DE10152018A1

DE10152018A1 - Bauelementanordnung

Info

Publication number: DE10152018A1
Application number: DE10152018A
Authority: DE
Inventors: Marc Seidel
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2001-10-22
Filing date: 2001-10-22
Publication date: 2003-04-30

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bauelementanordnung zum Herstellen eines Turms einer Windkraftanlage mit mindestens einem einen Teil der Mantelfläche des Turms bildenden und mindestens eine zur Herstellung eines zumindest mittelbaren Kontaktes mit einem weiteren Bauelement dienende Kontaktfläche aufweisenden Bauelement, wobei das Bauelement eine Begrenzungsfläche aufweist, die nach Herstellen des Kontaktes ggf. zusammen mit einer Begrenzungsfläche des weiteren Bauelementes einen eine Prüfung des Kontaktes zwischen den Bauelementen erlaubenden Prüfkanal begrenzt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Bauelementanordnung zum Herstellen eines Turms einer Windkraftanlage mit mindestens einem einen Teil der Mantelfläche des Turms bildenden und mindestens eine zur Herstellung eines zumindest mittelbaren Kontaktes mit einem weiteren Bauelement dienende Kontaktfläche aufweisenden Bauelement sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Turms einer Windkraftanlage unter Verwendung derartiger Bauelementanordnungen.
Herkömmliche Windkraftanlagen bestehen aus einem Turm, einer an der Spitze des Turms um eine vertikale Drehachse drehbar daran montierten Gondel sowie einem um eine im wesentlichen horizontal verlaufende Rotorachse drehbar an der Gondel montierten und mindestens ein Rotorblatt aufweisenden Rotor. Bei modernen Windkraftanlagen mit einer Nennleistung von mehr als einem MW weist der Rotor einen Durchmesser von 70 m oder mehr auf. Der dazugehörige Turm wird mit einer Höhe von bis zu 100 m ausgeführt. Zum Erhalt einer hinreichenden Stabilität derartiger Türme unter gleichzeitiger Gewährleistung geringer Montagekosten werden die Türme herkömmlicher Windkraftanlagen aus Stahlblechen hergestellt. Dabei werden die Türme üblicherweise aus einzelnen kreiszylindermantelförmigen oder kegelstumpfmantelförmigen Bauelementen, den sogenannten Turmschüssen, mit einer Länge von etwa 20 m zusammengesetzt. Diese Turmschüssen werden vor Ort übereinander montiert und fest miteinander verbunden. Zur Vermeidung übermäßiger Materialbeanspruchungen weisen die herkömmlichen Bauelemente an ihren einander entgegengesetzten axialen Enden in den Innenraum des Turmes ragende umlaufende Flansche auf, welche Kontaktflächen für die übereinander montierten Bauelemente bilden. Bei der Montage muß sichergestellt werden, daß die einzelnen übereinander montierten Bauelemente unter Vermeidung von Spalten dazwischen exakt miteinander fluchten. Zu diesem Zweck werden die Kontaktflächen zwischen den Bauelementen während der Montage von innen überprüft und bei fluchtender Ausrichtung ggf. auftretende Spalte mit geeigneten Paßstücken verschlossen.
Während des Betriebs herkömmlicher Windkraftanlagen werden trotz der soeben erläuterten sorgfältigen Montage in einigen Fällen Beschädigungen der die Flansche aufeinanderfolgender Bauelemente durchsetzenden Schraubverbindungen und/oder Klaffungen in der äußeren Begrenzungsfläche des Turms beobachtet.

Angesichts der vorstehend erläuterten Probleme im Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, Bauelementanordnungen der eingangs beschriebenen Art bereitzustellen, welche die Errichtung eines stabilen und während des Betriebs der Windkraftanlage haltbaren Turms bei gleichzeitiger Gewährleistung wirtschaftlicher Montagebedingungen ermöglichen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Weiterbildung der bekannten Bauelementanordnungen gelöst, die im wesentlichen dadurch gekennzeichnet ist, daß das Bauelement eine Begrenzungsfläche aufweist, die nach Herstellen des Kontaktes mit dem weiteren Bauelement ggf. zusammen mit einer Begrenzungsfläche des weiteren Bauelementes einen eirre Prüfung des Kontaktes zwischen den Bauelementen erlaubenden Prüfkanal begrenzt.

