建造塔的方法技术

本发明专利技术涉及一种建造塔（2）的方法，该方法包括以下步骤：A：提供升降装置（13），该升降装置包括实现为与塔表面（S）接合的动态接合机构（131、133）；B：将三维打印设备（10）布置在升降装置（13）上；C：致动动态接合机构（131、133）以实现升降装置（13）的竖直升降；D：致动三维打印设备（10）从而使包括至少塔体区（20）的大体上为水平的材料层（L）沉积；E：重复步骤C和D而获得塔结构（2）。本发明专利技术还涉及一种利用这种方法所建造的塔和三维塔打印设备（1）。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种建造塔的方法、塔、和三维塔打印设备。
技术介绍
塔结构是各种用途所必需的，例如用于支撑风力涡轮机机舱，用于电视塔、桥梁支座、高压线塔等。高塔（如风力涡轮机组塔架）可以由在装配塔的地点实行连接的钢部件所制成。然而，钢的价格昂贵，并且塔节必须以高精确度制造从而能够装配塔。钢塔结构的另一个问题是在塔段不发生任何变形或椭圆形变的情况下将塔段运输到装配地点中的困难。因此，这种塔结构现在是使用混凝土而建造，因为混凝土相对较为经济。已知有各种方法。例如，环形塔节可以预制并且运输到装配地点，在该地点通过将塔段堆叠在另一个塔段的顶部上而装配塔。此方法的一个问题是沉重塔节的运输问题。可由混凝土或钢所制成的各塔节的尺寸常常是折中的。大塔节使非常高的塔的快速建造成为可能，但需要特殊的卡车和宽的道路将宽且沉重的塔节运输到装配地点。另一方面，小塔节可以用标准卡车在普通道路上运输，并且可以利用标准吊车将其举起和堆叠。然而，装配过程要花费较长时间因此费用更高，并且由小塔节所制成塔的高度受到了限制。另一个问题是要求用适当地大的吊车将塔节举起到适当位置。尤其是在近海风力涡轮机的情况下，该建造方法会是非常耗时且费用高的。将沉重的塔节举起到适当位置进行装配也是非常危险的过程。因为需要用吊车来堆叠多个塔节，所以塔的高度受到可使用吊车类型的限制。也必须建造适当地大的地基，以便支撑这种大且沉重的吊车。因为风速通常随着在地面或海平面上的高度增加而增大，所以风力涡轮机组塔架的高度与风力涡轮机的功率输出有直接关系。因此，至少在风能发电的领域中，期望建造非常高的塔。需要大吊车的施工工艺并非总是可行的，尤其在近海施工场地的情况下，因为在近海位置为常见的强风会限制最大吊车高度。因此，尤其在近海风力发电场的情况下，上述问题导致了对用已知工艺可以实现的最大塔高度的限制，因此这会限制可以从风中所获取能量的量。在另一个方法中，可以通过以下方法现场浇筑混凝土塔：将混凝土倒入环形模具中，使得其硬化，使模具向上移动，并重复该过程直到塔达到期望的高度。此方法的一个问题是它相对较为耗时因此代价高，因为在可将模具去除之前各浇筑的塔节必须硬化到某种程度。使模具移动并调节其尺寸（从而允许直径的减小）的步骤也是耗时的。而且，大量的人工干预增加了塔的总成本。因此，本专利技术的目的是提供一种建造非常高的塔同时克服已知的塔施工工艺的限制的方法。该目的是通过建造塔的权利要求1的方法、通过权利要求8的塔、和通过权利要求9的三维塔打印设备而实现。根据本专利技术，建造塔的方法包括以下步骤：A：提供升降装置，该升降装置包括实现为实现与塔表面接合的动态接合机构；B：将三维打印设备布置在升降装置上；C：致动动态接合机构以实现升降装置的大体上竖直的升降；D：致动三维打印设备以使至少包括塔体区的大体上为水平的材料层沉积；E：重复步骤C和D而获得塔结构。在本专利技术的上下文中，在增材制造工艺中，三维打印设备添加各层的材料（优选混凝土）从而使塔“长高”。当塔“长高”时，升降装置可以与以前打印的塔表面接合以便使三维打印设备升高或降低。在本专利技术的上下文中，材料层不要求侧向防漏，即三维打印设备使无粘结的或非包容性的层的材料沉积。被打印材料的一致性是使得它具备足够的流态性质以便打印，但也具有足够的粘度以保持其打印形状。优选地，三维打印设备被实现为包括一个或多个机械臂和相应的控制装置，例如工业机械臂装置。根据本专利技术的方法的一个优点（尤其是当把混凝土用作建筑材料时）是可以在基本上没有任何中断的情况下建造塔。在根据本专利技术的方法中，升降装置和三维打印设备大体上自由地相对于塔而悬挂，即，并不借助于脚手架、吊车、构架、吊钩、螺栓、或任何其它永久性或半永久性附接手段将升降装置附接或固定到塔。不同于常规的现场混凝土浇注工艺，无需建造滑模来容纳大体积流态混凝土；也无需暂缓建造过程直到浇筑的塔节已硬化。在已知的工艺中所必需的且当浇筑塔的高度增加时必须使其反复移动的其它模具在这里是不需要的。因此，根据本专利技术的方法非常有利地降低制造成本，因为该方法促成了用三维混凝土打印设备来打印混凝土塔的非常简单、经济的手段。在根据本专利技术的方法中，按照特定的图案施加连续层的材料（优选混凝土）从而形成期望的结构。可以假设：三维打印设备包括给料头，该给料头具有用于以受控制的速度使受控制量的材料沉积的喷嘴或分配器；以及可以以受控制的方式使给料头移动。例如，如果正在使用混凝土建造环形塔节，那么可以对给料头进行控制以确定大体上为圆形的路径，使大体上为水平的层的混凝土沉积从而提供期望的层深度，同时形成塔体区和任何其它所需的区域。在本专利技术的上下文中，术语“大体上为水平的层”不排除打印层具有不平和/或略微倾斜的表面的可能性。而且，通过以螺旋形或螺旋状的方式施加连续层，可以以大体上无缝的方式使各层沉积。“塔体区”应被理解为大体上限定塔体形状的区域。根据本专利技术，利用上述的方法来建造塔。根据本专利技术的塔的一个优点是，与已知的施工工艺相比可以非常迅速地完成塔的建造。而且，本专利技术的“塔打印过程”可以连续地并且基本上独立于天气条件或日时间而实施。根据本专利技术的塔可以非常快速地建造，因此可以与采用现有技术工艺所建造的塔相比明显地更加廉价，因为恶劣的天气条件（如大风）并不会造成问题，这不同于当大风导致大吊车的操作是危险时会需要中断的已知施工程序。利用根据本专利技术的方法，可以从地基高度到最高高度打印整个塔。可替代地，可以利用根据本专利技术的方法通过以前打印好的塔节的堆叠而装配塔。根据本专利技术，三维塔打印设备包括：包括实现为与塔表面接合的动态接合机构的升降装置；用于致动动态接合机构从而实现升降装置的竖直位移的升降控制器；被布置在升降装置上的三维打印设备；和用于致动三维打印设备以便将材料沉积在一系列大体上为水平的层（各层包括至少塔体区）中以获得塔结构的打印控制器。根据本专利技术的三维塔打印设备的一个优点是：该打印装置可以用于在快速建造过程中建造塔节、或者甚至是完整的塔。根据本专利技术的设备易于使用，并且当正在建造塔节或塔时无需额外的吊车或构架来固定该设备，该设备也无需模具来容纳流体材料直到它硬化。本专利技术的特别优选的实施例和特征是由从属权利要求提供，正如在以下的描述中揭示。视情况可将不同权利要求类别的特征加以组合，从而提供本文中未描述的其它实施例。术语“三维打印”与“增材制造”具有相同的含义，并且可互换地使用。在本专利技术的上下文中所使用的三维打印设备可以实现为打印或沉积适合于建造塔的一层的任何材料。在下文中，可假设该三维打印设备实现为用于以受控制的速度沉积或施加受控制量的流态混凝土。基于混凝土拌合物组成、层厚度、环境温度、湿度等，在一定时间之后流态大体积混凝土将硬化。优选地，利用三维混凝土打印设备打印或沉积混凝土的速度是使得以前沉积的层已硬化到仍然允许该层与随后所施加的层粘结的程度。该三维混凝土打印设备可以包括用于分配流态混凝土的一个或多个给料头或喷嘴。例如，可用三个等距离布置的打印头同时地使混凝土层沉积，以便三个嵌套螺旋大体上地组成塔节。在具有相对较大直径且需要相应地大量混凝土的下塔区中使用数个打印头会是有利的。在具有较小直径的较高塔区中，单个打印头可足够了。多个给料头可共用一条共同的供给管路本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种建造塔（2）的方法，所述方法包括以下步骤：A：提供升降装置（13），所述升降装置包括实现为与塔表面（S）接合的动态接合机构（131、133）；B：将三维打印设备（10）布置在所述升降装置（13）上；C：致动所述动态接合机构（131、133）以实现所述升降装置（13）的竖直升降；D：致动所述三维打印设备（10）从而使包括至少塔体区（20）的大体上为水平的材料层（L）沉积；E：重复步骤C和D而获得塔结构（2）。

