DE102014112787A1 - Method for connecting an upper pipe end of a foundation structure with a lower pipe end of a structural element for the construction of an offshore wind turbine - Google Patents
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Abstract
Mit der Erfindung wird ein Verfahren für das Verbinden eines auf einem zu einer in den Meeresgrund getriebenen Gründungstruktur gehörenden, über die Wasseroberfläche vorstehenden oberen Rohrende aufgesetzten, ein in Durchmesser und Wandstärke dem oberen Rohrende der Gründungsstruktur gleichendes unteres Rohrende aufweisenden Strukturelements mit dem oberen Rohrende der Gründungsstruktur für die weitere Errichtung einer Off-Shore-Windenergieanlage, angeben, mit dem bei im Stand der Technik bekannten Verfahren auftretende Probleme umgangen werden können. Mit dem Verfahren, dass sich dadurch auszeichnet, dass – dass die Rohrenden flanschlos ausgebildet sind, – dass das untere Rohrende des Strukturelements stirnseitig auf Stoß auf das obere Rohrende der Gründungsstruktur aufgesetzt wird, und – dass entlang der Stoßstelle, an der die beiden Rohrenden stirnseitig aufeinander sitzen, umfangseitig jeweils einander gegenüberliegend auf die Außen- und auf die Innenseiten der beiden Rohrenden, die Stoßstelle überbrückende Spannplatten aufgesetzt und mit quer zu der Längserstreckung der Rohrenden durch die Wand des oberen Rohrendes der Gründungstruktur und durch die Wand des unteren Rohrendes des Strukturelements geführten, die Spannplatten aufeinander zu ziehenden Schraubelementen derart schraubverspannt werden, dass die Spannplatten einen die Verbindung begründenden Reibschluss mit den Rohrenden ausbilden, wird insbesondere eine von äußeren Einflüssen unabhängigeren Bildung der Verbindung erreicht und wird verhindert, dass durch aufgrund eines Eintreibvorganges der Gründung in den Meeresgrund (durch Rammen oder Rütteln) hervorgerufene Veränderungen an dem oberen rohrförmigen Ende der Gründungsstruktur die Verbindung eine Schwächung erfährt.The invention relates to a method for connecting a structural element, which has a lower tube end, which has a lower tube end which is similar in diameter and wall thickness to the upper tube end of the foundation structure, to the upper tube end of the foundation structure for the further construction of an off-shore wind turbine, can be circumvented with the problems occurring in known in the prior art method problems. With the method that is characterized by the fact that - that the pipe ends are flangeless, - that the lower end of the pipe element of the structural element is placed end to end on the upper tube end of the foundation structure, and - that along the joint at the end of the two pipe ends sitting on each other, circumferentially in each case opposite each other on the outer and on the inner sides of the two pipe ends, the joint bridging clamping plates mounted and guided transversely to the longitudinal extent of the pipe ends through the wall of the upper pipe end of the foundation structure and through the wall of the lower pipe end of the structural element , the clamping plates are screwed to each other to be pulled screw elements such that the clamping plates form a connection establishing frictional engagement with the pipe ends, in particular a more independent from external influences formation of the compound is achieved and is prevented s by changes in the upper tubular end of the foundation structure caused by a driving action of the foundation into the ocean floor (by ramming or shaking), the connection is weakened.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren für das Verbinden eines auf einem zu einer in den Meeresgrund getriebenen Gründungsstruktur gehörenden, über die Wasseroberfläche vorstehenden oberen Rohrende aufgesetzten, ein in Durchmesser und Wandstärke dem oberen Rohrende der Gründungsstruktur gleichendes unteres Rohrende aufweisenden Strukturelementes mit dem oberen Rohrende der Gründungsstruktur für die weitere Errichtung einer Off-Shore-Windenergieanlage. The invention relates to a method for connecting a structural element, which has a lower tube end in diameter and wall thickness to the upper tube end of the foundation structure, to a structural element that is attached to a foundation structure driven into the seabed and has the upper tube end projecting above the water surface, with the upper tube end of the foundation structure for the further construction of an offshore wind turbine.
Die Errichtung von Windenergieanlagen und ganzen Windenergieparks auch Offshore, d.h. im Meer gelegen, ist heute bereits gängige Praxis. Dabei bedingt die Errichtung auf See deutlich andere und schwerer zu überwindende Herausforderungen an die Bautechnik, insbesondere die Gründung, d.h. Verankerung am Meeresboden, des entsprechenden Bauwerkes und den eigentlichen Aufbau auf der Gründung. Während an Land in bekannter Weise Fundamente bereitet werden können, auf die dann sukzessive die Windenergieanlagen in herkömmlicher Weise aufgebaut werden können, ist dies auf See deutlich schwieriger. Hierbei ist nicht nur zu beachten, dass eine der Fundamenterstellung an Land vergleichbare Grundlegung so nicht machbar ist, dass andere Bautechniken für die Gründung zu berücksichtigen sind. Vielmehr ist auch von erheblicher Relevanz, dass typischerweise die Witterungs- und Umgebungsbedingungen auf See deutlich rauer und harscher sind, als dies an Land der Fall ist. Entsprechend stehen für die Errichtung von Windenergieanlagen auf See häufig nur eingeschränkte Zeitfenster zur Verfügung, in denen die Wetterlage ausreichend ruhig ist, als dass Bautätigkeiten dort entfaltet werden können. The erection of wind turbines and entire wind farms also offshore, i. Located in the sea, today is already common practice. In this context, the construction at sea requires significantly different and difficult to overcome challenges to the construction engineering, in particular the foundation, i. Anchoring on the seabed, the corresponding structure and the actual construction on the foundation. While foundations can be prepared on land in a known manner, which can then successively be used to set up the wind turbines in a conventional manner, this is much more difficult at sea. It is not only important to note that it is not possible to base a foundation similar to that on land so that other construction techniques have to be taken into account. Rather, it is also of considerable relevance that typically the weather and environmental conditions at sea are much rougher and harsher than on land. Accordingly, only limited time windows are available for the construction of wind turbines at sea, in which the weather is sufficiently quiet than that building activities can be deployed there.
