Stand der Technik/Beschreibung der ErfindungState of the art / description of the invention
Die Erfindung betrifft den Stahlrohrturm einer Windenergieanlage. Die Erfindung betrifft außerdem Fertigungsverfahren für die Versteifung und Umformung der Turmbauteile.The invention relates to the tubular steel tower of a wind turbine. The invention also relates to manufacturing processes for stiffening and forming the tower components.
Windenergieanlagen wandeln die kinetische Energie des Windes in elektrischen Strom um. Die Luftströmung erzeugt über die Rotorblätter ein Drehmoment. Dieses Drehmoment wirkt über die Rotorblattnabe auf einen elektrischen Generator (Turbine). Der Generator wandelt dieses Drehmoment in elektrische Energie um. Die Nabe mit den Rotorblättern ist in einer so genannten Gondel gelagert. Diese Gondel enthält außerdem den Generator, optional ein Getriebe, sowie weitere Komponenten, wie beispielsweise die Azimut-Verstellung für die Ausrichtung der Rotorblätter zum Wind. Die Gondel wird von einem Turm getragen. Der Turm nimmt die Lasten des Winddrucks und das Gewicht der Gondel auf und leitet diese Kräfte in das Fundament ein. Die Höhe der Nabe ist abhängig von der Rotorblattgröße. Zur Erzielung einer möglichst großen Leistung der Windenergieanlage werden immer größere Rotorblätter, sowie größere und schwerere Turbinen eingesetzt. Zudem wurden die Nabenhöhen in den letzten Jahren stetig erhöht, um von den stärkeren Winden in großen Höhen zu profitieren. Die größeren Nabenhöhen, Rotorblätter und Turbinen haben dazu geführt, dass die Belastungen auf den Turm immer weiter zunehmen. Es sind stabilere Turmkonstruktionen mit größeren Durchmessern und Wandstärken notwendig, um die Standsicherheit zu gewährleisten. Bei 100 m Nabenhöhe stößt der klassische und weit verbreitete Stahlrohrturm an seine Grenzen. Stahlrohrtürme bestehen aus glattwandigen ebenen Grobblechen, die zu einzelnen Rohrschüssen gebogen sind und beim Turmhersteller im Werk zu einschaligen Turmsektionen verschweißt werden. Die runde Form und der Querschnitt geben dem Turm die nötige Stabilität. Der Querschnitt kann bei dieser Bauweise nicht beliebig erhöht werden. Einer Erhöhung der Wandstärke sind Grenzen gesetzt, weil Bleche über 70 mm nicht mehr zu Rohrschüssen gebogen werden können. Der Durchmesser ist ebenfalls begrenzt, da sich Sektionsdurchmesser über 4,20 m wegen der Brückendurchfahrten nicht mehr am Stück zur Baustelle transportieren lassen. Für Nabenhöhen > 100 m wurden in den letzten Jahren neue Turmbauweisen entwickelt und patentiert. Es handelt sich meist um reine Beton- bzw. Beton-Stahlhybrid Bauweisen. Reine Stahlrohrtürme > 100 m sind noch relativ neu. In der Patentschrift WO2011/032559A3 ist ein solcher Stahlrohrturm, der nach Herstellerangaben auch für Nabenhöhen > 100 m geeignet sein soll, beschrieben. Der komplette Turm besteht aus einer Vielzahl gebogener Blechsegmente, die miteinander verschraubt sind. Auf diese Weise lassen sich auch Turmdurchmesser > 4,20 m ohne Transportprobleme realisieren. Allerdings sind sehr viele Schrauben mit entsprechendem Montageaufwand notwendig. Die Stabilität dieser einwandigen Konstruktion wird wie beim konventionellen Stahlrohrturm hauptsächlich über Form und Querschnitt (Blechdicke, Durchmesser) bestimmt. Für hohe Türme mit leistungsfähigen Turbinen sind dementsprechend große Turmdurchmesser notwendig, da die Wandstärke aus umformtechnischen Gründen nicht beliebig vergrößert werden kann. Aufgabe dieser Erfindung ist die Bereitstellung einer steiferen und leicht zu biegenden Stahlrohrbauweise mit weniger Schrauben für Stahlrohrtürme > 100 m Nabenhöhe. Die konstruktiven Merkmale dieser Erfindung sollen nicht ausschließlich auf den Einsatz bei Türmen > 100 m beschränkt sein, sondern auch bei kleineren Nabenhöhen zum Einsatz kommen. Diese Konstruktion soll möglichst einfach, schnell und kostengünstig herzustellen sein und sich auch für die zukünftigen Leistungsklassen im Multimegawatt Bereich und für den Offshore Einsatz eignen. Aufgabenstellung ist außerdem die Bereitstellung entsprechender Fertigungsverfahren für die Versteifung und Biegeumformung der Turmbauteile.Wind turbines convert the kinetic energy of the wind into electricity. The air flow generates a torque via the rotor blades. This torque acts via the rotor blade hub on an electric generator (turbine). The generator converts this torque into electrical energy. The hub with the rotor blades is stored in a so-called nacelle. This nacelle also contains the generator, optionally a gearbox, as well as other components, such as the azimuth adjustment for the alignment of the rotor blades to the wind. The gondola is carried by a tower. The tower absorbs the loads of wind pressure and the weight of the nacelle and introduces these forces into the foundation. The height of the hub depends on the rotor blade size. To achieve the highest possible performance of the wind turbine ever larger rotor blades, and larger and heavier turbines are used. In addition, the hub heights have been steadily increased in recent years to benefit from the stronger winds at high altitudes. The larger hub heights, rotor blades and turbines have meant that the loads on the tower continue to increase. More stable tower constructions with larger diameters and wall thicknesses are necessary to ensure stability. At 100 m hub height, the classic and widespread tubular steel tower reaches its limits. Steel tube towers consist of smooth-walled flat heavy plate, which are bent to individual pipe sections and welded at the tower manufacturer in the factory to single-shell tower sections. The round shape and cross section give the tower the necessary stability. The cross section can not be increased arbitrarily in this construction. An increase in the wall thickness are limited, because sheets over 70 mm can not be bent to pipe sections. The diameter is also limited, because section diameter over 4.20 m can not be transported in one piece to the construction site because of the bridge passages. For hub heights> 100 m, new tower designs have been developed and patented in recent years. These are usually pure concrete or concrete-steel hybrid construction methods. Pure tubular steel towers> 100 m are still relatively new. In the patent WO2011 / 032559A3 is such a tubular steel tower, which is to be suitable for hub heights> 100 m, according to the manufacturer. The complete tower consists of a large number of curved sheet metal segments, which are bolted together. In this way, tower diameter> 4.20 m without transport problems can be realized. However, a lot of screws with appropriate installation costs are necessary. The stability of this single-walled construction, like the conventional steel tube tower, is mainly determined by its shape and cross-section (plate thickness, diameter). For tall towers with powerful turbines, accordingly, large tower diameters are necessary, since the wall thickness can not be increased arbitrarily for reasons of forming technology. The object of this invention is to provide a stiffer and easily bendable steel tube construction with fewer screws for tubular steel towers> 100 m hub height. The design features of this invention are not intended to be limited solely to use with towers> 100 m, but are also used at smaller hub heights. This design should be as easy, fast and inexpensive to manufacture and be suitable for the future performance classes in the multi-megawatt range and for offshore use. Task is also the provision of appropriate manufacturing processes for the stiffening and bending deformation of the tower components.
Der in den Patentansprüchen 1, 9 und 10 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, dass die zukünftigen Leistungsklassen von Windenergieanlagen höhere, stabilere, insbesondere steifere Turmbauweisen, sowie kostengünstigere Versteifungs- und Umformverfahren für die Turmbauteile erfordern. Nur wenn die Baukosten der Türme, die ca. 15 bis 20% der Kosten einer gesamten Windenergieanlage ausmachen, deutlich reduziert werden können und wenn entsprechend tragfähige und steife Turmkonstruktionen für größere, leistungsfähigere und damit wirtschaftlichere Windenergieanlagen bereitgestellt werden, ist auf Dauer eine effiziente Stromproduktion aus Windenergie möglich. Mit den heute noch üblichen Manufaktur-Fertigungsmethoden des klassischen Stahlbaus ist eine Reduzierung der Fertigungskosten nicht machbar. Es sind industrielle Fertigungsverfahren notwendig, um die Lohnstückkosten deutlich zu reduzieren. Die vorliegende Erfindung schlägt hierzu einen steifen und kostengünstig zu fertigenden Stahlrohrturm, der sich auch für die zukünftigen Leistungsklassen und Nabenhöhen > 100 m eignet, sowie entsprechende Fertigungsverfahren für die Turmbauteile gemäß den Merkmalen der Patentansprüche 1, 9 und 10 vor. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.The invention specified in the claims 1, 9 and 10 is based on the problem that the future performance classes of wind turbines require higher, more stable, especially stiffer tower designs, and more cost-effective stiffening and forming processes for the tower components. Only if the construction costs of the towers, which account for approximately 15 to 20% of the costs of an entire wind turbine, can be significantly reduced and if correspondingly viable and rigid tower constructions are provided for larger, more efficient and thus more economical wind turbines, efficient electricity production is a thing of the past Wind energy possible. With today still customary manufactory manufacturing methods of classic steel construction, a reduction in manufacturing costs is not feasible. Industrial manufacturing processes are needed to significantly reduce unit labor costs. The present invention proposes a rigid and cost-effective to be manufactured tubular steel tower, which is also suitable for future performance classes and hub heights> 100 m, and corresponding manufacturing method for the tower components according to the features of claims 1, 9 and 10 before. Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass die einzelnen Turmbauteile industriell in hohen Stückzahlen und damit besonders kostengünstig versteift und gebogen werden können. Die konstruktive Ausführung der Turmkomponenten ermöglicht eine besonders hohe Versteifungswirkung bei gleichzeitiger Reduzierung der Blechdicke, des Turmdurchmessers und des Stahlverbrauchs. Das Turmgewicht kann deutlich reduziert werden. Dies ermöglicht kostengünstigere Fundamente, insbesondere im Offshore Bereich. Turmkomponenten für die unteren Sektionen können ohne aufwändige Sondertransporte zur Baustelle transportiert und dort einfach, sowie innerhalb kürzester Zeit mit weniger Schrauben montiert werden. Es können sehr hohe Türme mit entsprechend großen Turmfußdurchmessern realisiert werden. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist die Verwendung geschweißter Sektionen im oberen Teil des Turms. Dies ermöglicht eine wirtschaftliche Vorfertigung im Werk mit automatisierten Fertigungsmethoden. Die nachfolgend beschriebenen Versteifungslösungen sind nicht nur für den Bau von Türmen von Windenergieanlagen geeignet. Weitere Anwendungsmöglichkeiten ergeben sich in zahlreichen weiteren Bereichen des Stahlbaus. Zum Beispiel im Schiffbau, Behälterbau, beim Bau von Ölbohrplattformen etc. Durch die breiten Anwendungsmöglichkeiten und die hohe Produktivität der vorgeschlagenen Fertigungsverfahren können sehr geringe Stückkosten und eine optimale Auslastung der Produktionskapazitäten erreicht werden. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert. Jedoch soll die vorliegende Erfindung nicht ausschließlich auf die Einzelheiten dieser Zeichnungen beschränkt sein.The advantages achieved by the invention are, in particular, that the individual tower components can be stiffened and bent industrially in high numbers and thus particularly cost. The structural design of the Tower components allow a particularly high stiffening effect while reducing sheet thickness, tower diameter and steel consumption. The tower weight can be significantly reduced. This allows more cost-effective foundations, especially in the offshore area. Tower components for the lower sections can be transported to the construction site without complex special transports, where they can be simply and quickly assembled with fewer screws. Very high towers with correspondingly large tower base diameters can be realized. Another advantage of the invention is the use of welded sections in the upper part of the tower. This enables economical prefabrication in the factory with automated production methods. The stiffening solutions described below are not only suitable for the construction of towers of wind turbines. Further application possibilities arise in numerous other areas of steel construction. For example, in shipbuilding, container construction, the construction of oil rigs, etc. Due to the wide range of applications and the high productivity of the proposed manufacturing processes very low unit costs and an optimal utilization of production capacity can be achieved. Embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to drawings. However, the present invention should not be limited solely to the details of these drawings.
