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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein System zur Verankerung von Aufbauten im Erdboden, mit einer rohrförmigen Trägersäule und mit Stützelementen, wobei das untere Ende der Trägersäule, die Stützelemente sowie Streben, welche die Trägersäule mit den Stützelementen verbinden, in einer Erdgrube angeordnet sind.
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Die Erfindung ist für die Bodenverankerung unterschiedlicher Aufbauten einsetzbar. Dies können beispielsweise Verkehrszeichen, Werbeflächen, Solaranlagen, Windräder, Schallschutzwände, Sendemaste sowie eine Vielzahl weiterer Bauteile sein.
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Derartige Bauteile werden bisher im Allgemeinen in einem Betonfundament verankert, das an Ort und Stelle in ein hierzu ausgehobenes Erdloch eingebracht wird. Die hiermit verbundenen Arbeiten sind aufwändig und kostenintensiv.
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In
DE 197 01 299 A1 wird vorgeschlagen, einen Betonschacht, der aus vorgefertigten, an der Einbaustelle zusammenzusetzenden Teilen besteht, als Fundament für den Träger zu verwenden, in dem der Träger an dem Schacht unbeweglich befestigt wird, bevor der Schacht mit dem unteren Teil des Trägers in den Boden eingesetzt wird.
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Hierzu muss zunächst ein Loch im Erdboden ausgehoben werden, der Träger an dem Schacht befestigt werden, der Schacht in das Erdloch eingesetzt und so ausgerichtet werden, dass der Träger die gewünschte Lage einnimmt. Anschließend wird das verbleibende Erdloch zugeschüttet und das Bodenmaterial so verdichtet, dass der Schacht und damit der Träger fest im Erdboden verankert sind.
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Üblicherweise wird das verbleibende Erdloch um den Schacht herum mit Beton aufgefüllt, um den Schacht noch fester im Erdboden zu verankern, was im Falle der Befestigung besonders hoher Träger oder Masten oder besonders stark belasteter Träger erforderlich ist.
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Aus
DE 10 2010 009 140 A1 ist eine Verankerungsvorrichtung bekannt, die einen Grundkörper zur Befestigung von Aufbauten enthält, wobei der untere Bereich des Erdkörpers erdseitig mit einer Grundplatte verbunden ist, in deren Ebene ein ebenes Flächengebilde konzentrisch zum Grundköper angeordnet ist, welches fest mit diesem verbunden ist und der obere Bereich mit einem Aufbauteil verbindbar ist.
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Ferner ist aus
WO 2010/059489 A1 eine stationäre Offshore-Windkraftanlage bekannt, welche ein festes Fundament auf dem Meeresboden aufweist, das für eine große Höhe der Aufbauten ausgelegt ist. Das Fundament besitzt im Meeresboden eingebrachte Bauteile, an denen Verbindungselemente befestigt sind, welche ein in Höhe der Wasseroberfläche angebrachtes Oberteil stützen, welches zur Aufnahme eines oberhalb der Wasseroberfläche angebrachten Mastes dient.
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In
DE 10 2012 212 700 B4 ist ein System zur Verankerung von Aufbauten im Erdboden, mit einer rohrförmigen Trägersäule, mit in einer Stützebene angeordneten Stützelementen und mit zuvor aus einer Bodengrube ausgehobenem und wieder in die Bodengrube eingefüllten und verdichtetem Erdreich beschrieben. Die rohrförmige Trägersäule ist als ein durchgehendes Teil, welches sich von der Stützebene bis oberhalb des Erdbodens erstreckt, ausgebildet. Dabei sind die Stützelemente in einer Stützebene durch horizontale Streben mit der rohrförmigen Trägersäule verbunden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten Verankerungsvorrichtungen so zu verbessern, dass sie eine noch höhere Beanspruchung bei vereinfachter Herstellung ermöglicht.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Anordnung gelöst, welche die in Anspruch 1 oder im Anspruch 2 angegebenen Merkmale aufweist.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Bei der erfindungsgemäßen Anordnung sind an der Trägersäule Befestigungselemente angeordnet, welche schräg angeordnete Streben mit der Trägersäule verbinden. Die Stützelemente sind in einer Ebene angeordnet, die sich unterhalb der Befestigungselemente befindet. Die Stützelemente sind mit den Streben wiederum über Gelenke verbunden.