【技术特征摘要】
2015.07.13 EP 15176546.81.一种建造塔（2）的方法，所述方法包括以下步骤：A：提供升降装置（13），所述升降装置包括实现为与塔表面（S）接合的动态接合机构（131、133）；B：将三维打印设备（10）布置在所述升降装置（13）上；C：致动所述动态接合机构（131、133）以实现所述升降装置（13）的竖直升降；D：致动所述三维打印设备（10）从而使包括至少塔体区（20）的大体上为水平的材料层（L）沉积；E：重复步骤C和D而获得塔结构（2）。2.根据权利要求1所述的方法，包括致动所述三维打印设备（10）从而使若干爬升结构区（21）沉积的步骤，其中爬升结构区（21）的形状被设计成与所述升降装置（13）的所述动态接合机构（131）互补，从而获得包括与所述升降装置（13）的所述动态接合机构（131）接合的爬升结构（S1、S2、S3）的塔结构（2）。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，爬升结构（S1、S2、S3）形成为至少部分地延伸进入所述塔（2）的主体中，并且/或者至少部分地延伸超过所述塔（2）的主体，并且/或者延伸进入所述塔内部（22）。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述升降装置（13）的所述动态接合机构（131）包括若干带齿的轮（131），并且其中爬升结构（S1、S3）形成为包括用于与带齿的轮（131）接合的至少一个带齿齿条（S1、S3）。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述升降装置（13）包括多个竖直布置的带齿的轮（131），并且所述爬升结构（S1、S3）包括相应数量的竖直带齿齿条（S1、S3）。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，爬升结构（S2）包括多个螺旋状螺纹（S2），用以容纳所述升降装置（13）的相应数量的爬升轮。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括致动所述升降装置（13）从而以与以前所施加材料层（L）的硬化时间相对应的速度使所述平...

【专利技术属性】
技术研发人员：H凯勒，R库特，P梅韦斯，
申请(专利权)人：西门子公司，库卡罗伯特有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE