DE202013009848U1

DE202013009848U1 - Befestigungseinrichtung zum Befestigen einer Offshore-Fundamentstruktur an einem Gewässergrund sowie eine Offshore-Fundamentstruktur

Info

Publication number: DE202013009848U1
Application number: DE201320009848
Authority: DE
Original assignee: Maritime Offshore Group GmbH
Current assignee: Maritime Offshore Group GmbH
Priority date: 2013-12-06
Filing date: 2013-12-06
Publication date: 2015-03-09
Anticipated expiration: 2023-12-07

Abstract

Befestigungseinrichtung (1) zum Befestigen einer Offshore-Fundamentstruktur an einem Gewässergrund mit mindestens einem Gründungspfahl (2), welcher in den Gewässergrund eintreibbar ist und mindestens einem Einsatz (4), welcher in den Gründungspfahl (2) eingesetzt und mit der Offshore-Fundamentstruktur verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Gründungspfahl (2) und dem Einsatz (4) mindestens ein Verspannelement (6) angeordnet ist, welches den Gründungspfahl (2) mit dem Einsatz (4) verspannt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Befestigungseinrichtung zum Befestigen einer Offshore-Fundamentstruktur an einem Gewässergrund mit mindestens einem Gründungspfahl, welcher in den Gewässergrund eintreibbar ist und mindestens einem Einsatz, welcher in den Gründungspfahl eingesetzt und mit der Offshore-Fundamentstruktur verbindbar ist sowie einen Einsatz für die Verwendung in einer Befestigungseinrichtung zum Befestigen einer Offshore-Fundamentstruktur an einem Gewässergrund, wobei der Einsatz in den Gründungspfahl einsetzbar und mit der Offshore-Fundamentstruktur verbindbar ist.
Die Erfindung betrifft ferner eine Offshore-Fundamentstruktur, insbesondere Monopile-Fundamentstruktur mit einem Gründungspfahl, welcher in einen Gewässergrund eintreibbar ist, und einem Aufsatz, welcher auf den Gründungspfahl aufgesetzt ist.
Für die Installation von Offshore-Fundamenten für Windkraftanlagen oder Ölfördereinrichtungen werden üblicherweise lange Stahlpfähle in den Gewässerboden getrieben, die man auch als Gründungspfähle, Rammpfähle oder Piles bezeichnet. In diese Gründungspfähle werden Einsätze herabgelassen, welche mit dem Offshore-Fundament verbunden sind. Die Fixierung eines Einsatzes in einem Gründungspfahl erfolgt üblicherweise durch das sogenannte „grouting”.
Beim „grouting” wird versucht durch ein Verfüllen des Zwischenraums zwischen Gründungspfahl und Einsatz mit Grouting-Material, wie beispielsweise Beton, eine belastbare und widerstandfähige Verbindung zwischen Gründungspfahl und Einsatz zu realisieren.
Niedrige Wassertemperaturen können die Zeit, welche zur Aushärtung des Grouting-Materials notwendig ist, erheblich verlängern. Während der Zeit des Aushärtens des Grouting-Materials muss das zu installierende Offshore-Fundament unter Einsatz eines großen Krans eines Installationsschiffes fixiert werden, bis das Grouting-Material tragfähig wird. Damit sind hohe Kosten und ein hoher Zeitaufwand beim Aufbau von Windparks verbunden.
Aufgrund der Komplexität des sognannten Vergroutens werden bei derartigen Offshore-Bauvorhaben spezielle Installationsschiffe eingesetzt, welche die für das Vergrouten notwenige Ausrüstung aufweisen. Das Herstellen des Grouting-Materials an Bord ist ein schmutziger Prozess und führt bei den übrigen Anlagen an Bord des Installationsschiffes zu einem erheblichen Verschleiß. Es sind spezielle Tanks erforderlich, um die Rohstoffe des Grouting-Materials an Bord lagern zu können.
Das Grouting-Material wird über spezielle Druckpumpen zu den zu vergroutenden Stellen befördert. Dies erfordert ein spezielles Leitungsnetz, welches entweder am Offshore-Fundament befestigt oder separat verlegt werden muss. Insgesamt entsteht durch die bekannte Methode des Vergroutens ein hoher finanzieller und zeitlicher Aufwand.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Befestigungseinrichtung zum Befestigen einer Offshore-Fundamentstruktur an einen Gewässergrund sowie einen Einsatz für eine derartige Befestigungseinrichtung bereitzustellen, welche eine zeit- und kostenreduzierte Installation von Offshore-Fundamentstrukturen ermöglichen.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch eine eingangs genannte Befestigungseinrichtung gelöst, wobei zwischen dem Gründungspfahl und dem Einsatz mindestens ein Verspannelement angeordnet ist, welches den Gründungspfahl mit dem Einsatz verspannt. Aufgrund der mechanischen Verspannung von Gründungspfahl und Einsatz wird eine ausreichende Standfestigkeit der Offshore-Fundamentstruktur auf dem Gewässergrund gewährleistet, so dass der Kran des Installationsschiffs nicht länger benötigt wird, um die Offshore-Fundamentstruktur zu fixieren. Die weiteren notwendigen Arbeiten, wie beispielsweise das exakte Ausrichten der Offshore-Fundamentstruktur oder das Einbringen kleiner Mengen eines Grouting-Materials oder eines anderen geeigneten Klebstoffs (z. B. glasfaserverstärkter Kunststoff), lassen sich nunmehr ohne den Kran eines Installationsschiffes durchführen, da die Verspannung zwischen Gründungspfahl und Einsatz bereits eine ausreichende Stabilität der Offshore-Fundamentstruktur liefert. Die kostenintensive Nutzung eines auf einem Installationsschiffes befindlichen Krans kann somit erheblich reduziert werden. Der Aufbau großer Offshore-Windparkanlagen wird somit sowohl unter wirtschaftlichen als auch unter zeitökonomischen Gesichtspunkten attraktiver.
In einer ersten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Befestigungsvorrichtung ist das Verspannelement zumindest teilweise verformbar und elastisch ausgebildet. Die Ausbildung des Verspannelements als Blattfeder ist besonders bevorzugt. Das verformbare und elastische Verspannelement wird beim Einsetzen des Einsatzes in den Gründungspfahl derart elastisch verformt, dass es beim Bestreben die elastische Verformung wieder aufzuheben den Gründungspfahl mit dem Einsatz verspannt. Die Verwendung eines elastisch verformbaren Verspannelements führt zu einer reduzierten Bauteilkomplexität und benötigt keine externen Energiequellen zur Erzeugung der Verspannung von Gründungspfahl und Einsatz. Insbesondere mechanische Federn, wie beispielsweise Blattfedern, stellen Bauteile dar, welche industriell in großen Stückzahlen gefertigt werden und zeichnen sich aus diesem Grund durch eine gute Verfügbarkeit und geringe Kosten aus.
In einer zweiten bevorzugten Ausführungsform umfasst die erfindungsgemäße Befestigungseinrichtung mehrere, insbesondere zwei, drei, vier, fünf oder sechs Verspannelemente, welche vorzugsweise gleichmäßig voneinander beabstandet angeordnet sind. Durch die Verwendung von mehreren Verspannelementen kann eine homogene Spannungsverteilung erreicht werden. Die maximalen Druckbelastungen am Gründungspfahl als auch am Einsatz sind somit reduziert, so dass das Ausfallrisiko sowie die Bauteilhaltbarkeit dieser Komponenten erhöht wird. Auch die einzelnen Verspannelemente werden aufgrund der Tatsache, dass die benötigte Spannkraft auf mehrere Verspannelemente verteilt wird, entlastet. Hierdurch kann das Risiko des Bauteilversagens sowie der Wartungsaufwand weiter reduziert werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Befestigungseinrichtung ist jedes Verspannelement entweder an dem Gründungspfahl oder dem Einsatz befestigt. Werden beispielsweise Blattfedern als Verspannelemente verwendet, können diese in vorgespannter Form an dem Gründungspfahl oder dem Einsatz verschweißt oder mittels Bolzen angelenkt werden. Beim Befestigen der als Blattfedern ausgebildeten Spannelemente an dem Einsatz weisen die Blattfedern eine in Richtung der Innenfläche des Gründungspfahls weisende Wölbung auf. Damit eine Verspannung zwischen Gründungspfahl und Einsatz erreicht werden kann, sind die Blattfedern derart dimensioniert und gewölbt, dass diese beim Einsetzen in den Gründungspfahl elastisch verformt werden. Alternativ können die als Blattfedern ausgebildeten Verspannelemente jedoch auch an der Innenseite des Gründungspfahls befestigt sein. Die Blattfedern weisen hierbei eine in Richtung der Mittelachse des Gründungspfahls weisende Wölbung auf. Beim Einsetzen des Einsatzes werden die Blattfedern elastisch verformt, so dass der Gründungspfahl mit dem Einsatz verspannt wird.
Die erfindungsgemäße Befestigungseinrichtung wird dadurch weitergebildet, dass die Verspannelemente mittels eines Antriebs verfahrbar sind. Durch die Verfahrbarkeit der Verspannelemente müssen nicht notwendigerweise elastisch verformbare Verspannelemente Verwendung finden. Ferner erlaubt das Verfahren der Verspannelemente eine regelbare Verspannung eines Einsatzes mit einem Gründungspfahl.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Befestigungseinrichtung sind die verfahrbaren Verspannelemente als Keile ausgebildet. Die Keile sind derart angeordnet und ausgerichtet, dass ein zumindest teilweise konisch ausgebildeter Stempel die als Keile ausgebildeten Verspannelemente derart verfährt, dass der von den Außenkanten der verfahrbaren Spannelemente eingenommene Durchmesser variiert, insbesondere vergrößert werden kann.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Befestigungseinrichtung umfasst der Antrieb einen hydraulisch oder pneumatisch betätigbaren Stempel, ein Hebelsystem oder einen manuellen oder motorgetriebenen Spindelantrieb. Mittels dieser Antriebe kann ein exaktes lineares Verfahren beispielsweise eines Stempels realisiert werden. Die Linearbewegung des Stempels kann mittels geeigneter geometrischer Ausgestaltungen von Stempel und Verspannelementen in ein radiales Verfahren der Verspannelemente übertragen werden. Somit kann ein Aufspreizen der Verspannelemente erreicht werden.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Befestigungseinrichtung ist zwischen dem Gründungspfahl und dem Einsatz ein Sicherungselement angeordnet, welches einen Abschnitt des Gründungspfahls, durch welchen der Einsatz verläuft, zumindest abschnittsweise verengt. Das Sicherungselement ist vorzugsweise oberhalb der Ebene angeordnet, in welcher der von den Außenkanten der Verspannelemente eingenommene Durchmesser maximal ist.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Befestigungseinrichtung ist das Sicherungselement als Rohrsegment ausgebildet und mit dem Gründungspfahl verpresst und/oder verschweißt. Durch ein Abkühlen des als Rohrsegment ausgebildeten Sicherungselements kann eine Schrumpfung des Sicherungselements herbeigeführt werden. Eine abschnittsweise Erwärmung des Gründungspfahls führt an den erwärmten Stellen zu einer Ausdehnung und somit zu einer Durchmesservergrößerung. Durch Abkühlung des Rohrsegments sowie Erwärmung des Gründungspfahls kann somit ein ein Übermaß aufweisendes Rohrsegment in den Gründungspfahl eingeführt werden. Kommt es anschließend zu einem Temperaturausgleich mit der Umgebung verringert sich der Durchmesser des Gründungspfahls währenddessen sich der Durchmesser des Ringsegments erhöht, so dass es zu einer Presspassung kommt. Zur weiteren Fixierung des Rohrsegments in dieser Position kann dieses zusätzlich verschweißt werden.
Die erfindungsgemäße Befestigungseinrichtung wird ferner dadurch vorteilhaft weitergebildet, dass das Sicherungselement mit dem Verspannelement zusammenwirkt, so dass eine Relativbewegung zwischen Gründungspfahl und Einsatz zumindest in eine erste Richtung gehemmt wird. Unter einer Hemmung einer Bewegung ist im Sinne der Erfindung die Notwendigkeit eines erhöhten Kraftaufwandes zu verstehen, welcher beispielsweise durch das form- und/oder reibschlüssige Zusammenwirken von zwei Bauteilen, hier das Zusammenwirken des Verspannelements mit dem Sicherungselement, entsteht. Die erste Richtung der Relativbewegung bezeichnet im Sinne der Erfindung das Ausheben des Einsatzes aus dem Gründungspfahl.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Befestigungseinrichtung weist der Einsatz eine Aufweitung auf, welche mit dem Verspannelement zusammenwirkt, so dass eine Relativbewegung zwischen Gründungspfahl und Einsatz zumindest in die erste Richtung gehemmt wird.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Befestigungseinrichtung weist der Einsatz einen Anschlag auf, welcher auf dem Gründungspfahl aufsetzt und eine Relativbewegung zwischen Gründungspfahl und Einsatz in eine zweite Richtung verhindert. Die Relativbewegung zwischen Gründungspfahl und Einsatz in die zweite Richtung wird folglich durch ein formschlüssiges Zusammenwirken zwischen dem Anschlag des Einsatzes und der oberen Stirnseite des Gründungspfahls verhindert. Die zweite Richtung der Relativbewegung zwischen Gründungspfahl und Einsatz beschreibt im Sinne der Erfindung die Richtung, in welche der Einsatz in den Gründungspfahl herabsinken bzw. eintauchen würde.
Die erfindungsgemäße Befestigungseinrichtung wird ferner dadurch weitergebildet, dass der Einsatz ein zumindest teilweise konisch ausgebildetes Ende aufweist. Durch die teilweise konische Ausbildung des Einsatzendes, worunter im Sinne der Erfindung auch eine Phase zu verstehen ist, vereinfacht das Einsetzen des Einsatzes bzw. das Einführen des Einsatzes in den Gründungspfahl. Somit ist die erforderliche Präzision beim Absinkenlassen der Offshore-Fundamentstruktur reduziert, so dass der Montageprozess erheblich vereinfacht und beschleunigt ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Befestigungseinrichtung ist zwischen Gründungspfahl und Einsatz Grouting-Material angeordnet. Das Verfüllen des Zwischenraums zwischen Gründungspfahl und Einsatz mit Grouting-Material erhöht die Steifigkeit und Belastbarkeit der Verbindung. Im Gegensatz zu den eingangs beschriebenen bekannten Grouting-Verfahren wird jedoch eine erheblich reduzierte Menge an Grouting-Material benötigt. Als Grouting-Material kann vorzugsweise Beton oder glasfaserverstärkter Kunststoff Verwendung finden.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird ferner durch einen Einsatz für die Verwendung in einer Befestigungseinrichtung gemäß der eingangs genannten Art gelöst, wobei der Einsatz mindestens ein Verspannelement aufweist, durch welches der Einsatz mit dem Gründungspfahl verspannbar ist. Ein derartiger Einsatz ist in verschiedene Gründungspfähle einsetzbar und kann somit bei Befestigungen verschiedenster Offshore-Fundamentstruktur-Typen zum Einsatz kommen. Insbesondere kann der Einsatz auch die in den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen beschriebenen Merkmale aufweisen.
Besonders bevorzugt ist der Einsatz für die Verwendung in einer Befestigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14 ausgebildet.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird ferner durch eine Offshore-Fundamentstruktur der eingangs genannten Art gelöst, wobei zwischen dem Gründungspfahl und dem Aufsatz mehrere Arretierungselemente angeordnet sind, welche den Aufsatz tragfähig an dem Gründungspfahl arretieren. Der Aufsatz und der Gründungspfahl überschneiden sich abschnittsweise entlang ihrer Längsachse. Die Arretierungselemente wirken auf die sich überschneidenden Abschnitte des Aufsatzes und des Gründungspfahls. Aufgrund der Arretierungselemente wird bereits eine derart hohe Tragfähigkeit der Offshore-Fundamentstruktur erreicht, dass ein weiteres Vergrouten des Aufsatzes und des Gründungspfahls nicht weiter notwendig ist oder zumindest in einem geringeren Ausmaß notwendig ist.
In einer ersten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Offshore-Fundamentstruktur weist der Gründungspfahl mehrere Ausnehmungen auf, in welche die Arretierungselemente eingreifen. Die Ausnehmungen können insbesondere als Schlitze ausgebildet sein, welche gleichmäßig über den Umfang des Gründungspfahls angeordnet sind. Die Anzahl der Ausnehmungen sowie die Anzahl der Arretierungselemente ist von verschiedenen Faktoren wie beispielsweise der notwendigen Tragfähigkeit der Verbindung zwischen Aufsatz und Gründungspfahl abhängig. Die Anordnung der Ausnehmungen sowie die Anordnung der Arretierungselemente in Bezug auf die Längsachse des Gründungspfahls und des Aufsatzes kann ebenfalls abhängig von der notwendigen Tragkraft sowie den Ausmaßen der Anlage variieren. Insbesondere ist jedoch bevorzugt, dass die Ausnehmungen sowie die Arretierungselemente in einer gemeinsamen horizontalen Ebene angeordnet sind.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Offshore-Fundamentstruktur sind die Arretierungselemente schwenkbar an dem Aufsatz angelenkt. Die schwenkbare Bewegbarkeit der Arretierungselemente führt dazu, dass die Verbindung zwischen Aufsatz und Gründungspfahl lösbar ist. Eine erfindungsgemäße Offshore-Fundamentstruktur kann folglich nach der Montage größtenteils zerstörungsfrei demontiert werden. Insbesondere im Hinblick auf Reparatur- und Wartungsarbeiten sowie beim Austausch von Offshore-Fundamentstruktursegmenten ist dies ein wesentlicher Vorteil.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Offshore-Fundamentstruktur weist der Aufsatz einen an seiner Innenfläche angeordneten Aufnahmering auf, an welchem die Arretierungselemente schwenkbar angelenkt sind. Somit kann eine Vormontage der Arretierungselemente an den Aufnahmering durchgeführt werden, bevor der Aufnahmering der Innenfläche des Aufsatzes befestigt wird.
Die erfindungsgemäße Offshore-Fundamentstruktur wird durch einen Verstellmechanismus zum Verschwenken der Arretierungselemente vorteilhaft weitergebildet. Mittels des Verstellmechanismus lässt sich der Winkel der Arretierungselemente präzise einstellen. Die Bedienung des Verstellmechanismus ist vorzugsweise von Service- oder Wartungspersonal ohne großen Aufwand durchführbar. Mittels des Verstellmechanismus können die Arretierungselemente derart verstellt werden, dass sie in verschiedenen Ausrichtungen in die Ausnehmungen im Gründungspfahl eingreifen. Ebenfalls erlaubt es der Verstellmechanismus die Arretierungselemente derart auszurichten, dass sie nicht in die Ausnehmungen des Gründungspfahls eingreifen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Offshore-Fundamentstruktur weist der Verstellmechanismus mehrere Schraubmechanismen und mehrere mit den Schraubmechanismen gekoppelte Stellstangen auf. Über den Schraubmechanismus kann eine Druck- oder Zugkraft an die Stellstangen weitergegeben werden, welche ihrerseits auf die Arretierungselemente wirken. Folglich lässt sich durch Betätigen der Schraubmechanismen der Anstellwinkel der Arretierungselemente variieren.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Offshore-Fundamentstruktur weist der Verstellmechanismus mehrere Keile auf, mittels derer die Arretierungselemente in die Ausnehmungen druckbar oder aus den Ausnehmungen ziehbar sind.
Die erfindungsgemäße Offshore-Fundamentstruktur wird dadurch vorteilhaft weitergebildet, dass die relative Neigung zwischen Aufsatz und Gründungspfahl mittels Verschwenken der einzelnen Arretierungselemente arretierbar ist. Eine durch den Verstellmechanismus eingestellte Neigungsveränderung eines Arretierelements führt dazu, dass die Kanten der Arretierungselemente derart mit den Kanten der Ausnehmungen in dem Gründungspfahl zusammenwirken, dass der Aufsatz an der dem betätigten Arretierungselement zugewandten Seite angehoben oder abgesenkt wird. Mittels des Verschwenkens einzelner Arretierungselemente lässt sich die Neigung des Aufsatzes gegenüber dem Gründungspfahl um ca. 0,10° bis 0,25° ändern.
In einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Offshore-Fundamentstruktur umfasst der Verstellmechanismus einen hydraulischen, pneumatischen und/oder motorisierten Antrieb. Aufgrund der hohen Kräfte, welche notwendig sind, um eine Neigungsänderung zwischen Aufsatz und Gründungspfahl zu realisieren, kommen bevorzugt leistungsstarke Antriebe in Kombination mit zusätzlichen Getriebeeinheiten zum Einsatz.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren und Beispiele näher beschrieben, ohne dass diese den Schutzbereich der Patentansprüche beschränken sollen. Es stellen dar:
1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Befestigungseinrichtung in einer Schnittdarstellung;
2 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Befestigungsvorrichtung in einer Schnittdarstellung;
3 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Befestigungseinrichtung in einer Schnittdarstellung;
4 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Befestigungseinrichtung in einer Schnittdarstellung;
5 Teile eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Befestigungseinrichtung in einer Schnittdarstellung; und
6 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Offshore-Fundamentstruktur in einer Schnittdarstellung.
Gemäß 1 umfasst die Befestigungseinrichtung 1 einen zylindrischen und als Stahlrohr ausgebildeten Gründungspfahl 2, in welchen ein Einsatz 4 eingesetzt ist. Der Gründungspfahl 2 und der Einsatz 4 überschneiden sich abschnittsweise. In diesem sich überschneidenden Abschnitt weist der Einsatz 4 vier Verspannelemente 6 auf. Die vier Verspannelemente 6 sind als Blattfedern ausgebildet und an ihren Endseiten mit dem Mitteldorn 5 des Einsatzes verschweißt. Ferner sind die vier Verspannelemente 6 gleichmäßig beabstandet über den Umfang des Einsatzes 4 angeordnet. Die vier Verspannelemente 6 berühren an den Punkten ihrer maximalen Wölbung die Innenfläche des Gründungspfahls 2. Zwischen den Verspannelementen 6 und der Innenseite des Gründungspfahls 2 wirken Kräfte, welche den Einsatz 4 mit dem Gründungspfahl 2 verspannen. Der Einsatz 4 weist ferner an seinem unteren Ende einen kegelförmig ausgebildeten Abschluss 7 auf. Nicht dargestellt ist, dass die obere Stirnseite des Gründungspfahls 2 eine Fase aufweist. Durch die Fase des Gründungspfahls 2 und dem kegelförmig ausgebildeten Ende des Einsatzes 4 ist das Einsetzen des Einsatzes wesentlich vereinfacht. An der Innenfläche des Gründungspfahls 2 ist ferner ein Sicherungselement 12 angeordnet. Das Sicherungselement 12 ist durch ein Schrumpfverfahren mit dem Gründungspfahl 2 verpresst. Zusätzlich ist das Sicherungselement 12 mit dem Gründungspfahl 2 verschweißt. Die als Blattfedern ausgebildeten Verspannelemente 6 wirken folglich sowohl mit der Innenfläche des Gründungspfahls 2 als auch mit einer Außenkante des Sicherungselements 12 zusammen. Das Sicherungselement ist als Rohrsegment ausgebildet und weist im Wesentlichen ebene Stirnflächen auf. Es verengt den inneren freien Durchmesser des Gründungspfahls. Dadurch bildet das Sicherungselement einen hintergreifbaren Abschnitt, der von den Verspannelementen 6 wenigstens teilweise hintergriffen werden kann.
Das Zusammenwirken der Verspannelemente 6 mit dem Sicherungselement 12 verhindert bzw. hemmt eine Relativbewegung zwischen Gründungspfahl 2 und Einsatz 4 in eine erste Richtung. Der Einsatz 4 weist ferner einen Anschlag 16 auf, welcher eine Relativbewegung zwischen dem Gründungspfahl 2 und dem Einsatz 4 in eine zweite Richtung verhindert. Der Anschlag 16 liegt auf der oberen Stirnseite des Gründungspfahls 2 auf, so dass die Relativbewegung durch ein formschlüssiges Zusammenwirken zwischen Gründungspfahl 2 und Einsatz 4 verhindert ist.
2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Befestigungseinrichtung 1, welche sich durch die Ausbildung der Verspannelemente 6 von dem Ausführungsbeispiel aus 1 unterscheidet. Die Verspannelemente 6 sind an ihren Enden jeweils durch einen Bolzen an dem Einsatz 4 angelenkt. Durch die gelagerte Anlenkung der Verspannelemente können diese als Blattfederbündel mit mehreren Lagern an Federblättern ausgebildet sein. Dies erlaubt die Erzeugung größerer Spann- und Haltekräfte. Diese Variante eignet sich für Tiefwasserfundamente mit großen Durchmessern sowie für die Fundamente von Offshore-Plattformen, deren Massen oft mehrere tausend Tonnen erreichen können.
3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Befestigungseinrichtung 1, wobei die Verspannelemente 6 an dem Gründungspfahl 2 befestigt sind. Die Verspannelemente 6 sind derart angeordnet und ausgerichtet, dass ihre Wölbung in Richtung der Mittelachse des Gründungspfahls 2 zeigt. Der Einsatz 4 weist neben einem konischen Ende ebenfalls eine an das konische Ende anschließende Aufweitung 14 auf. Die Aufweitung 14 weist einen Abschnitt mit vergrößertem Durchmesser relativ zu dem Dorn auf, so dass die Verspannelemente 6 die Aufweitung im montierten Zustand wenigstens teilweise hintergreifen können. Durch den Durchmessersprung der Aufweitung 14 wird eine Relativbewegung zwischen dem Einsatz 4 und dem Gründungspfahl 2 in eine erste Position verhindert bzw. gehemmt. Analog zu den Ausführungsbeispielen aus 1 und 2 weist die Befestigungseinrichtung 1 ebenfalls einen Anschlag 16 auf, welcher eine Relativbewegung zwischen dem Gründungspfahl 2 und dem Einsatz 4 in eine zweite Richtung verhindert.
4 und 5 zeigen Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Befestigungseinrichtung bzw. eines erfindungsgemäßen Einsatzes 4, deren Verspannelemente als nichtelastisch-dehnbare Keile ausgebildet sind. Die Verspannelemente 6 lassen sich mittels eines Antriebs 8 radial bewegen bzw. auslenken. Der Antrieb 8 kann sowohl hydraulisch, pneumatisch als auch elektrisch ausgebildet sein. Der Antrieb 8 umfasst ferner einen einseitig konisch ausgebildeten Stempel, welcher mit den als Teilen ausgebildeten Verspannelementen zusammenwirkt. Beim Absenken des einseitig konischen Stempels 10 werden die Verspannelemente 6 radial nach außen bewegt, so dass es zu einer Aufspreizung der Verspannelemente 6 kommt. Die Verspannelemente 6 hintergreifen in der aufgespreizten Position das Sicherungselement 12, so dass ein Formschluss zwischen Sicherungselement 12 und Einsatz 4 erfolgt. Ferner haben die Verspannelemente 6 abgerundete Enden, die in Kontakt mit dem Sicherungselement 12 kommen, so dass eine Zugkraft auf den Einsatz 4 aufgebracht werden kann. Durch eine derartige Ausbildung der Befestigungseinrichtung können hohe Verspannungskräfte generiert werden.
Durch den steuerbaren Antrieb 8 können die Verspannelemente präzise gesteuert werden. Ferner erlaubt der Antrieb neben dem radialen Aufspreizen der Verspannelemente in Richtung der Innenfläche des Gründungspfahls 2 auch ein anschließendes Einziehen der Verspannelemente 6, so dass eine zerstörungsfreie Demontage des Einsatzes 4 von dem Gründungspfahl 2 realisiert werden kann.
6 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Offshore-Fundamentstruktur 100. Die Offshore-Fundamentstruktur 100 umfasst einen Gründungspfahl 102, auf welchen ein Aufsatz 104 aufgesetzt ist. Der Innendurchmesser des Aufsatzes 104 ist folglich größer als der Außendurchmesser des Gründungspfahls 102. Der Aufsatz 104 weist mehrere Arretierungselemente 106 auf, welche in Ausnehmungen 108 des Gründungspfahls 102 eingreifen. Ferner weist die Offshore-Fundamentstruktur 100 ein Verstellmechanismus 112 auf, welcher mittels Schraubenmechanismen 114, Stellstangen 116 und Keilen 118 die Arretierungselemente 106 bewegen können. Die Arretierungselemente 106 sind schwenkbar an dem Aufsatz 104 angelenkt, so dass mittels des Verstellmechanismus 112 die Arretierungselemente 106 in ihrem Anstellwinkel variiert werden können. Somit kann der Grad des Eingreifens der Arretierungselemente 106 in die Ausnehmungen 108 eingestellt werden. Die Anlenkung der Arretierungselemente 106 erfolgt über einen an der Innenwand des Aufsatzes 104 angeordneten Aufnahmering 110. Durch eine Betätigung eines Schraubenmechanismus 114 des Verstellmechanismus 112 wird eine Stellstange 116 derart ausgelenkt, dass diese einen Keil 118 bewegt. Durch die Bewegung des Keils 118 kann der Anstellwinkel eines Arretierungselements 106 variiert werden.
Bezugszeichenliste

1: Befestigungseinrichtung
2: Gründungspfahl
4: Einsatz
5: Mitteldorn
6: Verspannelement
7: kegelförmiger Abschluss
8: Antrieb
10: Stempel
12: Sicherungselement
14: Aufweitung
16: Anschlag
18: Zwischenraum zwischen Gründungspfahl (2) und Einsatz (4)
100: Offshore-Fundamentstruktur
102: Gründungspfahl
104: Aufsatz
106: Arretierungselemente
108: Ausnehmungen
110: Aufnahmering
112: Verstellmechanismus
114: Schraubmechanismen
116: Stellstangen
118: Keile

Claims

Befestigungseinrichtung (1) zum Befestigen einer Offshore-Fundamentstruktur an einem Gewässergrund mit mindestens einem Gründungspfahl (2), welcher in den Gewässergrund eintreibbar ist und mindestens einem Einsatz (4), welcher in den Gründungspfahl (2) eingesetzt und mit der Offshore-Fundamentstruktur verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Gründungspfahl (2) und dem Einsatz (4) mindestens ein Verspannelement (6) angeordnet ist, welches den Gründungspfahl (2) mit dem Einsatz (4) verspannt.
Befestigungseinrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verspannelement (6) zumindest teilweise verformbar und elastisch, insbesondere als Blattfeder, ausgebildet ist.
Befestigungseinrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch mehrere, insbesondere zwei, drei, vier, fünf oder sechs Verspannelemente (6), welche vorzugsweise gleichmäßig voneinander beabstandet angeordnet sind.
Befestigungseinrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Verspannelement (6) an dem Gründungspfahl (2) oder dem Einsatz (4) befestigt ist.
Befestigungseinrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verspannelemente (6) mittels eines Antriebs (8) verfahrbar sind.
Befestigungseinrichtung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die verfahrbaren Verspannelemente (6) als Keile ausgebildet sind und/oder der von den Außenkanten der verfahrbaren Verspannelemente (6) eingenommene Durchmesser durch das Verfahren der Verspannelemente (6) variierbar, insbesondere vergrößerbar ist.
Befestigungseinrichtung (1) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (8) einen hydraulisch oder pneumatisch betätigbaren Stempel (10), ein Hebelsystem oder einen manuellen oder motorgetriebenen Spindelantrieb umfasst.
Befestigungseinrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Gründungspfahl (2) und dem Einsatz (4) ein Sicherungselement (12) angeordnet ist, welches einen Abschnitt des Gründungspfahls (2), durch welchen der Einsatz (4) verläuft, zumindest abschnittsweise verengt.
Befestigungseinrichtung (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherungselement (12) als Rohrsegment ausgebildet und mit dem Gründungspfahl (2) verpresst und/oder verschweißt ist.
Befestigungseinrichtung (1) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherungselement (12) mit dem Verspannelement (6) zusammenwirkt, sodass eine Relativbewegung zwischen Gründungspfahl (2) und Einsatz (4) zumindest in ein eine erste Richtung gehemmt wird.
Befestigungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz (4) eine Aufweitung (14) aufweist, welche mit dem Verspannelement (6) zusammenwirkt, sodass eine Relativbewegung zwischen Gründungspfahl (2) und Einsatz (4) zumindest in ein eine erste Richtung gehemmt wird.
Befestigungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz (4) einen Anschlag (16) aufweist, welcher auf dem Gründungspfahl (2) aufsetzt und eine Relativbewegung zwischen Gründungspfahl (2) und Einsatz (4) in eine zweite Richtung verhindert.
Befestigungseinrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz (4) ein zumindest teilweise konisch ausgebildetes Ende aufweist.
Befestigungseinrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Gründungspfahl (2) und Einsatz (4) Grouting-Material angeordnet ist.
Einsatz (4) für die Verwendung in einer Befestigungseinrichtung (1) zum Befestigen einer Offshore-Fundamentstruktur an einem Gewässergrund, insbesondere für die Verwendung in einer Befestigungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei der Einsatz (4) in den Gründungspfahl (2) einsetzbar und mit der Offshore-Fundamentstruktur verbindbar ist, gekennzeichnet durch mindestens ein Verspannelement (6), durch welches der Einsatz (4) mit dem Gründungspfahl (2) verspannbar ist.
Offshore-Fundamentstruktur (100), insbesondere Monopile-Fundamentstruktur, mit einem Gründungspfahl (102), welcher in einen Gewässergrund eintreibbar ist, und einem Aufsatz (104), welcher auf den Gründungspfahl (102) aufgesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Gründungspfahl (102) und dem Aufsatz (104) mehrere Arretierungselemente (106) angeordnet sind, welche den Aufsatz (104) tragfähig an dem Gründungspfahl (102) arretieren.
Offshore-Fundamentstruktur (100) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Gründungspfahl (102) mehrere Ausnehmungen (108) aufweist, in welche die Arretierungselemente (106) eingreifen.
Offshore-Fundamentstruktur (100) nach einem der Ansprüche 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Arretierungselemente (106) schwenkbar an dem Aufsatz (104) angelenkt sind.
Offshore-Fundamentstruktur (100) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufsatz (104) einen an seiner Innenfläche angeordneten Aufnahmering (110) aufweist, an welchem die Arretierungselemente (106) schwenkbar angelenkt sind.
Offshore-Fundamentstruktur (100) nach einem der Ansprüche 18 oder 19, gekennzeichnet durch einen Verstellmechanismus (112) zum Verschwenken der Arretierungselemente (106).
Offshore-Fundamentstruktur (100) nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstellmechanismus (112) mehrere Schraubmechanismen (114) und mehrere mit den Schraubmechanismen (114) gekoppelte Stellstangen (116) aufweist.
Offshore-Fundamentstruktur (100) nach einem der Ansprüche 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstellmechanismus (112) mehrere Keile (118) aufweist, mittels derer die Arretierungselemente (106) in die Ausnehmungen (108) druckbar oder aus den Ausnehmungen (108) ziehbar sind.
Offshore-Fundamentstruktur (100) nach einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die relative Neigung zwischen Aufsatz (104) und Gründungspfahl (2) mittels Verschwenken der einzelner Arretierungselemente (106) variierbar ist.
Offshore-Fundamentstruktur (100) nach einem der Ansprüche 20 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstellmechanismus (112) einen hydraulischen, pneumatischen und/oder motorisierten Antrieb umfasst.