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Die Erfindung betrifft eine Strebenanbindung für ein Bauteil einer Stahlkonstruktion, insbesondere von Türmen für Windkraftanlagen, insbesondere für einen Eckstiel einer Mastkonstruktion.
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An Masten und Türmen, insbesondere an Windkraftanlagen oder Spannungsmasten werden regelmäßig Streben in unterschiedlichen Höhen und Winkeln an im Wesentlichen aufrecht stehenden Maststrukturen wie Eckstielen verbunden. Eine derartige Konstruktion wird auch als Ausfachung bezeichnet.
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Dazu ist es im Stand der Technik der
EP 2 270 294 A2 bekannt, Schweißkonstruktionen bestehend aus einzelnen Blechen als Verbindungselemente bzw. Strebenanbindung zu bauen. Insbesondere durch die Schweißnähte entstehen sehr hohe lokale Spannungsspitzen und dadurch eine begrenzte Dauerfestigkeit. Außerdem sind mit einer solchen Konstruktion viele Einzelteile und somit eine Anhäufung von Schweißnähten im ermüdungsbeanspruchten Bereich sowie ein hoher Montage- und Logistikaufwand verbunden.
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Des Weiteren ist eine Knotenblechlösung bekannt, bei der eine Vielzahl von einzelnen Blechen zusammengeschweißt ist und eine Anbindung einer Strebe an das Rohr einer Stahlkonstruktion ermöglicht. Dabei entstehen jeweils sehr hohe lokale Spannungsspitzen, so dass eine Dauerfestigkeit des Aufbaus nicht gewährleistet ist. Zudem ist die Vielzahl von Einzelteilen nachteilig, weil ein hoher Aufwand an Montage und Logistik notwendig ist.
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Darüber hinaus sind aus der
EP 2 067 914 A2 Rohrstücke mit Strebenanbindungen bekannt, die insgesamt als Gussteile hergestellt sind. Derartige gegossene Rohrstücke mit Strebenanbindungen werden oftmals bei Offshore-Jacket Gründungen verwendet.
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Deren Herstellung ist jedoch aufwändig und kostenintensiv, denn jede Gussform kann nur für ein spezifisches Rohrstück einer Variante genutzt werden. Außerdem ist bei dieser Lösung eine Reparatur, insbesondere eine Reparaturschweißung baustellenseitig schwierig durchzuführen.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es Strebenanbindungen bereitzustellen, die die zuvor aufgeführten Nachteile vermeiden. Insbesondere besteht die Aufgabe darin, eine preisgünstige und technisch verbesserte Lösung zu finden, bei der Schweißnähte in kritischen Bereichen, hohe Montage- und Logistikaufwände sowie hohe Kosten verringert werden.
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Die zuvor aufgezeigte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Strebenanbindung für ein Bauteil einer Stahlkonstruktion, insbesondere von Türmen für Windkraftanlagen, insbesondere für einen Eckstiel einer Mastkonstruktion mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß weist die Strebenanbindung einen Flansch, insbesondere einen Schraubflansch, und einen mit dem Flansch verbundenen Mantel auf, wobei die dem Flansch gegenüberliegende Gegenseite des Mantels an die Kontur des Bauteils angepasst ist, mit dem der Mantel verbunden werden soll, und wobei sich der Querschnitt des Mantels in Richtung der Gegenseite erweitert.
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Die Vorteile einer solchen Konstruktion liegen in der einfacheren Montage und Wartung. Denn die erfindungsgemäße Lösung erlaubt das Verwenden von herkömmlichen Rundhohlprofilen bzw. rohrförmigen Tragekonstruktionen, an denen die erfindungsgemäßen Strebenanbindungen werkseitig oder auch baustellenseitig angebracht werden. Damit ist man in der Lage, alle Strebenprofile über Flansche ohne thermische Fügeverfahren zu verbinden. Die Konstruktion der Strebenanbindung kann somit optimal steif ausgelegt werden. Überdies erhält man eine korrosionssichere Konstruktion durch Vermeiden von Wasserlagerungsstellen und durch fehlende Kanten, wodurch eine homogene Schichtdicke der Beschichtung der gesamten Konstruktion eingehalten werden kann. Des Weiteren sind Schweißnähte, sofern überhaupt noch vorhanden, in weniger kritische Spannungsbereiche verlegt.
