ausführungsbeispiels (1 bis 4 sowie 7)
1 und 2 zeigen einen als Stahlfachwerkkonstruktion ausgebildeter Turm, der vorzugs-weise für Windkraftanlagen geeignet ist, wie es noch näher erläutert wird. Der Turm TW hat die Form eines von unten nach oben sich verjüngenden Pyramidenstumpfes, in dessen Eckbereichen aus Stahl bestehende Stützrohre 1, im einzelnen: 1A, 1B, 1C, 1D, sich von je einer unteren Fundamentverankerung 2 bis zu einer oberen Abschlußetage E4 erstrecken. Von der Fundamentverankerung 2 bzw. dem Fundament ist in 1 und in den 4 und 5 nur ein oberirdischer Teil, der Fundamentfuß 2a, zu sehen; das gesamte Fundament 2 ist in 7 dargestellt. In die Stützrohre 1 sind, vergl. 2, Stahlbetonstützen 4 eingebaut, welche sich durch die Stützrohre 1 bis in das Fundament 2 hinein erstrecken und mit dessen nach oben weisender Anschlußarmierung verzahnt und vergossen sind (weitere Erläuterung anhand von 7).
Die Montage des Turms TW erfolgt von einer Turmetage ET1 zur nächsten ET2 usw. abschnittsweise von unten nach oben, und zwar mit entsprechenden, sukzessive miteinander zu verbindenden Stützrohr-Abschnitten SRA (entsprechend sind die Stützrohre 1B, 1C und 1D unterteilt zu denken). Die Unterteilung in die miteinander kuppelbaren Stützrohrabschnitte SRA ist für die Stützrohre 1A und 1C durch strichpunktierte Trennungslinien K (identisch mit den Kupplungsstellen) angedeutet. Die Stabilität des Turmskeletts wird weiterhin erreicht durch in den oberen Endbereichen der Stützrohr-Abschnitte SRA der jeweiligen Turmetage ET1, ET2, ET3, ET4 mit diesen verbundenen horizontalen Viereck-Gitterwerke GW2, GW3, GW4, jeweils zusammengesetzt aus Rahmenstreben RS und Diagonalstreben DS, und mit Spanngliedern 3, welche jeweils die Knotenpunkte 40 zweier Stützrohr-Abschnitte SRA, die sich entweder diagonal in einer Ebene oder räumlich-diagonal gegenüberliegen, miteinander verspannen. Die Spannglieder 3 bestehen aus den schematisch durch Linien angedeuteten Zugseilen (vorzugsweise aus nichtrostendem Stahl) und den an Ankerpunkten des Turmskeletts einhängbaren Spannschlössern an einem oder an beiden Enden der Zugseile (in 1 nicht dargestellt, dagegen in 3). Beim Beispiel nach 1 genügt es, die Spannglieder 3 nur in den Turmetagen ET1, ET2, ET3 vorzusehen. Die Rahmenstreben RS und Diagonalstreben ES der Viereck-Gitterwerke GW2, GW3, GW4 der jeweiligen Turmetage ET1 bis ET3 bilden jeweils die Seiten und Diagonalen eines Quadrats.
