DE202017005092U1 - Auskolkungsschutz für Pfahlbauwerke in einem fluiden Medium - Google Patents

Auskolkungsschutz für Pfahlbauwerke in einem fluiden Medium Download PDF

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    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02DFOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D27/00Foundations as substructures
    • E02D27/32Foundations for special purposes
    • E02D27/52Submerged foundations, i.e. submerged in open water

Abstract

Auskolkungsschutz für Pfahlbauwerke in einem fluiden Medium, insbesondere für Monopile im Offshore-Bereich, gekennzeichnet durch eine den Monopile (1) umfassende tellerartigen Abdeckung, die aus Plattensegmenten (2) zusammengesetzt ist, und dass in der Abdeckung Strömungshindernisse in Form vertikal stehender Wirbelgeneratoren (7 und 8) um den Monopile (1) angeordnet sind und dass die vorgenannten einzelnen Elemente aus armierten Polymerbeton bestehen.

Description

  • Die Neuerung befasst sich mit dem Problem des Auskolkungsschutzes bei Pfahlbauwerken in einem fluiden Medium, insbesondere für Monopile im Offshore-Bereich.
  • Allgemein bilden sich bei Wasserbauten, beispielsweise bei umströmten Baukörpern zeitunabhängige Strudellöcher (auch als Fludialerosion bekannt). Diese können letztendlich zur Beschädigung bis hin zum Funktionsausfall der betreffenden Anlage/Bauwerkes führen.
  • Fakt ist, das jedes einem strömenden Medium ausgesetztes Bauobjekt, wie beispielsweise ein Monopile, im Abströmbereich einen Hufeisenwirbel aufweisen. Dieser Wirbel hat unmittelbaren Einfluss auf die Größen der Bodenschubspannung und damit auf den Sedimenttransport, der letztendlich eine Auskolkung verursacht.
  • Das Problem tritt unabhängig von der Wassertiefe auch bei Offshore-Anlagen, insbesondere Monopiles in Folge der Strömung, Gehzeiten, Wellenschlag als auch durch Bewuchs auf. Besonders stark sind diese Auskolkungen bei Pfahlbauten, insbesondere bei freistehenden Anlagen, u. a. bei Monopile für Windkraftanlagen zu beobachten. Lt. Germanischen Lloyd rechnet man mit einer möglichen Kolktiefe von 2,5D des Monopiledurchmessers.
  • Ein eigens in Auftrag gegebener Forschungsauftrag an die Universität Rostock belegt, dass es beispielsweise bei einer intensiven Hufeisenumströmung am Monopile mit einem Durchmesser von 6 Metern zu Auskolkungen bis zu 15 Meter Tiefe kommen kann. In einem solchen Fall würde die Standfestigkeit der Monopile erheblich gefährden /1/.
  • Durch Aufschüttung von schweren Kies und/oder den Einbau großer Gesteinsbrocken in Form von Steindämmen ist man bisher bemüht derartige Auskolkungen zu unterbinden, was sich aber als unzureichend und teuer herausgestellt hat.
  • Die aus /1/ zeigt ein Beispiel einer standartgemäßen Gesteinsaufschüttung um den Monopile und die den Kolkschutz mittels Geotextilen-Sandcontainern in geordneter strakender und ungeordneter Ablage. E. on als Betreiber von Offshore-Windanlagen legt beispielsweise vor der Aufstellung eines Monopile zwei Schichten Sandsäcke aus Geotextilen im Umkreis von 25 m Meter aus.
  • Bekannt ist, dass auf der Amrumbank West – hier wurden Ausspülungen von 4 bis 6 Meter festgestellt – noch obigen Muster 45000 Säcke aus Propylen-Vlies eingebaut wurden. Es wird berichtet, dass inzwischen 180 Tonnen Kunststoff in der Nordsee verbaut wurden. Ihre spätere Entsorgung ist dabei noch völlig offen /2/.
