EP3963138A1 - Verbindung bei gründungen - Google Patents

Verbindung bei gründungen

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Publication number
EP3963138A1
EP3963138A1 EP20713541.9A EP20713541A EP3963138A1 EP 3963138 A1 EP3963138 A1 EP 3963138A1 EP 20713541 A EP20713541 A EP 20713541A EP 3963138 A1 EP3963138 A1 EP 3963138A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
elements
sleeve
foundation
peg
tubular
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP20713541.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Daniel Bartminn
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
RWE Renewables Europe and Australia GmbH
Original Assignee
RWE Renewables GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by RWE Renewables GmbH filed Critical RWE Renewables GmbH
Publication of EP3963138A1 publication Critical patent/EP3963138A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D5/00—Bulkheads, piles, or other structural elements specially adapted to foundation engineering
    • E02D5/22—Piles
    • E02D5/52—Piles composed of separable parts, e.g. telescopic tubes ; Piles composed of segments
    • E02D5/523—Piles composed of separable parts, e.g. telescopic tubes ; Piles composed of segments composed of segments
    • E02D5/526—Connection means between pile segments
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D27/00—Foundations as substructures
    • E02D27/32—Foundations for special purposes
    • E02D27/42—Foundations for poles, masts or chimneys
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D27/00—Foundations as substructures
    • E02D27/32—Foundations for special purposes
    • E02D27/52—Submerged foundations, i.e. submerged in open water
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B10/00—Integration of renewable energy sources in buildings
    • Y02B10/30—Wind power
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/728—Onshore wind turbines

Definitions

  • the invention relates to a foundation, e.g. B. a pile, for the foundation and / or anchoring of structures, in particular onshore or offshore structures.
  • Transition piece connected to each other. Due to economies of scale and ovalization effects, which cause deformation from longitudinal bending from circular to oval, in pipes with large diameters that are stressed both axially and by bending, damage has occurred in a large number of such foundations, especially in connections without welded shear ribs.
  • pretensioned screw connections have therefore also increasingly been used in the recent past.
  • this type of connection comes up against technical limits, for example in the case of turbine sizes of a wind energy installation with an output of 12 MW and more.
  • screw connections require considerable maintenance work over their lifetime in order to achieve the required
  • Flange connections have been developed e.g. B. for M36 / M42 screws, and now even up to M72 screws are used. You can also use this type of connection problems arise if the pile is bent. Furthermore, such flange connections are also maintenance-intensive.
  • a foundation comprising:
  • first element is connectable to the second element such that the first element and the second element are substantially the same
  • first element and the second element lying one above the other together form an elongated element
  • the first element at one end has at least three sleeve-like elements for receiving at least three peg-like elements
  • the second element has the at least three peg-like elements at one end, and when the at least three peg-like elements engage in the at least three sleeve-like elements a binding agent arranged between the respective inner wall of the at least three sleeve-like elements and the respective outer wall of the at least three pin-like elements and / or by frictional engagement between at least one part of the respective inner wall of the at least three sleeve-like elements (3a-3h) and at least one part the each outer wall of the at least three peg-like elements (4a-4h) can be held non-detachably.
  • a structure which comprises a physical foundation according to the first aspect.
  • Pipe diameters can absorb greater stresses than connections with larger pipe diameters.
  • the subject matter is based on the knowledge to distribute loads over several such peg-like elements, which are connected in particular over the entire circumference of a tubular element (e.g. an MP), which is connected to another tubular element (e.g. in TP) are to be distributed.
  • a tubular element e.g. an MP
  • another tubular element e.g. in TP
  • peg-like elements engage in
  • tubular elements are arranged a. In this way, occurring loads can be transferred to a large number of "smaller" connections.
  • Each of these formed connections is then, for example, less loaded with regard to axial and bending forces than a singular connection, such as a flange connection in the comparison case for the respective pin-like elements (e.g. pin) and
  • first and the second element are tubular.
  • tubular element is primarily used. It goes without saying that the first and the second element can, however, also have a shape deviating from a tubular shape, for example oval, rectangular, to name just a few non-limiting examples .
  • the foundation comprises or consists, for example, of one or more tubular elements (e.g. tubular segments). Forming one or more tubular elements for example a pile (also known as a foundation pile or monopile).
  • a structure e.g. offshore and / or onshore can be arranged at the end of the foundation pointing upwards.
  • the foundation can for example be in the form of sheet pile walls, sheet pile profiles, in the form of piles, in particular foundation piles for, for example, monopiles or, for example, in the form of, in particular, tubular profiles.
  • An offshore and / or onshore structure is, for example, a wind energy installation, an oil rig, a production platform, a transformer and / or
  • the combination “and / or” in the sense that it is, for example, an “offshore and / or onshore structure” includes, in particular, a structure that is founded with more than one pile, for example comprises more than one concrete foundation, for example one pile being onshore and another pile of the same structure being offshore.
  • the first tubular element represents, for example, a lower tubular segment of a foundation.
  • at an end directed or facing towards another tubular element of the foundation at least three sleeve-like elements (e.g. tubes, tubular sleeves, or the like) are arranged.
  • the second tubular element represents, for example, an upper tubular segment of a foundation arranged above the first tubular element.
  • peg-like elements e.g. peg-like tubes, rods, threaded rods, or like.
  • the at least three sleeve-like elements and / or the at least three peg-like elements are permanently connected to the corresponding tubular element of the foundation (e.g. welded on).
  • the peg-like elements (e.g. pegs) and / or the sleeve-like elements (e.g. sleeves) can also be attached to the other Element be arranged.
  • both one or more peg-like elements (e.g. pegs) and one or more sleeve-like elements (e.g. sleeves) can be or are arranged on the first and / or second element in accordance with all aspects .
  • the direction of longitudinal extent extends essentially in the vertical direction.
  • the first tubular element and the second tubular element are then arranged lying one above the other in a state established between them.
  • the at least three sleeve-like elements are designed in such a way that one of the at least three peg-like elements can be received in their respective cavity.
  • a binding agent is arranged that in the joined state between the first and the second tubular element is in direct contact both between a respective one
  • peg-like element of the second tubular element as well as a respective sleeve-like element of the first tubular element is a so-called grooved connection between a peg-like element and a sleeve-like element can be produced, for example, by means of the binding agent.
  • a pin-like element is held in a non-detachable manner in such a sleeve-like element by means of the binding agent.
  • inseparable in the sense of the present subject matter is understood to mean a connection between two elements, in particular a tangible peg-like element and a tangible sleeve-like element, in which the connection can only be detached again by means of additional aids, such as a cutting and / or demolition tool, so so that the elements making the connection cannot resume their original state when the connection made is broken.
  • additional aids such as a cutting and / or demolition tool
  • a peg-like element z. B. peg
  • a peg-like element z. B. peg
  • a peg-like element z. B. peg
  • a sleeve-like element e.g. sleeve
  • a friction lock without the need for potting (e.g. offshore).
  • first and the second tubular element are each a large tube or tube segment and each have many (at least three) small tubes (in the case of a sleeve-like element), or plungers, rods, conical bodies (e.g. mandrels) or the like (in the case of a peg-like element).
  • the latter are each inserted, for example, into a corresponding plurality (at least three) of smaller tubes.
  • an objective non-releasable connection can then be established via the binder, e.g. B. by means of a grouting of the pin-like elements within the sleeve-like elements.
  • An exemplary embodiment according to all aspects of the present invention provides that the second element can be arranged above the first element.
  • first tubular element can be the upper element in the arranged state instead of the second tubular element sometimes make it difficult to fill in binder.
  • an exemplary embodiment according to all aspects of the present invention provides that the second element comprises at least part of a structure at its free end that cannot be connected to the first element.
  • the first or the second (e.g. tubular) element is, for example, an MP (monopile).
  • the second or the first tubular is then, for example, a TP (transition piece).
  • the second tubular element (or the first tubular element for the latter alternative disclosed above) can be a tubular element which is arranged on a structure to be founded.
  • a connection is established between the first and the second tubular element.
  • This connection then exists, for example, between a monopile and an overlying platform of a structure to be founded.
  • this connection between two elements of a pile, e.g. B. exist between an element of an MP and a TP.
  • An exemplary embodiment according to all aspects of the present invention provides that the at least three sleeve-like elements and / or the at least three peg-like elements are inextricably arranged at the respective end of the first element and / or the second element.
  • the at least three peg-like elements are located on an upper pipe segment, in particular the second (e.g. tubular) element, towards the lower termination in the arranged state
  • the at least three sleeve-like elements are, for example, welded to a lower pipe segment, in particular the first (e.g. tubular) element, in the arranged state at its upper end.
