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DE102014100814B4 - Tower construction for a wind energy plant - Google Patents

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DE102014100814B4
DE102014100814B4 DE102014100814.6A DE102014100814A DE102014100814B4 DE 102014100814 B4 DE102014100814 B4 DE 102014100814B4 DE 102014100814 A DE102014100814 A DE 102014100814A DE 102014100814 B4 DE102014100814 B4 DE 102014100814B4
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Abstract

Turmbauwerk für eine Windenergieanlage (12), miteinem Turmschaft (14), der einen Schaftquerschnitt (16) und eine Längsachse (A) aufweist, sowiemehreren zur Längsachse (A) des Turmschafts (14) geneigten Abspannelementen (18, 20), durch die der Turmschaft (14) zumindest abschnittsweise abgespannt ist,wobei die Abspannelemente (18, 20) an einem von der Längsachse (A) des Turmschafts (14) radial beabstandeten Lasteinleitungspunkt (22) des Turmschafts (14) befestigt sowie radial außerhalb des Turmschafts (14) in einem Baugrund (24) verankert sind, undwobei jedem Abspannelement (18, 20) eine Radialrichtung (26) zugeordnet ist, die in axialer Draufsicht durch einen Flächenschwerpunkt (28) des Schaftquerschnitts (16) und den Lasteinleitungspunkt (22) des jeweiligen Abspannelements (18, 20) festgelegt ist,wobei zumindest einige der Abspannelemente (18, 20) ausgehend von dem jeweils zugeordneten Lasteinleitungspunkt (22) mit der zugeordneten Radialrichtung (26) in axialer Draufsicht einen Winkel α einschließen, wobei gilt: 45°≤ α ≤ 90°,wobei zwei Abspannelemente (18, 20) ein Abspannelementepaar (50) bilden, wobei die Abspannelemente (18, 20) eines Abspannelementepaars (50) in axialer Draufsicht aufeinander zu laufen und einen sich zum Turmschaft (14) hin öffnenden Öffnungswinkel β definieren, wobei gilt: β ≤ 20°,dadurch gekennzeichnet, dass sich die beiden Abspannelemente (18, 20) eines Abspannelementepaars (50) in axialer Draufsicht überkreuzen.A tower construction for a wind power plant (12), comprising a tower shaft (14) having a shank cross section (16) and a longitudinal axis (A) and several chucking elements (18, 20) inclined to the longitudinal axis (A) of the tower shaft (14), through which the Tower shaft (14) is at least partially restrained, wherein the guy elements (18, 20) attached to one of the longitudinal axis (A) of the tower shaft (14) radially spaced load introduction point (22) of the tower shaft (14) and radially outside of the tower shaft (14) are anchored in a ground (24), and wherein each guy element (18, 20) is associated with a radial direction (26) which in axial plan view through a centroid (28) of the shank cross section (16) and the load application point (22) of the respective guy element ( 18, 20) is determined, wherein at least some of the guy elements (18, 20), starting from the respectively assigned load introduction point (22) with the associated radial direction (26) in axial plan view one Include angle α, where: 45 ° ≤ α ≤ 90 °, wherein two guy elements (18, 20) form a guy pair (50), wherein the guy elements (18, 20) of a guy pair (50) run towards each other in axial plan view and define an opening angle β opening towards the tower shaft (14), wherein the following applies: β ≦ 20 °, characterized in that the two guy elements (18, 20) of a guy element pair (50) intersect in an axial plan view.

Description

Die Erfindung betrifft ein Turmbauwerk für eine Windenergieanlage, mit einem Turmschaft, der einen Schaftquerschnitt und eine Längsachse aufweist, sowie mehreren zur Längsachse des Turmschafts geneigten Abspannelementen, durch die der Turmschaft zumindest abschnittsweise abgespannt ist, wobei die Abspannelemente an einem von der Längsachse des Turmschafts radial beabstandeten Lasteinleitungspunkt des Turmschafts befestigt sowie radial außerhalb des Turmschafts in einem Baugrund verankert sind, und wobei jedem Abspannelement eine Radialrichtung zugeordnet ist, die in axialer Draufsicht durch einen Flächenschwerpunkt des Schaftquerschnitts und den Lasteinleitungspunkt des jeweiligen Abspannelements festgelegt ist, wobei zumindest einige der Abspannelemente ausgehend von dem jeweils zugeordneten Lasteinleitungspunkt mit der zugeordneten Radialrichtung in axialer Draufsicht einen Winkel α einschließen, wobei gilt: 45°s α ≤ 90°,
wobei zwei Abspannelemente ein Abspannelementepaar bilden, wobei die Abspannelemente eines Abspannelementepaars in axialer Draufsicht aufeinander zu laufen und einen sich zum Turmschaft hin öffnenden Öffnungswinkel β definieren, wobei gilt: β ≤ 20°.
The invention relates to a tower construction for a wind power plant, comprising a tower shaft having a shaft cross-section and a longitudinal axis, and a plurality of bracing elements inclined to the longitudinal axis of the tower shaft, by which the tower shaft is braced at least in sections, wherein the bracing elements radially on one of the longitudinal axis of the tower shaft spaced load introduction point of the tower shaft are fixed and anchored radially outside the tower shaft in a ground, and wherein each guy element is assigned a radial direction, which is defined in axial plan view by a centroid of the shank cross section and the load application point of the respective guy element, wherein at least some of the guy elements starting from the respective assigned load introduction point with the associated radial direction in axial plan view include an angle α, where: 45 ° s α ≤ 90 °,
wherein two bracing elements form a pair of bracing elements, wherein the bracing elements of a bracing element pair converge in an axial plan view and define an opening angle β which opens toward the tower shaft, where: β ≦ 20 °.

Im Bereich der Windkrafttechnik werden häufig eingespannte Kragträger als Turmbauwerke für Windenergieanlagen eingesetzt. Zur Aufnahme der nach unten zunehmenden Biegemomente und zur Aufnahme der Torsion um die Längsachse weiten sich diese Turmbauwerke nach unten hin auf und/oder werden durch zunehmende Material- bzw. Wandstärken für die auftretende Beanspruchung, insbesondere infolge der Biege- und Torsionsmomente bemessen.In the field of wind power technology, often clamped cantilevers are used as tower structures for wind turbines. To accommodate the downward bending moments and to absorb the torsion about the longitudinal axis, these towers widen downwards and / or are dimensioned by increasing material or wall thicknesses for the occurring stress, in particular as a result of the bending and torsional moments.

In jüngerer Vergangenheit wurden für sehr hohe Turmbauwerke bereits abgespannte Konstruktionen vorgeschlagen, um die Momentenbeanspruchung im Turmschaft zu reduzieren. Diese Bauweise mit in axialer Draufsicht vom Turmschaft radial nach außen verlaufenden Abspannelementen ermöglicht es, die Momente im Turmschaft zu reduzieren, sodass das Turmbauwerk insbesondere im unteren, bodennahen Bereich erheblich schlanker ausgebildet und somit Material eingespart werden kann.In the recent past, already very taut structures have been proposed for very tall tower structures in order to reduce the moment load in the tower shaft. This design with axially in plan view of the tower shaft extending outward Abspannelementen makes it possible to reduce the moments in the tower shaft, so that the tower construction, in particular in the lower, near-ground area significantly slimmer and thus material can be saved.

Infolge der schlankeren Bauweise sinkt jedoch der Torsionswiderstand des Turmbauwerks, was insbesondere bei ungleichmäßiger Anströmung des Rotors und böigem Wind zu unerwünschten Torsionsschwingungen führt, die insbesondere mit den Blatteigenfrequenzen 1p und 3p der Rotorblätter und mit Corrioliskräften der rotierenden Massen in Konflikt kommen können.As a result of the slimmer design, however, the torsional resistance of the tower construction decreases, which leads to undesirable torsional vibrations, in particular with uneven flow of the rotor and gusty wind, which can come into conflict in particular with the leaf natural frequencies 1p and 3p of the rotor blades and with Corrioliskräften the rotating masses.

Die Torsionsbeanspruchungen des Turmschafts sind insbesondere bei großen und hohen Windenergieanlagen (installierte Leistung ≥ 2,5 MW, Länge der Rotorblätter > 50 m, Nabenhöhe > 140 m) beachtlich, sodass über die beabsichtigte Anlagenlaufzeit eine Materialermüdung auftreten kann und das Turmbauwerk letztlich aufwendig saniert werden muss.The torsional stresses of the tower shaft are considerable, especially in large and high wind turbines (installed power ≥ 2.5 MW, length of the rotor blades> 50 m, hub height> 140 m), so that material fatigue can occur over the intended system runtime and the tower construction will ultimately be extensively rehabilitated got to.