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Die von der Trägersäule auf den Erdboden zu übertagenden Kräfte und Momente werden durch die schräg angeordneten Streben auf die Stützelemente übertragen, die in Abhängigkeit von der Tragfähigkeit des Baugrundes zu bemessen sind. Dabei werden die am Mast wirkenden Kräfte von den schrägen Streben aufgenommen und in den Baugrund eingeleitet. Über die Streben können sowohl Zug- als auch Druckkräfte übertragen werden, so dass beispielsweise auch durch Windkräfte an den Aufbauten verursachte horizontale Kräfte sowie Momente aufgenommen werden können. Die durch die Streben übertragene Druckkraft weist in Abhängigkeit von der Neigung der Streben unterschiedliche Vertikal- und Horizontalkomponenten auf. Im Fall steil geneigter Streben ist die Horizontalkomponente zwar größer als die Vertikalkomponente, aber ein nicht unerheblicher Anteil ist vertikal vom Baugrund aufzunehmen. Bei flacher Strebenneigung ist dagegen die Horizontalkomponente der Druckkraft wesentlich größer als die Komponente in vertikaler Richtung. In diesem Fall ist eine vertikale Auflagerplatte zur Krafteinleitung in den Baugrund erforderlich.
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Ein wesentlicher Vorteil dieser Anordnung ist, dass mit hoher Sicherheit große Kräfte aufgenommen werden können und nur wenige Bauteile erforderlich sind. Die Anordnung und Neigung der Streben ist beliebig ausführbar, so dass die Anordnung der Stützelemente in Höhe und Richtung in der Bodengrube an die jeweilige Bodenbeschaffenheit angepasst werden kann, insbesondere können die Stützelemente an Stellen in der Bodengrube angeordnet werden, die eine gegenüber ihrer Umgebung höhere Belastbarkeit ermöglichen.
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Das Trägerelement, die Stützelemente und die Streben bestehen vorzugsweise aus Stahl.
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Die Stützelemente sind vorzugsweise L- oder T-förmig ausgebildet. Für die Streben sind Rohr-, T- oder U-Profile besonders geeignet.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Befestigungselemente als Gelenke ausgebildet. Damit kann die Montage der Vorrichtung erleichtert werden. Es ist auch möglich, die Gelenke nach der Montage mittels Schraubverbindungen zu sichern. Damit kann eine weitere Erhöhung der mechanischen Beanspruchbarkeit erreicht werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist am bodenseitigen Ende der rohrförmigen Trägersäule eine Flanschplatte angeordnet. Die Flanschplatte kann zur Abstützung der Trägersäule oder zum Anbringen von Stützstreben verwendet werden, die sich unterhalb der Flanschplatte befinden. Die Stützstrebe sind an ihrem oberen Ende mit der Flanschplatte und an ihrem unteren Ende mit einer oder mit mehreren Fußplatten verbunden.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass die Streben mit Stahlbügeln, die an einem am Erdboden abgestützten Fußteil befestigt sind, gesichert sind.