Die Stützrohre 1 bzw. ihre Rohrabschnitte SRA sind in ihrem Inneren mit Stahlbetonstützen 4 in Form von kreisringförmig angeordneten, betonummantelten Stahlarmierungselementen, insbesondere mit von Wendeln 4a umfaßten Stäben 4b, und der Betonfüllung 4c, ausgefüllt, vergl. 2. Die jeweiligen Stützrohrabschnitte SRA weisen an ihren beiden Enden Kupplungsflansche, insbesondere Ringflansche 5 auf mit denen sie zum jweiligen Stützrohr 1 zusammengespannt werden können. Im unteren Fußbereich der untersten Stützrohr-Abschnitte SRA, d.h. im Bereich der untersten Etage ET1, ragt, wie es 7 zeigt, aus den Einzelfundamenten 2, die den Turmecken zugeordnet sind, jeweils die Anschluß-Armierung 6 nach oben heraus, auf welche die untersten Stützrohr-Abschnitte SRA mit ihren Fußenden unter Überlappung mit ihren eigenen Armierungskörben 4a, 4b aufgesetzt sind, wobei die Betonvergußmasse 4c der unteren Stützrohr-Abschnitte SRA durch diese hindurch bis zur Anschlußarmierung 6 der Fundamente 2 reicht und so die Fußenden der Stützrohre 1 an den Fundamenten 2 verankert. Das Betonfundament 2 wird durch eine kastenförmige Schalung 7 begrenzt. Der größere unterirdische Teil 7a der Schalung und der kleinere Teil 7b, der etwa zur Hälfte oberirdisch ist, sind vollständig mit Beton 4c ausgefüllt, wobei Stahlarmierungselemente 8 für die nötige Festigkeit sorgen. Eine definierte Vertiefung 9 dient zum Aufsetzen des unteren Endes des untersten Stützrohrabschnitts SRA, derart, daß sich die Anschlußarmierung 6 in den Stützrohrabschnitt hinein erstreckt und beide Armierungen 4a, 4b sowie 6 einander überlappen. Der Stützrohrabschnitt SRA wird montagemäßig arretiert, und von seinem oberen Ende wird der Flüssigbeton 4c eingefüllt. Von jedem der Fundamentfüße 2a gehen drei Spannglieder schräg nach oben zu den Knotenpunkten 40 des zugehörigen Viereck-Gitterwerks GW2 ab, wie es 1 verdeutlicht. In 7 ist nur ein solches Spannglied 3 gezeichnet, das mit einer Ankerarmatur 3a im Fundament 2 bzw. dem Fundamentfuß 2a verankert ist. Ein nicht ersichtliches Spannschloß ist am anderen Ende des Spanngliedes 3 angeordnet.
Der Ausschnitt nach 3 zeigt, daß die Stützrohr-Abschnitte SRA mittels an ihren Enden angebrachter Kupplungsflansche 5, insbesondere Ringflansche, zu einem Stützrohr voller Länge zusammensetzbar sind (die Flanschschrauben sind der Einfachheit halber weggelassen). Beabstandet zu den jeweils oberen Kupplungsflanschen 5 ist im Knotenbereich 40 des Stützrohr-Abschnittes SRA an diesen ein als Anschlußstutzen 10 ausgebildetes Anschlußstück zum Anschluß einer Strebe DS angeschweißt. Bei vergleichender Betrachtung von 1 und 3 erkennt man, daß im jeweiligen Knotenbereich 40 drei Streben mit dem betreffenden Stützrohrabschnitt SRA verbunden sind: eine mittige Diagonalstrebe DS und zwei, im Zeiger- und Gegenzeigersinn um jeweils 45° demgenüber verdrehte Rahmenstreben RS. Für 3 sei angenommen, es handele sich um eine Diagonalstrebe DS. Zum Anschluß der beiden Rahmenstreben RS (in 3 nicht ersichtlich) müssen noch je ein Anschlußstutzen 10 um jeweils 45° verdreht im Knotenbereich 40 am Stützrohrabschnitt SRA festgeweißt sein. Der Anschlußstutzen 10 ist mit Flanschringen 10a ausgebildet, wobei der Anschlußstutzen 10 im Knotenbereich 40 mit dem jeweiligen Stützrohr-Abschnitt SRA verschweißt ist. Rahmen- und Diagonalstreben RS, DS sind als Rohre mit Gegen-Flanschringen 10b an ihren Enden zum Ankuppeln an die Flanschringe 10a der Anschlußstutzen 10 ausgerüstet, was anhand der Diagonalstrebe DS gezeigt ist. Es versteht sich, daß diese Ausbildung auch für die (in 1 nicht gezeigten) Rahmenstreben gilt, ebenso, wie diese Ausbildung auch für die abgewandten Enden der- Diagonal- und Rahmenstreben DS, RS gilt, wobei an den anderen Enden entsprechende Anschlustutzen 10 vorzusehen sind.
3 zeigt weiterhin, daß mit den Anschlußstücken 10 einerseits und der anliegenden Partie des jeweiligen Stützrohr-Abschnitts SRA andererseits Verankerungsböcke 11 für die Spannglieder 3 verschweißt sind. Dabei sind die Verankerungsböcke 11 für schräg nach unten weisenden Spannglieder 3 unterhalb der Anschlußstutzen 10 angeschweißt (untere Hälfte von 3). Die Verankerungsböcke für schräg nach oben weisende Spannglieder 3 (obere Hälfte von 3) sind oberhalb der Anschlußstutzen 10, jedoch noch unterhalb der Flanschverbindung 5, 5 zum nächst höheren Stützrohr-Abschnitt SRA angeschweißt. D.h. der Knotenbereich 40, zu welchem die Anschlußverbindungen von zwei Rahmenstreben RS und einer Diagonalstrebe DS gehören, befindet sich vorzugsweise im Endbereich eines jeweiligen Stützrohrabschnitts SRA und erstreckt sich nicht über die Flanschverbindung 5, 5 hinaus.
4 verdeutlicht, daß die Verankerungsböcke 11 je zwei planparallel und zueinander beabstandete, im Knotenbereich 40 nur am Stützrohr 1 bzw. Stützrohrabschnitt SRA und am Anschlußstutzen 10 festgeschweißte Dreieckbleche 11.1, 11.2 aufweisen. Die Dreieckblechpaare 11.1, 11.2 sind mit zwei gleichachsigen Bohrungen 12 zum Einfügen von nicht dargestellten Querbolzen versehen. An diesen werden die Ösen 3b der Spannschlösser 3c für die Zugseile 3d an den verankert bzw. eingehängt. Die Zugseile 3d der Spannglieder 3 sind an ihren Enden mit einem Gewindeschaft 13 verbunden, der durch eine Bohrung im Boden 3e des Spannschlosses 3c eingefädelt ist und sich mit einer aufgeschraubten Spannmutter 3f auf dem Boden 3e abstützt. Die Zugspannung der Spannglieder 3 bzw. des Zugseils 3d läßt sich damit einstellen und somit auch die Stabilität der gesamten Turmkonstruktion.
Beschreibung eines zweiten Ausführungsbeispiels (5 und 6)
Beim zweiten Ausführungsbeispiel nach 5 und 6 sind als Vorbereitung zur Installation eines Maschinenhauses für die Rotoranordnung einer Windenergieanlage zwei im Bereich der Turmspitze angeordnete, in einer ersten und in einer zweiten Horizontalebene sich befindende Ringkonstruktionen vorgesehen:

a) ein unterer Tragring 14 in einer vorletzten Ebene E4, der am Außenumfang des Turmes TW in Höhe des Viereck-Gitterwerks GW4 (vergl. 1) angeordnet und an seinem Innenumfang zumindest mit den Eckstützrohren 1A, 1B, 1C, 1D des Turmes TW fest verbunden ist; und
b) ein zur Auflagerung eines (nicht dargestellten) Drehkranzes dienender oberer Tragring 15 in der obersten Ebene E5, der im Abstand oberhalb des unteren Tragringes 14 an den oberen Enden der Eckstützrohre 1A, 1B, 1C, 1D befestigt ist, wobei schräg verlaufende Stützstreben 16 von der Horizontalverstrebung bzw. dem Viereck-Gitterwerk GW4 der vorletzten Ebene E4 zum oberen Tragring 15 verlaufen und daran befestigt sind.

Zusammenfassende Darstellung der Vorteile und Merkmale
Vorteile:

Kleine Einzelfundamente.
Kleines Kippmoment bei breiter Fußstellung.
Geringer Materialaufwand.
Wenig Einzelteile.
Keine großvolumigen Teile.
Geringer Arbeitseinsatz, da die Bearbeitung der Teile gering ist.
Einfacher Aufbau.
Gute Transportmöglichkeiten.
Sehr hohe Tragfähigkeit durch Kombination von Stahl - und Stahlbetonstützen.
