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Die
Erfindung betrifft eine neue Tragkonstruktion, bestehend aus einer
Innenkonstruktion, die geeignet ist zur Aufnahme von Antennen und
dazugehörigen
technischen Komponenten, und einer zylindrischen Verkleidung, wobei
diese Tragkonstruktion z. B. als verkleideter Antennenträger in Antennenanlagen
von Basisstationen des Mobilfunks eingesetzt werden kann.
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Forderungen örtlicher
Behörden,
z. B. Bauaufsichtsbehörden/Stadtarchitekten
oder des Denkmalschutzes/Naturschutzes, der Standorteigentümer sowie
das öffentliche
Interesse an Mobilfunkstandorten führen dazu, immer mehr verkleidete
Antennenanlagen einzusetzen, die sich optisch in die Umgebung des
Standortes harmonisch einfügen.
Daher werden auf Dachstandorte immer häufiger verkleidete Antennenträger eingesetzt.
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Forderungen
an verkleidete Antennenträger zur
Erweiterung der Mobilfunknetze sind unter anderem:
- • möglichst
geringes Gewicht und
- • höhere technische
Anforderungen und dabei insbesondere
– geringere zulässige Auslenkung
der Antennen bei Windbelastung und
– geringe Beeinflussung der
Strahlungseigenschaften der Antennen durch die Verkleidung.
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Mit
der Erweiterung der Mobilfunknetze wächst der Bedarf an verkleideten
Antennenträgern. Darum
gewinnen diese Forderungen zunehmend an Bedeutung.
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Aus
dem Stand der Technik ist eine Reihe von verkleideten Antennenträgern bekannt.
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Gegenstand
der
US 5,995,063 und
der
EP 1 198 024 A1 ist
ein Antennenmast, dessen Träger
als zylindrischer Hohlkörper
ausgebildet ist. In diesem Hohlkörper
befindet sich eine Innenkonstruktion aus Stahl mit einem beweglichen
Modul für Antennen
und dazugehörige
technischen Komponenten sowie ein Transportmechanismus, mit dem
das Modul in der Höhe
verfahrbar ist. Das Tragrohr des Antennenmastes, das auch gleichzeitig
zur Verkleidung der Antennenanlagen und der zugehörigen technischen
Komponenten dient, besteht zumindest in dem Teil, in dem sich die
Antennen befinden, aus einem für
Funkwellen durchlässigen
Material.
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In
der
DE 101 19 612
A1 ist eine Vorrichtung zur Aufnahme von Sektorantennen
beschrieben, die aus einem Mast besteht, dessen oberer Abschnitt
ein Tragstück
für Sektorantennen
enthält,
das ein funkdurchlässiges
Hüllrohr
umgibt. Auch hier besteht der tragende Mast aus Stahl.
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Die
Patentschriften
DE
102 10 419 C1 und
DE
102 15 732 C1 betreffen statisch und elektrisch optimierte
selbsttragende Zylindersysteme aus einem einwandigen oder doppelwandigen
Spezialzylinder mit Aussteifungen, der am unteren Ende mit einer
Unterkonstruktion verbunden ist und in dem sich am oberen Ende eine
Vorrichtung befindet, in der die Antennen montiert sind, die durch
Mikrowellenfenster strahlen oder der am oberen Ende mit einem Zylinder verbunden
ist, in dem die Antennen und ein Kompensationszylinder angeordnet
sind.
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In
DE 102 15 733 B4 ist
eine dreischichtige, elektrisch kompensierte zylindrische Antennenverkleidung
beschrieben, die statisch tragend ausgebildet ist und in der sich
eine Tragekonstruktion aus Stahl befindet, an der Antennen montiert
sind.
