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Die Anmeldung betrifft eine Gründung für ein Offshore-Bauwerk, insbesondere eine sogenannte Soft-Soft-Gründung. Darüber hinaus betrifft die Anmeldung ein Gründungsset, ein Offshore-Bauwerk und Verfahren zum Vormontieren bzw. Installieren einer Gründung.
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Vermehrt werden Offshore-Bauwerke bzw. Offshore-Vorrichtungen errichtet, insbesondere auf dem Meer. So werden zur elektrischen Energieerzeugung bzw. zur Bereitstellung elektrischer Energie aus sogenannten erneuerbaren Energiequellen beispielsweise Offshore-Windparks mit einer Vielzahl von Offshore-Windenergievorrichtungen installiert. Offshore-Standorte zeichnen sich üblicherweise durch relativ kontinuierliche Windbedingungen und hohe durchschnittliche Windgeschwindigkeiten aus, so dass vermehrt so genannte Offshore-Windparks errichtet werden.
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In der Regel weist ein Offshore-Windpark eine Vielzahl an Offshore-Windenergievorrichtungen auf, wie eine Vielzahl von Offshore-Windkraftanlagen, Messmasten und/oder mindestens eine Offshore-Umspannstation. Über die Offshore-Umspannstation kann der Offshore-Windpark elektrisch beispielsweise mit einer Onshore-Umspannstation oder einer weiteren Offshore-Umspannstation bzw. Offshore-Konverterstation verbunden sein. Eine Onshore-Umspannstation wiederum kann mit einem öffentlichen Stromnetz verbunden sein.
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Eine Offshore-Windkraftanlage ist zum Wandeln der kinetischen Windenergie in elektrische Energie eingerichtet. Zum Übertragen der erzeugten elektrischen Energie zwischen zwei Offshore-Windenergievorrichtungen oder einer Offshore-Windenergievorrichtung und einer Onshore-Vorrichtung werden Energiekabel in Form von Seekabeln verlegt.
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Bei Offshore-Windparks, aber auch bei anderen Offshore-Bauwerken, ist es üblich, ein Offshore-Bauwerk durch eine Gründung (z.B. Monopile-, Tripod-, Tripile- oder Jacket-Gründungen) auf bzw. in dem Gewässerboden, insbesondere einem Meeresboden, direkt zu verankern.
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Da die Herstellung von herkömmlichen Gründungen in Form von Monopiles zumindest ab einer Wassertiefe von ca. 60 m immer schwieriger und aufwendiger wird, werden ab Wassertiefen von ca. 60 m vermehrt andere Gründungsarten verwendet.
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So ist es aus dem Stand der Technik bekannt, (voll) schwimmende Gründungen („floating foundations“) zu verwenden. Durch Ankerketten, Ankerseile oder dergleichen werden schwimmende Gründungen mit mindestens einem Schwimmkörper an dem Gewässerboden verankert. Jedoch ist die regelmäßig erforderliche Inspektion der Ankerketten, -seile oder dergleichen mit hohem Aufwand verbunden, insbesondere aufgrund der großen Wassertiefen. Zu dem kommt es immer wieder zu Beschädigungen und Ausfällen von Ankerketten, -seilen oder dergleichen, beispielsweise aufgrund von Schnappbelastungen („snap loads“). Diese können beispielsweise durch eine Strömung versursacht werden.
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Erfolgversprechendere Gründungsarten, insbesondere für Wassertiefen zwischen ca. 60 m und ca. 150 m, sind sogenannte gestrandeten Monopfähle im soft-soft Frequenzbereich, d.h. die erste Eigenfrequenz der Gründung liegt insbesondere unterhalb der ersten 1P Frequenz der Turbine, die wie gestrandete Spar Fundamente wirken („stranded monopiles“) oder ein Gelenk bildende Turmlösungen („articulated tower solutions“). Diese beiden Konzepte haben gemein, dass ein (schwimmfähiges) turmförmiges Schalenelement eingesetzt wird, welches den Gewässerboden zumindest kontaktiert.
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Aus der Druckschrift
US 8 864 419 B2 ist beispielsweise eine Gründung bekannt, bei der ein Fundament auf dem Gewässerboden angeordnet wird und das turmförmige Schalenelement über ein Gelenk mit dem Fundament verbunden ist, also den Gewässerboden kontaktiert. Bei dieser Lösung sind außerhalb des Schalenelements im Meeresboden eingebrachte äußere Ankerelemente vorgesehen. Diese sind über Zugelemente mit der Außenseite einer Wand des Schalenelements verbunden, so dass diese Lösung ähnliche Probleme aufweist, wie die vorbeschriebenen (voll) schwimmenden Gründungen.
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Bei den gestrandeten Monopfählen wird im Gegensatz zur vorherigen Gründung gemäß der US-Druckschrift die Bodensteifigkeit des Gewässerbodens ausgenutzt. Aus der
EP 1 741 928 B1 ist beispielsweise eine Gründung bekannt, bei dem das turmförmige Schalenelement in den Gewässerboden eingebracht ist und mittels äußerer Ankerelemente am Gewässerboden verankert ist.
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Bei derartigen Gründungen besteht die Herausforderung insbesondere darin, mit einer gewissen technischen Sicherheit die erwartete Wiederherstellung der Drehfederkapazität zu gewährleisten, da bei wiederholten zyklischen Belastungen der Gewässerboden erweichen/härten und/oder weggeschwemmt werden kann („scour“) und/oder sich zunehmend verflüssigt („liquefaction“).
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Die 7a und 7b veranschaulichen diese Zusammenhänge. Die 7a zeigt für eine Wassertiefe von 70 m die Zusammenhänge zwischen Durchmesser des Schalenelements und der Bodenfedersteifigkeit („Soil Spring Stiffness kθ“ (GNm/rad)) und die 7b die entsprechenden Zusammenhänge für eine Wassertiefe von 120 m.
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Eine jeweils zu erreichende Zielperiodendauer (T > 20 s für eine 5° Rotationslimit bei Nennmoment) wird dann erreicht, wenn der Schnittpunkt zwischen dem Durchmesser des Schalenelements und der Bodenfedersteifigkeit in dem schraffierten Bereich 760 liegt.
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Bei der 7a ist beispielsweise bei einem Durchmesser des Schalenelements von 18 m eine Bodenfedersteifigkeit zwischen ca. 2,5 und 5 GNm/rad erforderlich bzw. umgekehrt. Bei der 7b ist beispielsweise bei einem Durchmesser des Schalenelements von 10 m eine Bodenfedersteifigkeit zwischen ca. 4,5 und 9,5 GNm/rad erforderlich bzw. umgekehrt.
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Um dies in der
EP 1 741 928 B1 erreichen zu können, werden, wie bereits beschrieben, außerhalb des Schalenelements äußere Ankerelemente in den Gewässerboden eingebracht. Über Zugelemente ist ein äußeres Ankerelement jeweils mit einer Außenseite einer Wand des Schalenelements verbunden. Je ein Zugelement ist zwischen einem ersten Befestigungspunkt an der Außenseite des Schalenelements und einem zweiten Befestigungspunkt an einem äußeren Ankerelement angeordnet.