Geringe Kosten für Stahlbetonstützen, da keinerlei Schalungsarbeiten erforderlich sind und
Beton überall erhältlich ist Wenig Schallgeräusche am Turm
Standfestigkeit bei weit auseinander gespreizten Füßen weitaus höher was zu leichteren Fundamenten führt.

Turmkonstruktion:
Der Turm, der insbesondere für Windenergieanlagen, vorgesehen ist, hat einen Grundaufbau mit Stützrohren an den vier Ecken und eingebauten Stahlbetonstützen. Etagenweise Abstützung der Stützrohre zueinander durch Viereck-Gitterwerke. Diagonale Verspannungen der Füße zueinander. Etagenweiser Aufbau. Letzte Etage ohne Verspannung mit Schrägstützen zur gleichzeitigen Unterstützung des Tragringes 15 (Abschlussringes) zur Aufnahme der Gondel.
Kombination der Stützrohre aus Rohren mit eingebauten Stahlbetonstützen. Um die Wirtschaftlichkeit zu erhöhen, müssen Windkraftanlagen größer, tragfähiger und trotzdem einfach in der Bauweise erstellt werden. Dazu ist ein Turm erforderlich, der den dadurch entstehenden hohen Belastungen standhält.
Die Turmkonstruktion wird etagenweise aufgebaut und nicht in einer reinen Stahlbauweise, sondern in einer Kombination aus Stahl - und Stahlbetonbauweise. Der Turm besteht aus vier Stützrohren, in die im inneren der Rohre zusätzlich Stahlbetonstützen eingebaut werden. Sie ruhen auf Einzelfundamenten und werden auf jeder Etage diagonal und im Viereck gegeneinander abgestützt. (1). Dann erfolgt durch Spannglieder 3 eine diagonale Verspannung der einzelnen Stützrohre 1; 1A, 1B, 1C, 1D zueinander.
Die Stützrohre 1 erhalten im wesentlichen alle eine einheitliche Form und können somit nach einem Muster gefertigt und für jede Etage verwendet werden. Sie bestehen aus Stützrohr-Abschnitten SRA, an die zur gegenseitigen Verschraubung am Kopf- und Fußende ein Flansch ring angeschweißt wird. (Länge, Durchmesser und Wandstärke der Röhren, sowie die Armierung der innenliegenden Stahlbetonstützen richten sich nach Turmhöhe und den dazugehörenden statischen Erfordernissen.)
An der Kopfseite der Stützrohrabschnitte SRA werden nun ca. 50 cm unterhalb des oberen Flanschringes 5 die Anschlussstücke je eines für die Diagonalstrebe DS und je zwei für die Rahmenstreben RS angeschweißt, die auch mit Flanschringen versehen sind, an die später die Streben angeschraubt werden. Durch die Viereck-Gitterwerke GW werden die Stützrohre 1 in der jeweiligen Etage diagonal und im Viereck gegeneinander abgestützt. Dann erfolgt durch Spannglieder 3 eine diagonale Verspannung der einzelnen Stützrohre 1 zueinander. (1).
Zwischen jedes Anschlussstück und dem Stützrohrabschnitt SRA werden Dreieckbleche 11 eingeschweißt, und zwar an jedes Anschlussstück/jeden Anschlußstutzen 10 zwei unten und zwei oben. Sie werden paarweise so angeschweißt, dass der Abstand zueinander so groß ist, dass die Ösen der Spannglieder 3 dazwischen passen und durch Durchsteckbolzen befestigt werden können. Es besteht auch eine Möglichkeit zur Anbringung der Dreieckbleche 11 nur unten, und die oberen werden am Fuß des nächsten Stützrohr-Abschnitts SRA angebracht. Die erstgenannte Methode ist jedoch vorteilhafter.
Sind die Stützrohre 1 soweit fertig, kann auf die Außenseite der Korrosionsschutz aufgebracht werden. Auf der Innenseite können die Stützrohre in ihrem Rohzustand belassen werden, da in jeden Stützrohr-Abschnitt ein Armierungskorb eingeschoben, befestigt und später ausbetoniert wird.