  • In Erkenntnis dieser Mangel wurde mit EP 2 386 691 A1 eine den Monopile bündig umschließenden Schutzeinrichtung vorgeschlagen, der aus einer elastischen Platten (Gummi) besteht, die in den Boden eingespult und an den Ränder durch in den Boden eingelassene Gewichte verankert ist. Damit soll erreicht werden, dass sich die Platte dem Verlauf der Bodenfläche anpasst und durch ihre elastischen Eigenschaften die Energie der Wellen und Wirbel aufnehmen kann. Über eine praktische Anwendung liegen aber bisher noch keine Erkenntnisse vor.
  • Wie groß das Problem des Kolkschutzes ist und welche Lösungen bisher vorgeschlagen wurden, belegen auch nachfolgend angeführten Druckschriften.
  • Mit DE 1634462 wird zum Schutz vor Auskolkung bei Stützen bzw. Stützgruppen in Bereichen geringer Wassertiefen vorgeschlagen, diese mit einer auf dem Meeresboden aufliegenden, großflächige Matte und einer auf dieser aufliegenden massiven Scheibe gesichert wird.
  • DE 2543322 sieht vor, dass zur Gründung eines Bauwerkes auf dem Meeresboden am Baukörper Druckkörper angebracht sind und dass auf diesen grobes und darüber feines Schüttgut aufgebracht wird. Ein Freispülen kann dabei nicht ausgeschlossen werden.
  • DE 2819299 sieht vor, dass ein in einer Strömung befindlicher profilierter Körper, insbesondere Brücken- und Trennpfeilern mit einer breiten, dem Pfeilerquerschnitt angepassten monolitischen Fundamentplatte umgeben wird, die im Flußbettboden bündig eingelassen ist und sich bis über den möglichen Kolkbereich erstreckt. Zur Strömungsdämpfung sind auf dieser Fundamentplatte pfeilernah vertikal strömungsbeeinflussende Elemente aufgestellt. Für Monopile ist eine solche Konstruktion ungeeignet.
  • DE 2927804 C2 betrifft eine auf oder im Gewässerboden angeordnete Säule, die zum Schutz des Bodens am untere Ende der Säule eine umgebende längsverschiebare starre Platte aufweist, und dass die Platte mit einer kragenförmigen Umkleidung verbunden ist, an der sich (schirmartig) flexible Streifen aus einer dichten Folie befinden.
  • DE 20 2005 004 739 U1 betrifft die Konstruktion eines Gründungspfahles der Art, dass im Einbauzustand des Pfahles auf Höhe der oberen Schicht des Untergrundes parallel und im wesentlichen radial zur Pfahlachse auswärts gerichtete Flügel am Pfahlkörper fest angebracht sind.
  • DE 10 2012 108 166 A1 nimmt Bezug auf ein Offshore-Fundament für einen Monopil einer Offshore-Energieanlage, insbesondere Wind- oder Wasserkraftenergieanlage, in dem das Fundament aus ungebundenen gebrochenen Steinen besteht, die kegelförmig oder kegelstumpfförmig aufgebracht und durch ihr Eigengewicht verdichtet sind.
  • DE 20 2013 012 108 U1 betrifft eine Tragstruktur für ein flächiges flexibles Material zum Kolkschutz eines Fundamentes eines Offshore-Bauwerkes, in dem die Tragstruktur aus einem am Fundament angeordneten Haltering mit radial sich erstreckenden Speichen besteht und diese an ihren Enden durch Ketten miteinander verbunden sind.
  • DE 10 2014 202 049 B3 betrifft eine Abdeckung für Offshore-Bauwerke mit wenigstens einem Entgasungselement unterhalb der Abdeckung.
  • Es ist festzustellen, dass im Offshore-Bereich bisher keine mineralitische Werkstoffe für den Kolkschutz zum Einsatz gekommen sind. Lediglich für die ersten Windkraftanlagen wurden für die Fundamente kegelförmige Betonblöcke eingesetzt (Windpark Vindeby, DK).
  • Unabhängig davon ist bekannt, Beton für Wasserbauten, wie Flussbauwerke, Sohlebebefestigungen, losbecken, Geschiebeumleitungen (Stollen) u. ä. einzusetzen. In strömenden Wasser und durch mitgeführte Feststoffe (Geschiebe und Schwebestoffe) ist jedoch Beton großen Verschleiß (Abrasion) ausgesetzt, was ein schweizerisches Forschungsprojekt belegt /3/. Im Rahmen der Nachbehandlung von Abrasionsschäden wurde u. a. auch monolithisch Polymerbeton eingebaut (Pkt. 4.4.3, Seite 56). Dazu musste jedoch die Oberfläche des Reprofilierungsbeton durch Abflammen ständig trocken gehalten werden.
