Turm-Entwicklung Windenergie

Wir wollen hoch hinaus!

Mit steigender Größe moderner Windenergieanlagen wird der Turm zu einem immer bedeutenderen Einflussfaktor auf die Kosten der Anlage. Gleichzeitig werden durch moderne Anlagenkonzepte enorme Anforderungen an die Turm-Entwicklung in der Windenergie gestellt. Wie kann man diese Anforderungen erfüllen und gleichzeitig die Kosten für den Turm weiter senken? Wir haben in unserer gesamten Firmengeschichte die Turm-Entwicklung für alle denkbaren Konzepte begleitet und sind immer wieder gefragt, kreative Lösungen zu finden und neue Wege zu beschreiten. Deshalb können unsere Kunden heute von unserem großen Erfahrungsschatz profitieren.

Welche Vorteile bieten wir Ihnen?

  • Entwicklung von allen Turmvarianten von der Vorauslegung bis zur Zertifizierung
  • innovative konstruktive Lösungen zur Optimierung von Turmkonzepten, um Kosten zu senken
  • Auswahl der richtigen Turmvariante für die Anlage und den Standort, z. B. Stahlrohr-, Fachwerk– oder Betontürme, Hybridtürme und viele mehr
  • Anwendung moderner Entwicklungsmethoden aus dem Stahl-, Beton- und Maschinenbau
  • wir verstehen die gesamte Windenergieanlage, beherrschen auch die Lastsimulation und können passende Regelungsstrategien für jedes Turmkonzept finden
  • die Planung des Fundaments und der Schnittstelle zum Turm liefern wir gerne mit

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Stahlrohrturm

Weltmeister im Leichtgewicht

Ein Stahlrohrturm muss viel leisten: er muss betriebsfest sein, er darf unter Extrembeanspruchung nicht beulen, und er muss mit seinem Schwingverhalten zu den restlichen Anlagenkomponenten passen. Wir haben für jede dieser Herausforderungen innovative Lösungsansätze entwickelt, die es uns ermöglichen, für alle Anlagen und jeden Standort den optimalen Turm zu finden.

Welche Vorteile bieten wir Ihnen?

  • Auslegung und Konstruktion von Stahlrohrtürmen (auch für Hybridtürme)
  • Sicherstellen eines reibungsfreien Zertifizierungsprozesses, egal wo auf der Welt
  • Anwendung modernster Nachweisverfahren, um die Potenziale der Struktur optimal zu nutzen
  • kluge konstruktive Lösungen für eine hohe Ermüdungsfestigkeit
  • interdisziplinäre Lösungsfindung für hohe Türme durch Simulation, Regelungsstrategie oder Anwendung von Schwingungstilgern

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Fachwerkturm

Besser als sein Ruf

Fachwerktürme sind nicht weit verbreitet, aber eine gute Lösung für Windenergieanlagen mit großen Nabenhöhen und besonderen logistischen Rahmenbedingungen. Gegenüber dem Stahlrohrturm sind bei großen Nabenhöhen beträchtliche Einsparungen in der Stahlmasse möglich. Gleichzeitig lässt sich die aufgelöste Struktur einfach transportieren und die Verwendung von Standard-Stahlprofilen ermöglicht eine leichte Beschaffung überall auf der Welt. Wir sorgen außerdem dafür, dass alle Verbindungen zuverlässig und möglichst wartungsarm sind. Gelöste Schrauben gibt es an unseren Türmen nicht.

Fachwerktürme sind aber nicht nur gefragt, um Rotoren von Windenergieanlagen zu tragen. Auch Radar- oder Sendeanlagen bringen wir so in große Höhen.

Welche Vorteile bieten wir Ihnen?

  • Konstruktion und Bemessung von Fachwerktürmen für Windenergieanlagen oder andere Anwendungen
  • innovative konstruktive Lösungen und Nachweiskonzepte für wirtschaftliche Turmkonstruktionen
  • Zuverlässige Konstruktion der Verbindungen (z. B. Schraubverbindungen)
  • Berücksichtigung der exakten Struktur in der Simulation der Windenergieanlage
  • im Feld erprobte Lösungen, die wir sicher durch die Zertifizierung bringen
  • Beratung für das Wartungskonzept

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Konstruktion des Turmkopfs
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Gittermastturmdesign von PEC im Betrieb
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Betonturm

Schnelligkeit ist der Schlüssel zum Erfolg

Betontürme bieten oft logistische Vorteile gegenüber Stahlrohrtürmen. Es lassen sich große Turmdurchmesser realisieren, da diese nicht durch Transportbeschränkungen limitiert werden, wenn der Turm auf der Baustelle Stück für Stück errichtet wird. Ein wesentlicher Kostenfaktor ist hierbei aber die Zeit, die auf der Baustelle für die Montage der Segmente und die Errichtung des Turms benötigt wird. Durch die Verwendung kluger Verbindungskonzepte für die einzelnen Elemente können wir die Zeit auf der Baustelle minimieren. Außerdem kommen alle Vorteile, die wir bei der Konstruktion von Stahlrohrtürmen bieten, bei der oberen Stahlsektion voll zum Tragen.

