DE10031683A1

DE10031683A1 - Spannbetonturm für eine Windenergieanlage sowie Windenergieanlage

Info

Publication number: DE10031683A1
Application number: DE10031683A
Authority: DE
Inventors: Aloys Wobben
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-06-29
Filing date: 2000-06-29
Publication date: 2002-01-24
Also published as: WO2002001025A1; AU2001256160A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Spannbetonturm für eine Windenergieanlage, mit einem Fundament (4), einem im Wesentlichen aus Beton bestehenden Turm (2) und mindestens einem seilartigen Spannstahlelement (12, 14) zum Verspannen des Turms (2). Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Spannstahlelement (12, 14) mittels an dem Turm angeordneter Spanntaschen (16, 18, 24, 26) fixiert ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Spannbetonturm für eine Windenergieanlage, mit einem Fundament, einem im wesentlichen aus Beton bestehenden Turm und mindestens einem seilartigen Spannstahlelement zum Verspannen des Turms sowie eine Windenergieanlage mit einem derartigen Spannbetonturm.

Der Turm einer Windenergieanlage ist neben dem Rotor und dem Generator ein wesentlicher Bestandteil einer Windenergieanlage. Die Kosten des Turms können bis zu 20% der Gesamtkosten einer Windenergieanlage ausmachen. Der Turm ist großen Kräften ausgesetzt und dementsprechend mit hohen Festigkeiten auszulegen.

Türme in Betonbauweise werden seit den 30-er Jahren des vergangenen Jahrhunderts eingesetzt, neuerdings auch in Spannbetonbauweise. Diese ist zwar teurer als herkömmliche Betontürme, sie weist aber eine hohe Steifigkeit und Festigkeit auf. Bekanntlich tragen Spannbetonbauwerke dem Umstand Rechnung, dass Beton eine niedrige Zugfestigkeit, aber eine hohe Druckfestigkeit aufweist, so dass mit Hilfe von seilartigen Spannelementen, die regelmäßig aus Stahl bestehen, das Bauwerk mit auf den Beton aufgebrachten Druckkräften gewissermaßen vorgespannt ist, um Zugkräfte in dem Beton wenigstens teilweise zu kompensieren.

Spannbetontürme für Windenergieanlagen der eingangs genannten Art werden von der Firma Enercon, D-26607 Aurich, beispielsweise an Windenergieanlagen des Typs E-33 kommerziell eingesetzt. Die seilartigen Spannstahlelemente zum Vorspannen des Turms werden mit einem Ende im Fundament und mit dem anderen Ende im oberen Bereich des Turms verankert. Im Bereich des Fundaments sind sogenannte Spanntaschen vorgesehen, mit deren Hilfe Zugkräfte auf die Spannstahlelemente zum Vorspannen des Turms aufgebracht werden können.

Nachteilig bei den bekannten Spannbetontürmen ist es, dass im Bereich des Fundaments, welches aus Beton besteht, erhebliche Zugkräfte auf den Beton aufgebracht werden. Angesichts der bereits beschriebenen geringen Zugfestigkeit von Beton können deshalb nur begrenzte Vorspannkräfte auf die Spannstahl elemente aufgebracht werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Spannbetonturm sowie eine Windenergieanlage mit einem Spannbetonturm bereitzustellen, der bzw. die hohen Kräften standhält und darüber hinaus auf relativ einfache Weise herstellbar ist.

Die Erfindung löst die Aufgabe bei einem Spannbetonturm der eingangs genannten Art dadurch, dass das Spannstahlelement mittels an dem Turm angeordneter Spanntaschen fixiert ist.

Durch die Anordnung von Spanntaschen im Bereich des Turms und nicht am Fundament, können signifikante Zugkräfte im Beton im Bereich des Fundaments vermieden werden. Darüber hinaus sind die am Turm angeordneten Spanntaschen gut zugänglich, so dass die Spannstahlelemente während der Montage einfach mit Zugkräften beaufschlagbar sind. Bevorzugt sind die Spanntaschen im Bereich des Turms oberhalb des Fundaments angeordnet, so dass sie zur Montage besonders einfach zugänglich sind.

Der Erfindung löst die Aufgabe gemäß eines weiteren Aspekt bzw. einer vorteil haften Weiterbildung bei einem Spannbetonturm der eingangs genannten Art dadurch, dass eine Schlaufe des Spannstahlelements im Bereich des Fundaments angeordnet ist. Wird im Bereich des Fundaments eine Schlaufe gebildet, so kann diese großflächig an dem Fundament verankert werden und die Flächenpressungen und die aufgebrachten Spannungen im Fundament klein gehalten werden.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Schlaufe des Spannstahlelements mittels im Bereich des Fundaments angeordneter Schlaff stahlelemente an dem Fundament fixiert ist. Auf diese Weise wird die Festigkeit des Turms weiter erhöht und es können höhere Verspannungskräfte aufgebracht werden. Zu diesem Zweck verlaufen die Schlaffstahlelemente vorzugsweise innerhalb der Schlaufe der Spannstahlelemente und sind im wesentlichen horizontal in dem Fundament angeordnet.

Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der die Spanntaschen an einer Spannstation angeordnet sind, welche eine in dem Turm ausgebildete Ausnehmung aufweist. Die Spannstation und die in dem Beton des Turms ausgebildete Ausnehmung sind dabei vorzugsweise aus dem Innenraum des Turms zugänglich, da dort üblicherweise Treppen oder Lifte installiert sind und ein Schutz vor Witterungseinflüssen gewährleistet ist.

Eine vorteilhafte Gestaltung ergibt sich ferner dadurch, dass mindestens ein Spannstahlelement sich ausgehend von der Spannstation in Richtung des oberen Endes erstreckt und im oberen Endbereich eine Schlaufe des Spannstahlelements gebildet ist und/oder dass mindestens ein Spannstahlelement sich ausgehend von der Spannstation in Richtung des Fundaments erstreckt und in dem Fundament eine Schlaufe gebildet ist. Auf diese Weise können sämtliche Spannstahlelemente zentral von der Spannstation aus vorgespannt werden. Die Schlaufen sind dabei im Fundament bzw. im oberen Endabschnitt des Turms fest im Beton verankert.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Spannstation zeichnet sich dadurch aus, dass die Spanntaschen des sich nach oben erstreckenden Spannstahlelements unterhalb der Spanntaschen des sich nach unten erstreckenden Spannstahlelements angeordnet sind, da so im Bereich zwischen den Spanntaschen nur Druckkräfte im Beton auftreten.

Bevorzugt ist es ferner, dass jede Spanntasche ein an der Spannstation angeordnetes Widerlager und ein fest mit dem Spannstahlelement verbundenes und sich an dem Widerlager abstützendes Ankerelement aufweist, so dass große Zugkräfte aufgenommen werden können. Das Widerlager kann in den Beton eingegossen und beispielsweise aus Stahl bestehen, um hohen Flächenpressungen zwischen Ankerelement und Widerlager Stand zu halten.

Die Erfindung ist nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels eines Spannbetonturms für eine erfindungsgemäße Windenergienanlage unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Windenergieanlage mit einem erfindungsgemäßen Spannbetonturm in einer schematischen Darstellung;

Fig. 2 eine Schnittdarstellung durch den Turm an der Stelle A-A;

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Spannbetonturms im Bereich des Fundaments.

Die in Fig. 1 schematisch dargestellten Windenergieanlage 1 weist einen als Spannbetonturm ausgebildeten Turm 2 mit einem Fundament 4, einen oben an dem Turm an dem 2 drehbar gelagerte Gondel 6, einen um eine horizontale Achse drehbar an der Gondel 6 gelagerten Rotor 8 mit mehreren Rotorblättern 10 und einen innerhalb der Gondel 6 befindlichen elektrischen Generator auf. Durch die auf die Rotorblätter 10 wirkenden Windkräfte wird der Rotor 8 in Drehung versetzt und treibt den (nicht dargestellten) Generator zur Erzeugung elektrischer Energie an.

Der Turm 2 und das Fundament 4 bestehen im wesentlichen aus Beton, in den seilartige Spannstahlelemente 12, 14 (Fig. 3) eingegossen sind. Wie insbesondere Fig. 2 zeigt, verlaufen die Spannstahlelemente 12, 14 in dem ringförmig ausgebildeten Turm 2. Sie sind gleichmäßig über den gesamten Querschnitt gemäß Fig. 2 verteilt, um den Beton mit Zugkräften zu beaufschlagen und zu verspannen.

Eine Vielzahl von gleichmäßig über den Querschnitt des Turms 2 beabstandeten, unteren Spannstahlelementen 12, vgl. Fig. 3, ist mittels an dem Turm 2 und oberhalb des Fundaments 4 angeordneter Spanntaschen 16, 18 an dem Turm fixiert. Zwei Spanntaschen 16, 18 eines Spannstahlelements 12 sind diametral gegenüberliegend zueinander angeordnet und mit den beiden Endabschnitten eines Spannstahlelements 12 verbunden. Im Bereich des Fundaments 4 ist eine Schlaufe 20 des Spannstahlelements 12 gebildet, die in das Fundament 4 aus Beton eingegossen ist und die beiden im Turm 2 verlaufenden Abschnitte des Spannstahlelements 12 verbindet.

