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Die Neuerung betrifft ein Turmbauwerk nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Aus der Praxis ist es bekannt, dass der Turm einer Windkraftanlage eine Vielzahl übereinander angeordneter Beton-Ringe aufweist. Aufgrund des hohen Gewichts sind die Ringe üblicherweise jeweils in mehrere Segmente unterteilt, die jeweils einen Teilumfang des Rings bilden, so dass ein Ring beispielsweise aus zwei oder drei Segmenten bestehen kann.
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Die Segmente bestehen typischerweise aus einem Betonwerkstoff. Da sich das Turmbauwerk von unten nach oben verjüngt, weisen insbesondere die unteren Ringe und dementsprechend die unteren Segmente vergleichsweise große Abmessungen und ein dementsprechend vergleichsweise hohes Gewicht auf. Da die Segmente nicht an der Baustelle hergestellt, sondern vielmehr werkseitig vorgefertigt werden und zur Baustelle transportiert werden müssen, ist es aus der Praxis bekannt, die Abmessungen der Segmente in der Art zu begrenzen, dass für den Transport der Segmente keine Schwerlast-Sondertransporte erforderlich sind. Dennoch weisen die aus der Praxis bekannten Segmente eine vergleichsweise große Höhe auf, so dass das Turmbauwerk mit einer möglichst geringen Anzahl von Ringen erstellt werden kann, denn jeder Ring erfordert eine eigene Fahrt eines Hebezeugs, z.B. eines an der Baustelle aufgestellten Krans. Mit zunehmendem Baufortschritt dauern die Kranfahrten naturgemäß zunehmend länger, da eine größere Höhe und eine dementsprechend längere Wegstrecke beim Hub des jeweiligen Rings und dem anschließenden erneuten Absenken des Hebegeschirrs zu überwinden ist. Höhere Ringe und eine dementsprechend geringere Anzahl von Ringen erfordert dementsprechend eine geringe Anzahl von Kranfahrten und einen schnelleren Baufortschritt.
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Der Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Turmbauwerk dahingehend zu verbessern, dass dieses in möglichst kurzer Zeit und möglichst wirtschaftlich errichtet werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch eine Turmbauwerk nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Die Neuerung schlägt mit anderen Worten vor, in dem Turmbauwerk ein Ring-Paar anzuordnen, wobei zwei übereinander angeordnete Ringe zunächst zu einem Paar vormontiert sind, das dann die gemeinsame Handhabung beider Ringe erlaubt. Die beiden Ringe werden gemeinsam auf einen bereitgestellten Sockel, beispielsweise auf das Fundament des Turmbauwerks, oder auf einen bereits montierten Ring des Turmbauwerks aufgesetzt.
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Die Abmessungen und Gewichte der Ringe müssen an die zur Verfügung stehenden Hebemittel angepasst sein. Dies kann bedeuten, dass die Höhe der einzelnen Ringe geringer ist als bislang üblich und damit der bislang herrschenden Auffassung zur Ausgestaltung eines Rings widerspricht. Der vorliegende Vorschlag geht dabei von der Überlegung aus, dass zwei Ringe, die jeweils für sich genommen flacher ausgestaltet sind als bislang üblich, gemeinsam als Paar höher sind als ein bislang üblicher Ring. Wenn jeweils ein aus zwei Ringen bestehendes Paar angehoben wird, ergeben sich daher insgesamt weniger Kranfahrten als bislang, so dass überraschend trotz der geringeren Ringhöhe ein schnellerer Arbeitsfortschritt erreicht wird. Beispielsweise können auf einer Montageplattform bodennah zwei Ringe zu einem Paar vormontiert werden, während der Kran gleichzeitig anderweitig in Betrieb ist und beispielsweise ein bereits zusammengestelltes Paar aus zwei Ringen anhebt, so dass durch die paarweise Zusammenstellung zweier Ringe kein Zeitverlust an der Baustelle entsteht.
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Eine Vormontage der Ringe ist in der Praxis ohnehin üblich, da jeder Ring üblicherweise aus zwei oder mehr Segmenten zusammengesetzt wird. Die Infrastruktur für eine Vormontage, nämlich das Hebezeug für die einzelnen Segmente und auch eine Montageplattform, ist daher üblicherweise an der Baustelle ohnehin vorhanden. Da ein vorschlagsgemäß zusammengestelltes Paar von Ringen eine größere Höhe aufweisen kann als ein herkömmlicher einzelner Ring und das Turmbauwerk aus weniger Paaren errichtet wird als der Anzahl einzelner Ringe bei einem herkömmlichen Turmbauwerk entspricht, kann dementsprechend ein größerer Anteil der Montagearbeit unter optimalen Sicherheitsbedingungen, nämlich bodennah durchgeführt werden.