  • Each of the at least three sleeve-like elements is designed to be open at least on one side (for example towards the top). This is guaranteed for pipe sleeves, for example.
  • each of the at least three sleeve-like elements can each receive at least one peg-like element of the second tubular element (here the upper tubular segment).
  • the foundation or the first and the second tubular element comprises at least three sleeve-like or pin-like elements, since fewer than three of these elements when there is an acting load such. B. by bending around a (e.g. imaginary)
  • An exemplary embodiment according to all aspects of the present invention provides that the at least three sleeve-like elements and / or the at least three pin-like elements are each arranged on the end edge of the first element and / or the second element, so that their respective longitudinal direction is essentially parallel runs to the longitudinal direction of the first element and / or the second element.
  • the direction of longitudinal extension of the first (e.g. tubular) element runs in the sense of the article "substantially” parallel to the longitudinal extension direction of the second (e.g. tubular) element.
  • first and / or the second element have, for example, a respective wall thickness of approximately 40 mm or more.
  • a wall thickness With such a wall thickness, the at least three peg-like elements or the at least three sleeve-like elements can easily be connected to the respective element (e.g. non-detachable).
  • the binding agent is a casting material (e.g. a suspension such as a cement suspension) so that the at least three peg-like elements can be routed within the at least three sleeve-like elements.
  • a casting material e.g. a suspension such as a cement suspension
  • An exemplary embodiment according to all aspects of the present invention provides that the binding agent is arranged in each of the at least three sleeve-like elements before the first element and the second element are brought together, and a reaction of the binding agent is triggered when the first element and the second element are brought together, so that the Binder hardens after joining.
  • the binding agent is, for example, a potting material.
  • the binding agent is prepared, for example, in such a way that it can be used before the first (e.g.
  • tubular element is prepared with the second (e.g. tubular) element in the form of a charge.
  • the binder is for example with an airtight and / or
  • waterproof cover has such a shape that it can be introduced into the cavity of a sleeve-like element (suitably). Will connect produced between the first tubular element and the second tubular element, when brought together, for example, each of the at least three peg-like elements pierces the cover of the binding agent that was previously (before
  • the connection between the first and the second tubular element was introduced into each of the at least three sleeve-like elements.
  • the respective peg-like elements pierce the binding agent, so that air and / or water and / or another reactant then penetrates and the binding agent hardens.
  • the binding agent enclosed by means of an (for example airtight) cover is, for example, in the form of cartridges which can be inserted into each of the sleeve-like elements.
  • the (z. B. airtight) cover ensures that, for example, the binding agent before merging z. B. cannot cure.
  • a peg-like element pierces through the airtight cover, for example, so that only then does the binding agent come into contact with water and / or another reaction partner such as oxygen (air) and hardening of the binding agent is or is set in motion as a reaction to the piercing .
  • each of the at least three sleeve-like elements has a diameter of less than or equal to 1 m.
  • Each of the sleeve-like and pin-like elements itself has, for example, a diameter of less than 1 m (seen as an absolute size).
  • the background to this is that the highest stability of a connection produced by means of the binder can then be achieved.
  • the peg-like elements each have a diameter which is smaller than the diameter of that sleeve-like element in which the respective peg-like element is received or can be received.
  • a pin-like element can for example have a diameter of about 40 mm, so that the sleeve-like element then has an inner diameter between the inner walls of a respective sleeve-like element, which is correspondingly larger to accommodate a pin-like element.
  • any of the at least three pin-like elements can be designed as a mandrel, which can be accommodated accordingly in a sleeve-like element each designed as a tube.
  • An exemplary embodiment according to all aspects of the present invention provides that at least one (alternatively: the majority, or all) of the at least three peg-like elements is a threaded rod or a reinforcing bar.
  • a pin-like element is, for example, alternatively as a threaded rod or as a
  • Threaded rod or cone-like element designed as a reinforcing rod has a diameter of about 10 cm or less.
  • An exemplary embodiment according to all aspects of the present invention provides that the at least three sleeve-like elements are each spaced from one another.
  • Counterparts can also be spaced apart. For example, between the respective sleeve-like elements or pin-like elements
  • Spacers can be provided which, for example, enable safe storage or safe transport of the first or second tubular element. Immediately before or after the introduction of binding agent, e.g. B. in the case of greening, the respective spacers can be removed again. The spacers are consequently
  • peg-like elements can also be arranged between the sleeve-like elements within the intended distance when the first element is joined to the second element.
  • An exemplary embodiment according to all aspects of the present invention provides that the at least three sleeve-like elements are each in contact with one another. This configuration makes it unnecessary to use spacers disclosed above, for example. At the same time, this embodiment represents, for example, the maximum possible number of peg-like or sleeve-like elements used. It is understood that the possible number of peg-like or sleeve-like elements is different.
  • An exemplary embodiment according to all aspects of the present invention provides that at least two of the three sleeve-like elements have a different length, so that bringing the first element and the second element together is facilitated.
  • the sleeve-like elements protrude to different degrees, for example. This makes threading easier, for example, when establishing a connection between the first and the second (for example tubular) element. It goes without saying that at least one sleeve-like element or at least one peg-like element projects further than the other sleeve-like elements encompassed by the first or second tubular element
  • An exemplary embodiment according to all aspects of the present invention provides that at least one of the at least three peg-like elements has a diameter that is larger than the inner diameter of at least two of the at least three sleeve-like elements, so that such a predefined orientation of the first element relative to the second element is realized when the two elements are brought together.
  • a predefined orientation between the first and the second (e.g. tubular) element should be ensured. This can e.g. B. result during assembly. For example, due to one or more cable pull-in holes that have to be aligned in a certain direction, a predefined orientation may be required.
  • An exemplary embodiment according to all aspects of the present invention provides that each of the at least three sleeve-like elements has an elastic bearing as a bottom, so that the respective sleeve-like element is sealed off at the bottom.
  • elastic bearings for example, are embedded for temporarily placing the pin-like elements.
  • These bearings can, for example, absorb the dead load that results from the second element when it is brought together, for example before or during the cementing, and which must be diverted into the (lower) first element.
  • the bearings close off a respective sleeve-like element at the bottom, so that the respective sleeve-like elements are thereby largely sealed off. This may be necessary for grout work, for example
  • An exemplary embodiment according to all aspects of the present invention provides that one or more sleeve-like elements of the at least three sleeve-like elements and one or more pin-like elements of the at least three pin-like elements are arranged on the first element as well as on the second element.
  • the first element and the second element each comprise a pin-like element and a sleeve-like element, which are arranged side by side and alternating. If, for example, the first element is connected to the second element, the peg-like elements comprised by the first element each engage in sleeve-like elements comprised by the second element. Furthermore, the pin-like elements comprised by the second element each engage in sleeve-like elements comprised by the first element.
  • 1a, b show a schematic representation of an exemplary embodiment of one
  • FIG. 1a, b each illustrate a schematic representation of an exemplary embodiment of an objective foundation.
  • the foundation G shown in FIGS. 1 a, b comprises a first, lower tubular element 1 and a second, upper tubular element 2.
  • the first tubular element 1 can be connected to the second tubular element 2.
  • the foundation G is in the present case a monopile, also referred to as a pile.
  • the direction of longitudinal extension of both tubular elements 1 and 2 runs essentially in the vertical direction after the connection has been established.
  • the foundation G can have a third, fourth, n-th tubular element, so that the foundation G can accordingly have a large number of specific tubular elements.
  • the tubular elements in this case each correspondingly designed, at least three sleeve-like elements (analogous to the sleeve-like elements 3a-h) and the engaging counterparts at least three pin-like elements (analogous to the
  • the first tubular element 1 has at one end 5b at least three sleeve-like elements 3a-3h for receiving at least three pin-like elements 4a-4h.
  • the first tubular element comprises eight sleeve-like elements 3a-3h.
  • the second tubular element 2 in the present case has eight peg-like elements 4a-h.
  • the peg-like elements 4a-h are arranged at the end 5a of the second tubular element 2.
  • a binding agent 6 is inserted between the respective inner wall of the sleeve-like elements 3a-3h and the outer wall of the peg-like elements 4a-4h (see also Fig. 2a). inserted or introduced.
  • the binding agent is, for example, a suspension so that the peg-like elements 4a-4h are grounded within the sleeve-like elements 3a-3h.
  • first tubular element 1 and the second tubular element are non-detachably held together.
  • the connecting area comprising the sleeve-like elements 3a-3h and the pin-like elements 4a-4h can be provided with a casing 7, e.g. B. be enclosed in an apron solution.
