EP4051854A1

EP4051854A1 - Holzfachwerkturm für windkraftanlagen

Info

Publication number: EP4051854A1
Application number: EP20800822.7A
Authority: EP
Inventors: Carlo FROH
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-10-29
Filing date: 2020-10-28
Publication date: 2022-09-07
Also published as: AT523137A1; WO2021083976A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen drehsymmetrischen Holzfachwerkturm (1) für Windkraftanlagen, mit einem Fußabschnitt (19) und einem Kopfabschnitt (20), mit Trägern (23, 24) aus Leimholz- bindern, die sich durchgehend vom Fußabschnitt (19) zum Kopfabschnitt (20) erstrecken und 5 jeweils paarweise gegenläufig, helixförmig und sich an Knotenpunkten (21) mehrmals kreu- zend um eine Drehachse (a) des Turms (1) winden.

Description

Holzfachwerkturm für Windkraftanlagen

Die Erfindung betrifft einen Holzfachwerkturm, auf dem eine Maschinengondel und ein Rotor einer Windenergieanlage (WEA) bzw. Windkraftanlage (WKA) installiert werden kann.

Der Turm einer Windkraftanlage ist zeitweise hohen Belastungen ausgesetzt, denen er unter allen Betriebsbedingungen sicher widerstehen muss. Zum einen muss er das Gewicht des Rotors und der Maschinengondel tragen, deren Masse zusammen bis zu mehreren hundert Tonnen betragen kann und die in Schwingungen versetzt werden können. Zum anderen und in ähnlicher Größenordnung muss er der Wndlast standhalten, insbesondere in Böen, die als überwiegend horizontale Last auftritt und insbesondere am Turmfuß hohe Biegemomente be wirkt. Die Turmkonstruktion soll außerdem ihren Transport zur Baustelle, ihre Errichtung und möglichst auch ihren Rückbau berücksichtigen. Die Auslegung der Türme erfolgt zweckmäßig für die vorgesehene Lebensdauer der gesamten Wndkraftanlage.

Herkömmliche Wndkraftanlagen umfassen regelmäßig Stahlbeton-, Stahl- oder Hybridtürme, vereinzelt auch Stahlfachwerktürme. Verhältnismäßig neu ist der Bau von Holztürmen. Ein Holzturm ist ein turmförmiges Bauwerk, dessen tragende Konstruktion bzw. dessen Haupt baumaterial aus Holz ist. Er wird meistens ähnlich wie ein Stahlfachwerkturm mit quadrati schem Grundriss und in offener Fachwerkbauweise errichtet. Inzwischen gibt es viele archi tektonisch ansprechende Aussichtstürme dieser Bauart. Einschränkungen ergeben sich durch die natürlich beschränkte Endwuchshöhe von Bäumen, durch die Balken beliebiger Länge nicht möglich sind, und den hohen benötigten Aufwand zur Herstellung von profilierten T rägern aus Baumstämmen, weshalb in der Regel abgeflachte oder runde Balken zum Einsatz kom men. Vorteile von Holztürmen sind die naturverträgliche Verarbeitung eines nachwachsenden Rohstoffs und die Neutralität des Materials Holz in Bezug auf elektromagnetische Wellen (vgl. WIKIPEDIA^®, Stichwort „Holzturm“, abgerufen am 21. Oktober 2020).

Mit einer Wndkraftanlage in Hannover-Marienwerder wurde im Oktober 2012 ein erster Pro totyp errichtet. Die Windkraftanlage umfasst einen 100 Meter hohen Holzturm. Er besteht aus 28 Stockwerken und besitzt eine stabile achteckige Außenwand von ca. 30 cm Wandstärke aus Sperrholz. Es wurden etwa 1000 Bäume gefällt, um diesen Turm zu produzieren (ca. 400 m³ Holz gleichbedeutend mit etwa 200 t). Maschinengondel und Rotor der Wndkraftanlage lasten mit einem Gewicht von ca. 100 t auf dem Turm. Eine UV-stabile PVC-Folie bildet die schützende Außenhaut des Turms (vgl. WIKIPEDIA^®, Stichwort „Windkraftanlage“, abgerufen am 21. Oktober 2020).

Weitere Konstruktionen von Türmen aus Holz, in der Regel aber für weit geringere Höhen und erheblich geringere Belastungen, sind z.B. aus der GB... und der DE 10 2007 006 652 A1 bekannt.

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 Materialstär ken, Fertigungs- und Errichtungsaufwände zunehmen.

Bei Türmen aus abschnittsweise angeordneten Segmenten sind die horizontalen Berührungs flächen der übereinander angeordneten Segmente empfindlich für Schubbelastungen bzw. Querkräfte. Dieser Aspekt muss die Statik der Türme berücksichtigen. Diese Sollbruchstellen zu entschärfen, führt regelmäßig zu verstärktem Materialeinsatz und insbesondere zum Ein satz von aufwändigen Verbindungsmitteln.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Bauweise für Holztürme für Wndenergieanlagen an zugeben, die trotz großer Konstruktionshöhen eine wirtschaftliche Herstellung erlauben.