Dabei zeigtIt shows
1 den schematischen Aufbau einer Windenergieanlage mit Stahlrohrturm in der Seitenansicht. 1 the schematic structure of a wind turbine with steel tube tower in the side view.
2 einen konventionellen Stahlrohrturm aus normalfesten Stählen in der Seitenansicht. 2 a conventional steel tube tower of normal strength steels in the side view.
3 eine konventionelle Turmsektion im Schnitt 3 a conventional tower section on average
4 eine optimierte Turmsektion in längsorientierter Teilsegmentbauweise 4 an optimized tower section in longitudinally oriented sub-segment design
5 den gesamten Turm einer Windenergieanlage in längsorientierter Teilsegmentbauweise aus höchstfestem Stahl in der Seitenansicht 5 the entire tower of a wind turbine in longitudinally oriented sub-segment construction of high-strength steel in the side view
6 die konstruktive Versteifung der Teilsegmente für den oberen und unteren Teil des Turms einer Windenergieanlage > 100 m Nabenhöhe aus höchstfestem Stahl. 6 the constructive stiffening of the sub-segments for the upper and lower part of the tower of a wind turbine> 100 m hub height made of ultra-high-strength steel.
6.1 ein Teilsegment des oberen Teils des Turms mit werkzeugfallenden Rippen aus höchstfestem Stahl in perspektivischer Darstellung. 6.1 a sub-segment of the upper part of the tower with tool-falling ribs made of high-strength steel in a perspective view.
6.2 ein Teilsegment des unteren Teils des Turms aus einem geschlossenen Profil aus höchstfestem Stahl in perspektivischer Darstellung. 6.2 a sub-segment of the lower part of the tower of a closed profile of high-strength steel in perspective view.
7 den Zusammenbau eines Teilabschnitts aus mehreren Teilsegmenten im oberen Teil des Turms in perspektivischer Darstellung. 7 the assembly of a section of several sub-segments in the upper part of the tower in perspective view.
8 einen Schnitt durch den Teilabschnitt aus 7 mit den Verbindungsstellen der Teilsegmente in Umfangsrichtung. 8th a section through the section from 7 with the connection points of the sub-segments in the circumferential direction.
9 die Verbindung der Teilsegmente im oberen Teil des Turms in axialer Richtung im Schnitt. 9 the connection of the sub-segments in the upper part of the tower in the axial direction in section.
10 die alternative Ausführungsform eines Teilsegments mit Versteifungssicken in perspektivischer Darstellung. 10 the alternative embodiment of a partial segment with stiffening beads in a perspective view.
11 den Schnitt durch die Verbindung zweier Profile im unteren Teil des Turms in der Draufsicht 11 the section through the connection of two profiles in the lower part of the tower in plan view
12 eine Detailansicht der Verbindung zweier Teilsegmente im unteren Teil des Turms in Umfangsrichtung. 12 a detailed view of the connection of two sub-segments in the lower part of the tower in the circumferential direction.
13 die Draufsicht auf die Verbindungsschnittstelle einer Turmsektion im unteren Teil des Turms. 13 the top view of the connection interface of a tower section in the lower part of the tower.
14 den Schnitt durch die Verbindungsschnittstelle zweier Teilsegmente in axialer Richtung im unteren Teil des Turms. 14 the section through the connection interface of two sub-segments in the axial direction in the lower part of the tower.
15 die Lage der Längsnähte der einzelnen Teilsegmente des Turms in der Seitenansicht. 15 the position of the longitudinal seams of the individual sub-segments of the tower in the side view.
16 den Schnitt durch ein Teilsegment im unteren Teil des Turms mit Teilsandwich-Aufbau. 16 the section through a sub-segment in the lower part of the tower with Teilandwich structure.
17 den Schnitt durch ein Teilsegment im unteren Teil des Turms mit Vollsandwich-Aufbau und profilierter Innenseite. 17 the section through a sub-segment in the lower part of the tower with full sandwich structure and profiled inside.
18 den Schnitt durch ein Teilsegment im unteren Teil des Turms mit Vollsandwich-Aufbau und glatter Innenseite. 18 the section through a sub-segment in the lower part of the tower with full sandwich construction and smooth inside.
19 eine alternative Ausführungsform des Stahlrohrturms unter Verwendung konventioneller Stahlrohrsektionen aus normalfesten Stählen im oberen Teil des Turms. 19 an alternative embodiment of the steel tube tower using conventional steel tube sections of normal strength steels in the upper part of the tower.
20 eine alternative Ausführungsform des Stahlrohrturms ausschließlich aus geschlossenen Profilen, wobei die Teilsegmente im oberen Abschnitt geschweißt sind. 20 an alternative embodiment of the tubular steel tower exclusively of closed profiles, wherein the sub-segments are welded in the upper portion.
21 eine alternative Ausführungsform des Stahlrohrturms ausschließlich aus geschlossenen Profilen, wobei die Teilsegmente im oberen Abschnitt geschraubt sind. 21 an alternative embodiment of the tubular steel tower exclusively of closed profiles, wherein the sub-segments are screwed in the upper portion.
22 das Verfahrensprinzip zur Herstellung werkzeugfallender Rippen. 22 the process principle for producing tool-falling ribs.
23 ein Grobblech während der Profilierung der werkzeugfallenden Rippen in der Draufsicht. 23 a heavy plate during the profiling of the tool falling ribs in plan view.
24 das Verfahrensprinzip zum Biegen der einzelnen Teilsegmente. 24 the process principle for bending the individual subsegments.
1 zeigt den schematischen Aufbau einer Windenergieanlage mit Stahlrohrturm in der Seitenansicht. Der Stahlrohrturm 1 besteht aus einzelnen Turmsektionen 1.1.1 bis 1.1.n, die über Ringflansche 1.2.1 bis 1.2.n miteinander bzw. mit der Gondel und dem Fundament in axialer Richtung verschraubt sind. Die Luftströmung erzeugt über die Rotorblätter 2 ein Drehmoment MD und überträgt dieses Drehmoment über die Nabe 3 auf die nicht dargestellte Turbine in der Gondel 4. Die Windlast F auf die Rotorblätter 2 erzeugt ein Biegemoment MB auf den Stahlrohrturm 1. Die Gondel 4 belastet den Stahlrohrturm 1 mit der Gewichtskraft G. Die Gewichtskraft G der Gondel 4, das Eigengewicht des Stahlrohrturms 1 und das Biegemoment MB überlagern sich im unteren Bereich des Turms nahe dem Fundament 5 zu sehr hohen Spannungen. Um Stabilitätsprobleme des Stahlrohrturms 1 durch das gefürchtete Schalenbeulen zu vermeiden, muss der Turmdurchmesser D von der Gondel 4 zum Fundament 5 entsprechend der Zunahme der überlagerten Spannungen vergrößert werden. Hierdurch ergibt sich die üblicherweise konische Form von Stahlrohrtürmen. Außerdem muss die Blechdicke t von der Gondel 4 zum Fundament 5 erhöht werden. 1 shows the schematic structure of a wind turbine with steel tube tower in the side view. The steel tube tower 1 consists of individual tower sections 1.1.1 to 1.1.n , which have ring flanges 1.2.1 to 1.2.n are screwed together or with the nacelle and the foundation in the axial direction. The air flow generated by the rotor blades 2 a torque M D and transmits this torque through the hub 3 on the turbine, not shown, in the nacelle 4 , The wind load F on the rotor blades 2 creates a bending moment M B on the steel tube tower 1 , The gondola 4 loads the steel tube tower 1 with the weight G. The weight G of the nacelle 4 , the dead weight of the steel tube tower 1 and the bending moment M B overlap in the lower part of the tower near the foundation 5 to very high voltages. To stability problems of the steel tube tower 1 By avoiding the dreaded bumping, the tower diameter D of the gondola must be 4 to the foundation 5 be increased according to the increase of the superimposed voltages. This results in the usually conical shape of tubular steel towers. Also, the sheet thickness t needs to be from the nacelle 4 to the foundation 5 increase.
