Die Erfindung betrifft ein Turmbauwerk für eine Windenergieanlage, mit einem Turmschaft, der einen Schaftquerschnitt und eine Längsachse aufweist, sowie mehreren zu einer Längsachse des Turmschafts geneigten Abspannelementen, durch die der Turmschaft zumindest abschnittsweise abgespannt ist, wobei die Abspannelemente an einem von der Längsachse des Turmschafts radial beab- standeten Lasteinleitungspunkt des Turmschafts befestigt sowie radial außerhalb des Turmschafts in einem Baugrund verankert sind, und wobei jedem Abspannelement eine Radialrichtung zugeordnet ist, die in axialer Draufsicht durch einen Flächenschwerpunkt des Schaftquerschnitts und den Lasteinleitungspunkt des jeweiligen Abspannelements festgelegt ist.

Im Bereich der Windkrafttechnik werden häufig eingespannte Kragträger als Turmbauwerke für Windenergieanlagen eingesetzt. Zur Aufnahme der nach unten zunehmenden Biegemomente und zur Aufnahme der Torsion um die Längsachse weiten sich diese Turmbauwerke nach unten hin auf und/oder werden durch zunehmende Material- bzw. Wandstärken für die auftretende Beanspruchung, insbesondere infolge der Biege- und Torsionsmomente bemessen.

In jüngerer Vergangenheit wurden für sehr hohe Turmbauwerke bereits abgespannte Konstruktionen vorgeschlagen, um die Momentenbeanspruchung im Turmschaft zu reduzieren. Diese Bauweise mit in axialer Draufsicht vom Turmschaft radial nach außen verlaufenden Abspannelementen ermöglicht es, die Momente im Turmschaft zu reduzieren, sodass das Turmbauwerk insbesondere im unteren, bodennahen Bereich erheblich schlanker ausgebildet und somit Material eingespart werden kann. Infolge der schlankeren Bauweise sinkt jedoch der Torsionswiderstand des Turmbauwerks, was insbesondere bei ungleichmäßiger Anströmung des Rotors und böigem Wind zu unerwünschten Torsionsschwingungen führt, die insbe- sondere mit den Blatteigenfrequenzen 1 p und 3p der Rotorblätter und mit Corrioliskräften der rotierenden Massen in Konflikt kommen können.

Die Torsionsbeanspruchungen des Turmschafts sind insbesondere bei großen und hohen Windenergieanlagen (installierte Leistung > 2,5 MW, Länge der Rotorblätter > 50 m, Nabenhöhe > 140 m) beachtlich, sodass über die beabsichtigte Anlagenlaufzeit eine Materialermüdung auftreten kann und das Turmbauwerk letztlich aufwendig saniert werden muss.

Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung eines Turmbauwerks für eine Windenergieanlage, das zum einen eine schlanke, materialsparende Konstruk- tion und zum andern eine besonders hohe Torsionssteifigkeit aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Turmbauwerk der eingangs genannten Art, bei dem zumindest einige der Abspannelemente ausgehend von dem jeweils zugeordneten Lasteinleitungspunkt mit der zugeordneten Radialrichtung in axialer Draufsicht einen Winkel einschließen, wobei gilt: 45°< α < 90°, insbesondere 60°< α < 90°.

Durch die radiale Beabstandung des Lasteinleitungspunkts von der Längsachse des Turmschafts sowie die Ausrichtung der Abspannelemente in dem angegebenen Winkelbereich wird sichergestellt, dass Torsionsbeanspruchungen des Turmschafts zumindest teilweise von den Abspannelementen aufgenommen und in den Baugrund abgeleitet werden können. Als Abspannelemente kommen dabei vorzugsweise Zugseile, insbesondere vorgespannte Zugseile aus Stahl zum Einsatz.

Vorzugsweise erstrecken sich die als Abspannelemente verwendeten Zugseile im Wesentlichen linear, das heißt geradlinig von ihren Lasteinleitungs- punkten zu ihren Verankerungspunkten. Diese Verankerungspunkte sind beispielsweise an einem Widerlager ausgebildet, welches die Zugkräfte aus den Abspannelementen in den Baugrund einleitet. Optional kann wenigstens ein Abspannelement mit einem Schwingungsdämpfer gekoppelt sein, insbesondere mit einem Reibdämpfer oder einem Seil zur Schwingungsdämpfung des Abspannelements.

In einer Ausführungsform des Turmbauwerks sind erste Abspannelemente und zweite Abspannelemente vorgesehen, wobei die ersten Abspannelemente eine tangentiale Kraftkomponente in einer ersten Umfangsrichtung und die zweiten Abspannelemente eine tangentiale Kraftkomponente in einer entgegengesetzten zweiten Umfangsrichtung in den Turmschaft einleiten, wobei die Anzahl der ersten Abspannelemente vorzugsweise der Anzahl der zweiten Abspannelemente entspricht. Durch diese Konstruktion können die Abspannelemente sowohl in der ersten Umfangsrichtung als auch in der entgegengesetzten zweiten Umfangsrichtung auf den Turmschaft einwirkende Torsionsbelastungen aufnehmen und gegebenenfalls torsionalen Erregerkräften (dämpfend) entgegenwirken. Bei identischer Anzahl und symmetrischer Ausrichtung der ersten und zweiten Abspannelemente ist sichergestellt, dass sich die über die vorgespannten Abspannelemente in den Turmschaft eingeleiteten Torsionsmomente aufheben, sodass der Turmschaft durch die Vorspannung der Abspannelemente nicht auf Torsion beansprucht wird.