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Vorzugsweise ist dabei der Flansch innen liegend ausgebildet, wodurch die Montage und Wartung ebenfalls vereinfacht wird. Denn alle Schrauben sind innen liegend und von innerhalb der Stahlkonstruktion erreichbar.
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Vorzugsweise bildet der Mantel einen Konus mit konstanter oder variabler Konizität, wodurch eine gute und gleichmäßige Verteilung der Krafteinleitung erreicht wird.
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Jedenfalls ist der Mantel so ausgebildet, dass der innere Hohlraum die Zugänglichkeit aus dem Bauteil heraus ermöglicht. Dazu ist innerhalb der Fläche, die von der Strebenanbindung mit der Gegenseite des Mantels umgrenzt wird, eine Öffnung in der Wand des Bauteils vorgesehen, wobei das Bauteil bevorzugt rohrförmig, insbesondere zylindrisch ausgebildet ist. Die Zugänglichkeit von innen ermöglicht es eine Strebe mittels einer Flanschverbindung an der Strebenanbindung zu befestigen.
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In besonders bevorzugter Weise ist vorgesehen, dass ein Aufsatz mit dem Mantel verbunden ist und den Mantel zumindest teilweise umgibt. Insbesondere bei winkeliger Ausrichtung der Strebenanbindung kann durch den zusätzlichen Aufsatz, auch Schuh genannt, bestehend aus einem oder mehreren entsprechend geformten Blechen der Bereich zwischen Flansch und Eckstiel abgedeckt sein. Ein Vorteil dieser Ausführungsform liegt in der verringerten Schweißnahtlänge und dem verbesserten Kraftfluss.
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Somit kann mit einfachen Technologien eine optimierte Strebenanbindung hergestellt werden. Denn ein konisches Rohrelement kann als Mantel verwendet werden, auf den ein Aufsatz bzw. Schuh in Form einer Schweißbaugruppe aufgesetzt und mit diesem verschweißt werden kann.
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Alternativ ist es auch denkbar den Aufsatz aus zwei Schalen mit nur einer Naht herzustellen.
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Die Vorteile dieser Konstruktion sind eine große Aufstandsfläche der Gegenseite des Mantels, ggf. zusammen mit dem Aufsatz, auf dem Bauteil, und die harmonische Übertragung der Kräfte auf das Bauteil als Haupttragstruktur, beispielsweise auf ein Hauptrohr einer Stahlkonstruktion.
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Bei einer weiteren Ausführungsform der vorlegenden Erfindung ist ein rohrförmiger Grundkörper vorgesehen, wobei der Grundkörper auf einer Seite mit dem Flansch verbunden, insbesondere verschweißt ist, wobei die Gegenseite des Grundkörpers an die Kontur des Bauteils angepasst ist und wobei der Mantel, insbesondere in Form eines Aufsatzes, mit dem Grundkörper verbunden ist und diesen zumindest teilweise umgibt.
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Diese Lösung kann möglichst weite Aufstandsflächen auf dem Bauteil verwirklichen, um so erhöhte lokale Spannungen zu vermeiden. Die Vorteile einer derartigen Lösung sind die einfache Herstellbarkeit mit einfacher Adaption für verschiedene Varianten und ein optimierter Kraftfluss. Ferner sind so auch einfach beliebige Anstellwinkel für die Anbindung einer Strebe als Ausfachung gegenüber dem Bauteil in Form eines Haupttragrohrs möglich.
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Insbesondere weist der Mantel mindestens zwei, vorzugsweise drei Bleche, insbesondere Stahlbleche auf, die miteinander verbunden, insbesondere verschweigt sind. Diese Lösung stellt somit eine geschweißte Stahlblechlösung dar, die besonders einfach in der Herstellung ist.