2 zeigt einen konventionellen Stahlrohrturm aus normalfesten Stählen in der Seitenansicht. Man erkennt die einzelnen Rohrschüsse R1 bis Rn, die über Längsnähte LN1 bis LNn, sowie Rundnähte RN1 bis RNn zur Turmsektion 1.1.1 verschweißt sind. Die Rohrschüsse R1 bis Rn bestehen beim konventionellen Stahlrohrturm mit Nabenhöhen H bis 100 m aus normalfesten Grobblechen. Typische Stahlsorten sind S235J2 bzw. S355J2. Die Blechdicke t im hochbelasteten unteren Teil des Turms beträgt maximal 70 mm. Noch dickere Bleche können mit konventionellen Rundbiegemaschinen nicht mehr zu Rohrschüssen gebogen werden. Eine Vergrößerung des Turmdurchmessers D über 4,20 m ist wegen der Durchfahrtshöhen vieler Brücken nicht möglich. Geschweißte Turmsektionen 1.1.n sind auf maximal 4,20 begrenzt, da sie darüber hinaus nicht mehr am Stück über Land transportiert werden können. Türme mit Nabenhöhen H > 100 m erfordern andere Bauweisen bei denen die Turmsektionen mit Durchmessern > 4,20 m in zerlegter Form zur Baustelle transportiert werden können. Diese Turmsektionen können nicht mehr beim Turmhersteller im Werk geschweißt werden. Das Schweißen dieser Turmsektionen auf der Baustelle ist aufgrund des erforderlichen Schweißfachpersonals und der Witterungseinflüsse nicht praktikabel. Es sind alternative Fügeverfahren für eine einfache und schnelle Montage dieser Turmsektionen auf der Baustelle notwendig. 2 shows a conventional steel tube tower of normal strength steels in the side view. It can be seen the individual pipe sections R1 to Rn, the longitudinal seams LN1 to LNn, and round seams RN1 to RNn to the tower section 1.1.1 are welded. The pipe sections R1 to Rn consist of normal-strength heavy plates in the conventional steel tube tower with hub heights H to 100 m. Typical steel grades are S235J2 and S355J2. The sheet thickness t in the heavily loaded lower part of the tower is a maximum of 70 mm. Even thicker sheets can not be bent with conventional round bending machines to pipe shots. An enlargement of the tower diameter D over 4.20 m is not possible because of the passage heights of many bridges. Welded tower sections 1.1.n are limited to a maximum of 4.20, since they can not be transported more than one piece over land. Towers with hub heights H> 100 m require other construction methods in which the tower sections with diameters> 4.20 m can be transported in demolished form to the construction site. These tower sections can no longer be welded at the tower manufacturer in the factory. The welding of these tower sections on the construction site is not practicable due to the required welding personnel and the weather conditions. There are alternative joining methods for a simple and quick installation of these tower sections on the site necessary.
3 zeigt eine konventionelle Turmsektion 1.1.n im Schnitt. Man erkennt die Lage der einzelnen Rundnähte RN1 bis RNn. Die Rohrschüsse R1 bis Rn haben eine Breite B von üblicherweise ca. 3 m. Eine Turmsektion 1.1.n mit einer Sektionslänge L von maximal ca. 30 m besteht somit aus sehr vielen Rohrschüssen mit entsprechend vielen Rundnähten. Um zu erreichen, dass die erforderlichen Blechdicken für die Rohrschüsse R1 bis Rn bei Türmen > 100 m bzw. beim Einsatz großer und schwerer Turbinen noch gebogen werden können, wird erfindungsgemäß die Verwendung höchstfester Stähle vorgeschlagen. Gemeint sind hier Stähle mit einer Streckgrenze von > 500 MPa, zum Beispiel S690Q. Der Stahl S690Q hat nahezu die dreifache Streckgrenze wie S235J2. Bei einer Blechdickenreduzierung entsprechend der höheren Streckgrenze kann die Blechdicke gegenüber einem S235J2 um ca. 70% reduziert werden. Dies erleichtert das Biegen. Problematisch bei höchstfesten Stählen ist die reduzierte Ermüdungsfestigkeit vor allem im Bereich kerbkritischer Rundnähte. Ein weiteres Problem höchstfester Stähle ist die reduzierte Beulsteifigkeit. Beide Problemstellungen kommen bei schwingend belasteten, langen und schlanken Schalentragwerken von Windenergieanlagen besonders zum Tragen. Das Problem der Ermüdungsfestigkeit kritischer Schweißnähte wird mittlerweile durch Einsatz wirksamer Schweißnahtnachbehandlungsverfahren UIT, PIT bzw. HiFIT gelöst. Aus 3 wird jedoch deutlich, dass sehr viele Schweißnähte nachzubehandeln sind, da vor allem die Rundnähte RN1 bis RNn ermüdungsgefährdet sind. Die Längsnähte können einer günstigeren Kerbklasse zugeordnet werden und müssen nicht nachbehandelt werden. Um die reduzierte Beulsteifigkeit aufgrund der geringeren Blechdicke höchstfester Stähle zu kompensieren, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, zumindest die hoch belasteten unteren Turmsektionen durch Rippen RI1 bis RIn in Hauptbelastungsrichtung zu versteifen. Wie man in 3 erkennt, ergibt sich bei den üblicherweise konisch verlaufenden Türmen von Windenergieanlagen ein entsprechend konischer Verlauf der Rippen. Das heißt der Abstand der Rippen nimmt zur Gondel hin nach oben ab. In 3 erkennt man außerdem, dass die Rippen quer zur Walzrichtung der Bleche für die einzelnen Rohrschüsse verlaufen. Dies ist sehr ungünstig, da erfindungsgemäß entsprechend dem Anspruch 9 ein Verfahren zur Profilierung der Bleche während des Walzvorgangs vorgesehen ist. Da die Rippen in Richtung der Turmachse bzw. in Hauptbelastungsrichtung des Turms verlaufen müssen, ist die Länge der einzelnen Rippen auf die Breite der Rohrschüsse beschränkt. Die Rippen sind somit an jeder einzelnen Rundnaht RN1 bis RNn unterbrochen. Um durchgehende Rippen zu ermöglichen und um die nachzubehandelnden Rundnähte zu reduzieren, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen die Bleche in Längsrichtung des Turms zu drehen. 3 shows a conventional tower section 1.1.n on average. One recognizes the position of the individual round seams RN1 to RNn. The pipe sections R1 to Rn have a width B of usually about 3 m. A tower section 1.1.n With a section length L of a maximum of about 30 m, there are therefore many pipe sections with a correspondingly large number of round seams. In order to achieve that the required sheet thicknesses for the pipe sections R1 to Rn can still be bent for towers> 100 m or when using large and heavy turbines, the use of very high-strength steels is proposed according to the invention. This refers to steels with a yield strength of> 500 MPa, for example S690Q. The steel S690Q has nearly three times the yield strength as S235J2. With a reduction in sheet thickness corresponding to the higher yield strength, the sheet thickness can be reduced by about 70% compared to a S235J2. This facilitates bending. The problem with high-strength steels is the reduced fatigue strength, especially in the area of notch-critical round seams. Another problem of high-strength steels is the reduced buckling stiffness. Both problems are particularly noticeable in swinging loaded, long and slender shell structures of wind turbines. The problem of fatigue strength of critical welds is now solved by using effective weld seam treatment methods UIT, PIT or HiFIT. Out 3 However, it becomes clear that a great many welds have to be reworked, since above all the round seams RN1 to RNn are susceptible to fatigue. The longitudinal seams can be assigned to a cheaper notch class and do not require aftertreatment. In order to compensate for the reduced buckling stiffness due to the lower sheet thickness of high-strength steels, it is proposed according to the invention to stiffen at least the highly loaded lower tower sections by ribs RI1 to RIn in the main loading direction. How to get in 3 recognizes results in the usually conically extending towers of wind turbines, a corresponding conical course of the ribs. That is, the distance of the ribs decreases towards the nacelle upwards. In 3 it can also be seen that the ribs run transversely to the rolling direction of the sheets for the individual pipe sections. This is very unfavorable, since the invention according to claim 9, a method for profiling the sheets during the rolling process is provided. Since the ribs in Direction of the tower axis or in the main loading direction of the tower must extend, the length of the individual ribs is limited to the width of the pipe sections. The ribs are thus interrupted at each individual circumferential seam RN1 to RNn. To allow continuous ribs and to reduce the post-treated round seams, the invention proposes to turn the sheets in the longitudinal direction of the tower.
4 zeigt eine optimierte Turmsektion in längsorientierter Teilsegmentbauweise. Die Bleche wurden erfindungsgemäß in Richtung der Längsachse des Turms angeordnet. Die Turmsektion 1.1.n setzt sich hier aus einzelnen Teilsegmenten T1 bis Tn zusammen, die über Längsnähte miteinander verschweißt sind. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind die Längsnähte in dieser Figur nicht dargestellt. Die einzelnen Rippen RI1 bis RIn verlaufen hier annähernd in Walzrichtung der Bleche bzw. der Teilsegmente T1 bis Tn. Dies ist günstig für den Einsatz des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Herstellverfahrens nach Anspruch 9. Die geringfügigen Abweichungen von der Walzrichtung ergeben sich durch den konischen Verlauf des Turms und der Rippen. 4 shows an optimized tower section in longitudinally oriented sub-segment design. The sheets were arranged according to the invention in the direction of the longitudinal axis of the tower. The tower section 1.1.n is here composed of individual sub-segments T1 to Tn, which are welded together by longitudinal seams. For reasons of clarity, the longitudinal seams are not shown in this figure. The individual ribs RI1 to RIn run here approximately in the rolling direction of the sheets or the sub-segments T1 to Tn. This is favorable for the use of the inventively proposed manufacturing method according to claim 9. The slight deviations from the rolling direction result from the conical shape of the tower and the ribs.
5 zeigt den gesamten Turm einer Windenergieanlage in längsorientierter Teilsegmentbauweise aus höchstfestem Stahl in der Seitenansicht. Beim Vergleich dieses Stahlrohrturms 1 mit 2 fällt auf, dass die Anzahl der Rundnähte gegenüber einem konventionellen Stahlrohrturm mit zahlreichen Rohrschüssen deutlich reduziert ist. Der Schweißnahtnachbehandlungsaufwand kann durch die erfindungsgemäße längsorientierte Teilsegmentbauweise deutlich reduziert werden. In 5 sind die Bleche bzw. die Teilsegmente T1–Tn kürzer als die Sektionslänge L. In einer nicht dargestellten Ausführungsform werden durchgehende Teilsegmente verwendet, die über die volle Sektionslänge L von maximal 30 m reichen. Welche Ausführungsform zum Einsatz kommt, richtet sich nach der verfügbaren Blechlänge, den Transportanforderungen, sowie nach den Anforderungen des Turmbauers. Lange Teilsegmente T1–Tn ermöglichen eine weitere Reduzierung der nachzubehandelnden Rundnähte RN1–RNn, sind aber bei der Turmfertigung schwerer zu handhaben. 5 shows the entire tower of a wind energy plant in longitudinally oriented sub-segment construction made of high-strength steel in side view. When comparing this steel tube tower 1 With 2 It is noticeable that the number of round seams is significantly reduced compared to a conventional steel pipe tower with numerous pipe sections. The weld seam aftertreatment effort can be significantly reduced by the longitudinally oriented partial segment construction according to the invention. In 5 the sheets or the sub-segments T1-Tn are shorter than the section length L. In an embodiment, not shown, continuous sub-segments are used, which extend over the full section length L of a maximum of 30 m. Which embodiment is used, depends on the available sheet length, the transport requirements, as well as the requirements of the tower builder. Long sub-segments T1-Tn allow a further reduction of the post-treated round seams RN1-RNn, but are more difficult to handle in the tower production.