Für die Gründung einer Windenergieanlage gibt es prinzipiell unterschiedliche Vorgehensweisen, wobei ein weit verbreitetes Modell die Gründung mit Gründungspfählen ist, die mit Ramm- oder Rütteltechnik in den Meeresgrund getrieben und so verankert werden. Dabei wird häufig die Rammtechnik eingesetzt, wobei diese inzwischen in Verruf geraten ist durch die beim Aufschlagen des Rammkörpers auf das rohrförmige Pfahlelement hervorgerufenen lauten Geräusche, die für die Meeresfauna schädlich sind, insbesondere für Wale und Delfine. Entsprechend geht man heute auch dazu über, Pfahlgründungen nicht mehr zu rammen, sondern mit einem permanent auf den Pfahl aufgesetzten und in schwingende Rüttelbewegungen versetzen Rüttelkörper in den Untergrund zu rütteln. In principle, there are different approaches to founding a wind turbine, with a widely used model being foundation with foundation piles, which are driven into the seabed by means of ramming or vibration technology and thus anchored. In this case, the piling technique is often used, and this has now fallen into disrepute due to the loud sounds caused when the ramming of the pile member on the tubular pile element, which are harmful to the marine fauna, especially for whales and dolphins. Accordingly, it is now also on to no longer ram pile foundations, but with a permanently put on the post and put into vibrating shaking vibrate vibrate body into the ground.
Ist dieser Gründungspfahl, der, wenn er ein einziges Rohr umfasst, häufig auch als „Monopile“ bezeichnet wird, erst einmal soweit in den Meeresgrund getrieben, dass er fest verankert ist und dass das obere Ende des Gründungspfahles oder einer anderen Gründungsstruktur weiterhin oberhalb des Meeresspiegels liegt, wird in einer nächsten Bauphase das sich anschließende Element bzw. die sich anschließende Baustruktur angeschlossen. Dies kann z.B. bereits der Turm (oder ein Turmsegment) der Windenergieanlage sein, der (das) dann mittels eines Schwimmkranes auf die Verankerung gehoben und dort abgesetzt wird. Dies kann aber auch ein sogenanntes Übergangsstück, auch „Transition Piece“, sein, an welchem z.B. Einrichtungen wie Bootsanleger und dgl. angeordnet sein können und an das sich dann bei der Errichtung der Turm der Windenergieanlage in vertikaler Richtung nach oben anschließt. If this foundation pile, which, if it comprises a single pipe, is often referred to as "monopile", it is first driven so far into the seabed that it is firmly anchored and that the top of the foundation pile or other foundation structure remains above sea level is in the next stage of construction, the adjoining element or the adjoining building structure is connected. This can e.g. already be the tower (or a tower segment) of the wind turbine, which is then raised by means of a floating crane on the anchorage and discontinued there. However, this can also be a so-called transition piece, also called "transition piece", on which e.g. Devices such as jetty and the like. Can be arranged and then followed by the construction of the tower of the wind turbine in a vertical upward direction.
Um hier die spätere vollständige Last, die die auf die Gründung aufgebaute Windenergieanlage in die Gründungsstruktur einleiten soll, sicher aufzunehmen und eine feste Verbindung zu schaffen, sind verschiedene Verbindungsmöglichkeiten bekannt, die sich in zwei Gruppierungen unterscheiden lassen. In order to safely accommodate the subsequent full load that is to initiate the wind turbine built on the founding structure into the foundation structure and to create a firm connection, various connection options are known, which can be divided into two groups.
Eine häufig genutzt Art der Verbindung des sich an die Gründung anschließenden Strukturelementes (Transiton Piece oder Turm bzw. Turmsegment) besteht darin, hier einen Überlapp mit dem oberen Ende der Gründungsstruktur zu schaffen, indem ein im Durchmesser größerer rohrförmiger Endabschnitt im unteren Bereich der sich anschließenden Struktur über das obere rohrförmige Ende am oberen Ende des Gründungselementes bzw. der Gründungsstruktur geschoben wird, der entstehende Zwischenraum (Ringraum) abgedichtet und mit einem aushärtenden Material, typischerweise einer Zement- bzw. Betonmischung, ausgegossen wird. Beispiele für eine derartige Vorgehensweise sind in der
Ein wesentlichen Problem bei dieser Art der Anbindung und Festlegung der sich an die Gründung anschließenden Struktur des Bauwerkes (der Windenergieanlage) besteht hier darin, dass die Qualität und Festigkeit des Verfüllmaterials (Beton, Zement) in hohem Maße von den Aushärtebedingungen abhängig ist. Hier sind insbesondere eindringendes Meerwasser, zu hohe Feuchtigkeit oder auch ungünstige Temperaturen schädlich. Dies führt dazu, dass wenn derartige Verbindungen von hoher Festigkeit und hoher Zuverlässigkeit ausgebildet werden sollen, nur sehr ausgesuchte Wetterperioden genutzt werden können, um hier die Anbindung zu vollziehen. Kommt es dabei z.B. während der Anbauphase zu einem plötzlichen Wetterumschwung oder einem anderen unvorhergesehenen Ereignis, so hat dies einen deutlich schwächenden Einfluss auf die Verbindung, wobei eine einmal begonnene Verbindung, wenn also das Füllmaterial eingegossen ist (Beton, Zement) nicht wieder angehalten oder gar rückgängig gemacht werden kann. Vielmehr kommt es dann zu deutlich geschwächten Verbindungen, die einen verkürzenden und mithin negativen Einfluss auf die Lebensdauer des Bauwerkes bis hin zu einem kritischen Einfluss auf dessen Standfestigkeit überhaupt haben. A significant problem with this type of connection and definition of the subsequent construction of the structure (the wind turbine) here is that the quality and strength of the backfill material (concrete, cement) is highly dependent on the curing conditions. In particular, penetrating seawater, too high humidity or unfavorable temperatures are harmful. The result of this is that if such connections of high strength and high reliability are to be formed, only very selected weather periods can be used to make the connection here. If, for example, a sudden change in weather or another unforeseen event occurs during the growing phase, this has a clearly weakening effect on the connection, whereby a connection once started, ie when the filling material is poured in (concrete, cement), is not stopped again or even stopped can be reversed. Rather, it comes then To significantly weakened compounds that have a shortening and thus negative impact on the life of the building to a critical impact on its stability in general.