  • Die Neuerung steht vor der Aufgabe, einen Auskolkungsschutz für Pfahlbauwerke (Monopile) in einem fluiden Medium, insbesondere für Offshore-Betreiche zu entwickeln. In Erkenntnis aus /1/ soll ein Kolkschutzsystem geschaffen werden, mit dem der Hufeisenwirbel soweit beeinflusst wird, dass eine Kalkbildung unterbunden wird. Der Auskolkschutz soll im Aufbau einfach und im Offshore-Bereich leicht montierbar und letztendlich kostengünstig rückbaufähig sein. Die einzelnen Elemente sollen entsprechend der Verwendung in unterschiedlichen geometrischen Formen herstellbar, widerstandsfähig und langlebig sein und sich leicht transportieren und lagern lassen. Der zum Einsatz vorgesehene Werkstoff soll hochverschleißfest und eine geringe Abrasionsneigung besitzen. Er soll resistent gegen aggressive und mechanische Einflüsse, nämlich gegen Salzwasser und Sedimentgeschiebe und zugleich wasserdicht sein.
  • Ziel ist es, den bei Monopile besonders auftretenden Hufeisenwirbel, der unmittelbaren Einfluss auf die Größe der Bodenschubspannung und Intensität des Sedimenttransportes als Ursache für Auskolkungen hat, weitestgehend einzudämmen bzw. in seiner Intensität zu reduzieren und so abzulenken, dass eine Gefahr der Auskolkung ausgeschlossen werden kann.
  • Ausgehend von eigenen Erfahrungen im Umgang mit Polymerbeton (Mineralit) als Werkstoff im Anlagen- und Behälterbau, sowie auf der Grundlage von Laboruntersuchungen, hat zu dem Schluss geführt, die konstruktiv vorgesehenen Elemente für den Auskolkschutz aus den bisher im Offshore-Bereich nicht zum Einsatz gebrachten Polymerbeton herzustellen.
  • Werkstofftechnisch betrachtet ist Polymerbeton (bekannt auch als Mineralguss) ein hochgefüllter Kunststoff, der aus einer Verbindung von kalthärtenden Reaktionsharz (PMMA) auf Acrylbasis und maximal aus 94% Zuschlagstoffen mit rein mineralischen Charakter, wie Calcite, Kreiden, Quarzmehle und Quarzsande, Basalte oder rein synthetischen Charakter, wie Korunde, Carbide, Glasperlen, Polyenfasern, Stahl- und Kohlefasern besteht.
  • Dieser Werkstoff ist korrosionsbeständig, resistent gegen aggressive chemische und mechanischen Einflüsse, frostunempfindlich, Wasser undurchlässig und von hoher Festigkeit.
  • Polymerbeton verfügt über eine Druckfestigkeit >> 90 N/mm2 (DIN 1048), Biegefestigkeit >> 22 N/mm2 und Zugfestigkeit > 22 N/mm2. Die Abriebfestigkeit entspricht Härteklasse I (DIN 50321 n. Böhme) bei einer Reindichte von 2,45 g/cm3 (DIN 1048).
  • Unter Zugrundelegung vorstehender Kenntnisse wird ein Auskolkschutz vorgeschlagen, der aus einer tellerförmigen dünnwandigen Abdeckung aus Polymerbeton besteht, die flach auf dem Meeresboden aufliegend den Monopile umschließt und mit Strömungshindernisse in Form von vertikal stehenden Wirbelgeneratoren bestückt ist.
  • In Erkenntnis aus /1/ wird ein Durchmesser der Abdeckung ab Außenwand der Monopile des 3-fachen Monopile-Durchmesser (nachfolgend 3D bezeichnet) als optimal angesehen. Die Abdeckung setzt sich aus einer n-Anzahl tortenartiger Plattensegmente zusammen, die in Abhängigkeit des Durchmessers der Abdeckung in einzelne Plattenglieder unterteilt ist. Diese Gliederung ermöglicht eine rationellere Fertigung, einfachen Transport und Lagerung und vorallem eine leichte Montage. Außerdem sind diese Plattensegmente zu jeder Zeit rückbaufähig.