Vorzugsweise bilden zwei Abspannelemente ein Abspannelementepaar, wobei die Abspannelemente eines Abspannelementepaares in axialer Draufsicht aufeinander zu laufen und einen sich zum Turmschaft hin öffnenden Öffnungswinkel ß definieren, wobei gilt: ß < 20°, insbesondere ß < 15°.

Besonders bevorzugt besteht jedes Abspannelementepaar aus einem ersten Abspannelement und einem zweiten Abspannelement, wobei insbesondere drei gleichmäßig über den Schaftumfang verteilte Abspannelementpaare vorgesehen sind.

Zwischen den beiden Lasteinleitungspunkten eines Abspannelementepaars ist eine Verbindungsstrecke definiert, wobei die beiden Abspannelemente des Abspannelementepaars in axialer Draufsicht vorzugsweise symmetrisch zu einer Mittelsenkrechten auf die Verbindungsstrecke angeordnet sind. Auf diese Weise wirkt jedes als vorgespanntes Zugseilpaar ausgeführte Abspannelementepaar im Wesentlichen „torsionsneutral" auf den Turmschaft. Durch eine gleichmäßige Verteilung der Abspannelementepaare über den Schaftumfang wird auch die von den vorgespannten Zugseilen in den Turmschaft eingeleitete Biegebelastung abgetragen, sodass der Turmschaft durch die vorgespannten Abspannelemente insgesamt weder auf Torsion noch auf Biegung beansprucht wird.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Turmbauwerks überkreuzen sich die beiden Abspannelemente eines Abspannelementepaars in axialer Draufsicht. Diese Ausführung der Abspannelementepaare trägt in Bezug auf Biegung und Torsion ebenfalls zu einer erhöhten Turmsteifigkeit bei.

Besonders bevorzugt erstrecken sich die Abspannelemente eines Abspannelementepaars dabei jeweils von ihren Lasteinleitungspunkten zu ihren Ver- ankerungspunkten und sind in ihrem Kreuzungspunkt miteinander gekoppelt. Durch eine solche Kopplung oder Verknüpfung im Kreuzungspunkt wird die freie Spannlänge der Abspannelemente und damit deren Schwingungsanfälligkeit mit geringem Aufwand in vorteilhafter Weise reduziert. Durch windinduzierte Dauerschwingungen im Betrieb des Turmbauwerks werden die Abspannelemente insbesondere im Bereich der Verankerungsstellen stark beansprucht. Eine geringere Schwingungsanfälligkeit der Abspannelemente erhöht folglich deren Lebensdauer und senkt damit die Kosten für den Unterhalt des Turmbauwerks.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist auch denkbar, dass die beiden Abspannelemente eines Abspannelementepaars im Wesentlichen in einem Punkt zusammenlaufen. Im Vergleich zu den obengenannten, überkreuzten Abspannelementen lässt sich das Widerlager in diesem Fall mit geringerem Aufwand fertigen, wobei sich allerdings auch die positive Wirkung auf die Turmstabilität verringert und gegebenenfalls die Schwingungsanfälligkeit erhöht.

Die beiden Abspannelemente eines Abspannelementepaars greifen zur Ver- ankerung im Baugrund vorzugsweise an einem gemeinsamen Widerlager an. Auf diese Weise halbiert sich die Anzahl der für das Turmbauwerk erforderlichen Widerlager. Die damit verbundenen Einsparungen übertreffen dabei in der Regel bei Weitem den Mehraufwand für die größere Dimensionierung der verbleibenden Widerlager, sodass sich insgesamt eine Verringerung des Bauaufwands und der damit verbundenen Kosten ergibt.