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Diese Ausgestaltung besteht somit bevorzugt aus einer Schweißbaugruppe, die aus einem rohrförmigen Grundkörper besteht, der in etwa dem Durchmesser der anzuschließenden Streben entspricht. Auf einer Seite des Grundkörpers ist der Flansch in Form eines Schraubflansches vorgesehen und die Gegenseite des Grundkörpers ist, wie die Gegenseite des Mantels auch, an die Kontur des Bauteils, insbesondere eines Eckstiels einer Stahlkonstruktion angepasst. Der Mantel erweitert sich ausgehend vom Flanschbereich radial und deckt vorzugsweise einen eingeschlossenen, vorzugsweise spitzen Winkel zwischen Grundkörper und Bauteil, ab. Vorzugsweise werden der Mantel sowie der Grundkörper mit dem Bauteil verschweißt. Der Grundkörper wird somit von dem Mantel in Form eines Aufsatzes oder Schuhs umgeben bzw. abgestützt. Dieses dient zur Spannungsreduzierung und Versteifung.
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Die oben dargestellte erfindungsgemäße Strebenanbindung kann auch dadurch weitergebildet werden, dass der Mantel durch Tiefziehen, Drückwalzen oder Schmieden aus einem Rohling umgeformt worden ist. Der Vorteil dieser Ausführungsform liegt vor allem in der weiter verringerten oder sogar vermiedenen Schweißnahtlänge und somit in einem verringerten Fertigungsaufwand, geringeren Kosten sowie einem verbessertes Dauerfestigkeitsverhalten.
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Diese Ausführungsform ist insbesondere bei annähernd lotrechter Anbindung bevorzugt. Für die Herstellung des Mantels wird ein Rohling, vorzugsweise eine Ronde in Form einer konischen Ausgangsplatine, durch Fertigungsprozesse wie Tiefziehen, Drückwalzen, Schmieden, 3–4 Walzen Rundbiegen und dgl. umgeformt, wodurch zunächst nur der Mantel hergestellt wird. Die Grundform entspricht hier ebenfalls einem Konus mit konstanter oder variabler Konizität.
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Der Flansch kann hierbei wie in den vorherigen Lösungen insbesondere angeschweißt sein. Bevorzugt kann der Flansch auch aus dem Rohling selbst während des Herstellens ausgeformt werden, wodurch die gesamte Strebenanbindung einteilig ausgebildet wird. Die im Querschnitt größere Gegenseite wird dann derart beschnitten, dass sie der Außenkontur des Bauteils, beispielsweise des Eckstiels entspricht.
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Eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Strebenanbindung besteht darin, dass der Mantel als Gussteil ausgebildet ist. In diesem Fall kann der Flansch einstückig mit dem Mantel ausgebildet oder an den Mantel angeschweißt sein.
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Ein Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass bei einem Gussteil grundsätzlich keine Schweißverbindungen vorhanden sind. Eine Schweißverbindung besteht dabei nur dann zum Flansch, wenn dieser angeschweißt ist. Wenn der Flansch bereits einstückig mit dem Mantel angegossen wird, dann entfällt auch hier eine Schweißnaht. Der gegossene Mantel kann dann an dem Bauteil mittels einer Schweißverbindung verbunden werden.
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Es ist allerdings bevorzugt, dass die Gegenseite des Mantels mit einem weiteren Flansch verbunden ist. Dieser Flansch kann entweder ebenfalls mit dem Mantel verschweißt sein oder beim Gießen mit dem Mantel angegossen werden. Somit kann die gegossene Strebenanbindung an das Bauteil, insbesondere an den Eckstiel einer Mastkonstruktion angeschraubt werden. Der Vorteil dieser Ausführung liegt auch in dem verbesserten Kraftfluss.
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Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Zeichnung. In der Zeichnung zeigen:
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1 ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
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2 das zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
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3 ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
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4–7 ein viertes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung und
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8 ein fünftes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung und
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9 ein sechstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele für Strebenanbindungen für ein Bauteil einer Stahlkonstruktion wie beispielsweise von Türmen für Windkraftanlagen anhand der Figuren erläutert, wobei nachfolgend die Erfindung am Beispiel eines rohrförmigen Eckstiels einer Mastkonstruktion beschrieben wird.
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1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Strebenanbindung 10, wie einen Flansch 12 aufweist, der vorlegend als Schraubflansch ausgebildet ist, und einen mit dem Flansch 12 verbundenen Mantel 14. Die dem Flansch 12 gegenüberliegende Gegenseite 16 des Mantels 14 ist an die Kontur des Eckstiels 20 angepasst, mit dem der Mantel 14 verbunden werden soll. Dabei erweitert sich der Querschnitt des Mantels 14 in Richtung der Gegenseite 16.