In der gattungsbildenden WO 01/83984 A1 ist bereits ein abgespanntes Turmbauwerk für eine Windenergieanlage dargestellt, bei dem sich die zur Abspannung verwendeten Schrägseile nicht bis zum Baugrund, sondern lediglich bis zu einer fachwerkartigen Lastabtragungskonstruktion erstrecken, welche die auftretenden Seilkräfte über ein Fundament in den Baugrund leitet. Um die Torsionssteifigkeit zu erhöhen, sind die Schrägseile in einer Ausführungsform des Turmbauwerks paarweise angeordnet, wobei sich ein Seilpaar ausgehend von einem an der Lastabtragungskonstruktion vorgesehenen, gemeinsamen Verankerungspunkt V-förmig zum Turmschaft hin öffnet und so am Turmschaft befestigt ist, dass eine Zugkraft im Schrägseil den Turmschaft nicht nur radial, sondern auch tangential beaufschlagt.In the generic WO 01/83984 A1 is already shown a guyed tower construction for a wind turbine, in which the stay cables used for bracing do not extend to the ground, but only up to a truss-like load transfer structure, which directs the rope forces occurring over a foundation in the ground. In order to increase the torsional rigidity, the stay cables are arranged in pairs in one embodiment of the tower structure, wherein a pair of cables starting from a provided on the load transfer structure, common anchoring point opens V-shaped towards the tower shaft and is attached to the tower shaft, that a tensile force in the stay cable the tower shaft not only radially, but also applied tangentially.

Abgespannte Masten mit ähnlich angeordneten Seilpaaren zur Erhöhung der Torsionssteifigkeit des Masts sind auch in der GB 668 408 A und der DE 705 992 A beschrieben.Strained masts with similarly arranged pairs of cables to increase the torsional stiffness of the mast are also in the GB 668 408 A and the DE 705 992 A described.

Die WO 2012/024608 A2 offenbart eine abgespannte Mastkonstruktion für Offshore-Windenergieanlagen, bei der sich die zur Abspannung verwendeten Schrägseile ebenfalls so erstrecken, dass eine Zugkraft im Schrägseil den Mast nicht nur radial, sondern auch tangential beaufschlagt. Die tangentiale Komponente ist in den dargestellten Ausführungsbeispielen jedoch so gering, dass sich vermutlich kaum Auswirkungen auf die Torsionssteifigkeit ergeben.The WO 2012/024608 A2 discloses a guyed mast construction for offshore wind turbines, in which the stay cables used for bracing also extend so that a tensile force in the cable rope applied to the mast not only radially but also tangentially. However, the tangential component is so small in the illustrated embodiments that presumably hardly any effects on the torsional stiffness result.

In der DE 10 2012 021 697 A1 ist eine abgespannte Mastkonstruktion für eine Windenergieanlage dargestellt, wobei der Mast etwa auf mittlerer Höhe einen Ausleger in Form eines Speichenrads aufweist, dessen Speichen mastseitig oberhalb und unterhalb des Auslegers mit dem Mast verbunden sind. Ferner ist die Mastkonstruktion durch Schrägseile abgespannt, wobei die Schrägseile am Speichenrad angreifen und im Baugrund verankert sind.In the DE 10 2012 021 697 A1 is shown a guyed mast construction for a wind turbine, the mast has approximately at mid-height a boom in the form of a spoked wheel, the spokes are mast side above and below the boom connected to the mast. Furthermore, the mast construction is tensioned by cable ropes, the cable ropes attack the spoked wheel and are anchored in the ground.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Turmbauwerks für eine Windenergieanlage, das zum einen eine schlanke, materialsparende Konstruktion und zum andern eine besonders hohe Torsionssteifigkeit aufweist.The object of the invention is to provide a tower construction for a wind energy plant, which on the one hand has a slim, material-saving construction and on the other hand a particularly high torsional rigidity.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Turmbauwerk mit den Merkmalen des Anspruchs 1.This object is achieved by a tower structure with the features of claim 1.

Durch die radiale Beabstandung des Lasteinleitungspunkts von der Längsachse des Turmschafts sowie die Ausrichtung der Abspannelemente in dem angegebenen Winkelbereich wird sichergestellt, dass Torsionsbeanspruchungen des Turmschafts zumindest teilweise von den Abspannelementen aufgenommen und in den Baugrund abgeleitet werden können. Als Abspannelemente kommen dabei vorzugsweise Zugseile, insbesondere vorgespannte Zugseile aus Stahl zum Einsatz. The radial spacing of the load application point from the longitudinal axis of the tower shaft and the orientation of the guy elements in the specified angular range ensures that torsional stresses of the tower shaft can be at least partially absorbed by the guy elements and discharged into the ground. In this case, tensioning cables, in particular prestressed tension cables made of steel, are preferably used as bracing elements.

Vorzugsweise erstrecken sich die Abspannelemente von ihren Lasteinleitungspunkten verknüpfungspunktfrei zu ihren Verankerungspunkten. Diese Verankerungspunkte sind beispielsweise an einem Widerlager ausgebildet, welches die Zugkräfte aus den Abspannelementen in den Baugrund einleitet. Verknüpfungspunktfrei bedeutet in diesem Zusammenhang, dass sich jedes Abspannelement von seinem Lasteinleitungspunkt zu seinem Verankerungspunkt erstreckt, ohne zwischen diesen Punkten mit einem weiteren Abspannelement gekoppelt zu sein. Es ist allerdings denkbar, dass ein Abspannelement mit einem Schwingungsdämpfer gekoppelt ist, insbesondere mit einem Reibdämpfer oder einem Seil zur Schwingungsdämpfung des Abspannelements.The bracing elements preferably extend from their load introduction points without linking points to their anchoring points. These anchoring points are formed for example on an abutment, which initiates the tensile forces from the guy elements in the ground. Tie point free in this context means that each guy element extends from its load introduction point to its anchorage point without being coupled to another tie down element between these points. However, it is conceivable that a guy element is coupled to a vibration damper, in particular with a friction damper or a cable for vibration damping of the guy element.

Insbesondere erstrecken sich die als Abspannelemente verwendeten Zugseile im Wesentlichen linear, das heißt geradlinig von ihrem Lasteinleitungspunkt zu ihrem Verankerungspunkt.In particular, the tension cables used as tensioning elements extend substantially linearly, that is to say in a straight line from their load introduction point to their anchoring point.

In einer Ausführungsform des Turmbauwerks sind erste Abspannelemente und zweite Abspannelemente vorgesehen, wobei die ersten Abspannelemente eine tangentiale Kraftkomponente in einer ersten Umfangsrichtung und die zweiten Abspannelemente eine tangentiale Kraftkomponente in einer entgegengesetzten zweiten Umfangsrichtung in den Turmschaft einleiten, wobei die Anzahl der ersten Abspannelemente vorzugsweise der Anzahl der zweiten Abspannelemente entspricht. Durch diese Konstruktion können die Abspannelemente sowohl in der ersten Umfangsrichtung als auch in der entgegengesetzten zweiten Umfangsrichtung auf den Turmschaft einwirkende Torsionsbelastungen aufnehmen und gegebenenfalls torsionalen Erregerkräften (dämpfend) entgegenwirken. Bei identischer Anzahl und symmetrischer Ausrichtung der ersten und zweiten Abspannelemente ist sichergestellt, dass sich die über die vorgespannten Abspannelemente in den Turmschaft eingeleiteten Torsionsmomente aufheben, sodass der Turmschaft durch die Vorspannung der Abspannelemente nicht auf Torsion beansprucht wird.In one embodiment of the tower construction, first tie-down elements and second tie-down elements are provided, wherein the first tie-down elements introduce a tangential force component in a first circumferential direction and the second tie-down elements introduce a tangential force component in an opposite second circumferential direction into the tower shaft, wherein the number of first tie-down elements is preferably the number corresponds to the second guy elements. By virtue of this construction, the tensioning elements can absorb torsional stresses acting on the tower shaft both in the first circumferential direction and in the opposite second circumferential direction and, if appropriate, counteract torsional excitation forces (damping). With an identical number and symmetrical alignment of the first and second bracing elements, it is ensured that the torsional torques introduced via the prestressed guy elements into the tower shaft cancel, so that the tower shaft is not subjected to torsion as a result of the prestressing of the bracing elements.

Erfindungsgemäß bilden zwei Abspannelemente ein Abspannelementepaar, wobei die Abspannelemente eines Abspannelementepaares in axialer Draufsicht aufeinander zu laufen und einen sich zum Turmschaft hin öffnenden Öffnungswinkel β definieren, wobei gilt: β ≤ 20°, insbesondere β ≤ 15°.According to the invention, two bracing elements form a pair of bracing elements, wherein the bracing elements of a pair of bracing elements converge toward one another in an axial plan view and define an opening angle β which opens toward the tower shaft, where β ≦ 20 °, in particular β ≦ 15 °.