In einer weiteren Ausführungsform des Turmbauwerks greift jedes Abspannelement zur Verankerung im Baugrund an einem Widerlager an, wobei das Widerlager wenigstens einen vorgespannten Anker sowie wenigstens einen Fundamentpfahl umfasst. Diese Kombination aus vorgespanntem Anker und Fundamentpfahl ermöglicht eine deutlich stärkere Vorspannung der Abspannelemente und damit eine höhere Steifigkeit in Abspannrichtung. Die stärkere Vorspannung der Abspannelemente trägt wiederum zu einer erhöhten Stabilität und Steifigkeit des Turmbauwerks bei. Infolge der größeren Turmsteifigkeit er- höht sich auch die Eigenfrequenz des Turmbauwerks und entfernt sich dadurch von der Erregerfrequenz des Rotors der Windenergieanlage (1 p und 3p Anregung). Unerwünschte Resonanzeffekte werden dadurch vermieden. Um die Vorspannung der Abspannelemente in gewünschter Weise erhöhen zu können, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die wirksame Verankerungslänge der vorgespannten Anker mehr als 8 m beträgt. Insbesondere umfasst das Widerlager einen Fundamentkörper, an welchem wenigstens ein vorgespannter Anker und wenigstens ein Abspannelement angreifen sowie wenigstens ein Fundamentpfahl befestigt ist. Zwischen einem im Baugrund mit der wirksamen Ver- ankerungslänge von mehr als 8 m verankerten Abschnitt und einer Befestigungsstelle am Fundamentkörper weist der vorgespannte Anker bevorzugt einen un- verankerten, im Wesentlichen gleitend gelagerten Abschnitt auf, der sich durch den Fundamentkörper und/oder den Baugrund erstreckt. Für den vorgespannten Anker ergibt sich somit eine Gesamtlänge von wenigstens 10 m. In einer weiteren Ausführungsform des Turmbauwerks weist der Turmschaft radial nach außen ragende Fortsätze auf, an denen jeweils ein Lasteinleitungspunkt eines Abspannelements ausgebildet ist. Durch diese radialen Fortsätze vergrößert sich in Bezug auf die Torsionsachse des Turmschafts der Hebelarm, mit dem die Abspannelemente einer Torsionsbelastung des Turmschafts entge- genwirken. Folglich ergibt sich bei identischer Zugkraft in den Abspannelementen eine erhöhte Steifigkeit des Turmbauwerks, oder es reicht eine geringere Zugkraft in den Abspannelementen aus, um die gleiche Turmsteifigkeit zu erreichen.

Vorzugsweise ist der Turmschaft zumindest im Bereich der Lasteinleitungspunkte ein Hohlschaft mit einer im Schaftquerschnitt umlaufenden Schaftwand. Die Lasteinleitungspunkte sind dann beispielsweise an der Schaftwand oder nahe der Schaftwand vorgesehen, sodass die Abspannelemente einen ausreichenden Hebelarm aufweisen, um den Torsionsbelastungen des Turmschafts entgegenzuwirken.

Insbesondere kann der Turmschaft zumindest im Bereich der Lasteinleitungs- punkte eine im Schaftquerschnitt kreisringförmige Schaftwand aufweisen, wobei sich die Abspannelemente in axialer Draufsicht im Wesentlichen tangential zur Schaftwand erstrecken. Bei tangentialer Ausrichtung wirken die Abspannelemente einer Torsionsbelastung des Turmschafts am wirksamsten entgegen, wobei geringe Abweichungen von der Tangentialrichtung in der Größenordnung von ± 5° kaum ins Gewicht fallen und ebenfalls noch als „im Wesentlichen tangential" bezeichnet werden.

In einer weiteren Ausführungsform des Turmbauwerks ist der Turmschaft zu- mindest im Bereich der Lasteinleitungspunkte aus Stahlbeton, insbesondere aus Spannbeton hergestellt. Turmschäfte, bei denen jeweils der untere Abschnitt bis wenigstens zu den Lasteinleitungspunkten der Abspannelemente aus Stahlbeton oder Spannbeton hergestellt ist, haben sich insbesondere bei großen und/oder hohen Windenergieanlagen als besonders geeignet herausgestellt. Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Turmbauwerks ist wenigstens ein Abspannelement als Stab ausgebildet, wobei ein solcher Stab einstückig ausgeführt oder aus mehreren Stababschnitten zusammengesetzt sein kann. Ein (gegebenenfalls zusammengesetzter) Stab weist gegenüber einem als Abspannelement verwendeten Zugseil eine größere Eigensteifigkeit (Druck/Biegung) auf und ist daher weniger schwingungsanfällig. Im Betrieb des Turmbauwerks werden die Abspannelemente durch windinduzierte Dauerschwingungen insbesondere im Bereich der Verankerungsstellen stark beansprucht. Eine geringere Schwingungsanfälligkeit der Abspannelemente erhöht folglich deren Lebensdauer und senkt damit die Kosten für den Unterhalt des Turmbauwerks. Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. In diesen zeigen:

- Figur 1 eine schematische Ansicht einer Windenergieanlage mit einem Turmbauwerk gemäß dem Stand der Technik; - Figur 2 einen schematischen Querschnitt durch einen Turmschaft des Turmbauwerks gemäß Figur 1 im Bereich von Lasteinleitungspunkten der Abspannelemente;

- Figur 3 eine schematische Ansicht einer Windenergieanlage mit einem erfindungsgemäßen Turmbauwerk; - Figur 4 einen schematischen Querschnitt durch einen Turmschaft eines erfindungsgemäßen Turmbauwerks in einer ersten Ausführungsform; - Figur 5 einen schematischen Querschnitt durch einen Turmschaft eines erfindungsgemäßen Turmbauwerks in einer zweiten Ausführungsform;

- Figur 6 einen schematischen Querschnitt durch einen Turmschaft eines erfindungsgemäßen Turmbauwerks in einer dritten Ausführungsform; - Figur 7 einen schematischen Querschnitt durch einen Turmschaft eines erfindungsgemäßen Turmbauwerks in einer vierten Ausführungsform;

