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Die Erfindung betrifft einen Fachwerkmast.
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Fachwerkmasten werden beispielsweise als Strom- oder Sendemasten eingesetzt. Durch die Fachwerkstruktur kann Luft hindurchströmen. Ein Fachwerkmast bietet daher im Vergleich zu einem massiven Mast eine geringere Angriffsfläche für Wind und Böen.
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Bekannte Fachwerkmasten weisen einen runden, rechteckigen oder dreieckigen Querschnitt auf.
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Die herkömmlichen Fachwerkmasten benötigen aufgrund der Form vergleichsweise viel Material. Ferner bieten die rechteckig oder dreieckig angeordneten Fachwerkseiten teils große Windangriffsflächen, was unter statischen Gesichtspunkten nachteilig ist.
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Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, einen Fachwerkmast zu schaffen, bei dem Material eingespart und die Angriffsfläche für Wind und Böen gering gehalten wird.
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch einen Fachwerkmast mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Für den Fachwerkmast bieten sich zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten an.
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Insbesondere kann der Fachwerkmast als Strommast dienen, z.B. für Überlandleitungen. Zudem kann der Fachwerkmast als Sende- und/oder Funkmast eingesetzt werden, z.B. für Radio, TV, IT oder Funk, z.B. Mobilfunk. So können beispielsweise Richtfunk- und/oder Telekommunikationsantennen am Fachwerkmast montiert sein.
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Auch kann der Fachwerkmast als Mast für ein Windrad ausgebildet sein. Ferner kann der Fachwerkmast beispielsweise zur Befestigung eines Werbeschildes dienen. Dieses kann insbesondere beleuchtet sein. Die Stromversorgung kann beispielsweise mittels eines Solarmoduls erfolgen.
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Die Höhe des Fachwerkmastes kann insbesondere rund 50 m, 45 m, 35 m oder 25 m betragen.
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Erfindungsgemäß umfasst der Fachwerkmast drei, vorzugsweise genau drei, Fachwerkseiten, welche sich von einem gemeinsamen Zentrum aus nach außen erstrecken.
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Jede Fachwerkseite kann einen Eckstiel und mehrere sich zwischen dem Eckstiel und dem Zentrum erstreckende Füllstäbe aufweisen. Die Eckstiele stabilisieren den Fachwerkmast und sorgen für eine gewisse Stabilität. Die Eckstiele spannen insbesondere das Fachwerk auf. Die Fachwerkseiten sind gewissermaßen gitterförmig.
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Die Querschnitte der Eckstiele und/oder der Füllstäbe können insbesondere rund, oval und/oder eckig sein. Beispielsweise können diese Rohre, Flachstähle und/oder Winkelprofile umfassen. Es kann sich aber auch um zusammengesetzte Profile, wie z.B. T-, Z-, U- oder Doppel-T-Profile, handeln. An einem Fachwerkmast können auch unterschiedliche Formen vorgesehen sein. So können beispielsweise die Eckstiele einen runden und die Füllstäbe einen eckigen Querschnitt aufweisen und umgekehrt.
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Alternativ kann der Fachwerkmast auch keine Eckstiele aufweisen. In dieser Variante sind lediglich Füllstäbe vorgesehen.
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Das Zentrum kann insbesondere durch ein Mittelrohr gebildet sein. Ein separates Bauteil ist jedoch nicht notwendig. So kann das Zentrum frei sein oder beispielsweise durch eine Berührungslinie der Fachwerkseiten gebildet sein.
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Die jeweils benachbarten Fachwerkseiten schließen einen Winkel zwischen 100° und 140° ein. Die Fachwerkseiten erstrecken sich somit sternförmig vom Zentrum.
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Vorzugsweise betragen die Winkel zwischen den benachbarten Fachwerkseiten jeweils 120°. Der Querschnitt kann insbesondere einem Mercedesstern entsprechen. Unabhängig von der Windrichtung ist der Fachwerkmast somit an jeder Seite gleich stabil. Es war äußerst überraschend, dass ein derartiger Fachwerkmast eine sehr gute Statik aufweist und zudem äußerst wirtschaftlich ist.