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Die
DE 102 54 490 B3 betrifft
einen verkleideten Antennenträger
mit einer metallischen Innenkonstruktion, bestehend aus einem zentralen
Kern, an dem in radialer Richtung vom Kern wegführend drei um jeweils 120° versetzte
Spinnenarme angreifen, und einer dünnwandigen Ummantelung. Die
metallische Innenkonstruktion nimmt alle statischen Kräfte auf.
Die dünnwandige
dielektrische Ummantelung dient ausschließlich der Verkleidung.
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Das
deutsche Gebrauchsmuster
DE 20 2004 009 934 U1 beschreibt eine Antennenanlage
aus einem Antennentragemodul als Mastkörper und einem Verkleidungsmodul,
welches das Antennentragemodul windschützend umhüllt.
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Aus
der
US 6,940,469 B2 ist
eine zylinderförmige
Antennenvorrichtung vorbekannt, die im Wesentlichen eine Umhüllung, einen
separaten Kern sowie drei sich partiell einander kontaktierende
Tragprofile umfasst. Sowohl der Kern als auch die drei identischen
Tragprofile erstrecken sich in Richtung der Längsachse der Umhüllung. Die
Tragprofile sind dabei als geschlossene und nahezu nierenförmige Körper ausgebildet,
deren gekrümmter
Teil der Mantelfläche
an einer Drittelfläche
der Innenseite der Umhüllung
anliegt. Ferner besteht die Mantelfläche der nierenförmigen Tragprofile
aus zwei einen Winkelbereich von 120° aufspannenden äußeren kurzen
Flanken sowie einem mittleren Bereich, der sich zwischen den beiden äußeren kurzen
Flanken der Mantelfläche
erstreckt. Die äußeren kurzen
Flanken der Mantelfläche
jeweils benachbarter Tragprofile liegen dabei aneinander. Der sich
im Wesentlichen gerade erstreckende mittlere Bereich weist zudem
eine Ausbuchtung auf, die in eine komplementäre Ausnehmung des Kerns eingreift.
Die drei als geschlossene Körper
ausgebildeten Tragprofile stützen
sich demnach untereinander und jeweils am Kern der Antennenkonstruktion
ab. Die Tragprofile sind hierbei als geschlossene Körper ausgebildet.
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Nachteilig
bei den bekannten Lösungen
mit tragenden Stahlkonstruktionen ist, dass:
- • tragende
Stahlkonstruktionen im allgemeinen ein hohes Gewicht haben, das
das Tragwerk aufnehmen muss,
- • Stahlkonstruktionen
aus einer Vielzahl von Einzelteilen bestehen, die miteinander verschweißt und zum
Korrosionsschutz nach dem Schweißen feuerverzinkt werden,
- • bei
der Herstellung der Stahlkonstruktion aus vielen Einzelteilen und
beim Feuerverzinken des geschweißten Stahlkörpers unvermeidlich unkontrollierbare
Fertigungstoleranzen auftreten, die zu Problemen bei der Verkleidung
der Stahlkonstruktion und bei der Montage des Antennenträgers am Standort
führen
können.
Trotz weitgehender Standardisierung der Stahlkonstruktion ist daher jeder
Antennenträger
ein spezifisches Produkt und
- • die
Herstellung der Stahlkonstruktionen in Handarbeit als Einzelfertigung
mit hohem Arbeitszeitaufwand erfolgt.
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Nachteilig
bei den bekannten Lösungen
mit tragenden Kunststoffrohren ist, dass
- • selbsttragende
Kunststoffrohre aus statischen Gründen dickwandig sein müssen. Darum
ist ihr elektrischer Einfluss auf die Strahlungseigenschaften der
verkleideten Antennen groß.
Ihr elektrischer Einfluss kann nur in Grenzen kompensiert werden.
In jedem Falle sind zusätzliche
Maßnahmen
notwendig, um den elektrischen Einfluss zu verringern.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht nunmehr darin, eine Tragkonstruktion
zum Aufbau von Antennenmasten vorzuschlagen, die mit geringem Materialeinsatz
hergestellt werden kann, eine hohe mechanische Festigkeit bei geringem
Gewicht besitzt sowie besonders einfach mit Antennen zu bestücken ist.