An der Baustelle:
Die ersten beiden Stützrohr-Abschnitte jeder Etage werden am Boden mit der Diagonalstrebe DS zu einem Stützrohrpaar verschraubt, und in die Dreieckbleche 11 werden die Spannglieder 3, die nach unten führen, eingehängt. Die oben genannte Diagonalstrebe DS besteht aus einem Stück und hat in der Mitte zwei Anschlussstücke für eine halbe Strebe des dritten und vierten Stützrohr-Abschnitts SRA. Nun kann das erste Stützrohrpaar aufgestellt werden, aus den Fundamenten 2, 2a ragt die Anschlussbewehrung 6 für die Stahlbetonstützen 4 heraus, über diese stellen sich die Stützrohr-Abschnitte SRA mit ihrer eingebauten Armierung 4. Die Stützrohr-Abschnitte SRA stellen sich in eine Vertiefung 9 im Fundament 2, 2a und werden dort in ihrer richtigen Position befestigt. Die herunterhängenden Spannglieder können in ihren Verankerungen eingehängt und verspannt werden. Die Verankerung der ersten Etage erfolgt neben den Rohrfüßen am Fundamentkopf 2a, die der weiteren Etagen an den Dreiecksblechen 11 des jeweiligen Knotenbereiches 40.
Ist das erste Paar von Stützrohr-Abschnitten SRA verspannt und ausgerichtet, können Stützrohr-Abschnitte Nr.3 und 4 angebaut und verspannt werden. Nach jeder erstellten Etage ET1, ET2.. usw. werden die Rohre mit Beton verfüllt und verdichtet. So entsteht in jedem Stützrohr-Abschnitt SRA eine zusätzliche Stahlbetonstütze, die Ihnen eine sehr hohe Steifheit und verleiht. Zum Herstellen der Stahlbetonstützen fallen keinerlei Schalungsarbeiten an, was sehr kostengünstig ist.
Durch die eingebauten Stahlbetonstützen wird nicht nur die Tragfähigkeit erhöht, der Turm erhält dadurch auch eine höhere Eigenlast die zu einer hohen Standfestigkeit beiträgt. So kann nun je nach Höhe des Turms eine Etage nach der andern aufgesetzt werden, bis zur letzten. Bevor diese aufgebaut wird, wird bei großen Anlagen ein Tragring 14 in Höhe der vorletzten Plattform (Viereck-Gitterwerk GW4) angebracht, auf dem sich später das Stützrad des Maschinenhauses bewegt. Die letzte Etage wird nicht mit Spanngliedern abgespannt, sondern erhält zwischen jedem Paar von Stützrohr-Abschnitten SRA zwei Schrägstützen 16 und den oberen Tragring 15, auf dem der (nicht dargestellte) Drehkranz ein weiteres Auflager erhält.
Auf diese Weise kann ein Turm TW mit hoher Tragfähigkeit und einfacher Bauweise erstellt werden. Die Stützrohre 1 werden aus handelsüblichen Röhren hergestellt, und es müssen nur noch Flansche 5, die Anschlußstücke/Anschlußstutzen 10 für die Aussteifungen DS, RS und die Verankerungen 11 für die Spannglieder 3 angeschweißt werden. Das erfordert im Vergleich zu herkömmlichen Türmen wesentlich weniger Material, Transport - und Arbeitsaufwand und wird somit auch wesentlich kostengünstiger. Die vorgestellte Konstruktion muss nur auf jeder Etage ET1, ET2... mit den Streben DS, RS und den nächsten Stützrohr-Abschnitten SRA durch angeschweißte Flansche miteinander verschraubt werden. Die Diagonalverspannungen 3 werden an den Kreuzungspunkten 17 (vergl. 5 und 6) miteinander verbunden, oben und unten durch Bolzen befestigt und durch Spannschlösser 3c gespannt.
Da für eine Etage nur vier Stützrohr-Abschnitte SRA, eine lange sowie zwei kurze Diagonalstreben DS, vier Rahmenstreben RS und zwölf Diagonalseile 3d, 13 (Spannglieder 3) benötigt werden, ist es möglich zwei Turmetagen auf einen LKW zu verladen. Diese Turmkonstruktion kann natürlich auch für alle herkömmlichen Windkraftanlagen verwendet werden.