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Durch die sternförmige Anordnung der Fachwerkseiten wird im Vergleich zu einer rechteckigen oder dreieckigen Anordnung Material eingespart. So ist die Strecke zwischen dem Eckstiel und dem Zentrum kürzer als die Strecke zwischen zwei Eckstielen.
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Durch die Materialersparnis reduziert sich insbesondere das Gewicht, wodurch beispielsweise der Transport des Fachwerkmastes zum Einsatzort erleichtert wird. Auch können dadurch die Herstellungskosten deutlich gesenkt werden.
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Ferner ist auch die Angriffsfläche für Wind und Böen im Vergleich zu rechteckig oder dreieckig angeordneten Fachwerkseiten geringer. Unter statischen Gesichtspunkten ist eine sternförmige Anordnung der Fachwerkseiten daher besonders günstig. Während ein frontaler Windstoß z.B. bei einer dreieckigen Anordnung eine Dreiecksseite voll erfasst, werden die schräg gestellten Fachwerkseiten beim erfindungsgemäßen Fachwerkmast nur seitlich erfasst. Die Kraft, welche auf die Fachwerkseite einwirkt, ist somit geringer.
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Weiterbildungen der Erfindung sind auch den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung sowie den beigefügten Zeichnungen zu entnehmen.
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Gemäß einer Ausführungsform verjüngt sich der Fachwerkmast nach oben hin. Die Eckstiele laufen demnach insbesondere konisch aufeinander zu. Durch die sich verjüngende Anordnung kann Material eingespart werden.
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Grundsätzlich ist jedoch auch denkbar, dass die Eckstiele parallel zueinander verlaufen. Der Fachwerkmast verjüngt sich dabei vorzugsweise nicht nach oben hin. Die einzelnen Füllstäbe, insbesondere die Diagonalstäbe, der drei Fachwerkseiten weisen dann insbesondere dieselbe Länge auf.
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Nach einer weiteren Ausführungsform umfasst der Fachwerkmast mehrere Module, welche miteinander kombinierbar sind. Bei den Modulen kann es sich insbesondere um Segmente des Fachwerkmastes handeln, welche am Einsatzort aneinander montiert werden. Der Transport der einzelnen Module gestaltet sich gerade bei längeren Fachwerkmasten deutlich einfacher als der Transport eines ganzen Fachwerkmastes. Die Module können beispielsweise Längen von 2 m bis 15 m aufweisen, insbesondere von 4 m, 5 m, 6 m oder 10 m.
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Die Module eines Fachwerkmastes können auch unterschiedlich lang sein. Beispielsweise kann ein 25 m hoher Mast aus zwei 10 m langen Modulen und einem 5 m langen Modul zusammengesetzt sein.
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Um einen 35 m hohen Mast zu erzeugen, können zusätzlich ein 4 m sowie ein 6 m langes Modul vorgesehen sein.
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Ein 45 m hoher Mast kann entsprechend um ein weiteres 4 m sowie ein weiteres 6 m Modul ergänzt werden.
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Je nach Höhe des Mastes können auf diese Weise Module eines kleineren Mastes einfach auf die gewünschte Länge erweitert werden. Ein statischer Nachweis kann daher anhand eines Moduls für sämtliche Masthöhen desselben Typs erbracht werden, wodurch Kosten eingespart werden können.
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Die Module können insbesondere aneinander geflanscht werden. Hierzu können Flanschpatten an den Eckstielen befestigt sein, welche miteinander verschraubt und/oder verschweißt werden können.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist an einer Verbindungsstelle zwischen zwei Modulen ein dreieckförmiger Rahmen vorgesehen. Der Rahmen kann insbesondere horizontal orientiert sein.
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Der Rahmen sorgt für eine zusätzliche Verbindung zwischen den Modulen.