- Figur 8 einen schematischen Querschnitt durch einen Turmschaft eines erfindungsgemäßen Turmbauwerks in einer fünften Ausführungsform;

- Figur 9 einen schematischen Querschnitt durch einen Turmschaft eines erfindungsgemäßen Turmbauwerks in einer sechsten Ausführungsform;

- Figur 10 ein Abspannelementepaar für das erfindungsgemäße Turmbauwerk in axialer Draufsicht;

- Figur 1 1 ein schematisches Schnittdetail durch ein Widerlager eines Turmbauwerks gemäß dem Stand der Technik; - Figur 12 einen schematischen Detailschnitt durch ein erfindungsgemäßes Turmbauwerk im Bereich eines Widerlagers für Abspannelemente;

- Figur 13 einen schematischen Detailschnitt durch ein erfindungsgemäßes Turmbauwerk im Bereich eines Widerlagers für Abspannelemente gemäß einer weiteren Ausführungsvariante; - Figur 14 einen schematischen Detailschnitt durch ein erfindungsgemäßes Turmbauwerk im Bereich eines Widerlagers für Abspannelemente gemäß einer weiteren Ausführungsvariante;

- Figur 15 einen schematischen Detailschnitt durch ein erfindungsgemäßes Turmbauwerk im Bereich eines Widerlagers für Abspannelemente gemäß einer weiteren Ausführungsvariante;

- Figur 16 ein Abspannelementepaar für das erfindungsgemäße Turmbauwerk in axialer Draufsicht gemäß einer zur Figur 10 alternativen Variante;

- Figur 17 zwei alternative Detailschnitte durch ein aus Stababschnitten zusammengesetztes Abspannelement im Stoßbereich zweier Stababschnitte. Die Figuren 1 und 2 zeigen eine Ansicht bzw. einen Schnitt durch ein aus dem Stand der Technik bekanntes Turmbauwerk 10' für eine Windenergieanlage 12, mit einem Turmschaft 14, der einen Schaftquerschnitt 16 (siehe Figuren 2 bis 8) und eine Längsachse A aufweist, sowie mehreren zur Längsachse A des Turmschafts 14 geneigten Abspannelementen 18', durch die der Turmschaft 14 zumindest abschnittsweise abgespannt ist. Die Abspannelemente 18' sind an einem von der Längsachse A des Turmschafts 14 radial beabstandeten Lasteinleitungspunkt 22' des Turmschafts 14 befestigt sowie radial außerhalb des Turmschafts 14 in einem Baugrund 24 verankert. Ferner ist jedem Abspannele- ment 18' eine Radialrichtung 26 zugeordnet, die in axialer Draufsicht durch einen Flächenschwerpunkt 28 des Schaftquerschnitts 16 und den Lasteinleitungspunkt 22' des jeweiligen Abspannelements 18' festgelegt ist.

Gemäß Figur 1 ist mit dem Bezugszeichen 30' der Verlauf eines über eine Höhe h des Turmbauwerks 10' im Wesentlichen konstanten Schaftquerschnitts 16 und mit dem Bezugszeichen 32' der Verlauf eines über die Höhe h konstanten Torsionsmoments 33 angedeutet, welches an einer Nabe 34 der Windenergieanlage 12 zum Beispiel durch seitliche Luftanströmung oder Windböen eingeleitet wird. Das Bezugszeichen 36' weist schließlich auf den Verlauf einer vom Baugrund 24 aus kontinuierlich und linear zunehmenden Verdrehung bzw. Verformung des Turmschafts 14 durch das Torsionsmoment 33 hin.

Große Torsionsverformungen des Turmschafts 14 können über die geplante Betriebsdauer der Windenergieanlage 12 zu unerwünschten Schwingungen der Windenergieanlage und damit zu einer Materialermüdung sowie unerwünschten Sanierungskosten führen oder erfordern präventiv größere und steifere Schaft- konstruktionen.

Die vergleichsweise großen Bauteilverformungen infolge Torsion kommen insbesondere dadurch zustande, dass lediglich der materialoptimierte und sehr schlanke Turmschaft 14 das Torsionsmoment 33 über ein Schaftfundament 38 in den Baugrund 24 ableitet. Die Abspannelemente 18' sind gemäß Figur 2 im Wesentlichen radial ausgerichtet und liefern daher keinen oder lediglich einen vernachlässigbaren Anteil beim Abtragen des Torsionsmoments 33 in den Baugrund 24. Ausgehend von einem Zustand ohne äußere Torsionseinwirkung (siehe Figur 2, durchgezogene Linien) setzen die in Radialrichtung 26 verlaufenden Abspannelemente 18' einer Verdrehung des Turmschafts 14 (siehe Figur 2, gestrichelte Linien) aufgrund des auf die Nabe 34 wirkenden Torsionsmoments nahezu keinen Widerstand entgegen.

