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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für den Kolkschutz von Offshore-Bauwerken.
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Unter Verkolkung werden Erosionserscheinungen eines wasserbedeckten Bodens durch Wellen – und Strömungseinwirkungen und dergleichen im Bereich der Offshore-Bauwerke verstanden. Ein Nachteil von bekannten Schutzmaßnahmen ist, dass sie aufwändig aber dennoch hinsichtlich ihrer Schutzwirkung unzureichend sind. Im Offshore-Bereich, z.B. bei Monopiles von Windkraftanlagen, ist es Stand der Technik, als Kolkschutz ca. 300 bis 1000 t Steine aufzuschichten. Diese Steine erzeugen jedoch schädliche Strömungen, die eine Sedimentation von Sand verhindern und auf diese Weise die Verkolkung sogar beschleunigen. Zusätzlich besteht die Gefahr, dass fallende oder durch die Strömung absinkende, unterspülte Steine den Seekabelanschluss der Offshore-Windkraftanlage beschädigen.
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Es ist auch bekannt, mit Sand gefüllte, über 100 0 kg schwere Geotextil-Container als Kolkschutz zu verwenden. Dabei kann jedoch nicht sichergestellt werden, dass diese ihre einmal eingenommene Lage am Meeresboden beibehalten. Sie bilden außerdem einen Winkel zum Meeresboden und können dadurch sogar eine Verkolkung begünstigen. Ebenfalls können diese Container und Steine durch Strömungsereignisse in den Meeresboden einsinken und müssen in diesem Fall immer neu eingebracht werden, was laufende Kosten verursacht. Auch hier ist eine Beschädigung des Seekabels denkbar. Außerdem können sowohl Steine als auch Container ab einer bestimmten Wassertiefe nicht mehr ortsgenau eingebracht werden.
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Eine dritte, häufig angewandte Möglichkeit besteht deshalb darin, überhaupt keinen Kolkschutz zu verwenden, eine Verkolkung in Kauf zu nehmen und dabei zu hoffen, dass die sich bildende Verkolkung eine gewisse Tiefe nicht überschreitet. Um diese Tiefe muss das Fundament beispielsweise eines Monopiles dann aber tiefer in den Meeresboden gesetzt werden, was höhere Baukosten verursacht. Zudem können durch die Verkolkung verlegte Seekabel des Offshore-Bauwerkes freigespült und/oder dessen Anschlüsse durch Strömungseinwirkung beschädigt oder zerstört werden.
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Sowohl Steine als auch Container können nach Rückbau der Anlagen einen dauernden Gefahrenpunkt für die Fischerei bilden, da diese Vorrichtungen aufgrund der sehr hohen Kosten in der Regel nicht demontiert werden.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung für den Kolkschutz von Offshore-Bauwerken vorzuschlagen, die einen haltbaren, kostengünstigen und dabei einen wirksamen Schutz bietet, der aber mit einem einzigen Kranzug bei Rückbau der Anlage vom Meeresboden entfernt werden kann.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Vorrichtung eine oder mehrere miteinander verbundene, flexible Matten sowie am äußeren Randbereich der Vorrichtung befestigte Gewichtselemente aufweist und für die flexiblen Matten Trägerelemente zur Versteifung vorgesehen sind, an deren einem Ende mindestens ein Gelenk angeordnet ist, um die flexiblen Matten gelenkig am Offshore-Bauwerk zu befestigen. Die Trägerelemente können aus Stahl oder Kunststoff bestehen. Als Gelenk ist vorzugsweise ein Scharnier, entweder mechanisch oder ein Filmscharnier, vorgesehen, welches eine Bewegung der Trägerelemente in vertikaler Richtung, also nach oben oder unten erlaubt. Durch die Flexibilität der Matten werden lokale Bodenunebenheiten ausgeglichen. Die Gesamtform der Vorrichtung wird aber durch die versteifenden Trägerelemente gewährleistet. Die flexible Matte oder die flexiblen Matten werden von den Gewichtselementen nach unten gedrückt. Die Gewichtselemente sind am äußeren Randbereich der Vorrichtung auf der Oberseite der flexiblen Matten befestigt. Die Matten können außerdem zusätzliche Gewichtselemente zur Beschwerung und Fixierung aufweisen, die in den übrigen Bereichen der der flexiblen Matten angeordnet oder befestigt sind. Hierdurch werden unerwünschte Bewegungen der Matten vermieden, die durch Wellenkräfte verursacht werden. Die Anzahl der notwendigen Gewichte hängt von der Höhe des Meeresbodens in Bezug zum Meeresspiegel ab, da die Kraft der Wellen mit größerer Tiefe abnimmt. Die Trägerelemente sind an ihrem einen Ende mittels der Scharniere am Offshore-Bauwerk befestigt, während im Bereich ihres anderen Endes die Gewichtselemente angeordnet sind. Hierdurch entsteht eine Hebelwirkung, welche die Kraft der Gewichtselemente verstärkt. Da die Trägerelemente mittels eines Gelenks am Offshore-Bauwerk befestigt sind, kann sich vom Gelenk nach außen hin eine Neigung ausbilden. Die geneigten Matten können so als Auflauffläche für Wasser- und Druckwellen dienen und deren Kraft ableiten. Sollte der Boden unterhalb der Gewichtselemente wegsacken oder unterspült werden, dann bewegt sich das Trägerelement zusammen mit der Matte gelenkig nach unten, wodurch die Schutzwirkung wiederhergestellt wird.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zusätzlichen Merkmalen werden nachfolgend beschrieben.