TW: Turm
1: Stützrohre als Ganzes
1A, 1B, 1C, 1D: Stützrohre im einzelnen
2a: sichtbares Fundament
ET1, ET2, ET3, ET4: Turmetagen (von unten nach oben)
2: Fundament insgesamt
4: Stahlbetonstützen für (1)
SRA: Stützrohrabschnitte
K: Trennungslinien/Kupplungsstellen gezeigt bei (1A) und (1C)
RS: Vieleck-Rahmenstreben
DS: Diagonalstreben
3: Spannglieder
40: Knotenbereich
4a: Wendeln der Stahlarmierung
4b: Stäbe der Stahlarmierung
4c: Betonvergußmasse
5: Ringflansche/Kupplungsflansche an (SRA)
6: Anschlußarmierung von (2)
7: kastenförmige Schalung
7a: unterirdischer Teil von (7)
7b: oberirdischer Teil von (7)
8: Stahlarmierungselemente
9: Vertiefung
GW2: Viereck-Gitterwerk der 2. Ebene
3a: Ankerarmatur
10: Anschlußstutzen
10a: Flanschring an (10)
10b: Gegenflanschringe an (DS, RS)
11: Verankerungsböcke
11.1, 11.2: Dreieckbleche für (11)
12: Bohrungen in (11.1, 11.2)
3b: Ösen von (3c)
3c: Spannschloß
3d: Zugseile
13: Gewindeschaft am Ende von (3d)
3f: Spannmutter
3e: Boden von (3c)
14: unterer Tragring in der Ebene E4
GW4: Viereck-Gitterwerk in der Ebene E4
15: oberer Tragring in der obersten Ebene E5
16: Stützstreben zwischen GW4 und (15)
E1...E5: Ebenen von (TW)

Claims

Als Stahlfachwerkkonstruktion ausgebildeter Turm, vorzugsweise für Windkraftanlagen, gekennzeichnet durch die Kombination der folgenden Merkmale: a) der Turm (TW) hat die Form eines von unten nach oben sich verjüngenden Pyramidenstumpfes, in dessen Eckbereichen aus Stahl bestehende Stützrohre (1; 1A, 1B, 1C, 1D; SRA) sich von einer unteren Fundamentverankerung (2, 2a) bis zu einer oberen Abschlußetage (ET4) erstrecken; b) in die Stützrohre (1, SRA) sind Stahlbetonstützen (4) eingebaut, welche sich durch die Stützrohre (1, SRA) bis in das Fundament (2, 2a) hinein erstrecken und mit dessen nach oben weisender Anschlußarmierung (6) verzahnt und vergossen sind.
Turm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß a) die Montage von einer Turmetage (ET1, ET2...) zur nächsten (ET2, ET3...) abschnittsweise von unten nach oben erfolgt, und zwar mit entsprechenden, sukzessive miteinander zu verbindenden Stützrohr-Abschnitten (SRA), mit in den oberen Endbereichen der Stützrohr-Abschnitte (SRA) der jeweiligen Turmetage mit diesen verbundenen horizontalen Vieleck-Rahmenstreben (RS) und Diagonalstreben (DS) und mit Spanngliedern (3), welche jeweils die Knotenpunkte (40) zweier Stützrohr-Abschnitte (SRA), die sich entweder diagonal in einer Ebene oder räumlich-diagonal gegenüberliegen, miteinander verspannen; b) die Stützrohre (1) bzw. ihre Rohrabschnitte (SRA) in ihrem Inneren mit Stahlbetonstützen (4) in Form von kreisringförmig angeordneten betonummantelten Stahlarmierungselementen, insbesondere mit von Wendeln (4a) umfaßten Stäbe (4b), ausgefüllt sind; c) im unteren Fußbereich der untersten Stützrohr-Abschnitte (SRA) aus Fundamenten, insbesondere Einzelfundamenten (2, 2a), die den Turmecken zugeordnet sind, die Anschluß-Armierung (6) nach oben herausragt, auf welche die untersten Stützrohr-Abschnitte (SRA) mit ihren Fußenden unter Überlappung mit ihren eigenen Armierungskörben (4a, 4b) aufgesetzt sind, wobei die Betonvergußmasse (4c) der unteren Stützrohr-Abschnitte (SRA) durch diese hindurch bis zur Anschlußarmierung (6) der Fundamente (2, 2a) reicht und so die Fußenden der Stützrohre (1) an den Fundamenten (2, 2a) verankert.
