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Die Erfindung betrifft ein Mastelement zu Herstellung von Masten, insbesondere Freileitungsmasten. Die Erfindung betrifft ebenso ein Verfahren zur Herstellung von Masten.
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Masten, insbesondere Freileitungsmasten und deren Herstellung sind im Stand der Technik allgemein bekannt. Häufig führt der Aufbau solcher Masten zu Akzeptanzproblemen in der Bevölkerung, was maßgeblich auf den optischen Eindruck solcher Masten zurückzuführen ist. Typische Gittermasten werden dabei als raumeingreifend und in der Landschaft störend empfunden.
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Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der Erfindung möglichst modulare, einfach herzustellende und optisch ansprechende, aber dennoch stabile Masten, vorzugsweise in der Anwendung als Freileitungsmasten, aber auch in anderen Anwendungsgebieten bereit zu stellen.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Mastelement zur Herstellung von Masten gelöst, welches ein Außenrohrelement umfasst, das an einem seiner axialen Endbereiche, insbesondere bei einer bestimmungsgemäß axial vertikalen Ausrichtung an seinem oberen Endbereich, einen radial nach innen kragenden Ringflansch aufweist, an dem ein sich vom Außenrohrelement wegerstreckendes, vorzugsweise kollinear wegerstreckendes Innenrohrelement mit geringerem Durchmesser befestigt ist.
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Vorzugsweise ist das Innenrohrelement hinsichtlich seiner axialen Länge kürzer ausgebildet, als das die axiale Länge des Außenrohrelementes.
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Es erschließt sich durch Verwendung mehrerer solcher Mastelemente, insbesondere von zumindest zwei solcher Mastelemente ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Mastes, z.B. Freileitungsmastes, bei dem ein erstes Mastelement mit seinem Außenrohrelement über das Innenrohrelement eines zweiten Mastelementes herübergeführt wird, insbesondere bis zum Kontakt beider Mastelemente und hiernach der Ringspalt zwischen dem Außenrohrelement des ersten Mastelementes und dem Innenrohrelement des zweiten Mastelementes mit einem erhärtenden Füllmaterial zumindest teilweise ausgefüllt wird.
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Ein solches Verfahren kann mehrfach wiederholt ausgeführt werden, wobei jeweils das obere neu aufzusetzende Mastelement das erste Mastelement des geschilderten Verfahrensschrittes bildet und dasjenige bestehende Mastelement, auf welches das obere aufgesetzt wird, das zwei Mastelement des Verfahren bildet. Durch Wiederholung des Verfahrensschrittes können so grundsätzlich beliebige Masthöhen erzielt werden.
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Eine Ausführung der Erfindung kann vorsehen, dass alle Mastelemente zur Herstellung eines Mastes gleich ausgebildet sind, insbesondere konstruktionsidentisch sind. Dafür können z.B. alle Maße bei allen Mastelementen gleich sein, insbesondere abgesehen von Fertigungstoleranzen.
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Insbesondere können so durch Variation der Gesamtanzahl der verwendeten Mastelemente Masten unterschiedlicher Höhe unter Verwendung immer derselben, also konstruktionsidentischer Mastelemente hergestellt werden.
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Die Erfindung kann aber auch vorsehen, dass die zu einem Mast zusammenzufügenden Mastelemente zwar alle die Merkmale des Außen- und Innenrohres an dem Ringflansch aufweisen, aber hinsichtlich Ihrer Maße zueinander unterschiedlich sind.
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Z.B. kann die axiale Länge zumindest des Außenrohres unterschiedlich sein. Bei der Herstellung von Masten können z.B. bodennahe Mastelemente, oder zumindest ein unterstes Mastelement eines Mastes, insbesondere weil sie bodennah leichter zu handhaben sind, axial länger ausgebildet sein, als vom Boden weiter entfernte Mastelemente, die ggfs. durch Krane oder Hubschrauber zu handhaben sind.
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In einer möglichen Ausführung können alle Mastelemente, die zur Herstellung eines Mastes verwendet werden, gleichen Außendurchmesser des Außenrohrelements, insbesondere auch des Innenrohrelementes, aufweisen.
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In einer anderen Ausführung kann es auch vorgesehen sein, dass die in einer Abfolge aufeinander aufzusetzenden Mastelemente, sich hinsichtlich der Durchmesser verjüngen. Jedes Mastelement kann in dieser Ausführung z.B. einen sich nach oben verjüngenden Kegelstumpf bilden. Dabei ist vorzugsweise der Außendurchmesser am unteren Ende des Außenrohrelementes eines nachfolgenden Mastelementes angepasst, insbesondere gleich zum Außendurchmesser am oberen Ende des vorausgehenden Außenrohrelementes. Bei einer solchen Kegelstumpfausführung können die Innenrohre ebenso kegelstumpfförmig sein oder über ihre axiale Länge konstanten Durchmesser aufweisen. In dieser konischen bzw. Kegelstumpf-Ausführung müssen die Mastelementen sodann in einer vorbestimmten Reihenfolge aufeinander aufgesetzt werden.
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Nachdem ein erstes Mastelement auf das vorherige, schon stehende zweite Mastelement aufgesetzt und über dessen Innenrohrelement herübergeführt ist, steht das untere Ende des Außenrohrelements vom aufgesetzten Mastelement entweder direkt oder zumindest indirekt über den Ringflansch auf dem oberen Ende des Außenrohrelementes des vorherigen zweiten Mastelementes auf.
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Vorzugsweise fluchten dabei die Mantelflächen der beiden axial benachbarten Außenrohrelemente an allen in Umfangsrichtung betrachteten Stellen.
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Zur Befestigung axial benachbarter Mastelemente untereinander sieht es die Erfindung vor, dass das Füllmaterial ein erhärtendes Füllmaterial ist, mit dem ein kraftschlüssiger Verbund zwischen den Mastelementen erzielt wird. Vorzugsweise verbindet das Füllmaterial die Mastelemente stoffschlüssig. Ein solches Füllmaterial kann im flüssigen oder pastösen, nicht erhärteten Zustand in den Ringspalt zwischen dem Außenrohrelement des ersten Mastelementes und dem Innenrohrelement des zweiten Mastelementes eingefüllt werden und härtet dort aus, insbesondere chemisch, vorzugsweise hydraulisch.
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Die Erfindung kann z.B. vorsehen, dass das Füllmaterial durch das Innenrohrelement des ersten Mastelementes hindurch in den Ringspalt gefüllt wird. Dafür kann z.B. eine Füllvorrichtung eingesetzt werden, die durch das oberste zuletzt gesetzte Mastelement eines Mastes in dessen Inneres und den Ringspalt eingeführt wird, um hierdurch das Füllmaterial zu applizieren. Es kann auch vorgesehen sein, dass das Füllmaterial durch eine Öffnung in der Wandung des Außenrohrelementes des zweiten Mastelementes in den Ringspalt gefüllt wird. Hierfür weist das Außenrohrelement in seiner Wandung, insbesondere an dem vom Innenrohrelement wegweisenden Endbereich, wenigstens eine Durchgangsöffnung, vorzugsweise in Umfangsrichtung verteilt mehrere Durchgangsöffnungen auf. Nach dem Befüllen kann eine solche Öffnung verschlossen werden.
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Die Erfindung kann vorsehen, dass um beide Mastelemente im Bereich der sich kontaktierenden axialen Enden ein Überdeckungselement angeordnet wird, insbesondere eine Klemmschelle oder ein Spanngurt, vorzugsweise vor der Einfüllung des Füllmaterials und/oder während der Erhärtung des Füllmaterials. So wird z.B. verhindert, dass Füllmaterial durch evtl. Spalte zwischen den aufeinander angeordneten Mastelementen austreten kann.
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Ebenso kann ein Überdeckungselement eine Zentrierung der Mastelemente zueinander erfolgen, da durch das Überdeckungselement die äußeren Mantelflächen der beiden Außenrohrelemente benachbarter Mastelemente in eine fluchtende Lage gedrückt werden.
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Die Erfindung kann vorsehen nach der Erhärtung des Füllmaterials das Überdeckungselement wieder zu entfernen.
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Als Füllmaterial kann vorzugsweise Mörtel oder Beton oder Epoxidharz, insbesondere mit verstärkendem Zuschlag eingesetzt werden. Grundsätzlich ist jedes flüssig applizierbare und danach erhärtende Füllmaterial geeignet.
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Konstruktiv kann die Erfindung bei einem jeweiligen Mastelement vorsehen, dass der Ringflansch durch ein Ringelement ausgebildet ist, welches auf der axialen Stirnfläche, in bestimmungsgemäßer Ausrichtung auf der oberen Stirnfläche des Außenrohrelementes aufliegend mit dem Außenrohrelement verbunden ist, insbesondere stoffschlüssig, vorzugsweise mit dem Außenrohrelement verschweißt ist. Vorzugsweise entspricht der Außendurchmesser des Ringelementes dem Außendurchmesser des Außenrohrelementes am Ort der Befestigung.
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Diese Art der Anbringung ist besonders einfach auszuführen, da z.B. das Ringelement nur lose auf das Außenrohrelement aufgelegt und hiernach verschweißt werden muss.
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Die Erfindung kann auch vorsehen, dass das Ringelement an der Innenwandung des Außenrohrelementes befestigt ist, z.B. durch Verschweißung. Dabei kann die nach außen weisenden Oberfläche des Ringelementes vorzugsweise fluchtend mit der Stirnfläche des Außenrohrelementes angeordnet sein.
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Grundsätzlich kann das Ringelement auch mit einem Abstand zur axialen Stirnfläche in das Innere des Außenrohrelementes zurückversetzt an dessen Innenwandung befestigt sein, z.B. durch verschweißen.
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Das Innenrohrelement ist vorzugsweise mit einer axialen Stirnfläche, insbesondere bei einer bestimmungsgemäß axial vertikalen Ausrichtung mit seiner unteren axialen Stirnfläche auf der nach außen weisenden axialen Stirnfläche des Ringelementes aufstehend an dem Ringelement befestigt, insbesondere stoffschlüssig, vorzugsweise mit dem Ringelement verschweißt. Vorzugsweise entspricht der Innendurchmesser des Ringelementes in dieser Ausführung dem Innendurchmesser des Innenrohrelementes. Auch hier ist die einfache Befestigungsmöglichkeit als vorteilhaft anzusehen, da nach Befestigung des Ringelementes zur Bildung des Ringflansches das Innenrohrelement auf diesem aufgestellt und z.B. verschweißt werden kann.
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In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung kann es die Erfindung vorsehen, dass am Innenrohrelement, insbesondere an dem zum Ringflansch weisenden Endbereich des Innenrohrelementes und/oder am Ringflansch um das Innenrohrelement herum angeordnete Zentrierelemente angeordnet sind, insbesondere mit denen ein Außenrohrelement eines anderen Mastelementes beim Herüberstülpen über das Innenrohrelement zum Außenrohrelement zentrierbar ist. Solche Zentrierelemente können z.B. durch in radialer Richtung angeordnete Bleche ausgebildet sein, deren jeweilige obere Kante, insbesondere die zu einem nachfolgenden Mastelement weist, vom Innerohrelement in Richtung zum Außenrohrelement nach radial außen abfällt.
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Insbesondere für eine verbesserte Torsionsfestigkeit zischen zwei verbundenen Mastelemente kann es die Erfindung weiterhin vorsehen, dass bei einem jeweiligen Mastelement das Innenrohrelement auf seiner äußeren Oberfläche und/oder das Außenelement auf seiner inneren Oberfläche Vorsprünge aufweist. Solche Vorsprünge können z.B. durch axial erstrecke Rippen ausgebildet sein, z.B. als Schweißraupen. Diese Vorsprünge werden vom Füllmaterial überdeckt bzw. umschlossen.
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Für das Außenrohrelement kann vorzugsweise die folgende Parametrierung vorgesehen sein: 15 <= DA/tA <= 70, wobei DA der Außendurchmesser und tA die Wanddicke des Außenrohrelementes ist.
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Für das Innenrohrelement kann vorzugsweise die folgende Parametrierung vorgesehen sein: 14 <= DI/tI <= 150, wobei DI der Außendurchmesser und tI die Wanddicke des Innenrohrelementes ist.
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Für den Abstand tG zwischen Außenrohrelement und Innenrohrelement gilt vorzugsweise: 10 mm <= tG <= 150 mm.
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Für die Übergreifungshöhe LG, insbesondere also axiale Länge der Überdeckung von Innenrohrelement und Außenrohrelement zweier axial benachbarter Mastelemente kann vorzugsweise gelten: 0,7 <= LG / DA <= 3, wobei DA der Außendurchmesser des Außenrohrelementes ist.
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Die vorgenannten Parametrierungen können jeweils alleinig und unabhängig voneinander aber auch kumulativ vorliegen.
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Nach der Herstellung eines Mastes aus mehreren Mastelementen, die im Ringspaltbereich axial benachbarter Mastelemente durch Füllmaterial verbunden sind kann eine Weiterbildung auch vorsehen den gesamten verbleibenden inneren Hohlraum des fertigen Mastes auszufüllen, insbesondere ebenso mit einer aushärtbaren Füllmaterial, insbesondere demselben, wie dasjenige im Ringspalt.
