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Die
Erfindung betrifft ein Trägerverbundsystem
mit mindestens zwei miteinander verbundenen Trägern. Sie betrifft insbesondere
eine Mastanordnung.
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In
Mittel- und Niederspannungsnetzen werden Holzmastanordnungen verwendet,
die Traversen tragen, an denen Stromleitungen befestigt sind. Die Traversen
sind üblicherweise
Stahlrohre oder Doppel-T-Träger
aus Stahl, die mit der Holzmastanordnung über abgewinkelte U-Profile
in Verbindung stehen, wobei die U-Profile mit Spangen am oberen Ende
der Holzmastanordnung befestigt sind. Die Holzmastanordnung kann
aus einem einfachen, im Boden verankerten, aufrechten Holzmast bestehen. Häufig werden
auch Holzdoppelmasten verwendet. Die Doppelmasten können beispielsweise
in der Form der äußeren Schenkel
eines A's angeordnet sein,
wobei sie an ihrem oberen Ende durch die Spangen zusammengehalten
werden und darunter in verschiedenen Höhen Querstreben zur Stabilisierung der
Masten angeordnet sind. In einer anderen Ausführungsform verlaufen die aus
jeweils einem Rundholz gebildeten Masten parallel, wobei Doppel-T-Stücke als
Abstandshalter zwischen den Masten vorgesehen sind und die Masten
jeweils in Höhe
der Doppel-T-Stücke über lange
Schraubenbolzen, die horizontal durch die Masten hindurch geführt sind,
an die Doppel-T-Stücke
angedrückt
werden.
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Ein
wesentlicher Nachteil der bekannten Holzmastkonstruktionen besteht
darin, daß ihre
Statik nicht berechenbar ist. Ein wesentlicher Grund hierfür ist, dass
sich die Holzmasten aufgrund von Änderungen der Umgebungstemperatur
und -feuchte unterschiedlich stark ausdehnen.
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Daher
basiert die Auslegung von Holzmasten in bezug auf ihre Dicke sowie
der Größe und Art der
Verbindungselemente auf empirischen Erfahrungswerten mit dem Nachteil,
daß die
verwendeten Bauformen nicht wirtschaftlich sind.
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Demgegenüber liegt
der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Trägerverbundsystem zu schaffen,
das statisch berechenbar ist und mit dem Mastanordnungen belastungsgerecht
und kostengünstig ausgelegt
werden können.
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Diese
Aufgabe wird mit einem Trägerverbundsystem
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Unter
einem Verbundanker wird hier und im Folgenden ein Bauelement mit
einem Kern verstanden, der eine Vielzahl von Ankerstiften trägt. Der Kern
kann eine symmetrische oder asymmetrische Form haben. Als praktisch
relevante Kernformen haben sich längliche Kerne mit einem quadratischen oder
rautenförmigen
Querschnitt herausgestellt. Es sind aber auch als Polyeder ausgebildete
Kerne oder andere symmetrisch oder asymmetrisch ausgebildete Kerne
verwendbar.
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Die
Ankerstifte können
sich je nach Anwendungsgebiet parallel zueinander nur zu einer Seite hin
oder an gegenüberliegenden
Seiten des Kerns in entgegengesetzte Richtungen erstrecken. Auch
kann ein Verbundanker als Knotenverbindung für zwei oder mehrere Träger mit
mindestens zwei in unterschiedliche Richtungen wirkenden Ankerstiftbereichen
sein, insbesondere dann, wenn der Kern ein Polyeder ist.
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Die
Ankerstifte können
einen runden oder mehreckigen Querschnitt aufweisen, und insbesondere
als Dornen ausgebildet sein. Die Verbundanker können einstückig oder mehrstückig aus
einem oder verschiedenen Werkstoffen ausgebildet sein.
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Es
wurde überraschend
festgestellt, dass bei Verwendung von mit Ankerstiften versehenen
Verbundankern als Verbindungselemente die zwischen den zu verbindenden
Trägern
auftretenden Schub- und Scherkräfte
besonders gut übertragen
werden, da die Ankerstifte die Kräfte nicht an der Außenseite eines
Trägers
auf diesen übertragen,
sondern in sein Inneres einleiten. Hierdurch wird die Krafteinleitung von
der geometrischen Ausdehnung des Trägers weitestgehend unabhängig. Eine
auf einem derartigen Trägerverbundsystem
basierende Mastanordnung ist erstmalig statisch berechenbar, so
dass die Auswahl der verwendeten Werkstoffe und die Materialstärken erstmals
auf der Basis von Berechnungen zu den zu erwartenden Lastfällen bestimmt
werden können.