  • Zur Gewährleistung einer ausreichenden Festigkeit sind alle Plattensegmente mit einer GFK-Armierung oder einer korrosionsbeständigen Stahlarmierung ausgestattet. Die Dicke der Plattensegmente kann 4 bis 10 cm betragen. Im Ergebnis eigener Untersuchungen wird eine Plattendicke von ca. 6 cm als optimal angesehen.
  • Um eine sicher Lage der Abdeckung zu erreichen, ist weiterhin vorgesehen, dass die Plattensegmente am äußeren Ende in der Art einer Schürze bogenförmig nach unten gebogen oder flach abgewinkelt sind. Durch die Schürze dringt die Abdeckung durch ihre eigene Last glockenartig in den Grund ein und wird so in ihrer Lage sicher fixiert. Zugleich wird zwischen Meeresboden und Abdeckung ein stufenloser Übergang erreicht, der einen Hufeisenwirbel im Kantenbereich unterdrückt. Die Schürze verhindert auch eine Unterspülung der Abdeckung. In Bereichen geringer Strömung können die Plattensegmente ohne Schürze eingebaut werden, in dem die Ränder der Abdeckung flach in den Grund eingespült werden.
  • Um den Einschluss von Luft- oder Gasblasen zu verhindern und um einen Druckausgleich zwischen Unter- und Oberseite der Abdeckung zu erreichen, sind in den Plattensegmenten Entlüfungs- und Druckausgleichsbohrungen vorgesehen. Ihr Größe ist so gewählt, dass ein Ausspülen in Folge einer Ejektorwirkung nicht eintritt.
  • Ein weiteres erfindungsgemäßes Merkmal sieht vor, dass die Plattensegmente am Monopile vorzugsweise kragenartig noch oben gebogen sind und am Monopile schlüssig anliegen. Mit einer Bandage oder Ringanker mit Spannschloss werden sie fixiert.
  • Die vorgeschlagenen Plattenformen sind herstellungsseitig unproblematisch. Plattenelemente aus Polymerbeton sind in unterschiedlicher Form herstellbar bzw. können im abgebundener Zustand bei Temperaturen um 200 bis 220°C frei verformt werden.
  • Die als Strömungshindernisse vorgesehenen Wirbelgeneratoren sind auf wenigstens zwei Teilkreisen um den Monopile und zwischen den Teilkreisen untereinander versetzt angeordnet.
  • Die Aufstellung der Wirbelgeneratoren auf dem inneren Teilkreises erfolgt im Abstand von etwa 1D (Durchmesser des Monopile) vom Monopile. Dazu sind in den Plattensegmenten Öffnungen vorgesehen, die passgenau die Wirbelgeneratoren aufnehemen und im Grund fest eingelassen (eingespült) sind. Im Durchmesser sollten die Wirbelgeneratoren kleiner als 0,5D sein. Ihre funktionswirksame Höhe über Grund sollte um wenigsten 0,5D betragen. Die Wirbelgeneratoren können als Stele mit unterschiedlichen Querschnittsprofil ausgeführt sein. So beispielsweise in Kreuz-, Ypsilon-, V-, T- oder Dreieckform oder als Halbschale oder als Rund- oder Polygonsäule.
  • Die Anordnung und Einbau der Wirbelgeneratoren auf dem äußeren Teilkreise erfolgt vorzugsweise in einem Abstand von ca. 2D vom Monopile. Ihr Einbauhöhe über Grund sollte dem halben Durchmesser des Monopile entsprechen.
  • Mit der vorgeschlagenen Aufstellung der Wirbelgeneratoren wird eine wirksame Unterbrechung der Strömung und eine Reduzierung der Strömungsgeschwindigkeit ereicht. In Folge dessen wird der Sedimenttranssport verringert und die Gefahr einer Auskolkung weitgehend ausgeschlossen.
  • Verstärkt kann dieser Effekt werden, in dem die Oberfläche der Abdeckung strukturiert ist. Damit wird insbesondere die bodennahe Strömung über der Abdeckung reduziert.