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Vorliegend ist der Flansch 12 innen liegend ausgebildet, so dass eine Zugänglichkeit des Flansches 12 aus dem Innenraum des Eckstiels 20 ermöglicht wird. Dazu ist eine Öffnung in der Wandung des Eckstiels 20 ausgebildet.
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Grundsätzlich kann der Mantel 14 einen Konus mit konstanter oder variabler Konizität bilden. Damit ist eine kontinuierliche Querschnittserweiterung mit wachsendem Abstand zu dem Flansch 12 tragenden Ende des Mantels gemeint. Diese form des Mantels 14 dient einer verbesserten Kraftableitung.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Strebenanbindung 10 in einem spitzen Winkel am Eckstiel 20 befestigt, so dass sich die in 1 erkennbare Anlagefläche entlang der Kante der Gegenseite 16 des Mantels 14 ergibt.
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Bei dem in den 2 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel, das den Aufbaus des ersten Ausführungsbeispiel aufweist, ist zusätzlich ein Aufsatz 30, der auch als Schuh bezeichnet werden kann, mit dem Mantel 14 verbunden und umgibt den Mantel 14 zumindest teilweise. Dazu ist der Aufsatz 30 zwischen der Fläche des Eckstiels 20 und dem Mantel 14 im Bereich des spitzen Winkels angeordnet und führt in diesem Bereich zu einer verbesserten Kraftableitung.
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Des Weiteren besteht der Aufsatz 30 aus einer Schale, wodurch eine weitere Vereinfachung des Aufbaus der Strebenanbindung 10 erreicht wird.
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3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Strebenanbindung 100, die einen Flansch 112 in Form eines Schraubflansches und einen mit dem Flansch 112 verbundenen Mantel 114 aufweist. Die dem Flansch 112 gegenüberliegende Gegenseite 116 des Mantels 114 ist an die Kontur des Eckstiels 20 angepasst, mit dem der Mantel 114 verbunden werden soll. Dabei erweitert sich der Querschnitt des Mantels 114 in Richtung der Gegenseite 116.
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Des Weiteren ist ein rohrförmiger Grundkörper 120 vorgesehen. Der Grundkörper 120 ist auf einer Seite mit dem Flansch 112 verschweißt. Die Gegenseite 122 des Grundkörpers 120 ist an die Kontur des Eckstiels 20 angepasst, so dass auch die Gegenseite 122 mit dem Eckstiel verbunden, insbesondere verschweißt werden kann.
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Der Mantel 114 ist nun mit dem Grundkörper 120 und somit mit dem Flansch 112 verbunden und umgibt den Grundkörper 120 teilweise im Bereich des spitzen Winkels zwischen der Fläche des Eckstiels 20 und dem Mantel 114. Somit bildet der Mantel 114 einen nicht geschlossenen Aufsatz oder Schuh.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel besteht der Mantel 114 aus drei im rechten Winkel zueinander angeordneten Blechen 130, 132 und 134, insbesondere Stahlblechen, die an ihren Verbindungskanten miteinander verschweißt sind. Ebenso sind die Bleche 130, 132 und 134 des Mantels 114 mit dem Grundkörper 120 verschweißt. Somit bilden der aus den Blechen 130, 132 und 134 bestehende Mantel 114 und der Grundkörper 120 eine Einheit, die anschließend mit dem Eckstiel verbunden werden kann.
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In den 4 bis 7 ist ein viertes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die Strebenanbindung 200 weist einen Flansch 212 und einen Mantel 214 auf, wobei sich der Mantel 214 einstückig an dem Flansch 212 anschließt und wobei das dem Flansch 212 gegenüberliegende Ende des Mantels 214 an die Kontur des Bauteils einer Stahlkonstruktion, insbesondere eines rohrförmigen Eckstiels (nicht dargestellt) angepasst ist, mit dem der Mantel 214 verbunden werden soll.
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Vorliegend weist der Mantel 214 eine konische Form auf, die einen ebenfalls konisch, aber mit flacherem Winkel verlaufenden Abschnitt 216 aufweist. Der Flansch 212 ist dabei mit dem verjüngten Ende des konischen Mantels 214 verbunden.