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In einer bevorzugten Ausführungsform bildet die Vorrichtung bzw. bilden die miteinander verbundenen flexiblen Matten eine Scheibe mit kreisförmiger oder annähernd kreisförmiger Kontur, in deren Zentrum eine Öffnung für das Offshore-Bauwerk vorgesehen ist. Es hat sich gezeigt, dass durch diese Form ein optimaler Schutz vor Verkolkung erzielt wird. Die zentrale Öffnung kann an die Form des Offshore-Bauwerks angepasst werden und weist zum Beispiel bei einem Monopile eine ebenfalls kreisförmige Kontur auf. Für den Randbereich der Öffnung, der dem Offshore-Bauwerk anliegt, sind Dichtmittel vorgesehen, damit zwischen dem Offshore-Bauwerk und der Vorrichtung kein Wasser eindringen kann.
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Wenn die Gewichtselemente außerdem aus Metall sind, wird eine große Masse mit hohem Gewicht bei kleinem Volumen erzielt. Durch die von den Gewichtselementen auf den äußeren Randbereich der Matten ausgeübte Kraft werden diese nach unten gedrückt und dichten das Offshore-Bauwerk insgesamt ab. Hierdurch wird ein wirksamer Schutz gegen Verkolkung erzielt.
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Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Radius der Vorrichtung etwa dreimal so lang ist wie der Radius des Offshore-Bauwerks in der Ebene, in der die Vorrichtung angeordnet bzw. am Offshore-Bauwerk befestigt ist.
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Wenn sich die länglichen Trägerelemente radial vom inneren Randbereich der Öffnung bis hin zum äußeren Randbereich der Vorrichtung erstrecken, werden die flexiblen Matten über ihre gesamte Fläche in radialer Richtung versteift.
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Die Gewichtselemente weisen die Grundfläche eines länglichen, symmetrischen Trapezes auf, dessen Längsachse jeweils in Richtung des Zentrums der Vorrichtung bzw. des Offshore-Bauwerks weist. Die Gewichtselemente können im Längsschnitt und/oder im Querschnitt die Form eines gleichschenkligen, symmetrischen Trapezes aufweisen, wobei dessen Ecken vorzugsweise abgerundet sind. Hierdurch entstehen keine Wirbel und ungünstigen Strömungen des Meereswassers. Ein Vorteil der sich nach oben hin und in Richtung der Längsachse verjüngenden Form liegt darin, dass sich die flexiblen Matten nach unten absenken können, ohne dass die Gewichtselemente in Kontakt geraten.
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Als Material für die flexiblen Matten kommen Geotextilien, Kunststofffolien oder Verbundmaterialen in Frage.
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Die Trägerelemente können gerade verlaufen. Sie können aber auch eine Krümmung nach unten hin aufweisen, damit die flexiblen Matten eine hydrodynamisch günstige Auflauffläche für Wellen ausbilden.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird unter Bezugnahme auf eine Zeichnung als nicht einschränkendes Beispiel beschrieben, wobei weitere vorteilhafte Merkmale den Figuren der Zeichnung zu entnehmen sind.