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Nachteilig an der Gründung gemäß der
EP 1 741 928 B1 ist, dass eine Inspektion der Zugelemente aufwendig ist. Ferner sind diese Zugelemente insbesondere Wellen und Wasser und damit der Korrosion ausgesetzt. Zudem kann der Gewässerboden um die Ankerelemente erweichen/härten oder weggeschwemmt werden (sogenannter „scour“ Effekt). Dies kann zu Beschädigungen der Zugelemente und/oder Ankerelemente führen, so dass keine ausreichend sichere Verankerung der Gründung bereitgestellt werden kann. Herkömmlicherweise werden ferner schlaffe Ankerketten allerdings so auslegt, dass sie die Steifigkeit der zu verankernden Struktur nicht beeinflussen. Daher stellen sich bei solchen Lösungen erhebliche Herausforderungen gegenüber dem Stand der Technik.
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Daher liegt der Anmeldung die Aufgabe zugrunde, eine, insbesondere auf dem Prinzip des „stranded monopile“ basierende, Gründung bereitzustellen, welche die oben genannten Nachteile zumindest reduziert und insbesondere das Risiko von Beschädigungen der Verankerung reduziert.
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Die Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt der Anmeldung gelöst durch eine Gründung für ein Offshore-Bauwerk nach Anspruch 1. Die Gründung umfasst mindestens ein turmförmiges Schalenelement mit mindestens einer einen Innenraum umschließenden Wand. Die Wand weist eine Innenseite und eine Außenseite auf. Die Gründung umfasst mindestens ein internes Ankerelement. Die Gründung umfasst mindestens ein zwischen einem ersten Befestigungspunkt an der Innenseite der Wand des Schalenelement und einem zweiten Befestigungspunkt an dem internen Ankerelement angeordneten Zugelement.
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Im Gegensatz zum Stand der Technik wird anmeldungsgemäß eine Gründung bereitgestellt, bei der die oben genannten Nachteile zumindest reduziert sind und insbesondere das Risiko von Beschädigungen der Verankerung reduziert ist, indem eine interne Verspannung zwischen einem internen Ankerpfahl und einer Innenseite einer Wand des Schalenelements vorgesehen ist.
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Indem das mindestens eine Zugelement in dem Innenraum des Schalenelements angeordnet ist, ist es in einfacherer Weise inspizierbar. Zudem ist das Zugelement keinen Wellen und keinem Wasser ausgesetzt. Das Korrosionsrisiko wird reduziert. Die Gefahr einer Beschädigung eines Zugelements und damit der Beschädigung der Verankerung der Gründung wird dadurch reduziert. Auf die Anordnung von außerhalb des Schalenelements angeordneten äußeren Ankerelementen kann verzichtet werden.
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Die anmeldungsgemäße Gründung ist Teil eines Offshore-Bauwerks und dient insbesondere dem Tragen einer Offshore-Einrichtung des Offshore-Bauwerks. Eine Offshore-Vorrichtung bzw. ein Offshore-Bauwerk ist vorzugsweise eine Offshore-Windenergievorrichtung, wie eine Offshore-Windkraftanlage, ein Offshore-Messmast oder eine Offshore-Umspannstation. Ferner kann ein Offshore-Bauwerk eine Bohr- oder Förderplattform oder eine sonstige Plattform zur Gewinnung, Umwandlung oder Speicherung von Energie, wie z.B. Anlage zur Produktion von Wasserstoff sein.
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Wie bereits beschrieben wurde, kann ein Offshore-Bauwerk eine Offshore-Einrichtung umfassen, die durch die Gründung in einem Gewässerboden, insbesondere ein Meeresboden, befestigt sein kann. Ein Offshore-Bauwerk kann insbesondere durch die Offshore-Einrichtung (z.B. eine Plattform, eine Gondel etc.) und der Gründung gebildet sein.
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Die anmeldungsgemäße Gründung kann insbesondere als gestrandeter Monopfahl („stranded monopile“) konzipiert sein, vorzugsweise eine Soft-Soft-Gründung sein. Die Gründung umfasst mindestens ein turmförmiges Schalenelement. Das Schalenelement ist insbesondere rohrförmig. Das Schalenelement ragt in einem Installationszustand der Gründung, also wenn die Gründung an einem bestimmten Installationsort auf dem Gewässerboden installiert ist, zumindest von dem Gewässerboden (senkrecht) in Richtung Wasseroberfläche. Anders ausgedrückt kontaktiert das Schalenelement zumindest den Gewässerboden. Vorzugsweise ist das untere Ende des Schalenelements in den Gewässerboden eingesetzt. Das obere Ende kann aus der Wasseroberfläche hinausragen.
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Das Schalenelement ist insbesondere schwimmfähig, steht mit dem Gewässerboden jedoch in (direktem) Kontakt. Das Schalenelement, auch Mantelelement oder Turmelement genannt, weist eine vorzugsweise umlaufende Wand mit einer Innenseite und einer Außenseite auf. Die Wand umschließt einen Innenraum bzw. Hohlraum des Schalenelements. Die Innenseite ist insbesondere dem Innenraum zugewandt und die Außenseite der Umgebung (insbesondere dem Wasser des Gewässers) des Schalenelements.
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Vorzugsweise kann das turmförmige (äußere) Schalenelement zylinderförmig gebildet sein, also insbesondere eine kreisförmige Querschnittsfläche aufweisen. Bei anderen Varianten der Anmeldung kann die Querschnittsfläche eines Schalenelements auch eine andere sein, wie eine ovalförmige Querschnittsfläche. Auch kann sich die Querschnittsfläche in Längsrichtung verändern. Beispielsweise kann sich ein Schalenelement ausgehend von dem Gewässerboden in Richtung Wasseroberfläche verjüngen. Anders ausgedrückt kann sich der Durchmesser in Richtung der Wasseroberfläche ändern, insbesondere reduzieren.
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Das Schalenelement kann insbesondere aus einem Material gebildet sein aus der Gruppe, umfassend:
- - Metall, insbesondere Stahl,
- - Beton, gestrandeten Stahlbeton
- - Glasfaser (Glasfaserverbundwerkstoff),
- - Carbonfaser (Carbonfaserverbundwerkstoff).
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Diese Materialien (oder Kombinationen davon) eignen sich besonders zur Herstellung zumindest der Wand des Schalenelements.
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Die anmeldungsgemäße Gründung umfasst mindestens ein internes Ankerelement. Ein Ankerelement ist in dem Installationszustand in den Gewässerboden eingebracht und dient insbesondere der Verankerung der anmeldungsgemäßen Gründung.
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Gemäß der anmeldungsgemäßen Gründung ist mindestens ein internes Ankerelement vorgesehen. Ein internes Ankerelement meint insbesondere, dass zumindest ein Teil der Querschnittsfläche des Ankerelements (in dem Installationszustand der Gründung) von der Querschnittsfläche des Schalenelements abgedeckt ist. Zumindest ein Teil des Ankerelements (in einer horizontalen Ebene gesehen) liegt also innerhalb des Umfangs des Schalenelements, während ein weiterer Teil des Ankerelements außerhalb liegen kann. Vorzugsweise kann das interne Ankerelement vollständig innerhalb des äußeren Schalenelements liegen.
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Vorzugsweise kann das interne Ankerelement ausgewählt sein aus der Gruppe, umfassend:
- - Ankerpfahl (z.B. Hohlpfahl oder Vollpfahl),
- - Sauganker („suction bucket“),
- - Schwergewichtsanker.
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In dem Installationszustand der Gründung kann das Ankerelement in den Gewässerboden eingebracht (verankert) sein. In dem Installationszustand kann ein Ende des Schalenelements in dem Gewässerboden eingebracht (eingesteckt) sein. Das Ankerelement kann vorzugsweise tiefer (z.B. mehr als doppelt so tief) in den Gewässerboden eingebracht sein als das Schalenelement.