Diese Aufgabe wird durch den erfindungsgemäßen drehsymmetrischen Holzfachwerkturm für Windkraftanlagen gelöst. Er umfasst einen im Querschnitt kreisförmigen Fußabschnitt, einen ebensolchen Kopfabschnitt und Träger aus Leimholzbindern, die sich durchgehend vom Fuß abschnitt zum Kopfabschnitt erstrecken. Die Träger verlaufen jeweils paarweise gegenläufig und helix- oder spiralförmig, kreuzen sich mehrmals an Knotenpunkten und sind um eine ge ometrische Dreh- bzw. Hochachse des Turms gewunden.

Der Fußabschnitt des Holzfachwerkturms ruht auf einem herkömmlichen Fundament. Ring fundamente sind ökonomisch sinnvoll. Der Kopfabschnitt stellt den Übergang des Holzfach werkturms zur Maschinengondel her. Dazwischen verlaufen die Träger aus Leimholzbindern. Unter Leimholz, Brettschichtholz (kurz BS-Holz oder BSH) oder Leimbalken versteht man aus mindestens drei Brettlagen und zumindest lagenweise in gleicher Faserrichtung verleimte Höl zer. Sie werden vorwiegend im Ingenieurholzbau, also bei statischer Beanspruchung, verwen det. Binder aus Brettschichtholz werden als Brettschichtbinder oder Leimbinder bezeichnet (vgl. WIKIPEDIA^®, Stichwort „Leimholz“, abgerufen am 21. Oktober 2020).

Die Träger verlaufen erfindungsgemäß helix- oder spiralförmig, und zwar jeweils paarweise gegenläufig. Der jeweilige Verlauf eines Trägers beschreibt damit eine schraubengangförmige Wendel oder Windung um eine vertikale Drehachse des drehsymmetrischen Turms. Der paar weise gegenläufige Verlauf der T räger führt zu mindestens einem Paar an T rägern, von denen der eine Träger ein rechtdrehender und der andere ein linksdrehender Träger ist. Damit kreu zen sich jeweils ein rechtsdrehender und ein linksdrehender Träger im Zuge ihres spiralförmi gen gegenläufigen Verlaufs mehrmals. An den Kreuzungen der Träger sind Knotenpunkte ausgebildet, an denen die Träger mechanisch verbunden sind.

Ganz anders als bei klassischen Fachwerk mit geraden Stäben ist jedes erfindungsgemäße Trägerpaar aus gebogenen bzw. gewunden Trägern in seinem Verlauf mehrmals miteinander verbunden, und zwar nicht in ein und derselben Ebene, sondern in unterschiedlichen tangen tialen Ebenen des Mantels des im Querschnitt runden Turms. Jedes Trägerpaar für sich bildet folglich schon ein stabiles Raumfachwerk aus. Jedes Trägerpaar ist darüber hinaus mehrmals mit weiteren Trägerpaaren verbunden, die ihrerseits untereinander mehrmals verbunden sind. Die mehrfache Verbindung jedes Trägerpaars und die mehrfache Verbindung mehrerer Trä gerpaare untereinander führen schon zu einer hohen Steifigkeit. Zudem winden sich die T räger um eine Drehachse herum, so dass das Raumfachwerk eine quasi gitterrohrförmige Gestalt annimmt. Daraus ergibt sich ein sehr steifes räumliches Fachwerk, das mangels exponierter Ecken oder Kanten ein homogenes Belastungsprofil bietet und überraschend hohen Belastun gen aus allen Richtungen standhalten kann. Jene Belastungen stammen beispielsweise von der Masse der Aufbauten, insbesondere der Maschinengondel und dem Rotor, aber auch aus den Windlasten. Denn die Helixform des in sich vielfach gekoppelten Raumfachwerks vermei det Belastungsspitzen, führt zu einer hervorragenden Kräfteverteilung und Schwingungs dämpfung und hinterlässt einen anspruchsvollen architektonischen Eindruck.