Eine weitere Art der Verbindung besteht darin, dass auf dem oberen rohrförmigen Ende der Gründungsstruktur, insbesondere eines Monopiles, vor dessen Eintreiben in den Meeresgrund ein nach innen weisender Flansch angebracht wird, typischerweise mit einer Schweißverbindung. Über diesen Flansch wird dann die aufgesetzte Struktur, die auf ihrem unteren, rohrförmigen Ende ebenfalls einen nach innen weisenden Flansch aufweist, mit entsprechend in Längsrichtung der rohrförmigen Strukturen verlaufenden, durch fluchtende Öffnungen in den Flanschen geführte Schrauben bzw. Schraubbolzen oder anderen Schraubelementen (Gewindestangen oder dgl.) verschraubt. Eine solche Ausbildung der Verbindung ist z.B. in der
Auch bei dieser Art der Verbindung und des Anschlusses der auf die Gründungsstruktur aufgesetzten weiteren Strukturen kommt es aber zu Problemen:
Der auf dem oberen rohrförmigen Ende der Gründungsstruktur vor deren Eintreiben in den Meeresgrund aufgeschweißte Flansch dient gleichzeitig als Angriffs- bzw. Aufschlagfläche für die Ramme bzw. die Rütteleinrichtung. Wird hier mit einer Ramme gearbeitet, ergibt der Aufschlag des Rammkörpers auf den Flansch, welcher Aufschlag häufig ungleich oder leicht versetzt erfolgt, typischerweise Verformungen in der Flanschoberfläche, die dann zu einer ungenügenden Passgenauigkeit mit dem Gegenstück, dem Flansch an dem unteren Rohrende des sich anschließenden und mit dem oberen Rohrende der Gründung zu verbindenden Strukturelementes führt. Hier sind in der Praxis dann zwischen den aufeinander aufgesetzten Flanschen Spalte zu beobachten, die, wenn keine Gegenmaßnahmen ergriffen werden, zu einer deutlichen Schwächung der Verbindung führen. In der Praxis werden hier dann Zwischenstücke, typischerweise sogenannte Shimming-Bleche, eingesetzt, um durch diese Maßnahme einen vollflächigen bzw. annähernd vollflächigen Kontakt zwischen den Flanschen und für die Ableitung der Vertikallasten zu erzielen. Diese Maßnahme, also das Einsetzen von Shimming-Blechen, ist einerseits sehr aufwendig, da diese vor Ort gesondert ausgewählt, ggf. sogar angefertigt werden müssen, andererseits führt sie zwar zu einer Verbesserung der Verbindung, ist allerdings nicht geeignet, die Qualität der ursprünglich zueinander passend plan gearbeiteten Flansche vollständig zu reproduzieren. However, even with this type of connection and the connection of the other structures placed on the foundation structure, problems arise:
The welded on the upper tubular end of the foundation structure prior to their driving into the seabed flange also serves as attack or impact surface for the ram or the vibrator. When working here with a ram, the impact of the ram on the flange, which impact is often unequal or slightly offset, typically results in deformations in the flange surface, which then leads to an insufficient accuracy of fit with the counterpart, the flange at the lower end of the pipe and leads to the upper pipe end of the foundation to be connected structural element. Here are in practice between the successive patch flanges to observe column, which, if no countermeasures are taken, lead to a significant weakening of the connection. In practice, intermediate pieces, typically so-called shimming sheets, are then used here in order to achieve a full-surface or approximately full-area contact between the flanges and for the derivation of the vertical loads by this measure. This measure, ie the onset of shimming sheets, on the one hand very expensive, since these must be selected separately on site, possibly even made, on the other hand, it leads to an improvement in the connection, however, is not suitable, the quality of each other originally to perfectly reproduce perfectly plan machined flanges.
Wird die Gründung hingegen über ein Rüttelverfahren in den Meeresuntergrund getrieben, so treten dabei zwar weniger Verformungen des Flansches am oberen Rand des oberen rohrförmigen Abschnittes des Gründungselementes bzw. der Gründungsstruktur auf, allerding führt die mit hoher Kraft und hohem Impuls ausgeübte Rüttelbelastung bereits zu einer hohen Beanspruchung und letztlich einer Schwächung und mithin einer frühzeitige Ermüdung der Schweißverbindung des Flansches mit dem restlichen Gründungselement. Hier wird also bereits bei der Errichtung des Bauwerkes eine wesentliche, lasttragende Struktur geschwächt, was zu entsprechenden Risiken und zu einer verringerten Standzeit des Bauwerkes führt. Eine solche Schwächung ist im Übrigen auch bei dem oben geschilderten Rammverfahren zu beobachten, denn auch die Rammschläge führen zu einer hohen, die Schweißverbindung schwächenden Belastung derselben. If, however, the foundation is driven by a vibration process into the seabed, while less deformations of the flange occur at the upper edge of the upper tubular portion of the foundation element or the foundation structure, however, the high force and high impulse vibration load already leads to a high Stress and ultimately a weakening and thus an early fatigue of the welded joint of the flange with the rest of the foundation element. In this case, an essential, load-bearing structure is already weakened during the construction of the building, which leads to corresponding risks and to a reduced service life of the building. Incidentally, such a weakening is also to be observed in the case of the above-described ramming method, since the ramming impacts also lead to a high load on the weakening of the welded joint.