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Anmeldungsgemäß ist zwischen den zwei separaten Bauteilen, also dem mindestens einen Ankerelement und dem Schalenelement, eine interne Verspannung vorgesehen. Hierfür wird mindestens ein Zugelement verwendet. Das Zugelement ist zwischen einem ersten Befestigungspunkt und einen zweiten Befestigungspunkt angeordnet.
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Der erste Befestigungspunkt ist an einer Innenseite der Wand des Schalenelements angeordnet. Der zweite Befestigungspunkt ist an dem internen Ankerelement angeordnet, insbesondere an dem Teil des Ankerelements, der innerhalb des Schalenelements liegt.
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Das mindestens eine Zugelement ist ein spannbares Zugelement. Das mindestens eine Zugelement ist in einem verspannten Zustand gespannt zwischen den genannten Befestigungspunkten angeordnet. Bei anderen Varianten der Anmeldung können auch zwei oder mehr Zugelemente vorgesehen sein. Insbesondere kann/können die Anordnung und/oder die Anzahl davon abhängen, dass eine bestimmte (zuvor beschriebene) Bodenfedersteifigkeit erzielt wird.
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Das mindestens eine Zugelement kann zumindest teilweise durch den Innenraum verlaufen. Anders ausgedrückt wird, wie bereits beschrieben wurde, eine interne Verspannung zwischen Schalenelement und Ankerelement bereitgestellt.
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Ein Befestigungspunkt kann in beliebiger Weise hergestellt sein. Beispielsweise kann ein Befestigungspunkt über eine angeschweißte Öse verfügen. Ein Ende eines Zugelements kann durch Klammern, Spleiße etc. an einer Öse befestigt sein.
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Beispielsweise kann eine Verbindung mittels Gabelkopf und Ankerplatte erfolgen. Es versteht sich, dass bei anderen Varianten der Anmeldung die Befestigung eines Zugelements auch in anderer Weise erfolgen kann.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der anmeldungsgemäßen Gründung kann das mindestens eine Zugelement ein zwischen dem ersten Befestigungspunkt und dem zweiten Befestigungspunkt gespanntes (Zug-)Seil sein. Ein Seil kann besonders einfach angebracht werden. Zudem lässt sich ein Seil in einfacher Weise verspannen, also unter (einer bestimmten Mindest-) Spannung zwischen den genannten Befestigungspunkten anordnen.
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Das Seil kann insbesondere aus einem Material gebildet sein aus der Gruppe, umfassend:
- - Metall, insbesondere Stahl,
- - Glasfaser (Glasfaserverbundwerkstoff),
- - Carbonfaser (Carbonfaserverbundwerkstoff).
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Diese Materialien eignen sich besonders für ein verspannbares Seil. Es versteht sich, dass bei anderen Varianten der Anmeldung auch andere Materialien eingesetzt werden können, wie synthetische Materialien.
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Gemäß einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der anmeldungsgemäßen Gründung kann, in einem Verspannungszustand des Zugelements, der Drehpunkt des mindestens einen Zugelements von dem Drehpunkt des turmförmigen Schalenelements horizontal und/oder vertikal versetzt sein.
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Darüber hinaus, kann gemäß einer weiteren Ausführungsform der anmeldungsgemäßen Gründung, (in einem Installationszustand der Gründung) der erste Befestigungspunkt in vertikaler Richtung höher liegen als der zweite Befestigungspunkt.
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Wie bereits beschrieben wurde, verläuft das mindestens eine Zugelement (ausschließlich) durch den Innenraum des Schalenelements. Während die Wand des Schalenelements die umlaufende Seitenwand des Innenraums bildet, kann der Boden zumindest teilweise durch eine Oberseite des oberen Endes des mindestens einen Ankerelements gebildet sein.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der anmeldungsgemäßen Gründung kann (in einem Verspannungszustand des Zugelements) das Zugelement in dem Innenraum ausschließlich von einem gasförmigen Medium umgeben sein. Das gasförmige Medium kann insbesondere Luft sein. Anders ausgedrückt ist das Zugelement in dem Verspannungszustand, also wenn es zwischen den genannten Befestigungspunkten gespannt ist, nicht in Kontakt mit Wasser treten.
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Durch einen Verlauf des Zugelements ausschließlich durch den Innenraum wird insbesondere eine Inspektion des Zugelements erheblich vereinfacht. Insbesondere kann der Innenraum über eine (verschließbare) Öffnung in der Wand des Schalenelements für einen Nutzer oder eine ferngesteuerte Inspektionseinrichtung (Drohne oder dergleichen) zugänglich sein. Die Öffnung kann zumindest oberhalb der Wasseroberfläche liegen.
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Ferner kann, wie bereits beschrieben wurde, in einem Installationszustand der Gründung ein Ende des Schalenelements in den Gewässerboden eingebracht sein. In dem Installationszustand der Gründung kann das interne Ankerelement in den Gewässerboden eingebracht sein.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der anmeldungsgemäßen Gründung kann ein Ende des mindestens einen internen Ankerelements in den Innenraum des turmförmigen Schalenelements hineinragen bzw. eingreifen. Dies meint insbesondere, dass die (untere) Wand des Schalenelements das obere Ende des Ankerelements umschließt bzw. umgibt. Insbesondere ist das äußere Schalelenelement über ein Ende des mindestens einen internen Ankerelements (zumindest in einem Installationszustand der Gründung) übergestülpt.
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Indem das Ende des mindestens einen internen Ankerelements von dem (äußeren) Schalenelement umgeben ist, kann der zusätzliche Vorteil erreicht werden, dass ein Erweichen/Härten oder Wegschwemmen des Gewässerbodens („scour“) um das mindestens eine Ankerelement herum verhindert werden kann.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der anmeldungsgemäßen Gründung kann (in einem Installationszustand der Gründung) zwischen einer Innenseite der Wand des Schalenelements und einer Außenseite des mindestens einen Ankerelements eine formschlüssige Verbindung hergestellt sein, insbesondere eine kraftschlüssige Verbindung, insbesondere bevorzugt eine stoffschlüssige Verbindung. Insbesondere durch eine kraftschlüssige Verbindung kann eine Gründung mit verbesserter struktureller und/oder mechanischer Stabilität bereitgestellt werden.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, das mindestens eine Zugelement zu beschweren: vorzugsweise kann mindestens ein Gewichtsmodul an dem Zugelement selbst angebracht werden. Beispielsweise kann ein Beschweren durch abgehängte Gewichte oder Verspannung mit dem im Schalenelement befindlichen Boden oder Ballastkörpern erfolgen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der anmeldungsgemäßen Gründung kann das Zugelement mindestens ein Befestigungsmodul aufweisen, eingereicht zum Halten mindestens eines Gewichtsmoduls. Insbesondere kann ein Befestigungsmodul in Form einer Anschlussmanschette zur Aufnahme von mindestens einem Gewichtsmodul an dem Zugelement vorgesehen sein. Alternativ oder zusätzlich kann das Zugelement mit zusätzlicher Masse beschwert sein, die an einer Mehrzahl an Anschlusspunkten am Zugelement abgehängt ist und/oder verteilt über zumindest einer Teillänge des Zugelements (vorzugsweise über die Gesamtlänge des Zugelements) aufgebracht ist.