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Die
Werkstoffe für
die Träger
und den Verbundanker können
so gewählt
sein, dass der Verbundanker in die Außenfläche des Trägers hineingepresst werden
kann. Insbesondere wenn die Ankerstifte eine oder mehrere Hinterschneidungen
aufweisen, so dass sich die durch die Hinterschneidungen gebildeten
umlaufenden Kanten des Ankerstiftes in die Oberfläche der
durch das Einpressen entstandenen Aufnahme eindrücken, kann der Verbundanker in
der Aufnahme fest sitzen.
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Allerdings
werden insbesondere bei Trägern aus
Holz bevorzugt Ausnehmungen an der Außenfläche des Trägers vorgesehen, bevor die Ankerstifte des
Verbundankers in die Aufnahmen in der Außenfläche des Trägers eingesetzt werden.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Tragwerkskonstruktion sind
Mittel zum Sichern des in die Aufnahmen in den Außenfläche(n) des
bzw. der Träger
eingreifenden Verbundankers vorgesehen. Als derartige Mittel kommen
insbesondere mechanische Befestigungsmittel, insbesondere Schrauben
oder Schraubenbolzen in Betracht, die beispielsweise unmittelbar
in den Träger
eingreifen, sei es parallel zu den Ankerstiften oder schräg hierzu,
wobei die Befestigungsmittel vorzugsweise unmittelbar mit dem Verbundanker
in Verbindung stehen.
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Andere
Befestigungsmöglichkeiten
bestehen beispielsweise darin, den Verbundanker mit einer um den
Verbundanker und den Träger
greifenden Schelle am Träger
zu befestigen. Auch kann der Verbundanker unmittelbar zwischen zwei
oder mehreren Träger
liegen, wobei diese Träger
untereinander mit weiteren Befestigungsmitteln wie Schrauben, Schellen
oder dergleichen zusammen gehalten werden können, so dass der Verbundanker
in seiner Position zwischen den Trägern sicher gehalten ist.
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Insbesondere
bei zwei, aber auch bei mehreren aneinander angrenzenden Trägern bietet
es sich an, daß der
Verbundanker mit Ankerstiften für
jeden dieser Träger
versehen ist und mit diesen in die Träger eingreift, um eine möglichst
gute Überleitung
von Kräften
von Träger
zu Träger
zu erreichen.
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Es
sind aber ebenso Ausführungsformen
bevorzugt, bei denen der Verbundanker lediglich Ankerstifte für einen
der zu verbindenden Träger
aufweist und mit einem anderen Träger über andere Mittel verbunden
ist. So kann ein Verbundanker, der auf der einen Seite mit Ankerstiften
in einen Mast eingreift, auf der anderen Seite mit einem eine Traverse
tragenden U-Profil beispielsweise über Nieten oder eine Verschweißung verbunden
sein.
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Wenn
die über
einen Verbundanker miteinander verbundenen Träger zumindest teilweise aneinander
anliegen, ist es von Vorteil, wenn sie in den aneinanderliegenden
Bereichen eben ausgebildet sind. Insbesondere dann, wenn die Masten
an der Stelle, an der sie aufgestellt werden sollen, erst gefertigt
werden, ist das Erzeugen einer ebenen Anlagefläche wesentlich einfacher als
das Erstellen einer profilierten Oberfläche.
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Die
erfindungsgemäße Tragwerkskonstruktion
eignet sich, wie sich bereits aus dem Vorstehenden ergibt, besonders
gut für
Mastanordnungen, insbesondere für
solche zur Nutzung als Leitungsmasten in Mittelspannungs- und Niederspannungsnetze oder
solche zur Nutzung als Telefonleitungsmasten. Sie können wahlweise
mit einer Traverse versehen sein, die über einen oder mehrere Verbundanker
mit der Mastanordnung verbunden ist.
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Geeignete
Mastanordnungen bestehen beispielsweise aus mindestens zwei A-förmig zusammenstehenden, über Verbundanker
miteinander verbundenen, aufrechten Trägern. Bevorzugt kann eine Mastanordnung
dreibeinig mit drei aufrechten Trägern ausgebildet sein, die über einen
oder mehrere Verbundanker miteinander in Verbindung stehen.
