DE102011054567A1

DE102011054567A1 - Turmbauwerk, Element zur Herstellung des Turmbauwerk und Verfahren zur Errichtung des Turmbauwerks

Info

Publication number: DE102011054567A1
Application number: DE102011054567A
Authority: DE
Inventors: Christian Keindorf; Axel Kaiser
Original assignee: SIAG Engineering GmbH
Current assignee: SIAG Engineering GmbH
Priority date: 2011-10-18
Filing date: 2011-10-18
Publication date: 2013-04-18

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Turmbauwerk, insbesondere zur Errichtung von Windenergieanlagen, wobei das Turmbauwerk (1) röhrenartig ausgebildet ist, mit zumindest einer Wandung (3, 6), wobei die Wandung aus einer Mehrzahl von Turmbauwerkselementen (10) ausgebildet ist, wobei die Turmbauwerkselemente (10) als Teilschalen (10) ausgebildet sind und die Teilschalen (10) entlang von bezüglich der Längserstreckung des Turmbauwerks verlaufenden Querkanten (11, 12) und Längskanten (13, 14) miteinander zur Ausbildung der Wandung (3, 6) verbunden sind, wobei zumindest entlang der Längskanten (13, 14) die Teilschalen (10) eingreifende Mittel (17) oder aufnehmende Mittel (16) besitzen, die mit korrespondieren eingreifenden Mitteln (17) oder aufnehmenden Mitteln (16) einer benachbarten Teilschale (10) oder eines Verbindungselement (30) kraftschlüssig in Eingriff stehen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Turmbauwerk nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Errichtung des Turmbauwerks.
Turmbauwerke insbesondere als Tragstrukturen für Antennen-, Fernmelde- oder Windenergieanlagen sind bekannt. Hierbei ist es insbesondere bekannt, derartige Turmbauwerke aus kreisförmigen oder konischen Turmsektionen und diese wiederum mit segmentartigen Elementen zu errichten.
Aus der DE 20 2005 010 139 U1 ist ein Antennenmast für Mobilfunkantennen bekannt, wobei dieser Mast in seiner Höhe mindestens zweiteilig ausgebildet ist, wobei ein unteres Mastteil mit einem oberen Mastteil fest verbunden ist und beim oberen Mastteil Antennen befestigt sind. Die Mastteile sollen hierbei aus mehreren selbsttragenden Hohlprofilsegmenten bestehen, wobei die Hohlprofilsegmente so miteinander verbunden sind, dass sie ein geschlossenes Rohr mit rundem oder eckigem Querschnitt bilden. Die Verbindungsstelle der Hohlprofilsegmente untereinander kann formschlüssig mittels ineinandergreifenden Profilenden nach Art von Nut- und Federeingriffen verbunden sein.
Aus der WO 2006/005323 A1 ist eine rohrförmige Struktur bekannt, wobei diese rohrförmige Struktur Mittel zur Steigerung ihrer Beulstabilität besitzen soll, wobei diese Mittel eine Sandwichform besitzen, mit einem Außen- und einem Innenrohr. Der Ringspalt dazwischen wird mit einer Elastomer-Schicht verfüllt. Grundsätzlich wird hierbei ein Mastunterteil und ein Mastoberteil durch Ineinanderstecken miteinander verbunden, wobei die sich dort bildenden Spalten zusätzlich verfüllt werden.
Aus der US 2009/0090069 A1 ist eine modulare Turmstruktur bekannt, bei der Module mit einem LKW angeliefert werden können und anschließend mit einer entsprechenden Vorrichtung zu einem Turm zusammengesetzt werden können. Die Verbindung ist hierbei eine Schraubverbindung, wobei hierbei die Nachteile einer Flanschverbindung oder lasttragender Bolzen vermieden werden sollen, welche hier als Stand der Technik vorausgesetzt werden. Zudem soll es ermöglicht werden, Gitterkonstruktionen zu vermeiden. Die modulare Turmstruktur soll eine Mehrzahl von Sektionen umfassen, wobei die Sektionen aus einer Mehrzahl von Segmenten ausgebildet sind. Die vertikale Verbindung soll eine innere vertikale Reibplatte umfassen, welche über eine Naht zwischen benachbarten Segmenten angeordnet ist und eine äußeren vertikalen Reibplatte, welche über die gleiche Naht angeordnet ist.
Aus der US 200/0000185 A1 ist ein Verfahren zum Verbinden zweier Flansche, insbesondere Flansche von Segmenten eines Pylons oder einer Windenergieanlage bekannt. Hierbei werden sowohl herkömmliche, einfach gehaltene Flanschverbindungen angegeben, wie auch Ineinandergriffe, wobei hierbei Segmente hakenartig ineinander eingreifen sollen, so dass die Segmente bewahrt werden, unbeabsichtigt voneinander wegzurutschen. Hierbei müssen jedoch Segmentstöße mit Flanschverbindungen an welcher Stelle auch immer noch vorhanden sein, die die eigentliche Festigkeit in der Verbindung zu erzeugen.
