DE102019103753A1

DE102019103753A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Bereitstellung eines schwimmfähigen Fundamentes, sowie Verwendung einer entsprechenden Vorrichtung

Info

Publication number: DE102019103753A1
Application number: DE102019103753.0A
Authority: DE
Inventors: Karlheinz Daum
Original assignee: RWE Generation SE
Current assignee: RWE Generation SE
Priority date: 2019-02-14
Filing date: 2019-02-14
Publication date: 2020-08-20

Abstract

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung 1 zur Bereitstellung eines schwimmfähigen Fundamentes für ein Element 15 in einem Gewässer 2, die einen Grundkörper 11 mit Verbindungsmitteln 14 zur Verbindung mit dem Element 15 aufweist, der über eine Zwischenhülse 17 mit mindestens einem Auftriebskörper 4 über zwei senkrecht zueinander stehende in einer Verbindungsebene 18 liegende Zapfenpaare 19, 20 nach Art einer kardanischen Aufhängung verbunden ist, die eine vertikale Ausrichtung des Grundkörpers 11 und damit des Elements 15 gewährleistet. Das Element 15 ist bevorzugt eine Windenergieanlage, die im Meer (Off Shore) oder auf einem Binnengewässer ausgebildet ist.

Description

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bereitstellung eines schwimmfähigen Fundamentes für ein Element in einem Gewässer, sowie die Verwendung einer entsprechenden Vorrichtung. Insbesondere dient das schwimmfähige Fundament zur Fixierung einer Windenergieanlage.
Fundamente zur Aufstellung von Windenergieanlagen im Offshore-Bereich sind bekannt, beispielsweise aus der DE 10 2010 040 887 A1 und der DE 10 2009 057 794 A1 . Diese sind komplex aufgebaut, um eine senkrechte Ausrichtung der Windenergieanlage auch bei Wellengang und Tidenhub zu gewährleisten.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest teilweise zu überwinden und insbesondere ein schwimmfähiges Fundament für ein Element in einem Gewässer bereitzustellen, welches einfach aufgebaut ist und eine im Wesentlichen senkrechte Ausrichtung des Elements gewährleistet.
Diese Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Abhängige Ansprüche sind auf vorteilhafte Weiterbildungen gerichtet. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den abhängigen Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Ansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bereitstellung eines schwimmfähigen Fundamentes für ein Element in einem Gewässer umfasst:

mindestens einen Auftriebskörper in einer Auftriebsebene, in der der Schwerpunkt des mindestens einen Auftriebskörpers liegt;
mindestens einen Ankerpunkt zur Befestigung mindestens eines Auftriebskörpers an einem Gewässergrund;
einen Grundkörper mit einer Längsachse, der an einer Oberseite ein Verbindungsmittel zur Verbindung mit dem Element aufweist und zeichnet sich dadurch aus, dass
der mindestens eine Auftriebskörper einen zentralen Durchgang definiert, durch den sich der Grundkörper hindurch erstreckt,
weiterhin umfassend mindestens eine Zwischenhülse, die im zentralen Durchgang zwischen Grundkörper und Auftriebskörper ausgebildet ist,
wobei in einer Verbindungsebene ein erstes Zapfenpaar, welches auf einer ersten Geraden liegt und den mindestens einen Auftriebskörper mit der Zwischenhülse verbindet, und ein zweites Zapfenpaar, welches auf einer zweiten Geraden liegt, und die Zwischenhülse mit dem Grundkörper verbindet, ausgebildet ist, wobei die erste Gerade und die zweite Gerade Kardanwinkel miteinander einschließen und ein gemeinsamer Schnittpunkt der ersten Gerade, der zweiten Gerade und der Längsachse vorliegt. Unter dem Begriff Kardanwinkel wird ein Winkel verstanden, der eine kardanische Aufhängung des Grundkörpers ermöglicht. Unterinem Kardanwinkel wird insbesondere ein - im Rahmen von Fertigungstoleranzen - rechter Winkel verstanden, insbesondere aber auch Winkel im Bereich 85° bis 95°, insbesondere im Bereich von 88° bis 92°.