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Ferner kann der Rahmen als Befestigungsmittel für z.B. Leitungen und/oder einen Kabelschacht dienen. Auch kann eine Leiter am Rahmen befestigt werden.
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Grundsätzlich können auch an anderen Stellen des Fachwerkmastes dreieckförmige Rahmen oder einzelne Querstreben vorgesehen sein. Der Rahmen sorgt hierbei für eine zusätzliche Stabilität des Fachwerkmastes und wirkt insbesondere auftretenden Torsionskräften entgegen.
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Nach einer weiteren Ausführungsform ist ein Fachwerkfundament mit drei Fundamentseiten vorgesehen.
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Jede Fundamentseite kann einen Eckstiel und mehrere sich zwischen dem Eckstiel und dem Zentrum erstreckende Füllstäbe aufweisen. Die Eckstiele spannen insbesondere das Fachwerk auf. Die Fundamentseiten sind gewissermaßen gitterförmig. Vorzugsweise können die Fundamentseiten ähnlich wie die Fachwerkseiten aufgebaut sein.
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Durch die Aussparungen zwischen den Füllstäben können im Vergleich zu einem massiven Fundament Material und somit Gewicht eingespart werden.
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Die Fundamentseiten, insbesondere die Eckstiele der Fundamentseiten, können vorzugsweise biegesteif mit den Fachwerkseiten, insbesondere den Eckstielen der Fachwerkseiten, verbunden sein. Auftretende Torsionsmomente können auf diese Weise aufgefangen und kompensiert werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform verlängern die Fundamentseiten die Fachwerkseiten nach unten hin. Ein Teil des Fachwerkmastes ragt somit in den Boden hinein. Der Fachwerkmast steht quasi auf drei Beinen. Insbesondere können die dreidimensional, also räumlich, angeordneten Fundamentseiten untrennbar mit den Fachwerkseiten verbunden sein.
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Die Eckstiele der Fachwerkseiten und/oder der Fundamentseiten können miteinander und/oder mit den Füllstäben verschraubt und/oder verschweißt sein. Auch Steck- und/oder Bolzenverbindungen sind denkbar. Dies ist eine vergleichsweise kostengünstige Lösung.
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Vorzugsweise können die Fundamentseiten eine Spreizung aufweisen. Durch die Spreizung ergibt sich ein Winkel zwischen den Eckstielen der Fundamentseiten und den Eckstielen der Fachwerkseiten. Dadurch verbessert sich der Stand des Fachwerkmastes.
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Je höher der Mast ist, desto stärker kann die Spreizung sein. Bei einem niedrigen Mast ist auch eine kleine bzw. keine Spreizung ausreichend.
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Nach einer weiteren Ausführungsform ist zumindest eine Verankerungsplatte für das Fachwerkfundament vorgesehen. Beispielsweise kann eine Verankerungsplatte mit den drei Fundamentseiten verbunden sein und diese im Boden verankern.
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Vorzugsweise ist jedoch jeder Fundamentseite zumindest eine separate Verankerungsplatte zugeordnet. Dadurch kann im Vergleich zu einer großen, gemeinsamen Verankerungsplatte Material eingespart werden. Optional können die Verankerungsplatten mittels Streben miteinander verbunden sein. Dies schafft zusätzliche Stabilität.
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Die Verankerungsplatte kann beispielsweise eine Fläche zwischen 0,5 m2 und 2 m2, vorzugsweise von 1,3 m2, aufweisen. Die Dicke kann z.B. zwischen 1 cm und 3 cm, vorzugsweise 2 cm, betragen.
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Insbesondere ist die Verankerungsplatte an den jeweiligen unteren Enden der Fundamentseiten angeordnet. Auf diese Weise liegt die Verankerungsplatte möglichst tief im Erdreich.