Die Erfindung geht zunächst von einem zylindrischen Turm aus, dessen Mantel sich aus he lixförmig gewundenen Trägern zusammensetzt. Eine Helix bzw. eine Schraube, Schraubenli nie, zylindrische Spirale oder Wendel ist in streng mathematischem Sinne eine Kurve, die sich mit konstanter Steigung, konstanter Krümmung und mit konstantem Abstand zur Drehachse um den Mantel eines Zylinders windet. Weitere drehsymmetrische Formen mit kreisförmigem Grundriss, die der Turm annehmen kann, können prinzipiell auch ein Kegel oder ein Kegel stumpf sein. Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann der Turm einen sich zum Kopfabschnitt hin verjüngenden Querschnitt aufweisen. Die Verjüngung kann linear ver laufen, so dass sich ein konischer oder schlanker kegelstumpfförmiger Mantel des Turms ergibt. Alternativ kann die Verjüngung anderen mathematischen Gesetzen folgen, so dass eine Mantellinie des Turms zum Beispiel im mathematischen Sinn einer abnehmenden Exponenti alfunktion entspricht, die Verjüngung jedenfalls einen breiten Fußabschnitt bietet, dessen Durchmesser zunächst schnell, später langsamer werdend zu einem schlanken Kopfabschnitt hin abnimmt. Die Verjüngung des Turmquerschnitts dient der Stabilität des Turms, zumal sich dadurch am Kopfabschnitt kleinere Angriffsflächen für Wind und damit geringere Windlasten ergeben. Die den Mantel eines derartigen Turms bildenden Träger verlaufen dann in der Form einer räumlichen, insbesondere konischen Spirale, nämlich mit einem vom Fußpunkt aus be trachtet abnehmenden Abstand von der Drehachse zum Kopfabschnitt hin und mit zunehmen der Krümmung.

Die rechts- und linksdrehenden Träger selbst sind nicht tordiert, sondern werden werkseitig in der erforderlichen Spiralform maß- und passgenau hergestellt. Dazu werden die einzelnen Lamellen der Leimholzbinder bei der Herstellung tordiert und in ihrer tordierten Form unterei nander verleimt. Damit können Träger hergestellt werden, die vom Fußabschnitt zum Kopfab schnitt hin durchgehend gewunden verlaufen. Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung können die T räger in ihrem Verlauf insofern unterbrochen sein, als insbesondere an einigen oder an allen Knotenpunkten zwei in Verlaufsrichtung der Träger hintereinanderlie gende Trägerabschnitte oder -Segmente mechanisch gekoppelt sind. Den konstruktiven Erfor dernissen oder den Herstellungsmöglichkeiten entsprechend können die Trägersegmente an ihren Stoßstellen geschäftet, gezinkt, gezapft oder anderweitig zimmermannsmäßig verbun den sein. Alternativ oder zusätzlich können die Segmente mit parallel verlaufenden gelochten Stahlplatten oder -blechen und quer dazu verlaufenden Stahlbolzen in den quer durchbohrten Segmentenden aneinander befestigt sein. Damit lassen sich kürzere Abschnitte der Träger erstellen, womit sich ihre Herstellung und ihr Transport vereinfacht. Dennoch verlaufen die Träger zumindest strukturell vom Fußabschnitt zum Kopfabschnitt hin durchgehend. Die Befestigung der Trägersegmente untereinander kann grundsätzlich an einer beliebigen Stelle im Längsverlauf der Träger erfolgen. Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann die Befestigung der Trägersegmente untereinander an den Knotenpunkten erfolgen.

Aus Leimholz lassen sich grundsätzlich weitgehend beliebige Querschnitte der Träger herstei len, beispielsweise runde, ovale, rautenförmige oder rechteckige Querschnitte. Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung können die Träger des Turms quadratische Querschnitte aufweisen. Die dafür erforderlichen Lamellen können dann über weitgehend den selben rechteckigen Querschnitt verfügen, was die Herstellung des Trägers und dessen Kop pelung mit weiteren Trägern nicht unnötig verkompliziert. Alternativ lassen sich mit geringem Mehraufwand andere Querschnitte erzeugen, zum Beispiel solche mit einer oberseitigen Nei gung des T rägers zu einer zukünftigen Außenseite des T urms hin oder mit einer außenseitigen Abrundung, um den Ablauf von Niederschlagswasser am Turm zu begünstigen.

Zum Beispiel aus Gründen ihrer einfacheren Herstellung können die T räger in Verlaufsrichtung über einen gleichbleibenden Querschnitt verfügen. Nach einer weiteren vorteilhaften Ausge staltung der Erfindung können sich die Träger in ihrem Verlauf vom Fußabschnitt zum Kopf abschnitt hin verjüngen. Die Verjüngung kann wiederum und in einem einfachen Fall linear verlaufen, kann aber auch nicht-linear erfolgen. Auch die Verjüngung der T räger kann zu einer Materialreduktion analog mit den abnehmenden Belastungen des Turms führen. Jedenfalls reduziert sie die Eigengewichtslast und trägt zu einem ökonomischen Materialeinsatz bei.

An den Knotenpunkten sind die sich dort unter einem spitzen Winkel kreuzenden Träger me chanisch verbunden. Vorteilhafterweise können sich zwei Träger an den Knotenpunkten kon taktieren, indem die der Hochachse des Turms abgewandte Außenseite des einen Trägers an der Innenseite des anderen Trägers anliegt. In dieser Weise lassen sich Träger verbinden, die über den Knotenpunkt hinweg durchlaufen.