Diese Erfindung geht auf die Erkenntnis zurück, daß die beim Betrieb herkömmlicher Windkraftanlagen beobachteten Mängel in erster Linie darauf zurückzuführen sind, daß es trotz der bei der Montage dieser Windkraftanlagen durchgeführten Überprüfung des Kontaktes zwischen aufeinanderfolgenden Bauelementen zu einer mangelhaften Kontaktbildung kommen kann, weil die Kontaktfläche zumindest teilweise verdeckt und daher zumindest von Innen nicht überprüfbar ist. Derartige Verhältnisse treten beispielsweise dann auf, wenn die aufeinanderfolgenden Bauelemente aufgrund von Bauelementtoleranzen nur im Bereich des inneren Randes der an ihren axialen Enden angebrachten Flansche aufeinanderliegen, während an dem äußeren Rand ein Kontakt nicht hergestellt ist. Ein derartiger Mangel läßt sich ohne Zusatzmaßnahmen durch Sichtkontrolle von innen nicht feststellen. Andererseits ist eine Sichtkontrolle von außen bei Türmen mit einer großen Höhe von bis zu 100 m nur mit einem unverhältnismäßig hohen Auf-Wand durchführbar. Bei der erfindungsgemäßen Bauelementanordnung wird zur Beseitigung dieses Mangels ein Prüfkanal vorgesehen, der eine vorzugsweise optische Überprüfung der Kontaktfläche ermöglicht, um so auch ansonsten verdeckte Mängel aufzudecken.

Im Rahmen dieser Erfindung ist auch daran gedacht, den Prüfkanal durch eine Bohrung o. dgl. in dem Bauelement der erfindungsgemäßen Bauelementanordnung zu bilden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Prüfkanal jedoch durch entsprechende Begrenzungsflächen aufeinanderfolgendem Bauelemente begrenzt, wobei zumindest eine dieser Begrenzungsflächen bezüglich der Kontaktfläche zurückspringend ausgebildet ist.

Zur Erhöhung der Stabilität des unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Bauelementanordnung verwirklichten Turms kann diese Bauelementanordnung auch ein zusätzliches Kontaktstück aufweisen, mit dem der Prüfkanal unter Bildung eines weiteren mittelbaren Kontaktes zwischen den Bauelementen verschlossen werden kann.

Wie vorstehend bereits erläutert, werden die Kontaktflächen herkömmlicher Bauelemente für Türme von Windkraftanlagen üblicherweise in Form von nach innen ragenden Flanschen gebildet. Diese Grundform kann auch bei erfindungsgemäßen Bauelementanordnungen beibehalten werden. Zur Bildung des Prüfkanals ist in diesem Fall zweckmäßigerweise mindestens eine der Kontaktflächen an einem sich ausgehend von dem Flansch in Längsrichtung des Turms in Richtung auf das weitere Bauelement erstreckenden, vorzugsweise ringförmigen Ansatz gebildet. In diesem Fall bildet die äußere Begrenzungsfläche des Flansches eine nach Herstellen des Kontaktes mit dem weiteren Bauelement zusammen mit einer Begrenzungsfläche des an letzterem angebrachten Flansch den Prüfkanal, welcher eine Überprüfung des zwischen dem Ansatz und dem weiteren Bauelement gebildeten Kontaktes ermöglicht. Dieser ringförmige Prüfkanal kann im weiteren Verlauf der Montage des Turms zur Erhöhung der Stabilität durch Kontaktstücke in Form von Ringsegmenten verschlossen werden, um so eine übermäßige Belastung der einzelnen Kontaktflächen zu vermeiden.

Zur Erleichterung der Montage und zur Sicherstellung eines ausreichenden Kontaktes mit sämtlichen Bauelementen weist ein zwischen zwei Bauelementen zu montierendes Bauelement der erfindungsgemäßen Bauelementanordnung an seinem der Kontaktfläche entgegengesetzten Ende mindestens einen weiteren in den Innenraum des Turms ragenden Flansch auf. Wie vorstehend bereits erläutert, ist es zur Montage herkömmlicher Türme von Windkraftanlagen zweckmäßig, wenn mindestens eines der Bauelemente der erfindungsgemäßen Bauelementanordnung im wesentlichen die Form einer Kreiszylindermantelfläche, einer Kegelstumpfmantelfläche oder eines Ausschnittes davon aufweist, wobei mindestens einer der Flansche das Bauelement zweckmäßigerweise vollständig umläuft. Ferner kann auch bei einer erfindungsgemäßen Bauelementanordnung ein Paßstück zum Verschließen von ggf. auftreten den Lücken bzw. zur Herstellung eines mittelbaren Kontaktes im Bereich des unter Bildung des Prüfkanals zu verwirklichenden Kontaktes vorgesehen sein.