Aus der DE 203 21 855 U1 ist ein Stahlturm für eine Windkraftanlage bekannt, wobei bei dieser Windkraftanlage zumindest die breiteren Abschnitte in zwei oder mehr längliche Schalensegmente unterteilt sein sollen, die mittels vertikaler Flansche, die aneinander befestigt sind, beispielsweise durch Bolzen zu einem vollständigen Turmabschnitt vereinigt werden. Die Schalen sind hierbei auch mit oberen bzw. auch mit unteren horizontalen Flanschen versehen, um eine Verbindung der Turmabschnitte aufeinander zu ermöglichen.
In dieser Druckschrift ist ausgeführt, dass die übliche Transportgröße derartiger Anlagen auf 4,2 m begrenzt ist, wofür die Brückendurchfahrtshöhe in Deutschland der limitierende Faktor ist. Es wird zudem erwähnt, dass eine erhöhte Dicke des Turms besser wäre. Um den Vorteil erhöhter Durchmesser nutzen zu können, sollen die zu voluminösen Abschnitte längs vertikaler Linien aufgeteilt werden, so dass die so erzeugten Schalen der Länge nach umgelegt werden können und somit zum Transport geeignet sind.
Die DE 10 2009 048 984 A1 greift das Problem der Transportgröße ebenfalls auf, wobei hier jedoch der Turm für Windenergieanlage so aufgebaut ist, dass ein obere zylindrische Turmsektion auf einem ebenfalls turmartigen Unterbau aufgesetzt ist, wobei der turmartige Unterbau aus einer Mehrzahl gleichartiger Rohre zusammengesetzt ist.
Aus der US 7,160,085 B2 ist ein Turm bekannt, der aus Segmenten derart zusammengesetzt wird, dass er ein Polygon bildet. In einer weiteren Ausführungsform kann der Turm auch aus runden Segmenten ausgebildet werden. Die Verbindungstechnik setzt hierbei zum Teil auf horizontal verlaufende Flansche, wobei vertikale Kanten der Wandsegmente miteinander über eine mäandernde oder gestufte Fuge kooperieren können. Dies soll ein Verschieben der vertikalen Kanten von miteinander bzw. aneinander geordneten Wandelementen verhindern. Dies kann durch ein Nut-Feder-System mit eingesteckter Feder noch verbessert werden.
Grundsätzlich besteht im Stand der Technik ein Unterschied zwischen einer umfangsorientierten Fertigung von Rohrschüssen, die anschließend zu einer Turmsektion zusammengesetzt werden und einer längsorientierten Fertigung mit Teilschalen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Turmbauwerk zu schaffen, welches bei hoher Stabilität, hoher Produktionsgenauigkeit und einfacher Montierbarkeit große Durchmesser zulässt.
Die Aufgabe wird mit einem Turmbauwerk mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den hiervon abhängigen Unteransprüchen gekennzeichnet.
Es ist zudem eine Aufgabe de Erfindung, ein Turmbauwerkselement zu schaffen, welches es ermöglicht, hieraus Turmbauwerke mit hoher Stabilität einfach zu montieren.
Die Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den hiervon abhängigen Unteransprüchen gekennzeichnet.
Es ist eine weitere Aufgabe, ein Verfahren zum Errichten eines Turmbauwerks zu schaffen, welches es ermöglicht, auch größere Turmbauwerke einfach, schneller und mit hoher Stabilität zu errichten.
Die Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 19 gelöst, vorteilhafte Weiterbildungen sind in den hiervon abhängigen Unteransprüchen gekennzeichnet.
In Zukunft werden Turmbauwerke zum Lastabtrag infolge des Betriebs einer Windenergieanlage erforderlich sein, welche Nabenhöhen von größer als 120 m aufweisen müssen. Derartige Nabenhöhen benötigen jedoch große Durchmesser der Turmsektionen, zumindest im Turmfußbereich. Die durch den Straßenbau in Deutschland und Mitteleuropa limitierende Transporthöhe von max. 4,30 m lässt sich jedoch mit den herkömmlichen vorgefertigten, umfangsorientierten Turmsektionen nicht mehr gewährleisten.
Erfindungsgemäß werden die als Teilschalen ausgebildeten Turmbauwerkselemente an der Baustelle nicht entlang der Längskante miteinander verschraubt oder verschweißt, wie dies im Stand der Technik üblich ist, sondern mit einer Verschlosserung aneinander angeordnet. Hierdurch entfällt das Schweißen auf der Baustelle, zumindest was die Längsnähte betrifft.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird dabei die Verschlossung vergroutet, d. h. der Ineinandergriff der Verschlossungselemente benachbarter Turmbauwerkselemente vergossen bzw. injiziert. Bei dieser Ausführungsform ist einerseits von Vorteil, dass eine Dichtigkeit herbeigeführt wird, zum anderen ist von Vorteil, dass die Verschlosserungspassungen so gewählt sein können, dass einerseits die Verschlossung der Elemente aneinander leicht zu bewerkstelligen ist und zum anderen trotzdem die Dichtheit und die Stabilität gewährleistet ist.
Bei der Erfindung ist es zudem möglich, das Turmbauwerk teilbereichsweise, zumindest in einem unteren Bereich doppelwandig als Sandwichkonstruktion mit einer dazwischenliegenden Verfüllung mit einem Füllmaterial oder entsprechenden elastischen oder aushärtenden Injektionsmasse zu verfüllen.
Die Erfindung wird beispielhaft anhand einer Zeichnung erläutert. Es zeigen dabei:
1: eine isometrische, teilgeschnittene Ansicht eines Turmbaubwerks in Sandwichbauweise;
2: eine isometrische teilgeschnittene Ansicht eines einwandigen Turmbauwerks in Stahlbauweise;
3: ein aufnehmendes Mittel einer Verschlossung gemäß der Erfindung;
4: ein eingreifendes Mittel zum Zusammenwirken mit dem Mittel nach 3;
5: das aufnehmende und eingreifende Mittel in montiertem Zustand;
6: eine Ausführungsform des eingreifenden Mittels in einer isometrischen Ansicht;
7: eine isometrische Ansicht des aufnehmenden Mittels;
8: eine weitere Ausführungsform der Verbindung aus eingreifenden und aufnehmenden Mitteln;
9: ein Formstück zur Verbindung zweier Teilschalen mit aufnehmenden Mitteln und eingreifenden Mitteln der Teilschalen;
10: das Formstück;
11: die zueinander weisenden Längskanten zweier benachbarter Teilschalen mit eingreifenden Mitteln zur Verbindung mit aufnehmenden Mitteln eines Formstücks.
Ein erfindungsgemäßes Turmbauwerk 1 ist ein langgestreckt röhrenartiges, z. B. zylindrisches oder konisches Bauwerk. Das Bauwerk kann auch zylindrische und konische Bereiche bzw. auch Bereich unterschiedlicher Konizität besitzen. Das Bauwerk erstreckt sich von einem Turmfußbereich zu einem Turmkopfbereich, wobei im Turmkopfbereich eine Aufnahmeeinrichtung bzw. ein Maschinenträger (nicht gezeigt) für eine Plattform oder Gondel einer Windenergieanlage vorhanden ist. Im Turmfußbereich besitzt das Turmbauwerk einen kraftschlüssigen Anschlussbereich an ein Fundament, mit dem das Turmbauwerk auf ein Fundament gesetzt werden kann oder in ein Fundament eingelassen werden kann oder in ein Fundament eingegossen werden kann.
Das Turmbauwerk kann dabei als Sandwichkonstruktion (1) ausgebildet sein, wobei sich die Sandwichkonstruktion über die gesamte Länge des Turmbauwerks oder nur über eine Teillänge des Turmbauwerks, vorzugsweise beginnend mit dem Anschlussbereich an ein Fundament, erstreckt. Hierbei besitzt das Turmbauwerk in dem Bereich, in dem es sandwichartig ausgebildet ist, ein Innenrohr 2, ein Außenrohr 3 und einen dazwischen liegenden Ringspalt 4. Der Ringspalt 4 wird in an sich bekannter Weise mit sogenannten Füllmaterialien 5, insbesondere Zementen, Vergussbetonen, wie Injektions-Feinzementen, Epoxidharzen, Polymeren, aushärtbaren Polymeren oder Mischungen aus diesen Stoffen verfüllt.
Das Turmbauwerk kann darüber hinaus auch lediglich mit einem einzigen Mantel bzw. Rohrmantel 6 (2) ausgebildet sein, der sich von einem Turmfußbereich bis zu dem Turmkopfbereich erstreckt.
Erfindungsgemäß wird das Turmbauwerk 1 aus Turmbauwerkselementen 10 ausgebildet, wobei die Turmbauwerkselemente 10 als Teilschalen 10 des Turmbauwerkrohres 2, 3, 6 ausgebildet sind.
Die Turmbauwerkselemente 10 besitzen somit eine Gestalt, die im Querschnitt einem Ringsegment entspricht mit einer unteren Querkante 11, einer oberen Querkante 12 und zwei Längskanten 13, 14. Die untere Querkante 11 und die obere Querkante 12 laufen hierbei vorzugsweise parallel zueinander, während die Längskanten 13, 14 sich von der unteren Querkante 11 zur oberen Querkante 12 entsprechend der konischen Verjüngung des Turmbauwerkrohres 2, 3, 6 annähern bzw. konvergieren. Jede Teilschale 10 ist somit insgesamt entsprechend der Wölbung des Turmbauwerks 1 im Bereich der Teilschale 10 gewölbt. Bei einer zylindrischen Ausbildung des Turmbauwerks 1 oder eines entsprechenden Abschnitts hiervon verlaufen die Längskanten 13, 14 parallel zueinander.
Die Turmbauwerkselemente 10 können insbesondere im Turmfußbereich des Turmbauwerks 1 eine Länge, d. h. den Abstand zwischen unterer und oberer Querkante 11, 12 besitzen, die unterschiedlich ist, um über die Längserstreckung des Turmbauwerks 1 einen Versatz der Querkanten 11, 12 zueinander und somit eine versetzte Bauweise zu erzielen.
Der Aufbau des Turmbauwerks 1 ist dabei auf die Ausbildung aus den genannten Turmbauwerkselementen 10, die als Teilschalen 10 ausgebildet sind, nicht beschränkt. Wenn dies zweckmäßig ist, können insbesondere in einem stark verjüngten Bereich zum Kopf des Turmbauwerks hin auch vollständige Rohrelemente oder Rohrschüsse verwendet werden.