Jedes Abspannelementepaar besteht aus einem ersten Abspannelement und einem zweiten Abspannelement, wobei insbesondere drei gleichmäßig über den Schaftumfang verteilte Abspannelementpaare vorgesehen sind.Each Abspannelementepaar consists of a first guy element and a second guy element, wherein in particular three evenly distributed over the shaft periphery Abspannelementpaare are provided.

Zwischen den beiden Lasteinleitungspunkten eines Abspannelementepaars ist eine Verbindungsstrecke definiert, wobei die beiden Abspannelemente des Abspannelementepaars in axialer Draufsicht vorzugsweise symmetrisch zu einer Mittelsenkrechten auf die Verbindungsstrecke angeordnet sind. Auf diese Weise wirkt jedes als vorgespanntes Zugseilpaar ausgeführte Abspannelementepaar im Wesentlichen „torsionsneutral“ auf den Turmschaft. Durch eine gleichmäßige Verteilung der Abspannelementepaare über den Schaftumfang wird auch die von den vorgespannten Zugseilen in den Turmschaft eingeleitete Biegebelastung abgetragen, sodass der Turmschaft durch die vorgespannten Abspannelemente insgesamt weder auf Torsion noch auf Biegung beansprucht wird.A connecting path is defined between the two load introduction points of a guy element pair, wherein the two guy elements of the guy element pair are arranged in axial plan view preferably symmetrically to a perpendicular bisector to the connection path. In this way, each pair of tie-bar elements designed as a prestressed tension cable pair acts essentially "torsionally neutral" on the tower shaft. By a uniform distribution of Abspannelementepaare on the shaft circumference and the initiated by the prestressed tension cables in the tower shaft bending load is removed, so that the tower shaft is claimed by the biased guy elements in total neither torsion nor bending.

Gemäß der Erfindung überkreuzen sich die beiden Abspannelemente eines Abspannelementepaars in axialer Draufsicht. Diese Ausführung der Abspannelementepaare trägt in Bezug auf Biegung und Torsion ebenfalls zu einer erhöhten Turmsteifigkeit bei.According to the invention, the two guy elements of a guy element pair intersect in an axial plan view. This embodiment of the guy pairs also contributes to increased tower stiffness in terms of flexing and torsion.

Die beiden Abspannelemente eines Abspannelementepaars greifen zur Verankerung im Baugrund vorzugsweise an einem gemeinsamen Widerlager an. Auf diese Weise halbiert sich die Anzahl der für das Turmbauwerk erforderlichen Widerlager. Die damit verbundenen Einsparungen übertreffen dabei in der Regel bei Weitem den Mehraufwand für die größere Dimensionierung der verbleibenden Widerlager, sodass sich insgesamt eine Verringerung des Bauaufwands und der damit verbundenen Kosten ergibt.The two guy elements of a tie-element pair engage, preferably for anchoring in the ground, against a common abutment. In this way, halves the number of abutments required for the tower structure. As a rule, the associated savings far exceed the additional expenditure for the larger dimensioning of the remaining abutments, resulting overall in a reduction of the construction costs and the associated costs.

In einer weiteren Ausführungsform des Turmbauwerks greift jedes Abspannelement zur Verankerung im Baugrund an einem Widerlager an, wobei das Widerlager wenigstens einen vorgespannten Anker sowie wenigstens einen Fundamentpfahl umfasst. Diese Kombination aus vorgespanntem Anker und Fundamentpfahl ermöglicht eine deutlich stärkere Vorspannung der Abspannelemente und damit eine höhere Steifigkeit in Abspannrichtung. Die stärkere Vorspannung der Abspannelemente trägt wiederum zu einer erhöhten Stabilität und Steifigkeit des Turmbauwerks bei. Infolge der größeren Turmsteifigkeit erhöht sich auch die Eigenfrequenz des Turmbauwerks und entfernt sich dadurch von der Erregerfrequenz des Rotors der Windenergieanlage (1p und 3p Anregung). Unerwünschte Resonanzeffekte werden dadurch vermieden. Um die Vorspannung der Abspannelemente in gewünschter Weise erhöhen zu können, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die wirksame Verankerungslänge der vorgespannten Anker mehr als 8 m beträgt. Insbesondere umfasst das Widerlager einen Fundamentkörper, an welchem wenigstens ein vorgespannter Anker und wenigstens ein Abspannelement angreifen sowie wenigstens ein Fundamentpfahl befestigt ist. Zwischen einem im Baugrund mit der wirksamen Verankerungslänge von mehr als 8 m verankerten Abschnitt und einer Befestigungsstelle am Fundamentkörper weist der vorgespannte Anker bevorzugt einen unverankerten, im Wesentlichen gleitend gelagerten Abschnitt auf, der sich durch den Fundamentkörper und/oder den Baugrund erstreckt. Für den vorgespannten Anker ergibt sich somit eine Gesamtlänge von wenigstens 10 m.In a further embodiment of the tower construction, each anchoring element engages for anchoring in the ground at an abutment, wherein the abutment comprises at least one prestressed anchor and at least one foundation pile. This combination of prestressed anchor and foundation pile enables significantly stronger prestressing of the guy elements and thus higher rigidity in the guy direction. The stronger bias of the guy elements in turn contributes to increased stability and rigidity of the tower structure. As a result of the greater tower rigidity, the natural frequency of the tower construction also increases and thereby moves away from the excitation frequency of the rotor of the wind energy installation (1 p and 3p stimulation). Unwanted resonance effects are thereby avoided. In order to increase the bias of the guy elements in the desired manner, it has proved to be advantageous if the effective anchoring length of the prestressed armature is more than 8 m. In particular, the abutment comprises a foundation body, to which at least one prestressed anchor and at least one anchoring element engage and at least one foundation pile is fastened. Between a anchored in the ground with the effective anchoring length of more than 8 m section and an attachment point on the foundation body, the prestressed anchor preferably has a floating, substantially slidably mounted portion extending through the foundation body and / or the ground. For the preloaded anchor thus results in a total length of at least 10 m.

In einer weiteren Ausführungsform des Turmbauwerks weist der Turmschaft radial nach außen ragende Fortsätze auf, an denen jeweils ein Lasteinleitungspunkt eines Abspannelements ausgebildet ist. Durch diese radialen Fortsätze vergrößert sich in Bezug auf die Torsionsachse des Turmschafts der Hebelarm, mit dem die Abspannelemente einer Torsionsbelastung des Turmschafts entgegenwirken. Folglich ergibt sich bei identischer Zugkraft in den Abspannelementen eine erhöhte Steifigkeit des Turmbauwerks, oder es reicht eine geringere Zugkraft in den Abspannelementen aus, um die gleiche Turmsteifigkeit zu erreichen.In a further embodiment of the tower construction, the tower shaft has radially outwardly projecting extensions, on each of which a load introduction point of a guy element is formed. As a result of these radial extensions, the lever arm, with which the guying elements counteract torsional loading of the tower shaft, increases in relation to the torsion axis of the tower shaft. Consequently, with identical tensile force in the guy elements an increased rigidity of the tower structure, or it is sufficient to lower tensile force in the guy elements to achieve the same tower stiffness.

Vorzugsweise ist der Turmschaft zumindest im Bereich der Lasteinleitungspunkte ein Hohlschaft mit einer im Schaftquerschnitt umlaufenden Schaftwand. Die Lasteinleitungspunkte sind dann beispielsweise an der Schaftwand oder nahe der Schaftwand vorgesehen, sodass die Abspannelemente einen ausreichenden Hebelarm aufweisen, um den Torsionsbelastungen des Turmschafts entgegenzuwirken.At least in the region of the load introduction points, the tower shaft is preferably a hollow shaft with a skirt wall encircling the shaft cross section. The load introduction points are then provided, for example, on the shaft wall or near the shaft wall, so that the bracing elements have a sufficient lever arm to counteract the torsional loads of the tower shaft.

Insbesondere kann der Turmschaft zumindest im Bereich der Lasteinleitungspunkte eine im Schaftquerschnitt kreisringförmige Schaftwand aufweisen, wobei sich die Abspannelemente in axialer Draufsicht im Wesentlichen tangential zur Schaftwand erstrecken. Bei tangentialer Ausrichtung wirken die Abspannelemente einer Torsionsbelastung des Turmschafts am wirksamsten entgegen, wobei geringe Abweichungen von der Tangentialrichtung in der Größenordnung von ± 5° kaum ins Gewicht fallen und ebenfalls noch als „im Wesentlichen tangential“ bezeichnet werden.In particular, at least in the area of the load introduction points, the tower shaft can have an annular wall in the shaft cross-section, wherein the bracing elements extend substantially tangentially to the shaft wall in an axial plan view. In tangential orientation, the anchoring elements most effectively counteract torsional loading of the tower shaft, with minor deviations from the tangential direction of the order of ± 5 ° being negligible and also being referred to as being "substantially tangential".