  • the casing can be designed in two parts, as can be seen in FIG. 1a.
  • a first part 7-1 of the casing 7 can be connected to a second part 7-2 of the casing 7.
  • 2a-d each illustrate a schematic representation of an exemplary embodiment of an objective foundation, with a detailed recording of an objective foundation being shown in the merged state.
  • 2a-d show the state in which the peg-like elements 4 are arranged completely within the sleeve-like elements 3 (e.g. according to FIG. 1).
  • a binder 6, for. B. arranged a suspension is within the respective sleeve-like elements 3 .
  • Binder 6 establishes a connection between a respective peg-like element 4 and a respective sleeve-like element 3 in a non-detachable manner in the sense of the object.
  • FIG. 2a illustrates that a respective peg-like element 4 has a smaller outer diameter D2 than an inner diameter D1 of a sleeve-like element 3.
  • the peg-like element 4 has such a smaller outer diameter D2 than that
  • the outer diameter D2 is so smaller than the inner diameter D1 of the sleeve-like element 3, so that there is still binding agent 6 over the entire length of the area of the pin-like element 3 received in the sleeve-like element 4 between the (complete) outer wall of the pin-like element 3 and the inner wall of the sleeve-like element 3 can be arranged or is arranged.
  • the sleeve-like elements 3 are arranged on an inner wall of the first element 1 in such a way that they rest with an outer edge on the inner wall of the first element 1.
  • the sleeve-like elements identified by way of example in FIG. 2b and in the present case with the reference numerals 3a-e, are arranged on the first element 1 in such a way that they are not spaced apart (cf. distance A in FIG. 2a) .
  • the sleeve-like elements 3a-3e are consequently arranged directly adjacent to one another.
  • FIG. 2c shows an embodiment in which the peg-like elements 4a-4h are arranged on the inside of the second element 2.
  • the sleeve-like elements (the visible sleeve-like elements are identified in FIG. 2c with the reference numerals 3a-3e) are also arranged on the first element 1 in such a way that they are at least partially separated from the first
  • Elements 1 protrude. This configuration makes it possible, for example, that no additional casing (for example casing 7 of FIG. 1) is required.
  • the sleeve-like elements 3a-3e and the pin-like elements 4a-4h are encased or covered by a lower section of the second element 2.
  • This region of the second element 2 is also provided with the reference number 7 in FIG. 2 c to underline the same function as the apron solution shown in FIG. 1.
  • Fig. 2d shows a further embodiment of an objective foundation.
  • the sleeve-like elements 3 are arranged on an end edge of the first element 1 in such a way that the sleeve-like elements protrude both outwards and inwards over the end edge of the first element 1.
  • the pin-like elements 4 arranged on the second element have a diameter D2 such that a frictional connection between such
  • peg-like element 4 and a sleeve-like element 3 having a substantially identical inside diameter D1 can be produced or produced in the joined state. It goes without saying that such a frictional connection between at least one sleeve-like element and at least one peg-like element can also be used on one of the further exemplary embodiments shown in FIGS. 2a-c
  • Method steps can be implemented in various ways, for example an implementation in software (by program instructions), hardware or a

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Abstract

Eine Verbindung zweier Pfahlsegmente, umfassend ein erstes Element (1) und ein zweites Element (2), wobei das erste Element (1) mit dem zweiten Element (2) derart verbindbar ist, dass sie im Wesentlichen dieselbe Längserstreckungsrichtung aufweisen, wobei die Längserstreckungsrichtung beider Elemente (1, 2) im Wesentlichen in vertikaler Richtung verläuft, und wobei das erste Element (1) und das zweite Element (2) übereinander liegend zusammen ein verlängertes Element ausbilden, wobei das erste Element an einem Ende mindestens drei hülsenartige Elemente (3, 3a-h) zur Aufnahme von mindestens drei zapfenartigen Elementen (4, 4a-h) aufweist, wobei das zweite Element (2) die mindestens drei zapfenartigen Elemente (4, 4a-h) an einem Ende aufweist, und wobei bei Eingriff der mindestens drei zapfenartigen Elemente (4, 4a-h) in die mindestens drei hülsenartigen Elemente (3, 3a-h) über ein zwischen der jeweils inneren Wandung der mindestens drei hülsenartigen Elemente (3, 3a-h) und der jeweils äußeren Wandung der mindestens drei zapfenartigen Elemente (4, 4a-h) angeordnetes Bindemittel zwischen wenigstens einem Teil der jeweils inneren Wandung der mindestens drei hülsenartigen Elemente (3, 3a-h) und wenigstens einem Teil der jeweils äußeren Wandung der mindestens drei zapfenartigen Elemente (4, 4a-h) unlösbar halterbar sind.

Description

Verbindung bei Gründungen
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Gründung, z. B. einen Pfahl, zur Gründung und/oder Verankerung von Bauwerken, insbesondere von Onshore- bzw. Offshore-Bauwerken.
Hintergrund der Erfindung
Bei der Herstellung und Errichtung von Onshore- bzw. Offshore Strukturen wie Öl- und Gas- Plattformen, Wind-Turbinen oder Umspannstationen, sowie auch anderen turmartigen Bauwerken ist es erforderlich, z. B. Rohrsegmente der Gründung miteinander (z. B.
kraftschlüssig) zu verbinden.
Die Mehrheit aller derartigen Fundamente wurde traditionell durch einen sogenannten Grouted Joint im Übergang zwischen MP (Monopile) zu TP (Transition Piecerein
Übergangsstück) miteinander verbunden. Durch Skaleneffekte und Ovalisierungseffekte, die eine Verformung aus Längsbiegen von kreisförmig zu oval hervorrufen, bei Rohren mit großen Durchmessern die sowohl axial wie durch Biegung beansprucht werden, sind bei einer Vielzahl von solchen Fundamenten Schadensfälle aufgetreten, insbesondere bei Verbindungen ohne aufgeschweißte Schubrippen.
Als Alternative zu derartigen Grouted Joints wurden daher in jüngster Vergangenheit auch vermehrt vorgespannte Schraubverbindungen eingesetzt Diese Art von Verbindungen stoßen jedoch beispielsweise bei Turbinengrößen einer Windenergieanlage mit einer Leistung von 12 MW und mehr an technische Grenzen. Schraubverbindungen bedürfen darüber hinaus über die Lebenszeit nicht unerhebliche Wartungsarb eiten, um die erforderliche
Vorspannkraft zu überprüfen bzw. zu gewährleisten.
Auch Flanschverbindungen stoßen bei größeren Anlagen an Ihre Grenzen. Derartige
Flanschverbindungen wurden entwickelt z. B. für M36/M42 Schrauben, und mittlerweile werden sogar bis zu M72 Schrauben eingesetzt. Auch bei dieser Art von Verbindungen können bei Biegung des Pfahls Probleme entstehen. Ferner sind derartige Flanschverbindungen zudem ebenfalls Wartungsintensiv.
Allgemeine Beschreibung einiger beispielhafter Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung
Nachteilig ist, dass bekannte Verbindungen bei Gründungen wartungsintensiv sind.
Es wäre wünschenswert, die vorstehend beschriebenen Probleme bzw. Nachteile im
Zusammenhang z. B. mit Ovalisierungseffekten und/oder kombinierter Biege- und
Axialbeanspruchung zu vermindern, und insbesondere eine Möglichkeit bereitzustellen, um eine kostengünstige Verbindungsvariante zu finden, die wartungsarm bzw. vorteilhafterweise wartungsfrei ist.
Gemäß einem ersten beispielhaften Aspekt der Erfindung wird eine Gründung vorgeschlagen, umfassend:
ein erstes Element; und
ein zweites Element,
wobei das erste Element mit dem zweiten Element derart verbindbar ist, dass das erste Element und das zweite Element im Wesentlichen dieselbe
Längserstreckungsrichtung aufweisen,
wobei die Längserstreckungsrichtung beider Elemente im Wesentlichen in vertikaler Richtung verläuft, und
wobei das erste Element und das zweite Element übereinander liegend zusammen ein verlängertes Element ausbilden,
wobei das erste Element an einem Ende mindestens drei hülsenartige Elemente zur Aufnahme von mindestens drei zapfenartigen Elementen aufweist, wobei das zweite Element die mindestens drei zapfenartigen Elemente an einem Ende aufweist, und wobei bei Eingriff der mindestens drei zapfenartigen Elemente in die mindestens drei hülsenartigen Elemente über ein zwischen der jeweils inneren Wandung der mindestens drei hülsenartigen Elemente und der jeweils äußeren Wandung der mindestens drei zapfenartigen Elemente angeordnetes Bindemittel und/oder durch Reibschluss zwischen wenigstens einem Teil der jeweils inneren Wandung der mindestens drei hülsenartigen Elemente (3a-3h) und wenigstens einem Teil der jeweils äußeren Wandung der mindestens drei zapfenartigen Elemente (4a-4h) unlösbar halterbar sind.