  • Ein weiteres Merkmal der Neuerung sieht vor, dass die Stoßfugen zwischen den Plattensegmenten auf der Unterseite, so auch die nachfolgend erwähnten Einschnitte zur Verbindung der Plattenglieder untereinander von einer Abdeckleiste überdeckt werden. Diese Abdeckleiste ist wechselseitig an jedem Plattensegment angeordnet. Sie kann an der Platte abgegossen oder nachträglich angeklebt bzw. klebverschweißt sein. Am äußeren freien Rand der Abdeckleiste ist eine noch oben gerichtete Wulst angebracht, die jeweils in eine Nut des anzufügenden Plattensegmentes eingreift. Das verhindert ein Einspülen von Sediment und eine Abrasion, sowie ein Auseinandertriften der Plattensegmente. Zusätzlichen können an beiden Rändern der Abdeckleiste seitlichen unten gerichtete Rippen versehen sein, die sich beim Absetzen der Abdeckung in den Untergrund eingraben und damit neben der o. g. Schürze zusätzlich ein Verschieben der Plattensegmente entgegenwirken.
  • Ausgehend von der Plattentiefe von maximal 3D sind die Plattensegmente zur leichteren Herstellung, Transport, Lagerung und Montage in einzelne Plattenglieder unterteilt. Ihre Verbindung erfolgt entweder durch eine Scharnierverbindung oder durch eine Verschnürung unter Verwendung seewasserfester Geotextilschüre. Ebenso kann eine Kopplung mittels Doppelkeder, Doppellochlaschen mit Steckbolzen oder einzelnen Spannschlössern erfolgen. Sind Doppelkeder vorgesehen, so sind stirnseitig in der Trennebene Kederschienen eingegossen. Für Doppellochlaschen sind entsprechend der Anzahl der Verbindungsstellen in dem Plattensegment Einschnitte mit Steckbolzen vorgesehen.
  • Der vorgeschlagene Auskolkschutz ist in seinen Aufbau einfach und ermöglicht eine leichte Montage im Offshore-Bereich ohne das Grundstrukturen des Meeresboden zu zerstört. Die eingesetzten Elemente aus Polymerbeton sind seewasserfest und haben eine große funktionelle Standfestigkeit. Sie lassen sich auf Vorrat kostengünstig fertigen und sind im Reparaturfall jederzeit austauschbar. Gleichermaßen können sie problemlos und vollständig zurückgebaut werden.
  • Ein positiver Effekt ergibt sich auch dadurch, dass die Plattensegmente mit ihren einzelnen Plattengliedern ein relativ niedriges Gewicht von unter 150 kg pro Quadratmeter haben. Dadurch ist eine rationelle Herstellung möglich und sie lassen sich einfacher transportieren und zwischenzulagern. Unter Zuhilfenahme von Auftriebs-Luftkissen ergibt sich zugleich die Möglichkeit der kompletten Montage der Abdeckung an der Wasseroberfläche vorzunehmen und nachfolgend die montierte Abdeckung gleichmäßig auf den Meeresboden abzusenken. Damit verringert sich die schwere Unterwasserarbeit für die Taucher. Insgesamt ergibt sich mit dem Einbau des vorgeschalgenen Auskolkschutz bezüglich Herstellung, Montage und Wartung ein erheblicher Kostenvorteile.
  • Nachfolgen wird die Neuerung in einzelnen Prinzipdarstellungen nochmals verdeutlicht.