Vor dem Hintergrund dieser Defizite der an sich bekannten Verbindungstechniken im Aufbau von Offshore-Windenergieanlagen, genauer in der Anbindung einer mit der Gründungsstruktur zu verbindenden Anschlussstruktur (Transition Piece, Turm der Windenergieanlage oder Turmsegment desselben) hat es sich der Erfinder zur Aufgabe gemacht, hier ein verbessertes Verfahren für das Verbinden eines auf einem zu einer in den Meeresgrund getriebenen Gründungskörper gehörenden, über die Wasseroberfläche vorstehenden oberen Rohrende aufgesetzten, ein in Durchmesser und Wandstärke dem oberen Rohrende der Gründungsstruktur gleichendes unteres Rohrende aufweisenden Strukturelementes mit dem oberen Rohrende der Gründungsstruktur für die weitere Errichtung einer Offshore-Windenergieanlage anzugeben und auch eine entsprechend verbesserte Verbindung zu nennen, die diese Probleme zu umgehen hilft, die insbesondere zu einer von äußeren Einflüssen unabhängigeren Bildung der Verbindung führt und die auch nicht etwa durch aufgrund eines Eintreibvorganges der Gründung in den Meeresgrund (Rammen oder Rütteln) hervorgerufene Veränderungen an dem oberen rohrförmigen Ende der Gründungsstruktur eine Schwächung erfährt. Against the background of these deficits of the known connection techniques in the construction of offshore wind turbines, more precisely in the connection of a connection structure to be connected to the foundation structure (transition piece, tower of the wind energy plant or tower segment thereof), the inventor has made it his business an improved method of joining a structural element to a top end of the foundation structure for further erection, comprising a top end of the tube projecting above the water surface and having a bottom end similar in diameter and wall thickness to the top end of the foundation structure an offshore wind turbine and also to provide a correspondingly improved connection that helps to circumvent these problems, which leads in particular to a more independent of external influences formation of the compound and d ie, it is not weakened either by changes in the upper tubular end of the foundation structure caused by a driving operation of the foundation into the ocean floor (ramming or shaking).
Zur Lösung dieser Aufgabe wird mit der Erfindung ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen dieses Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 9 angegeben. Ein weiterer Aspekt der Erfindung besteht schließlich in einer Verbindung mit den Merkmalen des Anspruches 10. To solve this problem, a method with the features of claim 1 is proposed by the invention. Advantageous developments of this method are specified in the
Erfindungsgemäß sind bei einem Verfahren für das Verbinden eines auf einem zu einer in den Meeresgrund getriebenen Gründungsstruktur gehörenden, über die Wasseroberfläche vorstehenden oberen Rohrende aufgesetzten, ein in Durchmesser und Wandstärke dem oberen Rohrende der Gründungsstruktur gleichendes unteres Rohrende aufweisenden Strukturelements mit dem oberen Rohrende der Gründungsstruktur für die weitere Errichtung einer Offshore-Windenergieanlage zunächst einmal die beteiligten Rohrenden flanschlos ausgebildet. Weiterhin zeichnen sich die Erfindung und das erfindungsgemäße Verfahren dadurch aus, dass das unter Rohrende des Strukturelementes stirnseitig auf Stoß auf das obere Rohrende der Gründungsstruktur aufgesetzt wird. Schließlich ist wesentlicher Aspekt der erfindungsgemäßen Lösung die Art der Verbindung der Rohrenden entlang der Stoßstelle, dadurch nämlich, dass entlang dieser Stoßstelle, an der die beiden Rohrenden stirnseitig aufeinandersitzen, in einer Ausgestaltungsmöglichkeit insbesondere umfangsseitig jeweils einander gegenüberliegend, aber grundsätzlich auch in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt und überlappend möglich, auf die Außen- und auf die Innenseite der beiden Rohrenden die Stoßstelle überbrückende Spannplatten aufgesetzt werden und diese Spannplatten mit quer zu der Längserstreckung der Rohrenden durch die Wand des oberen Rohrendes der Gründungsstruktur und durch die Wand des unteren Rohrendes des Strukturelementes geführten, die Spannplatten aufeinander zu ziehenden Schraubelementen in einer solchen Weise schraubverspannt werden, dass die Spannplatten einen die Verbindung begründenden Reibschluss mit den Rohrenden ausbilden. According to the invention, in a method for connecting a structural member having a lower tube end having a diameter and a wall thickness to the upper tube end of the foundation structure and being disposed above the water surface of the upper structure, the structural member having the upper tube end of the foundation structure the further construction an offshore wind turbine initially formed the pipe ends involved flangeless. Furthermore, the invention and the method according to the invention are characterized in that the end of the tube under the structural element is placed in abutment with the upper tube end of the foundation structure. Finally, an essential aspect of the solution according to the invention is the type of connection of the pipe ends along the joint, namely, that along this joint at which the two pipe ends frontally aufeinanderitzen, in a possible embodiment in particular circumferentially each opposite each other, but basically offset in the circumferential direction against each other and overlapping possible, on the outside and on the inside of the two pipe ends, the joint bridging clamping plates are placed and these clamping plates with transverse to the longitudinal extent of the pipe ends through the wall of the upper pipe end of the foundation structure and through the wall of the lower pipe end of the structural element out Clamping plates are screwed to each other to be pulled screw elements in such a way that the clamping plates form a connection establishing frictional engagement with the pipe ends.