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Des Weiteren ist ein zylindrischer Abschnitt 218 vorgesehen, der den Flansch 212 mit dem Mantel 214 verbindet.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Flansch 212 innen liegend ausgebildet und bildet eine Öffnung 220 aus. Mit dem Flansch 212 können Streben einer Stahlkonstruktion verbunden werden. Die dem Flansch 212 gegenüberliegende Öffnung des Mantels 214 bzw. des Abschnitts 216 ist für die Anlage an dem rohrförmigen Eckstiel angepasst. Entlang der Außenkante des Mantels 214 bzw. des Abschnitts 216 kann das Verbindungselement 210 mit dem Eckstiel verschweißt werden.
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Wie sich insbesondere aus 7 ergibt, ist bei dem in den 4 bis 6 dargestellten Ausführungsbeispiel die Achse des Verbindungselements 210 senkrecht zur Achse des Eckstiels 20 ausgerichtet.
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8 zeigt nun ein fünftes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Verbindungselements 210. Bei diesem Ausführungsbeispiel weist der Mantel 214 einen zylindrischen Abschnitt 222 auf, der schräg zur Achse der Strebenanbindung 200 abgetrennt ist. Somit kann die Strebenanbindung 200 in einem Winkel mit dem Eckstiel 20 verbunden werden.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel ist es vorteilhaft, dass der Mantel 214 durch Tiefziehen, Drückwalzen, Schmieden oder einem anderen geeigneten Verfahren aus einem Rohling umgeformt worden ist. Dadurch ergibt sich eine schweißnahtfreie Ausgestaltung des Mantels 214. Insbesondere beim Drückwalzen ist es möglich, dass der Flansch 212 einstückig mit dem Mantel 214 ausgebildet wird. Dagegen kann der Flansch 214 auch an den Mantel 214 angeschweißt sein.
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Das in 9 dargestellte sechste Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist hier ähnlich wie das in 3 dargestellte Ausführungsbeispiel ausgebildet, kann jedoch eine abweichende Geometrie aufweisen.
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Die Strebenanbindung 300 weist einen Flansch 312 und einen mit dem Flansch 312 verbundenen Mantel 314 auf. Die dem Flansch 312 gegenüberliegende Gegenseite 316 des Mantels 314 ist an die Kontur des Eckstiels 20 angepasst, mit dem der Mantel 314 verbunden werden soll. Dabei erweitert sich der Querschnitt des Mantels 314 in Richtung der Gegenseite 316.
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Des Weiteren ist ein rohrförmiger Grundkörper 320 vorgesehen, der auf einer Seite mit dem Flansch 312 verschweißt ist. Die Gegenseite 322 des Grundkörpers 320 ist an die Kontur des Eckstiels 20 angepasst, so dass auch die Gegenseite 322 mit dem Eckstiel 20 verschweißt werden kann.
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Der Mantel 314 ist mit dem Grundkörper 320 und somit mit dem Flansch 312 verbunden. Zudem umgibt der Mantel 314 den Grundkörper 320 teilweise im Bereich des spitzen Winkels zwischen der Fläche des Eckstiels 20 und dem Grundkörper 320. Somit bildet der Mantel 314 einen Aufsatz oder Schuh.
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Im Unterschied zum vorigen Beispiel nach 3 ist der Mantel 314 als Gussteil ausgebildet. Somit entfallen die für das Beispiel nach 3 beschriebenen Schweißnähte zwischen einzelnen Blechen, die den Mantel 114 bilden und es braucht keine eine weitere kraftflussoptimierte Gestaltung erfolgen.
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Ebenso ist es möglich, das in den 4 bis 7 dargestellte Ausführungsbeispiel einer Strebenanbindung mit einem Mantel zu versehen, der als Gussteil hergestellt worden ist. Damit wird der gleiche Vorteil wie zuvor erreicht, da das Gussteil keine Schweißnaht innerhalb der Mantelfläche aufweist. Bei einer solchen Ausführungsform kann der Flansch entweder einstückig mit dem Mantel ausgebildet sein oder der Flansch wird während des Gießverfahrens angegossen. Alternativ dazu kann der Flansch auch an den Mantel angeschweißt sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2270294 A2 [0003]
- EP 2067914 A2 [0005]