Die Figur 3 zeigt eine Ansicht eines Turmbauwerk 10 für eine Windenergieanlage 12, wobei dieses Turmbauwerk 10 im Unterschied zum bekannten Turmbauwerk 10' gemäß Figur 1 zwischen dem Baugrund 24 und den Lasteinleitungspunkten 22 der Abspannelemente 18, 20 einen deutlich erhöhten Torsionswider- stand aufweist, obwohl die Größe und der konstante Verlauf 30', 30 der Schaftquerschnitte 16 über die Höhe h identisch sind.

Das Turmbauwerk 10 der Windenergieanlage 12 umfasst analog zu Figur 1 den Turmschaft 14 mit dem Schaftquerschnitt 16 (siehe Figuren 4 bis 9) und der Längsachse A, sowie mehrere zur Längsachse A des Turmschafts 14 geneigte sowie zumindest abschnittsweise außenseitig des Turmschafts verlaufende Abspannelemente 18, durch die der Turmschaft 14 zumindest abschnittsweise abgespannt ist, wobei die Abspannelemente 18 an einem von der Längsachse A des Turmschafts 14 radial beabstandeten Lasteinleitungspunkt 22 des Turmschafts 14 befestigt sowie radial außerhalb des Turmschafts 14 im Baugrund 24 verankert sind, und wobei jedem Abspannelement 18 eine Radialrichtung 26 zugeordnet ist, die in axialer Draufsicht durch den Flächenschwerpunkt 28 des Schaftquerschnitts 16 auf Höhe der Lasteinleitungspunkte 22 und den Lasteinleitungspunkt 22 des jeweiligen Abspannelements 18 festgelegt ist.

Im Unterschied zu Figur 1 schließen jedoch zumindest einige der Abspann- elemente 18, 20, vorzugsweise alle Abspannelemente 18, 20, ausgehend von dem jeweils zugeordneten Lasteinleitungspunkt 22 mit der zugeordneten Radialrichtung 26 in axialer Draufsicht einen Winkel α ein, wobei gilt: a) α = 90° oder b) 45°< α < 90°, insbesondere 60°< α < 90° (siehe auch Figuren 4 bis 9). Der angegebene Winkel α ist dabei stets der kleinere der beiden zwischen Radialrichtung 26 und Abspannelement 18, 20 eingeschlossenen Winkel.

Durch die radiale Beabstandung des Lasteinleitungspunkts von der Längsachse des Turmschafts sowie die Ausrichtung der Abspannelemente im Winkelbereich 45°< a < 90°, insbesondere 60°< α < 90° wird sichergestellt, dass Torsionsbeanspruchungen des Turmschafts zusätzlich von den Abspannelementen aufgenommen und in den Baugrund abgeleitet werden können. Dies wird anhand des Verlaufs 32 des im Turmschaft 14 wirkenden Torsionsmoments deutlich, welches auf Höhe der Lasteinleitungspunkte 22 sprunghaft abnimmt und zu einer insgesamt deutlich reduzierten Verformung des Turmschafts 14 führt (siehe Verlauf 36 der Verformung des Turmschafts).

In den Figuren 4 bis 9 sind unterschiedliche Ausführungsformen der am Turmschaft 14 vorgesehenen Lasteinleitungspunkte für die Abspannelemente 18, 20 dargestellt. Die Figur 4 zeigt eine Ausführungsform des Turmbauwerks 10, bei welcher der Turmschafts 14 radial nach außen ragende Fortsätze 40 aufweist, an denen jeweils ein Lasteinleitungspunkt 22 eines Abspannelements 18, 20 ausgebildet ist. Durch diese radialen Fortsätze 40 vergrößert sich in Bezug auf die Torsionsbzw. Längsachse A des Turmschafts 14 der Hebelarm 42, mit dem die Abspann- elemente 18, 20 einer Torsionsbelastung des Turmschafts 14 entgegenwirken.

Die Figur 5 zeigt eine weitere Ausführungsform des Turmbauwerks 10, bei welcher der Turmschaft 14 zumindest im Bereich der Lasteinleitungspunkte 22 ein Hohlschaft mit einer im Schaftquerschnitt 16 umlaufenden Schaftwand 44 ist, wobei die Lasteinleitungspunkte 22 der Abspannelemente 18, 20 an einer radialen Außenseite der Schaftwand 44 ausgebildet sind.

Insbesondere ist die Schaftwand 44 des Turmschafts 14 in Figur 5 zumindest im Bereich der Lasteinleitungspunkte 22 im Schaftquerschnitt 16 kreisringförmig ausgebildet, wobei sich die Abspannelemente 18, 20 in axialer Draufsicht im Wesentlichen tangential zur Schaftwand 44 erstrecken. Bei tangentialer Ausrichtung wirken die Abspannelemente 18, 20 einer Torsionsbelastung des Turmschafts 14 am wirksamsten entgegen, wobei geringe Abweichungen von der Tangential- richtung in der Größenordnung von ± 5° kaum ins Gewicht fallen und ebenfalls noch als„im Wesentlichen tangential" bezeichnet werden.