Alternativ können die sich einander kreuzenden Träger am Knotenpunkt eine Kämmung auf weisen. Eine Kämmung oder Kammverbindung ergibt sich durch je eine von den Kontaktflä chen der Träger ausgehende und der Form nach einander entsprechende Ausnehmung im Träger, so dass die Träger bei ihrer Montage in den jeweils anderen Träger abschnittsweise eintauchen können. Nimmt die Ausnehmung beispielsweise ein Viertel der Trägerdicke ein, tauchen die Träger insgesamt zur Hälfte der Trägerdicke gegenseitig ineinander ein, liegen aber weiterhin in unterschiedlichen Ebenen.

Nach einerweiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung können die Träger an den Kno tenpunkten in derselben Ebene liegen. Dazu können sie sich zum Beispiel gegenseitig durch dringen mit einer Kämmung bzw. Ausnehmungen, die zur Hälfte in die Träger eingeschnitten ist. Alternativ können die Träger im Knotenpunkt gestoßen sein, so dass dort vier Trägerab schnitte Zusammentreffen. Mit der Anordnung der T räger an den Knotenpunkten in derselben Ebene ergibt sich nicht nur eine kompaktere Hülle des Turms, sondern auch eine versatzlose Kraftübertragung zwischen den sich kreuzenden Trägern.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann der Turm horizontal ver laufende und mit den Trägern gekoppelte Ringe aufweisen. Die Ringe können außenseitig oder vorzugsweise innenseitig an den Trägern befestigt sein, um jeweils eine Aussteifungs ebene orthogonal zur Hochachse des Turms zu bilden. Sie reduzieren die Biegebeanspru chung der T räger, indem sie radial auf den T urm einwirkende Kräfte aufnehmen und als Druck kräfte weiterleiten und verteilen. Während des Betriebs einer Windenergieanlage können durch seitlich auf den Rotor treffende Winde von der Maschinengondel ausgehende Torsions momente am Turm auftreten. Die erfindungsgemäße Aufgabe der Ringe ist es, die Torsions momente gleichmäßig auf alle Träger und Ringe zu verteilen.

Die Ringe können zwar grundsätzlich aus Metall ausgebildet sein, womit sie sich optisch ver hältnismäßig unauffällig gestalten lassen. Vorzugsweise können sie aber ebenfalls als Leim holzbinder hergestellt sein, zumal sie überwiegend Druckkräfte aufnehmen und aus Holz einen optisch harmonischeren Eindruck mit den Trägern vermitteln.

Die Koppelungspunkte der Ringe an den Trägern lassen sich weitgehend beliebig wählen. Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung können die Ringe an den Kno tenpunkten der Träger an sie gekoppelt sein. Damit lässt sich die Anzahl der Knotenpunkte des Raumfachwerks reduzieren, was neben optischen Vorteilen auch die Montage des Turms und den Aufwand für die Herstellung der Knotenpunkte herabsetzt. Die Knotenpunkte der Träger und die dortige Kopplung der Ringe können grundsätzlich nach den bekannten Regeln zimmermannsmäßiger Holzverbindungen ausgeführt werden. Auf grund der hohen Belastungen können auch Lochbänder bzw. gelochte Stahlbleche und durch sie orthogonal hindurchgeführte Stahlbolzen als Verbindungsmittel dienen. Die gelochten Stahlbleche können jeweils außenseitig angebracht oder in die Träger eingelassen sein oder sie hülsenartig umgeben. Ihre Belastbarkeit lässt sich vorteilhaft über die Abmessungen der Stahlbleche einerseits und die Anzahl und den Durchmesser der Stahldübel entsprechend den auftretenden Kräfte bemessen. Der Turm kann vor allem für Wartungszwecke eine Leiter mit Steigsicherung, eine T reppe mit Geländer bzw. Absturzsicherung, ggf. einen Fahrkorb oder Aufzug und/oder Einrichtungen zur Kabelführung aufweisen. Für deren Montage eigenen sich innenseitig angebrachte Ringe.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann der Turm eine die kopf- seifigen Enden der T räger einfassenden ringförmigen Verbindungsadapter als Schnittstelle zur

Maschinengondel einer Windkraftanlage aufweisen. Der Verbindungsadapter erzeugt eine hohe Steifigkeit am Kopfabschnitt und trägt damit erheblich zu einer hohen Gesamtsteifigkeit des Turms bei. Er kann ebenfalls aus Leimholzbindern gefertigt sein. Wegen der Vielzahl an hoch belasteten Koppelungsstellen auf engem Raum, nämlich durch die Einfassung und Ver- bindung der Trägerenden und der Koppelung mit der drehbaren Maschinengondel, bietet sich eine Ausbildung des Verbindungsadapters aus Metall an.