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Die genannten Mastelemente können nicht nur zur bevorzugten Herstellung von Freileitungsmasten eingesetzt werden. Weitere Anwendungen finden Sich für die Herstellung von Masten bzw. Türmen für Windkraftanlagen oder für die Aufständerung von Off-Shore-Anlagen jeglicher Art.
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Mit Mastelementen der vorgenannten Ausführungen bzw. damit hergestellten Masten wird ein gleichmäßiges äußeres Erscheinungsbild erzielt, da die Mastelemente abstandslos und versatzlos zueinander angeordnet werden können. Für das Auge bildet sich mit den erfindungsgemäßen Mastelementen ein Mast mit faktisch ansatzlos durchgängiger äußerer Mantelfläche.
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In der Herstellung ist ein wesentlicher Vorteil darin zu sehen, dass Masten ohne an der Baustelle anzufertigender Verschweißung hergestellt werden können, da vorzugsweise die Mastelemente nur durch das Füllmaterial kraftschlüssig miteinander verbunden werden. Die Erfindung kann aber auch vorsehen zusätzlich eine Verschweißung benachbarter Mastelement vorzunehmen.
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Weiterhin liegt ein wesentlicher Vorteil darin, dass die Mastelemente als modulare Elementes eines Mastes einfacher zum Aufstellungsort transportiert werden können als bereits vorgefertigte Masten.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren erläutert.
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Die 1 zeigt ein einzelnes Mastelement 1 der Erfindung. Dieses umfasst ein Außenrohrelement 2 mit einer gewünschten axialen Länge. Bei der hier gezeigten Ausführung ist auf die obere axiale Stirnwand des Außenrohrelementes 2 ein Ringelement 3 aufgelegt und in diesem Beispiel durch eine Schweißverbindung S befestigt, vorzugsweise eine Verschweißung von radial außen. Durch das befestigte Ringelement 3 wird ein Ringflansch zur Befestigung eines Innenrohrelementes 4 gebildet.
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Das Innenrohrelement 4 ist auf den Ringflansch bzw. das Ringelement 3 aufgestellt und durch Verschweißung S befestigt. Die hier beschriebenen Verschweißungen können werksseitig hergestellt werden. Verschweißungen auf der Baustelle können sodann in einer möglichen Ausführung komplett vermieden werden. Der Ort und die Art der Verschweißung kann auch anders gewählt sein und beschränkt die Erfindung nicht.
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Der Außendurchmesser des Innenrohrelements ist geringer als der Innendurchmesser des Außenrohrelementes. Die axiale Länge des Innenrohrelementes 4 ist ebenso kleiner als die axiale Länge des Außenrohrelementes 2.
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Die Mastelemente 1 der 1 können durch übereinanderstellen gemäß 2 zu einem Mast zusammengefügt werden. Dafür wird ein erstes Mastelement 1.1 auf ein zweites Mastelement 1.2 herübergestellt. Der untere Bereich des Außenrohrelementes 2 des ersten Mastelementes 1.1 umgibt hiernach das Innenrohrelement 4 des zweiten, insbesondere schon stehenden oder am Boden befestigten Mastelementes 1.2 unter Bildung eines Ringspaltes 5.
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Gemäß der Darstellung in 3 wird erfindungsgemäß bei der Mastherstellung der Ringspalt 5 mit einem erhärtenden Füllmaterial 7 aufgefüllt und durch Erhärtung somit eine kraftschlüssige Verbindung zwischen zwei Mastelementen erzielt. Bis zur Erhärtung kann ein evtl. spalt zwischen axial benachbarten Mastelementen mit einem Überdeckungselement 8 verschlossen werden. Die Befüllung kann durch Öffnungen 9 im Außenrohrelement 2 erfolgen oder von oben durch das aufstehende Mastelement 1.1.
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Für verbesserte Torsionsfestigkeit der verbundenen Mastelemente können Vorsprünge 6 vorgesehen sein außen auf dem Innenrohrelement 4 und/oder innen auf dem Außenrohrelement 2. Bei der Herstellung kann es vorgesehen sein, die Vorsprünge 6 des Innenrohrelementes zwischen Vorsprüngen 6 des Außenrohrelementes zu positionieren.
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Die hier gewählte Darstellung von im Querschnitt kreisrunden Mastelementen soll die Erfindung nicht beschränken. Der Querschnitt kann auch von der Kreisform abweichend sein, z.B. oval.