Turm nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vieleck- Rahmenstreben und Diagonalstreben (RS, DS) der jeweiligen Turmetage die Seiten und Diagonalen eines Quadrats, bilden.
Turm nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützrohr-Abschnitte (SRA) mittels an ihren Enden angebrachter Kupplungsflansche (5), insbesondere Ringflansche, zu einem Stützrohr (1) voller Länge zusammensetzbar sind.
Turm nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß beabstandet zu den oberen Kupplungsflanschen (5) im Knotenbereich (40) der Stützrohr-Abschnitte (SRA) an diesen Anschlußstücke (10) zum Anschluß von jeweils zwei Rahmenstreben (RS) und einer dazwischen befindlichen Diagonalstrebe (DS) angebracht sind.
Turm nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußstücke als Anschlußstutzen (10) mit Flanschringen (10a) ausgebildet sind, wobei die Anschlußstutzen (10) im Knotenbereich (40) mit dem jeweiligen Stützrohr-Abschnitt (SRA) verschweißt sind, und daß die Rahmen- und Diagonalstreben (RS, DS) als Rohre mit Gegen-Flanschringen (10b) an ihren Enden zum Ankuppeln an die Flanschringe (10a) der Anschlußstutzen (10) ausgerüstet sind.
Turm nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß mit den Anschlußstücken (10) einerseits und der anliegenden Partie des jeweiligen Stützrohr-Abschnitts (SRA) andererseits Verankerungsböcke (11) für die Spannglieder (3) verschweißt sind.
Turm nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verankerungsböcke (11) für schräg nach unten weisenden Spannglieder (3) unterhalb der Anschlußstücke (10) angeschweißt sind.
Turm nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß daß die Verankerungsböcke (11) für schräg nach oben weisende Spannglieder (3) oberhalb der Anschlußstücke (10), jedoch unterhalb der Flanschverbindung (5, 5) zum nächst höheren Stützrohr-Abschnitt (SRA) angeschweißt sind.
Turm nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Verankerungsböcke (11) zwei planparallel und zueinander beabstandete, im Knotenbereich am Stützrohr (SRA) und am Anschlußstück bzw. -stutzen (10) festgeschweißte Dreieckbleche (11.1, 11.2) aufweisen, daß die Dreieckblechpaare mit zwei gleichachsigen Bohrungen (12) zum Einfügen von Querbolzen versehen sind und daß die Ösen (3b) der Spannschlösser (3c) für die Zugseile (3d, 13) an den Querbolzen verankert sind.
Turm nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vorbereitung der Montage eines Maschinenhauses für die Rotoranordnung einer Windenergieanlage zwei im Bereich der Turmspitze angeordnete, in einer ersten und in einer zweiten Horizontalebene sich befindende Ringkonstruktionen vorgesehen sind: a) ein unterer Tragring (14) in der ersten Ebene (E4), der am Außenumfang des Turmes in Höhe einer Horizontalverstrebung (GW4) angeordnet und an seinem Innenumfang zumindest mit den Eckstützrohren (1) des Turmes (TW) fest verbunden ist; und b) ein zur Auflagerung eines Drehkranzes dienender oberer Tragring (15) in der zweiten Ebene (E5), der im Abstand oberhalb des unteren Tragringes (14) an den oberen Enden der Eckstützrohre (1) befestigt ist, wobei schräg verlaufende Stützstreben (16) von der Horizontalverstrebung (GW4) der ersten Ebene (E4) zum oberen Tragring (15) verlaufen und daran befestigt sind.