Die erfindungsgemäße Lösung kommt dabei anders als die bekannten Schraubverbindungen, die mit Schraubflanschen arbeiten, ohne die entsprechenden Flanschelemente aus. Damit wird aber auch sogleich eine prinzipielle Schwachstelle der bekannten und bestehenden Verbindungen, die nämlich in der Schweißverbindung des Flansches bestand, welche Schweißverbindung durch das Eintreiben der Gründung in den Meeresboden (Rammen oder Rütteln) stark beansprucht wird, ausgemerzt. Auch ist es durch die hier gewählte Verbindungsart nicht mehr erforderlich, dass die Stirnenden der beteiligten rohrförmigen Enden auf der Oberseite des Gründungselementes und auf der dieser zugewandten Unterseite des sich anschließenden Strukturelementes exakt plan aufeinander aufliegen, dass hier z.B. nachdem beispielsweise durch das Rammen oder Rütteln Defekte entstanden sind, diese durch Shimming-Bleche zu überbrücken sind. Denn die Kraft und die Last wird nun nicht mehr unmittelbar über diese Stoßstelle und die stirnseitig aufeinandersitzenden Rohrenden übergeleitet, sie wird vielmehr entlang der mit den jeweiligen Rohrenden reibschlüssig bzw. kraftschlüssig verbundenen Spannplatten, die auf der Innenseite und der Außenseite der Rohrwandungen einander gegenüberliegen, abgeleitet. Dabei sind dadurch, dass die Schraubelemente in einer solchen Weise vorgespannt sind, dass hier dieser beschriebene Reibschluss entsteht und die Lastableitung über diesen und die Spannplatten erfolgt, insbesondere die quer zu der Längsrichtung und mithin der Richtung der Kraft- bzw. Lasteinleitung bzw. -ableitung angeordneten Schraubelemente an dem eigentlichen Tragen dieser Vertikallast nicht beteiligt. Es liegen hier also keine quer zu der Längsrichtung des Schraubelementes wirkenden Lasten auf diesen auf, die etwa ein Abscheren der Schraubelemente befürchten ließen. Vielmehr erfolgt die Überleitung der Kräfte und Lasten flächig in und durch die Spannplatten aufgrund des durch entsprechendes Vorspannen der Schraubelemente erreichten Reib- bzw. Kraftschlusses. The solution according to the invention is different than the known screw, which work with screw flanges, without the corresponding flange. But this is also immediately a principal vulnerability of the known and existing compounds, namely, in the welded joint of the flange, which welded joint by the driving of the foundation in the seabed (ramming or shaking) is heavily stressed, eradicated. Also, it is no longer necessary, due to the type of connection selected here, that the front ends of the tubular ends involved lie exactly flush on the upper side of the foundation element and on the underside of the adjoining structural element facing it, e.g. For example, after defects have occurred due to ramming or shaking, they must be bridged by shimming plates. Because the force and the load is now no longer transferred directly through this joint and the end face aufeinanderitzenden pipe ends, it is rather along the frictionally connected with the respective pipe ends or frictionally connected clamping plates, which lie opposite each other on the inside and the outside of the pipe walls , In this case, characterized in that the screw elements are biased in such a way that here this frictional engagement is described and the load is discharged through this and the clamping plates, in particular transversely to the longitudinal direction and thus the direction of the force or load introduction or -ableitung arranged screw elements on the actual carrying this vertical load not involved. So here there are no transverse to the longitudinal direction of the screw acting loads on these, which could be feared about a shearing of the screw. Rather, the transfer of forces and loads takes place flat in and through the clamping plates due to the achieved by appropriate biasing of the screw frictional or frictional connection.
Im Vergleich zu den weiteren bekannten Methoden, bei denen das auf die Gründung aufgesetzte Element quasi über das obere rohrförmige Ende der Gründung übergestülpt und der Zwischenraum mit einem aushärtenden Material verfüllt wird, welches dann die eigentliche Kraft tragende Verbindung schafft, ist die erfindungsgemäße Art der Verbindung deutlich zuverlässiger und reproduzierbarer herzustellen, da hier ein Einfluss der äußeren Bedingungen auf die Ausbildung und damit die spätere Festigkeit der Verbindung nicht gegeben ist. Die Qualität der Verbindung hängt hier lediglich von der in der Auslegung zu treffenden Auswahl der Anzahl und Größe der Schraubelemente und Spannplatten ab und von der Vorspannkraft bzw. dem Vorspannmoment, mit der die Schraubelemente angezogen werden, um die Spannplatten von der Innenseite und Außenseite der stirnseitig aneinander treffenden rohrförmigen Abschnitte gegeneinander zu verspannen und den Reibschluss herzustellen. Compared to the other known methods, in which the patch on the foundation element virtually surmounted over the upper tubular end of the foundation and the space is filled with a thermosetting material, which then creates the actual force-bearing connection, the type of compound according to the invention make much more reliable and reproducible, since an influence of the external conditions on the training and thus the subsequent strength of the connection is not given. The quality of the connection depends here only on the design to be taken in the selection of the number and size of the screw and clamping plates and from the biasing force or the biasing torque with which the screw are tightened to the clamping plates from the inside and outside of the front to clamp against each other tubular sections against each other and produce the frictional engagement.
Bei dem Strukturelement, welches nach der erfindungsgemäßen Art und Weise mit dem oberen Rohrende der Gründungsstruktur verbunden wird, kann es sich um ein sogenanntes Transition Piece handeln. Das Strukturelement kann aber ebenso gut auch unmittelbar der Turm der Windenergieanlage oder ein Turmsegment eines solches Turmes einer Windenergieanlage sein. In the structural element, which is connected in the manner according to the invention with the upper tube end of the foundation structure, it may be a so-called transition piece. However, the structural element can just as well be the tower of the wind energy plant or a tower segment of such a tower of a wind energy plant.
In dem Bereich der Anbindung des Strukturelementes kann gleichsam auch hier eine Art „Schürze“, also ein weiterer überstehender umfangsseitiger Aberschnitt vorhanden sein, der über die Stoßstelle nach unten vorsteht. An diesem können außenseitig z.B. Anlegerstrukturen für Versorgungsschiffe und dgl. angebracht sein. Ein solcher Abschnitt kann, zur Schaffung einer Abdichtung des mit den Spannplatten und Schraubelementen bestückten Bereichs gegen äußeres Meerwasser, mit einem aushärtenden Füllmaterial, z.B. Beton oder Spezialzement, ausgegossen werden. Dabei ist jedoch wichtig zu erwähnen, dass eine solche Maßnahme nicht etwa einen relevanten und entscheidenden Beitrag zu der Ausbildung der Verbindung bzw. Anbindung des Strukturelementes mit dem bzw. an das obere Rohrende der Gründungsstruktur bildet. Diese Verbindung wird hier allein und wesensbestimmend durch die erfindungsgemäße Anordnung der Spannplatten und Verschrauben derselben zur Ausbildung des Reibschlusses erreicht. In the region of the connection of the structural element, a kind of "skirt", that is to say a further protruding circumferential cut, can project as it were, projecting downwards beyond the joint. On this outside, e.g. Investor structures for supply vessels and the like. Be appropriate. Such a section may be provided with a hardening filler material, e.g., to provide a seal against the outer seawater of the area equipped with the clamping plates and screw members. Concrete or special cement, poured out. However, it is important to mention that such a measure does not make a relevant and decisive contribution to the formation of the connection or connection of the structural element with or to the upper tube end of the foundation structure. This connection is achieved here alone and essentials by the inventive arrangement of the clamping plates and screwing them to form the frictional engagement.
Mit Vorteil sind die Spannplatten in durchgehender Anordnung entlang des Umfanges über die Stoßstelle angeordnet, wobei in der Umfangsrichtung der Spannplatten unmittelbar aneinander stoßen oder mit einem Abstand von 2 cm oder weniger, z.B. auch 1 cm oder weniger, zueinander angeordnet werden. Durch eine solche Maßnahme wird nicht nur eine entlang des Umfanges des Bauwerkes gleichmäßig verteilte Verbindung und damit Lastübertragung ermöglicht, es wird durch die dicht an dicht gepackte Anordnung der Spannplatten insbesondere auf der Außenseite ein zusätzlicher Schutz der Stoßstelle gegen äußere Einflüsse, wie insbesondere Witterungseinflüsse und Einflüsse durch Luftfeuchtigkeit, Spritzwasser und in der Luft enthaltenes Meersalz, verhindert. Advantageously, the clamping plates are arranged in a continuous arrangement along the circumference of the joint, wherein in the circumferential direction of the clamping plates directly abut each other or with a distance of 2 cm or less, for example, 1 cm or less, are arranged to each other. By such a measure not only along the circumference of the building evenly distributed connection and thus load transfer is possible, it is through the close-packed arrangement of the clamping plates, especially on the outside of an additional protection of the joint against external influences, such as weathering and influences due to atmospheric moisture, water spray and sea salt contained in the air.
Insbesondere werden nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung die Spannplatten an jedem der Rohrenden nicht nur mit je einem Schraubelement pro Rohrende aufeinander zu verspannt, sondern mit mehreren. Dabei können insbesondere wenigstens vier, vorzugsweise wenigstens sechs, Schraubelemente pro Rohrende (also jeweils oberes Rohrende der Gründungsstruktur und unteres Rohrende des Strukturelementes), insgesamt also pro Spannplatte bzw. Spannplattenpaar (gebildet aus den beiden einander entlang des Durchmessers gegenüberliegend auf der Außenseite und auf der Innenseite angeordneten Spannplatten) wenigstens acht, insbesondere wenigstens zwölf, Schraubelemente vorgesehen sein. Hierdurch wird eine besonders sichere und feste im Reibschluss bestehende Verbindung und Verspannung erreicht. In particular, according to an advantageous embodiment of the invention, the clamping plates are braced at each of the tube ends not only with one screw per tube end to each other, but with several. In particular, at least four, preferably at least six, screw elements per tube end (ie, each upper tube end of the foundation structure and lower tube end of the structural element), in total so per clamping plate or clamping plate pair (formed from the two opposite each other along the diameter on the outside and on the Inside arranged clamping plates) at least eight, in particular at least twelve, screw elements may be provided. As a result, a particularly secure and strong frictional connection and clamping is achieved.
Insbesondere können die Spannplatten auf der Seite des oberen Rohrendes der Gründungsstruktur und auf der Seite des unteren Rohrendes des Strukturelementes jeweils in je wenigstens zwei Reihen von in Längsrichtung der Rohrenden übereinander angeordneten Schraubelementen verspannt werden. Auf diese Weise wird nicht nur eine gute Verteilung des Kraftfeldes für den Reibschluss in Umfangsrichtung, sondern auch in Längsrichtung der erbauten Struktur erzielt, was noch weiter zu einer sicheren und belastbaren Verbindung aufgrund des erzielten Reibschlusses führt. In particular, the clamping plates can be braced on the side of the upper tube end of the foundation structure and on the side of the lower tube end of the structural element in each case at least two rows of screw elements arranged one above the other in the longitudinal direction of the tube ends. In this way, not only a good distribution of the force field for the frictional engagement in the circumferential direction, but also in the longitudinal direction of the built structure is achieved, which further leads to a safe and reliable connection due to the achieved frictional engagement.
Um hier beim Ausbilden der Verbindung Fertigungstoleranzen und/oder sich z.B. aufgrund des Eintreibvorganges des Gründungselementes in den Meeresgrund ergebende Verformungen ausgleichen zu können, können in den Wandungen der Rohrenden Langlöcher ausgebildet sein, die sich in Längsrichtung der Rohrenden erstrecken und durch die die Schraubelemente hindurchgeführt werden. Anstelle von Langlöchern können bspw. auch kreisförmige Löcher bzw. Öffnungen mit gegenüber dem Durchmesser des Schraubelements vergrößertem Durchmesser für einen Toleranzausgleich verwendet werden. Diese haben gegenüber den Langlöchern zudem den Vorteil, dass ein Toleranzausgleich in mehreren tangentialen Richtungen möglich ist. Zwar bilden solche vergrößerten Bohrungen bzw. Löcher, wie eben Langlöcher und im Durchmesser größer gewählte Bohrungen, eine noch weitere Schwächung der Wandung der beteiligten Elemente, allerdings wird diese Schwächung ohnehin dadurch kompensiert, dass in diesem Bereich die Lasten und Kräfte nicht durch die Wandung der beteiligten Elemente geführt wird, sondern vielmehr umgeleitet durch die einander gegenüberliegenden Spannplatten, die reibschlüssig die beiden Rohrenden halten und mit diesen an der Stoßstelle verbunden sind.Here, when forming the connection, manufacturing tolerances and / or e.g. Due to the driving operation of the foundation element in the seabed resulting deformations can compensate, can be formed in the walls of the pipe ends slots that extend in the longitudinal direction of the pipe ends and through which the screw are passed. For example, circular holes or openings with an enlarged diameter relative to the diameter of the screw element can also be used instead of elongated holes for tolerance compensation. These have over the slots also has the advantage that a tolerance compensation in several tangential directions is possible. Although such enlarged holes or holes, just like slots and larger diameter selected holes, an even further weakening of the wall of the elements involved, but this weakening is compensated anyway, that in this area, the loads and forces not through the wall of the involved elements is guided, but rather diverted by the opposing clamping plates, which hold the two pipe ends frictionally and are connected to these at the joint.
Mit Vorteil kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Verbindung derart ausgebildet werden, dass zunächst die Spannplatten auf der Innen- und auf der Außenseite des unteren Rohrendes des Strukturelementes angeordnet und mit zugehörigen Schraubelementen locker festgelegt werden. Dies kann z.B. bereits an Land passieren, bevor das Strukturelement auf ein Schiff verladen und zu der Errichtungsstätte des Bauwerkes verbracht wird. Nachdem die Gründungsstruktur verankert ist, wird dann das Strukturelement mit seinem unteren Rohrende und den daran bereits angeordneten Spannplatten auf das obere Rohrende der Grundstruktur in der Weise abgesenkt, dass die Spannplatten dieses, also das obere Rohrende der Gründungsstruktur, auf der Außen- und auf der Innenseite umgreifen. Anschließend werden die Schraubelemente an dem oberen Rohrende der Gründungsstruktur angebracht und mit diesem die Spannplatten gesichert, und es wird durch Festziehen bzw. Vorspannen aller Schraubelemente an dem unteren Rohrende des Strukturelementes und auch an dem oberen Rohrende der Gründungsstruktur die Verspannung der Spannplatten besorgt, so dass die reibschlüssige Verbindung geschaffen wird. Diese Vorgehensweise erlaubt ein beschleunigtes Arbeiten auf See, so dass die dortige Bauzeit, die nicht nur generell knapp bemessen, sondern auch besonders kostenintensiv ist, verkürzt werden kann. Advantageously, in the method according to the invention, the connection can be formed in such a way that firstly the clamping plates are arranged on the inside and on the outside of the lower tube end of the structural element and loosely fixed with associated screw elements. This can e.g. already pass on land before the structural element is loaded on a ship and taken to the construction site of the building. After the foundation structure is anchored, the structural element is then lowered with its lower end of the tube and the already arranged clamping plates on the upper end of the pipe structure in such a way that the clamping plates this, so the upper end of the pipe foundation structure, on the outside and on the Embrace the inside. Subsequently, the screw elements are attached to the upper tube end of the foundation structure and secured with this the clamping plates, and it is ensured by tightening or biasing all the screw on the lower tube end of the structural element and also on the upper tube end of the foundation structure, the clamping of the clamping plates, so that the frictional connection is created. This approach allows accelerated work at sea, so that the construction time there, which is not only generally tight, but also very expensive, can be shortened.
Mit besonderem Vorteil kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Gründungsstruktur ein einzelnes Gründungsrohr, ein sogenannter Monopile, sein. With particular advantage, in the method according to the invention, the foundation structure may be a single foundation pipe, a so-called monopile.