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Ferner ist es möglich, dass an der rohrförmigen Trägersäule Kopplungselemente zur lösbaren Verbindung mit Transporthilfsbauteilen angeordnet sind.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Darin zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer in einer Bodengrube eingesetzten Vorrichtung,
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2 eine schematische Darstellung der Kräfteverhältnisse an einem Stützelement bei steil geneigter Strebe,
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3 eine schematische Darstellung der Kräfteverhältnisse an einem Stützelement bei flach geneigter Strebe,
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4 eine schematische Darstellung einer in einer Bodengrube eingesetzten Vorrichtung mit Montagehilfe,
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5 eine schematische Darstellung einer in einer Bodengrube eingesetzten Vorrichtung mit Montagehilfe und Strebenhalterungen,
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6 die Draufsicht auf eine in einer Bodengrube eingesetzten Vorrichtung mit Montagehilfe und Strebenhalterungen,
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7 eine schematische Darstellung einer in einer Bodengrube eingesetzten Vorrichtung mit Montagehilfe, die auf einer Baugrunderhöhung aufgesetzt ist,
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8 eine Vorrichtung, bei der die Baugrube aus einzelnen Kanälen besteht,
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9 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung mit einem oberen Rohr zur Anbringung von Aufbauten und
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10 die Vorrichtung in Transportstellung.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt eine in eine Bodengrube 9 eingesetzte Vorrichtung. Die Vorrichtung enthält eine Trägersäule 1 und Stützelemente 2, die über schräg angeordnete Streben 3 verbunden sind. Die Trägersäule 1 besteht aus einem aus der Oberfläche des Erdreichs 10 herausragenden Trägersäulenoberteil 1.1 und einem Trägersäulenunterteil 1.2. Am Trägersäulenunterteil 1.2 sind Befestigungselemente 4 angebracht, an denen die Streben 3 befestigt sind. Bei der hier dargestellten Ausführung sind die Streben 3 mittels Gelenke 4.1 drehbeweglich verbunden. Damit können sich die Stützelemente 2, welche sich unterhalb der Befestigungselemente 4 befinden und auf dem Grund eines Erdaushubs aufsitzen, gut den örtlichen Bodenverhältnissen anpassen. Sie sind mit den schräg angeordneten Streben 3 ebenfalls gelenkig verbunden.
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In 2 ist das Kräftediagramm der an der Verbindungsstelle der schrägen Streben 3 mit den Stützelementen 2 wirkenden Kräfte dargestellt. Die von den Streben 3 übertragene Druckkraft D erzeugt an den Stützelementen 2 eine Horizontalkraft H und eine Vertikalkraft V, die beide vom Baugrund aufgenommen werden müssen. Das Verhältnis von Horizontalkraft H und Vertikalkraft V wird von der Neigung der Streben 3 bestimmt. Bei der hier dargestellten flachen Neigung ist die Horizontalkraft H wesentlich größer als die Vertikalkraft V. In diesem Fall ist eine vertikale Auflagerplatte zur Krafteinleitung in den Baugrund erforderlich.
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Bei dem in 3 dargestellten Fall steil geneigter Streben 3 ist die Horizontalkraft H größer als die Vertikalkraft V, aber ein erheblicher Kraftanteil ist trotzdem in vertikaler Richtung vom Baugrund aufzunehmen.
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Aus 4 ist eine Vorrichtung ersichtlich, bei der zur Aufstellung der Vorrichtung eine Montagehilfe angebracht ist. Hierbei ist am bodenseitigem Ende des Trägersäulenunterteils 1.2 eine Flanschplatte 1.4 angebracht, an der mindestens eine Stützstrebe 6 befestigt ist, welche die vertikale Last der Trägersäule 1 und der mit ihr verbundenen Bauteile auf mindestens eine Fußplatte 5 überträgt. Vorzugsweise wird die Montagehilfe beim Aufstellen der Vorrichtung verwendet und nach Beendigung der Montage wieder entfernt. Es ist aber auch möglich, die Montagehilfe nach der Montage nicht zu entfernen und die Aufnahme vertikaler Kräfte damit zu unterstützen.
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Bei der in 5 dargestellten Ausführung sind die Streben 3 mit zusätzlichen Strebenhalterungen 3.1 gegen Abheben gesichert. Die Strebenhalterungen 3.1 bestehen aus einem Rundstahlbügel, dessen oberes Ende die Strebe 3 umfasst und dessen unteres Ende mit einer Auflage, die vorzugsweise in Form eines Gitterrostes ausgeführt wird, verbunden ist.