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Die
erfindungsgemäßen Mastanordnungen können zu
ihrer Aussteifung mit Querträgern
versehen sein. Solche Querträger
können
einen innenliegenden Verbundanker, wie er beispielsweise aus der
DE 297 23 866 U1 bekannt
ist, aufweisen, in den mit mindestens einem der aufrechten Träger zusammenwirkende
mechanische Verbindungsmittel, beispielsweise Schraubenbolzen, eingreifen.
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Das
erfindungsgemäße Trägerverbundsystem
eignet sich besonders für
Träger
aus Holz oder einem Holzverbundwerkstoff und ist insbesondere für Tragwerke
aus Rundhölzern
geeignet. Die Träger können aber
ebenso beispielsweise aus einem Kunststoffmaterial, einem Betonwerkstoff
oder anderen geeigneten Werkstoffen bestehen.
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Die
Verbundanker werden aufgrund der einfachen Formgebung vorzugsweise
als Gusstücke hergestellt.
Als geeignete Werkstoffe kommen Metalllegierungen in Betracht; es
können
aber beispielsweise ohne weiteres auch Kunststoffe zum Einsatz kommen.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand von Figuren, in denen verschiedene
bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung dargestellt sind, näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1a:
eine Teilansicht eines Trägerverbundsystems
mit einem einfachen Holzmast;
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1b:
einen vereinfachten Querschnitt des in 1a dargestellten
Holzmastes;
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2a:
eine Teilansicht eines Trägerverbundsystems
mit einem Doppelmast;
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2b:
einen vereinfachten Querschnitt des in 2a dargestellten
Doppelmastes;
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3a:
eine Teilansicht einer anderen Ausführungsform eines Trägerverbundsystems
mit einem Doppelmast;
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3b:
einen vereinfachten Querschnitt des in 3a dargestellten
Doppelmastes;
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4a:
eine Seitenansicht eines Einfachmastes mit Streben;
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4b:
eine Frontansicht des in 4a dargestellten
Einzelmastes;
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4c:
eine Detailansicht des in 4a dargestellten
Einzelmastes;
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5a:
eine Seitenansicht eines A-Mastes;
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5b:
eine Frontansicht des in 5a dargestellten
A-Mastes;
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5c:
eine Detailansicht des in 5a dargestellten
A-Mastes;
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5d:
eine weitere Detailansicht des in 5a dargestellten
A-Mastes;
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6a:
eine Seitenansicht eines dreibeinigen Mastes;
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6b:
einen Querschnitt des Kopfes des in 6a dargestellten
dreibeinigen Mastes; und
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6c:
einen weiteren Querschnitt durch den Kopf des in 6a dargestellten
dreibeinigen Mastes.
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Die
in den 1a und 1b dargestellte Trägerkonstruktion
besteht aus einem aus einem Rundholz gebildeten Einzelmasten 1 sowie
einer Traverse 2 sowie zwei U-Profile 3, 4,
die an gegenüberliegenden
Seiten des Einzelmastes 1 angeordnet sind, einen unteren,
parallel zur Seitenfläche
des Einzelmastes 1 verlaufenden Bereich sowie einen oberen,
schräg
nach außen
verlaufende Bereich aufweisen und an deren obere Enden die Traverse 2 gelagert
ist.
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Die
U-Profile 3, 4 sind mit dem Einzelmast 1 über jeweils
einen oberen Verbundanker 5, 6 und einen unteren
Verbundanker 7, 8 verbunden. Die Verbundanker
haben einen länglichen
Kern mit einem dreieckigen Querschnitt. Die Verbundanker 5, 6, 7, 8 liegen
mit einer Seite ihres Kerns an dem jeweiligen U-Profil 3, 4 an
und können
mit diesem beispielsweise einfach verschraubt oder verschweißt sein.
Am Kern sind jeweils acht parallel in zwei Reihen angeordnete Ankerstifte
vorgesehen, die sich senkrecht zur Bodenfläche der U-Profile und in Richtung
zum Einzelmast 1 hin erstrecken. Die Ankerstifte greifen
in hierfür
vorgesehene Ausnehmungen 9, 11 im Einzelmast 1 ein.