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Vorzugsweise erstreckt sich ein Mittelrohr nicht bis zu der Verankerungsplatte. Insbesondere endet dieses mindestens 10 cm, 20 cm, 30 cm, 40 cm, 50 cm, 60 cm, 70 cm, 80 cm, 90 cm oder 100 cm vorher. Es ist statisch günstig, wenn das Mittelrohr deutlich oberhalb der Verankerungsplatte endet, sodass der Fachwerkmast tatsächlich nur auf der bzw. den Verankerungsplatten steht. Das Mittelrohr bildet insbesondere kein Auflager für den Fachwerkmast.
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Die Verankerungsplatte kann mit der Fundamentseite, insbesondere dem Eckstiel der Fundamentseite, beispielsweise verschraubt und/oder verschweißt sein. Die Montage kann vorzugsweise erst am Einsatzort erfolgen, wodurch sich der Transport des Fachwerkmastes erleichtert.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Verankerungsplatte rechteckig, insbesondere quadratisch, rund oder oval ausgebildet. Derart geformte Verankerungsplatten bieten bei vergleichsweise geringem Gewicht eine möglichst große Verankerungsfläche für den Fachwerkmast.
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Quadratische oder runde Verankerungsplatten halten den Fachwerkmast von jeder Seite gleich stark. Dies ist vorteilhaft, da auch der Wind von jeder Seite auftreten kann.
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Beispielsweise wirkt auf eine runde Verankerungsplatte das gesamte Erdreich eines darüber liegenden Kegelstumpfes. Die Verankerungsplatte wird somit ausreichend beschwert. Wirkt eine seitliche Kraft auf den Fachwerkmast, so ist der auf die Verankerungsplatte als Gegengewicht wirkende Kegelstumpf leicht seitlich geneigt.
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Nach einer weiteren Ausführungsform ist die Verankerungsplatte massiv. Da das Erdreich nicht durch die massive Verankerungsplatte hindurchtreten kann, ist die Verankerungsplatte fest im Boden fixiert.
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Alternativ kann die Verankerungsplatte auch durchlöchert sein. Insbesondere kann die Verankerungsplatte eine Gitterstruktur aufweisen. Das Gitter ist vorzugsweise feinmaschig, damit nur wenig oder kein Erdreich hindurchtritt. Auf diese Weise ist eine ausreichende Verankerung im Erdreich gewährleistet. Durch die Löcher können Material und somit Gewicht eingespart werden. Auch schwemmt eine durchlöcherte Verankerungsplatte nicht auf, da gegebenenfalls von unten auftretendes Wasser hindurchtreten kann.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfassen die Fachwerkseiten, Fundamentseiten und/oder eine Verankerungsplatte ein Metallmaterial, insbesondere Stahl, oder bestehen daraus.
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Metallmaterialien sind beispielsweise im Vergleich zu Beton umweltschonender.
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Beton ist zudem relativ schwer. Eine modulartige Bauweise eines Betonmastes ist nicht bzw. nur schwer möglich, weshalb ein Betonmast als Ganzes transportiert werden muss. Für höhere Masten ist dies jedoch nicht möglich.
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Auch unterliegt z.B. eine Verankerungsplatte aus Metall keinem bzw. einem deutlich geringerem Auftrieb als ein Betonfundament. Ferner gestaltet sich die Montage vor Ort schneller und einfacher, da keine Betonfundamente oder dergleichen gegossen werden müssen.
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Grundsätzlich sind jedoch neben Metall auch andere Materialien bzw. Materialverbunde wie beispielsweise Kunststoffe, Kohlenstofffasern sowie bewehrter oder unbewehrter Beton denkbar.
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Alle hier beschriebenen Aspekte, Ausführungsformen und Merkmale der Erfindung können, insbesondere auch losgelöst von der konkreten Ausgestaltung, in deren Zusammenhang sie erwähnt werden, jeweils miteinander kombiniert werden. Insbesondere können alle Gegenstände der abhängigen Ansprüche untereinander und mit jedem Gegenstand der unabhängigen Ansprüche kombiniert werden.
