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Die Erfindung betrifft einen Satz Beschläge und ein Fixierungssystem, welches einen solchen Satz Beschläge zur Benutzung beim Transport von rohrförmigen Segmenten wie Turmsegmenten von Windkraftanlagen und ähnlich großen und schweren Elementen mit Verbindungsflanschen wie Rotorblättern oder Naben für Windkraftanlagen umfasst.
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Die Turmsegmente der Windkraftanlagen haben einen äußeren Durchmesser in einer Größenordnung von 3–6 m, eine Länge von ca. 10–40 m und ein Gewicht von ca. 5–100 Tonnen. Die Rotorblätter sind in der Regel noch länger. Es handelt sich hier um schwer handhabbare Elemente, die empfindlich auf Druck und Schlag reagieren und damit besondere Anforderungen an den Transport stellen. Man versucht, den Transport von Elementen dieser Größenordnung auf normalen Straßen zu reduzieren und Abschnitte des Transportes von der Produktionsstätte zur Montagestelle beispielsweise auf Schiff- oder Schienentransport umzulegen, obwohl diese Umlagerung weitere Hantierung erfordert. Während des Umladens kann es notwendig sein, die Elemente zwischenzulagern und hierbei aus Platzgründen zu stapeln. Das Stapeln wäre auch vorteilhaft beim Schiffstransport, speziell von Turmsegmenten.
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WO2007093854 und
WO2010012280 sind bekannte Systeme zur Hantierung von Turmsegmenten, die eine Stapelung ermöglichen. In beiden Systemen wird das Turmsegment in einer wiegenförmigen Fixierungseinrichtung angebracht, welche an den Verbindungsflanschen des Elementes befestigt wird und eine gerade Auflagefläche gegen die Unterlage hat. Wenn an beiden Seiten Fixierungseinrichtungen montiert sind, können diese als Füße dienen, und damit kann ein Rollen des Turmsegmentes oder ein Berühren der Unterlage bei Lagerung auf ebener Fläche verhindert werden. Wenn ein weiteres Segment auf das erste angebracht werden soll, werden Rahmen an den Fixierungseinrichtungen montiert, und der obere Teil der Rahmen wird mit den Fixierungseinrichtungen des weiteren Segments verbunden, womit der Rahmen zugleich als Abstandhalter dient. Da Turmsegmente meistens leicht konisch sind und damit die Öffnung der einen Seite größer ist als die Öffnung der anderen, werden sie normalerweise entgegengesetzt gestapelt. Die Fixierungseinrichtungen erlauben die Anwendung unterschiedlicher Durchmesser.
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Diese Systeme funktionieren gut bei der Lagerung von Elementen, sind aber relativ komplex und können nur sehr begrenzt zur Handhabung von Elementen bei beispielsweise Umladung eingesetzt werden.
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Ziel dieser Erfindung ist es, ein verbessertes System zur Handhabung von Turmsegmenten von Windkraftanlagen und Ähnlichem zur Verfügung zu stellen. Diese Erfindung umfasst ein System, welches sowohl beim Heben und zur Lagerung an der Produktionsstätte, sowie zum Transport mit Lastkraftwagen auf Straße oder mit dem Zug auf der Schiene, zum stapelbaren Transport auf Schiffen als auch zur Lagerung, zum Heben und Drehen am Montageplatz eingesetzt werden kann. Ein weiterer Zweck dieses Produktes ist die Handhabung vieler verschiedener Turmgrößen, da die meisten Türme von Windkraftanlagen und andere Komponenten Sonderanfertigungen sind und damit keine Standardgrößen haben.
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Dieses kann mit einem Satz Beschläge zur Montage am Verbindungsflansch des rohrförmigen Segmentes wie eines Turmsegmentes, bestehend aus einem Adapterbeschlag und einer Vorrichtung zur Befestigung von Zurrmitteln, erreicht werden,
wobei jeder Beschlag mit mindestens zwei Löchern entsprechend den Löchern des Verbindungsflansches des rohrförmigen Segmentes versehen ist, so dass die Beschläge mittels Schrauben oder ähnlichen Verbindungssystemen am Verbindungsflansch montiert werden können, und so eingerichtet sind, dass sie im montierten Zustand über die äußere Oberfläche im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse des rohrförmigen Segmentes hinausragen,
wobei die Adapterbeschläge eine solche Ausformung haben, dass sie im montierten Zustand im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse des rohrförmigen Segmentes sind, und eine im wesentlichen gerade Stützfläche an dem Teil haben, das über die Außenfläche des rohrförmigen Segmentes im montierten Zustand hinausragt, wobei die Stützfläche sich von der Längsachse des Turmsegmentes abwendet; und
wobei jede der Vorrichtungen zur Befestigung von Zurrmitteln eine Öffnung in dem Bereich hat, der über die Außenfläche des rohrförmigen Segmentes im montierten Zustand hinausragt, welche der Verbindung mit Hebeeinrichtungen und Zurrmitteln dient.
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Die Adapterbeschläge bilden eine gerade Stützfläche, so dass das rohrförmige Segment, nachfolgend Turmsegment genannt, auf einer ebenen Unterlage ohne zu rollen liegen kann und zugleich ein Abstand zur Unterlage gehalten wird, was das Risiko für Korrosion und Lackschäden reduziert. Gleichzeitig ermöglichen die Vorrichtungen zur Befestigung der Zurrmittel das Heben und Drehen des Turmsegmentes, ohne unter dieses zu greifen oder die Adapterbeschläge benutzen zu müssen. Diese Aufteilung der Funktionalität erlaubt eine sehr einfache Ausformung der einzelnen Beschläge, welche deshalb sehr preiswert hergestellt werden können. Des Weiteren können die Beschläge am Turmsegment von der Herstellung bis zur Montage am Bestimmungsort befestigt bleiben und leicht zur Wiederverwendung zurücktransportiert werden.
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Beide Arten von Beschlägen werden direkt auf dem existierenden Flansch des Turmsegmentes montiert, was keine weitere Anpassung für die Benutzung dieser Erfindung erfordert.
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Zur Erfüllung des Zweckes dieser Erfindung wird ein Fixierungssystem benötigt, welches sich aus diesem Satz Beschläge und einem Stativ, bestehend aus separaten Balkenelementen und Säulenelementen, die einen Abstand zwischen Turmsegment und Unterlage gewährleisten, zusammensetzt. Hierzu müssen mindestens zwei Säulenelemente mit jeweils mindestens zwei Eingriffelementen versehen sein, welche in mehrere Positionen gebracht werden können und so eingerichtet sind, dass sie um einen Adapterbeschlag greifen können.
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Der Gebrauch von zwei Eingriffelementen, welche verschiedene Positionen an jeder Säule einnehmen können, bedeutet, dass das Stativ für Turmsegmente verschiedener Größen angewendet werden kann, solange der Durchmesser des Segmentes kleiner als die Länge der Säule ist. Dieses kombiniert mit dem Gebrauch separater Balken und Säulen ermöglicht, dass das Stativ sehr universell anwendbar ist, leicht demontiert und in Standardcontainern nach Gebrauch returniert werden kann. In der Regel sind eine Art Balken, eine Art Säulen, eine Art Eingriffelemente und eine Art Vorrichtung zur Befestigung der Zurrmittel ausreichend, welche bei allen Turmsegmenten unabhängig von deren Größe angewendet werden können. Nur die Adapterbeschläge müssen abhängig vom jeweiligen Durchmesser gewählt werden. Dieses bedeutet einen hohen Grad von Standardisierung und Modularität, was preiswert in Herstellung und Gebrauch und leicht in der Anwendung ist.
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Die zwei Eingriffelemente an jeder Säule ermöglichen die Einspannung des Turmsegmentes mit zwei Adapterelementen zwischen den Eingriffelementen, was nicht nur einen guten Halt gibt, sondern auch das Turmsegment selbst trägt zu Festigkeit und Stabilität bei. Dieses bewirkt, dass die Säulen und Balken oft mit verhältnismäßig kleinen Dimensionen ausgelegt werden können, was zur Reduzierung der gesamten Materialmasse beim Transport der Turmsegmente sowie beim Rücktransport der Komponenten des Fixierungssystems beiträgt.
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Weitere Vorzüge, die den Zweck dieser Erfindung erfüllen, sind in den jeweiligen Ansprüchen unter Hinweis auf die entsprechenden Zeichnungen beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass dieses hier für die Handhabung und den Transport von Turmsegmenten von Windkraftanlagen beschriebene Produkt auch auf ähnliche Elemente, hergestellt zu anderen Zwecken, wie als Rohr geformte Segmente für andere Zwecke oder Rotorblätter, angewendet werden kann.
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Im Folgenden wird die Erfindung durch eine Reihe von Beispielen näher beschrieben, die in den schematischen Zeichnungen dargestellt sind:
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1 stellt die perspektivische Wiedergabe einer Ausführungsform der Erfindung mit einem an einer Seite am Turmsegment befestigten Satz Beschläge dar.
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2 zeigt das Ende des Turmsegmentes von 1 von der Seite gesehen.
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3 zeigt das Ende des Turmsegmentes von 1 vom Ende gesehen.
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4 zeigt einen Adapterbeschlag vom Ende gesehen.
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5 zeigt eine Vorrichtung zur Befestigung von Zurrmitteln vom Ende gesehen.
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6 zeigt die Vorrichtung zur Befestigung von Zurrmitteln von 5 von oben gesehen.
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7 zeigt, wie ein Turmsegment, versehen mit einem Satz Beschläge gemäß Erfindung, zu einem Transport mit einem Lastkraftwagen gegriffen wird, von der Seite gesehen.
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8 zeigt eine Abbildung entsprechend der 1, wobei das mit einem Satz Beschläge versehene Turmsegment jedoch in einem Stativ gehalten wird, so dass Beschläge und Stativ zusammen eine Fixierungseinrichtung ergeben.
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9 zeigt einen Balken, der für die Verwendung in einem Stativ angepasst ist, wie in 8.
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10 zeigt eine Säule, die für die Verwendung in einem Stativ angepasst ist, wie in 8.
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11 zeigt die Säule gemäß 10 im Schnitt gesehen.
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12 zeigt ein Detail XII der Säule gemäß 10.
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13 zeigt ein Verbindungssystem zur Montage eines Verschlusselementes an der Säule gemäß 10.
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14 zeigt einen Splint für das Verbindungssystem gemäß 13
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15 zeigt ein Verschlusselement zur Fixierung eines Adapterbeschlages wie in 4 an eine Säule wie in 10
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16 und 17 zeigen ein Verschlusselement gemäß 15 aus verschiedenen Winkeln gesehen.
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18 zeigt ein Turmsegment, das mit zwei Adapterbeschlägen versehen ist, welche jeweils an einer Säule mit einem Verschlusselement befestigt sind wie in 15–17.
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19 zeigt das Greifen des Verschlusselementes um die Kante des Adapterbeschlages in perspektivischer Abbildung.
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20 zeigt die Enden zweier Turmsegmente, die mit erfindungsgemäßen Fixierungseinrichtungen montiert und aufeinander gestapelt sind, von der Seite gesehen.
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21 entspricht 20 vom Ende gesehen.
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22 und 23 zeigen, wie ein mit an beiden Enden mit Fixierungseinrichtungen montiertes Turmsegment mittels Verzurrung stabilisiert werden kann und
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24 und 25 entsprechen 22 und 23, doch mit zwei aufeinander gestapelten Turmsegmenten.
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Das Ende des Turmsegmentes 1 einer Windkraftanlage, an der ein Satz Beschläge gemäß der Erfindung montiert ist, wird in 1 gezeigt. Sie ist so zu verstehen, dass ein entsprechender Satz Beschläge auch am entgegengesetzten Ende des Turmsegmentes montiert ist, welches aus Gründen der Übersichtlichkeit weggelassen wurde. Wie bei Türmen von Windkraftanlagen üblich hat auch dieses Segment einen inneren Flansch 2, der rundum mit Löchern versehen ist als Verbindungsstelle mit dem nächsten Segment mittels Bolzen unter der Endmontage. Vorerst werden diese Löcher, die mit 21 angedeutet sind, zur Befestigung der Beschläge 3 und 4 benutzt.
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Wie in 2 und 3 sichtbar, besteht ein Satz Beschläge aus zwei Vorrichtungen zur Befestigung von Zurrmitteln 3 und zwei Adapterbeschlägen 4. Die Vorrichtungen zur Befestigung von Zurrmitteln sind einander gegenüber an den Seiten des Turmes montiert, während die Adapterbeschläge jeweils an der Ober- und Unterseite montiert sind. Das Turmsegment 1 ruht hier auf der Stützfläche 44 des unteren Adapterbeschlages, während die Vorrichtungen zur Befestigung von Zurrmitteln frei sind und somit zum Einhaken von Hebezeugen verwendet werden können. Diese können auch zum Drehen des Turmsegmentes oder zur Fixierung durch Zurrmittel 10 (8) verwendet werden, was noch näher beschrieben wird.
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Die Details eines Adapterbeschlages 4 zeigt 4. Die obere Seite des Beschlages ist entsprechend der inneren Krümmung des Turmsegmentes 1 gekrümmt und mit einer Reihe Löchern 41 versehen, die den gleichen Abstand wie die Löcher 21 des Verbindungsflansches 2 haben. Dieses macht die Anpassung des Beschlages an jeden Typ Turm notwendig, doch da der Beschlag aus herkömmlichen Stahlplatten produziert werden kann, sind die damit verbundenen Kosten überschaubar. Die Stützfläche 44 des Beschlages ist mit zwei Paar Kerben 42 zum Fassen der Eingriffelemente, welche später beschrieben werden, und zwei Öffnungen 43 versehen, die unter anderem zum Einhaken verwendet werden können.
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Eine Vorrichtung zur Befestigung von Zurrmitteln 3 wird in 5 und 6 gezeigt. Auch diese Vorrichtung ist mit Löchern 31 zur Befestigung am Verbindungsflansch 2 versehen, doch sind diese als Langlöcher für eine maximale Einsatzbreite ausgeformt. An der gegenüberliegenden Seite befindet sich ein Loch 32 zur Befestigung des Turmsegmentes 1 an Hebe- oder Fixierungsvorrichtungen, wie schon genannt, wobei ein D-Ring oder Ähnliches als Zwischenglied bevorzugt angewendet wird. Darüber hinaus ist der Beschlag mit einer Rippe 33 zur Verstärkung versehen, die Festigkeit und Steifigkeit verschafft.
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Die montierten Adapterbeschläge 4 in 7 werden zum Beispiel bei der Verladung des Turmsegmentes auf einen Lastkraftwagen verwendet. Die Hebevorrichtung 12 des Lastkraftwagens kann den unteren Adapterbeschlag umgreifen, während der obere als Stützfläche angewendet werden kann.
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Der bevorzugte Zweck des Satzes Beschläge ist jedoch die Fixierung eines Turmsegmentes 1 in einem aus Balken 5 und Säulen 6 bestehenden Stativ, wie in 8 als Prinzip dargestellt. Diese Illustration stellt ein Stativ bestehend aus nur einem Balken und zwei Säulen dar, doch wird in der Praxis oftmals auch ein zweiter Balken montiert, der Festigkeit und Stabilität gibt.
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Als Beispiel wird in 9 ein Balken 5 gezeigt. Dieser Balken ist ein I-Profil, bestehend aus einem Korpus 50 und einem oberen 51 und unteren 52 Flansch. Mittig zentriert befinden sich in einem Abstand von ca. 2 m zwei Verbindungselemente 53 für die Säulen. An dieser Stelle ist der Balken mit jeweils 2 Rippen 54 zu den Verbindungselementen verstärkt. An den Enden des Balkens sind Ringe 11 zur Handhabung des Balkens befestigt.
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Die Verbindungselemente 53 können normale Eckbeschläge wie an Containern sein, an denen die Säulen mit Twist-Locks befestigt werden, doch können auch andere Arten Verbindungselemente mit ausreichender Festigkeit und Steifigkeit angewendet werden. Unter Berücksichtigung der Flexibilität des Systems ist es wichtig, eine Verbindung zu wählen, die leicht hergestellt und gelöst werden kann.
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10 und 11 zeigen das Beispiel einer Säule, die typischer Weise ca. 5 m lang ist. Auch diese ist ein geschweißtes Profil mit 2 Seiten 60, oberem 61 und unterem 22 Flansch. An den Enden befinden sich jeweils Verbindungselemente 63 zur Befestigung an den Balken und eine Serie Löcher 64 zur Befestigung der Eingriffelemente 7, wie in 15 dargestellt. Bei einer 5 m langen Säule befinden sich die Löcher in den äußeren 1400–1600 mm vom Ende der Säule gemessen. Es ist selbstverständlich möglich, die Säule mit weiteren Löchern zu versehen, eventuell über die gesamte Länge der Säule verteilt. Der Abstand der Löcher sollte 200 mm betragen.
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Die angegebenen Längen sind Standardlängen, die für den größten Teil der existierenden Dimensionen von Turmsegmenten anwendbar sind, doch ist es möglich, mit zwei oder mehreren Standardlängen von Säulen und Balken zu arbeiten.
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Die Befestigung der Eingriffelemente oder Ähnlichem an den Säulen kann mittels Bolzen 8 erfolgen, wie in 13 dargestellt, der mit einem durch das Loch im Bolzen geführten Splint 9, 14, gesichert wird. Alternativ können Schraubverbindungen verwendet werden, und bei beiden Möglichkeiten können Unterlegscheiben zwischen Verbindungssystem und Säule / Balken gelegt werden. Entsprechend können auch Unterlegscheiben bei den Schraubverbindungen von Verbindungsflansch 2 und Beschlägen 3, 4 verwendet werden.
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15–17 zeigen ein hakenförmiges Eingriffelement 7, welches so ausgeformt ist, dass es an der Säule montiert werden kann, wie in 18 gezeigt. Wenn Bolzen, Schrauben oder ähnliche Verbindungssysteme durch beide Löcher des Eingriffelementes 72, 73 und die entsprechenden Löcher der Säule geführt sind, ist das Eingriffelement an der Säule befestigt und der Haken 71 dient zugleich als Halterung des Adapterbeschlages 4, wie in 18 dargestellt.
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Das Eingriffelement besteht aus zwei Plattenteilen 70, deren Abstand zueinander entsprechend den Kerben 42 im Adapterbeschlag gewählt ist. So können die Platten des Eingriffelementes in die Kerben greifen, wie 19 zeigt und zur Fixierung des Turmsegmentes in waagerechter Richtung beitragen, d.h. rechtwinklig zur Längsachse der Säule.
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In 18 wird ein Turmsegment 1 von zwei Eingriffelementen 7 an jeder Säule 6 gehalten. Wie der Pfeil illustriert, wird der Umgriff dadurch erreicht, dass das Eingriffelement durch Drehen im Verbindungssystem des unteren Loches oder Langloches 72 über den oberen Adapterbeschlag gebracht wird. Danach wird ein weiteres Verbindungssystem durch das andere Loch 73 geführt und damit das Eingriffelement fixiert. Der herausragende Teil des Eingriffelementes kann zur Ausführung der Drehbewegung benutzt werden. Natürlich ist es auch möglich, das untere Eingriffelement auf die gleiche Weise zu befestigen, wenn es nicht möglich oder gewünscht wird, das Turmsegment zur Befestigung des unteren Adapterbeschlages im unteren Eingriffelement zu heben.
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Das Einspannen des Turmsegmentes mittels Eingriff um die Adapterbeschläge 4 durch die zwei Einspannelemente 7 bietet eine sehr stabile und verlässliche Fixierung mit einfachen Mitteln.
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Die Reihe Löcher 64 in den Säulen 6 ermöglichen, wie in 18 zu sehen, ein sehr einfaches Anpassen des Systems an die unterschiedlichen Durchmesser der Turmsegmente. Bei einem großen Durchmesser werden die äußeren Löcher verwendet und bei einem kleinen die Löcher zur Mitte der Säule. Dieses bedeutet auch, dass die Eingriffelemente an den Enden des konisch verlaufenden Turmsegmentes unterschiedlich angebracht werden. Normalerweise wird das Turmsegment mittig zu den Säulen platziert, doch ist dieses nicht notwendig.
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Das Turmsegment oder die Segmente können beim Hersteller im Stativ, bestehend aus Balken, Säulen und Eingriffelementen, angebracht werden, da das Stativ aus Standardkomponenten montiert wird, und darin festgespannt bis zur endgültigen Montagestelle verbleiben. Dort wird das Stativ in Einzelteile demontiert, die Beschläge vom Turmsegment entfernt und alle Teile zur weiteren Verwendung returniert. Da die Einzelteile zum großen Teil Standardteile sind, sind der Transport und die Wiederverwendung eine leichte und preiswerte Lösung.
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20 und 21 zeigen, wie mehrere Turmsegmente gestapelt werden können, indem mehrere Säulen 6 aufeinander montiert werden. Die Verbindung der Säulen geschieht bevorzugter Weise mit halbautomatischen Twist-Locks, wie sie von Schiffscontainern bekannt sind, doch können auch andere Verschlusssysteme verwendet werden. Auch kann ein Balken dazwischen gesetzt werden, welcher das Stativ in Querrichtung stabilisiert.
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22–25 zeigen die weitere Stabilisierung des Fixierungssystems durch Verzurrung 10 mittels Seilen, Kabel, Ketten und Ähnlichem, die zwischen Balken und Verzurrungsvorrichtungen gespannt werden. Zur Verzurrung werden D-Ringe, Haltebügel und Ähnliches bevorzugt.
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Die Modularität und die breiten Anwendungsmöglichkeiten der verschiedenen Komponenten sind, wie gesagt, ein wichtiger Vorteil der Erfindung. Unter Berücksichtigung dieser Tatsache ist ein Fachmann in der Lage, alternative Möglichkeiten der bezüglich Gestaltung einzelner Komponenten des Systems als auch der Art der Montage zu entwickeln.
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Das beschriebene System unter Hinweis auf die Zeichnungen ist für die Anwendung von Elementen ausgelegt, die eine Last von 100 t pro Ende, also 200 t Gesamtlast nicht überschreiten, doch ist die Grundidee wesentlich breiter anwendbar. Die Lastgrenze ist von Faktoren wie den verwendeten Dimensionen der Beschläge, den Materialien und der Befestigungsart abhängig.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2007093854 [0003]
- WO 2010012280 [0003]