  • Es zeigen:
  • 1: einen Monopile mit einfacher Abdeckung im Querschnittsprofil
  • 2: die Draufsicht auf die Abdeckung nach 1
  • 3a: eine Abdeckleiste gemäß Schnitt A-B in 2
  • 3b: eine Abdeckleiste mit seitlichen Rippen
  • 4: eine Abdeckung mit stark abgerundeten Übergang zum Monopile im Schnitt
  • 5: einen Monopile mit Abdeckung analog 1 mit Wirbelgeneratoren
  • 5.1: eine stilisierte Draufsicht von 5 mit Wirbelgeneratorenanordnung
  • 6: ein Plattensegment zusammengesetzten aus drei Plattengliedern
  • 6a: die Einzelheiten I-III aus 6
  • Der Kolkschutz nach 1 besteht in seiner Grundform aus einer kreisrunden oder polygonen Abdeckung, die, wie in 2 skizziert, aus tortenähnlichen Plattenelementen 2 zusammengesetzt ist und aus Plymerbeton mit den o. g. Eigenschaften bestehen. Sie umfassen den Monopile 1 allseitig. Der Radius der Abdeckung beträgt maximal das dreifeinhalbache des Durchmessers des Monopile 1. Der unter der Abdeckung verbliebene Freiraum ist mit Spülgut 16 aufgefüllt.
  • Ausgehend von eigenen Erfahrungen in der Anwendung von Polymerbetonbauteilen wird eine Dicke der Plattensegmente 2 für den vorgesehenen Zweck von 6 cm als optimal angesehen. Grundsätzlich sind dabei die Plattensegmente 2 mit einer GFK- oder einer korressionsfreien Stahlarmierung verstärkt. Das schließt nicht aus, dass die Dicke der Plattensegmente 2 in Abhängigkeit der Größe des Monopile 1 und der zu realisierenden Größe der Abdeckung zwischen 4 und 10 cm variierbar ist.
  • Strömungstechnisch ist der Plattenrand in den Grund in der Art einer Schürze 13 eingelassen. Eine mögliche Neigung der Abdeckung sollte zur Vermeidung von Kantenwirbeln und der Gefahr einer Hufeisenströmung 9° nicht überschreiten. Die Schürze 13 kann, wie aus 6 zu entnehmen ist, als bogenformig abgerundet Schürze 13a oder als abgewinkelte Schürze 13b ausgebildet sein. Damit kann die Abdeckung unter ihrer Last glockenartig in den Sedimentboden eindringen und verhindert ihre Verschiebung oder Unterspülung.
  • Weiterhin ist vorgesehen, dass in den einzelnen Plattensegmenten 2 (2.1 und 2.2) Entlüftungsbohrungen 6 zur Entlüftung und zum Druckausgleich vorgesehen sind. Ihr Durchmesser ist so begrenzt, dass keine Ejekterwirkung auftritt, die eine Auskolkung zur Folge haben könnte.
  • Ein weiteres Merkmal besteht darin, dass wechselseitig an der Unterseite der Plattensegmente 2 an den Plattenrändern (hier 2a) Abdeckleiste 3 angegossen oder angeklebt (Klebverbindung 3a) sind. Sie überdecken den betreffenden Plattenspalt der aneinanderstoßenden Plattensegmente 2. Zugleich ist am Rand der Abdeckleiste 3 eine nach oben gerichtete Profilnase 4 vorgesehen, die ihrerseits in eine Nut im benachbarten Plattensegment 2b eingreift. Durch diese Verklammerung werden alle Plattensegmente 2 untereinander fixiert und gesichert. 3 zeigt das Querschnittsprofil der Abdeckleiste 3 wie er im Schnitt A-B von 2 markiert ist.
  • Wie in der Abbildung 3b dargestellt, ist beispielsweise die Abdeckleiste 3 an beiden Seiten mit abgespreizten Rippen 5 bestückt. Damit wird neben der Schürze 13 eine zusätzliche Verankerung der Abdeckung im Sediment erreicht.
  • 4 zeigt eine Abdeckung, die kragenartig an der Wand des Monopile 1 anliegt. Dazu sind die betreffenden Plattensegmente 2 bogenförmig (stark Überhöht) aufgebogen. Insgesamt wird damit der Strömungsverlauf begünstigt und einer Auskolkung am Fuß des Monopile 1 entgegenwirkt. Gesichert werden die anliegenden Plattensegmente 2 durch eine Ringbandage bzw. Ringanker 15 mit entsprechenden Spannschloss.
  • In 5 ist die Anordnung der vorgesehenen Strömungshindernisse in Form von Wirbelgeneratoren 7, 8 ausgeführt. Diese Wirbelgeneratoren splitten die Strömung auf, so dass die auf den Monopile 1 einwirkende Strömungsenergie und der Sedimenttransport entscheident reduziert wird.