Zur Herstellung einer sicheren Verbindung zwischen aufeinanderfolgenden Bauelementen werden üblicherweise Schraubbolzen o. dgl. eingesetzt. Zur Aufnahme dieser Schraubbolzen weist das Bauelement der erfindungsgemäßen Bauelementanordnung zweckmäßigerweise mindestens eine Ausnehmung auf. Diese Ausnehmung kann unter Vermeidung einer Beschädigung der Kontaktfläche zwischen der den Kontakt unter Bildung des Prüfkanals ermöglichenden Kontaktfläche und einer Anlagefläche für das Kontaktstück angeordnet sein.

Wie der vorstehenden Erläuterungen erfindungsgemäßer Bauelementanordnungen zu entnehmen ist, ist ein Verfahren zum Herstellen eines Turms einer Windkraftanlage, bei dem mindestens zwei Bauelemente unter Bitdung eines zumindest mittelbaren Kontaktes dazwischen übereinander montiert werden im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß bei der Montage ein eine Prüfung des Kontaktes zwischen den Bauelementen erlaubender Prüfkanal gebildet wird, wobei der Prüfkanal bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung unter Bildung eines weiteren Kontaktes zwischen den Bauelementen verschlossen wird und zur Bildung des Kontaktes ein Paßstück zwischen die Bauelemente geschoben werden kann.

Nachstehend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung, auf die hinsichtlich aller erfindungswesentlichen und in der Beschreibung nicht näher herausgestellten Einzelheiten ausdrücklich verwiesen wird, erläutert. Die einzige Figur der Zeichnung zeigt eine schematische Schnittdarstellung der Kontaktfläche eines unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Bauelementanordnung hergestellten Turms einer Windkraftanlage.
In der Zeichnung ist der Kontaktbereich zwischen zwei aufeinanderfolgenden Bauelementen 10 und 20 des Turms dargestellt. Jedes dieser Bauelemente 10, 20 weist eine kegelstumpfmantelförmige äußere Begrenzungsfläche 12 bzw. 22 und einen sich ausgehend davon an dem entsprechenden axialen Ende des Bauelementes in Richtung auf den Turminnenraum erstreckenden Flansch 14 bzw. 24 auf. Am äußeren Rand des Flansches 14 ist ein sich ausgehend davon in Richtung auf das Bauelement 20 erstreckender ringförmiger Ansatz 16 gebildet. Bei der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist zwischen der dem Bauelement 20 zugewandten Kontaktfläche 17 des ringförmigen Ansatzes 16 und der dieser gegenüberliegenden Begrenzungsfläche des Flansches 24 ein zusätzliches Paßstück 50 eingefügt. Zwischen einander gegenüberliegenden Begrenzungsflächen 18 und 28 der Flansche 14 und 24 ist ein Prüfkanal 30 gebildet, welcher eine Überprüfung des bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels unter Vermittlung des Paßstückes 50 bewirken Kontaktes zwischen den Bauelementen 10 und 20 ermöglicht. Dieser ringförmige Prüfkanal 30 ist an seiner dem Turminnenraum zugewandten Ende mit einem separaten Kontaktstück 40 verschlossen, welches einen mittelbaren Kontakt zwischen dem inneren Rand der Begrenzungsfläche 18 und dem inneren Rand der Begrenzungsfläche 28 des Prüfkanals 30 herstellt. Die beiden Flansche 14 und 24 weisen miteinander fluchtende Durchgangsbohrungen 15 und 25 auf, welche zwischen dem Paßstück 17 und dem Kontaktstück 14 angeordnet sind. Diese Durchgangsbohrungen 15 und 25 sind von einem als Schraubbolzen 60 verwirklichten Verbindungselement durchsetzt. An dem dem Schraubbolzenkopf 62 entgegengesetzten Ende des Schraubbolzens 60 ist eine Mutter 64 auf diesen Schraubbolzen aufgeschraubt, und so eine sichere Verbindung zwischen den Bauelementen 10 und 20 zu bewirken. Derartige Schraubbolzen sind über den Umfang der ringförmigen Flansche 14 und 24 in regelmäßigen Abständen verteilt angeordnet.
Bei der Montage eines Turms der in der Zeichnung dargestellten Art wird zunächst das Bauelement 10 derart auf das Bauelement 20 aufgesetzt, daß es genau mit diesem fluchtet. Der Kontakt zwischen der Kontaktfläche 17 und der gegenüberliegenden Begrenzungsfläche des Flansches 24 kann dabei durch den Prüfkanal 30 überprüft werden. Falls bei dieser Prüfund ein Spalt zwischen der Kontaktfläche 17 und der gegenüberliegenden Begrenzungsfläche des Flansches 24 festgestellt wird, kann dieser mit einem Paßstück 50 verschlossen werden. Nach Fertigstellung eines zufriedenstellenden Kontaktes im Bereich der Kontaktflächen 17 wird der Prüfkanal 30 durch die in Form von Ringsegmenten gebildeten Kontaktstücke 40 verschlossen, um so eine stabile Abstützung des Bauelementes 10 auf dem Bauelement 20 zu verwirklichen. Anschließend werden die Bauelemente unter Verwendung der Schraubbolzen 60 und Muttern 64 fest miteinander verbunden. Dabei wird durch die Sicherstellung eines Kontaktes zwischen den Bauelementen am äußeren und inneren Rand der Flansche 14 und 24 eine übermäßige Zug- und/oder Biegebeanspruchung des Schraubbolzens 60 auch bei hohen Windlasten vermieden.
Die Erfindung ist nicht auf das anhand der Zeichnung erläuterte Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr ist auch an die Verwirklichung von solchen Ausführungsformen gedacht, bei denen sich die Kontaktflächen nicht über die gesamte Umfangsfläche des Bauelementes erstrecken. Ferner können anstelle der Schraubbolzen auch andere Verbindungselemente eingesetzt werden. Auch kann anstelle eines zwischen einander gegenüberliegenden Begrenzungsflächen der Bauelemente 10 und 20 gebildeten Prüfkanals 30 ein durch eine Bohrung in einem der Bauelemente verwirklichter Prüfkanal eingesetzt werden.