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An
den Verbundankern 5, 6, 7, 8 sind
parallel zur Außenfläche des
Einzelmastes 1 vorgesehene Stege 12, 13, 14, 15 vorgesehen,
die als Gegenlager für
Schrauben 16, 17, 18, 19, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27 dienen,
die in den Einzelmast 1 hineingeschraubt sind, um insbesondere
gegen ein Herausrutschen der Verbundanker 5, 6, 7, 8 zu
sichern. Die Schrauben erstrecken sich radial in Richtung zur zentralen Längsachse
des Einzelmastes 1.
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In
den 2a und 2b ist
eine andere Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Trägerverbundsystems,
diesmal mit einem Doppelmast 31 aus zwei parallel zueinander
verlaufenden Rundhölzern 32, 33 dargestellt.
Die Rundhölzer
werden über nicht
dargestellte, durch sie horizontal hindurchlaufende Schraubenbolzen
zusammengehalten. Zwischen den Rundhölzern 32, 33 sind
ein oberer Verbundanker 34 und ein unterer Verbundanker 35 angeordnet.
Beide Verbundanker 34, 35 weisen jeweils einen
horizontal verlaufenden, länglichen
Kern 36 auf, dessen Längsachse
sich tangential zu beiden Rundhölzern
liegt. Die Verbundanker 34, 35 sind darüber hinaus
eine Vielzahl von parallel zueinander verlaufenden Ankerstiften
auf, die zu beiden Seiten des Kerns von außen in die Rundhölzer eingreifen.
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Beide
Verbundanker 34, 35 weisen jeweils an beiden Stirnseiten
Gewindebohrungen auf, in die Schrauben 37, 38, 39, 41 zur
Befestigung von U-Profilen 42, 43 eingeschraubt
sind, wobei die U-Profile 42, 43 wie bei der in
den 1a und 1b gezeigten
Ausführungsform
die oberhalb des Mastes verlaufende Traverse 44 halten.
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Das
in den 3a und 3b dargestellte Trägerverbundsystem
unterscheidet sich gegenüber dem
in den 1a und 1b dargestellten
lediglich darin, dass anstelle des Einzelmastes 1 ein Doppelmast
aus zwei parallel zueinander angeordneten Rundhölzern 51, 52 vorgesehen
ist, die über
hier nicht dargestellte, durch beide Rundhölzer 51, 52 waagerecht
hindurchlaufende Schraubenbolzen fest miteinander verbunden sind,
wobei die mit den U-Profilen verbundenen Verbundanker 55, 56, 57, 58 in
die gegenüberliegende
Außenseiten
des Doppelmastes eingreifen.
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Bei
beiden Ausführungsformen
mit Doppelmasten können
zur Stabilisierung der Masten gegeneinander dazwischen liegende
Verbundanker vorgesehen sein, die mit auf beiden Seiten angeordneten Ankerstiften
in die Masten eingreifen.
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In
den 4a bis 4c ist
eine einfache Mastkonstruktion mit einem senkrecht stehenden Einzelmast 61 dargestellt,
der in den Boden 62 eingelassen und an seinem unteren Ende über einen Querträger 63 stabilisiert
ist. Der Einzelmast 61 wird über eine ebenso in den Boden 62 eingelassene, schräg am oberen
Ende des Einzelmasts 61 angesetzte eingelassene, schräg am oberen
Ende des Einzelmasts 61 angesetzte Strebe 64 abgestützt. Strebe 64 und
Einzelmast 61 sind in dem Bereich, in dem sie aneinander
anliegen, über
einen länglichen Verbundanker 65 miteinander
verbunden, der vertikal angeordnet ist und mit seinen ankerstiften
sowohl in den Einzelmast 61, als auch in die Strebe 64 eingreift.
Strebe 64 und Einzelmast 61 sind darüber hinaus über einen
oberen Schraubenbolzen 66 und einen unteren Schraubenbolzen 67 miteinander
verbunden, so dass der Verbundanker 65 gegen ein Herausrutschen
aus seiner Position gesichert ist.
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In
den 5a bis 5d ist
eine andere Mastkonstruktion mit einem A-Mast 71 dargestellt. Die beiden
im Wesentlichen aufrechten, nach oben aufeinander zu laufenden Träger 72, 73 sind
im Kopfbereich 74 (s. 7c)
an ihren aneinander zugewandten Seiten eben ausgebildet. In diesen
ebenen Bereichen sind Ausnehmungen für jeweils einen Kern und die
Ankerstifte eines ersten, oberen, horizontal zwischen den beiden
Flächen
verlaufenden Verbundankers 75, eines zweiten, darunter
angeordneten, vertikal verlaufenden Verbundankers 76 und eines
dritten, unter dem zweiten Verbundanker 76 horizontal verlaufenden
Verbundankers 77 vorgesehen. Die Träger 72, 73 sind
darüber
hinaus über
horizontal durch sie hindurch laufende Schraubbolzen 78, 79, 81, 82 miteinander
verbunden.