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Grundsätzlich kann die (insbesondere stoffschlüssige) Verbindung in beliebiger Weise (zumindest in dem Installationszustand) hergestellt sein. Gemäß einer Ausführungsform der anmeldungsgemäßen Gründung kann die Verbindung eine Grout-Verbindung sein.
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Wie bereits beschrieben wurde, können die zu verbindenden Teile, vorliegend das untere Ende des Schalenelements und das obere Ende des mindestens einen internen Ankerelements, wie ein Ankerpfahl (oder bei einer Mehrzahl von internen Ankerelementen, das Ende der Ankerelementgruppe, wie eine Ankerpfahlgruppe bzw. die Enden der einzelnen Ankerpfähle einer Ankerpfahlgruppe) übereinander gestülpt oder ineinander gesteckt sein. Der Zwischenraum zwischen der Innenseite der Wand des Schalenelements und der Außenseite des mindestens einen internen Ankerelements kann vorzugsweise mit einem hochfesten Beton (z.B. durch ein so genanntes Zement Soil Mixing) - dem sogenannten „vergrouten“ - gefüllt sein (in einem Installationszustand der Gründung).
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Eine hochfeste Verbindung zwischen dem internen Ankerelement oder der Gruppe von Ankerelementen und dem (äußeren) Schalenelement kann (zumindest) in dem Verbindungsbereich zwischen diesen Elementen bereitgestellt werden. Es versteht sich, dass ein Ende eines internen Ankerelements auch innerhalb des Schalenelements ragen kann. Die Oberseite des Betons sowie die mindestens eine Oberseite des mindestens einen Ankerelements können den Boden des Innenraums des Schalenelements bilden.
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Alternativ oder (bevorzugt) zusätzlich kann die (insbesondere zumindest stoffschlüssige) Verbindung durch mindestens ein Verbindungsblech hergestellt sein. Das mindestens eine Verbindungsblech kann an der Innenseite des Schalenelements und der Außenseite des mindestens einen internen Ankerelements befestigt sein.
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Insbesondere kann das mindestens eine aus Metall gebildete Verbindungsblech in einer im Wesentlichen vertikalen Ebene verlaufen. Vorzugsweise kann eine Mehrzahl von Verbindungsblechen (umlaufend) zwischen der Innenseite des Schalenelements und der Außenseite des mindestens einen internen Ankerelements angeordnet sein. Insbesondere kann das mindestens eine Verbindungsblech an der Innenseite und/oder an der Außenseite des Ankerelements angeschweißt sein. Eine stoffschlüssige Verbindung kann bereitgestellt werden.
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Die verbleibenden Zwischenräume zwischen Innen- und Außenseite sowie den Verbindungsblechen können beispielsweise mit dem (Gewässer-)Bodenmaterial und/oder mit einem hochfesten Beton (wie zuvor beschrieben wurde) gefüllt sein. Wenn die Verbindung zwischen der Innenseite des Schalenelements und der Außenseite des mindestens einen Ankerelements mit vorzugsweise einer Mehrzahl von Verbindungsblechen hergestellt ist, kann diese Verbindung bereits vorab, beispielsweise in einem Hafen, hergestellt werden (und nicht erst an einem Installationsort). Der Boden des Innenraums kann in diesem Fall durch das (Gewässer-) Bodenmaterial und/oder das Groutmaterial sowie dem mindestens einen Ende des mindestens einen internen Ankerelements gebildet sein.
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Alternativ oder zusätzlich kann die Verbindung durch ein (Gewässer-) Bodenmaterial gebildet sein (in einem Installationszustand). Insbesondere bei hinreichend steifen Bodenverhältnissen (und wenn das mindestens eine Ankerelement ausreichend weit in das Schalenelement hineinragt (z.B. zwischen 10 und 50 m), kann eine ausreichende Verbindung zwischen einem Ende des mindestens einen Ankerelements und einem Ende des Schalenelements hergestellt sein. Insbesondere kann eine derartige Verbindung aufwandsarm hergestellt werden. Der Boden des Innenraums kann in diesem Fall durch das (Gewässer-) Bodenmaterial und/oder das Groutmaterial sowie dem mindestens einen Ende des mindestens einen internen Ankerelements gebildet sein.
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Auch kann der Bereich zwischen oberer und unterer Querschnittsfläche in dem Verbindungsbereich mit Boden ausgefüllt sein und/oder mit Zementgrout ausgefüllt sein und/oder in der vertikalen Ebene eine elastomerbasierte Schicht aufweisen, welche weitestgehend kreisförmig ist und in der Mitte ein Loch aufweist, welches kleiner oder gleich dem Durchmesser des kleineren der beiden anschließenden Elemente ist, und mit mindestens einem (entweder dem oberen oder dem unteren) Abschnitt kraftschlüssig verbunden ist. Der Boden des Innenraums kann in diesem Fall durch die elastomerbasierte Schicht sowie dem mindestens einen Ende des mindestens einen internen Ankerelements gebildet sein.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der anmeldungsgemäßen Gründung kann eine Gruppe von mindestens zwei internen Ankerelementen vorgesehen sein. Mindestens ein erstes Ankerelement kann eine erste Länge aufweisen und mindestens ein zweites Ankerelement eine zweite Länge aufweisen. Die erste Länge kann größer sein als die zweite Länge. Anders ausgedrückt können zumindest zwei Ankerelemente (vorzugsweise zumindest drei Ankerelemente) in einem Installationszustand bereitgestellt werden, die unterschiedliche Einbindetiefen in den Gewässerboden aufweisen. Durch die Nutzung von Ankerelementen insbesondere in Form von Ankerpfählen mit unterschiedlicher Länge (bzw. Einbindetiefe) kann in einfacher Weise eine stufenweise Reduktion der (Gesamt-)Querschnittsfläche des Verankerungsbereichs bereitgestellt werden.
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Ferner können Ankerpfähle mit zumindest zwei unterschiedlichen Einbindetiefen von erheblichem Vorteil bei der Installierung der Gründung sein. Insbesondere ist eine derartige Gründung weniger empfindlich gegenüber ggf. im (Gewässer-) Boden vorhandenen Findlingen oder dergleichen. Trifft ein erster Ankerpfahl einer Gruppe von Ankerpfählen auf einen Findling, der ein tieferes Einbringen des ersten Ankerpfahls in den (Gewässer-)Boden blockiert oder zumindest deutlich erschwert, kann es für die Stabilität ausreichend sein, wenn mindestens ein weiterer Ankerpfahl der Gruppe von Ankerpfählen benachbart zu dem ersten Ankerpfahl installiert werden kann und in eine größere Tiefe eingebracht werden kann als der erste Ankerpfahl.
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Darüber hinaus kann es möglich sein, dass bei der Verwendung mehrerer (kleiner) Ankerpfähle die einzelnen Ankerpfähle am unteren Ende nicht senkrecht zur Hauptrichtung enden, sondern einige oder alle Pfähle abgeschrägt sind, so dass die Gesamtheit der Ankerpfähle in der Seitenansicht einen unten angespitzten Pfahl ergeben, der sich mit einem geringeren Widerstand in den Boden einbringen lässt.
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Darüber hinaus kann die Querschnittsfläche sämtlicher Verankerungselemente zwischen 90 % und 50 % der Querschnittsfläche des Schalenelements (an der Position mit der größten Querschnittsfläche) liegen, bevorzugt zwischen 85 % und 60 %, insbesondere bevorzugt zwischen 80 % und 65 %.