Welche Vorteile bieten wir Ihnen?

  • Konstruktion und Bemessung von Betontürmen und Betonhybridtürmen
  • innovative Errichtungskonzepte, um die Bauzeit zu minimieren
  • die gesamte Ausführungsplanung, also Schal- und Bewehrungspläne sowie Spezifikationen zu Transport, Handling und Errichtung
  • Fertigungsbegleitung

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Betonhybridturmdesign von PEC

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Einbauten

Von wegen Secondary Steel!

Die Turmeinbauten sind die heimlichen Stars in der Turmentwicklung. Die größten Erfolge in der Auslegung der Turmstruktur sind ineffektiv, wenn die Anbindung der Turmeinbauten der maßgebende Faktor in der Ermüdungsfestigkeit der Struktur bleibt.

Turmeinbauten müssen oft große statische Lasten tragen können und gleichzeitig mit dem Rest der Turmstruktur harmonieren. Wir bieten für unsere Kunden deshalb nicht nur die Konstruktion und Berechnung von Turmeinbauten an, sondern finden stimmige Gesamtkonzepte für die gesamte Turmkonstruktion.

Welche Vorteile bieten wir Ihnen?

  • kluge konstruktive Lösungen für Anschlüsse an die Hauptstruktur des Turms, die eine hohe Ermüdungsfestigkeit garantieren (Kerbfall 90 oder besser)
  • Konstruktion und statische Berechnung aller Turmeinbauten, z. B. Plattformen, Leiterwege, Kranbalken, Kabelhalter oder Außentreppen
  • Optimierung von bestehenden Konstruktionen
  • wir bringen die Konstruktion sicher durch die Zertifizierung

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Turm – Dynamik

Im Einklang mit dem Gesamtsystem

Bei immer größeren Rotordurchmessern und Nabenhöhen moderner Windenergieanlagen ist es oft nicht mehr wirtschaftlich, den Turm steif auszulegen, also so, dass seine Eigenfrequenz über dem Drehzahlbereich des Rotors liegt. Stattdessen lässt sich mit einer weichen Auslegung, bei der die Eigenfrequenz des Turmes innerhalb des Rotordrehzahlbereichs liegt, viel Material sparen.

Dafür ist es aber erforderlich, dass die Regelung der Anlage resonante Schwingungen vermeidet. Mit der richtigen Regelungsstrategie lässt sich eine optimale Eigenfrequenz finden, bei der die Ermüdungsbeanspruchungen auf den Turm minimal und die Material- und Kosteneinsparungen maximal werden.

Welche Vorteile bieten wir Ihnen?

  • Parameterstudie, um die optimale Strukturdynamik des Turms hinsichtlich Ermüdungslasten zu finden
  • Anpassung der Regleralgorithmen, um Resonanzen zu vermeiden
  • Verifizierung der Regleranpassungen durch dynamische Lastsimulationen
  • Anpassung der Anlagensteuerung und Tests in Kooperation mit namhaften Partnern aus der Windenergiebranche
  • iterative Optimierung des Turms durch Lastsimulation und Strukturberechnung
  • konstruktive Lösungen zur Reduzierung von Schwingungen, z. B. durch Tilger

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Campbell-Diagramme für klassische steife (rot) und weiche (blau) Turmauslegung mit dem zu vermeidenden Drehzahlbereich.

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Beispiel für einen Generatorregler, der den kritischen Drehzahlbereich vermeidet, indem
diese Bereiche nur kurz durchfahren werden

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Turm – Ermüdung

Durchhaltevermögen beweisen

Einer der größten Einflussfaktoren auf die Kosten eines Stahlrohrturms ist die Ermüdungsfestigkeit der Struktur. Maßgebend sind hierbei aber nicht nur die Hauptstruktur, also die Turmwand, die Flansche, die Türöffnung und die Verschraubungen, sondern vor allem auch die Anschlüsse der Turmeinbauten. Durch kluge konstruktive Lösungen können wir für die Struktur und die Anschlüsse günstige Kerbfälle erzeugen, die eine hohe Ermüdungsfestigkeit und damit eine kosteneffiziente Konstruktion ermöglichen.

Welche Vorteile bieten wir Ihnen?

  • konstruktive Lösungsvorschläge für alle Konstruktionsdetails des Turms
  • state-of-the-art-Nachweisverfahren, um die optimale Konstruktion zu finden
  • unsere Lösungen werden von allen Zertifizierern akzeptiert

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Numerisch basierter Ermüdungsnachweis für die Schweißnaht zwischen dem Türrahmen und der Turmschale

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Numerisch basierter Ermüdungsnachweis für den Fußflanschradius, um eine sichere und wirtschaftliche Konstruktion zu ermitteln

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Turm – Stabilität

Die Stärken des Materials nutzen

Neben der Ermüdungsfestigkeit muss der Turm unter Extremlasten stabil sein – er darf nicht beulen. Das international anerkannte Regelwerk lässt uns viele Möglichkeiten, die Stabilität nachzuweisen. Hierbei können wir mit wenig Mühe Ergebnisse erzeugen, die zu einer befriedigenden Lösung führen. Unsere Erfahrung zeigt jedoch, dass es sich lohnt, in der Beulberechnung ins Detail zu gehen. Wir wenden die modernsten Nachweisverfahren an, und entwickeln diese mit Partnern aus Industrie und Forschung weiter. So ist es uns möglich, die wirklichen Stärken des Materials zu berücksichtigen und die Tragfähigkeit der Konstruktion voll auszunutzen.