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Funktionsmäßig gleiche Teile sind dabei mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Die Figuren der Zeichnung zeigen im Einzelnen:
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1 eine Draufsicht a auf die Vorrichtung und eine Teilansicht b der Vorrichtung im vertikalen Schnitt;
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2 die Vorrichtung mit einem zentralen Monopile im vertikalen Schnitt;
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3 Teilansichten a, b, c, d der Vorrichtung im vertikalen Schnitt; und
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4 eine Detailansicht der abgesunkenen Vorrichtung in einer Draufsicht a und in der Vorderansicht b.
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1a zeigt eine Draufsicht auf eine Ausführungsform der Vorrichtung 1. Diese besteht aus miteinander verbundenen, flexiblen Matten 3 aus Geotextilien. Die miteinander verbundenen, flexiblen Matten 3 haben die Form einer Scheibe mit kreisförmiger Kontur. Im Bereich des Zentrums 14 ist eine ebenfalls runde Öffnung 5 für ein zu schützendes Offshore-Bauwerk vorgesehen, das beispielsweise ein Monopile 2 einer Windkraftanlage sein kann. Der Radius der Vorrichtung 1 ist bei Monopiles, etwa dreimal so lang wie der Radius der Öffnung 5 bzw. der Radius des Monopiles 2, und zwar bezogen auf die horizontale Ebene, in der die Vorrichtung 1 am Monopile 2 befestigt ist, nämlich etwa auf der Höhe des Meeresbodens 8 (siehe 2).
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Am äußeren Randbereich 6 entlang des Umfangs der Vorrichtung 1 sind Gewichtselemente 4 aus Metall auf den Matten 3 befestigt, die die Matten 3 an den Rändern nach unten in den Meeresboden drücken und so abdichten. Hierdurch wird ein effektiver Kolkschutz erzielt. Die Gewichtselemente 4 sind so auf der Matte ausgerichtet, dass sich die (gedachte) Längsachse jedes Gewichtselements 4 radial in Richtung der Öffnung 5 erstreckt und sich also alle Längsachsen im Zentrum 14 der Vorrichtung 1 bzw. der Öffnung 5 treffen. Die Gewichtselemente 4 sind mit möglichst geringem Abstand nebeneinander auf den Matten 3 angeordnet, so dass an ihrem unteren Bereich ein geringer Zwischenraum gebildet wird. Hierdurch wird vermieden, dass die flexiblen Matten 3 zwischen den Gewichtselementen 4 Falten bilden können. Eine Faltenbildung wäre schädlich und würde Unterspülungen und Kolk fördern. Ein geringer Abstand im Bereich von einem Millimeter bis einem Zentimeter ist allerdings notwendig, da sich beim Absinken der flexiblen Matten der äußere Umfang der Vorrichtung 1 verringert. Der günstigste, minimal mögliche Abstand zwischen den Gewichtselementen 4 ergibt sich aus dem Umfang der Vorrichtung 1 und dem erwarteten möglichen Absinken.
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Die länglichen Trägerelemente 7 sind unterhalb der Matten 3 an diesen befestigt. Sie erstrecken sich radial vom äußeren Randbereich 6 der Vorrichtung 1 bis hin zum inneren Randbereich 9 der Öffnung 5. Dadurch werden die flexiblen Matten 3 über ihre gesamte Fläche versteift. Der Abstand 15 zwischen jeweils zwei Trägerelementen 7 beträgt etwa eineinhalb bis drei Metern.
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In der 1a sind die Gewichts- und Trägerelemente 4, 7 nur in jeweils zwei gegenüberliegenden Kreisabschnitten dargestellt. Tatsächlich sind die Gewichts- und Trägerelemente 4, 7 fortlaufend für die gesamte Vorrichtung 1 vorgesehen und gleichmäßig beabstandet.
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1b zeigt eine Teilansicht der Vorrichtung 1 im vertikalen Schnitt. Es ist der Bereich eines Trägerelements 7 ausgewählt, welches im Querschnitt dargestellt ist. Die Trägerelemente 7 haben eine Form, die leicht in den Meeresboden eindringt, im gezeigten Fall eine T-Form, und sind an der Unterseite der elastischen Matten 3 befestigt. Die Trägerelemente 7 bestehen aus einem geeigneten Stahl oder einem geeigneten Kunststoff.