In einer weiteren Ausführungsform des Turmbauwerks ist der Turmschaft zumindest im Bereich der Lasteinleitungspunkte aus Stahlbeton, insbesondere aus Spannbeton hergestellt. Turmschäfte, bei denen jeweils der untere Abschnitt bis wenigstens zu den Lasteinleitungspunkten der Abspannelemente aus Stahlbeton oder Spannbeton hergestellt ist, haben sich insbesondere bei großen und/oder hohen Windenergieanlagen als besonders geeignet herausgestellt.In a further embodiment of the tower construction, the tower shaft is made of reinforced concrete, in particular prestressed concrete, at least in the area of the load introduction points. Tower shafts, in which each of the lower section to at least the load introduction points of the guy elements made of reinforced concrete or prestressed concrete, have been found to be particularly suitable for large and / or high wind turbines particularly suitable.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. In diesen zeigen:

  • - 1 eine schematische Ansicht einer Windenergieanlage mit einem Turmbauwerk gemäß einem Stand der Technik;
  • - 2 einen schematischen Querschnitt durch einen Turmschaft des Turmbauwerks gemäß 1 im Bereich von Lasteinleitungspunkten der Abspannelemente;
  • - 3 eine schematische Ansicht einer Windenergieanlage mit einem erfindungsgemäßen Turmbauwerk;
  • - 4 einen schematischen Querschnitt durch einen Turmschaft eines erfindungsgemäßen Turmbauwerks in einer ersten Ausführungsform;
  • - 5 einen schematischen Querschnitt durch einen Turmschaft eines erfindungsgemäßen Turmbauwerks in einer zweiten Ausführungsform;
  • - 6 einen schematischen Querschnitt durch einen Turmschaft eines erfindungsgemäßen Turmbauwerks in einer dritten Ausführungsform;
  • - 7 einen schematischen Querschnitt durch einen Turmschaft eines erfindungsgemäßen Turmbauwerks in einer vierten Ausführungsform;
  • - 8 einen schematischen Querschnitt durch einen Turmschaft eines erfindungsgemäßen Turmbauwerks in einer fünften Ausführungsform;
  • - 9 einen schematischen Querschnitt durch einen Turmschaft eines erfindungsgemäßen Turmbauwerks in einer sechsten Ausführungsform;
  • - 10 ein Abspannelementepaar für das erfindungsgemäße Turmbauwerk in axialer Draufsicht;
  • - 11 ein schematisches Schnittdetail durch ein Widerlager eines Turmbauwerks gemäß einem Stand der Technik;
  • - 12 einen schematischen Detailschnitt durch ein erfindungsgemäßes Turmbauwerk im Bereich eines Widerlagers für Abspannelemente;
  • - 13 einen schematischen Detailschnitt durch ein erfindungsgemäßes Turmbauwerk im Bereich eines Widerlagers für Abspannelemente gemäß einer weiteren Ausführungsvariante;
  • - 14 einen schematischen Detailschnitt durch ein erfindungsgemäßes Turmbauwerk im Bereich eines Widerlagers für Abspannelemente gemäß einer weiteren Ausführungsvariante; und
  • - 15 einen schematischen Detailschnitt durch ein erfindungsgemäßes Turmbauwerk im Bereich eines Widerlagers für Abspannelemente gemäß einer weiteren Ausführungsvariante.
Further features and advantages of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments with reference to the drawings. In these show:
  • - 1 a schematic view of a wind turbine with a tower structure according to a prior art;
  • - 2 a schematic cross section through a tower shaft of the tower construction according to 1 in the range of load application points of the guying elements;
  • - 3 a schematic view of a wind turbine with a tower construction according to the invention;
  • - 4 a schematic cross section through a tower shaft of a tower structure according to the invention in a first embodiment;
  • - 5 a schematic cross section through a tower shaft of a tower construction according to the invention in a second embodiment;
  • - 6 a schematic cross section through a tower shaft of a tower structure according to the invention in a third embodiment;
  • - 7 a schematic cross section through a tower shaft of a tower structure according to the invention in a fourth embodiment;
  • - 8th a schematic cross section through a tower shaft of a tower structure according to the invention in a fifth embodiment;
  • - 9 a schematic cross section through a tower shaft of a tower structure according to the invention in a sixth embodiment;
  • - 10 a Abspannelementepaar for the tower structure according to the invention in axial plan view;
  • - 11 a schematic sectional detail through an abutment of a tower structure according to a prior art;
  • - 12 a schematic detail section through an inventive tower structure in the region of an abutment for guy elements;
  • - 13 a schematic detail section through an inventive tower structure in the region of an abutment for guy elements according to a further embodiment;
  • - 14 a schematic detail section through an inventive tower structure in the region of an abutment for guy elements according to a further embodiment; and
  • - 15 a schematic detail section through an inventive tower structure in the region of an abutment for guy elements according to another embodiment.

Die 1 und 2 zeigen eine Ansicht bzw. einen Schnitt durch ein aus einem Stand der Technik bekanntes Turmbauwerk 10' für eine Windenergieanlage 12, mit einem Turmschaft 14, der einen Schaftquerschnitt 16 (siehe 2 bis 8) und eine Längsachse A aufweist, sowie mehreren zur Längsachse A des Turmschafts 14 geneigten Abspannelementen 18', durch die der Turmschaft 14 zumindest abschnittsweise abgespannt ist. Die Abspannelemente 18' sind an einem von der Längsachse A des Turmschafts 14 radial beabstandeten Lasteinleitungspunkt 22' des Turmschafts 14 befestigt sowie radial außerhalb des Turmschafts 14 in einem Baugrund 24 verankert. Ferner ist jedem Abspannelement 18' eine Radialrichtung 26 zugeordnet, die in axialer Draufsicht durch einen Flächenschwerpunkt 28 des Schaftquerschnitts 16 und den Lasteinleitungspunkt 22' des jeweiligen Abspannelements 18' festgelegt ist.The 1 and 2 show a view and a section through a known from a prior art tower construction 10 ' for a wind turbine 12 , with a tower shaft 14 which has a shank cross section 16 (please refer 2 to 8th ) and a longitudinal axis A, and several to the longitudinal axis A of the tower shaft 14 inclined guy elements 18 ' through which the tower shaft 14 at least partially exhausted. The guy elements 18 ' are at one of the longitudinal axis A of the tower shaft 14 radially spaced load introduction point 22 ' of the tower shaft 14 attached as well as radially outside the tower shaft 14 in a subsoil 24 anchored. Furthermore, each guy element is 18 ' a radial direction 26 assigned, in axial plan view through a centroid 28 of the shank cross section 16 and the load introduction point 22 ' of the respective guy element 18 ' is fixed.

Gemäß 1 ist mit dem Bezugszeichen 30' der Verlauf eines über eine Höhe h des Turmbauwerks 10' im Wesentlichen konstanten Schaftquerschnitts 16 und mit dem Bezugszeichen 32' der Verlauf eines über die Höhe h konstanten Torsionsmoments 33 angedeutet, welches an einer Nabe 34 der Windenergieanlage 12 zum Beispiel durch seitliche Luftanströmung oder Windböen eingeleitet wird. Das Bezugszeichen 36' weist schließlich auf den Verlauf einer vom Baugrund 24 aus kontinuierlich und linear zunehmenden Verdrehung bzw. Verformung des Turmschafts 14 durch das Torsionsmoment 33 hin.According to 1 is with the reference numeral 30 ' the course of a height h of the tower structure 10 ' essentially constant shaft cross section 16 and with the reference numeral 32 ' the course of a constant torsional torque over the height h 33 indicated, which at a hub 34 the wind turbine 12 For example, by lateral air flow or gusts of wind is initiated. The reference number 36 ' finally points to the course of a subsoil 24 from continuously and linearly increasing rotation or deformation of the tower shaft 14 through the torsional moment 33 out.

Große Torsionsverformungen des Turmschafts 14 können über die geplante Betriebsdauer der Windenergieanlage 12 zu unerwünschten Schwingungen der Windenergieanlage und damit zu einer Materialermüdung sowie unerwünschten Sanierungskosten führen oder erfordern präventiv größere und steifere Schaftkonstruktionen.Large torsional deformations of the tower shaft 14 can over the planned operating period of the wind turbine 12 lead to undesirable vibrations of the wind turbine and thus to material fatigue and unwanted refurbishment costs or require preventively larger and stiffer shank constructions.