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Ein weiterer Aspekt der Anmeldung ist ein Gründungsset. Das Gründungsset umfasst:
- - mindestens ein (zuvor beschriebenes) turmförmiges Schalenelement,
- - mindestens ein (zuvor beschriebenes) internes Ankerelement, und
- - mindestens ein (zuvor beschriebenes) Zugelement, das an einer Innenseite einer Wand des Schalenelements und dem Ankerelement befestigbar ist.
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Ein weiterer Aspekt der Anmeldung ist ein Offshore-Bauwerk, insbesondere eine Offshore-Windkraftanlage, umfassend eine zuvor beschriebene Gründung.
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Ein noch weiterer Aspekt der Anmeldung ist ein Verfahren zum Vormontieren einer Gründung, insbesondere einer zuvor beschriebenen Gründung. Das Verfahren umfasst:
- - Bereitstellen eines Schalenelements mit einer einen Innenraum umschließenden Wand, die eine Innenseite und eine Außenseite aufweist,
- - Anordnen mindestens eines internen Ankerelements in dem Innenraum des Schalenelements durch ein lösbares Befestigen des internen Ankerelements an dem Schalenelement, und
- - Befestigen mindestens eines (nicht unter Spannung stehenden) Zugelements an einem ersten Befestigungspunkt der Innenseite der Wand des Schalenelements und an einem zweiten Befestigungspunkt an dem internen Ankerelement.
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Das Verfahren kann insbesondere zum Vormontieren eines zuvor genannten Gründungssets verwendet werden. Durch die anmeldungsgemäße Vormontierung kann die vormontierte Gründung in einfacher Weise zum Installationsort transportiert werden. Zudem kann eine vormontierte Gründung in einfacher Weise an dem Installationsort installiert werden.
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Insbesondere kann eine lösbare Befestigung zwischen dem mindestens einen Ankerelement und dem Schalenelement hergestellt werden. Vorzugsweise kann das Ankerelement in einem oberen Drittel des Schalenelements angeordnet sein. Unter einer lösbaren Befestigung ist zu verstehen, dass diese an dem Installationsort gelöst werden kann (beispielsweise zerstört werden kann), ohne dass das Schalenelement und das Ankerelement beschädigt werden.
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Das mindestens eine Zugelement kann vormontiert sein. Insbesondere können die Enden eines Zugelements an den genannten Befestigungspunkten bereits montiert sein. Allerdings kann das Zugelement zunächst ungespannt sein, beispielsweise aufgewickelt sein. Am Installationsort kann dann das Zugelement gespannt bzw. angezogen werden, so dass es zwischen dem genannten Befestigungselementen ver- bzw. gespannt ist.
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Ein noch weiterer Aspekt der Anmeldung ist ein Verfahren zum Installieren einer Gründung, insbesondere einer zuvor beschriebenen (vormontierten) Gründung. Das Verfahren umfasst:
- - Bereitstellen einer vormontierten Gründung, umfassend mindestens ein in einem Innenraum eines turmförmigen Schalenelements lösbar befestigten internen Ankerelements, wobei mindestens ein (nicht unter Spannung stehendes) Zugelement an einem Befestigungspunkt einer Innenseite einer Wand des Schalenelements und an einem zweiten Befestigungspunkt an dem Ankerelement befestigt ist,
- - Lösen der Befestigung zwischen dem internen Ankerelement und dem Schalenelement an einer Installationsposition der Gründung,
- - Einbringen des Ankerelements in einen Gewässerboden (mit einer vorgegebenen Mindesteinbindetiefe), und
- - Verspannen des Zugelements.
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Insbesondere kann nach einem Transport (beispielsweise durch ein Schleppschiff) der vormontierten Gründung zu einem Installationsort an dem Installationsort die lösbare Befestigung gelöst, beispielsweise zerstört werden. Dann kann das mindestens eine Ankerelement in den Gewässerboden in eine gewünschte Tiefe eingebracht werden.
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Vor einer Lösung der Befestigung kann beispielsweise zunächst das Schalenelement in den Gewässerboden eingebracht, insbesondere eingesteckt werden. Dann kann insbesondere das in dem Innenraum befindliche Wasser durch mindestens eine (zumindest temporär vorgesehene) Pumpeinrichtung aus dem Innenraum entfernt werden. Anschließend kann das Ankerelement in den Gewässerboden eingebracht werden. Nachdem sich das mindestens eine Ankerelement und das Schalenelement in der finalen Installationsposition befinden, kann das mindestens eine Zugelement gespannt werden, also beispielsweise bis zu einer bestimmten Spannung angezogen werden.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform des anmeldungsgemäßen Verfahrens zum Installieren einer Gründung kann das Lösen der Befestigung ein Abwerfen des internen Ankerelements durch den Innenraum des Schalenelements bewirken, derart, dass das interne Ankerelement (durch die auf das Ankerelement wirkende Gewichtskraft) in den Gewässerboden eingebracht wird.
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Das mindestens eine interne Ankerelement kann vorzugsweise in Form eines Torpedoankers gebildet sein. Am unteren Ende des Ankerelements kann dieses eine konische bzw. spitze Form aufweisen. Das mindestens eine Ankerelement kann im oberen Bereich des Schalenelements angeordnet sein, zumindest im oberen Drittel. Nach einer Aufstellung des Schalenelements an dem Installationsort und insbesondere einer senkrechten Ausrichtung zur Horizontalen kann zunächst der Innenraum leergepumpt werden. Anschließend kann die lösbare Befestigung gelöst werden. Dies führt dazu, dass das Ankerelement durch den Innenraum in Richtung Gewässerboden fällt und (automatisch) in den Gewässerboden eindringt. Dies vereinfacht die Einbringung des Ankerelements in den Gewässerboden signifikant.
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Die Merkmale der Gründungen, Gründungssets, Offshore-Bauwerke und Verfahren sind frei miteinander kombinierbar. Insbesondere können Merkmale der Beschreibung und/oder der abhängigen Ansprüche, auch unter vollständiger oder teilweiser Umgehung von Merkmalen der unabhängigen Ansprüche, in Alleinstellung oder frei miteinander kombiniert, eigenständig erfinderisch sein.
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Es gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, die anmeldungsgemäße Gründung, das anmeldungsgemäße Gründungsset, das anmeldungsgemäße Offshore-Bauwerk und die anmeldungsgemäßen Verfahren auszugestalten und weiterzuentwickeln. Hierzu sei einerseits verwiesen auf die den unabhängigen Ansprüchen nachgeordneten Ansprüche, andererseits auf die Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt
- 1 eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Offshore-Bauwerks gemäß der vorliegenden Anmeldung mit einem Ausführungsbeispiel einer Gründung gemäß der vorliegenden Anmeldung,
- 2 eine schematische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Offshore-Bauwerks gemäß der vorliegenden Anmeldung mit einem weiteren Ausführungsbeispiel einer Gründung gemäß der vorliegenden Anmeldung,
- 3 eine schematische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Offshore-Bauwerks gemäß der vorliegenden Anmeldung mit einem weiteren Ausführungsbeispiel einer Gründung gemäß der vorliegenden Anmeldung,
- 4a eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer Gründung gemäß der vorliegenden Anmeldung in einem vormontierten Zustand,
- 4b eine schematische Ansicht des Ausführungsbeispiels nach 4a unmittelbar nach einer Lösung der lösbaren Befestigung,
- 4c eine schematische Ansicht des Ausführungsbeispiels nach 4a in einem Installationszustand,
- 5 ein Diagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Anmeldung,
- 6 ein Diagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Anmeldung,
- 7a ein Diagramm, das die Zusammenhänge zwischen Durchmesser des Schalenelements und der Bodenfedersteifigkeit bei einer Wassertiefe von 70 m zeigt, und
- 7b ein Diagramm, das die Zusammenhänge zwischen Durchmesser des Schalenelements und der Bodenfedersteifigkeit bei einer Wassertiefe von 120 m zeigt.
