Anforderungen an die mechanische Fügetechnik für Türme von WEA in Stahlbauweise für große Nabenhöhen

Moderne Windenergieanlagen ermöglichen mit hohen Nabenhöhen eine wirtschaftliche Energiegewinnung an windschwächeren Standorten sowie in komplexem Terrain oder Waldgebieten. Große Nabenhöhen stellen große Herausforderungen an die Leistungsfähigkeit der Türme, die für den Betrieb der Anlage bestimmte statische und dynamische Eigenschaften erfüllen müssen. Dabei erreicht die Machbarkeit von konventionellen, geschweißten Stahlrohrtürmen technische sowie wirtschaftliche Grenzen und es kommen alternative Turmkonzepte zum Einsatz. Für alternative Turmkonzepte aus Stahl bringen gleitfeste Verbindungen (GV-Verbindung) zahlreiche Vorteile, werfen aber auch neue Fragestellungen auf. Die Tragfähigkeit der GV-Verbindung ist neben der Haftreibungszahl für die Reiboberflächen von der eingebrachten Vorspannkraft abhängig. Im Rahmen der geplanten Lebensdauer einer Windenergieanlage ergeben sich für die GV-Verbindungen Vorspannkraftverluste, die geeignet berücksichtigt werden müssen. Die derzeitigen Bemessungsregeln im Stahlbau erlauben jedoch keine rechnerische Ermittlung dieser Verluste, so dass ein Wartungsaufwand unumgänglich ist.

Im diesem Artikel wird in Anlehnung an die VDI-Richtlinie 2230 für Schraubenverbindungen im Maschinenbau ein verbesserter Bemessungsansatz für GV-Verbindungen im Stahlbau präsentiert, der die Nachweismöglichkeit mit einer verbleibenden Vorspannkraft abzüglich etwaiger Vorspannkraftverluste bietet. Weiterhin werden vergleichende Schwingfestigkeitsuntersuchungen an GV-Verbindungen mit gebohrten und gestanzten Löchern vorgestellt. Es wurde nachgewiesen, dass sich bei gleitfester Lastübertragung keine negativen Effekte auf die Ermüdungsfestigkeit durch Stanzen ergeben. Auf Basis dieser Untersuchungen konnte eine Typenprüfung für einen wartungsfreien Stahlschalenturm ausgestellt werden, der aus mit GV-Verbindungen gefügten Stahlplatten besteht.