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Wenn die Witterungsbedingungen beispielsweise aufgrund der herrschenden Windverhältnisse Kranfahrten nicht zulassen, können die paarweise Zusammenstellung zweier Ringe am Boden problemlos durchgeführt werden, so dass dementsprechend die witterungsbedingten „Windfenster“ optimal genutzt werden können und ein möglichst schneller Baufortschritt unterstützt wird.
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Falls im Vergleich zur Handhabung einzelner Ringe für den „Tandem-Hub“ zweier Ringe ein leistungsfähigeres Hebezeug erforderlich ist, beispielsweise ein größerer Kran, so werden dessen Mehrkosten dadurch kompensiert, dass die Errichtung des Turmbauwerks in kürzerer Zeit erfolgen kann. Außerdem ist ein solch leistungsfähiges Hebezeug spätestens zum Ende der Bauzeit ohnehin erforderlich, wenn die Windenergieanlage auf das Turmbauwerk aufgesetzt werden soll. Dementsprechend stehen den Mehrkosten für den Einsatz des größeren Krans Einsparungen gegenüber, da erstens der erwähnte kleinere Kran nicht benötigt wird, so dass sich die Tages-Nutzungskosten, zum Beispiel in Form von Mietkosten, des größeren Krans um die Tages-Nutzungskosten des ansonsten erforderlichen kleineren Krans abrechnungstechnisch reduzieren. Zweitens entfallen insbesondere die mit den Rüstzeiten des kleineren Krans verbundenen Kosten vollständig und ersatzlos, denn die mit den Rüstzeiten des größeren Krans verbundenen Kosten fallen ohnehin in jedem Fall an. Hinzu kommt, dass ein größerer Kran typischerweise windstabiler ist als ein kleinerer Kran, so dass auch in dieser Hinsicht die oben genannten „Windfenster“ noch besser genutzt werden können und witterungsbedingte Pausen bei der Errichtung des Turmbauwerks minimiert werden.
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In einer Ausgestaltung des Turmbauwerks ist vorgesehen, dass die beiden Ringe, die das gemeinsam handhabbare Ring-Paar bilden, am unteren Ring angehoben werden, dass also die zum Anheben verwendeten Hebemittel an den unteren Ring anschließen und der untere Ring die dazu bestimmten Anschlussmittel aufweist.
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Bei dieser Ausgestaltung kann einerseits vorgesehen sein, dass der obere Ring lose auf dem unteren Ring aufliegt. Das Eigengewicht des oberen Rings und die Reibung zwischen dem oberen und dem unteren Ring ermöglicht es, die beiden Ringe gemeinsam anzuheben, ohne dass der obere Ring auf dem unteren Ring verrutscht, sondern vielmehr seine Position relativ zum unteren Ring beibehält. Die Kranfahrten werden ausschließlich bei geringen Windgeschwindigkeiten durchgeführt, so dass das angehobene, aus den beiden Ringen bestehende Paar nur minimal pendelt und dadurch die Gefahr praktisch ausgeschlossen ist, die beiden gemeinsam angehobenen Ringe könnten sich gegeneinander verschieben.
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Andererseits kann bei dieser Ausgestaltung, bei welcher das Ring-Paar am unteren Ring angehoben wird, eine zusätzliche Verschiebesicherung für den oberen Ring zuverlässig dadurch gewährleistet sein, dass die beiden Ringe formschlüssig miteinander verbunden sind. Beispielsweise kann der eine Ring einen Zentriervorsprung aufweisen, der in eine damit korrespondierende Vertiefung eingreift, die der andere Ring aufweist. Ein Ring kann mehrere oder sämtliche Zentriervorsprünge aufweisen und der andere Ring mehrere oder sämtliche Vertiefungen, um den gewünschten Formschluss zu erreichen. Es können aber auch an jedem der beiden Ringe sowohl Zentriervorsprünge und Vertiefungen angeordnet sein.
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Alternativ dazu, die Hebemittel an den unteren Ring des Ring-Paares anzuschließen, können die beiden Ringe in einer anderen Ausgestaltung des Turmbauwerks auch am oberen Ring gemeinsam angehoben worden sein. Zu diesem Zweck werden die beiden Ringe mithilfe von mechanischen Verbindungselementen zugfest miteinander verbunden. Zugfest bedeutet in diesem Zusammenhang, dass das Paar mittels geeigneter Hebemittel angehoben werden kann, die am oberen Ring angreifen, und dass die zugfeste Verbindung die Kräfte aufnehmen kann, die z. B. aufgrund des Gewichts des unteren Rings auf die Verbindung einwirken, so dass der untere Ring dem oberen Ring folgt und das Paar beider Ringe insgesamt angehoben werden kann.