Claims

1. Bauelementanordnung zum Herstellen eines Turms einer Windkraftanlage mit mindestens einem einen Teil der Mantelfläche es Turms bildenden und mindestens eine zur Herstellung eines zumindest mittelbaren Kontaktes mit einem weiteren Bauelement (20) dienende Kontaktfläche (17) aufweisenden Bauelement (10), dadurch gekennzeichnet, daß das Bauelement (10) eine Begrenzungsfläche (18) aufweist, die nach Herstellen des Kontaktes ggf. zusammen mit einer Begrenzungsfläche (28) des weiteren Bauelementes (20) einen eine Prüfung des Kontaktes zwischen den Bauelementen (10, 20) erlaubenden Prüfkanal (30) begrenzt.

2. Bauelementanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mindestens ein Kontaktstück (40), mit dem der Prüfkanal (30) unter Bildung eines weiteren mittelbaren Kontaktes zwischen den Bauelementen (10, 20) verschließbar ist.

3. Bauelementanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauelement (10) zumindest an seinem die Kontaktfläche (17) aufweisenden Ende einen in den Innenraum des Turms ragenden Flansch (14) aufweist und die Kontaktfläche (17) an einem sich ausgehend von dem Flansch (14) in Längsrichtung des Turms in Richtung auf das weitere Bauelement (20) erstreckenden, vorzugsweise ringförmigen Ansatz (16) gebildet ist.

4. Bauelementanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauelement (10) an seinem der Kontaktfläche entgegengesetzten Ende mindestens einen weiteren in den Innenraum des Turms ragenden Flansch aufweist.

5. Bauelementanordnung nach einem der vorhergehende Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauelement (10) im wesentlichen die Form einer Kreiszylindermantelfläche, eine Kegelstumpfmantelfläche (12) oder eines Ausschnitts davon aufweist.

6. Bauelementanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Flansche (14) das Bauelement (10) umläuft.

7. Bauelementanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der Kontaktstücke (40) die Form eines Ringsegmentes aufweist.

8. Bauelementanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens ein zur Herstellung eines mittelbaren Kontaktes dienendes Paßstück (50).

9. Bauelementanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauelement (10) mindestens eine Ausnehmung (15) zur Aufnahme eines die Bauelemente (10, 20) verbindenden Verbindungselementes, wie etwa eines Schraubbolzens (60) aufweist.

10. Bauelementanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (15) zwischen der Kontaktfläche (17) und einer Anlagefläche für das Kontaktstück (40) angeordnet ist.

11. Verfahren zum Herstellen eines Turms einer Windkraftanlage, bei dem zwei Bauelemente unter Bildung eines zumindest mittelbaren Kontaktes dazwischen übereinander montiert werden, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Montage ein eine Prüfung des Kontaktes zwischen den Bauelementen erlaubender Prüfkanal gebildet wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Prüfkanal unter Bildung eines weiteren Kontaktes verschlossen wird.

13. Bauelementanordnung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung des Kontaktes ein Paßstück zwischen die Bauelemente geschoben wird.