Unter einem Element wird bevorzugt ein (einzelnes) Bauteil oder eine Anlage verstanden, die aus mehreren Bauteilen aufgebaut sein kann. Der Grundkörper ist bevorzugt im Wesentlichen senkrecht ausgerichtet und wird durch die mindestens zwei Zapfenpaare zunächst direkt mit der Zwischenhülse und dann diese mit mindestens einem Auftriebskörper radial außerhalb (in Bezug auf die Längsachse) der Zwischenhülse verbunden. Eine Relativbewegung der jeweils durch ein Zapfenpaar verbundenen Körper gegeneinander ist möglich. Durch die im Wesentlichen zueinander senkrechten Zapfenpaare, die sich in der Längsachse schneiden, ist eine Art kardanische Aufhängung des Grundkörpers erreicht, die auch bei Wellen im Gewässer und/oder unter Tidenhub den Grundkörper senkrecht halten.
Bevorzugt umgibt der mindestens eine Auftriebskörper den Grundkörper vollumfänglich, beispielsweise durch einen kreisringförmigen Querschnitt in der Auftriebsebene. Hierbei kann ein einziger quasi Donut-förmiger Auftriebskörper ausgebildet sein oder mehrere Auftriebskörper können ausgebildet sein, die gemeinsam den entsprechenden Querschnitt bilden. Es ist weiterhin möglich, beispielsweise im wesentlichen zylindrische Auftriebskörper so anzuordnen, dass diese den Grundkörper vollumfänglich umgeben, beispielsweise in dem ein Drei- oder Viereck durch die zylindrischen Auftriebskörper um den Grundkörper herum. Dies vereinfacht auch den Aufbau einer entsprechenden Vorrichtung im Gewässer, da so beispielsweise beim Aufbau des Auftriebskörpers eine Öffnung gelassen werden kann, durch die der Grundkörper und die Zwischenhülse eingebracht werden können und der dann beispielsweise durch einen weiteren Auftriebskörper verschlossen wird.
Als Ankerpunkt wird bevorzugt ein Ankerblock als Schwergewichtsanker und/oder ein Bodenanker als Festpunktanker eingesetzt. Ein Bodenanker ist dabei insbesondere im Gewässergrund selbst fixiert, während ein Ankerblock als Element verstanden wird, welches eine Dichte größer als Wasser und eine vergleichsweise große Masse aufweist. Diese werden üblicherweise im Gewässer versenkt. Der mindestens eine Auftriebskörper wird dabei über Zugelemente, beispielsweise Seile (in offener oder geschlossener Form) und/oder Ketten am Ankerpunkt befestigt. Jedes Auftriebselement ist an mindestens einem Ankerpunkt befestigt, bevorzugt an mindestens drei Ankerpunkten.
Die Auftriebsebene kann dabei so gewählt werden, dass der mindestens eine Auftriebsköper zumindest teilweise oberhalb der Oberfläche des Gewässers liegt, es ist jedoch auch möglich, den mindestens einen Auftriebskörper so an dem mindestens einen Ankerpunkt zu fixieren, dass die Auftriebskörper zumindest zeitweise unter der Oberfläche des Gewässers liegen. Insbesondere dann, wenn das Gewässer einem Tidenhub ausgesetzt ist, kann der mindestens eine Auftriebskörper so an den Ankerpunkten befestigt werden, dass der mindestens eine Auftriebskörper beispielsweise bei Hochwasser vollständig und bei Niedrigwasser nur teilweise unter der Oberfläche des Gewässers liegt. Der mindestens eine Auftriebskörper ist bevorzugt so ausgebildet, dass in einen Teilbereich Wasser ein- und ausströmen kann.
Bevorzugt ist der Grundköper so ausgebildet, dass der Schwerpunkt des Grundkörpers unterhalb der Auftriebsebene liebt. Alternativ oder zusätzlich ist bevorzugt an dem Grundkörper ein Gewicht ausgebildet, welches mit dem Grundkörper verbunden ist und durch welches sichergestellt werden kann, dass der Schwerpunkt des Grundkörpers unterhalb der Auftriebsebene liegt. Bevorzugt wird ein entsprechendes Gewicht dazu eingesetzt, einen Schwerpunkt unterhalb der Auftriebsebene zu garantieren, selbst wenn das entsprechende Element mit dem Grundkörper verbunden ist. Die Ausbildung eins zusätzlichen Gewichts erlaubt die flexible Definition des Schwerpunkts des Elements in Kombination mit dem Grundkörper unterhalb der Auftriebsebene.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung stellt bevorzugt ein Fundament für eine Windenergieanlage und/oder eine Energiespeicheranlage zur Verfügung, die mit dem Verbindungsmittel verbunden werden. So kann eine erfindungsgemäße Vorrichtung für eine Windenergieanlage dienen, mehrere Vorrichtungen können ein Fundament beispielsweise für größere Bauteile wie zum Beispiel große Plattformen wie zum Beispiel eine Ölbohrplattform oder ähnliches bereitstellen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist einfach aufgebaut und gewährleistet eine im Wesentlichen senkrechte Ausrichtung des Grundkörpers und damit des Elements auch bei Wellengang und Tidenhub.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Verbindungsebene und Auftriebsebene identisch oder die Verbindungsebene ist oberhalb der Auftriebsebene ausgebildet.
Eine Auslegung mit identischer Verbindungs- und Auftriebsebene erleichtert die Auslegung der Vorrichtung, da die Zapfenpaare in der Ebene des Schwerpunkts des mindestens einen Auftriebskörpers liegen. Auch eine Ausbildung der Verbindungsebene oberhalb der Auftriebsebene ist vorteilhaft, hier ist eine einfache Wartung der Zapfenpaare möglich.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Zwischenhülse mehrteilig ausgebildet.
Unter einer mehrteiligen Ausgestaltung der Zwischenhülse wird verstanden, dass mindestens zwei Teile ausgebildet sind, die zur Zwischenhülle zusammengesetzt werden. Dies erleichtert den Aufbau der Vorrichtung im Gewässer.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist ein Auftriebskörper ausgebildet, der den Grundkörper vollumfänglich in Bezug auf die Längsachse umgibt.
Bevorzugt ist hierbei eine Ausgestaltung, bei der ein Auftriebskörper mit einem zentralen Durchgang ausgebildet ist, dessen Querschnitt in seiner Form der Form des Querschnitts des Grundkörpers entspricht. Bevorzugt ist eine Ausgestaltung mit einem kreisförmigen zentralen Durchgang. Weiterhin bevorzugt ist ein Auftriebskörper mit einer kreisrunden äußeren Einhüllenden in der Auftriebsebene, insbesondere in Kombination mit einem zentralen Durchgang mit kreisförmigem Querschnitt in der Auftriebsebene.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung sind mehrere Auftriebskörper ausgebildet, die den Grundkörper vollumfänglich in Bezug auf die Längsachse umgeben.