Wie bereits ausgeführt, bietet es sich an, den unteren Bereich des Turmbauwerks 1 mit einer Sandwich-Konstruktion auszubilden, wenn dies statisch notwendig ist. Um einen Übergang der Sandwichkonstruktion in eine einwandige Konstruktion zu bewerkstelligen, kann mit der erfindungsgemäßen Ausbildung der Turmbauwerkselemente 10, insbesondere als Teilschalen 10 und insbesondere in der versetzten Bauweise, beispielsweise das Innenrohr 2 dann als Hauptrohr 6 des Turmbauwerks 1 weitergeführt werden oder entsprechend das Außenrohr 3, was keine von außen sichtbare Stufe und zudem ein Schutz der oberen umlaufenden Kante des verfüllten Ringspaltes ergibt.
Die erfindungsgemäßen, als Teilschalen 10 ausgebildeten Turmbauwerkselemente 10 werden im Bereich der aufeinander stoßenden Querkanten 11, 12 miteinander verbunden, wobei die Verbindung über eine Schweißnaht oder gegebenenfalls, wenn gewünscht, über aufstoßende Flansche mit Niet- oder Schraubverbindungen erfolgt.
Erfindungsgemäß sind die Längskanten 13, 14 der Turmbauwerkselemente 10 so ausgeführt, dass an einer Längskante 13 entlang der Längskante 13 ein aufnehmendes Mittel 16 vorhanden ist und an einer mit dieser Längskante korrespondierenden Längskante 14 der jeweils benachbarten Teilschale 10 entsprechende eingreifende Mittel 17 ausgebildet sind.
Eine solche Verbindung von Teilschalen miteinander wird auch als sogenannte Verschlosserung bezeichnet.
Um die Verschlosserung herbeizuführen, ist das aufnehmende Mittel 16 beispielsweise ein offener Kreisring, wobei der offene Kreisring 16 mit einer Rohrfläche an dem Turmbauwerkselement angeordnet ist und sich von der Längskante des Turmbauwerkselements 13 entlang erstreckt. Vorzugsweise besitzt der Kreisring eine entsprechend des Längsverlaufs der Kante 13 angeordnete Öffnung 18 einer vorbestimmten Größe bzw. Weite.
Eine hiermit korrespondierende Längskante 14 eines benachbarten Turmbauwerkelements 10 besitzt entsprechend ein an der Längskante 14 angeordnetes, als geschlossenes Rohr ausgebildetes Kreisrohr 17, dessen Durchmesser kleiner ist als der Innendurchmesser des ersten offenen Kreisringes 16 der korrespondierenden Längskante 13. In einer sehr einfachen Ausführungsform kann dieses Kreisrohr 17 auch aus vollem Material und somit eher als zylindrische Stange oder als Rohr ausgebildet sein.
Das aufnehmende Element 16 und das eingreifende Element 17 wirken dabei derart zusammen, dass das eingreifende Element 17 von oben, d. h. axial in das aufnehmende Element 16 eingeschoben wird, wobei die jeweils entsprechend benachbarte Teilschale 10 mit ihrer Teilschalenwandung aus der Öffnung des offenen Kreisrohres austritt. Die Öffnungsweite des aufnehmenden Kreisringes 16 bestimmt dabei die Drehbeweglichkeit des eingreifenden Mittels 17 im aufnehmenden Mittel 16 und damit der beiden Teilschalen 10 zueinander. Der Unterschied im Durchmesser des geschlossenen Kreisrohres 17 oder der Stange und der Innendurchmesser des offenen Kreisrohres 16 bestimmen dabei die Quer- bzw. Schubbeweglichkeit.
Vorzugsweise sind diese Durchmesser so gewählt, dass das aufnehmende und das eingreifende Mittel 16, 17 gut ineinander verschiebbar sind und somit eine Montage auch mit Hilfe von Kränen auch in großer Höhe noch gut möglich ist.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des Turmbauwerks 1 und insbesondere der Turmbauwerkselemente 10 und der Verbindung zwischen denselben ist das eingreifende Kreisrohr 17 so ausgebildet, dass vom Kreisrohrinneren 20 Durchlässe 21 zum Kreisrohräußeren 22 verlaufen, insbesondere als Bohrungen 21 ausgeführte Durchlässe 21. Hierdurch ist es möglich, entsprechende Vergussmassen, wie Vergussmörtel, Epoxidharze, Polymere und dergleichen sowie Mischungen davon, in das Innere 20 des eingreifenden Kreisrohres 17 einzubringen und mit entsprechendem Druck durch die Durchlässe 22 nach außen in den Ringspalt 23 zwischen dem eingreifenden Kreisrohr 17 und dem aufnehmenden Kreisring 16 zu injizieren. Hierdurch kann nach der Montage der Ringspalt 23 zwischen dem Kreisring 16 und dem Kreisrohr 17 abgedichtet werden, wobei jeweils eine zusätzliche Dichtnaht 24 im Stoßbereich des Kreisringes 16 zum Ansatzpunkt des Kreisrohres 17 angeordnet bzw. gezogen werden kann.
Zur Injektion eines entsprechenden Injektion- bzw. Füllmaterials kann im Kopfbereich des Kreisrohres 17 ein entsprechender Nippel bzw. Bolzen angeordnet sein, alternativ können entsprechende Gerätschaften auch so angepasst sein, dass sie auf eine kopfseitige bzw. stirnseitige Abschlusskante des Kreisrohres 17 aufgesetzt werden können. Der Fußbereich des entsprechenden Kreisrohres 17 kann verschlossen sein, insbesondere durch eine entsprechende Verschweißung oder ein entsprechendes Dichtungselementes.
Um den mit einem Dichtmittel zu füllenden Ringspalt zwischen den Mitteln 16, 17 stirnseitig, d. h. nach oben und unten bezogen auf die vertikale Ausrichtung im Bauzustand, können die unterschiedlichsten Mittel verwendet werden. Es ist einerseits möglich, dass in die Ringspalten entsprechende kreisringförmige Dichtelemente an den Bereich der Stirnflächen eingeschlagen oder eingesetzt werden. Zusätzlich können bei einer Montage, bei der immer die fertigen Turmschüsse nach und nach abgedichtet werden, die darunter liegenden, fluchtenden Ringspalten mit einer Dichtelementscheibe, z. B. einer Gummischeibe, die auf der Stirnseite aufliegt, abgedichtet sein. Steht nun der nächste Turmschuss fluchtend auf diesen Scheiben auf, werden diese gegebenenfalls soweit zusammengedrückt, dass sie in die Ringspalten eingedrückt werden. Zur Verwendung können auch hier entsprechende Kreisscheiben kommen.
Ferner können auch Dichtmittel eingespritzt werden. Bei einer Montage am Boden können während des Injektionsvorgangs entsprechende Dichtstempel auf die Ringspalten stirnseitig einwirken, welche entfernt werden, wenn das Dichtmittel abgebunden ist.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform können sowohl das Kreisrohr 17 als auch der Kreisring 16 an ihren zueinander weisenden Flächen, d. h. der Außenfläche des Kreisrohres 22 und der Innenfläche 25 des Kreisringes 16 mit Schubrippen 26 bzw. -rillen 27 ausgebildet sein, wobei die Schubrippen 26 oder Schubrillen 27 eine verbesserte Haftung des Injektionsgutes bzw. Füllmaterials im Ringspalt 23 ermöglichen. Hierbei können auch Schubrippen 26 an dem einen Element 16, 17 und Schubrillen 27 an dem anderen Element 16, 17 angeordnet sein oder auch Schubrippen 26 und Schubrillen 27 in alternierender Abfolge oder in beliebiger Abfolge.
Es ist mit den erfindungsgemäßen, als Teilschalen 10 ausgebildeten Turmbauwerkselementen 10 möglich, die Schlossverbindung zwischen den Teilschalen 10 direkt nach Abschluss der Montage der Teilschalen zu injizieren, was die Zugänglichkeit von oben ermöglicht. Bei der Vorsehung von entsprechenden Injektionsnippeln bzw. Bolzen, welche insbesondere nach außen weisen, kann jedoch auch erst das komplette Turmbauwerk erstellt werden und die Injektion nachträglich erfolgen. Die entsprechenden Nippel oder Bolzen, die in diesem Fall selbstverständlich nach außen geführt sind, können nach der Injektion beseitigt werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind die Teilschalen 10 entlang ihrer Längskanten 13, 14 gleichartig mit eingreifenden Mitteln 17 oder aufnehmenden Mitteln 16 ausgebildet.
Um eine verschlosserte Verbindung herbeizuführen, werden bei einer derartigen Ausgestaltung Formstücke 30 verwendet. Die Formstücke 30 sind langgestreckt, im Querschnitt z. B. rundliche, insbesondere ovale Elemente, die an den Enden quer zur Längsachse verlaufende flache Stirnflächen 31 besitzen. In oder an der Mantelwandung 32 der Formstücke 30 befinden sich die aufnehmenden Mittel 16 oder eingreifenden Mittel 17. Vorzugsweise sind die Mittel 16, 17 diametral gegenüberliegend an der Mantelwandung (Mittel 17) oder im Formstück 30 (Mittel 16) ausgebildet. In dieser Weise sind die Formstücke 30 auf die korrespondierenden Mittel 16, 17 der Längskante 13, 14 der Teilschalen 10 aufschiebbar und können außerdem hintereinander orientiert angeordnet werden. Diese Formstücke 30 sind vorzugsweise mit einer Länge ausgebildet, die geringer ist, als die Länge der Teilschalen 10, wodurch die Montage vereinfacht wird, da diese Vorschublänge gering ist, was einerseits die Reibungskräfte beim Aufschieben verringert und zudem die Handhabung beim Einfädeln erleichtert. Um trotz der nicht entlang der Längskanten 13, 14 der Teilschalen 10 durchgehenden Schlossverbindungen zu gewährleisten, besitzen die Formstücke 30 mittig einen Kanal 33 zum Durchführen einer Seilvorspannung. Hierdurch wird nicht nur der Kraftschluss bis zur Vorspannung aufrecht erhalten, sondern die Stirnflächen 31 der Formstücke 30 aneinander gepresst, was für die Dichtigkeit beim Injizieren des Füllmaterials wichtig ist. Für die Passgenauigkeit werden an der einen Stirnfläche 31 der Formstücke 30 konische Justierbolzen 34 und an einer korrespondierenden Fläche 31 des anderen benachbarten Formstücks 30 konische Justierlöcher 35 vorgesehen. Hierdurch wird sichergestellt, dass zwischen zwei Formstücken keine Relativverschiebung oder Relativverdrehung während der Montage und dem Injektionsvorgang auftreten kann.
Die Formstücke 30 können dabei so ausgebildet sein, dass neben einem zentralen Kanal für eine Seilverspannung der Formstücke aneinander, zu dem ein weiterer Kanal vorhanden ist, insbesondere mit Rohrvorsprüngen an einer Stirnseite eines Formstücks, die in einen korrespondierenden Kanalabschnitt des folgenden Rohrstücks eingreifen können, um die Dichtigkeit zu gewährleisten, wobei in den Formstücken selbst Durchbrechungen vorhanden sind, welche von den eingreifenden bzw. aufnehmenden Mittel zu diesem Kanal verlaufen, so dass die Injektion nicht im Bereich der eingreifenden oder aufnehmenden Mittel der Teilschalen erfolgt, sondern gegebenenfalls durch einen zentralen Zugang eines hierfür speziell mit einem Mittel ausgebildeten Formstücks in dem das Formstückbündel durchziehenden Kanal.
Das Formstück kann hierbei ein Metallteil sein, welches geschmiedet ist, gewalzt ist, gefräst oder gezogen ist. Gegebenenfalls kann es sich auch um ein extrudiertes Bauteil aus einem anderen Material handeln.
Wenn das Formstück über aufnehmende Mittel verfügt, können an dem die Öffnung des aufnehmenden Formstücks begrenzenden Längskanten Dichtelemente 36, insbesondere gummiartige Dichtelemente 36 bereits vormontiert angeordnet sein.
Bei einer angenommenen Länge einer Turmsektion von 25 m bis 35 m und einer Länge der Formstücke von etwa 5 m werden somit für eine durchgehende Verschlosserung mittels Formstücken 5 bis 7 Formstücke benötigt, die mit ihren Stirnflächen aneinander angrenzen.
Die Montage eines Turmbauwerks 1 aus den Teilschalen 10, die jeweils zu einer Turmsektion zusammengesetzt werden und den gegebenenfalls verwendeten Formstücken 30 kann hierbei in zwei Varianten erfolgen. Einerseits können die Teilschalen 10 am Boden in horizontaler oder vertikaler Orientierung miteinander verbunden und auch schon miteinander verfüllt werden, so dass ein Turmbauwerk bzw. eine Sektion entsteht, der dann als Ganzes auf das Fundament oder auf bereits stehende Sektionen aufgesetzt wird. Hierbei ist von Vorteil, dass die Montage frei von Zwangsspannungen und insbesondere frei von einwirkenden Windlasten erfolgen kann.
Dies ist insbesondere bei der Verwendung von Formstücken 30 von Vorteil aber nicht zwingend notwendig.
Dies ist insbesondere bei der Verwendung von Formstücken 30 von Vorteil aber nicht zwingend notwendig.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Montage werden die entsprechenden Teilschalen 10 an die benachbarten Teilschalen 10 über die direkte Verschlossung oder über die Formstücke 30 aufgesetzt, wobei die Teilschalen 10, sofern sie nicht die Teilschalen 10 des Fußbereichs des Turmbauwerks 1 sind, beispielsweise mit einem Kran angehoben und entsprechend so abgesenkt, dass die Verschlossung erfolgt. Auch hierbei können die entsprechenden Formstücke 30 verwendet werden.
Es ist darüber hinaus möglich, bei der Montage auch die benötigte Anzahl von Formstücken 30 vorzumontieren und die entsprechend aneinander angeordneten Formstücke bei der Montage auf die eingreifenden oder aufnehmenden Mittel 16, 17 benachbarter Teilschalen 10 aufzuschieben.
Bei der Erfindung ist von Vorteil, dass ein Turmbauwerk geschaffen wird, welches sich vor Ort einfach und schnell errichten lässt, wobei eine sehr stabile und kraftschlüssige Verbindung mit ausreichenden Toleranzen herbeigeführt wird, die für die Installation insbesondere für die Errichtung in situ erforderlich sind. Bei den erfindungsgemäßen Teilschalen ist von Vorteil, dass diese in hoher Präzision bereits im Werk vorgefertigt werden können, wobei insbesondere die aufnehmenden und/oder eingreifenden Mittel im Werk mit hoher Präzision angeformt bzw. angeordnet werden können. Da nur Querschweißnähte am Turm verwendet werden, sinkt die aufzuwendende Montagezeit rapide.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist von Vorteil, dass hierdurch die Montagezeit erheblich verkürzt wird, ganz gleich ob Turmsektionen bereits am Boden vorgefertigt und dann aufgesetzt werden, oder der Turm aus Teilschalen und gegebenenfalls Formstücken frei vertikal errichtet wird.
Darüber hinaus ist bei der Erfindung von Vorteil, dass die entsprechenden Teilschalen gut zu transportieren sind, wobei die vorgefertigten Verbindungsmittel so robust sind, dass sie gegen transportbedingte Einwirkungen weitgehend unempfindlich sind.
Die erfindungsgemäß vorgesehene Verschlossung ist hierbei nicht nur sehr schnell herbeiführbar, sondern durch die entsprechende Verfüllung der Verschlossung sehr tragfähig, sicher und dicht.