  • Versuche im Strömungskanal belegen, dass durch diese Wirbelgeneratoren 7 und 8 die Hufeisenströmung auf die Abdeckung verlagert wird, so dass eine Kolkbildung nicht erfolgen kann.
  • Die Wirbelgeneratoren 7, 8 sind vorzugsweise auf zwei Teilkreise um den Monopile 1 angeordnet. Auf dem inneren Teilkreis T2 sind die Wirbelgeneratoren 7 im Abstand von etwa 1D vom Monopile 1 in den Plattensegment 2 formgeometrisch eingesetzt und fest im Grund verankert (eingespült). Die Wirbelgeneratoren 8 auf den äußeren Teilkreis T1 sind mit einem Abstand von ca. 2D vom Monopile 1 und, wie in 5.1 gezeigt, zu den Wirbelgeneratoren 7 versetzt in den Plattenelement 2 eingesetzt und im Grund eingelassen. Die wirksame Höhe der Wirbelgeneratoren 7 und 8 über Grund sollte 0,5D betragen ab nicht 1D überschreiten.
  • Im Querschnitt können die Wirbelgeneratoren 7 und 8 unterschiedlich ausgeführt sein. So beispielsweise mit einem Profilquerschnitt in Kreuz-, Ypsilon-, V-, T- oder Dreieckform oder als Halbschale oder als Rund- oder Polygonsäule.
  • Ausgehend von der Länge der Plattensegmente 2 von maximal 3D sind diese in wenigstens drei einzelne Plattenglieder 2', 2.1 und 2.2 unterteilt. In 6 ist eine solches Plattensegment 2 dargestellt. Die Verbindung der Plattenglieder kann, wie die Beispiele mit Einzelheit I bis III zeigen, aus einem flexiblen Spannschloss 11 und Plattenglieder 2' und 2.1 über die eingegossenen Bolzen 10 miteinander verspannt. Bei der Einzelheit II erfolgt die Verbindung durch ein Doppelkeder 12. Zu ihrer Aufnahme sind entsprechende halboffene Hülsen (hier nich abgebildet) in die Stirnseite der Stoßfuge der Plattenglieder eingegossen. Eine weitere Kopplung der Plattenglieder 2 und 2.2 kann, wie Einzelheit III zeigt, auch durch eine einfache Lochlasche 9 erfolgen, die durch Steckbolzen 9.1 mit den Plattengliedern 2' und 2.2 in Formschluss stehen. Fertigungstechnisch kann natürlich eine solche Lasche auch einseitig eingegossen sein und mit dem freien Ende mittels Steckbolzen mit der anzukoppelnden Platte verbunden werden.
  • Anzumerken ist, dass die Stoßfugen zwischen den Plattengliedern 2', 2.1 und 2.2 bezüglich der Einzelheiten I bis III ohne Abdenkleiste 3 dargestellt wurden. Um Ausspülungen zu verhindern werden diese Stoßfugen in jedem Fall durch eine angepasste Abdeckleiste, wie in 1 beschrieben, gesichert.
  • Literatur:
    • /1/ Projekt-Abschlussbericht „Beurteilung der Wirksamkeit technischer Maßnahmen zur Verhinderung von Kolkbildung an zylindrischen Grundstrukturen von Offshore-Bauwerken ...” Kurztitel „Kolkschutz” Universität Rostock Fakultät für Maschinenbau und Schiffstechnik, Lehrstuhl Heerestechnik Projektpartner und Förderer: mineralit GmbH, Laage Rostock 29.02.2016 – unveröffentlicht
    • /2/ Mattias Brendel Energie: Plastik im Meer Der Spiegel 43/2014, S. 47 www.spiegel.de/spiegel/print/index-2014-43 html
    • /3/ Frank Jacobs u. a. Betonabrasion im Wasserbauten Mitteilung 168 Versuchsanstalt für Wasserbau Hydrologie und Glaziologie der ETH Zürich, 2001
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 2386691 A1 [0009]
    • DE 1634462 [0011]
    • DE 2543322 [0012]
    • DE 2819299 [0013]
    • DE 2927804 C2 [0014]
    • DE 202005004739 U1 [0015]
    • DE 102012108166 A1 [0016]
    • DE 202013012108 U1 [0017]
    • DE 102014202049 B3 [0018]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • DIN 1048 [0026]
    • DIN 50321 n. Böhme [0026]
    • DIN 1048 [0026]

Claims (10)

  1. Auskolkungsschutz für Pfahlbauwerke in einem fluiden Medium, insbesondere für Monopile im Offshore-Bereich, gekennzeichnet durch eine den Monopile (1) umfassende tellerartigen Abdeckung, die aus Plattensegmenten (2) zusammengesetzt ist, und dass in der Abdeckung Strömungshindernisse in Form vertikal stehender Wirbelgeneratoren (7 und 8) um den Monopile (1) angeordnet sind und dass die vorgenannten einzelnen Elemente aus armierten Polymerbeton bestehen.
  2. Auskolkungsschutz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckung aus einer n-Anzahl tortenartiger Plattensegmente (2) besteht, und dass die Abdeckung vom Monopile (1) bis zum Rand der Abdeckung ca. dem 3-fachen des Monopile-Durchmessers entspricht und dass die Plattensegmente (2) am Rand der Abdeckung in der Art einer Schürze (13) abgebogen oder abgewinkelt ist und dass in den Plattensegmenten (2) Entlufungsbohrungen (6) eingebracht sind.
  3. Auskolkungsschutz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirbelgeneratoren (7 und 8) auf wenigstens zwei Teilkreisen (T1, T2) um den Monopile (1) angeordnet sind und dass der innere Teilkreis T2 in etwa einem Radius des 1½-fachen Durchmessers des Monopile (1) und der äußere Teilkreis T1 das 2½-fache entspricht und dass die Wirbelgeneratoren (7 und 8) auf den einzelnen Teilkreisen (T1, T2) versetzt zueinander angeordnet sind.
  4. Auskolkungsschutz nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass für die Wirbelgeneratoren (7) in den Plattensegmenten (2) formgeometrische Öffnungen entsprechend dem Querschnittsprofil der Wirbelgeneratoren (7) angeordnet sind und dass die eingesetzten Wirbelgeneratoren (7) fest im Grund eingelassen sind und dass ihre Einbauhöhe über Grund etwa dem halben Durchmesser des Monopile (1) bis maximal einem Monopile-Durchmesser entspricht.
  5. Auskolkungsschutz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Armierung der Plattensegmente (2) eine GFK-Armierung oder eine Armierung aus korrosionsbeständigen Stahl besteht und dass die Plattendicke 4 cm bis 10 cm, vorzugsweise 6 cm beträgt und dass die Oberfläche der Plattensegmente (2) struktuiert ist.
  6. Auskolkungsschutz nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirbelgeneratoren (7 und 8) einen Profilquerschnitt in Kreuz-, Y-, V, T- oder Dreieckform haben oder als Halbschale oder als Rund- oder Polygontsäule ausgeführt sind.
  7. Auskolkungsschutz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Plattensegmente (2) zur Wandung des Monopile (1) bogenförmig ausgeformt sind und mantelartig an der Wandung des Monopile (1) schlüssig anliegen und durch einen Ringanker (15) oder Ringbandage mit Spannschloss gesichert sind.
  8. Auskolkungsschutz nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass an der Unterseite der Plattensegmente (2) zur Überdeckung der Stoßfuge eine Abdeckleiste (3) angeordnet ist und dass die Abdeckleiste (3) eine Profilnase (4) trägt, die in eine Nut im anzufügenden Plattensegmentes (2) eingreift.
  9. Auskolkungsschutz nach Anspruch 1, 2 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass an der Abdeckleiste (3) an den Rändern seitlich abweisenden Rippen (5) angeordnet sind.
  10. Auskolkungsschutz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Plattensegmente (2) in einzelne Plattenglieder (2, 2.1 und 2.2) unterteilt sind und dass ihre Kopplung mittels Spannschlösser (11), Doppelkeder (12) Lochlaschen (9) und dgl. erfolgt.
DE202017005092.7U 2017-09-30 2017-09-30 Auskolkungsschutz für Pfahlbauwerke in einem fluiden Medium Active DE202017005092U1 (de)

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