Windkraftanlage mit Fachwerksegment aus faserbewehrten Formholzrohren

Auf dem Firmengelände der STM Montage GmbH in Lunzenau wurde ein innovatives Forschungsprojekt realisiert: Eine Windkraftanlage mit einem Fachwerkturm, dessen oberstes Segment aus glasfaserbewehrten Formholzrohren besteht.

3D-Modell des Fachwerkturms in RSTAB (© TU Dresden)

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Turm mit Fachwerksegment aus faserbewehrten Formholzrohren

Die dünnwandigen Holzrohre haben ein geringes Eigengewicht und besitzen gute dynamische Eigenschaften. Dadurch wird zum einen die Materialeffizienz und das Schwingungsverhalten verbessert, zum anderen wird der Widerstand gegen Materialermüdung erhöht.

Verantwortlich für u. a. den Entwurf und die Bemessung des Fachwerkturms war die Technische Universität Dresden. Bei der Bemessung kam dabei das Stabwerksprogramm RSTAB zum Einsatz.

Konstruktion

Der Fachwerkturm ist insgesamt 32 m hoch und trägt die Windkraftanlage mit einer Leistung von 10 kW. Die untersten ca. 18,5 m der Konstruktion bestehen aus Stahlrohren S235. Darauf wurde das ca. 11 m lange Fachwerksegment mit den Formholzrohren d = 240 mm und Stahlrohrdiagonalen aufgesetzt.

Die Formholzrohre bestehen aus vorverdichteten Holzplatten, die unter Einfluss von Wärme und Wasserdampf in dünnwandige rohrförmige Querschnitte gebogen wurden. Das Institut für Stahl- und Holzbau hat dieses Formholzverfahren entwickelt. Die so hergestellten Bauteile haben eine sehr hohe Tragfähigkeit bei sehr geringem Eigengewicht. Außen wurde zusätzlich eine dünne Schicht aus faserverstärkten Kunststoffen aufgebracht. Dadurch erhöht sich die Druckfestigkeit um bis zu 50 % und zugleich erhält die Konstruktion einen Schutz gegen Bewitterung.

Die Längsstöße der Holzstützen bestehen aus Stahlrohren, an welchen auch die Diagonalen anschließen. Besonderheit dieser Verbindungen ist, dass sie geklebt wurden. Vor deren Einsatz wurden sie von der TU Dresden aufwendig experimentell und numerisch untersucht. Ergebnis der Untersuchungen waren Grenzfestigkeiten für die Anschlüsse, die bei der Berechnung in RSTAB berücksichtigt werden konnten.

Nach der Montage des Fachwerkturms wurden alle Stahlteile und Übergänge zu den Holzrohren mit einen Korrosionsschutzanstrich versehen. Das Forschungsprojekt zeigte, dass sich Formholzrohre sehr gut als tragende Bauteile in schwingungsbeanspruchten Turmtragwerken eignen. Größter Vorteil ist das geringere Eigengewicht gegenüber Stahl und somit die Reduzierung der schwingenden Masse. Bei diesem Projekt konnte das Eigengewicht des obersten Segments um 1,2 Tonnen im Vergleich zum Stahl reduziert werden. Zudem konnten durch die dämpfenden Materialeigenschaften des Holzes Ermüdungseinwirkungen auf die unteren Bauteile verringert werden.

Das Forschungsprojekt wurde durch die Zukunftsinitiative Mittelstand (ZIM) des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi) gefördert.