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Nach
der Konzeption der Erfindung besteht die Tragkonstruktion zum Aufbau
von Antennenmasten aus einer GFK-Tragkonstruktion mit Stahl-Anschlussprofilen
zumindest am unteren Ende eines GFK-Kerns, wobei der von einer dünnwandigen GFK-Verkleidung
umhüllte
und diese tragende GFK-Kern aus drei gleichen und im Querschnitt
im Wesentlichen v-förmig
ausgebildeten GFK-Tragprofilen besteht. Die GFK-Tragprofile stehen
zumindest partiell in Flächenkontakt
miteinander und sind derart in einem Winkel von 120° versetzt
zueinander angeordnet, dass sich in Richtung der Längsachse
der GFK-Tragkonstruktion drei gleiche Kammern ausbilden. Erfindungsgemäß ist jede
Kammer durch jeweils ein GFK-Tragprofil und eine Drittelschale der GFK-Verkleidung
begrenzt, und die unlösbar
miteinander verbundenen GFK-Tragprofile weisen jeweils im Querschnitt
drei jeweils gerade Teilbereiche auf, wobei der mittlere Bereich
beidseitig in um 30° abgewinkelte
Bereiche oder Arme übergeht,
die sich entlang der v-Schenkel erstrecken und einen Winkel von 120° einschließen. Die äußeren Bereiche
oder Arme enden dabei in hammerförmigen
Köpfen,
die spiegelbildlich zueinander angeordnet sind und in das Innere des
120°-Winkelbereiches
weisen.
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Einer
der Arme eines jeden GFK-Tragprofils weist an der Außenseite
eine Längsfeder,
der andere an der Außenseite
eine dazu passfähige
Längsnut auf.
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Die
unlösbare
Verbindung der drei GFK-Tragprofile zum GFK-Kern erfolgt durch Verkleben
der Außenseiten
der Arme der benachbarten GFK-Tragprofile, wobei die gegenseitige
Lage der aneinandergrenzenden GFK-Tragprofile durch die ineinander
greifenden Längsnuten
und Längsfedern der
benachbarten GFK-Tragprofile fixiert wird, bevor sie miteinander
verklebt werden.
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Diese
Tragkonstruktion kann als verkleideter Antennenträger eingesetzt
werden, bei dem am tragenden Kern die dünnwandige Verkleidung befestigt ist.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
wird die dünnwandige
Verkleidung durch GFK-Drittelschalen gebildet, die durch GFK-Klemmprofile
mit dem tragenden Kern verbunden sind.
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Die
hammerförmigen
Köpfe an
den Armen der GFK-Tragprofile sind außen mit je einer Längsnut versehen,
in die GFK-Klemmprofile mit ihren passfähig ausgebildeten Längsfedern
eingreifen und dabei den eingeklemmten Randbereich der Verkleidung
arretieren.
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Der
Querschnitt des GFK-Klemmprofils weist einen mittleren Bereich und
zwei äußere Bereichen auf,
zwischen denen sich zwei Längsfedern
befinden, wobei die Dicken der äußeren Bereiche
etwa um die Dicke der Drittelschalen geringer ist als die Dicke des
mittleren Bereichs.
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Mittels
der GFK-Klemmprofile sind die GFK-Drittelschalen so mit dem GFK-Kern
verbunden, dass sich jede Drittelschale mindestens auf einer Seite
in Richtung des Umfangs des verkleideten Antennenträgers bewegen
kann.
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Die
Drittelschalen der dünnwandigen GFK-Verkleidung
bestehen aus vorgespannten dünnen
GFK-Laminaten oder aus dünnwandigen GFK-Formteilen.
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Die
Befestigung der GFK-Konstruktion an der Unterkonstruktion des Standortes
erfolgt beispielsweise über
ein Stahl-Anschlussprofil, das aus einer Grundplatte besteht, auf
der drei um 120° versetzte
Plattenpaare aus je zwei gleichen, zueinander parallelen Platten
angeordnet sind, deren Abstand etwa der Dicke der Arme des GFK-Kerns
entspricht.
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Wesentliche
Vorteile der Erfindung insbesondere im Vergleich mit Mast- oder
Tragkonstruktionen aus Stahl sind die Verringerung:
- • der
Fertigungstoleranzen,
- • des
Arbeitszeitaufwandes und
- • des
Gewichts der Mast- oder Tragkonstruktion, da die hammerförmigen Köpfe der
GFK-Profile und die GFK-Klemmprofile am Umfang der zylindrischen
Tragkonstruktion die statische Festigkeit der Tragkonstruktion wesentlich
erhöht
und die Klemmprofile auch die Wirbelablösung so beeinflussen, dass
die Schwingungsneigung der Tragkonstruktion stark reduziert wird.
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Bei
Verwendung der Tragkonstruktion als verkleideter Antennenträger wird
zusätzlich
der Vorteil wirksam, dass die Verkleidung sehr dünnwandig sein kann und damit
der Einfluss der Verkleidung auf die elektrischen Eigenschaften
der verkleideten Antennen sehr gering ist.
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Das
nachfolgende Ausführungsbeispiel
zeigt die Anwendung der Tragkonstruktion als verkleideten Antennenträger. In
den zugehörigen
Zeichnungen zeigen:
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1:
Querschnitt des verkleideten Antennenträgers,
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2:
Räumliche
Ansicht des GFK-Kerns,
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3:
GFK-Tragprofil, aus dem der GFK-Kern gebildet wird,
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4:
GFK-Klemmprofil,
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5.1: erste Ausführungsform eines Stahl-Anschlussprofils
des verkleideten Antennenträgers
an die Unterkonstruktion,
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5.2: zweite Ausführungsform eines Stahl-Anschlussprofils
des verkleideten Antennenträgers
an die Unterkonstruktion und
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6:
Deckel des verkleideten Antennenträgers.
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Der
verkleidete Antennenträger
besteht aus einem tragenden GFK-Kern und einer dünnwandigen GFK-Verkleidung,
die über
GFK-Klemmprofile mit dem tragenden GFK-Kern verbunden ist.
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1 zeigt
den Querschnitt des verkleideten Antennenträgers und die Verbindung zwischen
dem tragenden GFK-Kern und der dünnwandigen
Verkleidung als Detail. Der tragende GFK-Kern besteht aus drei gleichen
GFK-Tragprofilen 1, die miteinander nicht lösbar verbunden
sind. 2 zeigt eine räumliche
Ansicht des GFK-Kerns.
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Das
GFK-Tragprofil ist in 3 dargestellt. Es hat im Querschnitt
eine v-förmig
gekröpfte
Gestalt und besteht dabei aus drei Teilbereichen. Der mittlere Bereich 2 geht
beidseitig in um 30° abgewinkelte äußere Bereiche
oder Arme 3 über.
Die beiden äußeren Bereiche 3 schließen einen
Winkel von 120° ein.
Die abgewinkelten äußeren Bereiche
oder Arme 3 enden in hammerförmigen Köpfen 4, die spiegelbildlich
zueinander sind und in das Innere des 120°-Winkelbereiches weisen. Die
hammerförmigen
Köpfe 4 sind außen mit
je einer Längsnut 4.1 versehen.
Einer der abgewinkelten Arme 3 trägt an der Außenseite
eine Längsfeder 3.1,
der andere an der Außenseite
eine dazu passende Längsnut 3.2 Die
Innenseite des mittleren Bereichs 2 des GFK-Tragprofils
ist als Führungsprofil 2.1 für einen
in achsialer Richtung verschiebbaren Schlitten ausgebildet.
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Die
unlösbare
Verbindung der drei GFK-Tragprofile 1 zum GFK-Kern des
Antennenträgers
erfolgt durch Verkleben der Außenseiten
ihrer abgewinkelten Arme 3 der benachbarten GFK-Profile.
Die gegenseitige Lage der im GFK-Kern aneinandergrenzenden GFK-Tragprofile 1 wird
durch die ineinander greifenden Längsnuten 3.2 und Längsfedern 3.1 der
benachbarten GFK-Tragprofile 1 fixiert, bevor sie miteinander
verklebt werden.
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Die
dünnwandige
GFK-Verkleidung 5 besteht aus Drittelschalen 5.1.
Die Drittelschalen 5.1 können vorgespannte dünne GFK-Laminate
sein oder aus dünnwandigen
Formteilen bestehen. Im unteren Bereich gehen die Drittelschalen
in abnehmbare Serviceklappen über.
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Die
Drittelschalen 5.1 werden mit GFK-Klemmprofilen 6 an
dem GFK-Kern befestigt. 4 zeigt den Querschnitt des
GFK-Klemmprofils 6. Er besteht aus einem mittleren Bereich
und zwei äußeren Bereichen,
zwischen denen sich zwei Längsfedern 6.1 befinden.
Die Dicken der äußeren Bereiche
und des inneren Bereiches sind unterschiedlich. Die Differenz ist
etwa gleich der Dicke der Drittelschalen 5.1. Die Längsfedern 6.1 des GFK-Klemmprofils 6 entsprechen
in ihren Abmessungen den Längsnuten 4.1 in
den hammerförmigen Köpfen 4 der
GFK-Tragprofile 1.
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Die
Zuordnung zwischen dem GFK-Kern, den GFK-Drittelschalen 5.1 und
dem GFK-Klemmprofil 6 ist
als Detail A in 1 dargestellt. Die Längsfedern 6.1 des
Klemmprofils 6 greifen in die Längsnuten 4.1 der Köpfe 4 benachbarter
Tragprofile 1 ein. Die GFK-Drittelschalen 5.1 liegen
zwischen den Köpfen 4 der
Tragprofile 1 und den äußeren Bereichen der
Klemmprofile 6.
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Die
Klemmprofile 6 verbinden die Drittelschalen 5.1 so
mit dem Kern 1, dass sich jede Drittelschale mindestens
auf einer Seite in Richtung des Umfangs des verkleideten Antennenträgers bewegen
kann. Damit wird das Knittern der Drittelschalen 5.1 bei
Windbelastung wirkungsvoll vermieden.
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Gleichzeitig
sichern die Klemmprofile die feste Verbindung zu bzw. zwischen den
Tragprofilen 1 und erhöhen
die statische Belastbarkeit des verkleideten Antennenträgers.
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5.1 zeigt eine zweckmäßige Ausführungsform des Anschlussprofils 7 zur
Befestigung der GFK-Konstruktion an der Unterkonstruktion des Standortes.
Das Anschlussprofil aus Stahl besteht aus einer Grundplatte 7.1 auf
der drei um 120° versetzte
Plattenpaare 7.2 stehen. Jedes Plattenpaar 7.2 wird
aus zwei gleichen, zueinander parallelen Platten gebildet, deren
Abstand etwa der Dicke der Arme 3 des GFK-Kerns 1 ist.
Der GFK-Kern wird in die Plattenpaare 7.2 geschoben und
mit den Plattenpaaren verschraubt.
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Die
GFK-Konstruktion wird oben mit einem Deckel 8 verschlossen. 6 zeigt
eine zweckmäßige Ausführungsform.