6 zeigt die konstruktive Versteifung der Teilsegmente für den oberen und unteren Teil des Turms einer Windenergieanlage mit einer Nabenhöhe > 100 m aus höchstfestem Stahl. Der obere Teil des Turms 1 hat in diesem Ausführungsbeispiel eine Höhe hoben von 100 m und besteht aus Teilsegmenten Tn, die in Umfangsrichtung über Längsnähte LNn verschweißt sind. Es versteht sich von selbst, dass die Höhe hoben auch kleiner als 100 m sein kann. Der untere Teil des Turms hat eine bevorzugte Höhe hunten < 100 m, so dass sich in diesem Ausführungsbeispiel in Kombination mit dem oberen Teil eine Nabenhöhe H > 100 m ergibt. Der untere Teil hunten kann sich aus einer oder mehreren Turmsektionen zusammensetzten, auch größer als 100 m sein oder auch komplett fehlen. Wenn der untere Teil hunten fehlt, besteht der Turm nur aus den in 6.1 dargestellten Teilsegmenten und hat eine Nabenhöhe H von 100 m oder weniger. Die Höhe hunten entspricht der Länge einer Sektion L oder dem ganzzahligen Vielfachen der Sektionslänge. Die Teilsegmente Tn sind im unteren Teil des Turms in Umfangsrichtung verschraubt. Die einzelnen Turmsektionen 1.1.n sind im unteren und im oberen Teil des Turms über hier nicht dargestellte Ringflanschverbindungen in axialer Richtung verschraubt (siehe 13 und 14). Der dargestellte Turm in 6 ist konisch geformt. Der obere Teil und der untere Teil können dabei die gleiche Neigung, oder unterschiedliche Neigungen haben. In der dargestellten Ausführungsform ist der Turm im unteren Teil stärker konisch geformt als im oberen Teil. In einer hier nicht dargestellten Ausführungsform, kann die konische Form des unteren Teils stetig im oberen Teil fortgeführt werden. In einer weiteren, hier ebenfalls nicht dargestellten Ausführungsform, ist nur der untere Teil des Turms konisch, der obere Teil dagegen zylindrisch. Die vorliegende Erfindung soll sinngemäß alle diese Möglichkeiten einschließen. 6 shows the structural stiffening of the sub-segments for the upper and lower part of the tower of a wind energy plant with a hub height> 100 m made of high-strength steel. The upper part of the tower 1 has in this embodiment, a height h above 100 m and consists of sub-segments Tn, which are welded in the circumferential direction via longitudinal seams LNn. It goes without saying that the height h above can also be less than 100 m. The lower part of the tower has a preferred height h below <100 m, so that in this embodiment, in combination with the upper part results in a hub height H> 100 m. The lower part h below can be composed of one or more tower sections, be larger than 100 m or completely missing. If the lower part h is missing below , the tower consists only of the in 6.1 shown sub-segments and has a hub height H of 100 m or less. The height h below corresponds to the length of a section L or the integer multiple of the section length. The sub-segments Tn are bolted in the lower part of the tower in the circumferential direction. The individual tower sections 1.1.n are screwed in the lower and in the upper part of the tower not shown here annular flange in the axial direction (see 13 and 14 ). The illustrated tower in 6 is conically shaped. The upper part and the lower part may have the same inclination, or different inclinations. In the illustrated embodiment, the tower is more conically shaped in the lower part than in the upper part. In an embodiment not shown here, the conical shape of the lower part can be continuously continued in the upper part. In another, not shown embodiment, only the lower part of the tower is conical, the upper part, however, cylindrical. The present invention is intended to include all such possibilities.
6.1 zeigt ein Teilsegment des oberen Teils des Turms mit werkzeugfallenden Rippen aus höchstfestem Stahl in perspektivischer Darstellung. Das Teilsegment Tn ist schalenförmig aufgebaut und enthält in diesem Ausführungsbeispiel zwei Rippen RI1 und RI2. Bei den Rippen RI1 und RI2 handelt es sich um werkzeugfallende Rippen gemäß dem Anspruch 9 dieser Erfindung. Man erkennt, dass das Teilsegment Tn entsprechend der konischen Turmform gebogen ist. Die Teilsegmente können dabei kreis- oder polygonförmig gebogen sein. 6.1 shows a partial segment of the upper part of the tower with tool-falling ribs made of high-strength steel in a perspective view. The sub-segment Tn has a shell-shaped construction and in this exemplary embodiment contains two ribs RI1 and RI2. The ribs RI1 and RI2 are tool-falling ribs according to claim 9 of this invention. It can be seen that the sub-segment Tn is bent according to the conical tower shape. The sub-segments can be bent circular or polygonal.
6.2 zeigt ein Teilsegment des unteren Teils des Turms aus einem geschlossenen Profil aus höchstfestem Stahl in perspektivischer Darstellung. Bei Nabenhöhen H > 100 m ist dieser Teil des Turms besonders hohen Belastungen ausgesetzt und muss besonders wirksam versteift werden, insbesondere beim Einsatz beulempfindlicher höchstfester Bleche mit geringen Blechdicken. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, die Teilsegmente Tn im hochbelasteten unteren Teil des Turms aus geschlossenen und damit besonders steifen Profilen zu fertigen. Die höhere Steifigkeit im Vergleich zu den Teilsegmenten Tn aus 6.1 ergibt sich durch den größeren Querschnitt mit entsprechend hohem Flächenträgheitsmoment. Das erfindungsgemäße Versteifungskonzept wird in den weiteren Ausführungen genauer beschrieben (siehe Erläuterung zu 11, 16, 17 und 18). Analog zu 6.1 können die Teilsegmente Tn kreis- oder polygonförmig gebogen sein. 6.2 shows a partial segment of the lower part of the tower of a closed profile of high-strength steel in a perspective view. At hub heights H> 100 m, this part of the tower is exposed to particularly high loads and must be stiffened particularly effectively, in particular when using beulempfindlicher high-strength sheets with small sheet thicknesses. According to the invention, it is proposed to manufacture the subsegments Tn in the heavily loaded lower part of the tower from closed and thus particularly rigid profiles. The higher rigidity compared to the sub-segments Tn off 6.1 results from the larger cross-section with a correspondingly high moment of inertia. The stiffening concept according to the invention is described in more detail in the further remarks (see explanation of 11 . 16 . 17 and 18 ). Analogous to 6.1 the sub-segments Tn can be bent in a circular or polygonal shape.
7 zeigt den Zusammenbau eines Teilabschnitts aus mehreren Teilsegmenten im oberen Teil des Turms in perspektivischer Darstellung. Die Teilsegmente T1–Tn sind über Längsnähte LNn miteinander verschweißt. 7 shows the assembly of a section of several sub-segments in the upper part of the tower in a perspective view. The sub-segments T1-Tn are welded together by longitudinal seams LNn.
8 zeigt einen Schnitt durch den Teilabschnitt aus 7 mit den Verbindungsstellen der Teilsegmente in Umfangsrichtung. In diesem Ausführungsbeispiel besteht der Teilabschnitt aus vier Teilsegmenten Tn, die über Längsnähte LNn in Umfangsrichtung miteinander verschweißt sind. Der Turmabschnitt ist hier beispielhaft über acht Rippen RIn, welche radial zur Turmmitte angeordnet sind, verstärkt. Die Rippengeometrie und Rippenanzahl richtet sich nach den Steifigkeitsanforderungen der jeweiligen Windenergieanlage, dem eingesetzten Werkstoff und der zu verstärkenden Blechdicke t. Die Dimensionierung dieser Rippen ist Stand der Technik und wird von erfahrenen Konstrukteuren beherrscht. Auf eine nähere Ausführung der Rippendimensionierung wird daher an dieser Stelle verzichtet. Es versteht sich von selbst, dass mit zunehmender Größe und Leistung der Windenergieanlage größere Rippenquerschnitte, sowie eine höhere Anzahl von Rippen benötigt wird. Je mehr die Blechdicke t bei höchstfesten Stählen reduziert wird, desto größer müssen Anzahl und Querschnitt der Rippen sein, um den Steifigkeitsverlust aufgrund der geringeren Blechdicken zu kompensieren. 8th shows a section through the subsection 7 with the connection points of the sub-segments in the circumferential direction. In this embodiment, the subsection consists of four sub-segments Tn, which are welded together via longitudinal seams LNn in the circumferential direction. The tower section is here exemplified by eight ribs RIn, which are arranged radially to the tower center, reinforced. The rib geometry and number of ribs depend on the rigidity requirements of the respective wind energy plant, the material used and the sheet thickness t to be reinforced. The dimensioning of these ribs is state of the art and is mastered by experienced designers. On a closer version of the rib sizing is therefore omitted at this point. It goes without saying that with increasing size and power of the wind turbine larger rib cross sections, and a higher number of ribs is needed. The more the sheet thickness t is reduced in the case of very high-strength steels, the larger must be the number and cross section of the ribs in order to compensate for the stiffness loss due to the lower sheet thicknesses.
9 zeigt die Verbindung der Teilsegmente im oberen Teil des Turms in axialer Richtung im Schnitt. Die Teilsegmente T1 und T2 sind über Rundnähte RN1 und RN2 an Ringflansche 1.2.1 bzw. 1.2.2 angebunden und miteinander verschraubt. Die Verschraubung erfolgt über hochfeste Schraubverbindungen VR1 bis VRn. Diese Ringflanschverbindung ist Stand der Technik, so dass auf eine nähere Erläuterung verzichtet werden kann. 9 shows the connection of the sub-segments in the upper part of the tower in the axial direction in section. The sub-segments T1 and T2 are circular seams RN1 and RN2 to ring flanges 1.2.1 respectively. 1.2.2 tethered and bolted together. The screwing takes place via high-strength screw connections VR1 to VRn. This annular flange connection is state of the art, so that a more detailed explanation can be dispensed with.
10 zeigt die alternative Ausführungsform eines Teilsegments mit Versteifungssicken in perspektivischer Darstellung. In diesem Ausführungsbeispiel enthält das Teilsegment Tn zwei Versteifungssicken SI1 und SI2. Sicken sind Ausformungen im Blech und können durch Biegen der Grobbleche einfach hergestellt werden. Die Versteifungswirkung ergibt sich durch eine lokale Erhöhung des Flächenträgheitsmoments im Bereich der Sicken und ist Stand der Technik. Auf eine nähere Erläuterung wird daher verzichtet. 10 shows the alternative embodiment of a partial segment with stiffening beads in a perspective view. In this embodiment, the sub-segment Tn contains two stiffening beads SI1 and SI2. Beading are formations in the sheet metal and can be easily produced by bending the heavy plates. The stiffening effect results from a local increase in the area moment of inertia in the area of the beads and is state of the art. For a more detailed explanation is therefore omitted.