Gemäß einem zweiten beispielhaften Aspekt der Erfindung wird ein Bauwerk offenbart, das eine gegenständliche Gründung nach dem ersten Aspekt umfasst.
Diese zwei Aspekte der vorliegenden Erfindung weisen u.a. die nachfolgend beschriebenen - teilweise beispielhaften - Eigenschaften auf.
Es hat sich herausgestellt, dass (z. B. konzentrisch) mit einem Bindemittel (z. B. im Rahmen eines Vergroutens) versehene Rohr- und Zapfenverbindungen mit kleineren
Rohrdurchmessern größere Spannungen als Verbindungen mit größeren Rohrdurchmessern aufnehmen können.
Entsprechend liegt dem Gegenstand die Erkenntnis zugrunde, Lasten auf mehrere solcher zapfenartigen Elemente zu verteilen, die insbesondere über den gesamten Umfang eines rohrförmigen Elements (z. B. ein MP), das mit einem weiteren rohrförmigen Elemente (z. B. in TP) verbunden werden soll, verteilt sind. Diese zapfenartige Elemente greifen in
entsprechende und mehrere hülsenartige Elemente, die an dem zu verbindenden
rohrförmigen Elemente angeordnet sind ein. Derart können auftretende Lasten auf eine Vielzahl von„kleineren" Verbindungen übertragen werden. Jede einzelne dieser ausgebildeten Verbindungen ist dann z. B. weniger gegenüber Axial- und Biegekräften belastet als dies eine singuläre Verbindung, wie etwa eine Flanschverbindung im Vergleichsfall ist. Somit verringern sich für die jeweiligen zapfenartigen Elemente (z. B. Zapfen) und
Rohrverbindungen die Ovalisierungseffekte relativ zu den Ovalisierungseffekten des ersten und zweiten Elements z. B. aufgrund von Momenten-Beanspruchungen der Gesamtstruktur.
Insbesondere sind das erste sowie das zweite Element rohrförmig. Im Folgenden wird der Begriff„rohrförmiges Element" primär verwendet. Es versteht sich, dass das erste und das zweite Element jedoch auch von einer Rohrform abweichende Form aufweisen kann, z. B. oval, rechteckig, um nur einige nicht-limitierende Beispiele zu nennen.
Die Gründung umfasst oder besteht beispielsweise aus einem oder mehreren rohrförmigen Elementen (z. B. Rohrsegmente). Das eine oder die mehreren rohrförmigen Elemente bilden beispielsweise einen Pfahl (auch als Gründungspfahl oder Monopfahl bezeichnet) aus. Am nach oben gerichteten Ende der Gründung ist ein (z. B. Offshore und/oder Onshore) Bauwerk anordenbar.
Die Gründung kann beispielsweise in Form von Spundwänden, Spundprofilen, in Form von Pfählen, insbesondere Gründungspfählen für beispielsweise Monopiles oder beispielsweise in Form von insbesondere rohrförmig gestalteten Profilen vorliegen.
Bei einem Offshore und/oder Onshore Bauwerk handelt es sich beispielsweise um eine Windenergieanlage, eine Bohrinsel, eine Förderplattform, eine Umspann- und/oder
Forschungsplattform, eine Pipeline, oder eine Kombination hiervon, um nur einige nicht- limitierende Beispiele zu nennen.
Die Kombination„und/oder" im dem Sinne, dass es sich beispielsweise um ein„Offshore- und/oder Onshore Bauwerk“ handelt, umfasst insbesondere ein Bauwerk, welches z. B. mit mehr als einem Pfahl gegründet ist, also z. B. mehr als eine gegenständliche Gründung umfasst, wobei sich beispielsweise ein Pfahl Onshore, und ein weiterer Pfahl desselben Bauwerks Offshore befindet.
Das erste rohrförmige Element stellt beispielsweise ein unteres Rohrsegment einer Gründung dar. An einem zu einem weiteren rohrförmigen Element der Gründung hin gerichteten bzw. zugewandten Endes sind mindestens drei hülsenartige Elemente (z. B. Rohre, Rohrhülsen, oder dergleichen) angeordnet.
Das zweite rohrförmige Element stellt beispielsweise ein oberhalb des ersten rohrförmigen Elementes angeordnetes oberes Rohrsegment einer Gründung dar. An einem zu dem ersten rohrförmigen Element gerichteten bzw. zugewandten Ende hin sind mindestens drei zapfenartige Elemente (z. B. zapfenähnliche Rohre, Stangen, Gewindestangen, oder dergleichen) angeordnet.
Die mindestens drei hülsenartigen Elemente und/oder die mindestens drei zapfenartigen Elemente sind unlösbar mit dem entsprechenden rohrförmigen Element der Gründung verbunden (z. B. angeschweißt). Selbstverständlich können die zapfenartigen Elemente (z. B. Zapfen) und/oder die hülsenartigen Elemente (z. B. Hülsen) auch an dem jeweils anderen Element angeordnet sein. Auch kann in einer beispielhaften Ausgestaltung nach allen Aspekten an dem ersten und/oder zweiten Element sowohl ein oder mehrere zapfenartige Elemente (z. B. Zapfen) als auch ein oder mehrere hülsenartige Elemente (z. B. Hülsen) angeordnet sein bzw. sind angeordnet.
Im angeordneten Zustand zwischen dem ersten und dem zweiten rohrförmigen Element weisen das erste rohrförmige Element und das zweite rohrförmige Element dieselbe
Längserstreckungsrichtung auf. Zusammen bilden diese ein längeres (z. B. rohrförmiges) Element aus, das sich aus der jeweiligen Länge des ersten und des zweiten rohrförmigen Elements zusammensetzt.
Die Längserstreckungsrichtung erstreckt sich im Wesentlichen in vertikaler Richtung. Hierbei sind dann das erste rohrförmige Element und das zweite rohrförmige Element übereinander liegend angeordnet im eine Verbindung zwischen diesen hergestellten Zustand.
Die mindestens drei hülsenartigen Elemente sind derart ausgebildet, dass in deren jeweiligen Hohlraum die Aufnahme von jeweils einem der mindestens drei zapfenartigen Elemente möglich ist.
Innerhalb eines jeden der mindestens drei hülsenartigen Elemente ist ein Bindemittel angeordnet, dass im zusammengefügten Zustand zwischen dem ersten und dem zweiten rohrförmigen Element unmittelbar in Kontakt sowohl zwischen einem jeweiligen
zapfenartigen Element von dem zweiten rohrförmigen Element als auch einem jeweiligen hülsenartigen Element von dem ersten rohrförmigen Element ist Mittels des Bindemittels ist beispielsweise eine sogenannte Groutverbindung zwischen einem zapfenartigen Element und einem hülsenartigen Element herstellbar. Dabei ist ein derartiges zapfenartiges Element mittels des Bindemittels unlösbar in einem derartigen hülsenartigen Element gehaltert. Unter dem Begriff unlösbar im Sinne des vorliegenden Gegenstands wird eine Verbindung zwischen zwei Elementen, insbesondere einem gegenständlichen zapfenartigen Element und einem gegenständlichen hülsenartigen Element verstanden, bei die Verbindung lediglich mittels zusätzlicher Hilfsmittel, wie etwa einem Schneid- und/oder Abbruchwerkzeug wieder lösbar ist, so dass die die Verbindung herstellenden Elemente also nicht ihren ursprünglichen Zustand beim Trennen der hergestellten Verbindung wieder einnehmen können. Im Gegensatz hierzu sind beispielsweise Schraubverbindungen als nur ein nicht-limitierendes Beispiel zu nennen.
Alternativ oder zusätzlich können ein zapfenartiges Element (z. B. Zapfen) und ein
hülsenartiges Element (z. B. Hülse) über einen (z. B. passgenauen) Reibverschluss mit einander verbunden sein, ohne dass ein Vergrouten (z. B. Offshore) notwendig wäre.