Die vergleichsweise großen Bauteilverformungen infolge Torsion kommen insbesondere dadurch zustande, dass lediglich der materialoptimierte und sehr schlanke Turmschaft 14 das Torsionsmoment 33 über ein Schaftfundament 38 in den Baugrund 24 ableitet. Die Abspannelemente 18' sind gemäß 2 im Wesentlichen radial ausgerichtet und liefern daher keinen oder lediglich einen vernachlässigbaren Anteil beim Abtragen des Torsionsmoments 33 in den Baugrund 24.The comparatively large component deformations as a result of torsion come about in particular in that only the material-optimized and very slim tower shaft 14 the torsional moment 33 over a shaft foundation 38 in the ground 24 derives. The guy elements 18 ' are according to 2 substantially radially aligned and therefore provide no or only a negligible portion in the removal of the torsional moment 33 in the ground 24 ,

Ausgehend von einem Zustand ohne äußere Torsionseinwirkung (siehe 2, durchgezogene Linien) setzen die in Radialrichtung 26 verlaufenden Abspannelemente 18' einer Verdrehung des Turmschafts 14 (siehe 2, gestrichelte Linien) aufgrund des auf die Nabe 34 wirkenden Torsionsmoments nahezu keinen Widerstand entgegen.Starting from a state without external torsion (see 2 , solid lines) set in the radial direction 26 extending tensioning elements 18 ' a twist of the tower shaft 14 (please refer 2 , dashed lines) due to the hub 34 acting torsional virtually no resistance.

Die 3 zeigt eine Ansicht eines Turmbauwerks 10 für eine Windenergieanlage 12, wobei dieses Turmbauwerk 10 im Unterschied zum bekannten Turmbauwerk 10' gemäß 1 zwischen dem Baugrund 24 und den Lasteinleitungspunkten 22 der Abspannelemente 18, 20 einen deutlich erhöhten Torsionswiderstand aufweist, obwohl die Größe und der konstante Verlauf 30', 30 der Schaftquerschnitte 16 über die Höhe h identisch sind.The 3 shows a view of a tower building 10 for a wind turbine 12 , this tower construction 10 in contrast to the known tower construction 10 ' according to 1 between the subsoil 24 and the load introduction points 22 the guy elements 18 . 20 has a significantly increased torsional resistance, although the size and the constant course 30 ' . 30 the shank cross sections 16 are identical over the height h.

Das Turmbauwerk 10 der Windenergieanlage 12 umfasst analog zu 1 den Turmschaft 14 mit dem Schaftquerschnitt 16 (siehe 4 bis 9) und der Längsachse A, sowie mehrere zur Längsachse A des Turmschafts 14 geneigte sowie zumindest abschnittsweise außenseitig des Turmschafts verlaufende Abspannelemente 18, durch die der Turmschaft 14 zumindest abschnittsweise abgespannt ist, wobei die Abspannelemente 18 an einem von der Längsachse A des Turmschafts 14 radial beabstandeten Lasteinleitungspunkt 22 des Turmschafts 14 befestigt sowie radial außerhalb des Turmschafts 14 im Baugrund 24 verankert sind, und wobei jedem Abspannelement 18 eine Radialrichtung 26 zugeordnet ist, die in axialer Draufsicht durch den Flächenschwerpunkt 28 des Schaftquerschnitts 16 auf Höhe der Lasteinleitungspunkte 22 und den Lasteinleitungspunkt 22 des jeweiligen Abspannelements 18 festgelegt ist.The tower construction 10 the wind turbine 12 includes analogous to 1 the tower shaft 14 with the shank cross section 16 (please refer 4 to 9 ) and the longitudinal axis A , as well as several to the longitudinal axis A of the tower shaft 14 inclined and at least partially outside the tower shaft extending guy elements 18 through which the tower shaft 14 is braced at least in sections, wherein the guy elements 18 at one of the longitudinal axis A of the tower shaft 14 radially spaced load introduction point 22 of the tower shaft 14 attached as well as radially outside the tower shaft 14 in the ground 24 are anchored, and wherein each guy element 18 a radial direction 26 is assigned, in axial plan view through the centroid 28 of the shank cross section 16 at the level of the load introduction points 22 and the load introduction point 22 of the respective guy element 18 is fixed.

Im Unterschied zu 1 schließen jedoch zumindest einige der Abspannelemente 18, 20, vorzugsweise alle Abspannelemente 18, 20, ausgehend von dem jeweils zugeordneten Lasteinleitungspunkt 22 mit der zugeordneten Radialrichtung 26 in axialer Draufsicht einen Winkel α ein, wobei gilt: a) α = 90° oder b) 45°≤ α < 90°, insbesondere 60°≤ α < 90° (siehe auch 4 bis 9). Der angegebene Winkel α ist dabei stets der kleinere der beiden zwischen Radialrichtung 26 und Abspannelement 18, 20 eingeschlossenen Winkel.In contrast to 1 however, close at least some of the guying elements 18 . 20 , preferably all anchoring elements 18 . 20 , starting from the respectively assigned load introduction point 22 with the associated radial direction 26 in an axial plan view, an angle α, where: a) α = 90 ° or b) 45 ° ≤ α <90 °, in particular 60 ° ≤ α <90 ° (see also 4 to 9 ). The specified angle α is always the smaller of the two between the radial direction 26 and guy element 18 . 20 included angle.

Durch die radiale Beabstandung des Lasteinleitungspunkts von der Längsachse des Turmschafts sowie die Ausrichtung der Abspannelemente im Winkelbereich 45°≤ α ≤ 90°, insbesondere 60°≤ α < 90° wird sichergestellt, dass Torsionsbeanspruchungen des Turmschafts zusätzlich von den Abspannelementen aufgenommen und in den Baugrund abgeleitet werden können. Dies wird anhand des Verlaufs 32 des im Turmschaft 14 wirkenden Torsionsmoments deutlich, welches auf Höhe der Lasteinleitungspunkte 22 sprunghaft abnimmt und zu einer insgesamt deutlich reduzierten Verformung des Turmschafts 14 führt (siehe Verlauf 36 der Verformung des Turmschafts).Due to the radial spacing of the load introduction point from the longitudinal axis of the tower shaft and the orientation of the guy elements in the angular range 45 ° ≤ α ≤ 90 °, in particular 60 ° ≤ α < 90 ° ensures that torsional stresses of the tower shaft can be additionally absorbed by the anchoring elements and discharged into the ground. This is based on the history 32 in the tower shaft 14 acting torsional moment, which at the level of load application points 22 decreases abruptly and to an overall significantly reduced deformation of the tower shaft 14 leads (see History 36 the deformation of the tower shaft).

In den 4 bis 9 sind unterschiedliche Ausführungsformen der am Turmschaft 14 vorgesehenen Lasteinleitungspunkte für die Abspannelemente 18, 20 dargestellt.In the 4 to 9 are different embodiments of the tower shaft 14 provided load application points for the guy elements 18 . 20 shown.

Die 4 zeigt eine Ausführungsform des Turmbauwerks 10, bei welcher der Turmschafts 14 radial nach außen ragende Fortsätze 40 aufweist, an denen jeweils ein Lasteinleitungspunkt 22 eines Abspannelements 18, 20 ausgebildet ist. Durch diese radialen Fortsätze 40 vergrößert sich in Bezug auf die Torsions- bzw. Längsachse A des Turmschafts 14 der Hebelarm 42, mit dem die Abspannelemente 18, 20 einer Torsionsbelastung des Turmschafts 14 entgegenwirken.The 4 shows an embodiment of the tower structure 10 in which the tower shaft 14 radially outwardly projecting extensions 40 having, at each of which a load application point 22 a guying element 18 . 20 is trained. Through these radial extensions 40 increases in relation to the torsional or longitudinal axis A of the tower shaft 14 the lever arm 42 with which the guy elements 18 . 20 a torsional load of the tower shaft 14 counteract.

Die 5 zeigt eine weitere Ausführungsform des Turmbauwerks 10, bei welcher der Turmschaft 14 zumindest im Bereich der Lasteinleitungspunkte 22 ein Hohlschaft mit einer im Schaftquerschnitt 16 umlaufenden Schaftwand 44 ist, wobei die Lasteinleitungspunkte 22 der Abspannelemente 18, 20 an einer radialen Außenseite der Schaftwand 44 ausgebildet sind.The 5 shows a further embodiment of the tower construction 10 in which the tower shaft 14 at least in the area of load introduction points 22 a hollow shaft with a shaft cross-section 16 circumferential shaft wall 44 is where the load introduction points 22 the guy elements 18 . 20 on a radial outside of the skirt wall 44 are formed.

Insbesondere ist die Schaftwand 44 des Turmschafts 14 in 5 zumindest im Bereich der Lasteinleitungspunkte 22 im Schaftquerschnitt 16 kreisringförmig ausgebildet, wobei sich die Abspannelemente 18, 20 in axialer Draufsicht im Wesentlichen tangential zur Schaftwand 44 erstrecken. Bei tangentialer Ausrichtung wirken die Abspannelemente 18, 20 einer Torsionsbelastung des Turmschafts 14 am wirksamsten entgegen, wobei geringe Abweichungen von der Tangentialrichtung in der Größenordnung von ± 5° kaum ins Gewicht fallen und ebenfalls noch als „im Wesentlichen tangential“ bezeichnet werden.In particular, the shaft wall 44 of the tower shaft 14 in 5 at least in the area of load introduction points 22 in the shank cross-section 16 formed annular, with the guy elements 18 . 20 in axial plan view substantially tangential to the shaft wall 44 extend. In the case of tangential alignment, the guying elements act 18 . 20 a torsional load of the tower shaft 14 most effectively counteracting, with slight deviations from the tangential direction in the order of ± 5 ° are negligible and are also still referred to as "substantially tangential".