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Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
- 1 eine Perspektivansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fachwerkmastes,
- 2 eine Schnittansicht des Fachwerkmastes gemäß 1,
- 3 eine Schnittansicht eines Fachwerkmastes gemäß Stand der Technik,
- 4 eine Schnittansicht eines unteren Abschnitts einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fachwerkmastes,
- 5 eine Schnittansicht eines unteren Abschnitts einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fachwerkmastes,
- 6 eine Schnittansicht eines unteren Abschnitts einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fachwerkmastes, und
- 7 eine seitliche Schnittansicht eines unteren Abschnitts einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fachwerkmastes.
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Zunächst ist zu bemerken, dass die dargestellten Ausführungsformen rein beispielhafter Natur sind. Insbesondere kann die Anzahl und/oder Orientierung der Füllstäbe variieren. Auch kann z.B. die Anzahl und/oder Länge der Module unterschiedlich sein. Die Merkmale einer Ausführungsform können auch beliebig mit Merkmalen einer anderen Ausführungsform kombiniert werden.
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Enthält eine Figur ein Bezugszeichen, welches im unmittelbar zugehörigen Beschreibungstext nicht erläutert wird, so wird auf die entsprechenden vorhergehenden bzw. nachfolgenden Ausführungen in der Figurenbeschreibung Bezug genommen. So werden für gleiche bzw. vergleichbare Bauteile in den Figuren dieselben Bezugszeichen verwendet und diese nicht nochmals erläutert.
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1 zeigt einen Fachwerkmast mit drei Fachwerkseiten 10, welche sich von einem gemeinsamen, als Mittelrohr 12 ausgebildeten Zentrum aus erstrecken. Der Winkel zwischen den Fachwerkseiten 10 beträgt 120°.
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Jede Fachwerkseite 10 weist einen Eckstiel 14 und mehrere sich zwischen dem Eckstiel 14 und dem Mittelrohr 12 erstreckende Füllstäbe 16 auf. Die Füllstäbe 16 sind insbesondere schräg orientiert.
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Der Fachwerkmast umfasst mehrere Module 18 bis 32. Das unterste Modul 18 ist unter dem Erdreich angeordnet und umfasst ein Fachwerkfundament 34 mit drei seitlich gespreizten Fundamentseiten 36.
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An den unteren Enden der Fundamentseiten 36 ist jeweils eine Verankerungsplatte 38 vorgesehen.
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Die Fundamentseiten 36 sind mit den Fachwerkseiten 10 des Moduls 20 verbunden. Das Modul 20 kann eine Höhe von 4 m aufweisen. Die schmalste Breite kann an der Verbindungsstelle 40, also der Stoßstelle der Module 18 und 20, z.B. 2,80 m betragen.
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An der Verbindungsstelle 40 ist ein dreieckförmiger Rahmen 42 vorgesehen. Der Rahmen 42 ist horizontal orientiert und sorgt für eine zusätzliche Verbindung zwischen den Modulen 18 und 20.
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An das Modul 20 schließt sich das Modul 22 an, welches an der Verbindungstelle 40 z.B. eine Breite von 2,58 m aufweisen kann. Die Länge des Moduls 22 kann 6 m betragen.
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Es folgt das, insbesondere 4 m lange, Modul 24, welches an der Verbindungsstelle 40 eine Breite von beispielsweise 2,27 m aufweisen kann.
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Das Modul 24 ist wiederum mit dem Modul 26 verbunden, welches an der Verbindungstelle 40 eine Breite von z.B. 2,04 m aufweisen kann. Die Länge des Moduls 26 kann 6 m betragen.
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Daran schließt sich das, beispielsweise 10 m lange, Modul 28 an. Die Breite kann an der Verbindungsstelle 40 z.B. 1,74 m betragen.
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Es folgt das, insbesondere 10 m lange, Modul 30, welches an der Verbindungsstelle 40 eine Breite von z.B. 1,26 m aufweisen kann.
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Den Abschluss bildet das, beispielsweise 5 m lange, Modul 32. Die Breite kann an der Verbindungsstelle 40 z.B. 0,76 m betragen. An der Mastspitze, also dem Zopf, kann die Breite beispielsweise 0,5 m betragen.
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Der Fachwerkmast verjüngt sich somit von unten nach oben.
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Sämtliche Maße sind rein beispielhaft und können je nach Anwendung variieren.
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Durch den modulartigen Aufbau kann der Fachwerkmast zerlegt transportiert und erst vor Ort montiert werden.
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In den 2 und 3 wird ein erfindungsgemäßer, sternförmiger Fachwerkmast (2) einem dreieckförmigen Fachwerkmast (3) gegenübergestellt. Die sternförmige Anordnung der Fachwerkseiten 10 bringt im Vergleich zu einer dreieckförmigen Anordnung diverse Vorteile mit sich:
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So sind die Fachwerkseiten 10 bei einer sternförmigen Anordnung deutlich kürzer als bei einer dreieckförmigen Anordnung. Material und folglich auch Gewicht können auf diese Weise eingespart werden.
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Dadurch werden der Transport zum Einsatzort sowie die Montage erleichtert und Kosten gespart. Auch die Herstellungskosten selbst werden reduziert, da weniger Material verbaut wird.
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Trifft ein Wind W, wie in 2 mit den Pfeilen dargestellt ist, von vorne auf den Fachwerkmast, so ist der Widerstand bei einer sternförmigen Anordnung vergleichsweise gering, da der Wind W seitlich abgelenkt wird.
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Bei einer dreieckförmigen Anordnung der Fachwerkseiten 10 erfasst der Wind W die vordere Fachwerkseite 10 hingegen frontal, wie in 3 gezeigt ist. Auch die beiden hinteren Fachwerkseiten 10 erfahren noch eine Belastung durch den Wind W.
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In 4 ist eine Schnittansicht eines unteren Abschnitts eines Fachwerkmastes gezeigt. An den sternförmig angeordneten Fundamentseiten 36 ist jeweils eine runde Verankerungsplatte 38 vorgesehen.
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Wie in 5 dargestellt ist, kann der Fachwerkmast optional einen oder mehrere Rahmen 42 aufweisen. Vorzugsweise ist an jeder Verbindungsstelle 40 ein Rahmen 42 mit Querstreben 44 vorgesehen.
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Die Verankerungsplatten 38 können, wie in 6 gezeigt ist, quadratisch ausgebildet sein. Grundsätzlich können auch unterschiedliche Verankerungsplatten 38 kombiniert werden.
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7 zeigt einen unteren Abschnitt eines Fachwerkmastes. Das Modul 18 ist hierbei in einem Erdreich 46 unterhalb des Bodens 48 vergraben.
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Trifft ein seitlicher Wind W auf die Fachwerkseiten 10, so wirkt eine Kraft auf die Verankerungsplatte 38.
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Das Erdreich 46 eines darüber liegenden, gestrichelt dargestellten, Kegelstumpfes 50 wirkt dieser Kraft jedoch entgegen. Die Verankerungsplatte 38 ist somit ausreichend beschwert, sodass der Fachwerkmast stabil stehen bleibt. Da der Wind W seitliche auf den Fachwerkmast trifft, ist auch der auf die Verankerungsplatte 38 als Gegengewicht wirkende Kegelstumpf 50 leicht seitlich geneigt.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Fachwerkseite
- 12
- Mittelrohr, Zentrum
- 14
- Eckstiel
- 16
- Füllstab
- 18 bis 32
- Modul
- 34
- Fachwerkfundament
- 36
- Fundamentseite
- 38
- Verankerungsplatte
- 40
- Verbindungsstelle, Stoßstelle
- 42
- Rahmen
- 44
- Querstrebe
- 46
- Erdreich
- 48
- Boden
- 50
- Kegelstumpf
- W
- Wind
