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Die Kunst des Schalenbaus

Turm als technische Herausforderung

Turbine (von unten) © Schlaich Bergermann und Partner

Bei Aufwindkraftwerken gibt es heute viel Neues im Vergleich zum ersten Prototyp: So liegen die Flügel der Windturbinen heute nicht mehr waagerecht (darauf hätte ein Jumbo Jet Platz), sie haben horizontale Achsen bei Durchmessern von etwa 30 Metern (m) und befinden sich im Umkreis des Schlotes.

Die Lufttemperatur erreicht kurz vor dem Schlot bis zu 100 Grad, was ganz neue Technologien für die Windturbinen und Baumaterialien erforderlich macht. Und warum sollen die Wärme und der Platz unter dem riesigen Glasdach nicht auch anderweitig Nutzen bringen: etwa für Gewächshäuser oder zur Meerwasserentsalzung. Die heutige Glas- und Glasbeschichtungstechnologie bietet unglaublich viele Möglichkeiten.

Die technische Herausforderung bleibt dennoch der Stahlbetonturm, der dem Angriff des Windes und der Eigenlast widerstehen muss, zudem muss der Baugrund das Gewicht des Turmes tragen. Besonders gefährdet sind so genannte Beulfelder, das sind Bereiche des Turmes, die durch Versteifungsringe stabilisiert werden müssen. Der Turm entsteht in Schalenbauweise – und „bei der Schale trägt die Form“.

Stabilitätsanalysen des solaren Aufwindkamins für kombinierte Eigenlast-Wind und Innensog-Belastungen. Instabilitätsdeformationen durchlaufen den gesamten Turm schräg in Richtung der Beanspruchung. Durch Versteifungsringe kann dieses ungünstige Formverhalten verbessert werden. Bereits drei von acht Versteifungsringen verbessern das Formverhalten erheblich und beschränken das Ausbeulen der Schalen nicht nur auf das untere Turmdrittel. Sie heben die niedrigste Beulsicherheit auf das 1,7fache an. © RUB

Dünne Wand muss wie eine dicke tragen

Das heißt, die Kunst des Schalenbaus besteht darin, eine Form zu finden, die der verhältnismäßig dünnen Wand die Tragwirkung einer viel stabileren, dickeren verleiht. Das ist letztlich eine mühselige Arbeit am Computer, mit der Ingenieurwissenschaftler um Professor Wilfried Krätzig für ein Kraftwerk (Turm: 1.000 m, Kollektordurchmesser. 6.000 m) in der Vorplanungsphase erste Ergebnisse lieferten.

Die Werte für einen hohen schlanken Turm müssen möglichst niedrig sein, damit man so wenig wie möglich Beton benötigt – denn alles Material muss hoch hinaus transportiert werden. Zudem müssen die widerstehenden Spannungen in der Schale stärker sein als die Kräfte, die von außen einwirken. Dafür heißt es wiederum, über die ganze Dicke des Turmes von oben bis unten in etwa die gleiche Spannung aufzubauen – das ist hier das Hauptproblem.

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Stand: 29.04.2008

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Schlanke Giganten
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