Entsprechend sind das erste und das zweite rohrförmige Element jeweils ein großes Rohr bzw. Rohrsegment, und weisen jeweils viele (mindestens drei) kleine Rohre (im Falle eines hülsenartigen Elements), bzw. Stößel, Stangen, konusförmige Körper (z. B. Dorne) oder dergleichen (im Falle eines zapfenartigen Elements) auf. Die letzteren werden jeweils beispielsweise in eine entsprechende Vielzahl (mindestens drei) von kleineren Rohren eingeführt. Anschließend kann über das Bindemittel dann jeweils eine gegenständliche unlösbare Verbindung hergestellt werden, z. B. mittels eines Vergroutens der zapfenartigen Elemente innerhalb der hülsenartigen Elemente.
Eine beispielhafte Ausgestaltung nach allen Aspekten der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass das zweite Element oberhalb des ersten Elementes anordenbar ist.
Dies erleichtert beispielsweise ein Einfüllen von Bindemittel, da die mindestens drei hülsenartigen Elemente mit ihrer„Einfüllöffnung" nach oben hin ausgerichtet sind. Es versteht sich, dass das erste rohrförmige Element anstelle des zweiten rohrförmigen Elements das im angeordneten Zustand obere Element sein kann. Dies kann mitunter das Einfüllen von Bindemittel erschweren.
Eine beispielhafte Ausgestaltung nach allen Aspekten der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass das zweite Element an seinem freien, nicht mit dem ersten Element verbindbaren Ende zumindest einen Teil eines Bauwerks umfasst.
Das erste oder das zweite (z. B. rohrförmige) Element ist beispielsweise ein MP (Monopile). Das zweite oder das erste rohrförmige ist dann beispielsweise ein TP (Transition Piece). Alternativ kann das zweite rohrförmige Element (oder das erste rohrförmige Element für vorstehend offenbarte letztere Alternative) ein rohrförmiges Element sein, das an einem zu gründenden Bauwerk angeordnet ist. Entsprechend ist im angeordneten Zustand zwischen dem ersten und dem zweiten rohrförmigen Element eine Verbindung hergestellt Diese Verbindung besteht dann beispielsweise zwischen einem Monopfahl und einer darüber liegenden Plattform eines zu gründenden Bauwerks. Alternativ kann diese Verbindung zwischen zwei Elementen eines Pfahls, z. B. zwischen einem Element eines MPs und einem TP bestehen.
Eine beispielhafte Ausgestaltung nach allen Aspekten der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass die mindestens drei hülsenartigen Elemente und/oder die mindestens drei zapfenartige Elemente unlösbar an dem jeweiligen Ende des ersten Elementes und/oder des zweiten Elementes angeordnet sind.
An einem oberen Rohrsegment, insbesondere das zweite (z. B. rohrförmige) Element, zum im angeordneten Zustand unteren Abschluss hin sind die mindestens drei zapfenartigen
Elemente (z. B. in Form von zapfenähnlichen Rohren) beispielsweise angeschweißt.
An einem unteren Rohrsegment, insbesondere das erste (z. B. rohrförmige) Element, im angeordneten Zustand an dessen oberen Ende sind die mindestens drei hülsenartigen Elemente (z. B. Rohre) beispielsweise angeschweißt. Jedes der mindestens drei hülsenartigen Elemente ist zumindest an einer Seite (z. B. nach oben hin) offen ausgebildet. Dies ist beispielsweise bei Rohrhülsen gewährleistet. Derart kann beispielsweise jedes der mindestens drei hülsenartigen Elemente jeweils zumindest ein zapfenartiges Element des zweiten rohrförmigen Elements (hier das obere Rohrsegment) aufnehmen.
Gegenständlich umfasst die Gründung bzw. das erste und das zweite rohrförmige Element mindestens drei hülsenartige bzw. zapfenartige Elemente, da weniger als drei von diesen Elemente bei einer einwirkenden Last z. B. durch Biegung um eine (z. B. gedachte)
Verbindungsachse von nur zwei hülsenartigen Elementen (z. B. Hülsen) diese nicht (mehr) richtig abgetragen können.
Eine beispielhafte Ausgestaltung nach allen Aspekten der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass die mindestens drei hülsenartigen Elemente und/oder die mindestens drei zapfenartige Elemente jeweils an der Stirnkante des ersten Elementes und/oder des zweiten Elementes angeordnet sind, so dass deren jeweilige Längserstreckungsrichtung im Wesentlichen parallel zu der Längserstreckungsrichtung des ersten Elementes und/oder des zweiten Elementes verläuft.
Die Längserstreckungsrichtung des ersten (z. B. rohrförmigen) Elementes verläuft im Sinne des Gegenstands„im Wesentlichen" parallel zu der Längserstreckungsrichtung des zweiten (z.
B. rohrförmigen) Elementes, und vice versa, wenn die beiden rohrförmigen Elemente im verbundenen Zustand ein (z. B. rohrförmiges) Element ausbilden. Durch einwirkende Lasten, die beispielsweise zu einer Biegung des ersten und/oder des zweiten rohrförmigen Elementes führen können, kann es dazu kommen, dass die jeweiligen Längserstreckungsrichtungen nicht exakt parallel zueinander verlaufen.
Eine beispielhafte Ausgestaltung nach allen Aspekten der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass das erste und/oder das zweite Element beispielsweise eine jeweilige Wanddicke von etwa 40mm, oder mehr haben. Bei einer derartigen Wanddicke können die mindestens drei zapfenartigen Elemente bzw. die mindestens drei hülsenartigen Elemente einfach mit dem jeweiligen Element (z. B. unlösbar) verbunden werden.
Eine beispielhafte Ausgestaltung nach allen Aspekten der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass das Bindemittel ein Vergussmaterial (z. B. eine Suspension, wie eine Zementsuspension) ist, so dass die mindestens drei zapfenartigen Elemente innerhalb der mindestens drei hülsenartigen Elemente vergroutbar sind.
Eine beispielhafte Ausgestaltung nach allen Aspekten der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass das Bindemittel vor einem Zusammenführen von dem ersten Element und dem zweiten Element in jedem der mindestens drei hülsenartigen Elemente angeordnet ist, und bei dem Zusammenführen eine Reaktion des Bindemittels getriggert ist, so dass das Bindemittel nach dem Zusammenführen aushärtet.
Das Bindemittel ist beispielsweise ein Vergussmaterial. Das Bindemittel ist beispielsweise derart vorbereitet, dass es vor dem Zusammenführen bzw. Verbinden des ersten (z. B.
rohrförmigen) Elements mit dem zweiten (z. B. rohrförmigen) Element in Form einer Ladung vorbereitet ist. Das Bindemittel ist beispielsweise mit einer luftdichten und/oder
wasserdichten Abdeckung versehen und weist eine derartige Form auf, dass es in den Hohlraum eines hülsenartigen Elements (passend) einbringbar ist. Wird eine Verbindung zwischen dem ersten rohrförmigen Element und dem zweiten rohrförmigen Element hergestellt, durchsticht beim Zusammenführen beispielsweise ein jedes der mindestens drei zapfenartigen Elemente die Abdeckung des Bindemittels, das jeweils zuvor (vor dem
Herstellen der Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten rohrförmigen Element) in jedes der mindestens drei hülsenartigen Elemente eingebracht wurde. Die jeweiligen zapfenartigen Elemente stechen in das Bindemittel ein, so dass dann Luft und/oder Wasser und/oder ein anderer Reaktionspartner eindringt, und das Bindemittel aushärtet. Dies macht beispielsweise ein herkömmliches Vergrouten vor Ort überflüssig. Das Bindemittel umschlossen mittels einer (z. B. luftdichten) Abdeckung ist beispielsweise in Form von Patronen, die in ein jedes der hülsenartigen Elemente einführbar sind.
Die (z. B. luftdichte) Abdeckung sorgt dabei dafür, dass beispielsweise das Bindemittel vor dem Zusammenführen z. B. nicht aushärten kann. Beim Zusammenführen durchsticht ein zapfenartiges Element beispielsweise die luftdichte Abdeckung, so dass dann erst das Bindemittel in Kontakt mit Wasser und/oder einem anderen Reaktionspartner wie Sauerstoff (Luft) kommt und ein Aushärten des Bindemittels als Reaktion auf das Einstechen in Gang gesetzt wird bzw. ist.
Eine beispielhafte Ausgestaltung nach allen Aspekten der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass jedes der mindestens drei hülsenartigen Elemente einen Durchmesser von kleiner oder gleich 1 m aufweist.
Ein jedes der hülsenartigen und zapfenartigen Elemente hat selber beispielsweise einen Durchmesser kleiner als 1 m (als absolute Größe gesehen). Der Hintergrund hierfür ist, dass dann die höchste Stabilität einer mittels des Bindemittels hergestellten Verbindung realisiert werden kann. Es versteht sich, dass die zapfenartigen Elemente jeweils einen Durchmesser aufweisen, der kleiner ist als der Durchmesser desjenigen hülsenartigen Elements, in das das. jeweilige zapfenartige Element aufgenommen wird bzw. aufnehmbar ist.