11 zeigt den Schnitt durch die Verbindung zweier Profile im unteren Teil des Turms in der Draufsicht. Man erkennt, dass die Teilsegmente T1 bis Tn aus 6.2 im unteren Teil der Turms über Längsflanschverschraubungen VL1 bis VLn an den Längsflanschen LF1 und LF2 miteinander verschraubt sind. Die Längsflansche LF1 und LF2 sind Bestandteil der Außenbleche A1 und A2. Die Außenbleche A1 und A2 sind, wie man erkennt, mehrfach abgewinkelt und zeigen mit ihren Enden radial zur Turmmitte. Die Turmmitte liegt in Pfeilrichtung r (radiale Richtung). Durch die mehrfachen Abwinklungen der Außenbleche A1 und A2 in Form einer keilförmigen Nut bzw. in Form eines Keils sind die beiden Teilsegmente T1 und T2 im Bereich der Längsnaht LN1 in Umfangsrichtung formschlüssig miteinander verbunden. Die Außenbleche A1 und A2 greifen nach dem Nut-Feder Prinzip ineinander. Die Keilform der Bleche A1 und A2 bewirkt dabei eine Zentrierung und Spielfreiheit im Bereich der Längsnaht LN1, so dass entsprechende Kräfte in Umfangsrichtung aufgenommen werden können. Die in 11 dargestellte Keilform ist nur ein Beispiel, um das Nut-Feder Prinzip zu verdeutlichen. Die vorliegende Erfindung soll nicht ausschließlich auf die dargestellte Ausführungsform beschränkt sein. Jede andere mögliche Ausführungsform, die den gleichen Zweck erfüllt, soll sinngemäß mit diesem Patent beansprucht werden. Das Teilsegment T1 wird entgegen der Pfeilrichtung r von der Turminnenseite her in die keilförmige Vertiefung des Teilsegmentes T2 gesteckt. Damit wird die selbstzentrierende Steckverbindung SV1 gebildet. Nach dem Ineinanderstecken der Teilsegmente T1 und T2 erfolgt die Verschraubung der Längsflansche LF1 und LF2, so dass eine form- und kraftschlüssige Verbindung zwischen den Teilsegmenten hergestellt ist. Die übrigen Teilsegmente Tn im unteren Teil des Turms werden nach dem gleichen Prinzip in Umfangsrichtung miteinander verbunden. Hierdurch ergibt sich eine einfache und schnelle Montage. Wie man aus der Darstellung erkennt, bestehen die Teilsegmente T1 bis Tn im unteren Teil des Turms aus Außenblech und Innenblech. Beispielhaft sind in 11 die Teilsegmente T1 und T2 mit den Außenblechen A1 und A2, sowie den Innenblechen I1 und I2 zusammengesetzt. Außenblech A1 und Innenblech I1 sind über eine Schweißnaht S1 kraftschlüssig miteinander verbunden. Außenblech A2 und Innenblech I2 sind analog über die Schweißnaht S2 miteinander verbunden. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wird in 11 nur jeweils eine Seite der Teilsegmente T1 bzw. T2 dargestellt. Die Teilsegmente T1 und T2 sind symmetrisch aufgebaut. Außenblech A1 und Innenblech I1 sind über eine weitere, hier nicht dargestellte Schweißnaht, in gleicher Weise miteinander verbunden. Dies gilt auch für die anderen Teilsegmente T2 bis Tn. Das Innenblech In ist somit über jeweils zwei Schweißnähte mit den Längsflanschen LFn der Außenbleche An fest verschweißt und bilden geschlossene Profile P1–Pn. In einer hier nicht dargestellten Ausführungsform können geschlossene Profile mit gleicher Funktionalität, wie zuvor beschrieben, auch aus nur einem einzigen Blech mit nur einer Schweißnaht gebildet werden. Bei vorgegebener Blechbreite ergeben sich schmälere Profile, als dies mit der dargestellten Zweiblechausführung möglich ist. Zur Realisierung eines bestimmten Turmdurchmessers sind entsprechend mehr Teilsegmente mit entsprechend mehr Längsnähten erforderlich. Der Fügeaufwand ist größer, so dass die dargestellte Ausführungsform aus 11 bevorzugt wird. Außenblech und Innenblech des jeweiligen Profils Pn haben in 11 den Blechabstand an. Beispielsweise hat das Außenblech A1 mit seiner Blechdicke t1a des Profils P1 einen Abstand a1 vom Innenblech I1 mit der Blechdicke t1i. Der Blechabstand a2 des Profils P2 ist identisch mit dem Blechabstand a1 des Profils P1. Der Blechabstand a1 und a2 kann auch unterschiedlich gewählt werden. Dies gilt auch für die Blechabstände an der übrigen Profile Pn. Der Abstand richtet sich nach den Steifigkeitsanforderungen für das jeweilige Teilsegment Tn und liegt im Regelfall zwischen 50 und 200 mm. Die Blechdicken t1a und t1i können ebenfalls gleich oder unterschiedlich sein. Das gilt nicht nur für das Profil P1, sondern auch für die anderen Profile Pn. Die geschlossenen Profile P1–Pn besitzen durch den Blechabstand a1 bis an ein höheres Flächenträgheitsmoment als ein gleich großes Blech mit einer Blechdicke t = t1a + t1i. Um die Steifigkeit der Teilsegmente T1–Tn weiter zu erhöhen, ist der Hohlraum zwischen Außenblech A1 und Innenblech I1 mit einem Sandwichkern SW1 aus einem anderen Material ausgefüllt. Materialien für den Sandwichkern können Kunststoffe, beispielsweise Polyurethan, oder auch andere Materialien wie zum Beispiel Beton sein. Die Verbundeigenschaften mit Stahl sind bekannt, so dass die Bauteilauslegung für den Fachmann kein Problem darstellt. Die übrigen Profile Pn sind nach dem gleichen Prinzip aufgebaut. Der Sandwichkern SWn sorgt jeweils dafür, dass die Außenbleche An sowie die Innenbleche In gleichmäßig am Lastabtrag beteiligt sind. Durch die Aufteilung der Gesamtblechdicke t auf Außenblech An bzw. Innenblech In kann die Blechdicke t halbiert werden. Je größer der Blechabstand an gewählt wird, desto größer ist das Flächenträgheitsmoment und dadurch die Steifigkeit der entsprechenden Profile Pn. Gleichzeitig erhöht sich aber auch der Materialverbrauch für den Sandwichkern. Entsprechende Möglichkeiten zur Reduzierung des Materialverbrauchs sind in 16, 17, 18 beschrieben. 11 shows the section through the connection of two profiles in the lower part of the tower in plan view. It can be seen that the subsegments T1 to Tn are off 6.2 in the lower part of the tower via Längsflanschverschraubungen VL1 to VLn at the longitudinal flanges LF1 and LF2 are screwed together. The longitudinal flanges LF1 and LF2 are part of the outer sheets A1 and A2. The outer plates A1 and A2 are, as you can see, angled several times and point with their ends radially to the center of the tower. The tower center lies in the direction of arrow r (radial direction). Due to the multiple bends of the outer sheets A1 and A2 in the form of a wedge-shaped groove or in the form of a wedge, the two partial segments T1 and T2 are connected to one another in a form-fitting manner in the circumferential direction in the region of the longitudinal seam LN1. The outer sheets A1 and A2 engage each other according to the tongue and groove principle. The wedge shape of the sheets A1 and A2 causes a centering and backlash in the region of the longitudinal seam LN1, so that corresponding forces can be absorbed in the circumferential direction. In the 11 shown wedge shape is just one example to illustrate the tongue and groove principle. The present invention is not intended to be limited solely to the illustrated embodiment. Any other possible embodiment which fulfills the same purpose should be claimed with this patent by analogy. The sub-segment T1 is inserted against the direction of the arrow r from the inside of the tower into the wedge-shaped depression of the sub-segment T2. Thus, the self-centering connector SV1 is formed. After nesting of the sub-segments T1 and T2, the screwing of the longitudinal flanges LF1 and LF2 takes place, so that a positive and non-positive connection between the sub-segments is made. The remaining sub-segments Tn in the lower part of the tower are connected to each other according to the same principle in the circumferential direction. This results in a simple and quick installation. As can be seen from the illustration, the sub-segments T1 to Tn in the lower part of the tower consist of outer panel and inner panel. Exemplary are in 11 the sub-segments T1 and T2 with the outer plates A1 and A2, and the inner plates I1 and I2 composed. Outer sheet A1 and inner sheet I1 are non-positively connected to each other via a weld S1. Outer sheet A2 and inner plate I2 are connected to each other analogously via the weld S2. For clarity, in 11 only one side of the sub-segments T1 and T2 shown. The sub-segments T1 and T2 are symmetrical. Outer sheet A1 and inner plate I1 are connected to each other via a further, not shown here weld, in the same way. This also applies to the other sub-segments T2 to Tn. The inner panel In is thus permanently welded to the longitudinal flanges LFn of the outer panels An via two welds and form closed profiles P1-Pn. In an embodiment not shown here closed profiles with the same functionality, as described above, can also be formed from only a single sheet with only one weld. For a given sheet width results in narrower profiles than is possible with the illustrated two-panel design. To realize a particular Tower diameter are required according to more sub-segments with correspondingly more longitudinal seams. The joining effort is greater, so that the illustrated embodiment of 11 is preferred. Outer plate and inner plate of the respective profile Pn have in 11 the sheet spacing a n . For example, the outer panel A1 with its sheet thickness t1 a of the profile P1 has a distance a1 from the inner panel I1 with the sheet thickness t1 i . The sheet spacing a2 of the profile P2 is identical to the sheet spacing a1 of the profile P1. The sheet spacing a1 and a2 can also be chosen differently. This also applies to the plate spacing on the other profiles Pn. The distance depends on the rigidity requirements for the respective sub-segment Tn and is usually between 50 and 200 mm. The sheet thicknesses t1 a and t1 i may also be the same or different. This applies not only to the profile P1, but also to the other profiles Pn. The closed profiles P1-Pn have a higher area moment of inertia than the sheet metal of the same thickness with a sheet thickness t = t1 a + t1 i . In order to further increase the rigidity of the sub-segments T1-Tn, the cavity between outer panel A1 and inner panel I1 is filled with a sandwich core SW1 made of a different material. Materials for the sandwich core may be plastics, such as polyurethane, or other materials such as concrete. The composite properties with steel are known, so that the component design is not a problem for the expert. The remaining profiles Pn are based on the same principle. The sandwich core SWn ensures that the outer plates An and the inner plates In are equally involved in the load transfer. By dividing the total sheet thickness t on outer sheet on or inner sheet In the sheet thickness t can be halved. The greater the sheet spacing is selected, the greater the moment of inertia and thus the rigidity of the corresponding profiles Pn. At the same time, however, also the material consumption for the sandwich core increases. Corresponding possibilities for reducing the material consumption are in 16 . 17 . 18 described.