Die Figur 6 zeigt eine weitere Ausführungsform des Turmbauwerks 10, welche sich von der Ausführungsform gemäß Figur 5 lediglich dadurch unterscheidet, dass die Lasteinleitungspunkte 22 der Abspannelemente 18, 20 an einer radialen Innenseite der Schaftwand 44 ausgebildet sind. Obwohl sich der Hebelarm 42, mit dem die Abspannelemente 18, 20 einer Torsionsbelastung des Turmschafts 14 entgegenwirken, ausgehend von Figur 5 über die Figur 6 zur Figur 7 bei identischem Schaftquerschnitt 16 verringert, reicht der Hebelarm 42 auch in Figur 6 noch aus, um Anteile der Torsionsbe- lastung über die Abspannelemente 18, 20 in den Baugrund abzuleiten.

Die Figur 7 zeigt eine weitere Ausführungsform des Turmbauwerks 10, welche sich von der Ausführungsform gemäß Figur 6 lediglich durch die Querschnittsform des Turmschafts 14 unterscheidet. So können anstelle der bevorzugten kreisförmigen, insbesondere kreisringförmigen Schaftquerschnitte 16 mit einem Außendurchmesser d auch polygonale Turmschäfte 14, insbesondere polygonale Turmschäfte 14 mit hohlem Schaftquerschnitt 16 gemäß Figur 7 zum Einsatz kommen.

Die Figur 8 zeigt eine weitere Ausführungsform des Turmbauwerks 10, bei der zwei Abspannelemente 18, 20 des Turmschafts 14 einstückig ausgebildet sind. Die beiden Abspannelemente 18, 20 gehen im Bereich ihrer Lasteinleitungspunkte 22 ineinander über und werden am Turmschaft 14 umgelenkt. Als gemeinsamer Lasteinleitungspunkt 22 wird in diesem Fall der Mittelpunkt des Anlageabschnitts der Abspannelemente 18, 20 am Turmschaft angesehen.

Bei den obengenannten Ausführungsbeispielen des Turmbauwerks 10 ist der Turmschaft 14 zumindest im Bereich der Lasteinleitungspunkte 22 aus Stahlbeton, insbesondere aus Spannbeton hergestellt. Turmschäfte 14, bei denen jeweils der untere Abschnitt bis wenigstens zu den Lasteinleitungspunkten 22 der Abspannelemente 18, 20 aus Stahlbeton oder Spannbeton hergestellt ist, haben sich insbesondere bei großen und/oder hohen Windenergieanlagen 12 als besonders geeignet herausgestellt.

Gerade bei diesen großen und/oder hohen Windenergieanlagen 12 mit einer installierten Leistung ab 2,5 MW, einer Länge I der Rotorblätter 46 mit I > 50 m sowie einer Nabenhöhe h mit h > 140 m weisen die erfindungsgemäßen Turmschäfte 14 im Übrigen die größten Vorteile auf, da in diesen Fällen die Belas- tungen aus äußeren Torsionsmomenten 33 am größten ist.

Die Figur 9 zeigt schließlich noch eine weitere Ausführungsform des Turmbauwerks 10, welche sich von der Ausführungsform gemäß Figur 7 lediglich durch das Schaftmaterial unterscheidet, wobei der Turmschaft 14 in diesem Fall ein Fachwerk- oder Gittermast ist.

Als Abspannelemente 18, 20 kommen dabei vorzugsweise Zugseile, insbesondere vorgespannte Zugseile aus Stahl zum Einsatz. In allen dargestellten Ausführungsformen des Turmbauwerks 10 sind erste Abspannelemente 18 und zweite Abspannelemente 20 vorgesehen, wobei die ersten Abspannelemente 18 eine tangentiale Kraftkomponente in einer ersten Umfangsrichtung und die zweiten Abspannelemente 20 eine tangentiale Kraftkomponente in einer entgegengesetzten zweiten Umfangsrichtung in den Turmschaft 14 einleiten, wobei die Anzahl der ersten Abspannelemente 18 der Anzahl der zweiten Abspannelemente 20 entspricht.

Durch diese Konstruktion können die Abspannelemente 18, 20 sowohl in der ersten Umfangsrichtung als auch in der entgegengesetzten zweiten Umfangsrichtung auf den Turmschaft 14 einwirkende Torsionsbelastungen aufnehmen. Bei identischer Anzahl und symmetrischer Ausrichtung der ersten und zweiten Abspannelemente 18, 20 ist sichergestellt, dass sich die über die vorgespannten Abspannelemente 18, 20 in den Turmschaft 14 eingeleiteten Torsionsmomente aufheben, sodass der Turmschaft 14 durch die Vorspannung der Abspannelemente 18, 20 nicht auf Torsion beansprucht wird. Die Figur 10 zeigt ein erstes Abspannelement 18 und ein zweites Abspannelement 20 in axialer Draufsicht jeweils zwischen ihren Lasteinleitungspunkten 22 und ihren Verankerungspunkten 48, wobei sich die Abspannelemente 18, 20 von ihren Lasteinleitungspunkten 22 linear zu ihren Verankerungspunkten 48 erstrecken. Die beiden Abspannelemente 18, 20 bilden ein Abspannelementepaar 50, wobei die Abspannelemente 18, 20 des Abspannelementepaares 50 in axialer Draufsicht aufeinander zu laufen und einen sich zum Turmschaft 14 hin öffnenden Öffnungswinkel ß definieren, wobei gilt: ß < 20°, insbesondere ß < 15°.