Dies ermöglicht einen einfachen Aufbau der Vorrichtung im Gewässer. Die Auftriebskörper können beispielsweise so ausgebildet sein, dass sie in der Auftriebsebene drei- oder viereckig ausgebildet sind.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung sind mindestens zwei Auftriebskörper ausgebildet sind, die so um den Grundkörper verteilt sind, dass Verbindungslinien, die die Schwerpunkte von in Umfangsrichtung benachbarten Auftriebskörpern in der Auftriebsebene mit der Längsachse des Grundkörpers verbinden, keinen Winkel miteinander einschließen, der größer als 180° ist und Verschränkungsmittel zwischen den Auftriebskörpern ausgebildet sind, die eine Relativbewegung zwischen den Auftriebskörpern unterbinden.
Dies ermöglicht den Aufbau der Vorrichtung, ohne dass ein vollumfänglicher zentraler Durchgang nötig wäre. Dies ermöglicht eine flexible Ausgestaltung der Auftriebskörper, in dem einzelne Auftriebskörper ausgebildet werden, die durch Verschränkungsmittel zur Unterbindung einer Relativbewegung zwischen den Auftriebskörpern verbunden sind, um eine feste Auftriebsebene zu ermöglichen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst der Grundkörper mindestens zwei Durchlässe für Energieführungseinrichtungen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann insbesondere ein Fundament für eine Windenergieanlage, eine Energieerzeugungs- und/oder eine Energiespeichereinrichtung bereitstellen. Unter einer Energiespeichereinrichtung im Sinne der vorliegenden Erfindung wird eine Einrichtung verstanden, in der Energie im Falle des Vorliegens überschüssiger Energie gespeichert und aus der Energie im Bedarfsfalle abgegeben werden kann. Die Energiespeicherung kann dabei bevorzugt chemisch erfolgen, beispielsweise in Form von Akkumulatoren und/oder durch chemische Bildung eines Brennstoffes, wie beispielsweise von einem Alkohol wie beispielsweise Methanol (CH₄O) und/oder Wasserstoff (H₂) und/oder Wasserstoffhaltige Verbindungen wie beispielsweise Wasserstoffperoxid H₂O₂). Die Energieabgabe erfolgt dann durch Entladung des Akkumulators oder durch Verstromung des Brennstoffes in einem Generator. Die Energiespeichereinrichtung kann dabei ausschließlich der Speicherung dienen, also beispielsweise lediglich den Akkumulator und/oder einen Brennstoffspeicher zur Verfügung stellen, es kann jedoch auch direkt in der Energiespeichereinrichtung eine Erzeugung des Brennstoffs zur chemischen Speicherung, beispielsweise durch eine Elektrolyse von Wasser, stattfinden. Unter einer Energieerzeugungseinrichtung wird eine Einrichtung verstanden, durch die elektrische Energie erzeugt werden kann, insbesondere eine Solaranlage verstanden. Bevorzugt wird die erfindungsgemäße Vorrichtung auch zur Bereitstellung eines Fundaments für eine Gewässerbelüftungsanlage, durch die Sauerstoff und/oder Luft in ein Gewässer eingebracht werden kann, genutzt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird alternativ oder zusätzlich bevorzugt auch ein Fundament für eine Plattform zur chemischen Erzeugung oder Förderung eines Gases und/oder zur Änderung des Aggregatszustandes eines Gases, beispielsweise zur Herstellung von Flüssiggas, eingesetzt. Alternativ oder zusätzlich kann die erfindungsgemäße Vorrichtung ein Fundament für eine Anlage zur Sammlung von Treibgut, insbesondere von Kunststoffen, und/oder zur Verarbeitung von Treibgut, insbesondere von Kunststoffen, eingesetzt werden.
In solchen Fällen ist es notwendig, elektrische Energie zur Vorrichtung und von dieser weg führen zu können, beispielsweise durch mindestens ein Kabel und/oder auch eine Leitung für den Brennstoff. Da der Grundkörper durch die Vorrichtung im Wesentlichen stabil in einer vertikalen Richtung gehalten wird, erlaubt die Durchführung einer Energieführungseinrichtung, wie beispielsweise mindestens ein Kabel und/oder mindestens eine Leitung für einen Brennstoff, durch den Grundkörper durch zwei entsprechend vorgesehene Durchlässe eine einfache und sichere Anbindung des Elements auf der Vorrichtung. Bevorzugt ist mindestens eine Energieführungseinrichtung durch die Durchlässe geführt, wobei die Energieführungseinrichtung an einem Durchlass fixiert ist und sich frei durch den anderen Durchlass bewegen kann. Bevorzugt liegt mindestens ein Durchlass im Bereich des Verbindungsmittels. Bevorzugt ist die Energieführungseinrichtung im Inneren des Grundkörpers einer Schraubenlinie folgend geführt. Dies ermöglicht gemeinsam mit einer entsprechenden Fixierung der Energieführungseinrichtung am Grundkörper eine Zugentlastung der Energieführungseinrichtung und erlaubt eine Änderung des Wasserstandes und damit eine Änderung des Niveaus der Auftriebsebene.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist mindestens ein Zusatzauftriebskörper ausgebildet, der in Bezug auf die Längsachse radial außerhalb des mindestens einen Auftriebskörpers ausgebildet ist, wobei zwischen einem Zusatzauftriebskörper und dem radial innen benachbarten Zusatzauftriebskörper oder Auftriebskörper in der Verbindungsebene ein Zusatzzapfenpaar ausgebildet ist, welches auf der ersten Geraden oder der zweiten Geraden liegt.
Durch die Ausbildung mindestens eines Zusatzauftriebskörpers, der den Auftriebskörper umgibt, bevorzugt vollumfänglich, kann die Stabilität der Vorrichtung weiter erhöht werden. Ein weiterer Zusatzauftriebskörper kann radial außerhalb des ersten Zusatzauftriebskörpers ausgebildet werden und so weiter.
Bevorzugt ist in diesem Zusammenhang, dass das mindestens eine Zusatzzapfenpaar, erstes Zapfenpaar und zweites Zapfenpaar von radial innen nach radial außen betrachtet abwechselnd auf der zweiten Geraden und der ersten Geraden liegen.
Dies ermöglicht eine Verbesserung der Aufhängung nach Art einer kardanischen Aufhängung und verbessert die Stabilität des Grundkörpers.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zur Bereitstellung eines schwimmfähigen Fundamentes für ein Element in einem Gewässer, insbesondere mit einer Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung, vorgeschlagen, umfassend die folgenden Schritte:

Bereitstellen mindestens eines Auftriebskörpers in einer Auftriebsebene, in der der Schwerpunkt des mindestens einen Auftriebskörpers liegt, so dass der mindestens eine Auftriebskörper einen zentralen Durchgang definiert;
Befestigung des mindestens einen Auftriebskörpers an mindestens einem Ankerpunkt an einem Gewässergrund;
Bereitstellen eines Grundkörpers mit einer Längsachse, der an einer Oberseite ein Verbindungsmittel zur Verbindung mit dem Element aufweist, so dass sich der Grundkörper durch den zentralen Durchgang erstreckt
Bereitstellen mindestens einer Zwischenhülse im zentralen Durchgang zwischen Grundkörper und Auftriebskörper,
Bereitstellen mindestens eines ersten Zapfenpaares, welches auf einer ersten Geraden liegt und den mindestens einen Auftriebskörper mit der Zwischenhülse verbindet, und mindestens eines zweiten Zapfenpaares, welches auf einer zweiten Geraden liegt und die Zwischenhülse mit dem Grundkörper verbindet, ausgebildet ist in einer Verbindungsebene, so dass die erste Gerade und die zweite Gerade einen Kardanwinkel miteinander einschließen und ein gemeinsamer Schnittpunkt der ersten Gerade, der zweiten Gerade und der Längsachse vorliegt.

Die für die erfindungsgemäße Vorrichtung offenbarten Details und Vorteile lassen sich auf das erfindungsgemäße Verfahren übertragen und anwenden und umgekehrt.
Weiterhin wird eine Verwendung mindestens einer erfindungsgemäßen Vorrichtung als Fundament für mindestens eines der folgenden Elemente vorgeschlagen:

a) ein Offshore-Bauwerk;
b) eine Windenergieanlage;
c) einen Energiespeicher;
d) eine Plattform zur Förderung von Rohstoffen;
e) eine Anlage zur Produktion und/oder Gewinnung von Gas; und
f) eine Anlage zur Sammlung und/oder Verarbeitung von Treibgut, insbesondere Kunststoffen.

Unter einem Offshore-Bauwerk wird ein Bauwerk im Küstenvorfeld verstanden. Unter einer Windenergieanlage (auch Windkraftanlage) wird eine Anlage verstanden, die die Energie einer Luftströmung in elektrische Energie wandelt, um sie ins Stromnetz einzuspeisen. Unter einem Energiespeicher wird eine Anlage zur Speicherung von Energie verstanden, beispielsweise umfassend mindestens einen elektrischen Akkumulator, einen Gasspeicher und/oder einen Druckspeicher. Der Energiespeicher kann die Energie auch in Form eines Brennstoffs speichern, beispielsweise in Form von Wasserstoff, der im Energiespeicher aus Elektrolyse von Wasser gewonnen wird oder der außerhalb des Energiespeichers gewonnen und in diesem gespeichert wird. Die Abgabe der Energie erfolgt durch Entladung des Akkumulators oder durch Verstromung des Brennstoffs. Die Verstromung kann dabei im Energiespeicher selber erfolgen oder außerhalb des Energiespeichers mit Brennstoff aus dem Energiespeicher. Eine Plattform zur Förderung von Rohstoffen kann insbesondere eine Ölbohrplattform umfassen, die bevorzugt auf mehreren Vorrichtungen nach der vorliegenden Erfindung befestigt werden kann. Mit der Anlage zur Produktion und/oder Gewinnung von Gas kann ein Gas gefördert und/oder chemisch erzeugt und/oder sein Aggregatszustand geändert werden. Mit einer Anlage zur Sammlung und/oder Verarbeitung von Treibgut, insbesondere aus mindestens einem Kunststoff, kann die Verschmutzung von Gewässern reduziert werden. Unter Verarbeitung wird hier insbesondere die chemische Umwandlung des mindestens einen Kunststoff in ein Edukt, beispielsweise ein brennbares Gas oder ähnliches verstanden.
Weiterhin ist eine Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem Süßwassergewässer, wie beispielsweise Binnenseen, bevorzugt.
Weiterhin ist eine Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem Meer, insbesondere im Küstenvorfeld, insbesondere in einem Fjord, bevorzugt.
Vorsorglich sei angemerkt, dass die hier verwendeten Zahlwörter („erste“, „zweite“, ...) vorrangig (nur) zur Unterscheidung von mehreren gleichartigen Gegenständen, Größen oder Prozessen dienen, also insbesondere keine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge dieser Gegenstände, Größen oder Prozesse zueinander zwingend vorgeben. Sollte eine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge erforderlich sein, ist dies hier explizit angegeben oder es ergibt sich offensichtlich für den Fachmann beim Studium der konkret beschriebenen Ausgestaltung.
Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die gezeigten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung und/oder Figuren zu kombinieren. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Gegenstände, so dass ggf. Erläuterungen aus anderen Figuren ergänzend herangezogen werden können. Es zeigen:

1 einen Längsschnitt eines ersten Beispiels einer Vorrichtung zur Bereitstellung eines schwimmfähigen Fundamentes für ein Element in einem Gewässer;
2 einen Ausschnitt einer Vorrichtung zur Bereitstellung eines schwimmfähigen Fundamentes für ein Element in einem Gewässer;
3 eine weitere Ansicht des Beispiels aus 2;
4 einen Querschnitt des ersten Beispiels einer Vorrichtung zur Bereitstellung eines schwimmfähigen Fundamentes für ein Element in einem Gewässer;
5 einen Querschnitt eines zweiten Beispiels einer Vorrichtung zur Bereitstellung eines schwimmfähigen Fundamentes für ein Element in einem Gewässer;
6 einen Querschnitt eines dritten Beispiels einer Vorrichtung zur Bereitstellung eines schwimmfähigen Fundamentes für ein Element in einem Gewässer;
7 einen Querschnitt eines vierten Beispiels einer Vorrichtung zur Bereitstellung eines schwimmfähigen Fundamentes für ein Element in einem Gewässer; und
8 einen Querschnitt eines fünften Beispiels einer Vorrichtung zur Bereitstellung eines schwimmfähigen Fundamentes für ein Element in einem Gewässer.

1 zeigt schematisch ein einen Längsschnitt eines ersten Beispiels einer Vorrichtung 1 zur Bereitstellung eines schwimmfähigen Fundamentes für ein Element in einem Gewässer 2 mit einer Oberfläche 3. Die Vorrichtung 1 umfasst einen kreisringförmigen Auftriebskörper 4 mit einem Schwerpunkt (nicht eingezeichnet), der in einer Auftriebsebene 5 liegt. Der Auftriebskörper 4 ist hier mit rundem Querschnitt gezeigt, jedoch sind auch andere Querschnitte möglich wie beispielsweise oval, rechteckig, quadratisch, vieleckig und ähnliches. Die Vorrichtung 1 umfasst im vorliegenden Beispiel drei Ankerpunkt 6 zur Befestigung des Auftriebskörpers 4 an einem Gewässergrund 7, von denen zwei im Längsschnitt zu sehen sind. Ein Ankerpunkt 6 ist als Bodenanker 8 ausgeführt, ein zweiter Ankerpunkt 6 als Ankerblock 9. Über jeweils ein Zugelement 10 ist der Auftriebskörper 4 mit einem Ankerpunkt 6 befestigt. Das Zugelement 10 ist dabei bevorzugt als spannbares Seil ausgeführt, welches straff gespannt wird. Hierdurch kann es insbesondere bei schwankendem Wasserstand und/oder Tidenhub dazu kommen, dass die Auftriebskörper 4 vollständig unterhalb der Oberfläche 3 des Gewässers 2 liegen, was die Funktion der Vorrichtung 1 in keiner Weise beeinträchtigt, sondem ganz im Gegenteil gegebenenfalls sogar das Anlegen von Wasserfahrzeugen am Element erleichtert.
Weiterhin umfasst die Vorrichtung 1 einen Grundkörper 11 mit einer Längsachse 12, der an einer Oberseite 13 ein Verbindungsmittel 14 zur Verbindung mit einem Element 15 aufweist. 1 zeigt einen Teil des Elements 15, welches beispielsweise eine Windenergieanlage darstellt. Bei dem Verbindungsmittel 14 kann es sich beispielsweise um einen Flansch oder ähnliches handeln. Der Grundkörper 11 kann einstückig oder mehrstückig ausgebildet sein.
Der Auftriebskörper 4 definiert einen zentralen Durchgang 16, durch den sich der Grundkörper 11 hindurch erstreckt. Der zentrale Durchgang 16 weist im vorliegenden Beispiel einen kreisförmigen Querschnitt auf. Weiterhin umfasst die Vorrichtung 1 mindestens eine Zwischenhülse 17, die im zentralen Durchgang 16 zwischen Grundkörper 11 und Auftriebskörper 4 ausgebildet ist.
Im Folgenden soll zusätzlich auf einen Querschnitt einer Vorrichtung 1 Bezug genommen werden, im Folgenden auf 4, welche das Beispiel der Vorrichtung 1 aus 2 im Querschnitt in der Auftriebsebene 5 zeigt. Über ein erstes Zapfenpaar 19 ist der der Auftriebskörper 4 mit der Zwischenhülse 17 drehbar verbunden, während der Grundkörper 11 über ein zweites Zapfenpaar 20 mit der Zwischenhülse 17 verbunden ist. Erstes Zapfenpaar 19 und zweites Zapfenpaar 20 erlauben jeweils eine rotatorische Bewegung, jedoch keine translatorische Bewegung zwischen den verbundenen Teilen. Erstes Zapfenpaar 19 und zweites Zapfenpaar 20 liegen in einer gemeinsamen Verbindungsebene 18, die im vorliegenden Beispiel mit der Auftriebsebene 5 zusammenfällt. Das erste Zapfenpaar 19 liegt dabei auf einer ersten Geraden 21, das zweite Zapfenpaar 20 auf einer zweiten Gerade 22. Die erste Gerade 21 und die zweite Gerade 22 schließen einen rechten Winkel ein und schneiden sich beide in einem Schnittpunkt 23 mit der Längsachse 12 des Grundkörpers 11.
Durch das erste Zapfenpaar 19 und das zweite Zapfenpaar 20, die im rechten Winkel zueinander stehen und sich im Schnittpunkt 23 mit der Längsachse schneiden ist eine Art kardanische Aufhängung gegeben, durch die selbst bei seitlicher Neigung oder Stampfen des Auftriebskörpers 4 durch Wellen und/oder Wind der Grundkörper 11 in einer vertikalen Richtung gehalten wird. Der gemeinsame Schwerpunkt des mit dem Grundkörper 11 verbundenen Elements 15 liegt dabei unterhalb der Verbindungsebene 18. Um hier den Schwerpunkt variieren zu können, kann ein Gewicht 24 am Grundkörper 11 befestigt werden.
2 zeigt schematisch ein Detail des Beispiels einer Vorrichtung 1 aus 1 und 4. Am unteren Ende des Grundkörpers 11 ist das Gewicht 24 befestigt. Als Element 15 (hier nicht gezeigt) ist eine Windenergieanlage ausgeführt. Zur Abführung der erzeugten elektrischen Energie ist ein Kabel 25 als Energieführungseinrichtung ausgebildet, welches mit einem Generator der Windenergieanlage verbunden ist. Alternativ oder zusätzlich kann die Energieführung auch mindestens einen Schlauch bzw. ein Rohr umfassen. Durch einen Durchlass 26 tritt das Kabel 25 in den Grundkörper 11 ein. Ein weiterer - hier nicht gezeigter - Durchlass ermöglicht die Durchführung des Kabels zum Element 15.
Das Kabel 25 ist an einem Kabelauftriebskörper 27 fixiert, der über einen Abstandshalter 28 in einem bestimmten vertikalen Abstand vom Grundkörper 11 gehalten wird. Das Kabel 25 ist im Inneren des Grundkörpers 11 an einem weiteren Fixpunkt 29 fixiert. Dies kann ein weiterer Kabelauftriebskörper sein, wenn das Innere des Grundkörpers 11 in diesem Bereich mit Wasser geflutet ist. Zwischen Fixpunkt 29 und Kabelauftriebskörper 28 ist das Kabel 25 nicht straff gespannt, sondern vielmehr einer Schraubenlinie folgend geführt, so dass eine Zugentlastung vorliegt, wenn sich der Grundkörper 11 bewegt.
3 zeig eine weitere Variante der Führung des Kabels 26, bei der mehrere Kabelauftriebskörper 27 an einem Zugelement 10 eines Auftriebskörpers 4 befestigt sind, an denen das Kabel 26 fixiert ist.
5 zeigt ein weiteres Beispiel einer Vorrichtung 1 im Querschnitt. Es wird auf die oben gemachten Ausführungen zum ersten Beispiel der Vorrichtung 1 gemäß 1 und 4 Bezug genommen, hier werden nur die Unterschiede erläutert.
Im Unterschied zum ersten Beispiel ist hier die Zwischenhülse 17 zweistückig aus einem ersten Teil 30 und einem zweiten Teil 31 aufgebaut. Weiterhin ist radial außerhalb des Auftriebskörpers 4 in Bezug auf die Längsachse 12 ein Zusatzauftriebskörper 32 ausgebildet, der über ein Zusatzzapfenpaar 33 mit dem Auftriebskörper 4 verbunden ist. Das Zusatzzapfenpaar 33 liegt dabei auf der zweiten Geraden 22 wie auch das zweite Zapfenpaar 20, während das erste Zapfenpaar 19 auf der ersten Gerade 21 liegt. Weitere Zusatzauftriebskörper radial außerhalb des Zusatzauftriebskörpers 32 sind möglich. Diese werden dann auch über Zusatzzapfenpaare an das nächste radial innenliegende Element verbunden. Bevorzugt sind Ausgestaltungen, bei denen von Innen nach Außen die Zapfenpaare 19, 20, 33 jeweils abwechselnd auf der ersten Geraden 21 und der zweiten Geraden 22 liegen.
6 zeigt ein weiteres Beispiel einer Vorrichtung 1 im Querschnitt. Es wird auf die oben gemachten Ausführungen zum ersten Beispiel der Vorrichtung 1 gemäß 1 und 4 Bezug genommen, hier werden nur die Unterschiede erläutert. Im Unterschied zum ersten Beispiel der Vorrichtung 1 ist der Auftriebskörper 4 mit quadratischem Querschnitt aufgebaut.
7 zeigt ein weiteres Beispiel einer Vorrichtung 1 im Querschnitt. Es wird auf die oben gemachten Ausführungen zum ersten Beispiel der Vorrichtung 1 gemäß 1 und 4 Bezug genommen, hier werden nur die Unterschiede erläutert. In diesem Beispiel ist ein erster Auftriebskörper 34 und ein zweiter Auftriebskörper 35 ausgebildet, die gemeinsam ein Dreieck um die Zwischenhülse 17 herum bilden. Der Aufbau der Vorrichtung 1 ist hier einfach möglich, da zunächst Zwischenhülse 17 und Grundkörper 11 im ersten Auftriebskörper 34 platziert und ggf. montiert werden können und dann der zweite Auftriebskörper 35 mi dem ersten Auftriebskörper 34 verbunden werden kann. Erster Auftriebskörper 34 und zweiter Auftriebskörper 35 sind durch Verschränkungsmittel 36 verbunden, die eine Relativbewegung von erstem Auftriebskörper 34 und zweitem Auftriebskörper 35 verhindern.
8 zeigt ein weiteres Beispiel einer Vorrichtung 1 im Querschnitt. Es wird auf die oben gemachten Ausführungen zum ersten Beispiel der Vorrichtung 1 gemäß 1 und 4 Bezug genommen, hier werden nur die Unterschiede erläutert.
Statt einem vollumfänglichen Auftriebskörper 4 wie insbesondere in den 4 bis 6 gezeigt liegen hier neben einem ersten Auftriebskörper 34 und einem zweiten Auftriebskörper 35 ein dritter Auftriebskörper 37 und ein vierter Auftriebskörper 38 vor, die die Zwischenhülse 17 und den Grundkörper 11 nicht vollumfänglich umgeben, sondern quasi punktuell in der Auftriebsebene 5 ausgebildet sind. Die Auftriebskörper 34, 35, 37, 38 sind über Verschränkungsmittel 36 verbunden, die eine Relativbewegung der Auftriebskörper 34, 35, 37, 38 zueinander unterbinden. Die Auftriebskörper 34, 35, 36, 37 sind so ausgebildet, dass Verbindungslinien, die vorliegend auf der ersten Geraden 21 und der zweiten Geraden 22 liegen, die die Schwerpunkte von in Umfangsrichtung benachbarten Auftriebskörpern 34, 35, 37, 38 in der Auftriebsebene 5 mit der Längsachse 12 des Grundkörpers 11 verbinden, keinen Winkel miteinander einschließen, der größer als 180° ist. Im vorliegenden Beispiel liegen diese Winkel jeweils bei etwa 90°.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung 1 zur Bereitstellung eines schwimmfähigen Fundamentes für ein Element 15 in einem Gewässer 2, die einen Grundkörper 11 mit Verbindungsmitteln 14 zur Verbindung mit dem Element 15 aufweist, der über eine Zwischenhülse 17 mit mindestens einem Auftriebskörper 4 über zwei senkrecht zueinander stehende in einer Verbindungsebene 18 liegende Zapfenpaare 19, 20 nach Art einer kardanischen Aufhängung verbunden ist, die eine vertikale Ausrichtung des Grundkörpers 11 und damit des Elements 15 gewährleistet. Das Element 15 ist bevorzugt eine Windenergieanlage, die im Meer (Off Shore) oder auf einem Binnengewässer ausgebildet ist.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung zur Bereitstellung eines schwimmfähigen Fundamentes für ein Element in einem Gewässer
2: Gewässer
3: Oberfläche
4: Auftriebskörper
5: Auftriebsebene
6: Ankerpunkt
7: Gewässergrund
8: Bodenanker
9: Ankerblock
10: Zugelement
11: Grundkörper
12: Längsachse
13: Oberseite
14: Verbindungsmittel
15: Element
16: Zentraler Durchgang
17: Zwischenhülse
18: Verbindungsebene
19: Erstes Zapfenpaar
20: Zweites Zapfenpaar
21: Erste Gerade
22: Zweite Gerade
23: Schnittpunkt
24: Gewicht
25: Kabel
26: Durchlass
27: Kabelauftriebskörper
28: Abstandshalter
29: Fixpunkt
30: Erster Teil
31: Zweiter Teil
32: Zusatzauftriebskörper
33: Zusatzzapfenpaar
34: Erster Auftriebskörper
35: Zweiter Auftriebskörper
36: Verschränkungsmittel
37: Dritter Auftriebskörper
38: Vierter Auftriebskörper

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010040887 A1 [0002]
DE 102009057794 A1 [0002]

Claims

Vorrichtung (1) zur Bereitstellung eines schwimmfähigen Fundamentes für ein Element (15) in einem Gewässer (2), umfassend: mindestens einen Auftriebskörper (4, 34, 35, 37, 38) in einer Auftriebsebene (5), in der der Schwerpunkt des mindestens einen Auftriebskörpers (4, 34, 35, 37, 38) liegt; mindestens einen Ankerpunkt (6) zur Befestigung mindestens eines Auftriebskörpers (4, 34, 35, 37, 38) an einem Gewässergrund (3); einen Grundkörper (11) mit einer Längsachse (12), der an einer Oberseite (13) ein Verbindungsmittel (14) zur Verbindung mit dem Element (15) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Auftriebskörper (4, 34, 35, 37, 38) einen zentralen Durchgang (16) definiert, durch den sich der Grundkörper (11) hindurch erstreckt, weiterhin umfassend mindestens eine Zwischenhülse (17), die im zentralen Durchgang (16) zwischen Grundkörper (11) und Auftriebskörper (4, 34, 35, 37, 38) ausgebildet ist, wobei in einer Verbindungsebene (18) ein erstes Zapfenpaar (19), welches auf einer ersten Geraden (21) liegt und den mindestens einen Auftriebskörper (4, 34, 35, 37, 38) mit der Zwischenhülse (17) verbindet, und ein zweites Zapfenpaar (20), welches auf einer zweiten Geraden (22) liegt, und die Zwischenhülse (17) mit dem Grundkörper (11) verbindet, ausgebildet ist, wobei die erste Gerade (21) und die zweite Gerade (22) Kardanwinkel miteinander einschließen und ein gemeinsamer Schnittpunkt (23) der ersten Gerade (21), der zweiten Gerade (22) und der Längsachse (12) vorliegt.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, bei der Verbindungsebene (18) und Auftriebsebene (5) identisch sind oder die Verbindungsebene (18) oberhalb der Auftriebsebene (5) ausgebildet ist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Zwischenhülse (17) mehrteilig ausgebildet ist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der ein Auftriebskörper (4, 34, 35) ausgebildet ist, der den Grundkörper (11) vollumfänglich in Bezug auf die Längsachse (12) umgibt.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der mehrere Auftriebskörper (34, 35) ausgebildet sind, die den Grundkörper (11) vollumfänglich in Bezug auf die Längsachse umgeben.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der mindestens zwei Auftriebskörper (34, 35, 37, 38) ausgebildet sind, die so um den Grundkörper (11) verteilt sind, dass Verbindungslinien, die die Schwerpunkte von in Umfangsrichtung benachbarten Auftriebskörpern (34, 35, 37, 38) in der Auftriebsebene (5) mit der Längsachse (12) des Grundkörpers (11) verbinden, keinen Winkel miteinander einschließen, der größer als 180° ist und Verschränkungsmittel (36) zwischen den Auftriebskörpern (34, 35, 37, 38) ausgebildet sind, die eine Relativbewegung zwischen den Auftriebskörpern (34, 35, 37, 38) unterbinden.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Grundkörper (11) mindestens zwei Durchlässe (26) für Energieführungseinrichtungen (25) umfasst und mindestens eine Energieführungseinrichtung (25) durch die Durchlässe (26) geführt ist, wobei die Energieführungseinrichtung (25) an einem Durchlass (26) fixiert ist und sich frei durch den anderen Durchlass (26) bewegen kann.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der mindestens ein Zusatzauftriebskörper (32) ausgebildet ist, der in Bezug auf die Längsachse (12) radial außerhalb des mindestens einen Auftriebskörpers (4) ausgebildet ist, wobei zwischen einem Zusatzauftriebskörper (32) und dem radial innen benachbarten Zusatzauftriebskörper (32) oder Auftriebskörper (4) in der Verbindungsebene (18) ein Zusatzzapfenpaar (33) ausgebildet ist, welches auf der ersten Geraden (21) oder der zweiten Geraden (22) liegt.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 8, bei der das mindestens eine Zusatzzapfenpaar (33), erstes Zapfenpaar (19) und zweites Zapfenpaar (20) von radial innen nach radial außen betrachtet abwechselnd auf der zweiten Geraden (22) und der ersten Geraden (21) liegen.
Verfahren zur Bereitstellung eines schwimmfähigen Fundamentes für ein Element (15) in einem Gewässer (2), insbesondere mit einer Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend die folgenden Schritte: Bereitstellen mindestens eines Auftriebskörpers (4, 34, 35, 37, 38) in einer Auftriebsebene (5), in der der Schwerpunkt des mindestens einen Auftriebskörpers (4, 34, 35, 37, 38) liegt, so dass der mindestens eine Auftriebskörper (4, 34, 35, 37, 38) einen zentralen Durchgang (16) definiert; Befestigung des mindestens einen Auftriebskörpers (4, 34, 35, 37, 38) an mindestens einem Ankerpunkt (6) an einem Gewässergrund (3); Bereitstellen eines Grundkörpers (11) mit einer Längsachse (12), der an einer Oberseite (13) ein Verbindungsmittel (14) zur Verbindung mit dem Element (15) aufweist, so dass sich der Grundkörper (11) durch den zentralen Durchgang (16) erstreckt Bereitstellen mindestens einer Zwischenhülse (17) im zentralen Durchgang (16) zwischen Grundkörper (11) und Auftriebskörper (4), Bereitstellen eines ersten Zapfenpaares (19), welches auf einer ersten Geraden (21) liegt und den mindestens einen Auftriebskörper (4, 34, 35, 37, 38) mit der Zwischenhülse (17) verbindet, und eines zweiten Zapfenpaares (20), welches auf einer zweiten Geraden (22) liegt und die Zwischenhülse (17) mit dem Grundkörper (11) verbindet, ausgebildet ist in einer Verbindungsebene (18), so dass die erste Gerade (21) und die zweite Gerade (22) einen Kardanwinkel miteinander einschließen und ein gemeinsamer Schnittpunkt (23) der ersten Gerade (21), der zweiten Gerade (22) und der Längsachse (12) vorliegt.
Verwendung mindestens einer Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 als Fundament für mindestens eines der folgenden Elemente (15): a) ein Offshore-Bauwerk; b) eine Windenergieanlage; c) einen Energiespeicher; d) eine Plattform zu Förderung von Rohstoffen; e) eine Anlage zur Produktion und/oder Gewinnung von Gas; und f) eine Anlage zur Sammlung und/oder Verarbeitung von Treibgut, insbesondere Kunststoffen.
Verwendung einer Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, insbesondere nach Anspruch 11, in einem Süßwassergewässer.
Verwendung einer Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, insbesondere nach Anspruch 11, in einem Meer.