Im Bereich der Schlaufen 20 sind eine Vielzahl von horizontal verlaufenden Schlaffstahlelementen 22 in das Fundament 4 eingegossen, um für eine zusätzliche Fixierung der Schlaufe und damit der Spannstahlelemente 12 im Fundament 4 und für eine Erhöhung der gesamten Festigkeit des Spannbetonturms zu sorgen. Die Schlaffstahlelemente 22 können in mehreren Ebenen in dem Fundament 4 verlaufen.

Die sich nach oben in Richtung auf die Gondel 6 erstreckenden Spannstahlelemente 15 sind ebenfalls mittels Spanntaschen 24, 26 an dem Turm 2 verankert, wobei die Spanntaschen 24, 26 unterhalb der Spanntaschen 16, 18 angeordnet sind, die die unteren Spannstahlelemente 12 an dem Turm 2 fixieren. Die oberen Enden (nicht dargestellt) der sich nach oben erstreckenden Spannstahlelemente 14 sind entweder ebenfalls mit Hilfe von nicht dargestellten Spanntaschen an dem Turm 2 befestigt oder verlaufen ebenfalls in jeweils einer Schlaufe, die entsprechend der Schlaufe 20 der unteren Spannstahlelemente 12 in einem oberen Abschnitt des Turms 2 gebildet ist.

Die Spanntaschen 16, 18, 24, 26 sind an einer zentralen Spannstation 28 ausgebildet, die vorzugsweise im unteren Bereich des Turms 2 angeordnet ist, aber auch an anderen Orten des Turms 2, beispielsweise etwa in der Mitte zwischen dem Fundament 4 und der Gondel angeordnet sein kann. Die Spannstation 28 weist eine - nicht näher dargestellte - in dem Beton des Turms 2 ausgebildete Ausnehmung auf, so dass die Spanntaschen 16, 18, 24, 26 aus dem Innenraum 3 des Turms 2 zugänglich sind. Mit Hilfe der Spanntaschen können größe Zugkräfte auf die Spannstahlelemente 12, 14 aufgebracht werden.

Claims

1. Spannbetonturm für eine Windenergieanlage, mit einem Fundament (4), einem im wesentlichen aus Beton bestehenden Turm (2) und mindestens einem seilartigen Spannstahlelement (12, 14) zum Verspannen des Turms (2), dadurch gekennzeichnet, dass das Spannstahlelement (12,14) mittels an dem Turm angeordneter Spanntaschen (16, 18, 24,26) fixiert ist.

2. Spannbetonturm nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schlaufe (20) des Spannstahlelements (12) im Bereich des Fundaments (4) angeordnet ist.

3. Spannbetonturm nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spanntaschen (16, 18, 24,26) im Bereich des Turms (2) oberhalb des Fundaments (4) angeordnet sind.

4. Spannbetonturm nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlaufe (20) des Spannstahlelements (12) mittels im Bereich des Fundaments (4) angeordneter Schlaffstahlelemente (22) an dem Fundament (4) fixiert ist.

5. Spannbetonturm nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlaffstahlelemente (22) teilweise innerhalb der Schlaufe (20) verlaufen.

6. Spannbetonturm nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlaffstahlelemente (22) im wesentlichen horizontal in dem Fundament (4) angeordnet sind.

7. Spannbetonturm nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spanntaschen (16, 18, 24, 26) an einer Spannstation (28) angeordnet sind, welche eine in dem Turm (2) ausgebildete Ausnehmung aufweist.

8. Spannbetonturm nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Spannstahlelement (14) sich ausge hend von der Spannstation (28) in Richtung des oberen Endes erstreckt und im oberen Endbereich eine Schlaufe des Spannstahlelements (14) gebildet ist.

9. Spannbetonturm nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Spannstahlelement (12) sich ausge hend von der Spannstation (28) in Richtung des Fundaments (4) erstreckt und in dem Fundament (4) eine Schlaufe (20) gebildet ist.

10. Spannbetonturm nach Anspruch 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Spanntaschen (24, 26) des sich nach oben erstreckenden Spannstahlelements (14) unterhalb der Spanntaschen (16, 18) des sich nach unten erstreckenden Spannstahlelements (12) angeordnet sind.

11. Spannbetonturm nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass jede Spanntasche (16, 18, 24, 26) ein an der Spannstation (28) angeordnetes Widerlager und ein fest mit dem Spannstahlelement (12, 14) verbundenes und sich an dem Widerlager abstützendes Ankerelement aufweist.

12. Spannbetonturm nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Ankerelement als sich außen konisch erweiterende Spannhülse ausgebildet ist, die bei Aufbringung einer Zugkraft auf das Spannstahlelement (12, 14) an dieses angepresst wird.

13. Windenergieanlage mit einem Rotor (8), einem elektrischen Generator und einem Spannbetonturm, der ein Fundament (4), einen im wesentlichen aus Beton bestehenden Turm (2) und mindestens ein seilartiges Spannstahlelement (12, 14) zum Verspannen des Turms (2) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannbetonturm nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche ausgebildet ist.