AT523137A1

AT523137A1 - Holzturm für Windenergieanlagen

Info

Publication number: AT523137A1
Application number: ATA347/2019A
Authority: AT
Inventors: Froh Carlo
Original assignee: Froh Carlo
Priority date: 2019-10-29
Filing date: 2019-10-29
Publication date: 2021-05-15
Also published as: EP4051854A1; WO2021083976A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Holzturm (1) aus Leimholzbinder für Windenergieanlagen (15) bestehend aus Trägern (2), die wiederum aus Trägersegmenten (4) bestehen, Stabilisationsringen (3) aus Leimholzbinder, den dazugehörigen Verbindungselementen (5) und dem Verbindungsadapter (12) zwischen Turm (1) und Gondel (11). Die Gesamtkonstruktion ist ausgelegt um den statischen und dynamischen Belastungen einer Multi-Megawatt Windenergieanlage (15) über eine Betriebszeit von mindestens 20 Jahren stand zu halten und sich dabei möglichst schwingungsdämpfend zu verhalten. Durch Vermeidung von horizontalen Flächen und Kanten wird die Bildung von Staunässe vermieden und ein größtmöglicher Holzschutz bei gleichzeitig minimierter chemischer Behandlung ermöglicht.

Description

Beschreibung

Holzturm für Windenergieanlagen

Erfinder: Carlo Froh 6020 Innsbruck

Zusammenfassung: Die Erfindung betrifft einen Holzturm (1) aus Leimholzbinder für Windenergieanlagen (15). Der Turm (1) besteht aus Trägern (2), die sich paarweise gegenläufig helixförmig vom Turmfuß zum Turmkopf winden. Jeder Träger (2) besteht aus Segmenten (4), die durch Verbindungselemente (5) miteinander verbunden werden. An den Schnittebenen der Träger (2) befinden sich Ringe (3) aus Leimholzbinder, die der Gesamtkonstruktion zusätzliche Steifigkeit gegenüber Schub- und Torsionsbelastungen verleihen.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, dass die Trägersegmente (4) sich mit hinreichender Präzision und geringem technischen und zeitlichen Aufwand zu der gesamten Turmstruktur zusammensetzen lassen.

Bezeichnungsliste

Holzturm 1 Träger 2 Ring 3 Trägersegment 4 Verbindungselement 5

Stahlhülse Verbindungselement 6

Stahlblech Verbindungselement 7

Stahlbolzen 8

Stahlhülse Auflager 9

Stahlblech Auflager 10 Gondel 11 Verbindungsadapter 12 Rotorblatt 13 Fundament 14 Windenergieanlage 15

Stahlhülse Verbindungsadapter 16 Stahlblech Verbindungsadapter 17

Turmaußenseite 18

Die Beschreibung enthält Zitate (DE 10 2007 006 652 A1).

[2] Jeder einzelne Träger (2) besteht aus Segmenten (4). An den Schnittstellen zweier Träger (2) sind die einzelnen Segmente (4) und die Segmente (4) des schneidenden Trägers (2) miteinander mit Hilfe von Stahlhülsen (6) oder Stahlblechen (7) und Stahlbolzen (8) verbunden.

[3] Die Verbindung zum Fundament (14) erfolgt über Stahlhülsen (9) oder Stahlbleche (10), die mit dem Stahlbeton des Fundaments (14) verbunden sind. Die Anbindung des Turms mit der Gondel (11) erfolgt über einen Verbindungsadapter (12), der über Stahlhülsen (16) oder Stahlbleche (17) und Stahlbolzen (8) mit dem Turmkopf verbunden ist.

[4] Beieiner WEA handelt es sich um eine Vorrichtung, die mittels eines Generators die kinetische Energie des Windes in elektrische Energie umwandelt. Eine WEA besteht aus einem Fundament (14), einem Turm, der auf dem Fundament (14) errichtet wird und einer Gondel (11), die auf dem Turm angebracht wird. An der Gondel (11) wird ein Rotor angebracht, der mit der Antriebseinheit verbunden ist und in der Regel aus drei Rotorblättern (13) und der Aufnahme dafür, auch Stern genannt, besteht.

[5] Die Konstruktion des Turms (1) ist für die statischen und dynamischen Belastungen einer im Betrieb befindlichen Windenergieanlage ausgelegt.

Bekannte Türme werden entweder aus Stahlzylindern, Betonelementen, Kombinationen aus beidem oder aus Stahlgittern hergestellt. Die Grundflächen der Türme sind entweder Kreisringe oder Polygone. Es ist bekannt, Türme für WEA ebenfalls aus Holz zu errichten (DE 10 2007 006 652 A1).

[6] Da mit steigender Höhe die Windstärke und somit der Ertrag einer WEA zunimmt, ist es aus wirtschaftlicher Sicht sinnvoll, WEA so hoch wie möglich zu errichten. Mit zunehmender Höhe steigen gleichzeitig die statischen Anforderungen an die Türme, sodass auch die Materialstärken, Fertigungs- und Errichtungsaufwände zunehmen.