Das Prinzip der Erfindung wird im Folgenden anhand einer Zeichnung beispielshalber noch näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1: eine räumliche Ansicht einer Windkraftanlage mit einem erfindungsgemäßen Turm,

Fig. 2: eine räumliche Ansicht einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Turms, Fig. 3: eine Innenansicht der ersten Ausführungsform,

Fig. 4: eine Draufsicht der ersten Ausführungsform, Fig. 5: eine räumliche Ansicht einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemä ßen Turms,

Fig. 6: eine Innenansicht der zweiten Ausführungsform, Fig. 7: eine Draufsicht der zweiten Ausführungsform,

Fig. 8 bis 11 : Knotenpunkte der ersten Ausführungsform, Fig. 12 bis 15: Knotenpunkte der zweiten Ausführungsform, Fig. 16: eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform einer Ringstruktur,

Fig. 17: eine Draufsicht der Ringstruktur gemäß Fig. 16,

Fig. 18: eine Untersicht der Ringstruktur gemäß Fig. 16,

Fig. 19: eine perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführungsform einer Ringstruk tur,

Fig. 20: eine Draufsicht der Ringstruktur gemäß Fig. 19,

Fig. 21 : eine Untersicht der Ringstruktur gemäß Fig. 19,

Fig. 22 bis 25: Ausbildungen des Fußabschnitts der ersten Ausführungsform gemäß Fig. 2, Fig. 26 bis 29: Ausbildungen des Fußabschnitts der zweiten Ausführungsform des erfin dungsgemäßen Turms gemäß Fig. 5. Figur 1 zeigt eine räumliche Ansicht einer erfindungsgemäßen Windkraftanlage 15. Sie um fasst einen im Grundriss kreisringförmigen und um eine Drehachse a drehsymmetrischen Holzfachwerkturm 1, der auf einem ringförmigen Fundament 14 ruht und im Wesentlichen aus gewundenen Trägern 2 besteht. Die Träger 2 bestehen aus Brettschichtholz und winden sich paarweise gegenläufig spiralförmig um eine vertikale Drehachse des drehsymmetrischen Turms 1 von seinem Fußabschnitt 19 zu seinem Kopfabschnitt 20. Jeder Träger 2 besteht aus Trägerabschnitten oder Segmenten 4, die an Knotenpunkten 21 über Verbindungselemente 5 miteinander verbunden sind. An den Knotenpunkten 21 der Träger 2 sind innen Ringe 3 aus Leimholzbindern befestigt, die der Gesamtkonstruktion zusätzliche Steifigkeit gegenüber Schub- und Torsionsbelastungen verleihen.

Der Turm 1 trägt an seinem Kopfabschnitt 20 eine Maschinengondel 11, die über einen ring förmigen Verbindungsadapter 12 mit dem Turm 1 verbunden ist und die drei Rotorblätter 13 umfasst. Figur 2 und Fig. 5 bieten räumliche Ansichten einer ersten und einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Turms 1. Die Träger 2 bilden eine Mantel Struktur des Turms 1 , die sich vom Fußabschnitt 19 zum Kopfabschnitt 20 hin verjüngt. Die Mantelflächen bzw. Außen seiten 18 beider Ausführungsformen des Turm 1 lassen sich mit einer im mathematischen Sinne Einhüllenden-Funktion einer gedämpften Schwingung beschreiben. Die Einhüllende entspricht vom Turmfuß zum Turmkopf betrachtet einer abnehmenden Exponentialfunktion.

Innerhalb der Mantelstruktur des Turms 1, die die Träger 2 bilden, verlaufen die horizontal angeordneten und innenseitig umlaufenden Ringe 3. Ihre Durchmesser nehmen mit zuneh mender Höhe im Turm 1 ab und dominieren gemäß Fig. 3 und 6 die Innenansichten beider Ausführungsformen des Turms 1. Sie eigenen sich daher zur Befestigung einer nicht darge stellten, im Wesentlichen vertikal ausgerichteten Infrastruktur des Turms 1 wie Leitern und Treppen samt Absturzsicherungen, Fahrkörbe und Aufzüge, Kabeltrassen und dergleichen.

Die erste Ausführungsform der Fig. 2 unterscheidet sich von der zweiten Ausführungsform gemäß Fig. 5 durch die Ausbildung der Knotenpunkte 21 : Wie in den Figuren 8 bis 11 im Detail zu erkennen, „durchdringen“ sich die Träger 2 an den Knotenpunkten 21 der Fig. 2. Sie liegen also an jedem Knotenpunkt 21 in derselben Ebene und bilden damit insgesamt einen glattflä chigen, wenn auch gitterförmigen Mantel bzw. eine insoweit „glatte“ Außenseite 18 der ersten Ausführungsform des Turms 1.