Ein zapfenartiges Element kann beispielsweise einen Durchmesser von etwa 40 mm aufweisen, so dass das hülsenartige Element dann einen Innendurchmesser zwischen den inneren Wandungen eines jeweiligen hülsenartigen Elements aufweist, der zur Aufnahme eines zapfenartigen Elements entsprechend größer ist. Beispielsweise kann ein jedes der mindestens drei zapfenartigen Elemente als Dorn ausgebildet sein, die entsprechend in einem jeweils als Rohr ausgebildeten hülsenartigen Element aufnehmbar sind.
Eine beispielhafte Ausgestaltung nach allen Aspekten der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass zumindest eines (alternativ: die Mehrzahl, oder alle) der mindestens drei zapfenartigen Elemente eine Gewindestange oder ein Bewehrungsstab ist.
Ein zapfenartiges Element ist beispielsweise alternativ als Gewindestangen oder als
Bewehrungsstab ausgebildet. Es könnten dann im Extremfall hunderte solcher zapfenartigen Elemente an einem Element angeordnet sein. Beispielsweise weist ein jedes des als
Gewindestange oder als Bewehrungsstab ausgebildeten zapfenartigen Elements einen Durchmesser von etwa 10 cm, oder weniger auf.
Eine beispielhafte Ausgestaltung nach allen Aspekten der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass die mindestens drei hülsenartigen Elemente jeweils voneinander beabstandet sind.
Für den Fall, dass die mindestens drei hülsenartigen Elemente jeweils voneinander beabstandet sind, versteht es sich, dass die jeweiligen zapfenartigen Elemente als
Gegenstücke ebenfalls voneinander beabstandet sein können. Beispielsweise können zwischen den jeweiligen hülsenartigen Elementen bzw. zapfenartigen Elementen
Abstandhalter vorgesehen sein, die beispielsweise eine sichere Lagerung bzw. einen sicheren Transport des ersten bzw. zweiten rohrförmigen Elementes ermöglichen. Unmittelbar vor oder nach einem erfolgten Einführen von Bindemittel, z. B. bei einem Vergrouten, können die jeweiligen Abstandhalter wieder entfernt werden. Die Abstandhalter sind folglich
beispielsweise lösbar zwischen den hülsenartigen bzw. zapfenartigen Elementen angeordnet.
Für den Fall, dass zwischen benachbarten hülsenartigen Elementen jeweils ein Abstand vorhanden ist, können auch zapfenartige Element im zusammengefügten Zustand des ersten Elements mit dem zweiten Element zwischen den hülsenartigen Elementen innerhalb des vorgesehenen Abstands angeordnet sein.
Eine beispielhafte Ausgestaltung nach allen Aspekten der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass die mindestens drei hülsenartigen Elemente jeweils in Kontakt miteinander sind. Diese Ausgestaltung macht beispielsweise ein Verwenden von vorstehend offenbarten Abstandhaltern nicht notwendig. Gleichzeitig stellt diese Ausgestaltung beispielsweise die maximal mögliche Anzahl von verwendeten zapfenartigen bzw. hülsenartigen Elementen dar. Es versteht sich, dass sich die mögliche Anzahl von zapfenartigen bzw. hülsenartigen
Elementen zum einen durch den jeweiligen Durchmesser der zapfenartigen bzw.
hülsenartigen Elemente und zum anderen durch den Umfang des verwendeten ersten bzw. zweiten Elements ergibt.
Eine beispielhafte Ausgestaltung nach allen Aspekten der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass zumindest zwei der drei hülsenartigen Elemente eine unterschiedliche Länge aufweisen, so dass ein Zusammenfuhren des ersten Elementes und des zweiten Elementes erleichtert ist.
Die hülsenartigen Elemente kragen beispielsweise unterschiedlich weit hervor. Dies erleichtert beispielsweise ein Einfädeln beim Herstellen einer Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten (z. B. rohrförmigen) Element. Es versteht sich, dass mindestens ein hülsenartiges Element bzw. mindestens ein zapfenartiges Element weiter hervor kragt, als die übrigen von dem ersten bzw. zweiten rohrförmigen Element umfassten hülsenartigen
Elemente bzw. zapfenartigen Elemente. Es kann auch eine Abstaffelung von unterschiedlich weit hervor kragenden hülsenartigen Elementen bzw. zapfenartigen Elementen realisiert sein. Dies ermöglicht ferner beispielsweise nachstehend offenbarte Sicherstellung einer
Orientierung beim Zusammenführen von dem ersten und dem zweiten r ohrför migen Element.
Eine beispielhafte Ausgestaltung nach allen Aspekten der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass mindestens eines der mindestens drei zapfenartigen Elemente einen Durchmesser aufweist, der größer ist als der Innendurchmesser von mindestens zwei der mindestens drei hülsenartigen Elemente, so dass derart eine vordefinierte Orientierung des ersten Elementes gegenüber dem zweiten Element bei einem Zusammenführen der beiden Elemente realisiert ist.
In bestimmten Anwendungsfallen sollte eine vordefmierte Orientierung zwischen dem ersten und dem zweiten (z. B. rohrförmigen) Element sichergestellt werden. Dies kann sich z. B. bei der Montage ergeben. Z. B. bedingt durch ein oder mehrere Kabeleinzugslöcher, die in eine bestimmte Richtung ausgerichtet sein müssen, kann eine vordefinierte Orientierung erforderlich sein. Eine beispielhafte Ausgestaltung nach allen Aspekten der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass jede der mindestens drei hülsenartigen Elemente ein elastisches Lager als Boden aufweist, so dass das jeweilige hülsenartige Element nach unten hin abgedichtet ist.
Im Boden der jeweiligen hülsenartigen Elemente (z. B. an den hülsenartigen Elementes des unteren Rohrs bzw. ersten rohrförmigen Elementes) sind beispielsweise elastische Lager zum temporären Aufsetzen der zapfenartigen Elemente eingelassen. Diese Lager können beispielsweise die Eigenlast, die sich beim Zusammenführen beispielsweise vor bzw. während eines Vergroutens aus dem zweiten Elemente ergibt, und die ins (untere) erste Element abgeleitet werden muss, aufnehmen. Ferner schließen die Lager ein jeweiliges hülsenartiges Element nach unten hin ab, so dass die jeweiligen hülsenartigen Elemente hierdurch weitestgehend abgedichtet sind. Dies kann beispielsweise für Groutarbeiten erforderlich sein
Eine beispielhafte Ausgestaltung nach allen Aspekten der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass an dem ersten Element als auch an dem zweiten Element sowohl ein oder mehrere hülsenartige Elemente der mindestens drei hülsenartigen Elemente als auch ein oder mehrere zapfenartige Elemente der mindestens drei zapfenartigen Elemente angeordnet sind.
Beispielsweise umfassen das erste Element und das zweite Elemente jeweils ein zapfenartiges Element und ein hülsenartiges Element, die nebeneinanderliegend und alternierend angeordnet sind. Wenn nun beispielsweise das erste Element mit dem zweiten Element verbunden ist, greifen jeweils die von dem ersten Element umfassten zapfenartigen Elemente in von dem zweiten Element umfasste hülsenartige Elemente ein. Ferner greifen jeweils die von dem zweiten Element umfassten zapfenartigen Elemente in von dem ersten Element umfasste hülsenartige Elemente ein.
Weitere vorteilhafte beispielhafte Ausgestaltungen sind der folgenden detaillierten
Beschreibung einiger beispielhafter Ausführungsformen, insbesondere in Verbindung mit den Figuren, zu entnehmen. Die Figuren sollen jedoch nur dem Zwecke der Verdeutlichung, nicht aber zur Bestimmung des Schutzbereiches dienen. Die Figuren sind nicht maßstabsgetreu und sollen lediglich das allgemeine Konzept beispielhaft widerspiegeln. Insbesondere sollen Merkmale, die in den Figuren enthalten sind, keineswegs als notwendiger Bestandteil erachtet werden. Kurze Beschreibung der Figuren
In der Zeichnung zeigt
Fig. 1a, b eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausgestaltung von einer
gegenständlichen Gründung in einer Explosionsdarstellung und einer perspektivischen Darstellung und
Fig. 2a-d jeweils eine Detailaufnahme einer gegenständlichen Gründung umfassend
unterschiedliche Ausgestaltungen von hülsenartigen und zapfenartigen Elementen im zusammengeführten Zustand.