[7] Ein dabei entscheidender Aspekt bei Türmen, die aus abschnittsweise angeordneten Segmenten gebildet werden, ist, dass die horizontalen Berührungsflächen der übereinander angeordneten Segmente empfindlich für Schubbelastungen bzw. Querkräfte sind. Dieses muss in der Statik der Türme berücksichtigt werden, damit diese Sollbruchstellen entschärft werden, was zu verstärktem Materialeinsatz führt und insbesondere einen Einsatz von aufwändigen Verbindungsmitteln bedingt.

[8] Aufgabe der Erfindung ist es daher, Türme für WEA bereit zu stellen, bei denen es unter Berücksichtigung der vorgenannten Querkraft- bzw. Schubbelastungsproblematik möglich ist, die Konstruktionshöhe zu vergrößern und gleichzeitig Material gegenüber bekannten Türmen einzusparen und/ oder die Herstellungskosten zu senken.

[9] Die erfindungsgemäße Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Träger (2) helixförmig angeordnet sind und einzelne Trägersegmente (4) durch vorgenannte Stahlhülsen (6) oder Stahlbleche (7) und Holzringe (3) miteinander verbunden sind. Die Schub- und Querbelastungen auf einzelne Träger (2) können so von weiteren Trägern (2) aufgenommen werden, was zu einer stabilen und steifen Turmkonstruktion führt.

[10] Eine weiter Aufgabe der Erfindung ist es, dass sich die Trägersegmente (4) und die Ringe (3) mit hinreichender Präzision und geringem technischen und zeitlichen Aufwand zu der gesamten Turmstruktur zusammensetzen lassen.

[11] Die erfindungsgemäße Aufgabe wird dadurch gelöst, dass sich die Trägersegmente (4) ohne Hilfe von Schwerlasttransporten zum Einsatzort transportieren und sich anschließend mit Hilfe von Mittellastkränen zusammensetzen lassen.

[12] Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass ausschließlich Holzarten verwendet werden, die für den Außeneinsatz zugelassen sind. Um den Ökologischen und ökonomischen Mehrwert zu vergrößern, werden bevorzugt Nadelhölzer verwendet, da diese gegenüber Laubhölzern schneller wachsen und vor allem in den nördlichen Breiten häufig vorkommen. [13] Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass das Holz keine äußeren Anstriche besitzt. Durch steil stehende Träger (2) und die Vermeidung von nach oben offenen Kanten wird ein schnelles Abrinnen von Wasser gewährleistet, sodass sich keine für das Holz schädliche Staunässe bilden kann. Da die Konstruktion luftdurchlässig ist, tragen Winde ebenfalls zu einer raschen Verdunstung von Feuchtigkeit bei.

[14] Nachfolgend wird die Konstruktion anhand von Zeichnungen näher erläutert. Dabei

zeigt: [15] Fig. 1: eine räumliche Ansicht einer WEA mit einem erfindungsgemäßen Turm (1), [16] Fig. 2: eine räumliche Ansicht des erfindungsgemäßen Turms (1), [17] Fig. 3: eine räumliche Innenansicht nach oben des erfindungsgemäßen Turms (1), [18] Fig. 4: eine räumliche Innenansicht nach unten des erfindungsgemäßen Turms (1), [19] Fig. 5: eine alternative Ausführungsform des erfindungsgemäßen Turms (1), [20] Fig. 6: eine räumliche Innenansicht nach oben der alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Turms (1),

[21] Fig. 7: eine räumliche Innenansicht nach unten der alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Turms (1),

[22] Fig. 8: ein Verbindungselement (5) der Trägersegmente (4) des erfindungsgemäßen Turms (1),

[23] Fig. 9: eine Detailansicht zu Fig. 8,

[24] Fig. 10: ein alternatives Verbindungselement (5) der Trägersegmente (4) des erfindungsgemäßen Turms (1),

[25] Fig. 11: eine Detailansicht zu Fig. 10,

[26] Fig. 12: ein Verbindungselement (5) der Trägersegmente (4) der alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Turms (1),

[27] Fig. 13: eine Detailansicht zu Fig. 12,

[28] Fig. 14: ein alternatives Verbindungselement (5) der Trägersegmente (4) der alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Turms (1),

[29] Fig. 15: eine Detailansicht zu Fig. 14,

[30] Fig. 16: ein Verbindungsadapter (12) zwischen Turm (1) und Gondel (11) des erfindungsgemäßen Turms (1),

[31] Fig. 17: eine Draufsicht auf den erfindungsgemäßen Verbindungsadapter (12),

[32] Fig. 18: eine Untersicht auf den erfindungsgemäßen Verbindungsadapter (12) [33] Fig. 19: ein Verbindungsadapter (12) zwischen Turm (1) und Gondel (11) der alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Turms (1),

[34] Fig. 20: eine Draufsicht zu Fig. 19,

[35] Fig. 21: eine Untersicht zu Fig. 19,

[36] Fig. 22: ein Auflager mit Stahlblechen (10) als Verbindung mit dem Fundament (14) des erfindungsgemäßen Turms (1)

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Scite 5°. ° : e,. ee. ..