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Nachfolgend werden für gleiche Elemente gleiche Bezugszeichen verwendet.
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Die 1 zeigt eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Offshore-Bauwerks 100 gemäß der vorliegenden Anmeldung mit einem Ausführungsbeispiel einer Gründung 102 gemäß der vorliegenden Anmeldung. Beispielhaft ist das Offshore-Bauwerk 100 eine Offshore-Windkraftanlage 100. Eine Offshore-Windkraftanlage 100 weist eine Offshore-Windenergieeinrichtung 101 und eine Gründung 102 auf. Vorliegend sind das Offshore-Bauwerk 100 und damit die Gründung 102 in einem Installationszustand dargestellt.
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Die Gründung 102 umfasst ein turmförmiges Schalenelement 104 und mindestens ein internes Ankerelement 106. Das turmförmige Schalenelement 104 ist vorliegend zylinderförmig gebildet. Das Schalenelement 104 weist eine umlaufende Wand 105 auf, die beispielsweise aus Stahl gebildet ist. Die Wand 105 umschließt einen Innenraum 128. Eine Innenseite 110 der Wand 105 ist in Richtung Innenraum 128 gewandt. Die Außenseite 108 der Wand 105 ist nach Außen gerichtet und insbesondere von Wasser umgeben.
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Wie zu erkennen ist, kontaktiert das Schalenelement 104 im Installationszustand den Gewässerboden 122. Insbesondere ist das (in vertikaler Richtung x gesehene) untere Ende 130 des Schalenelements 104 in dem Gewässerboden 122 eingesetzt. Das Schalenelement 104 erstreckt sich in vertikaler Richtung x bis ca. zur Wasseroberfläche 120. An das Schalenelement 104 schließt sich die Offshore-Windenergieeinrichtung 101 an.
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Das interne Ankerelement 106 ist vorliegend als interner Ankerpfahl 106 gebildet, der in den Gewässerboden 122 eingebracht ist. Das (in vertikaler Richtung x gesehene) obere Ende 103 des Ankerelements 106 ragt vorliegend in den Innenraum 128 hinein. Anders ausgedrückt ist das äußere Schalenelement 104 über das Ende 103 des Ankerelements gestülpt.
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Der Boden des Innenraums 128 ist insbesondere durch das Bodenmaterial 126 und das obere Ende 103 des mindestens einen Ankerpfahls 104 gebildet. Das interne Ankerelement 104 dient der Befestigung der Gründung 102 in dem Gewässerboden 122, insbesondere zur Verankerung der Gründung 102 in dem Gewässerboden 122.
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Wie zu erkennen ist, überlappt das äußere Schalenelement 104 das innerhalb des Schalelements 104 angeordnete interne Ankerelement 106 in einem Bereich 124, der auch Verbindungsbereich 124 genannt werden kann. Zwischen einer Außenseite 132 des internen Ankerelements 106 und einer Innenseite 110 der Wand 105 des turmförmigen Schalenelements 104, insbesondere im Verbindungsbereich 124, kann zumindest eine formschlüssige Verbindung hergestellt sein.
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Diese Verbindung ist vorliegend durch das Gewässerbodenmaterial 126 des Gewässerbodens 122 gebildet. Insbesondere wird eine Verbindung dadurch erreicht, dass der Zwischenraum zwischen der Außenseite 132 des internen Ankerelements 106 und der Innenseite 110 der Wand 105 des turmförmigen Schalenelements 104 mit dem Gewässerbodenmaterial 126 des Gewässerbodens 122 gefüllt ist. Insbesondere bei hinreichend steifen Bodenverhältnissen kann eine ausreichende Stabilität und Verankerung hierdurch erreicht werden.
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Anmeldungsgemäß ist eine interne Verspannung zwischen den separaten Bauteilen 104, 106 der Gründung 102 vorgesehen. Die Gründung 102 umfasst mindestens ein zwischen einem ersten Befestigungspunkt 116 an der Innenseite 110 der Wand 105 des Schalenelements 104 und einem zweiten Befestigungspunkt 114 an dem internen Ankerelement 106 angeordnetes Zugelement 112. Insbesondere ist der zweite Befestigungspunkt 114 an dem oberen Ende 103 des internen Ankerelements 106 angeordnet.
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Das Zugelement 112 ist vorzugsweise ein Seil 112, beispielsweise ein Stahlseil 112. Ein Ende des Zugelements 112 ist in dem ersten Befestigungspunkt 116 an der Innenseite 110 des Schalenelements 104 befestigt. Das andere Ende des Zugelements 112 ist in dem zweiten Befestigungspunkt 114 an dem Ankerelement 106 befestigt. Beispielsweise kann ein Befestigungspunkt 114, 116 über eine angeschweißte Öse verfügen. Ein Ende eines Zugelements 112 kann durch Klammern, Spleiße etc. an den Ösen befestigt sein. Beispielsweise kann eine Verbindung mittels Gabelkopf und Ankerplatte erfolgen. Es versteht sich, dass bei anderen Varianten der Anmeldung die Befestigung eines Zugelements auch in anderer Weise erfolgen kann.
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Zwischen dem ersten Befestigungspunkt 116 und dem zweiten Befestigungspunkt 114 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein vertikaler Abstand 118 vorhanden. Insbesondere ist in dem dargestellten Installationszustand der Gründung 102 der erste Befestigungspunkt 116 in vertikaler Richtung x höher als der zweite Befestigungspunkt 114.
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Ferner ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass in dem dargestellten verspannten Zustand des mindestens einen Zugelements 112 der Drehpunkt des mindestens einen Zugelements 112 von dem Drehpunkt des turmförmigen Schalenelements 104 horizontal und/oder vertikal versetzt ist.
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Der Drehpunkt des Schalenelements 104 kann von einer Vielzahl von Faktoren abhängen, u.a. dem vorhandenen Auftrieb. Der Drehpunkt liegt jedoch (regelmäßig) auf der Symmetrieachse des Schalenelements 104. Indem die Befestigungspunkte 114, 116 insbesondere derart angeordnet sind, dass der Drehpunkt des Zugelements nicht auf der Symmetrieachse des Schalenelements 104 liegt, können in einfacher Weise versetzte Drehpunkte bereitgestellt werden.
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In dem dargestellten Verspannungszustand des Zugelements 112 kann das Zugelement 112 in dem Innenraum 128 ausschließlich von einem gasförmigen Medium umgeben sein, insbesondere Luft.
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Die 2 zeigt eine schematische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Offshore-Bauwerks 200 gemäß der vorliegenden Anmeldung mit einem weiteren Ausführungsbeispiel einer Gründung 202 gemäß der vorliegenden Anmeldung. Zur Vermeidung von Wiederholungen werden nachfolgend im Wesentlichen nur die Unterschiede zu dem vorherigen Ausführungsbeispiel erläutert und ansonsten auf die vorherigen Ausführungen verwiesen. Ferner wird angemerkt, dass zu Gunsten einer besseren Übersicht auf eine Darstellung einer eine Offshore-Windenergieeinrichtung verzichtet wurde.