Detaillierte Beschreibung einiger beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung
Der vorliegende Gegenstand wird im Folgenden anhand von beispielhaften
Ausführungsformen beschrieben.
Fig. 1a, b illustrieren jeweils eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausgestaltung von einer gegenständlichen Gründung.
Die in Fig. 1a, b dargestellte Gründung G umfasst ein erstes, unteres rohrförmiges Element 1, und ein zweites, oberes rohrförmiges Element 2.
Das erste rohrförmige Element 1 ist mit dem zweiten rohrförmigen Element 2 verbindbar. Wenn die Verbindung zwischen dem ersten rohrförmigen Element 1 und dem zweiten rohrförmigen Element 2 hergestellt ist, weisen diese jeweils im Wesentlichen dieselbe Längserstreckungsrichtung auf. Die Gründung G ist vorliegend ein Monopile, auch als Pfahl bezeichnet. Die Längserstreckungsrichtung beider rohrförmiger Elemente 1 und 2 verläuft nach dem Herstellen der Verbindung im Wesentlichen in vertikaler Richtung.
Wie schematisch angedeutet ist, bilden das erste rohrförmige Element 1 und das zweite rohrförmige Element 2 übereinander liegend, also nach dem Herstellen einer Verbindung zwischen diesen wie in Fig. 1b dargestellt, zusammen ein verlängertes rohrförmiges Element aus. Es versteht sich, dass nach diesem Prinzip die Gründung G ein drittes, viertes, n-tes rohrförmiges Element aufweisen kann, so dass entsprechend die Gründung G eine Vielzahl von gegenständlichen rohrförmigen Elementen aufweisen kann. Es versteht sich ferner, dass die rohrförmigen Elemente in diesem Fall dann jeweils entsprechend ausgebildete, mindestens drei hülsenartige Element (analog zu den hülsenartigen Elementen 3a-h) und die eingreifenden Gegenstücke mindestens drei zapfenartige Elemente (analog zu den
zapfenartigen Elementen 4a-h) aufweisen.
Das erste rohrförmige Element 1 weist an einem Ende 5b mindestens drei hülsenartige Elemente 3a-3h zur Aufnahme von mindestens drei zapfenartigen Elementen 4a-4h auf. Vorliegend umfasst das erste rohrförmige Element acht hülsenartige Elemente 3a-3h.
Entsprechend weist das zweite rohrförmige Element 2 vorliegend acht zapfenartige Elemente 4a-h auf. Die zapfenartigen Elemente 4a-h sind an dem Ende 5a des zweiten rohrförmigen Elements 2 angeordnet.
Bei einem Eingriff der zapfenartigen Elemente 4a-4h in die hülsenartigen Elemente 3a-3h ist zwischen der jeweils inneren Wandung der hülsenartigen Elemente 3a-3h und der jeweils äußeren Wandung der zapfenartigen Elemente 4a-4h ein Bindemittel 6 (vgl. auch Fig. 2a) eingefügt bzw. eingebracht. Das Bindemittel ist beispielsweise eine Suspension, so dass die zapfenartigen Elemente 4a-4h innerhalb der hülsenartigen Elemente 3a-3h vergroutet sind.
Ist das Vergrouten abgeschlossen, ist eine Verbindung zwischen dem ersten rohrförmigen Element 1 und dem zweiten rohrförmigen Element derart hergestellt, dass diese miteinander unlösbar gehaltert sind.
Nach dem Zusammenführen des ersten Elements 1 und des zweiten Elements 2 kann der Verbindungsbereich aufweisend die hülsenartigen Elemente 3a-3h und die zapfenartigen Elemente 4a-4h mit einer Ummantelung 7, z. B. eine Schürzenlösung umschlossen sein.
Beispielsweise kann die Ummantelung zweiteilig ausgebildet sein, wie in Fig. 1a zu erkennen ist. Ein erster Teil 7-1 der Ummantelung 7 ist mit einem zweiten Teil 7-2 der Ummantelung 7 verbindbar.
Derart kann eine kostengünstige Verbindung von zwei Elementen einer Gründung realisiert sein, die wartungsarm bzw. wartungsfrei ist.
Fig. 2a-d illustrieren jeweils eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausgestaltung von einer gegenständlichen Gründung, wobei eine Detailaufnahme einer gegenständlichen Gründung im zusammengeführten Zustand gezeigt ist. Fig, 2a-d zeigen den Zustand, wonach die zapfenartigen Elemente 4 vollständig innerhalb der hülsenartigen Elemente 3 (z. B. nach Fig. 1) angeordnet sind. Innerhalb der jeweiligen hülsenartigen Elemente 3 ist ein Bindemittel 6, z. B. eine Suspension angeordnet. Das
Bindemittel 6 stellt eine Verbindung zwischen einem jeweiligen zapfenartigen Element 4, und einem jeweiligen hülsenartigen Element 3unlösbar im Sinne des Gegenstands her.
In Fig. 2a sind die hülsenartigen Elemente 3 mit einem Abstand A zu einander angeordnet, und stehen somit nicht unmittelbar in Kontakt miteinander. Ferner ist in Fig. 2a illustriert, dass ein jeweiliges zapfenartiges Element 4 einen geringeren Außendurchmesser D2 aufweist, als ein Innendurchmesser D1 eines hülsenartigen Elements 3. Vorliegend weist das zapfenartige Element 4 einen derart geringeren Außendurchmesser D2 als der
Innendurchmesser D1 des von dem hülsenartigen Element 3 ausgebildeten Hohlraums, so dass das zapfenartige Element 4h in dem hülsenartigen Element 3h aufgenommen werden kann. Zudem ist der Außendurchmesser D2 derart geringer als der Innendurchmesse D1 des hülsenartigen Elements 3, so dass noch Bindemittel 6 über die gesamte Länge des in dem hülsenartigen Element 4 aufgenommenen Bereichs des zapfenartigen Elementes 3 zwischen der (vollständigen) äußeren Wandung des zapfenartigen Elementes 3 und der inneren Wandung des hülsenartigen Elementes 3 angeordnet werden kann bzw. angeordnet ist.
Gleiches gilt für die übrigen Verbindungen zwischen weiteren zapfenartigen Elementen und hülsenartigen Elementen in identischer Weise.
Die hülsenartigen Elemente 3 sind derart an einer inneren Wandung des ersten Elements 1 angeordnet, dass diese mit einer Außenkante an der inneren Wandung des ersten Elements 1 anliegen.
Im Gegensatz zu Fig. 2a sind die hülsenartigen Elemente, in Fig. 2b und vorliegend mit den Bezugszeichen 3a -3e exemplarisch gekennzeichnet, derart an dem ersten Element 1 angeordnet, dass diese keinen Abstand (vgl. Abstand A in Fig. 2a) zueinander aufweisen. Die hülsenartigen Elemente 3a-3e sind folglich unmittelbar aneinander liegend angeordnet.
Entsprechend dichter sind folglich auch die von dem zweiten Element 2 umfassten
zapfenartigen Elemente (in Fig. 2b ist nur eines von diesen mit dem Bezugszeichen 4c illustriert) näher aneinander liegend angeordnet, so dass diese in die korrespondierenden hülsenartigen Elemente 3a-e eingreifen können. Fig. 2c zeigt eine Ausgestaltung, in der die zapfenartigen Elemente 4a-4h innenliegend an dem zweiten Element 2 angeordnet sind. Ebenfalls sind die hülsenartigen Elemente (die sichtbaren hülsenartigen Elemente sind in Fig. 2c mit den Bezugszeichen 3a-3e gekennzeichnet) derart an dem ersten Element 1 angeordnet, dass diese zumindest teilweise von dem ersten
Elemente 1 hervorragen. Diese Ausgestaltung ermöglicht es beispielsweise, dass keine zusätzliche Ummantelung (z. B. Ummantelung 7 der Fig. 1) benötigt wird.
Im zusammengefuhrten Zustand des ersten Elements 1 und des zweiten Elements 2 sind die hülsenartigen Elemente 3a-3e und die zapfenartigen Elemente 4a-4h von einem unteren Abschnitt des zweiten Elements 2 ummantelt bzw. abgedeckt. Dieser Bereich des zweiten Elements 2 ist in Fig. 2c zur Unterstreichung derselben Funktion wie die in Fig. 1 dargestellte Schürzenlösung ebenfalls mit dem Bezugszeichen 7 versehen.
Fig. 2d zeigt eine weitere Ausgestaltung einer gegenständlichen Gründung. Die hülsenartigen Elemente 3 sind vorliegend derart auf einer Stirnkante des ersten Elements 1 angeordnet, so dass die hülsenartigen Elemente sowohl nach außen als auch nach innen über die Stirnkante des ersten Elements 1 ragen.