[37] Fig. 23: eine Detailansicht zu Fig. 22,

[38] Fig. 24: ein alternatives Auflager mit Stahlhülse (9) als Verbindung mit dem

Fundament (14) des erfindungsgemäßen Turms (1),

[39] Fig. 25: eine Detailansicht zu Fig. 24,

[40] Fig. 26: ein Auflager mit Stahlblechen (10) als Verbindung mit dem Fundament (14) der alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Turms (1),

[41] Fig. 27: eine Detailansicht zu Fig. 26

[42] Fig. 28: ein alternatives Auflager mit Stahlhülsen (9) mit dem Fundament (14) der alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Turms (1)

[43] Fig. 29: eine Detailansicht zu Fig. 28.

[44] Nachfolgend werden verschiedene Ausführungsformen des Turms (1) dargestellt.

[45] Die Grundfläche des Turms (1) entspricht gemäß Fig. 1, Fig. 2, Fig. 3, Fig. 4, Fig. 5 und Fig. 6 einem Polygon mit wenigstens vier Ecken, da die Träger (2) am Turmfuß paarweise zusammenlaufen und sich am Turmkopf wieder paarweise treffen. Andere polygone Grundflächen sind problemlos möglich.

[46] Gemäß Fig. 2 weist der Turm (1) eine Außenseite (18) auf, die im mathematischen Sinn einer Einhüllenden-Funktion einer gedämpften Schwingung entspricht. Diese Einhüllende entspricht einer abnehmenden Exponentialfunktion.

[47] Gemäß Fig. 2 verlaufen rechtsdrehende und linksdrehende Träger (2) in einer Ebene.

[48] Gemäß Fig. 5 verlaufen rechtsdrehende Träger (2) um die Trägerstärke nach innen oder außen versetzt zu den linksdrehenden Trägern (2), sodass sich zwei Trägerebenen bilden.

[49] Gemäß Fig. 1 und Fig. 2 schneiden sich die Träger (2) des Turms (1) an den Ebenen, an denen die Ringe (3) gemäß Fig. 12 angebracht sind. Ebenso gibt es gemäß Fig. 5 Schnittebenen, an denen die Verbindungselemente (5) untergebracht sind.

[50] Zur Vermeidung horizontaler Kanten an denen sich Staunässe sammeln könnte, sind die Trägersegmente (4) an den Verbindungsstellen (5) um die Materialstärke der Verbindungselemente (5) aus Fig. 11 verjüngt. Dies führt zu einem bündigen Abschluss der Verbindungselemente (5) mit den Trägersegmenten (4).

[51] Gemäß Fig. 19 stellt der erfindungsgemäße Verbindungsadapter (12) den Übergang zwischen dem im horizontalen Querschnitt polygonalen Turm (1) und dem kreisringförmigen Anschluss für die Gondel (11) dar. Die Verbindung des Adapters (12) mit dem Turm (1) erfolgt über Hülsen (16) oder Bleche (17), die über Bohrungen mit den Trägersegmenten (4)

verbolzt werden. Die Verbindung zur Gondel (11) erfolgt über Flansche, deren Anzahl je nach Gondeltyp variieren kann.

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Claims

Ansprüche

[1] Holzturm (1) aus Leimholzbinder, dadurch gekennzeichnet, dass der Turm (1) aus helixförmig angeordneten tordierten Trägern (2) besteht, die sich paarweise gegenläufig vom Turmfuß zum Turmkopf winden.

Unteransprüche
[2] Holzturm (1) nach Anspruch [001], dadurch gekennzeichnet, dass die Außenseite (18) des Turms (1) im mathematischen Sinn einer abnehmenden Exponentialfunktion entspricht. [3] Holzturm (1) nach Anspruch [001], dadurch gekennzeichnet, dass der quadratische
Trägerquerschnitt linear mit steigender Höhe abnimmt.
[4] Holzturm (1) nach Anspruch [001], dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Trägersegmente (4) und die Träger (2) mit- und untereinander über erfindungsgemäße Stahlhülsen (6) oder Stahlbleche (7) mit Hilfe von Stahlbozen (8) aus Fig. 13, Fig. 14, Fig. 15, Fig. 16, Fig. 17, Fig. 18 und Fig. 19 verbunden sind.
[5] Holzturm (1) nach Anspruch [001], dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Trägersegmente (4) mit erfindungsgemäßen Stahlhülsen (9) oder Stahlblechen (10) mit dem Fundament (14) verbunden sind.
[6] Holzturm nach Anspruch [001] oder [002], dadurch gekennzeichnet, dass der Turm (1) über erfindungsgemäße Stahlhülsen (16) oder Stahlbleche (17) des erfindungsgemäßen Verbindungsadapters (12) mit der Gondel (11) verbunden ist.
[7] Holzturm nach Anspruch [001] oder [002], dadurch gekennzeichnet, dass an den Verbindungsstellen (5) der Trägersegmente (4) erfindungsgemäße Ringe (3) angebracht sind.