Insbesondere ist zwischen den beiden Lasteinleitungspunkten 22 des Abspannelementepaars 50 eine Verbindungsstrecke 51 definiert, wobei die beiden Abspannelemente 18, 20 des Abspannelementepaars 50 in axialer Draufsicht symmetrisch zu einer Mittelsenkrechten 52 auf die Verbindungsstrecke 51 angeordnet sind.

Anhand der Figur 10 wird außerdem deutlich, dass sich die beiden Abspannelemente 18, 20 des Abspannelementepaars 50 in axialer Draufsicht über- kreuzen. Diese Ausführung des Abspannelementepaares 50 trägt in Bezug auf Biegung und Torsion zu einer erhöhten Turmsteifigkeit bei. Für einen Abstand zwischen dem Lasteinleitungspunkt 22 und dem Verankerungspunkt 48 eines Abspannelements 18, 20 gilt dabei vorzugsweise Si > 0,5 h, insbesondere Si > 40m und ein Abstand s ₂ zwischen den beiden Verankerungspunkten 48 eines Abspannelementepaares 50 liegt bevorzugt in der Größenordnung s ₂ ~ 0,5 d, insbesondere s ₂ ~ 2-3m. Entsprechend ergibt sich in Bezug auf den Flächenschwerpunkt 28 des Turmschafts 14 eine Ausmittigkeit s ₃ jedes Verankerungspunktes 48 von s ₃ = s ₂ /2. Besonders bevorzugt sind die Abspannelemente 18, 20 des dargestellten Abspannelementepaars 50 im Bereich ihres Kreuzungspunkts 53 miteinander verknüpft, wodurch sich eine maximale freie Schwingungslänge der beiden Abspannelemente 18, 20 ausgehend von einer dem Abstand entsprechenden, ursprünglichen Schwingungslänge jeweils um die Länge s _k auf eine reduzierte Schwingungslänge - s _k verkürzt. Aufgrund der reduzierten freien Schwingungslänge - s _k erhöht sich die Eigenfrequenz der Abspannelemente 18, 20, sodass sich (zum Beispiel bei Windanregung) deren Schwingungsanfälligkeit verringert. Die Verbindung im Kreuzungspunkt 53 führt außerdem zu einer gegenseitigen Schwingungsdämpfung der Abspannelemente 18, 20. Wie in Figur 10 gestrichelt angedeutet, kann zur Verknüpfung der Abspannelemente 18, 20 im Kreuzungspunkt 53 ein Kopplungselement 55 vor- gesehen sein, welches die beiden Abspannelemente 18, 20 zumindest quer zu ihrer jeweiligen Längsrichtung fest miteinander verbindet. Darüber hinaus kann das Kopplungselement 55 die beiden Abspannelemente 18, 20 auch in ihrer jeweiligen Längsrichtung fest miteinander verbinden.

Alternativ ist auch denkbar, dass die beiden Abspannelemente 18, 20 eines Abspannelementepaars 50 im Wesentlichen in einem Verankerungspunkt 48 zusammenlaufen. Im Vergleich zu der überkreuzten Ausführungsvariante lässt sich ein Widerlager 54 der Abspannelemente 18, 20 in diesem Fall mit geringerem Aufwand fertigen, wobei sich allerdings auch die positive Wirkung auf die Turmstabilität verringert. Die freie Schwingungslänge der beiden Abspannelemente 18, 20 entspricht in dieser Ausführungsvariante dem Abstand s- _\ zwischen dem Lasteinleitungspunkt 22 und dem Verankerungspunkt 48 des jeweiligen Abspannelements 18, 20.

Wie in Figur 10 zu sehen, greifen die beiden Abspannelemente 18, 20 eines Abspannelementepaars 50 zur Verankerung im Baugrund 24 vorzugsweise an einem gemeinsamen Widerlager 54 an. Auf diese Weise halbiert sich die Anzahl der für das Turmbauwerk 10 erforderlichen Widerlager 54.

Die Figur 1 1 zeigt ein schematisches Schnittdetail durch ein Widerlager 54' eines Turmbauwerks 10' gemäß dem Stand der Technik, wobei das Widerlager 54' mit Zugankern im Baugrund 24 befestigt ist.

Die Figur 12 zeigt ein schematisches Schnittdetail durch ein Widerlager 54 eines erfindungsgemäßen Turmbauwerks 10 einer Windenergieanlage 12. Dabei greift jedes Abspannelement 18, 20 zur Verankerung im Baugrund 24 an einem Widerlager 54 an, wobei das Widerlager 54 wenigstens einen vorgespannten Anker 56 wie zum Beispiel einen Verpressanker, insbesondere einen GeWi- Anker, sowie wenigstens einen Fundamentpfahl 58, insbesondere einen Bohroder Rammpfahl umfasst.