Jeder Träger 2 erhebt sich von einem Fußpunkt 22 aus. Jeder Fußpunkt koppelt jeweils einen rechtsdrehenden Träger 23 und einen linksdrehenden Träger 24 und stellt zugleich eine Kop pelung mit dem Fundament 14 her. Die Funktionenkombination aus der Koppelung der Träger 23, 24 einerseits und der Koppelung mit dem Fundament 14 andererseits dient der Montage erleichterung und einem geringen Materialaufwand. Beispielsweise ausgehend von einem ge meinsamen Fußpunkt 22 winden sich rechtsdrehende Träger 23 und linksdrehende Träger 24 mit sich verringerndem Abstand um die Drehachse a zum Kopfabschnitt 20 hinauf. In ihrem Verlauf kreuzen sie sich zunächst mit sechs anderen links- bzw. rechtsdrehenden Trägern 24, 23, bevor sich am siebten Knotenpunkt 21 wieder dieselben Träger 23, 24 aus dem Fußpunkt 22 treffen, in der Ansicht der Fig. 2 auf der Rückseite des Turms 1. Im weiter abnehmenden Querschnitt des Turms 1 folgen sechs weitere Knotenpunkte 21, bevor sich dieselben Träger 23, 24 erneut in einem Koppelungspunkt treffen, jetzt wieder auf derselben Seite des Turms 1 wie der Fußpunkt 22, nämlich am Kopfabschnitt 20 im Verbindungsadapter 12 als Kopfpunkt 25. Während also jeder gerade Stab eines herkömmlichen ebenen Fachwerks oder Raumfach werks bestenfalls eine Kreuzung mit einem weiteren Stab besitzt, erhält jeder erfindungsge mäße rechtsdrehende Träger 23 eines Trägerpaars vorliegend drei gemeinsame Koppelungs punkte mit einem linksdrehenden Träger 24, im betrachteten Fall einen im gemeinsamen Fuß punkt und zwei in gemeinsamen Knotenpunkten 21. Auch jedes beliebige andere Trägerpaar aus einem rechtsdrehenden Träger 23 und einen linksdrehenden Träger 24 verfügt vorliegend drei gemeinsame Koppelungspunkte. Jedes Trägerpaar ist darüber hinaus an 12 weiteren Knotenpunkten 21 , 22, 25 mit Trägern 23, 24 anderer Trägerpaare gekoppelt, wobei die Fuß punkte 22 und die Kopfpunkte 25 dazuzählen. Durch die vielfache Koppelung jedes Träger paars aus Trägern 23, 24 untereinander sowie der vielfachen Koppelung jedes Trägerpaars mit weiteren Trägerpaaren in einer im Querschnitt kreisringförmigen Struktur, die noch dazu durch die Ringe 3 quer zu ihrer Haupterstreckungsrichtung ausgesteift ist, entsteht ein äußerst steifes und damit hochbelastbares Raumfachwerk. Aufgrund seiner aufgelösten Gitterstruktur erfordert es nur einen verhältnismäßig geringen Materialeinsatz und bietet darüber hinaus eine anspruchsvolle und harmonische Optik.

Die Figuren 8, 9 bzw. 10, 11 (jeweils letztere als Explosionsansicht) verdeutlichen zwei Kop pelungsmöglichkeiten zweier Träger 23, 24 an einem Knotenpunkt 21: Die Koppelung gemäß Fig. 8, 9 beruht auf zwei parallel nebeneinander in die Träger 23, 24 eingelassenen gelochten Stahl- oder Stegbleche 7, an denen die mehrfach durchbohrten Enden je zweier Träger 23, 24 mit insgesamt 32 Stahlbolzen befestigt sind. Die Stahlbolzen 8 der beiden mittleren waagrech ten Bolzenreihen sind länger, so dass auch noch zwei Segmente eines Rings 3 mit einem gelochten Stahlblech am Knotenpunkt 21 befestigt werden kann. Diese Koppelungsvariante lässt außen nur wenige Stahlelemente Sichtbar werden.

Alternativ können die Enden der Träger 23, 24 in einer X-förmigen gelochten Stahlhülse 6 aufgenommen und durch querverlaufende Stahlbolzen 8 befestigt sein. Eine innenseitig auf geschweißte gelochte Stahlhülse 6 mit einem Querschnitt, der demjenigen des Rings 3 ent spricht, nimmt beidseitig Segmente des Rings 3 auf, die ebenfalls mit Stahlbolzen 8 befestigt sind. Zur Vermeidung horizontaler Kanten, an denen sich Staunässe sammeln könnte, sind die Enden der Träger 23, 24 und des Rings 3 an den Knotenpunkten 21 um die Materialstärke der Verbindungselemente, nämlich der Stahlhülsen 6 verjüngt. Sie erhalten dadurch eine bün dige Oberfläche mit den Stahlhülsen 6. Die Innenansicht oder Untersicht der Fig. 3 verdeutlicht, dass die Träger 23, 24 in einer unge radzahligen Anzahl von sieben Paaren angeordnet sein können. Jeder der Fußpunkte 22 als fundamentseitiges Auflager koppelt je einen rechtsdrehenden Träger 23 und einen linksdre henden T räger 24. Dazu fasst er die T räger 23, 24 gemäß Fig. 24, 25 (letztere als Explosions- ansicht) jeweils in einer gemeinsamen gelochten Stahlhülse 9 ein und sichert sie darin mit Stahlbolzen 8 quer durch die Stahlhülse 9 und den jeweiligen Träger 23, 24 hindurch. Die sich nach oben V-förmig öffnende Stahlhülse 9 ist im Ringfundament 14 einbetoniert. Wiederum sind die Enden der Träger 23, 24 um die Materialstärke der Stahlhülse 9 verjüngt, um horizon tale Kanten zu vermeiden, an denen sich Staunässe sammeln könnte.