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Auf
etwa halber Höhe
des A-Mastes 71 ist ein zwischen den Trägern 72, 73 horizontal
verlaufender Träger 83 vorgesehen,
der in der Detailansicht der 5d etwas
deutlicher dargestellt ist. Der Träger 83 weist ein entlang
seiner Längsachse
verlaufendes Durchgangsloch auf, in das ein weiterer Verbundanker 84 eingelassen
ist. Der Verbundanker 84 weist Gewindebohrungen auf, die
mit Schraubenbolzen 85, 86 zusammen Trägers 84 hindurch
verlaufen und mit denen die Träger 72, 73 fest
mit dem Querträger 83 verbunden
sind.
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Beide
Träger 72, 73 sind
in den Boden 87 eingelassen und im Boden über zwei
die Träger 72, 73 verbindende
und von beiden Seiten einfassende, horizontale Querstäbe 88 stabilisiert.
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Die
in den 6a bis 6c dargetsellte Mastkonstruktion
unterscheidet sich von der in den 5a bis 5d dargestellten
im Wesentlichen dadurch, dass anstelle von zwei im wesentlichen
aufrechten Trägern
drei Träger 91, 92, 93 vorgesehen sind,
die in der Art eines dreibeinigen Stativs zueinander angeordnet
sind. Alle Träger
sind in den Boden 94 eingelassen und im Boden über parallel
verlaufende, horizontale Querstäbe 95 paarweise
eingefasst und stabilisiert. Auch sind die Träger 91, 92, 93 über Querträger 97, 98, 99 auf
etwa halber Höhe
des Mastes untereinander verbunden.
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An
ihren oberen Enden weisen die Träger 91, 92, 93 jeweils
zwei ebene, einen Winkel von 120° einschließende Flächen als
Anlageflächen
für die
jeweils anderen beiden Träger
auf. In diese Flächen sind
wiederum Ausnehmungen für
die Kerne und Ankerstifte von Verbundankern 101, 102, 103 vorgesehen,
die je nach Ausführungsform
wahlweise horizontal und oder vertikal zwischen den Aneinander anliegenden
Seiten der Träger 91, 92, 93 angeordnet sein
können.
Sind die Verbundanker – wie
in der Detailansicht der 6b dargestellt,
horizontal angeordnet, können
die Verbundanker 101, 102, 103 an ihren
nach außen
gerichteten Stirnseiten Gewindebohrungen aufweisen, über die
beispielsweise die in 6a dargestellte Traverse 104 am
Kopf der Mastkonstruktion befestigt werden kann. Wie auch in dem in
den 5a bis 5d befestigt
werden kann. Wie auch in dem in den 5a bis 5d dargestellten Ausführungsbeispiel
können
zwischen den aneinander anliegenden Flächen mehrere Verbundanker übereinander
wahlweise in horizontaler oder vertialer Ausrichtung angeordnet
sein.
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Wie
sich insbesondere dem in 6c dargestellten,
vereinfachten Querschnitt entnehmen lässt, werden die aneinander
anliegende Flächen
benachbarter Träger 91, 92, 93 außerdem durch
senkrecht zu den Flächen
durch die Träger 91, 92, 93 hindurch laufende
Schraubenbolzen 105, 106, 107 aneinander gedrückt.
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Die
dargestellte dreibeinige Mastkonstruktion aus Holz ist insbesondere
zur Verwendung für Strommaste
für Abzweigungen
geeignet, die bislang in aller Regel aus Stahl ausgeführt werden.
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Meist
reichen zur sicheren Übertragung
von Schub- und Scherkräften 1 bis 3 Verbundanker
je aneinander anliegendem Flächenpaar
benachbarter Träger
aus. Die tatsächliche,
auch darüber
hinaus benötigte
Anzahl von Verbundanker je Flächenpaar wird
sich jedoch immer aus den zu erwartenden statischen und gegebenenfalls
auch dynamischen Lasten ergeben.