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Wie zu erkennen ist, weist die vorliegende Gründung 202 zwei interne Ankerelemente 206.1, 206.2 in Form zweier Ankerpfähle 206.1, 206.2 (vorzugsweise können drei interne Ankerelemente vorgesehen sein) auf. Anders ausgedrückt ist eine Ankerelementgruppe vorgesehen. Es versteht sich, dass auch eine andere Anzahl von Ankerpfählen vorgesehen sein kann (z.B. fünf). Vorzugsweise können bei drei Ankerpfählen diese in Form eines Dreiecks nebeneinander angeordnet sein.
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Die Ankerpfähle 206.1, 206.2 sind benachbart zueinander angeordnet und verlaufen insbesondere im Wesentlichen parallel zueinander in vertikaler Richtung x. Insbesondere sind die Ankerpfähle 206.1, 206.2 eng aneinander angeordnet und kontaktieren sich.
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Jeder Ankerpfahl 206.1, 206.2 weist eine Querschnittsfläche auf. Die (maximale) (horizontal verlaufende) Gesamtquerschnittsfläche der Ankerpfähle 206.1, 206.2, also die Summe der einzelnen Querschnittsflächen sämtlicher Ankerpfähle 206.1, 206.2, ist vorzugsweise kleiner als die Querschnittsfläche des vorliegend zylinderförmigen Schalenelements 204.
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In einer (nicht dargestellten) Ausführungsform können sämtliche Ankerpfähle einer Gruppe von Ankerpfählen die gleiche Länge aufweisen. In diesem Fall bleibt die Gesamtquerschnittsfläche der Ankerpfähle in vertikaler Richtung über die gesamte Länge konstant.
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Vorliegend weist mindestens ein erster Ankerpfahl 206.1 eine erste Länge auf und mindestens ein zweiter Ankerpfahl 202.2 eine zweite Länge auf, wobei die erste Länge größer ist als die zweite Länge.
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Durch das Vorsehen von mindestens zwei Ankerpfählen 206.1, 206.2 mit einer unterschiedlichen Länge, ausgehend von dem (unteren Ende des) Schalenelements 204, kann eine stufenweise Reduktion der Gesamtquerschnittsfläche des Verankerungsbereichs in vertikaler Richtung (in negative X-Richtung gesehen) bereitgestellt werden.
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Darüber hinaus umfasst die Gründung 202 vorliegend zwei Zugelemente 212.1, 212.2. Ein erstes Zugelement 212.1 ist zwischen einem ersten Befestigungspunkt 216.1 an der Innenseite 210 der Wand 205 des Schalenelements 204 und einem zweiten Befestigungspunkt 214.1 an einem ersten internen Ankerelement 206.1 gespannt angeordnet. Ein zweites Zugelement 212.2 ist zwischen einem weiteren ersten Befestigungspunkt 216.2 an der Innenseite 210 der Wand 205 des Schalenelements 204 und einem weiteren zweiten Befestigungspunkt 214.2 an einem weiteren internen Ankerelement 206.2 gespannt angeordnet. Die ersten Befestigungspunkte 216.1, 216.2 können auf der gleichen Höhe angeordnet sein. Entsprechendes kann für die zweiten Befestigungspunkte 214.1, 214.2 vorgesehen sein.
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Der Zwischenraum zwischen der Außenseite 232 der internen Ankerelemente 206.1, 206.2 und der Innenseite 210 der Wand 205 des turmförmigen Schalenelements 204 kann vorliegend mit einem hochfesten Beton 234 (z.B. durch Zement Soil Mixing) gefüllt sein. Anders ausgedrückt kann eine Grout-Verbindung hergestellt sein. Der Boden des Innenraums 228 wird insbesondere durch den hochfesten Beton 234 und das obere Ende 203 des mindestens einen Ankerpfahls 206.1, 206.2 gebildet.
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Die 3 zeigt eine schematische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Offshore-Bauwerks 300 gemäß der vorliegenden Anmeldung mit einem weiteren Ausführungsbeispiel einer Gründung 302 gemäß der vorliegenden Anmeldung. Zur Vermeidung von Wiederholungen werden nachfolgend im Wesentlichen nur die Unterschiede zu den vorherigen Ausführungsbeispielen erläutert und ansonsten auf die vorherigen Ausführungen verwiesen. Ferner wird angemerkt, dass zu Gunsten einer besseren Übersicht auf eine Darstellung einer Offshore-Windenergieeinrichtung verzichtet wurde.
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Vorliegend ist als Ankerelement 306 ein Ankerpfahl 306 vorgesehen. An dem oberen Ende 303 des Ankerelements 306 sind vorliegend eine Vielzahl von zweiten Befestigungspunkten 314.1 bis 314.3 für eine Vielzahl von Zugelementen 312.1 bis 312.4 angeordnet. Der zweie Befestigungspunkt 314.2 wird hierbei von zwei Zugelementen 312.3, 312.3 verwendet. Wie ferner zu erkennen ist, befinden sich jeweils zwei der vier ersten Befestigungspunkte 316.1 bis 316.4 auf der gleichen Höhe.
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Ferner ist bei dem gezeigten Beispiel insbesondere eine Mehrzahl von Verbindungsblechen 338 zwischen der Innenseite 310 der Wand 305 des Schalenelements 304 und der Außenseite 336 des Ankerpfahls 306 befestigt. Die Länge eines Verbindungsblechs 338 in x-Richtung kann in etwa der Länge entsprechen, die der Ankerpfahl 306 in das Schalenelement 304 hineinragt, oder, wie dargestellt, kürzer sein.
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Die Breite eines Verbindungsblechs 338 kann insbesondere dem Abstand zwischen der Innenseite 310 des Schalenelements 304 und der Außenseite 332 des Ankerpfahls 306 entsprechen. Vorzugsweise kann ein Verbindungsblech 338 angeschweißt sein. Besonders bevorzugt können die Verbindungsbleche 338 radial gleichmäßig beabstandet zueinander angeordnet sein.
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Ein verbleibender Zwischenraum kann mit dem Gewässerbodenmaterial des Gewässerbodens 322 gefüllt sein. Der Boden des Innenraums 328 wird insbesondere durch das Gewässerbodenmaterial und das obere Ende 303 des mindestens einen Ankerpfahls 304 gebildet. Alternativ oder zusätzlich kann auch ein Vergrouten erfolgen.
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Es versteht sich, dass bei anderen Varianten der Anmeldung ein Zwischenraum auch mit einem anderen Füllmaterial, wie etwa einem Elastomer, Polymer, Sand-Ton, Sand-Ton-Gemisch etc. zumindest teilweise gefüllt sein kann.
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Die 4a bis 4c zeigen schematische Ansichten eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Gründung 402 gemäß der vorliegenden Anmeldung in verschiedenen Zuständen der Gründung 402. Insbesondere ist ein Gründungsset 450, umfassend ein Schalenelement 404, ein Ankerelement 406 und mindestens ein Zugelement 412 dargestellt. Zur Vermeidung von Wiederholungen werden nachfolgend im Wesentlichen nur die Unterschiede zu den vorherigen Ausführungsbeispielen erläutert und ansonsten auf die vorherigen Ausführungen verwiesen.
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In der 4a ist die Gründung 402 in einem vormontierten Zustand dargestellt. Wie zu erkennen ist, ist das mindestens eines Ankerelement 406 in dem Innenraum 428 des turmförmigen Schalenelements 404 angeordnet, insbesondere in einem oberen Bereich 440 des Schalenelements 404. Der Innenraum 428 kann in dem vormontierten Zustand 428 mit Wasser gefüllt sein.