Ferner weisen die an dem zweiten Element angeordneten zapfenartigen Elemente 4 einen derartigen Durchmesser D2 auf, dass ein Reibschluss zwischen einem derartigen
zapfenartigen Element 4 und einem einen im Wesentlichen identischen Innendurchmesser D1 aufweisenden hülsenartigen Element 3 herstellbar bzw. hergestellt ist im zusammengeführten Zustand. Es versteht sich, dass eine derartige Reibschlussverbindung zwischen zumindest einem hülsenartigen Element und zumindest einem zapfenartigen Element ebenfalls an einer der weiteren in den Fig. 2a-c gezeigten beispielhaften Ausgestaltungen einer
gegenständlichen Gründung zum Einsatz kommen kann.
Die in dieser Spezifikation beschriebenen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung und die diesbezüglich jeweils angeführten optionalen Merkmale und Eigenschaften sollen auch in allen Kombinationen miteinander offenbart verstanden werden. Insbesondere soll auch die Beschreibung eines von einem Ausführungsbeispiel umfassten Merkmals - sofern nicht explizit gegenteilig erklärt - vorliegend nicht so verstanden werden, dass das Merkmal für die Funktion des Ausführungsbeispiels unerlässlich oder wesentlich ist. Die Abfolge der in dieser Spezifikation geschilderten Verfahrensschritte in den einzelnen Ablaufdiagrammen ist nicht zwingend, alternative Abfolgen der Verfahrensschritte sind denkbar. Die
Verfahrensschritte können auf verschiedene Art und Weise implementiert werden, so ist eine Implementierung in Software (durch Programmanweisungen), Hardware oder eine
Kombination von beidem zur Implementierung der Verfahrensschritte denkbar.
In den Patentansprüchen verwendete Begriffe wie "umfassen”, "aufweisen", "beinhalten”, "enthalten" und dergleichen schließen weitere Elemente oder Schritte nicht aus. Unter die Formulierung„zumindest teilweise" fallen sowohl der Fall„teilweise" als auch der Fall „vollständig". Die Formulierung„und/oder" soll dahingehend verstanden werden, dass sowohl die Alternative als auch die Kombination offenbart sein soll, also„A und/oder B" bedeutet„(A) oder (B) oder (A und B)". Die Verwendung des unbestimmten Artikels schließt eine Mehrzahl nicht aus. Eine einzelne Vorrichtung kann die Funktionen mehrerer in den Patentansprüchen genannten Einheiten bzw. Vorrichtungen ausffihren. In den
Patentansprüchen angegebene Bezugszeichen sind nicht als Beschränkungen der eingesetzten Mittel und Schritte anzusehen.
Bezugszeichenliste
G Pfahl (Gründung)
1 erstes rohrförmiges Element (Monopile)
2 zweites rohrförmiges Element (Transition Piece) 3 hülsenartiges Element
3a-h hülsenartige Elemente
4 zapfenartiges Element
4a-h zapfenartige Elemente
5 a, b Stirnkante
6 Bindemittel
7 Ummantelung
A Abstand
D1 Durchmesser hülsenartiges Element
D2 Durchmesser zapfenartiges Element

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Gründung (G), umfassend:
ein erstes Element (1); und
- ein zweites Element (2),
wobei das erste Element (1) mit dem zweiten Element (2) derart verbindbar ist, dass das erste Element (1) und das zweite Element (2) im Wesentlichen dieselbe
Längserstreckungsrichtung aufweisen,
wobei die Längserstreckungsrichtung beider Elemente (1, 2) im Wesentlichen in vertikaler Richtung verläuft, und
wobei das erste Element (1) und das zweite Element (2) übereinander liegend zusammen ein verlängertes Element ausbilden,
wobei das erste Element (1) an einem Ende mindestens drei hülsenartige Elemente (3a- 3h) zur Aufnahme von mindestens drei zapfenartigen Elementen (4a-4h) aufweist, wobei das zweite Element (2) die mindestens drei zapfenartigen Elemente (4a-4h) an einem Ende aufweist, und
wobei bei Eingriff der mindestens drei zapfenartigen Elemente (4a-4h) in die mindestens drei hülsenartigen Elemente (3a-3h) über ein zwischen der jeweils inneren Wandung der mindestens drei hülsenartigen Elemente (3a-3h) und der jeweils äußeren Wandung der mindestens drei zapfenartigen Elemente (4a-4h) angeordnetes Bindemittel (6) und/oder durch Reibschluss zwischen wenigstens einem Teil der jeweils inneren Wandung der mindestens drei hülsenartigen Elemente (3a-3h) und Wenigstens einem Teil der jeweils äußeren Wandung der mindestens drei zapfenartigen Elemente (4a-4h) unlösbar halterbar sind.
2. Gründung (G) nach Anspruch 1, wobei das zweite Element (2) oberhalb des ersten
Elementes (1) anordenbar ist.
3. Gründung (G) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zweite Element (2) an seinem freien, nicht mit dem ersten Element (1) verbindbaren Ende zumindest einen Teil eines Bauwerks umfasst.
4. Gründung (G) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens drei hülsenartigen Elemente (3a-3h) und/oder die mindestens drei zapfenartige Elemente (4a-4h) unlösbar an dem jeweiligen Ende des ersten Elementes (1) und/oder des zweiten Elementes (2) angeordnet sind.
5. Gründung (G) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens drei hülsenartigen Elemente (3a-3h) und/oder die mindestens drei zapfenartige Elemente (4a-4h) jeweils an der Stirnkante (5a, 5b) des ersten Elementes (1) und/oder des zweiten Elementes (2) angeordnet sind, so dass deren jeweilige
Längserstreckungsrichtung im Wesentlichen parallel zu der Längserstreckungsrichtung des ersten Elementes (1) und/oder des zweiten Elementes (2) verläuft.
6. Gründung (G) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Bindemittel (6) ein Vergussmaterial ist, so dass die mindestens drei zapfenartigen Elemente (4a-4h) innerhalb der mindestens drei hülsenartigen Elemente (3a-3h) vergroutbar sind.
7. Gründung (G) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Bindemittel (6) vor einem Zusammenführen von dem ersten Element (1) und dem zweiten Element (2) in jedem der mindestens drei hülsenartigen Elemente (3a-3h) angeordnet ist, und bei dem Zusammenführen eine Reaktion des Bindemittels (6) getriggert ist, so dass das
Bindemittel (6) nach dem Zusammenführen aushärtet.
8. Gründung (G) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jedes der mindestens drei hülsenartigen Elemente (3a-3h) einen Durchmesser (D1) von kleiner oder gleich 1 m aufweist
9. Gründung (G) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jedes der mindestens drei zapfenartigen Elemente (4a-4h) jeweils eine Gewindestange oder ein
Bewehrungsstab ist.
10. Gründung (G) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens drei hülsenartigen Elemente (3a-3h) jeweils voneinander beabstandet (A) sind.
11. Gründung (G) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens drei hülsenartigen Elemente (3a-3h)) jeweils in Kontakt miteinander sind.
12. Gründung (G) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest zwei der drei hülsenartigen Elemente (3a-3h) eine unterschiedliche Länge aufweisen, so dass ein Zusammenfuhren des ersten Elementes (1) und des zweiten Elementes (2) erleichtert ist.
13. Gründung (G) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens eines der mindestens drei zapfenartigen Elemente (4a-4h) einen Durchmesser (D2) aufweist, der größer ist als der Innendurchmesser (D2) von mindestens zwei der mindestens drei hülsenartigen Elemente (3a-3h), so dass derart eine vordefinierte Orientierung des ersten Elementes (1) gegenüber dem zweiten Element (2) bei einem Zusammenführen der beiden Elemente (1, 2) realisiert ist.
14. Gründung (G) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jedes der mindestens drei hülsenartigen Elemente (3a-3h) ein elastisches Lager als Boden aufweist, so dass das jeweilige hülsenartige Element (3a-3h) nach unten hin abgedichtet ist.
15. Gründung (G) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei an dem ersten Element (1) als auch an dem zweiten Element (2) sowohl ein oder mehrere hülsenartige
Elemente der mindestens drei hülsenartigen Elemente (3a-3h) als auch ein oder mehrere zapfenartige Elemente der mindestens drei zapfenartigen Elemente (4a-4h) angeordnet sind.
16. Bauwerk, das mit einer Gründung (G) nach einem der Ansprüche 1 bis 15 Offshore
und/oder Onshore gegründet ist.
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