12 zeigt eine Detailansicht der Verbindung zweier Teilsegmente im unteren Teil des Turms in Umfangsrichtung. Blickrichtung ist von der Turmmitte entgegen der Pfeilrichtung r aus 11. Wie man in 12 erkennt, sind in die Längsflansche LF1 und LF2 keilförmige Einprägungen E1–En eingeformt. Diese Einprägungen E1–En bewirken einen Formschluss zwischen den Längsflanschen LF1 und LF2 nach dem Nut-Feder Prinzip in Längsrichtung des Turms. Es ergibt sich eine Verzahnungswirkung im Bereich der Längsnähte LNn zwischen den Teilsegmenten T1–Tn. Über die Einprä-gungen an den Längsflanschen können Kräfte in axialer Richtung des Turms aufgenommen werden. Auf diese Weise können Längsflanschverschraubungen VLn eingespart werden. Die Einprägungen bewirken außerdem eine Selbstzentrierung der Längsflansche untereinander. 12 shows a detailed view of the connection of two sub-segments in the lower part of the tower in the circumferential direction. Viewing direction is from the center of the tower opposite to the direction of arrow r 11 , How to get in 12 detects, wedge-shaped impressions E1-En are formed in the longitudinal flanges LF1 and LF2. These impressions E1-En cause a positive connection between the longitudinal flanges LF1 and LF2 according to the tongue and groove principle in the longitudinal direction of the tower. This results in a toothing effect in the region of the longitudinal seams LNn between the sub-segments T1-Tn. The impressions on the longitudinal flanges can be used to absorb forces in the axial direction of the tower. In this way Längsflanschverschraubungen VLn can be saved. The impressions also cause a self-centering of the longitudinal flanges with each other.
13 zeigt die Draufsicht auf die Verbindungsschnittstelle einer Turmsektion im unteren Teil des Turms. Wie man aus der Darstellung erkennt, handelt es sich um die Ringflanschverbindung für die Verschraubung der Turmsektionen untereinander in axialer Richtung. Der Ringflansch besteht hierbei aus einzelnen Segmenten RS1–RSn. Jedes Teilsegment T1–Tn bzw. jedes Profil P1–Pn ist im unteren Teil des Turms an einem oder beiden Enden mit einem Ringflanschsegment RSn entsprechend den Abmessungen der Teilsegmente ausgestattet. Die Ringflanschsegmente RSn sind mit den Profilen P1–Pn über hier nicht dargestellte Schweißnähte fest verbunden. Der Hohlkörper des Profils ist somit dicht und kann mit flüssigen Sandwichmaterialien über hier nicht dargestellte Einfüllöffnungen befüllt und versteift werden. Die Aufteilung der Ringflansche in einzelne Ringflanschsegmente erfolgt entsprechend der Anzahl der Teilsegmente Tn in der jeweiligen Sektion. 13 shows the top view of the connection interface of a tower section in the lower part of the tower. As can be seen from the illustration, it is the ring flange connection for the screw connection of the tower sections with each other in the axial direction. The annular flange here consists of individual segments RS1-RSn. Each sub-segment T1-Tn or each profile P1-Pn is equipped in the lower part of the tower at one or both ends with an annular flange segment RSn corresponding to the dimensions of the sub-segments. The annular flange segments RSn are firmly connected to the profiles P1-Pn via welds, not shown here. The hollow body of the profile is thus tight and can be filled and stiffened with liquid sandwich materials via filling openings, not shown here. The division of the annular flanges into individual annular flange segments takes place in accordance with the number of partial segments Tn in the respective section.
14 zeigt den Schnitt durch die Verbindungsschnittstelle zweier Teilsegmente in axialer Richtung im unteren Teil des Turms. Die Lage des Schnitts A-A ist aus 13 ersichtlich. Die Teilsegmente T1 bis Tn bzw. die Profile P1–Pn sind, wie dargestellt, über Rundnähte RN1–RNn an die Ringflanschsegmente RS1–RSn angebunden. Die Anbindung erfolgt jeweils am Außen- und Innenblech des Profils. Die Ringflanschsegmente RS1–RSn sind über Ringflanschverschraubungen VR1–VRn fest miteinander verschraubt und nehmen die Kräfte in axialer Richtung des Turms kraftschlüssig auf. Auch die Torsionskräfte zwischen den Turmsektionen werden über den Reibschluss aufgenommen. 14 shows the section through the connection interface of two sub-segments in the axial direction in the lower part of the tower. The location of the section AA is off 13 seen. The sub-segments T1 to Tn and the profiles P1-Pn are, as shown, connected via round seams RN1-RNn to the ring flange segments RS1-RSn. The connection is made on the outer and inner panel of the profile. The ring flange segments RS1-RSn are firmly bolted together via ring flange connections VR1-VRn and force-fit the forces in the axial direction of the tower. The torsional forces between the tower sections are also absorbed by the frictional engagement.
15 zeigt die Lage der Längsnähte der einzelnen Teilsegmente des Turms in der Seitenansicht. Wie man aus der Darstellung entnehmen kann, sind die einzelnen Teilsegmente Tn mauersteinartig gegeneinander in Umfangsrichtung versetzt montiert, so dass sich keine durchgehenden Längsnähte ergeben. Die Längsnähte LN1–LNn sind gegeneinander versetzt. In der besonders bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung beträgt der Versatz ein halbes Teilsegment. Dies hat den Vorteil, dass die einzelnen hier nicht dargestellten Ringflanschsegmente zweier miteinander verschraubter Turmsektionen untereinander verklammert werden. Hierdurch ergibt sich ein sicherer Verbund der Ringflanschsegmente untereinander in Umfangsrichtung. 15 shows the position of the longitudinal seams of the individual sub-segments of the tower in the side view. As can be seen from the illustration, the individual sub-segments Tn are mounted in a brick-like manner offset from each other in the circumferential direction, so that there are no continuous longitudinal seams. The longitudinal seams LN1-LNn are offset from each other. In the most preferred embodiment of this invention, the offset is half a sub-segment. This has the advantage that the individual ring flange segments, not shown here, of two tower sections bolted together are clamped together. This results in a secure composite of the annular flange segments with each other in the circumferential direction.
16 zeigt den Schnitt durch ein Teilsegment im unteren Teil des Turms mit Teilsandwichaufbau. Wie man der Darstellung entnimmt, ist das Profil Pn nur partiell mit einem Sandwichkern SWn versteift. Sofern flüssige Ausgangsmaterialien für die partielle Versteifung eingesetzt werden, die erst nach einer chemischen Reaktion zum versteifenden Sandwichkern aushärten, müssen die einzelnen Teilbereiche, die versteift bzw. nicht versteift werden sollen, gegeneinander abgedichtet werden. Hierzu kommen die dargestellten Dichtungen DI1–DIn zum Einsatz. Als Dichtungsmaterial können verschiedene Materialien, zum Beispiel Moosgummi verwendet werden. Anstelle von Dichtungen können in Teilbereiche des Profils auch zum Beispiel Einlegeteile aus Styropor, Schaumstoff oder ähnliches eingebracht werden. Hierdurch kann teures Material für den Sandwichkern eingespart werden. Das Innenblech In ist in der dargestellten und besonders bevorzugten Ausführungsform profiliert. Die Profilierung des Innenblechs mit Sicken erhöht den Steifigkeitsbeitrag des geschlossenen Stahlprofils und kompensiert zumindest teilweise den geringeren Steifigkeitsbeitrag des partiell ausgefüllten Sandwichkerns. Die Profilierung des Innenblechs In durch Vertiefungen (Sicken) bildet hier nicht bezeichnete Kammern für die Befüllung mit Sandwichmaterialien. 16 shows the section through a sub-segment in the lower part of the tower with partial sandwich construction. As can be seen, the profile Pn is only partially stiffened with a sandwich core SWn. If liquid starting materials for the partial stiffening are used, which harden only after a chemical reaction to stiffening sandwich core, the individual sections that are to be stiffened or not stiffened, sealed against each other. The illustrated seals DI1-DIn are used for this purpose. As the sealing material, various materials, for example sponge rubber can be used. Instead of seals can be introduced into sections of the profile, for example, inserts made of styrofoam, foam or the like. As a result, expensive material can be saved for the sandwich core. The inner panel In is profiled in the illustrated and particularly preferred embodiment. The profiling of the inner panel with beads increases the stiffness contribution of the closed steel profile and compensates at least partially for the lower stiffness contribution of the partially filled sandwich core. The profiling of the inner panel In through recesses (beads) forms here unspecified chambers for filling with sandwich materials.
17 zeigt den Schnitt durch ein Teilsegment im unteren Teil des Turms mit Vollsandwich Aufbau und profilierter Innenseite. Der Unterschied zur 16 ist, dass der komplette Hohlraum des Profils Pn mit einem Sandwichkern SWn ausgefüllt ist. Hierdurch ergibt sich eine höhere Versteifungswirkung. Die Profilierung des Innenblechs In bewirkt eine Reduzierung des Materialverbrauchs für den Sandwichkern SWn im Vergleich zu einem glatten Innenblech. Abhängig von der Profilierung des Innenblechs kann mit weniger Materialeinsatz für den Sandwichkern SWn annähernd die gleiche Steifigkeit erreicht werden, wie bei einem glatten Innenblech und entsprechend mehr Materialeinsatz für den Sandwichkern. 17 shows the section through a sub-segment in the lower part of the tower with full sandwich construction and profiled inside. The difference to 16 is that the complete cavity of the profile Pn is filled with a sandwich core SWn. This results in a higher stiffening effect. The profiling of the inner panel In causes a reduction in material consumption for the sandwich core SWn compared to a smooth inner panel. Depending on the profiling of the inner panel, with less material used for the sandwich core SWn, approximately the same rigidity can be achieved as with a smooth inner panel and correspondingly more material used for the sandwich core.
18 zeigt den Schnitt durch ein Teilsegment im unteren Teil des Turms mit Vollsandwichaufbau und glatter Innenseite. Wie man erkennt, wird gegenüber 16 und 17 mehr Material für den Sandwichkern SWn benötigt, um eine entsprechende Versteifungswirkung zu erzielen. Das beschriebene Verfahren aus Anspruch 10 ermöglicht eine sehr kostengünstige Profilierung des Innenblechs. Die hierdurch ermöglichten Kosteneinsparungen sind deutlich größer als der Mehraufwand für die Profilierung des Innenblechs. Unter Kostengesichtspunkten werden daher die Ausführungen nach 16 und 17 bevorzugt. 18 shows the section through a sub-segment in the lower part of the tower with full sandwich construction and smooth inside. As one recognizes, is opposite 16 and 17 more material for the sandwich core SWn needed to achieve a corresponding stiffening effect. The described method of claim 10 allows a very cost-effective profiling of the inner panel. The resulting savings in costs are significantly greater than the overhead for profiling the inner panel. From a cost point of view, therefore, the explanations after 16 and 17 prefers.