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6 zeigt die Draufsicht auf eine Vorrichtung mit sechs Streben 3. Die Streben 3 sind jeweils mit zwei Strebehalterungen 3.1 versehen. Damit kann die Sicherheit der Vorrichtung gegen horizontale und vertikale Krafteinwirkungen deutlich erhöht werden. Die Position der Stützplatten 2 untereinander wird mit Lagesicherungsstreben 6.1 zumindest während der Montage fixiert.
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Eine weitere Ausführungsmöglichkeit ist in 7 dargestellt. Hierbei ist die Baugrube nicht vollständig ausgehoben. Im zentralen Bereich der Baugrube 9, in dem die Trägersäule 1 positioniert ist, weist die Bodengrube 9 eine geringere Tiefe auf, als in den Randbereichen, in denen die tiefer angeordneten Stützelemente 2 positioniert sind. Die Herstellung der Baugrube 9 wird dadurch vereinfacht. In der hier dargestellten Variante weist der Baugrund eine Schräge auf, die mit der Neigung der darüber verlaufenden Streben 3 korrespondiert. Dabei können die Streben 3 mit Strebenhalterungen 3.1 fixiert und/oder unterstützt werden.
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In 8 ist eine Ausführung dargestellt, bei der die Baugrube 9 aus einzelnen Kanälen 9.1 besteht. Die Kanäle 9.1 verlaufen vom Zentrum der Baugrube 9, in dem sich die Trägersäule 1 befindet, zu Randbereichen, in denen die Stützelemente 2 angeordnet sind, welche durch die Streben 3 mit der Trägersäule 1 verbunden sind. In jedem Kanal 9.1 befindet sich eine Strebe 3. Die Ausführung ist besonders für große Verankerungsvorrichtungen geeignet. Derartige Vorrichtungen können beispielsweise zur Verankerung von Windkraftanlagen und Hochspannungsmasten verwendet werden, bei denen Streben 3 von bis zu 10 m Länge und mehr erforderlich sind. Bei diesen Ausführungen kann der Aufwand zur Herstellung der Bodengruppe deutlich verringert werden. Außerdem wird der gewachsene Boden nur an den erforderlichen Bereichen verändert.
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9 zeigt eine Ausführung, bei der an der Trägersäule 1 eine Rohrverlängerung angebracht ist, welche mittels einer schwenkbaren Kippvorrichtung 8 mit dem Trägersäulenoberteil 1.1 verbunden ist. Damit können Ausführungen, die für hoch angeordnete Aufbauten vorgesehen sind, leichter aufgestellt werden.
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10 zeigt die Vorrichtung in Transportstellung. An der Trägersäule 1 sind Kopplungselemente 1.3 angebracht, die eine lösbare Verbindung von Transporthilfsbauteilen 7 am Trägerrohr 1 ermöglichen. Im dargestellten Beispiel sind an der Trägersäule 1 Laschen angebracht, in die Gewinde von Transporthilfsbauteilen 7 eingreifen können. Als Transporthilfsbauteile 7 werden vorteilhaft die Stützelemente 2 verwendet. Damit ergibt sich eine platzsparende Zusammenstellung der Bauteile der Vorrichtung.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Trägersäule
- 1.1
- Trägersäulenoberteil
- 1.2
- Trägersäulenunterteil
- 1.3
- Kopplungselement
- 1.4
- Flanschplatte
- 2
- Stützelement
- 3
- Streben
- 3.1
- Strebenhalterung
- 4
- Befestigungselement
- 4.1
- Gelenk
- 5
- Fußplatte
- 6
- Stützstrebe
- 6.1
- Lagesicherungsstrebe
- 7
- Transporthilfsbauteil
- 8
- Kippvorrichtung
- 9
- Bodengrube
- 9.1
- Kanal
- 10
- Erdreich
- D
- Druckkraft
- H
- Horizontalkraft
- V
- Vertikalkraft
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19701299 A1 [0004]
- DE 102010009140 A1 [0007]
- WO 2010/059489 A1 [0008]
- DE 102012212700 B4 [0009]