Aufgrund der Reibung des wenigstens einen Fundamentpfahls 58 können die Anker 56 und damit auch die Abspannelemente 18, 20 gegen den Baugrund 24 vorgespannt werden, ohne dass die zulässige Bodenpressung an der Unterseite des Widerlagers 54 überschritten wird. Die Vorspannung der Abspannelemente 18, 20 trägt wiederum zu einer erhöhten Stabilität und Steifigkeit des Turmbauwerks 10 bei. Infolge der größeren Turmsteifigkeit erhöht sich auch die Eigenfrequenz des Turmbauwerks 10 und entfernt sich dadurch von der Erreger- frequenz des Rotors der Windenergieanlage 12, sodass keine unerwünschten Resonanzeffekte auftreten. Um die Vorspannung der Abspannelemente 18, 20 in gewünschter Weise erhöhen zu können, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die wirksame Verankerungslänge der vorgespannten Anker 56 mehr als 8 m beträgt. Der vorgespannte Anker 56 setzt sich bevorzugt aus einem Ver- ankerungsabschnitt mit der wirksamen Verankerungslänge von mehr als 8 m sowie einem unverankerten Spannabschnitt zusammen, der eine Gleitlagerung aufweist und sich durch den Baugrund 24 und/oder einen Fundamentkörper des Widerlagers 54 erstreckt, sodass sich für den vorgespannten Anker eine Gesamtlänge von wenigstens 10 m ergibt.

Die Figur 13 zeigt eine weitere Variante der Verankerung eines Abspannelements 18, 20, welche sich von der Verankerungsvariante gemäß Figur 12 lediglich dadurch unterscheidet, dass im Widerlager 54 kein Hohlraum 60 zum Spannen oder Nachjustieren der Abspannelemente 18, 20 vorgesehen werden muss, sondern das Spannen der Abspannelemente 18, 20 an einem Koppelstoß

61 erfolgt.

Die Figur 14 zeigt eine weitere Variante der Verankerung eines Abspann- elements 18, 20, welche sich von der Verankerungsvariante gemäß Figur 13 lediglich durch die Ausrichtung der Anker 56 sowie des Fundamentpfahls 58 unterscheidet. Diese Verankerungsvariante ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Gründung des Turmbauwerks 10 nahe einer Grundstücksgrenze 59 erfolgt, die nicht überbaut werden darf. Die Figur 15 zeigt schließlich eine weitere Verankerungsvariante für die Abspannelemente 18, 20, bei welcher die Tragfähigkeit eines festen Baugrunds 62 (z.B. Fels) ausgenutzt wird. Der wenigstens eine Fundamentpfahl 58 wird in diesem Fall vorzugsweise als Fundamentplatte oberhalb des festen Baugrunds

62 ausgeführt und auf Biegung beansprucht. Optional kann zusätzlich eine Auflast 64 vorgesehen werden, um die zulässige Zugbeanspruchung des

Widerlagers 54 zu erhöhen.

Analog zu Figur 10 ist in Figur 16 ein Abspannelementepaar 50 dargestellt, bei dem die Abspannelemente 18, 20 jedoch nicht als Zugseile, sondern als Stäbe ausgeführt sind, um die Schwingungsanfälligkeit der Abspannelemente 18, 20 zu verringern. Konkret sind die Stäbe in Längsrichtung aus mehreren separaten Stababschnitten 66 zusammengesetzt, wobei in Längsrichtung benachbarte Stababschnitte 66 fest miteinander verbunden sind.

Gemäß Figur 16 treffen im Bereich des Kreuzungspunkts 53 der Abspannelemente 18, 20 eines Abspannelementepaars 50 jeweils zwei Stababschnitte 66 des ersten und zweiten Abspannelements 18, 20 aufeinander, wobei im Kreuzungspunkt 53 ein als Kopplungskreuz ausgebildetes Kopplungselement 55 vorgesehen ist, welches zwei benachbarte Stababschnitte 66 des ersten Abspannelements 18, zwei axial benachbarte Stababschnitte 66 des zweiten Abspannelements 20 sowie darüber hinaus auch die beiden Abspannelemente 18, 20 fest miteinander verbindet. Die maximale freie Schwingungslänge der beiden Abspannelemente 18, 20 verkürzt sich dementsprechend auf eine Länge Si - S _k , sodass sich die Schwingungsanfälligkeit der Abspannelemente 18, 20 verringert.

Ein Stoßbereich 68 zwischen einem Stababschnitt 66 und dem Kopplungselement 55 kann dabei analog zu einem Stoßbereich 68 zwischen zwei Stababschnitten 66 ausgeführt sein, wie er in Figur 17 dargestellt ist.

Die Figur 17 zeigt zwei alternative Ausführungsvarianten für die Stoßbereiche 68. Dabei sind die entgegengesetzten Enden der Stababschnitte 66 mit einem (z.B. gerollten) konischen Außengewinde 70 bzw. einem komplementären (z.B. gerollten) konischen Innengewinde 72 mit Überstand 74 ausgeführt. Eine solche konische Verschraubung mit Überstand 74 ist in Bezug auf Lateralschwingungen besonders ermüdungsarm und trägt somit zu einer besonders langlebigen und zuverlässigen Verbindung der Stababschnitte 66 im Stoßbereich 68 bei.