19 zeigt eine alternative Ausführungsform des Stahlrohrturms unter Verwendung konventioneller Stahlrohrsektionen aus normalfesten Stählen im oberen Teil des Turms. Im unteren Teil des Turms werden die längsorientierten Teilsegmente Tn nach 6.2 verwendet und in der bereits beschriebenen Weise durch Ineinanderstecken und Verschrauben miteinander verbunden. Im oberen Teil des Turms werden keine längsorientierten Teilsegmente Tn aus 6.1, sondern Rohrschüsse R1–Rn, entsprechend 2 eingesetzt. Es wird quasi ein konventioneller Stahlrohrturm analog 2 auf Turmsektionen in Profilbauweise entsprechend 6.2 aufgesetzt. Auf diese Weise sind auch mit konventionellen Stahlrohrtürmen aus normalfesten Stählen Nabenhöhen > 100 m erreichbar. Der Turm ist im oberen Teil geschweißt und im unteren Teil entsprechend den vorhergegangenen Ausführungen geschraubt. 19 shows an alternative embodiment of the steel tube tower using conventional steel tube sections of normal strength steels in the upper part of the tower. In the lower part of the tower, the longitudinally oriented subsegments Tn become smaller 6.2 used and connected in the manner already described by nesting and screwing together. In the upper part of the tower no longitudinally oriented sub-segments Tn are made 6.1 but pipe sections R1-Rn, accordingly 2 used. It is almost a conventional steel tube tower analog 2 on tower sections in profile construction accordingly 6.2 placed. In this way, hub heights> 100 m can be achieved even with conventional tubular steel towers made of normal-strength steels. The tower is welded in the upper part and screwed in the lower part according to the previous versions.
20 zeigt eine alternative Ausführungsform des Stahlrohrturms ausschließlich aus geschlossenen Profilen, wobei die Teilsegmente im oberen Abschnitt geschweißt und im unteren Abschnitt geschraubt sind. Der komplette Turm in dieser Ausführungsvariante besteht also aus Teilsegmenten Tn entsprechend 6.2. Die Schnittstelle für das Verschweißen der Teilsegmente im oberen Teil kann anders, insbesondere einfacher ausgeführt sein, als für die Verschraubung der Teilsegmente im unteren Teil des Turms. In einer nicht dargestellten Ausführungsform sind die Außenbleche A1–An ohne Längsflansche und ohne Steckverbindung in Umfangsrichtung zu geschlossenen Rohrschüssen verschweißt. Analog sind die Innenbleche unmittelbar in Umfangsrichtung zu Rohrschüssen zusammengeschweißt. Die Rohrschüsse mit den Außen- und Innenblechen sind konzentrisch ineinander gesteckt und über Rundnähte mit nahtlos gewalzten Ringflanschen verschweißt. Der Hohlraum zwischen dem äußeren und dem inneren Rohrschuss ist optional partiell oder vollständig mit einem Sandwichkern versteift. 20 shows an alternative embodiment of the tubular steel tower exclusively of closed profiles, wherein the sub-segments are welded in the upper portion and screwed in the lower portion. The complete tower in this embodiment thus consists of sub-segments Tn accordingly 6.2 , The interface for the welding of the sub-segments in the upper part can be designed differently, in particular simpler, than for the screwing of the sub-segments in the lower part of the tower. In one embodiment, not shown, the outer plates A1-An are welded without longitudinal flanges and without plug connection in the circumferential direction to closed pipe sections. Similarly, the inner panels are welded together immediately in the circumferential direction to pipe sections. The pipe sections with the outer and inner plates are concentrically inserted into each other and welded by round seams with seamless rolled ring flanges. The cavity between the outer and inner tube shot is optionally partially or fully stiffened with a sandwich core.
21 zeigt eine alternative Ausführungsform des Stahlrohrturms ausschließlich aus geschlossenen Profilen, wobei die Teilsegmente im oberen Abschnitt geschraubt sind. Der komplette Turm in dieser Ausführungsvariante besteht also aus zusammengeschraubten Teilsegmenten Tn entsprechend 6.2. 21 shows an alternative embodiment of the tubular steel tower exclusively of closed profiles, wherein the sub-segments are screwed in the upper portion. The complete tower in this embodiment therefore consists of bolted sub-segments Tn accordingly 6.2 ,
22 zeigt das erfindungsgemäße Verfahrensprinzip zur Herstellung werkzeugfallender Rippen, insbesondere das Prinzip zur Herstellung von Grobblechen mit konischen Rippenverläufen. Prinzipiell wäre es möglich, die einzelnen Teilsegmente Tn aus höchstfestem Stahl mit geschweißten Rippen zu versteifen. Die Schweißnähte führen allerdings zu einer unerwünschten Kerbwirkung mit einer entsprechend reduzierten Ermüdungsfestigkeit. Außerdem wäre der Schweißaufwand beträchtlich. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, die Rippen RI1–RIn aus 6.1 in die Prozesse der Blechherstellung im Stahlwalzwerk zu integrieren. Das Verfahren soll dabei nicht auf bestimmte Blechgrößen beschränkt sein, sondern die üblichen Grobblech- bzw. Warmbreitbandabmessungen höchstfester Stähle abdecken. Insbesondere wird vorgeschlagen, diese Rippen beim Auswalzen der Stahlbrammen mit speziellen Profilwalzen W1 und entsprechenden Walzgerüsten in einem Massivumformprozess werkzeugfallend zu profilieren. Die Profilwalze W1 enthält hierzu am Umfang rillenförmige Vertiefungen mit der Negativform der herzustellenden Rippen. In 22 enthält die Profilwalze W1 aus Gründen der Anschaulichkeit nur zwei rillenförmige Vertiefungen RW1 und RW2. Die Walze W1 kann auch mehr als zwei rillenförmige Vertiefungen aufweisen. Die Anzahl richtet sich nach den Steifigkeitsanforderungen des entsprechenden Bauteils. Die rillenförmigen Vertiefungen RW1 und RW2 in der Walzenoberfläche sind schneckenförmig oder ringförmig angeordnet. Auch andere, hier nicht weiter ausgeführte Rillenformen, wie zum Beispiel Waben- oder Kassettenstrukturen, sollen sinngemäß zu dieser Erfindung gehören. Die Abwicklung der Walzenoberfläche der Profilwalze W1 weist dementsprechend parallele oder konische Rillenverläufe auf. Bei der üblicherweise konischen Form von Türmen für Windenergieanlagen werden erfindungsgemäß Profilwalzen mit schneckenförmiger Rillenanordnung verwendet. Um diesen Rillenverlauf matrizenartig auf die Grobbleche BL zu übertragen, wird die Profilwalze W1 mit der Drehgeschwindigkeit Ω1 um ihre Längsachse gedreht. Die Profilwalze W1 erzeugt eine hohe Druckkraft FZ auf die Oberfläche des Blechs BL und formt dabei einen Abdruck von der Walzenoberfläche. Eine drehbare Unterwalze W2 stützt hierbei das Blech nach unten ab. ab Das Blech BL wird beim Drehen der Profilwalze W1 entsprechend der Drehgeschwindigkeit Ω1 in Vorschubrichtung V transportiert. Die Rillen übertragen sich dabei als Positivform auf die Blechoberfläche und bilden die einzelnen Rippen. Um die Rippenform vollständig abzubilden, reicht allerdings die Druckkraft FZ auf die Blechoberfläche nicht aus. Über die seitlichen Stauchwalzen W3 und W4 muss zusätzlich die Druckkraft Fy auf den Blechrand ausgeübt werden. Aufgrund der erforderlichen Höhe der Kraft Fy geschieht dies, wie auch bei der Kraft FZ, vorzugsweise hydraulisch. Die Stauchwalzen drehen sich dabei entsprechend der Vorschubbewegung des Blechs um ihre Z-Achse. Die Druckkräfte Fy und FZ überlagern sich im Walzspalt Sp zu hohen Fließspannungen. Beim Überschreiten der Fließgrenze beginnt der Blechwerkstoff zu fließen und füllt die rillenförmigen Vertiefungen RW1 und RW2. Die hohe Umformtemperatur beim Warmwalzen der Stahlbrammen begünstigt diesen Fließprozess. Ohne dieses Warmwalzen wäre die Erzeugung von Grobblechen mit integrierten werkzeugfallenden Rippen nicht möglich, da sonst die erforderlichen Druckkräfte für das Anstauchen des Blechwerkstoffs zu groß wären. Die Herstellung der werkzeugfallenden Rippen mittels Warmwalzprofilieren geschieht vorzugsweise im Stahlwalzwerk. Dies ermöglicht die Nutzung der Prozesswärme vorhandener Öfen. Die Integration der Rippenherstellung in den Prozess der Blechherstellung ermöglicht eine besonders kostengünstige Versteifung höchstfester Bleche mit hohen Prozessgeschwindigkeiten. Die Rippenherstellung kann entweder direkt in die entsprechenden Walzengerüste für das Auswalzen der Brammen integriert oder mittels separater Walzengerüste realisiert werden. Da bei den üblichen Blechlängen von 12–15 m und konischen Rippenverläufen bei Einsatz von nur einer Profilwalze W1 sehr große Walzendurchmesser erforderlich sind, wird erfindungsgemäß die Hintereinanderschaltung mehrerer Profilwalzen vorgeschlagen, die der Reihe nach mit einer entsprechenden Mechanik auf der Blechoberfläche abgewickelt werden. Auf diese Weise können einzelne Rippenabschnitte segmentweise zu einer durchgehenden Rippe entsprechend der Blechlänge zusammengesetzt werden. 22 shows the process principle according to the invention for the production of tool falling ribs, in particular the principle for the production of heavy plates with conical ribs. In principle, it would be possible to stiffen the individual sub-segments Tn made of high-strength steel with welded ribs. However, the welds lead to an undesirable notch effect with a correspondingly reduced fatigue strength. In addition, the welding costs would be considerable. According to the invention, the ribs RI1-RIn are made out 6.1 to integrate into the processes of sheet metal production in the steel mill. The process should not be limited to specific sheet sizes, but the usual Covers heavy plate or hot strip dimensions of high-strength steels. In particular, it is proposed that these ribs during rolling of the steel slabs with special profile rollers W1 and corresponding rolling stands in a massive forming process tool profiled fall. For this purpose, the profile roller W1 contains groove-shaped depressions on the periphery with the negative shape of the ribs to be produced. In 22 For reasons of clarity, the profile roller W1 contains only two groove-shaped recesses RW1 and RW2. The roller W1 may also have more than two groove-shaped recesses. The number depends on the rigidity requirements of the corresponding component. The groove-shaped recesses RW1 and RW2 in the roll surface are helically or annularly arranged. Other, not further executed here rill shapes, such as honeycomb or cassette structures should be mutatis mutandis to this invention. The development of the roll surface of the profile roll W1 accordingly has parallel or conical grooves. In the usually conical shape of towers for wind turbines according to the invention profile rollers are used with helical groove arrangement. In order to transfer this course of the grooves to the heavy plates BL in a matrix-like manner, the profile roller W1 is rotated about its longitudinal axis at the rotational speed Ω1. The profile roller W1 generates a high compressive force F Z on the surface of the sheet BL and thereby forms an impression of the roll surface. A rotatable lower roller W2 supports the sheet downwards. The sheet BL is transported in the feed direction V when the profile roll W1 is rotated in accordance with the rotational speed Ω1. The grooves are transmitted as a positive mold on the sheet surface and form the individual ribs. In order to fully depict the rib shape, however, the compressive force F Z on the sheet surface is not sufficient. In addition, the compressive force F y must be exerted on the edge of the sheet metal via the lateral compression rollers W3 and W4. Due to the required amount of force F y , this is done, as well as in the force F Z , preferably hydraulically. The compression rollers rotate in accordance with the feed movement of the sheet around its Z-axis. The compressive forces F y and F Z are superimposed in the nip Sp to high yield stresses. When the flow limit is exceeded, the sheet material begins to flow and fills the groove-shaped recesses RW1 and RW2. The high forming temperature during hot rolling of the steel slab favors this flow process. Without this hot rolling, the production of heavy plates with integrated tool-falling ribs would not be possible, since otherwise the required compressive forces for upsetting the sheet material would be too large. The production of the tool falling ribs by means of hot rolling profiling is preferably done in the steel mill. This allows the use of the process heat of existing furnaces. The integration of the rib production in the process of sheet metal fabrication enables a particularly cost-effective stiffening of high-strength sheets with high process speeds. The production of the ribs can either be integrated directly into the corresponding roll stands for the rolling out of the slabs or realized by means of separate roll stands. Since in the usual sheet lengths of 12-15 m and conical Rippenverläufen with the use of only one profile roll W1 very large diameter rolls are required according to the invention, the series connection of several profile rollers proposed, which are handled in order with a corresponding mechanism on the sheet surface. In this way, individual rib sections can be assembled in segments to a continuous rib corresponding to the sheet length.