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2 zeigt die Vorrichtung 1 mit einem Abschnitt eines Monopiles 2 im vertikalen Schnitt. Der in der zentralen Öffnung 5 angeordnete Monopile 2 ist allerdings nicht Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1. Die flexiblen Matten 3 liegen dem Meeresboden 8 auf, wobei durch deren Flexibilität eventuelle Unebenheiten des Meeresbodens 8 ausgeglichen werden können. An der Unterseite der flexiblen Matten 3 sind die radial verlaufenden Trägerelemente 7 befestigt, welche die flexiblen Matten 3 versteifen. Zwischen den Matten 3 und dem Monopile sind Dichtmittel 11 vorgesehen, so dass kein Meerwasser unter die Matten 3 eindringen kann. Hierdurch werden Unterspülungen vermieden. Die Matten 3 sind am Monopile 2 befestigt ist und bilden durch ihre Flexibilität Filmscharniere 11 aus. Im äußeren Randbereich 6 sind auf der Oberseite der flexiblen Matten 3 Gewichtselemente 4 befestigt, die die Matten 3 mit den Trägerelementen 7 nach unten drücken. Im Bereich der Gewichtselemente 4 weisen die Trägerelemente 7 und die darauf befestigten Matten 3 eine nach unten weisende Abschrägung 12 auf. Hierdurch wird die Vorrichtung 1 gegen Meerwasser abgedichtet und vor Verkolkung geschützt.
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3 zeigt Teilansichten a, b, c der der Vorrichtung 1 im vertikalen Schnitt. 3a entspricht der Schnittdarstellung in 2, wobei nur die linke Seite der Vorrichtung 1 gezeigt ist.
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Die 3b zeigt Vorrichtung 1 aus 3a, aber mit einem um etwa zwei Meter abgesunkenen Meeresboden 8.
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In 3c ist dargestellt, wie sich die Trägerelemente 7 bei abgesunkenem Meeresboden 8 mittels der Scharniere 10 nach unten bewegen, weil von den Gewichtselementen 4 eine Kraft auf sie ausgeübt wird. Hierdurch erfolgt eine Abdichtung und der Monopile 2 ist wieder gegen Verkolkung geschützt. Durch die entstandene Neigung werden außerdem Druckwellen aufgenommen und nach oben geführt. Die Vorrichtung 1 hat im gezeigten Zustand etwa die räumliche Form eines Konus. Sinkt der Meeresboden um zwei Meter ab, beträgt bei einer optimalen Neigung von etwa 1:5 die Länge der Matten 3 vom Monopile 2 aus etwa zehn Meter.
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In 3d ist eine andere Ausführungsform der Vorrichtung 1 mit nach unten gekrümmten Trägerelementen 7 dargestellt. Hierdurch ergibt sich eine gekrümmte, glockenartige Form der Matten 3 bzw. der Vorrichtung 1, die hydrodynamisch günstig ist.
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4a zeigt eine Detailansicht der abgesunkenen Vorrichtung 1 in einer Draufsicht und die 4b in der Vorderansicht. Es sind fünf Gewichtselemente 4 dargestellt, die im äußeren Randbereich 6 der flexiblen Matten 3 angeordnet sind. Die Gewichtselemente 4 haben die Grundform eines sich sowohl nach oben hin als auch zum Zentrum 14 der Vorrichtung hin verjüngenden Quaders. Im Längsschnitt, im Querschnitt und in Bezug auf die Grundfläche weisen die Gewichtselemente 4 daher die Form eines gleichschenkligen Trapezes auf. Durch die sich nach oben hin verjüngende Form können sich die flexiblen Matten 3 nach unten absenken, ohne dass die Gewichtselemente 4 in Kontakt geraten und sich behindern. Die Ecken sind abgerundet, wodurch sich keine Wirbel und ungünstige Strömungen des Meereswassers bilden. Durch das Absinken der Vorrichtung 1, wie es in der 3c dargestellt ist, verringert sich dessen äußerer Umfang und der Abstand zwischen den Gewichtselementen 4.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Monopile
- 3
- Flexible Matten
- 4
- Gewichtselemente
- 5
- Öffnung
- 6
- Äußerer Randbereich
- 7
- Trägerelemente
- 8
- Meeresboden
- 9
- Innerer Randbereich
- 10
- Gelenke
- 11
- Dichtmittel
- 12
- Abschrägung
- 14
- Zentrum
- 15
- Abstand