Der Deckel 8 besteht in diesem Falle aus einem Stahl-Anschlussprofil 8.1 mit
drei Klammern 8.2, die auf die Arme des GFK-Kerns 1 des
verkleideten Antennenträgers
geschoben und mit diesem verschraubt sind. Auf dem Stahl-Anschlussprofil 8.1 befindet
sich ein Stahl-Formteil 8.3, das die obere Öffnung der
GFK-Konstruktion verschließt,
und weiterhin eine Kranöse 8.4 in
der Achse des Antennenträgers
sowie eine Schelle zur Montage einer Blitzfangstange 8.5 außerhalb
der Achse des Antennenträgers.
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In 5.2 ist die Befestigung der GFK-Konstruktion an
der Unterkonstruktion in einem 2. Ausführungsbeispiel dargestellt.
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Bei
dieser Ausführungsvariante
ist die Grundplatte 7.1 – jeweils einen Winkel von
120° umfassend – gedrittelt
ausgeführt.
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Die
Befestigung der Plattenpaare 7.2 an der gedrittelten Grundplatte 7.1 erfolgt
mittels einer Zwischenkonstruktion 7.3.
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Im
Endzustand nach der Montage liegen dabei die auf der gedrittelten
Grundplatte jeweils äußeren strahlenförmig verlaufenden
Vertikalstege 7.3.1 an den Plattenpaaren 7.2 an,
und sie sind mit der Grundplatte 7.1 verschweißt.
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Die
erfindungsgemäße Lösung ist
eine GFK-Konstruktion mit Stahl-Anschlussprofilen am oberen und
am unteren Ende. Daraus ergeben sich folgende Vorteile im Vergleich
zu bekannten Lösungen
für verkleidete
Antennenträger:
Der
gewählte
Querschnitt des GFK-Kerns in Kombination mit der zylindrischen Verkleidung
und dem versteifenden GFK-Klemmprofil ergibt eine Struktur, die
bis zu großen
Längen,
beispielsweise 10 m, auch unter extremen Windbelastungen statisch
so stabil ist, dass die hohen Anforderungen an die maximal zulässige Auslenkung
der darin montierten Antennen erfüllt werden.
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Der
GFK-Körper
des verkleideten Antennenträgers
besteht nur aus GFK-Tragprofilen, GFK-Klemmprofilen
und GFK-Drittelschalen. Diese GFK-Profile können als Stangenmaterial großer Längen serienmäßig mit
engen Toleranzen hergestellt werden. Verkleidete Antennenträger aus
diesen Profilen haben daher geringe Toleranzen und sind mit geringem
Arbeitszeitaufwand herstellbar, da aufwändige und toleranzbehaftete
Schweißarbeiten
entfallen.
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Da
die gewichtsbestimmenden tragenden Stahlteile bekannter Lösungen durch
eine erfindungsgemäße GFK-Konstruktion
hoher Steifigkeit mit sehr guten Strömungseigenschaften ersetzt
werden, führt
die erfindungsgemäße Lösung zu wesentlich
geringeren Gewichten und damit auch zu geringeren Belastungen der
Bauwerke der Standorte.
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- 1
- GFK-Tragprofil
- 2
- mittlerer
Bereich von 1
- 2.1
- Längsnut
- 3
- äußere Bereiche
oder Arme von 1
- 3.1
- Längsfeder
- 3.2
- Längsnut
- 4
- hammerförmige Köpfe
- 4.1
- Längsnut
- 5
- GFK-Verkleidung
- 5.1
- Drittelschalen
von 5
- 6
- GFK-Klemmprofile
- 6.1
- Längsfedern
- 7
- Anschlussprofil
zur Befestigung der GFK-Konstruktion
- 7.1
- Grundplatte
- 7.2
- Plattenpaare
- 7.3
- Zwischenkonstruktion
- 7.3.1
- Vertikalstege
- 8
- Deckel
- 8.1
- Stahl-Anschlussprofil
- 8.2
- Klammern
- 8.3
- Stahlformteil
- 8.4
- Kranöse
- 8.5
- Blitzfangstange