Bezugszeichenliste

1: Turmbauwerk
2: Innenrohr
3: Außenrohr
4: Ringspalt
5: Füllmaterialien
6: Rohrmantel, einwandige Turmsektion
10: Teilschalen, Turmbauelemente
11, 12: Schalen
13, 14: Längskanten
16: Kreisring
17: Kreisrohr
18: Öffnung
20: Kreisrohrinnere
21: Durchlässe, Bohrungen
22: Kreisrohräußere
23: Ringspalt
24: Dichtnaht
25: Innenfläche des Kreisrings
26: Schubrippen
27: Schubrippen
30: Formstücke
31: Stirnfläche
32: Mantelwandung
33: Kanallöcher
34: Justierbolzen
35: Justierlöcher
36: Dichtelemente

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 202005010139 U1 [0003]
WO 2006/005323 A1 [0004]
US 2009/0090069 A1 [0005]
US 200/0000185 A1 [0006]
DE 20321855 U1 [0007]
DE 102009048984 A1 [0009]
US 7160085 B2 [0010]

Claims

Turmbauwerk, insbesondere zur Errichtung von Windenergieanlagen, wobei das Turmbauwerk (1) röhrenartig ausgebildet ist, mit zumindest einer Wandung (3, 6), dadurch gekennzeichnet, dass die Wandung aus einer Mehrzahl von Turmbauwerkselementen (10) ausgebildet ist, wobei die Turmbauwerkselemente (10) als Teilschalen (10) ausgebildet sind und die Teilschalen (10) entlang von bezüglich der Längserstreckung des Turmbauwerks verlaufenden Querkanten (11, 12) und Längskanten (13, 14) miteinander zur Ausbildung der Wandung (3, 6) verbunden sind, wobei zumindest entlang der Längskanten (13, 14) die Teilschalen (10) eingreifende Mittel (17) oder aufnehmende Mittel (16) besitzen, die mit korrespondieren eingreifenden Mitteln (17) oder aufnehmenden Mitteln (16) einer benachbarten Teilschale (10) oder eines Verbindungselement (30) kraftschlüssig in Eingriff stehen.
Turmbauwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Eingriff zwischen benachbarten Teilschalen (10) oder Teilschalen (10) über ein Verbindungselement (30) in Form einer Verschlosserung ist.
Turmbauwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Querkanten (11, 12) an den Stirnseiten der Teilschalen (10) mit den Querkanten (11, 12) benachbarter Teilschalen verschweißt sind, vernietet, verschraubt oder verklebt sind.
Turmbauwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Turmbauwerk zylindrisch und/oder konisch röhrenartig ausgebildet ist, wobei die Teilschalen (10) bei einer Konizität oder konischen Bereichen entsprechend der Konizität von einer unteren Querkante (11) zu einer oberen Querkante (12) entsprechend der Längserstreckung des Turmbauwerks schmaler werden, so dass die Längskanten 13, 14 konvergieren.
Turmbauwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Turmbauwerk zumindest über eine Teillänge mit einer Sandwichstruktur ausgebildet ist, wobei eine innere Wandung (2) und eine äußere Wandung (3) vorhanden sind, wobei die Wandungen aus Teilschalen (10) ausgebildet sind, wobei zwischen den Wandungen (2, 3) ein Ringspalt (4) vorhanden ist, der mit einer verfüllten Masse (5) ausgefüllt ist.
Turmbauwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer über eine Teillänge eines Turmbauwerks (1) sich erstreckenden Sandwichbauweise, die in eine einwandige Bauweise übergeht, die Innenwandung (2) oder die Außenwandung (3) zur Ausbildung der weiter verlaufenden einwandigen Wandung (6) mit Teilschalen (10) fortgeführt ist.
Turmbauwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aufnehmenden Mittel (16) und die eingreifenden Mittel (17) so ausgebildet sind, dass zwischen den aufnehmenden Mittel (16) und den eingreifenden Mittel (17) ein Ringspalt (4) vorhanden, wobei der Ringspalt (4) mit einer Füllmaterial verfüllt ist.
Turmbauwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringspalte (4) benachbarter, in Eingriff stehender Teilschalen (10) an ihren Stirnflächen bzw. stirnseitigen Rändern abgedichtet sind.
Turmbauwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Turmbauwerk aus Teilschalen (10) unterschiedlicher Länger derart ausgebildet ist, dass die Querkanten der Teilschalen zueinander versetzt angeordnet sind und somit jede Teilschale (10) entlang einer Längskante (13, 14) zumindest mit zwei benachbarten Teilschalen (10) in Eingriff steht.
Turmbauwerkselement zur Errichtung von röhrenförmigen Turmbauwerken, dadurch gekennzeichnet, dass das Turmbauwerkselement (10) als Teilschale (10) eines Rohrumfanges ausgebildet ist, mit einem Kreisringsektorquerschnitt, sowie zwei radial verlaufenden Querkanten und zwei diese verbindenden Längskanten (13, 14), wobei entlang der Längskanten eingreifenden Mittel (17) oder aufnehmende Mittel (16) vorhanden sind, die zur Ineingriffnahme mit korrespondierenden eingreifenden Mitteln (17) oder aufnehmenden Mitteln (16) ausgebildet sind.