Die 6 zeigt eine weitere Ausführungsform des Turmbauwerks 10, welche sich von der Ausführungsform gemäß 5 lediglich dadurch unterscheidet, dass die Lasteinleitungspunkte 22 der Abspannelemente 18, 20 an einer radialen Innenseite der Schaftwand 44 ausgebildet sind.The 6 shows a further embodiment of the tower construction 10 , which differs from the embodiment according to 5 only differs in that the load introduction points 22 the guy elements 18 . 20 on a radial inside of the shaft wall 44 are formed.

Obwohl sich der Hebelarm 42, mit dem die Abspannelemente 18, 20 einer Torsionsbelastung des Turmschafts 14 entgegenwirken, ausgehend von 5 über die 6 zur 7 bei identischem Schaftquerschnitt 16 verringert, reicht der Hebelarm 42 auch in 6 noch aus, um Anteile der Torsionsbelastung über die Abspannelemente 18, 20 in den Baugrund abzuleiten.Although the lever arm 42 with which the guy elements 18 . 20 a torsional load of the tower shaft 14 counteract, starting from 5 about the 6 to 7 with identical shank cross section 16 decreases, the lever arm is enough 42 also in 6 still off, to share the torsional load on the guy elements 18 . 20 to divert into the ground.

Die 7 zeigt eine weitere Ausführungsform des Turmbauwerks 10, welche sich von der Ausführungsform gemäß 6 lediglich durch die Querschnittsform des Turmschafts 14 unterscheidet. So können anstelle der bevorzugten kreisförmigen, insbesondere kreisringförmigen Schaftquerschnitte 16 mit einem Außendurchmesser d auch polygonale Turmschäfte 14, insbesondere polygonale Turmschäfte 14 mit hohlem Schaftquerschnitt 16 gemäß 7 zum Einsatz kommen.The 7 shows a further embodiment of the tower construction 10 , which differs from the embodiment according to 6 only by the cross-sectional shape of the tower shaft 14 different. Thus, instead of the preferred circular, in particular annular shaft cross sections 16 with an outside diameter d also polygonal tower shafts 14 , in particular polygonal tower shafts 14 with hollow shank cross section 16 according to 7 be used.

Die 8 zeigt eine weitere Ausführungsform des Turmbauwerks 10, bei der zwei Abspannelemente 18, 20 des Turmschafts 14 einstückig ausgebildet sind. Die beiden Abspannelemente 18, 20 gehen im Bereich ihrer Lasteinleitungspunkte 22 ineinander über und werden am Turmschaft 14 umgelenkt. Als gemeinsamer Lasteinleitungspunkt 22 wird in diesem Fall der Mittelpunkt des Anlageabschnitts der Abspannelemente 18, 20 am Turmschaft angesehen.The 8th shows a further embodiment of the tower construction 10 in which two guy elements 18 . 20 of the tower shaft 14 are integrally formed. The two guy elements 18 . 20 go in the area of their load introduction points 22 into each other and become the tower shaft 14 diverted. As a common load introduction point 22 in this case becomes the center of the abutment section of the guying elements 18 . 20 viewed at the tower shaft.

Bei den obengenannten Ausführungsbeispielen des Turmbauwerks 10 ist der Turmschaft 14 zumindest im Bereich der Lasteinleitungspunkte 22 aus Stahlbeton, insbesondere aus Spannbeton hergestellt. Turmschäfte 14, bei denen jeweils der untere Abschnitt bis wenigstens zu den Lasteinleitungspunkten 22 der Abspannelemente 18, 20 aus Stahlbeton oder Spannbeton hergestellt ist, haben sich insbesondere bei großen und/oder hohen Windenergieanlagen 12 als besonders geeignet herausgestellt.In the above-mentioned embodiments of the tower construction 10 is the tower shaft 14 at least in the area of load introduction points 22 made of reinforced concrete, in particular prestressed concrete. Turmschäfte 14 in which each of the lower section to at least to the load introduction points 22 the guy elements 18 . 20 Made of reinforced concrete or prestressed concrete, have become particularly in large and / or high wind turbines 12 proved to be particularly suitable.

Gerade bei diesen großen und/oder hohen Windenergieanlagen 12 mit einer installierten Leistung ab 2,5 MW, einer Länge l der Rotorblätter 46 mit l > 50 m sowie einer Nabenhöhe h mit h > 140 m weisen die erfindungsgemäßen Turmschäfte 14 im Übrigen die größten Vorteile auf, da in diesen Fällen die Belastungen aus äußeren Torsionsmomenten 33 am größten ist.Especially with these large and / or high wind turbines 12 with an installed power from 2.5 MW, a length l of the rotor blades 46 with l> 50 m and a hub height h with h> 140 m have the tower shafts according to the invention 14 Incidentally, the biggest advantages, since in these cases the loads from external torsional moments 33 is greatest.

Die 9 zeigt schließlich noch eine weitere Ausführungsform des Turmbauwerks 10, welche sich von der Ausführungsform gemäß 7 lediglich durch das Schaftmaterial unterscheidet, wobei der Turmschaft 14 in diesem Fall ein Fachwerk- oder Gittermast ist.The 9 finally shows yet another embodiment of the tower structure 10 , which differs from the embodiment according to 7 only differs by the shaft material, the tower shaft 14 in this case is a truss or lattice mast.

Als Abspannelemente 18, 20 kommen dabei vorzugsweise Zugseile, insbesondere vorgespannte Zugseile aus Stahl zum Einsatz.As guy elements 18 . 20 Preferably, tension cables, in particular prestressed tension cables made of steel, are used.

In allen dargestellten Ausführungsformen des Turmbauwerks 10 sind erste Abspannelemente 18 und zweite Abspannelemente 20 vorgesehen, wobei die ersten Abspannelemente 18 eine tangentiale Kraftkomponente in einer ersten Umfangsrichtung und die zweiten Abspannelemente 20 eine tangentiale Kraftkomponente in einer entgegengesetzten zweiten Umfangsrichtung in den Turmschaft 14 einleiten, wobei die Anzahl der ersten Abspannelemente 18 der Anzahl der zweiten Abspannelemente 20 entspricht.In all illustrated embodiments of the tower construction 10 are first guy elements 18 and second bracing elements 20 provided, wherein the first guy elements 18 a tangential force component in a first circumferential direction and the second guy elements 20 a tangential force component in an opposite second circumferential direction in the tower shaft 14 initiate, with the number of first guying elements 18 the number of second guying elements 20 equivalent.

Durch diese Konstruktion können die Abspannelemente 18, 20 sowohl in der ersten Umfangsrichtung als auch in der entgegengesetzten zweiten Umfangsrichtung auf den Turmschaft 14 einwirkende Torsionsbelastungen aufnehmen. Bei identischer Anzahl und symmetrischer Ausrichtung der ersten und zweiten Abspannelemente 18, 20 ist sichergestellt, dass sich die über die vorgespannten Abspannelemente 18, 20 in den Turmschaft 14 eingeleiteten Torsionsmomente aufheben, sodass der Turmschaft 14 durch die Vorspannung der Abspannelemente 18, 20 nicht auf Torsion beansprucht wird.This design allows the guy elements 18 . 20 both in the first circumferential direction and in the opposite second circumferential direction on the tower shaft 14 absorb acting torsional loads. With an identical number and symmetrical alignment of the first and second guying elements 18 . 20 It is ensured that the over the prestressed guy elements 18 . 20 in the tower shaft 14 cancel torsion moments introduced so that the tower shaft 14 by the bias of the guy elements 18 . 20 is not claimed to torsion.

Die 10 zeigt ein erstes Abspannelement 18 und ein zweites Abspannelement 20 in axialer Draufsicht jeweils zwischen ihren Lasteinleitungspunkten 22 und ihren Verankerungspunkten 48, wobei sich die Abspannelemente 18, 20 von ihren Lasteinleitungspunkten 22 verknüpfungspunktfrei zu ihren Verankerungspunkten 48 erstrecken.The 10 shows a first guy element 18 and a second guy element 20 in axial plan view in each case between their load introduction points 22 and their anchoring points 48 , wherein the guy elements 18 . 20 from their load introduction points 22 link-free to their anchorage points 48 extend.