Alternativ kann gemäß Fig. 22, 23 (letztere als Explosionsansicht) ein im Ringfundament 14 einbetoniertes gelochtes Stahlblech oder Stegblech 10 in entsprechend dimensionierten Ein schnitten in jedem mehrmals durchbohrten Fußabschnitt der jeweiligen Träger 23, 24 einge lassen und mit zehn querverlaufenden Stahldübeln 8 gesichert sein. Der Fußpunkt gemäß Fig. 22, 23 lässt weniger Stahlteile als Verbindungsmittel erkennen.

Die Draufsicht der Fig. 4 lässt die sich zum Kopfabschnitt 20 hin verjüngenden Träger 23, 24 erkennen, die den Turm 1 zusätzlich zu seiner sich selbst verjüngenden Form ein mit der Höhe abnehmendes relatives Gewicht verleiht. Jeder Träger 23, 24 vollendet demnach zwischen dem Fußabschnitt 19 und dem Kopfabschnitt 20 eine 360°-Drehung mit 15 Koppelungspunk ten 21, 22, 25, davon dreimal mit dem jeweils gegenläufigen Träger 24, 23, nämlich im Fuß punkt 22, auf der Hälfte seines Verlaufs in einem Knotenpunkt 21 auf der dem Fußpunkt 22 gegenüberliegenden Seite des Turms 1 und zuletzt im Kopfabschnitt 20 an dem Verbindungs adapter 12.

Fig. 16 stellt den erfindungsgemäßen Verbindungsadapter 12 als Übergang zwischen dem im horizontalen Querschnitt polygonalen Turm 1 und dem kreisringförmigen Anschluss für die Maschinengondel 11 dar. Die Verbindung des Adapters 12 mit dem Turm 1 erfolgt über nach unten geöffnete und gelochte Stahlhülsen 16, die über Bohrungen mit Kopfenden der Träger 23, 24 verbolzt werden.

Fig. 5 zeigt eine räumliche Ansicht einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Turms 1. Im Unterschied zur ersten Ausführungsform gemäß Fig. 2 verlaufen die rechtsdre henden Träger 23 der Fig. 5 um ihre Trägerstärke nach innen versetzt zu den linksdrehenden Trägern 24 um die Drehachse a herum, sodass sich zwei parallel zueinander verlaufende Trä gerhüllen ergeben. Die Draufsicht der Fig. 7 zeigt im Wesentlichen die äußere der beiden Trägerhüllen aus den linksdrehenden Trägern 24, unter denen sich die innere Trägerhülle aus den Trägern 23 befindet.

Die Kontenpunkte 21 der zweiten Ausführungsform folgt gemäß den Fig. 12, 13 und 14, 15 (letztere jeweils als Explosionsansicht) den Prinzipien der Fig. 8 bis 11. Aufgrund der unter schiedlichen Trägerebenen der Träger 23, 24 im Knotenpunkt 21 besitzt jeder Träger 23, 24 ein eigenes gelochtes Stahl- oder Stegblech 8 gemäß Fig. 12, 13. 20 längere Stahldübel 8 befestigen die Träger 23, 24 aneinander. Die Segmente des Rings 3 werden in der oben be reits beschriebenen Weise befestigt.

Die Fig. 14, 15 stellen das Prinzip der Koppelung der Träger 23, 24 mittels gelochter Stahlhül sen 6 dar. Jeder Träger 23, 24 hat eine eigene Stahlhülse 6. Die Stahlhülsen 6 eines Knoten punkts 21 sind untereinander verschweißt und mit einer weiteren Stahlhülse 6 für den Ring 3 versehen.

Den nebeneinanderliegenden Trägerhüllen der Träger 23 einerseits und der Träger 24 ande rerseits tragen auch die Fußpunkte 22 gemäß Fig. 26 bis 29 Rechnung. Zwei parallel zueinan der angeordnete gelochte Stegblechpaare 10, die im Ringfundament 14 einbetoniert sind, sind in entsprechend dimensionierten Einschnitten in jedem mehrmals durchbohrten Fußabschnitt der jeweiligen Träger 23, 24 eingelassen und mit zehn durch die Stegbleche 10 und die Träger 23, 24 quer hindurch verlaufenden Stahldübeln 8 befestigt. Alternativ können nebeneinander angeordnete gelochte Stahlhülsen 9 jeweils ein Trägerende eines Trägers 23, 24 aufnehmen und sie darin mit zehn quer durch beide Stahlhülsen 9 und den jeweiligen Träger 23, 24 hin durchragende Stahlbolzen 8 befestigen. Die sich schräg nach oben öffnenden Stahlhülsen 9 sind im Ringfundament 14 einbetoniert. Wiederum sind die Enden der Träger 23, 24 um die Materialstärke der Stahlhülsen 9 verjüngt, um horizontale Kanten zu vermeiden, an denen sich Staunässe sammeln könnte.