Turmbauwerkselement nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Längskanten (13, 14) von der einen Querkante (11) zur anderen Querkante (12) hin konvergierend ausgebildet sind.
Turmbauwerkselement nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Längskanten (13, 14) der Teilschale (10) gleichartig mit eingreifenden Mitteln (17) oder aufnehmenden Mitteln (16) ausgebildet sind.
Turmbauwerkselement nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass entlang einer Längskante (13) ein aufnehmendes Mittel (16) und entlang der Längskante (14) ein eingreifendes Mittel (17) angeordnet ist.
Turmbauwerkselement nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das aufnehmende Mittel (16) und das eingreifende Mittel (17) so ausgebildet sind, dass im Zustand der Ineingriffnahme zwischen den Mitteln (16, 17) ein Spiel bzw. ein Abstand besteht.
Turmbauwerkselement nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verfüllung des Spalts bzw. des Abstands zwischen dem eingreifenden Mittel (17) und dem aufnehmenden Mittel (16) am eingreifenden Mittel (17) oder aufnehmenden Mittel (16) ein Injektionskanal (20) vorhanden ist, wobei von dem Injektionskanal (20) Durchlassöffnungen (21) zum Inneren des aufnehmenden Mittels (16) oder zum Äußeren (22) des eingreifenden Mittels (17) derart geführt sind, dass ein dem Abstand zwischen den Mitteln (16, 17) entsprechenden Ringspalt (23) mit einer Flüssigkeit oder einem Injektionsgut verfüllt werden kann.
Turmbauwerkselement nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das aufnehmende Mittel (16) ein offener Kreisring ist, wobei der offene Kreisring (16) mit einer Kreisringfläche an dem Turmbauwerkselement (10) angeordnet ist und sich von der Turmbauwerkselementlängskante (13) wegerstreckt, wobei der Kreisring eine entsprechend des Längsverlaufs der Kante (13) angeordnete Öffnung (18) einer vorbestimmten Weite besitzt.
Turmbauwerkselement nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das eingreifende Mittel eine zylindrische Stange mit einem Kreisquerschnitt ist, wobei der Durchmesser der Stange (17) kleiner als der Innendurchmesser eines hiermit korrespondierenden Kreisringes (16) ist.
Turmbauwerkselement nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass eingreifende Element (17) als zylindrische Stange (17) ausgebildet ist, wobei die zylindrische Stange (17) mit einer zentralen Öffnung bzw. Bohrung (20) ausgebildet ist, so dass die zylindrische Stange (17) ein Kreisrohr (17) ist, wobei vom Kreisrohrinneren (20) Durchlässe (21) zum Kreisrohräußeren (22) verlaufen, die insbesondere als Bohrungen (21) ausgeführt werden, so dass Füllmaterialien in das Innere (20) eingebracht werden können und durch die Durchlässe (21) nach außen in einen Ringspalt (23) zwischen dem eingreifenden Kreisrohr (17) und dem aufnehmenden Kreisring (16) bringbar sind.
Verfahren zur Errichtung eines Turmbauwerks, wobei das Turmbauwerk aus Turmbauwerkselementen errichtet wird, insbesondere Turmbauwerkselementen nach einem der Ansprüche 10 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Turmbauwerkselemente entlang ihrer Längskanten unmittelbar mit einem korrespondierenden eingreifenden oder aufnehmenden Mittel einer benachbarten Teilschale (10) über eine Verschlosserung verbunden werden oder mittelbar über ein zwischen den Teilschalen angeordnetes Verbindungsformstück (30) jeweils verschlossen werden.
Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Turmbauwerkselemente im Versatz zueinander mit den Mitteln (16, 17, 30) durch Ineinanderschieben verbunden werden und anschließend die Querkanten miteinander verschweißt werden, wobei die Montage hierbei dadurch erfolgt, dass die Turmbauwerkselemente entsprechend der Erstreckung des Turmbauwerks im Wesentlichen vertikal angeordnet werden und das Turmbauwerk Teilschale (10) für Teilschale (10) aufgebaut wird.
Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Teilschalen (10), welche zusammen einen Turmbauwerksumfang ergeben, zunächst in der Waagerechten oder in der Senkrechten zu einem Turmschuss bzw. Rohrschuss zusammengebaut werden und anschließend der gesamte Turmschuss auf ein bereits bestehendes Turmbauwerksabschnitt aufgesetzt wird oder als Fußsektion eines Turmbauwerks mit einem Fundament verbunden wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlosserung nach dem Ineinanderschieben der Turmbauwerkselemente und/oder der Verschlosserung der Turmbauwerkselemente mit Verbindungsformteilen (30) miteinander mit einer Füllmasse aus einem Zement, Feinzement, Vergussmörtel, Vergussbeton, Metallschaum, Epoxidharz, Polymer, aushärtbaren Polymer, einem Klebstoff, Kombinationen von den zuvor genannten Füllmassen oder der gleichen verfüllt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die verschlossten Bereiche einer Teilschale zu den benachbarten Teilschalen oberhalb und unterhalb auf die Vertikale gezogen, gegeneinander abgedichtet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Verspannung der Teilschalen (10) und insbesondere der Formstücke (30) über Seilvorrichtungen erfolgt.