Bei den Schraubelementen kann es sich um Schraubbolzen oder aber auch in entsprechend in einem oder mehreren der beteiligten Elemente ausgebildete Gewindestrukturen eingeschraubte Gewindestangen handeln, die dann mit entsprechenden Muttern, ggf. unter Zwischenlage weiterer Elemente, wie Unterlegscheiben oder dgl., verschraubt werden. Insbesondere wird man bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vielfach darauf bedacht sein, die außenliegenden Spannplatten nicht etwa mit den Schraubelementen zu durchbrechen und damit die Schraubelemente an der Außenseite den Witterungseinflüssen auszusetzen, sofern nicht eine spätere Versiegelung des Raumes erfolgt, z.B. durch eine wie oben bereits geschilderte Anordnung einer schürzenartig nach unten vorstehenden umlaufenden Wandung und Verfüllen des unter dieser gebildeten Hohlraumes mit einem Versiegelungsmaterial. Insoweit wird man in den äußeren Spannplatten typischerweise Innengewinde vorsehen, in die dann Gewindestangen eingeschraubt werden, die wiederum mit aufgeschraubten Muttern, von der Innenseite her gesichert werden, wobei diese Mutter gegen die innenliegenden Spannplatten verschraubt werden. Alternativ können hier auch Schraubbolzen durch entsprechende Durchtrittsöffnungen in den innenliegenden Spannplatten, in den Wandungen des oberen Rohrendes der Gründungsstruktur bzw. des unteren Rohrendes des Strukturelementes geführt und in Gewindeöffnungen der äußeren Spannplatten eingeschraubt werden. The screw elements can be threaded bolts or also threaded rods screwed into corresponding threaded structures formed in one or more of the involved elements, which are then bolted to corresponding nuts, possibly with the interposition of further elements such as washers or the like. In particular, it will often be considered in the method according to the invention, the outer clamping plates not with the To break screwing and thus suspend the screw on the outside of the weather, unless a subsequent sealing of the room, for example, by an above-described arrangement of a skirt-like downwardly projecting circumferential wall and backfilling of the cavity formed under this with a sealing material. In that regard, you will typically provide internal threads in the outer clamping plates are then screwed into the threaded rods, which in turn are secured with nuts screwed from the inside, these nuts are screwed against the inner clamping plates. Alternatively, bolts can also be guided through corresponding passage openings in the inner clamping plates, in the walls of the upper tube end of the foundation structure and the lower tube end of the structural element and screwed into threaded openings of the outer clamping plates.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung, wie bereits erwähnt eine Verbindung zwischen einem zu einer in den Meeresspiegel getriebenen Gründungsstruktur gehörenden, über die Wasseroberfläche vorstehenden oberen Rohrende aufgesetzten, ein in Durchmesser und Wandstärke dem oberen Rohrende der Gründungsstruktur gleichendes unteres Rohrende aufweisenden Strukturelement und dem oberen Rohrende der Gründungsstruktur für die weitere Errichtung einer Offshore-Windenergieanlage, welche sich auszeichnet durch entlang des Umfanges an der Stoßstelle, an der die beiden Rohrenden stirnseitig aufeinander sitzen, umfangsseitig, hierbei insbesondere möglich jeweils einander gegenüberliegend, aber auch in Umfangsrichtung zueinander versetzt und überlappend angeordnet möglich, auf die Außen- und auf die Innenseite der beiden Rohrenden aufgebrachte, die Stoßstellen überbrückende Spannplatte, die mit quer zu der Längserstreckung der Rohrenden durch die Wand des oberen Rohrendes der Gründungsstruktur und durch die Wand des unteren Rohrendes des Strukturelementes geführten, die Spannplatten aufeinander zu ziehenden Schraubelementen derart schraubverspannt sind, dass die Spannplatten einen die Verbindung begründenden Reibschluss mit den Rohrenden ausbilden. Diese Verbindung weist die oben bereits im Zuge der Schilderung des Verfahrens dargelegten Vorteile auf. In a further aspect, as already mentioned, the invention relates to a connection between a structural element comprising a lower tube end having a diameter and a wall thickness equal to the upper tube end of the foundation structure and a top tube end projecting above the water surface above the upper tube end Pipe end of the foundation structure for the further construction of an offshore wind turbine, which is characterized by along the circumference at the joint at which the two pipe ends face each other, circumferentially, in each case opposite each other, but also in the circumferential direction offset and arranged overlapping possible, applied to the outside and on the inside of the two pipe ends, the joints bridging clamping plate, the transverse to the longitudinal extent of the pipe ends through the wall of the upper pipe end de r foundation structure and guided through the wall of the lower tube end of the structural element, the clamping plates to each other to be pulled screw elements are screwed in such a way that the clamping plates form a connection establishing frictional engagement with the pipe ends. This compound has the advantages already set out in the description of the process.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der beigefügten Figuren. Dabei zeigen: Further features and advantages of the invention will become apparent from the following description of an embodiment with reference to the accompanying figures. Showing:
Die Figuren sind dabei rein schematisch und zeigen lediglich mögliche Ausführungsbeispiele, sie sollen insbesondere nicht als die Erfindung auf diese Ausführungsbeispiele beschränkend verstanden werden. The figures are purely schematic and merely show possible embodiments, they should not be construed as limiting the invention to these embodiments in particular.
In
In
Die in
In diesem Beispiel handelt es sich bei den Schraubelementen
Anstelle der Gewindestange
Die in der Figur unten dargestellten Schraubelemente
Eine Lösung wie in der
Aus der Anschauung der hier gezeigten Figuren und der obigen Beschreibung des Ausführungsbeispiels sollte noch einmal klar geworden sein, dass durch die Anordnung der Vielzahl der einander gegenüberliegend aufgebrachten Spannplatten
Wie bereits erwähnt beschränken die gezeigten Ausführungsbeispiele die Erfindung nicht, die in ihrer allgemeinen Tragweite und in den allgemeinen Merkmalen in der vorstehenden allgemeinen Beschreibung beschrieben worden ist und die in den nachfolgenden Ansprüchen noch einmal charakterisiert ist. As already mentioned, the embodiments shown do not limit the invention, which has been described in its general scope and in the general features in the preceding general description and which is characterized in the following claims again.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Verbindung connection
- 22
- Gründungsstruktur foundation structure
- 33
- Strukturelement structural element
- 44
- Stoßstelle joint
- 55
- Spannplatte chipboard
- 66
- Spannplatte chipboard
- 77
- Schraubelement screw
- 88th
- Schraubelement screw
- 99
- Langloch Long hole
- 1010
- Langloch Long hole
- 1111
- Gewindestange threaded rod
- 1212
- Hülse shell
- 1313
- Unterlegscheibe washer
- 1414
- Mutter mother
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- DE 102007020483 A1 [0006] DE 102007020483 A1 [0006]
- US 2011/0006538 A1 [0008] US 2011/0006538 A1 [0008]
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