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Die Standfestigkeit des Turmbauwerks wird dadurch gewährleistet, dass die Ringe miteinander verspannt werden. Hierzu werden Spannglieder verwendet, die üblicherweise als Spannlitzen in Form von Stahlseilen ausgestaltet sind und geschützt vor äu-ßeren Einflüssen im Inneren des Turmbauwerks verlaufen. Beispielsweise erstrecken sie sich über die Höhe sämtlicher Ringe bis nach unten in einen sogenannten Spannkeller, der im Fundament des Turmbauwerks vorgesehen sein kann und in welchem die zunächst spannungsfrei montierten Spannglieder gespannt werden können. Vorschlagsgemäß sind zwei übereinander angeordnete Ringe ohnehin zugfest miteinander verbunden, wobei die Zugfestigkeit wenigstens das Gewicht des unteren Rings aufzunehmen in der Lage ist.
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In einer Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass nicht nur innerhalb eines Paares, sondern Paar-übergreifend jeweils zwei benachbarte Ringe mit Hilfe der mechanischen Verbindungselemente miteinander verbunden sind, so dass jeder Ring mit einem benachbarten Ring verbunden ist und somit sämtliche Ringe auf diese Art miteinander verbunden sind. Dabei ist natürlich nicht vorgesehen, dass der jeweils oberste Ring angehoben werden kann und sämtliche darunter angeordnete Ringe ebenfalls mit angehoben werden können. Vielmehr ist bei der zugfesten Verbindung sämtlicher Ringe stets vorgesehen, dass diese zugfeste Verbindung das Gewicht des einen jeweils darunter befindlichen Rings aufzunehmen in der Lage ist.
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Dadurch, dass sämtliche Ringe auf diese Art miteinander verbunden sind und sämtliche Verbindungen eine bestimmte Zugfestigkeit aufweisen, können die Spannkräfte des Turmbauwerks reduziert werden, um dennoch insgesamt den gewünschten Zusammenhalt der Ringe zu gewährleisten.
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Dementsprechend können beispielsweise dünnere Spannglieder verwendet werden, z.B. in Form von als Stahlseil ausgestalteten Spannlitzen, oder eine geringere Anzahl von Spanngliedern, oder die an der Baustelle aufzubringenden Spannkräfte können reduziert werden, so dass die verwendeten Spannglieder weniger gedehnt zu werden brauchen. Durch die Verringerung der erforderlichen Spannkräfte können daher wirtschaftliche Vorteile erreicht werden oder auch ein höheres Maß an Sicherheit auf der Baustelle aufgrund geringerer auftretender Kräfte.
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Der an der Baustelle verwendete Kran wird üblicherweise zunächst in einer ersten Höhe aufgebaut, die geringer ist, als die endgültig benötigte Höhe des Krans, um zunächst das Turmbauwerk zu errichten. Erst anschließend wird der Kran auf seine endgültige Höhe verlängert, um die Windenergieanlage auf das Turmbauwerk aufsetzen zu können. Während dieses Umbaus können die Ringe des Turmbauwerks verspannt werden, so dass an der Baustelle keine Warte- oder Pausenzeiten entstehen und ein möglichst unterbrechungsfreier, zügiger Baufortschritt erreicht werden kann.
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Die zugfeste Verbindung beider Ringe miteinander kann in einer besonders einfachen und wirtschaftlichen Ausgestaltung mittels mehrerer Verbindungslaschen hergestellt werden. Beispielsweise können die Verbindungslaschen einfach als Metallplatten ausgestaltet sein, die mithilfe von Schrauben mit dem jeweiligen Ring verbunden sind, wobei in den Betonwerkstoff des Rings Gewindehülsen einbetoniert sein können, die zur Aufnahme der Schrauben dienen.
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Die Verbindungslaschen können vorzugsweise auf der Innenseite der Ringe angeordnet sein, so dass sie einerseits nach der Errichtung des Turmbauwerks nicht entfernt zu werden brauchen, und andererseits im Falle ihrer Entfernung die in den Ringen verbleibenden Gewindehülsen keine Öffnungen im Turmbauwerk schaffen, die an der Außenseite des Turmbauwerks der Witterung ausgesetzt wären und beispielsweise das Eindringen von Niederschlägen ermöglichen würden.