Welche Vorteile bieten wir Ihnen?

  • state-of-the-art-Nachweisverfahren, um die Konstruktion optimal auszunutzen
  • deutlich günstigere Ergebnisse, als herkömmliche Verfahren liefern können
  • unsere Lösungen werden von allen Zertifizierern akzeptiert

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Numerisch gestützter Nachweis der Stabilität im Bereich der Türöffnung

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Selbst im Schadensfall kann die Standsicherheit noch nachgewiesen werden: hier kann eine GMNIA den erforderlichen Nachweis erbringen

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Die Kombination von LBA (links) und MNA (rechts) ermöglicht eine wirtschaftliche Auslegung des Turmes für den Versagensfall Stabilität

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PE-90

Entspannung für die Turmwand

Anschweißteile sind eine wirtschaftliche Lösung zur Befestigung von Turmeinbauten an der Turmwand. Diese Anschweißteile beeinflussen jedoch in der Regel durch schlechte Kerbfälle die Ermüdungsfestigkeit der Turmwand negativ, so dass vergleichsweise höhere Wandstärken erforderlich sind. Noch schlimmer: in der Realität sind die Kerbfälle oft noch schlechter, als man sie nach gültigem Regelwerk annehmen würde.

Wir haben eine innovative aber simple konstruktive Lösung entwickelt, um Anschweißteile so zu gestalten, dass sie die Turmwand so wenig wie möglich beeinflussen. Unsere patentierte Lösung PE90 trägt den Vorteil schon im Namen: wir erreichen damit einen Kerbfall 90 oder besser für die Turmwand. Das spart im Vergleich zu herkömmlichen Anschweißteilen mit Kerbfall 80 viele Tonnen Material im Turm.

Welche Vorteile bieten wir Ihnen?

  • verjüngter Querschnitt des Anschweißteils an der Turmwand
  • die örtlich reduzierte Steifigkeit erhöht die Ermüdungsfestigkeit der Turmwand
  • der Kerbfall 90 lässt sich für verschiedene Geometrien nachweisen
  • wir finden eine optimale Anordnung von Anschweißteilen, um auch große statische Lasten aufnehmen zu können, ohne den Kerbfall zu verschlechtern
  • unser Nachweis des Kerbfalls ist zertifizierungsfähig

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Mögliche Konstruktionen, bei denen das Prinzip von PE-90 angewendet werden kann

Untersuchung des Einflusses von Wärmebehandlung auf die Schweißnahtqualität

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Infografik: das Prinzip von PE-90

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Bauabweichungen

Wir sichern Sie ab!

Trotz hoher Qualitätsstandards und großer Sorgfalt in der Entwicklung, in der Fertigung und auf der Baustelle kommt es manchmal zu unvor-hergesehenen Ereignissen. Eine außergewöhnliche Belastungssituatio-nen führt zu Schäden an Turm und Gründung, der Fußflansch passt nicht auf die bereits einbetonierten Ankerbolzen des Fundamentes und muss aufgebohrt werden, oder es ist ein Fehler im Material durch die Qualitätssicherung gerutscht.
Im Allgemeinen spricht man hier von sogenannten Bauabweichungen.

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Auf der Baustelle oder im Feld, wo der Fehler erkannt wird, sind die Kopfschmerzen dann groß. Kann die Anlage sicher weiterbetrieben oder überhaupt betreten werden? Wie lässt sich die Abweichung möglichst schnell und nachhaltig beheben? Wir begleiten unsere Kunden von der ersten Erfassung der Abweichung über die Bewertung bis hin zur Kontrolle der umgesetzten Maßnahme. Dabei ist es ganz egal, welches Leid Turm oder Gründung erfahren hat. Unsere umfassende Erfahrung in der Bewertung von Strukturen und Schäden im Feld hilft uns, pragmatisch und entschlossen eine für die Abweichung maßgeschneiderte Lösung herbeizuführen.

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• wir erfassen die Bauabweichung quantitativ
• wir schlagen geeignete Mittel zur Messung vor, z.B. zur 3D-Vermessung

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• wir bewerten die Situation: wie ernst ist das Problem
• wir überprüfen die Standsicherheit in Übereinstimmung mit baurechtlichen Bestimmungen
• falls die Standsicherheit nicht mehr gegeben ist, entwickeln wir einer Lösung

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• wir finden je nach Art der Bauabweichung eine maßgeschneiderte Lösung
• die Lösung stellt schnell und möglichst kosteneffizient die sichere
Betriebsfähigkeit der Anlage wieder her

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