23 zeigt ein Grobblech während der Profilierung der werkzeugfallenden Rippen in der Draufsicht. Wie man erkennt, ist ein Teilbereich des Blechs BL bereits mit werkzeugfallenden Rippen versehen. Die Profilwalze W1 mit den rillenförmigen Vertiefungen RW1 und RW2 hat sich ein Stück gedreht und das Blech hat sich entsprechend in Vorschubrichtung V mitbewegt. Durch diese Vorschubbewegung und durch die Drehung Ω1 hat sich ein Teilabschnitt der Walzenoberfläche auf das Blech übertragen und die Rippen RI1 und RI2 ausgeformt. Mit fortschreitender Vorschubbewegung wird das Blech BL vollständig in Walzrichtung V profiliert. 23 shows a plate during the profiling of the tool falling ribs in plan view. As can be seen, a portion of the sheet BL is already provided with tool-falling ribs. The profile roller W1 with the groove-shaped recesses RW1 and RW2 has turned a piece and the sheet has moved accordingly in the feed direction V. By this feed movement and by the rotation Ω1, a portion of the roll surface has been transferred to the sheet and the ribs RI1 and RI2 formed. As the advancing movement progresses, the sheet BL is completely profiled in the rolling direction V.
24 zeigt das Verfahrensprinzip zum Biegen der einzelnen Teilsegmente (hier anhand von beliebig geformten Profilen dargestellt). Das Biegen von Blechen zu Profilen erfolgt besonders effizient im Walzprofilierverfahren mittels spezieller Walzengerüste WG1–WGn. Im Dünnblechbereich mit Blechdicken von wenigen Millimetern ist dies Stand der Technik und erfolgt mittels Kaltumformung. Erfindungsgemäß soll dieses Verfahren zum Biegen der einzelnen Teilsegmente T1–Tn aus Grobblechen genutzt werden. Dies gilt sowohl für die Teilsegmente im oberen Bereich mit werkzeugfallenden Rippen, als auch für die Teilsegmente aus geschlossenen Profilen im unteren Teil des Turms. Die Teilsegmente Tn aus dem oberen Turmabschnitt werden in die gewünschte Kreis- oder Polygonform gebogen. Die Walzengerüste sind dabei so angeordnet, dass die Walzen ungestört zwischen den werkzeugfallenden Rippen laufen können. Bei den Teilsegmenten Tn für den geschraubten unteren Teil des Turms werden nicht nur die kreis- oder polygonförmigen Konturen der Profile P1–Pn gebogen, sondern auch die Steckverbindungen SV1–SVn sowie die Längsflansche LF1–LFn entsprechend 11 mittels Walzprofilieren eingeformt. Gleiches gilt für die Profilierung der Innenbleche In aus 16 und 17. Damit das Walzprofilieren beim Biegen von Turmkomponenten aus Grobblechen überhaupt möglich ist, wird erfindungsgemäß die Verwendung höchstfester Stähle mit entsprechend geringerer Blechdicke in Verbindung mit einer Halbwarmumformung vorgeschlagen. Die reduzierte Blechdicke und die Wärmeunterstützung erleichtern hierbei den Biegeprozess. Bei den Teilsegmenten Tn für den unteren Teil des Turms kommt hinzu, dass die Gesamtblechdicke auf Innen- und Außenbleche aufgeteilt ist und somit halbiert werden kann. Dies erleichtert den Biegevorgang zusätzlich. Für die Blecherwärmung gibt es verschiedene Möglichkeiten, z. B. eine Erwärmung mittels Induktion. Die Wärmequelle Q ist in 24 nur schematisch angedeutet. 24 shows the principle of the method for bending the individual subsegments (shown here on the basis of arbitrarily shaped profiles). The bending of sheets to profiles takes place particularly efficiently in the roll forming process using special roll stands WG1-WGn. In the thin sheet metal sector with sheet thicknesses of a few millimeters, this is state of the art and takes place by means of cold forming. According to the invention, this method is intended to be used to bend the individual sub-segments T1-Tn from heavy plates. This applies both to the sub-segments in the upper area with tool-falling ribs, as well as for the sub-segments of closed profiles in the lower part of the tower. The sub-segments Tn from the upper tower section are bent into the desired circular or polygonal shape. The rolling stands are arranged so that the rollers can run undisturbed between the tool falling ribs. In the sub-segments Tn for the bolted lower part of the tower not only the circular or polygonal contours of the profiles P1-Pn are bent, but also the connectors SV1-SVn and the longitudinal flanges LF1-LFn accordingly 11 molded by roll forming. The same applies to the profiling of the inner panels In 16 and 17 , So that roll forming when bending Tower components of heavy plates is even possible, according to the invention, the use of high-strength steels with correspondingly lower sheet thickness proposed in connection with a warm forging. The reduced sheet thickness and the heat support facilitate the bending process. In the sub-segments Tn for the lower part of the tower is added that the total sheet thickness is divided into inner and outer sheets and thus can be halved. This additionally facilitates the bending process. For the plate heating, there are various options, such. B. a heating by induction. The heat source Q is in 24 only indicated schematically.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
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11
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StahlrohrturmTubular steel tower
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22
-
Rotorblätterrotor blades
-
33
-
Nabehub
-
44
-
Gondelgondola
-
55
-
Fundamentfoundation
-
1.1.1–1.1.n1.1.1-1.1.n
-
Turmsektiontower section
-
1.2.1–1.2.n1.2.1-1.2.n
-
Ringflanschannular flange
-
A1–AnA1-An
-
Außenblechouter panel
-
a1–an a 1 -a n
-
Blechabstandsheet distance
-
BB
-
Breitewidth
-
BLBL
-
Blechsheet
-
DD
-
TurmdurchmesserTower diameter
-
DI1–DInDI1-Din
-
Dichtungpoetry
-
E1–EnE1-En
-
Einprägungimpressing
-
FF
-
Windlastwind load
-
Fy F y
-
Druckkraft der Stauchwalze W3 bzw. W4Pressure force of the compression roller W3 or W4
-
FZ F Z
-
Druckkraft der Profilwalze W1Pressure force of the profile roller W1
-
GG
-
Gewichtskraftweight force
-
HH
-
Nabenhöhehub height
-
hoben h above
-
Höhe des oberen TurmsHeight of the upper tower
-
hunten h below
-
Höhe des unteren TurmsHeight of the lower tower
-
I1–InI1-In
-
Innenblechinner panel
-
LL
-
Sektionslängesection length
-
LF1–LFnLF1 Fn
-
Längsflanschlongitudinal flange
-
LN1–LNnLN1-LNn
-
Längsnahtlongitudinal seam
-
MD M D
-
Drehmomenttorque
-
MB M B
-
BiegemomentBending moment
-
NN
-
Nabenhöhehub height
-
P1–PnP1-Pn
-
geschlossenes Profilclosed profile
-
QQ
-
Wärmequelleheat source
-
rr
-
radiale Richtungradial direction
-
R1–RnR1-Rn
-
Rohrschusspipe section
-
RI1–RInRI1-RIn
-
Rippenribs
-
RN1–RNnRN1-RNn
-
Rundnahtcircumferential weld
-
RS1–RSnRS1-RSn
-
Ringflanschsegmentring flange
-
RW1–RWnRW1-RWn
-
rillenförmige Vertiefung der Profilwalzegroove-shaped depression of the profile roller
-
S1, S2S1, S2
-
SchweißnahtWeld
-
SI1, SInSI1, SIn
-
Versteifungssickereinforcing bead
-
Spsp
-
Walzspaltnip
-
SV1–SVnSV1 SVn
-
Steckverbindungconnector
-
SW1–SWnSW1-SWn
-
Sandwichkernsandwich core
-
tt
-
Blechdickesheet thickness
-
T1–TnT1-Tn
-
Teilsegmentsubsegment
-
t1a t1 a
-
Blechdicke des AußenblechsSheet thickness of the outer panel
-
t1i t1 i
-
Blechdicke des InnenblechsSheet thickness of the inner panel
-
VV
-
Walzrichtung, VorschubrichtungRolling direction, feed direction
-
VR1–VRnVR1 VRn
-
RingflanschverschraubungRingflanschverschraubung
-
VL1–VLnVL1 VLn
-
LängsflanschverschraubungLängsflanschverschraubung
-
W1–WnW1-Wn
-
Profilwalzecorrugated roll
-
W3, W4W3, W4
-
Stauchwalzeedging roll
-
WG1–WGnWG1-WGn
-
Walzengerüstrolling mill
-
Ω1Ω1
-
Drehgeschwindigkeit der ProfilwalzeRotational speed of the profile roller
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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WO 2011/032559 A3 [0002] WO 2011/032559 A3 [0002]