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Das Ankerelement 406 ist in dieser Position lösbar an dem Schalenelement 404 befestigt. Hierzu kann mindestens ein lösbares Befestigungsmittel 444 vorgesehen sein. Das Ankerelement 406 weist vorliegend an seinem unteren Ende 442 eine kegelförmige Form auf mit einer Spitze 443.
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Wie ferner zu erkennen ist, sind zwei vormontierte Zugelemente 412.1, 412.2 vorgesehen, insbesondere Seile 412.1, 412.2. Jedes Zugelement 412.1, 412.2 ist bereits an dem jeweiligen ersten und zweiten Befestigungspunkt 414.1, 414.2, 416.1, 416.2 vormontiert. Jedoch befinden sich die Zugelemente 412.1, 412.2 in einen unverspannten Zustand. Beispielsweise können sie aufgewickelt sein.
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In diesem vormontierten Zustand kann die Gründung 402 beispielsweise von einem Hafen und/oder einer Werft zu einer Installationsposition transportiert werden. Insbesondere kann die Gründung 402 (für einen Transport) nicht in Kontakt mit dem Gewässerboden 422 sein, wie in der 4a dargestellt ist.
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Die 4b zeigt das Ausführungsbeispiel nach 4a unmittelbar nach einer Lösung der lösbaren Befestigung. Wie zu erkennen ist, ist das Schalenelement 404 bereits in den Gewässerboden 420 eingebracht und insbesondere ausgerichtet.
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Zudem ist zu erkennen, dass der Innenraum 428 des Schalenelements 404 in dem gezeigten Zustand mit einem gasförmigen Medium gefüllt ist. Insbesondere kann das zuvor im Innenraum 428 des Schalenelements 404 befindliche Wasser (vgl. 4a) nach einer Einbringung des Schalenelements 404 in den Gewässerboden 422 abgepumpt worden sein.
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Zum Installieren der Gründung 402 kann das Lösen der Befestigung erfolgen, so dass ein Abwerfen des internen Ankerelements 406 durch den Innenraum 428 des Schalenelements 404 bewirkt wird, derart, dass das interne Ankerelement 406 (durch die auf das Ankerelement 406 wirkende Gewichtskraft g) in Richtung Gewässerboden 422 fällt und in den Gewässerboden 422 eingebracht wird (4c).
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Die 4c zeigt das Ausführungsbeispiel nach 4a in einem Installationszustand. Wie bereits beschrieben wurde, kann das mindestens eine interne Ankerelement 406 vorzugsweise in Form eines Torpedoankers 406 gebildet sein. Nach der erfolgten Aufstellung des Schalenelements 404 an dem Installationsort und insbesondere einer senkrechten Ausrichtung zur Horizontalen kann durch das Abwerfen des Torpedoankers 406 ein automatisches Einbringen des Torpedoankers 406 erreicht werden. Insbesondere bei Fallhöhen von über 50 m kann ein Torpedoanker 406 ausreichend tief in den Gewässerboden 422 eindringen (sofern dieser hinreichend weich ist).
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Die 5 zeigt ein Diagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Anmeldung. Das dargestellte Verfahren dient zum Vormontieren einer Gründung, wie einer Gründung gemäß den vorherigen Ausführungsbeispielen. Das Verfahren kann beispielsweise in einem Hafen und/oder einer Werft zum Vormontieren von Gründungen ausgeführt werden.
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In einem Schritt 501 erfolgt ein Bereitstellen eines (zuvor beschriebenen) turmförmigen Schalenelements mit einer einen Innenraum umschließenden Wand, die eine Innenseite und eine Außenseite aufweist. Das mindestens eine Ankerelement kann insbesondere im oberen Bereich des Schalenelements angeordnet sein, zumindest im oberen Drittel.
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In einem Schritt 502 erfolgt ein Anordnen mindestens eines (zuvor beschriebenen) internen Ankerelements in dem Innenraum des Schalenelements durch ein lösbares Befestigen des internen Ankerelements an dem Schalenelement. Vorzugsweise kann für das lösbare Befestigen ein lösbares Befestigungsmittel verwendet werden. Beispielsweise kann eine temporäre stoffschlüssige Verbindung (z.B. durch temporäres Verschweißen) erfolgen. Auch kann eine Schraubverbindung oder dergleichen hergestellt werden.
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Insbesondere nach Schritt 502 (bei anderen Varianten jedoch auch vorher oder zeitgleich) erfolgt in Schritt 503 ein Befestigen mindestens eines (zuvor beschriebenen) (nicht unter Spannung stehenden) Zugelements an einem ersten Befestigungspunkt der Innenseite der Wand des Schalenelements und an einem zweiten Befestigungspunkt an dem internen Ankerelement. Anders ausgedrückt erfolgt eine Vormontierung des mindestens einen internen Zugelements.
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Die 6 zeigt ein Diagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Anmeldung. Das Verfahren dient zum Installieren einer Gründung, wie einer Gründung gemäß den vorherigen Ausführungsbeispielen. Die Schritte des Verfahrens nach 6 können sich insbesondere an das Verfahren nach 5 anschließen.
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In einem Schritt 601 erfolgt ein Bereitstellen einer vormontierten Gründung, umfassend mindestens ein in einem Innenraum eines turmförmigen Schalenelements lösbar befestigten internen Ankerelements, wobei mindestens ein (nicht unter Spannung stehendes) Zugelement an einem Befestigungspunkt einer Innenseite einer Wand des Schalenelements und an einem zweiten Befestigungspunkt an dem Ankerelement befestigt ist.
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Insbesondere kann die vormontierte Gründung an einer Installationsposition bereitgestellt werden. Die vormontierte Gründung kann von dem Hafen und/oder der Werft zu der Installationsposition transportiert worden sein, beispielsweise durch mindestens ein Schleppschiff. Aufgrund der Schwimmfähigkeit des Schalenelements kann der Transport in einfacher Weise erfolgen.
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An der Installationsposition kann zunächst das Schalenelement in den Gewässerboden eingebracht werden (Schritt 602). Insbesondere kann in diesem Schritt eine senkrechte Ausrichtung des Schalenelements zur Horizontalen erfolgen. Nach der Einbringung des Schalenelements kann der Innenraum (der durch den Gewässerboden und der Innenseite der umlaufenden Wand des Schalenelements in diesem Zustand gebildet ist) leergepumpt werden. Dies meint insbesondere, dass das Wasser, was sich bisher in dem Innenraum befunden hat, durch mindestens eine Pumpe aus dem Innenraum entfernt werden kann. Hierdurch kann der Innenraum mit einem gasförmigen Medium gefüllt werden, insbesondere Luft.
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In Schritt 603 erfolgt ein Lösen der Befestigung des internen Ankerelements an der Installationsposition der Gründung und in Schritt 604 ein Einbringen des Ankerelements in den Gewässerboden. Wie bereits beschrieben wurde, kann insbesondere durch das Abwerfen des Torpedoankers ein automatisches Einbringen des Torpedoankers erreicht werden. Insbesondere bei Fallhöhen von über 50 m kann ein Torpedoanker ausreichend tief in den Gewässerboden eindringen (sofern dieser hinreichend weich ist).
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In Schritt 605 erfolgt ein Verspannen des mindestens einen Zugelements, derart, dass eine bestimmte Zugspannung erreicht wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 8864419 B2 [0009]
- EP 1741928 B1 [0010, 0015, 0016]