Die beiden Abspannelemente 18, 20 bilden ein Abspannelementepaar 50, wobei die Abspannelemente 18, 20 des Abspannelementepaares 50 in axialer Draufsicht aufeinander zu laufen und einen sich zum Turmschaft 14 hin öffnenden Öffnungswinkel β definieren, wobei gilt: β ≤ 20°, insbesondere β ≤ 15°.The two guy elements 18 . 20 form a guy element pair 50 , wherein the guy elements 18 . 20 of the guy element pair 50 to converge in axial plan view and one to the tower shaft 14 define opening angle β, where: β ≤ 20 °, in particular β ≤ 15 °.

Insbesondere ist zwischen den beiden Lasteinleitungspunkten 22 des Abspannelementepaars 50 eine Verbindungsstrecke 51 definiert, wobei die beiden Abspannelemente 18, 20 des Abspannelementepaars 50 in axialer Draufsicht symmetrisch zu einer Mittelsenkrechten 52 auf die Verbindungsstrecke 51 angeordnet sind.In particular, between the two load application points 22 of the guy element pair 50 a link 51 defined, wherein the two guy elements 18 . 20 of the guy element pair 50 in axial plan view symmetrical to a bisector 52 on the link 51 are arranged.

Anhand der 10 wird außerdem deutlich, dass sich die beiden Abspannelemente 18, 20 des Abspannelementepaars 50 in axialer Draufsicht überkreuzen. Diese erfindungsgemäße Ausführung des Abspannelementepaares 50 trägt in Bezug auf Biegung und Torsion zu einer erhöhten Turmsteifigkeit bei. Für einen Abstand s1 zwischen dem Lasteinleitungspunkt 22 und dem Verankerungspunkt 48 eines Abspannelements 18, 20 gilt dabei vorzugsweise s1 ≥ 0,5 h, insbesondere s1 > 40 m und ein Abstand s2 zwischen den beiden Verankerungspunkten 48 eines Abspannelementepaares 50 liegt bevorzugt in der Größenordnung s2 ≈ 0,5 d, insbesondere s2 = 2-3 m. Entsprechend ergibt sich in Bezug auf den Flächenschwerpunkt 28 des Turmschafts 14 eine Ausmittigkeit s3 jedes Verankerungspunktes 48 von s3 = s2/2.Based on 10 It also becomes clear that the two guy elements 18 . 20 of the guy element pair 50 cross in axial plan view. This embodiment of the guy pair according to the invention 50 contributes to increased torsional stiffness in terms of flexion and torsion. For a distance s 1 between the load application point 22 and the anchorage point 48 a guying element 18 . 20 In this case, preferably s 1 ≥ 0.5 h, in particular s 1 > 40 m, and a distance s 2 between the two anchoring points 48 a guy element pair 50 is preferably in the order of s 2 ≈ 0.5 d, in particular s 2 = 2-3 m. Accordingly results in relation to the centroid 28 of the tower shaft 14 an issue s 3 of each anchorage point 48 of s 3 = s 2/2.

Alternativ ist auch denkbar, dass die beiden Abspannelemente 18, 20 eines Abspannelementepaars 50 im Wesentlichen in einem Verankerungspunkt 48 zusammenlaufen. Im Vergleich zu der überkreuzten Ausführungsvariante lässt sich ein Widerlager 54 der Abspannelemente 18, 20 in diesem Fall mit geringerem Aufwand fertigen, wobei sich allerdings auch die positive Wirkung auf die Turmstabilität verringert.Alternatively, it is also conceivable that the two guy elements 18 . 20 a guy element pair 50 essentially in an anchoring point 48 converge. Compared to the crossed variant, an abutment can be 54 the guy elements 18 . 20 manufacture in this case with less effort, but also reduces the positive effect on the tower stability.

Wie in 10 zu sehen, greifen die beiden Abspannelemente 18, 20 eines Abspannelementepaars 50 zur Verankerung im Baugrund 24 vorzugsweise an einem gemeinsamen Widerlager 54 an. Auf diese Weise halbiert sich die Anzahl der für das Turmbauwerk 10 erforderlichen Widerlager 54.As in 10 to see, grab the two guy elements 18 . 20 a guy element pair 50 for anchoring in the ground 24 preferably at a common abutment 54 at. This halves the number of tower buildings 10 required abutment 54 ,

Die 11 zeigt ein schematisches Schnittdetail durch ein Widerlager 54' eines Turmbauwerks 10' gemäß einem Stand der Technik, wobei das Widerlager 54' mit Zugankern im Baugrund 24 befestigt ist.The 11 shows a schematic sectional detail through an abutment 54 ' a tower structure 10 ' according to a prior art, wherein the abutment 54 ' with tie rods in the ground 24 is attached.

Die 12 zeigt ein schematisches Schnittdetail durch ein Widerlager 54 eines erfindungsgemäßen Turmbauwerks 10 einer Windenergieanlage 12. Dabei greift jedes Abspannelement 18, 20 zur Verankerung im Baugrund 24 an einem Widerlager 54 an, wobei das Widerlager 54 wenigstens einen vorgespannten Anker 56 wie zum Beispiel einen Verpressanker, insbesondere einen GeWi-Anker, sowie wenigstens einen Fundamentpfahl 58, insbesondere einen Bohr- oder Rammpfahl umfasst.The 12 shows a schematic sectional detail through an abutment 54 a tower structure according to the invention 10 a wind turbine 12 , Each guy element engages 18 . 20 for anchoring in the ground 24 on an abutment 54 on, with the abutment 54 at least one prestressed anchor 56 such as a grout anchor, in particular a GeWi anchor, and at least one foundation pile 58 , In particular comprises a drilling or driving pile.

Aufgrund der Reibung des wenigstens einen Fundamentpfahls 58 können die Anker 56 und damit auch die Abspannelemente 18, 20 gegen den Baugrund 24 vorgespannt werden, ohne dass die zulässige Bodenpressung an der Unterseite des Widerlagers 54 überschritten wird. Die Vorspannung der Abspannelemente 18, 20 trägt wiederum zu einer erhöhten Stabilität und Steifigkeit des Turmbauwerks 10 bei. Infolge der größeren Turmsteifigkeit erhöht sich auch die Eigenfrequenz des Turmbauwerks 10 und entfernt sich dadurch von der Erregerfrequenz des Rotors der Windenergieanlage 12, sodass keine unerwünschten Resonanzeffekte auftreten. Um die Vorspannung der Abspannelemente 18, 20 in gewünschter Weise erhöhen zu können, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die wirksame Verankerungslänge der vorgespannten Anker 56 mehr als 8 m beträgt. Der vorgespannte Anker 56 setzt sich bevorzugt aus einem Verankerungsabschnitt mit der wirksamen Verankerungslänge von mehr als 8 m sowie einem unverankerten Spannabschnitt zusammen, der eine Gleitlagerung aufweist und sich durch den Baugrund 24 und/oder einen Fundamentkörper des Widerlagers 54 erstreckt, sodass sich für den vorgespannten Anker eine Gesamtlänge von wenigstens 10 m ergibt.Due to the friction of the at least one foundation pile 58 can the anchors 56 and thus also the guy elements 18 . 20 against the ground 24 be preloaded without the allowable ground pressure at the bottom of the abutment 54 is exceeded. The bias of the guy elements 18 . 20 in turn contributes to increased stability and rigidity of the tower structure 10 at. As a result of the greater tower rigidity, the natural frequency of the tower construction also increases 10 and thereby moves away from the excitation frequency of the rotor of the wind turbine 12 so that no unwanted resonance effects occur. To the bias of the guy elements 18 . 20 to increase in the desired manner, it has proved to be advantageous if the effective anchoring length of the prestressed anchor 56 more than 8 m. The prestressed anchor 56 is preferably composed of an anchoring section with the effective anchoring length of more than 8 m and a non-anchored clamping section, which has a sliding bearing and through the ground 24 and / or a foundation body of the abutment 54 extends so that the preloaded anchor has a total length of at least 10 m.

Die 13 zeigt eine weitere Variante der Verankerung eines Abspannelements 18, 20, welche sich von der Verankerungsvariante gemäß 12 lediglich dadurch unterscheidet, dass im Widerlager 54 kein Hohlraum 60 zum Spannen oder Nachjustieren der Abspannelemente 18, 20 vorgesehen werden muss, sondern das Spannen der Abspannelemente 18, 20 an einem Koppelstoß 61 erfolgt.The 13 shows a further variant of the anchoring of a guy element 18 . 20 , which differ from the anchoring variant according to 12 only differs in that in the abutment 54 no cavity 60 for tensioning or readjusting the guy elements 18 . 20 must be provided, but the tensioning of the guy elements 18 . 20 at a coupling shock 61 he follows.

Die 14 zeigt eine weitere Variante der Verankerung eines Abspannelements 18, 20, welche sich von der Verankerungsvariante gemäß 13 lediglich durch die Ausrichtung der Anker 56 sowie des Fundamentpfahls 58 unterscheidet. Diese Verankerungsvariante ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Gründung des Turmbauwerks 10 nahe einer Grundstücksgrenze 59 erfolgt, die nicht überbaut werden darf.The 14 shows a further variant of the anchoring of a guy element 18 . 20 , which differ from the anchoring variant according to 13 only by the orientation of the anchor 56 as well as the foundation pile 58 different. This anchoring variant is particularly advantageous if the foundation of the tower construction 10 near a property line 59 takes place, which must not be overbuilt.

Die 15 zeigt schließlich eine weitere Verankerungsvariante für die Abspannelemente 18, 20, bei welcher die Tragfähigkeit eines festen Baugrunds 62 (z.B. Fels) ausgenutzt wird. Der wenigstens eine Fundamentpfahl 58 wird in diesem Fall vorzugsweise als Fundamentplatte oberhalb des festen Baugrunds 62 ausgeführt und auf Biegung beansprucht. Optional kann zusätzlich eine Auflast 64 vorgesehen werden, um die zulässige Zugbeanspruchung des Widerlagers 54 zu erhöhen.The 15 finally shows a further anchoring variant for the guy elements 18 . 20 , in which the carrying capacity of a solid ground 62 (eg rock) is exploited. The at least one foundation pile 58 is in this case preferably as a foundation plate above the solid ground 62 executed and subjected to bending. Optionally, an additional load can be added 64 be provided to the allowable tensile stress of the abutment 54 to increase.

Claims (10)

Turmbauwerk für eine Windenergieanlage (12), mit einem Turmschaft (14), der einen Schaftquerschnitt (16) und eine Längsachse (A) aufweist, sowie mehreren zur Längsachse (A) des Turmschafts (14) geneigten Abspannelementen (18, 20), durch die der Turmschaft (14) zumindest abschnittsweise abgespannt ist, wobei die Abspannelemente (18, 20) an einem von der Längsachse (A) des Turmschafts (14) radial beabstandeten Lasteinleitungspunkt (22) des Turmschafts (14) befestigt sowie radial außerhalb des Turmschafts (14) in einem Baugrund (24) verankert sind, und wobei jedem Abspannelement (18, 20) eine Radialrichtung (26) zugeordnet ist, die in axialer Draufsicht durch einen Flächenschwerpunkt (28) des Schaftquerschnitts (16) und den Lasteinleitungspunkt (22) des jeweiligen Abspannelements (18, 20) festgelegt ist, wobei zumindest einige der Abspannelemente (18, 20) ausgehend von dem jeweils zugeordneten Lasteinleitungspunkt (22) mit der zugeordneten Radialrichtung (26) in axialer Draufsicht einen Winkel α einschließen, wobei gilt: 45°≤ α ≤ 90°, wobei zwei Abspannelemente (18, 20) ein Abspannelementepaar (50) bilden, wobei die Abspannelemente (18, 20) eines Abspannelementepaars (50) in axialer Draufsicht aufeinander zu laufen und einen sich zum Turmschaft (14) hin öffnenden Öffnungswinkel β definieren, wobei gilt: β ≤ 20°, dadurch gekennzeichnet, dass sich die beiden Abspannelemente (18, 20) eines Abspannelementepaars (50) in axialer Draufsicht überkreuzen.Tower structure for a wind energy plant (12), with a tower shaft (14) having a shank cross-section (16) and a longitudinal axis (A), and a plurality of to the longitudinal axis (A) of the tower shaft (14) inclined guy elements (18, 20) the tower shaft (14) is braced at least in sections, the guy elements (18, 20) being fastened to a load introduction point (22) of the tower shaft (14) radially spaced from the longitudinal axis (A) of the tower shaft (14) and radially outside the tower shaft (14). 14) are anchored in a ground (24), and wherein each guy element (18, 20) is associated with a radial direction (26) which in axial plan view through a centroid (28) of the shank cross section (16) and the load application point (22) of is determined at least some of the guy elements (18, 20), starting from the respective associated load introduction point (22) with the associated radial direction (26) in axial plan view e 45 ° ≤ α ≤ 90 °, two bracing elements (18, 20) forming a pair of bracing elements (50), the bracing elements (18, 20) of a bracing element pair (50) converging in axial plan view and define an opening angle β which opens towards the tower shaft (14), where: β ≦ 20 °, characterized in that the two guy elements (18, 20) of a guy element pair (50) intersect in an axial plan view. Turmbauwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Abspannelemente (18, 20) von ihren Lasteinleitungspunkten (22) verknüpfungspunktfrei zu ihren Verankerungspunkten (48) erstrecken.Towers after Claim 1 , characterized in that the guy elements (18, 20) extend from their load introduction points (22) to their anchoring points (48) without linking. Turmbauwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass erste Abspannelemente (18) und zweite Abspannelemente (20) vorgesehen sind, wobei die ersten Abspannelemente (18) eine tangentiale Kraftkomponente in einer ersten Umfangsrichtung und die zweiten Abspannelemente (20) eine tangentiale Kraftkomponente in einer entgegengesetzten zweiten Umfangsrichtung in den Turmschaft (14) einleiten, wobei die Anzahl der ersten Abspannelemente (18) vorzugsweise der Anzahl der zweiten Abspannelemente (20) entspricht.Towers after Claim 1 or 2 characterized in that first guy members (18) and second guy members (20) are provided, the first guy members (18) having a tangential force component in a first circumferential direction and the second guy members (20) providing a tangential force component in an opposite second circumferential direction in the first Introduce tower shaft (14), wherein the number of first guy elements (18) preferably corresponds to the number of second guy elements (20). Turmbauwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den beiden Lasteinleitungspunkten (22) eines Abspannelementepaars (50) eine Verbindungsstrecke (51) definiert ist, wobei die beiden Abspannelemente (18, 20) des Abspannelementepaars (50) in axialer Draufsicht symmetrisch zu einer Mittelsenkrechten (52) auf die Verbindungsstrecke (51) angeordnet sind.Tower construction according to one of the preceding claims, characterized in that between the two load introduction points (22) of a Abspannelementepaars (50) a connecting path (51) is defined, the two guy elements (18, 20) of the Abspannelementepaars (50) in axial plan view symmetrical to a mid-perpendicular (52) on the connecting path (51) are arranged. Turmbauwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Abspannelemente (18, 20) eines Abspannelementepaars (50) zur Verankerung im Baugrund (24) an einem gemeinsamen Widerlager (54) angreifen.Tower structure according to one of the preceding claims, characterized in that the two guy elements (18, 20) of a guy element pair (50) for anchoring in the ground (24) engage a common abutment (54). Turmbauwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Abspannelement (18, 20) zur Verankerung im Baugrund (24) an einem Widerlager (54) angreift, wobei das Widerlager (54) wenigstens einen vorgespannten Anker (56) sowie wenigstens einen Fundamentpfahl (58) umfasst.Tower structure according to one of the preceding claims, characterized in that each anchoring element (18, 20) for anchoring in the ground (24) on an abutment (54) engages, wherein the abutment (54) at least one prestressed anchor (56) and at least one foundation pile (58). Turmbauwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Turmschaft (14) radial nach außen ragende Fortsätze (40) aufweist, an denen jeweils ein Lasteinleitungspunkt (22) eines Abspannelements (18, 20) ausgebildet ist. Tower structure according to one of the preceding claims, characterized in that the tower shaft (14) radially outwardly projecting extensions (40), on each of which a load introduction point (22) of a guy element (18, 20) is formed. Turmbauwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Turmschaft (14) zumindest im Bereich der Lasteinleitungspunkte (22) ein Hohlschaft mit einer im Schaftquerschnitt (16) umlaufenden Schaftwand (44) ist.Tower structure according to one of the preceding claims, characterized in that the tower shaft (14) at least in the region of the load introduction points (22) is a hollow shaft with a shank cross-section (16) encircling stem wall (44). Turmbauwerk nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Turmschaft (14) zumindest im Bereich der Lasteinleitungspunkte (22) eine im Schaftquerschnitt (16) kreisringförmige Schaftwand (44) aufweist, wobei sich die Abspannelemente (18, 20) in axialer Draufsicht im Wesentlichen tangential zur Schaftwand (44) erstrecken.Towers after Claim 8 , characterized in that the tower shaft (14) at least in the region of the load introduction points (22) in the shaft cross-section (16) annular skirt wall (44), wherein the guy elements (18, 20) in axial plan view substantially tangential to the skirt wall (44 ). Turmbauwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Turmschaft (14) zumindest im Bereich der Lasteinleitungspunkte (22) aus Stahlbeton, insbesondere aus Spannbeton hergestellt ist.Tower structure according to one of the preceding claims, characterized in that the tower shaft (14), at least in the region of the load introduction points (22) made of reinforced concrete, in particular made of prestressed concrete.
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