Den Verbindungsadapter 12 zu einer drehbaren Maschinengondel 11 (nur Fig. 1) verdeutli chen die Fig. 19 bis 21. Er verfügt über sieben Kopfplatten 27, an denen nach unten abste hende und gelochte Stahlbleche 17 angebracht sind. An ihnen werden quer durchbohrte Kopf enden jeweils eines Trägerpaars 23, 24 mit Stahlbolzen 8 befestigt. Die Stahlbleche 17 sind an einer Ringstruktur 26 befestigt, die eine mechanische Schnittstelle zur Maschinengondel 11 darstellt.

Die unterschiedliche Trägerhüllen bildenden Träger 23, 24 der zweiten Ausführungsform bie- ten dieselben konstruktiven Vorteile wie die erste Ausführungsform. Einzig der optische Ein druck weicht etwas ab, weil die zweite Ausführungsform keine „glatte“, sondern eine deutlicher strukturierte Ansicht bietet, die das Konstruktionsprinzip des gewundenen Holzfachwerkträ gers des erfindungsgemäßen Turms etwas stärker hervorhebt. Da es sich bei den vorhergehenden, detailliert beschriebenen Holzfachwerktürmen um Aus führungsbeispiele handelt, können sie in üblicher weise vom Fachmann in einem weiten Um fang modifiziert werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Insbesondere können auch die konkreten Ausgestaltungen der Koppelungspunkte in anderer Form als in der hier beschriebenen erfolgen, insbesondere, wenn dies aus Platzgründen bzw. gestalterischen Gründen notwendig ist. Weiterhin schließt die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein“ bzw. „eine“ nicht aus, dass die betreffenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können.

Bezugszeichenliste

1 (Holzfachwerk-)T urm

2 Träger

3 Ring

4 Trägersegment

5 Verbindungselement

6 Stahlhülse

7 Stahlblech

8 Stahlbolzen

9 Stahlhülse am Fußpunkt 22

10 Stahlblech am Fußpunkt 22

11 Maschinengondel

12 Verbindungsadapter

13 Rotorblatt

14 Ringfundament

15 Windenergieanlage

16 Stahlhülse am Verbindungsadapter 12

17 Stahlblech am Verbindungsadapter 12

18 Turmaußenseite 18

19 Fußabschnitt

20 Kopfabschnitt

21 Knotenpunkt

22 Fußpunkt

23 rechtsdrehender T räger

24 linksdrehender Träger

25 Kopfpunkt

26 Ringstruktur

27 Kopfblech

28 Stahlbolzen bzw. Bohrungen am Verbindungsadapter 12 a Drehachse

Claims

Patentansprüche

1. Drehsymmetrischer Holzfachwerkturm (1) für Windkraftanlagen, mit einem Fußab- schnitt (19) und einem Kopfabschnitt (20), mit Trägern (23, 24) aus Leimholzbindern, die sich durchgehend vom Fußabschnitt (19) zum Kopfabschnitt (20) erstrecken und jeweils paarweise gegenläufig, helix- oder spiralförmig und sich an Knotenpunkten (21) mehrmals kreuzend um eine Drehachse (a) des Turms (1) gewunden sind.

2. Turm nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch seinen sich zum Kopfabschnitt (20) hin verjüngenden Querschnitt.

3. Turm nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch in ihrer Verlaufsrichtung in Trä gersegmente (4) unterteilte Träger (23, 24), die vorzugsweise an den Knotenpunkten (21) miteinander gekoppelt sind.

4. Turm nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet durch quadratische Querschnitte der Träger (23, 24).

5. Turm nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Trä ger (23, 24) in ihrem Verlauf vom Fußabschnitt (19) zum Kopfabschnitt (20) hin ver jüngen.

6. Turm nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Träger (23, 24) zumindest an den Knotenpunkten (21) in derselben Ebene liegen.

7. Turm nach einem der obigen Ansprüche, gekennzeichnet durch horizontal verlau fende und mit den Trägern (23, 24) gekoppelte Ringe (3).

8. Turm nach einem der obigen Ansprüche, gekennzeichnet durch einen die kopfseiti gen Enden der Träger (23, 24) einfassenden Verbindungsadapter (12) als Schnitt stelle zur Maschinengondel (11) einer Windkraftanlage.