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Die Öffnungen, die in den Verbindunglaschen zur Aufnahme der Schrauben vorgesehen sind, können vorzugsweise als Langlöcher ausgestaltet sein, die in aufrechter Richtung verlaufen, so dass ein gewisses Spiel ermöglicht wird und Spannungen zwischen den beiden miteinander verbundenen Ringen zuverlässig vermieden werden.
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Um die zugfeste Verbindung herzustellen, kann in einer anderen Ausgestaltung des Turmbauwerks in dem unteren Ring ein Gewindeanker angeordnet sein, der in der Oberseite des unteren Rings mündet. Es kann sich dabei um ein Außengewinde handeln, also um einen Gewindebolzen, der im Werkstoff des unteren Rings verankert ist und über die Oberseite des unteren Rings nach oben hinausragt. Vorteilhaft jedoch kann der Gewindeanker als Innengewinde ausgestaltet sein, also ähnlich einer Gewindehülse. Auf diese Weise wird ein Überstand vermieden, welcher der Gefahr von Beschädigungen ausgesetzt wäre.
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Dem Gewindeanker in dem unteren Ring ist eine Aussparung im oberen Ring zugeordnet. Die Aussparung ist zur Seite offen, beispielsweise radial nach außen oder bevorzugt radial nach innen, nach unten jedoch ist die Aussparung geschlossen, so dass sie einen Boden aufweist. In dem Boden ist eine Durchbrechung vorgesehen, durch welche ein Zugang zu dem Gewindeanker des unteren Rings ermöglicht wird, wenn der obere Ring auf den unteren Ring aufgesetzt ist und die Aussparung, insbesondere deren Durchbrechung, genau oberhalb des Gewindeankers des unteren Rings angeordnet ist.
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Wenn der Gewindeanker ein Innengewinde bereitstellt, kann beispielsweise eine Hebeöse in diesen Gewindeanker eingeschraubt werden, um das betreffende Segment oder den gesamten unteren Ring handhaben zu können. Dies betrifft beispielsweise die Verladung eines Segments im Herstellungswerk auf ein Transportfahrzeug, oder die Entladung des Segments von dem Transportfahrzeug an der Baustelle, sowie die Handhabung des Segments, um dieses auf einer Montageplattform auszurichten und mit anderen Segmenten einen Ring zu bilden.
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Wenn es sich dabei um den unteren Ring eines Ring-Paares handelt, können die Hebeösen aus dem unteren Ring entfernt werden, bevor die Segmente eines oberen Rings auf den unteren Ring aufgesetzt werden, oder ein zunächst vormontierter oberer Ring auf den unteren Ring aufgesetzt wird. Dabei werden die Aussparungen des oberen Rings so ausgerichtet, dass sich ihre Durchbrüche jeweils über den Gewindeankern des unteren Rings befinden.
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Anschließend ermöglichen die Aussparungen in dem oberen Ring, die zugfeste Verbindung mit dem unteren Ring herzustellen. Beispielsweise kann eine Schraube in die Aussparung eingebracht und durch die Durchbrechung, die im Boden der Aussparung vorgesehen ist, in den Gewindeanker des unteren Rings eingeschraubt werden. Sollte der Gewindeanker jedoch ein Außengewinde bereitstellen und als Gewindebolzen ausgestaltet sein, so ragt dieser durch die Durchbrechung nach oben in die Aussparung des oberen Rings, so dass eine Mutter in die Aussparung eingebracht und auf den Gewindebolzen aufgeschraubt werden kann, um die zugfeste Verbindung mit dem unteren Ring herzustellen.
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Davon ausgehend, dass der Ring bzw. seine Segmente aus einem Betonwerkstoff bestehen, können die Aussparungen jeweils durch eine metallische Mulde begrenzt sein, so dass dementsprechende metallische Muldenbauteile vorgefertigt werden können, die bei der Herstellung des Betonbauteils in dessen Schalung eingesetzt werden können, bevor der Betonwerkstoff in die Schalung gegossen wird. Mittels geeigneter Vorsprünge an den metallischen Muldenbauteilen kann sichergestellt werden, dass bei der Herstellung des Betonbauteils das jeweilige Muldenbauteil in an sich bekannter Weise in dem Betonwerkstoff verankert wird.
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Bei den Ausgestaltungen des Turmbauwerks, bei denen eine zugfeste Verbindung der beiden übereinander angeordneten Ringe eines Paares vorgesehen ist, kann eine provisorische Stabilität des Turmbauwerks erreicht werden, bevor der Turm mittels der Spannglieder verspannt ist. Hierzu kann vorgesehen sein, dass nicht nur paarweise jeweils zwei übereinander angeordnete Ringe miteinander verbunden sind, sondern auch die Paare miteinander verbunden sind, indem jeder Ring mit seinen beiden jeweils benachbarten Ringen verbunden ist. Durch die so erreichte provisorische Stabilität des Turmbauwerks wird abweichend von der bisherigen Herstellungsweise auch der Einsatz eines Hebezeugs ermöglicht, welches als „mitkletternder Kran“ bezeichnet werden kann und an dem Turmbauwerk höhenbeweglich geführt ist. Auf diese Weise können Turmhöhen verwirklicht werden, die ansonsten, nämlich mit einem auf dem Boden stehenden Baukran, nicht erreichbar wären.
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Ein Ausführungsbeispiel der Neuerung wird anhand der rein schematischen Darstellungen nachfolgend näher erläutert. Dabei zeigt
- 1 einen Vertikalschnitt durch den Wandbereich eines Turmbauwerks einer Windkraftanlage, im Bereich der Grenze zwischen zwei übereinander angeordneten Ringen des Turmbauwerks, und
- 2 Ansicht von der Seite auf ein Muldenbauteil.
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In 1 ist ein Ausschnitt aus einem Turmbauwerk 1 dargestellt, welches als Teil einer Windkraftanlage dazu dient, einen elektrischen, durch Windkraft angetriebenen Generator zu tragen. Das Turmbauwerk 1 besteht aus einer Vielzahl übereinander angeordnete Ringe. In 1 ist ein unterer Ring 2 ersichtlich, bei dem es sich nicht um den untersten sämtlicher Ringe handeln muss, sowie ein oberer Ring 3, bei dem es sich nicht um den obersten Ring sämtlicher Ringe des Turmbauwerks 1 handeln muss. Da das Turmbauwerk 1 sich nach oben verjüngt, sind die beiden Ringe 2 und 3 schräg dargestellt, so dass links eine geschlossene Außenseite des Turmbauwerks 1 geschaffen wird und in der Zeichnung rechts der begehbare Innenraum des Turmbauwerks 1 liegt.
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Die beiden Ringe 2 und 3 sind zugfest miteinander verbunden. Zu diesem Zweck weist der untere Ring 2 einen Gewindeanker 4 auf, der in der Oberseite des unteren Rings 2 mündet und eine Gewindehülse mit einem Innengewinde aufweist. In dem oberen Ring 3 ist nahe dessen Unterseite eine Aussparung 5 vorgesehen, die zum Inneren des Turmbauwerks 1 hin offen ist, was durch eine gestrichelte Linie angedeutet ist. Nach unten hin weist die Aussparung 5 einen Boden 6 auf, der jedoch eine Durchbrechung 7 aufweist, die sich oberhalb des Gewindeankers 4 befindet.
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Um die zugfeste Verbindung herzustellen, ist eine Schraube 8 in die Aussparung 5 eingeführt worden und mit ihrem Schaft in das Innengewinde des Gewindeankers 4 eingeschraubt worden. Der Zugang zu dem Gewindeanker 4, um die Schraube 8 einsetzen zu können, sowie ein Zugang zu dem Schraubenkopf der Schraube 8 für das Ansetzen eines Verschraubungswerkzeugs ist problemlos möglich, da die Aussparung 5 vom Inneren des Turmbauwerks 1 her offen und somit zugänglich ist.
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Die Aussparung 5 wird durch ein metallisches, vormontiertes Muldenbauteil 9 geschaffen, das in 2 separat dargestellt ist. Es weist mehrere Anker 10 auf, die dazu dienen, dass Muldenbauteil 9 im umgebenden Betonwerkstoff des oberen Rings 3 zu verankern, und an seiner Unterseite ist die Durchbrechung 7 in 2 gestrichelt dargestellt.
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Die Durchbrechung 7 ist im Sinne eines Toleranzausgleichs so groß bemessen, dass beim Aufsetzen des oberen Rings 3 auf den unteren Ring 2 sichergestellt ist, dass der Gewindeanker 4 zugänglich ist und eine Schraube 8 in den Gewindeanker 4 eingeführt werden kann. Um eine zuverlässige Kraftübertragung vom Schraubenkopf der Schraube 8 auf das Muldenbauteil 9 sicherzustellen, kann eine zusätzliche, in den Zeichnungen nicht dargestellte Lastverteilungsplatte in Art einer Unterlegscheibe oder dergleichen vorgesehen sein.
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Der obere Ring 3 weist an seiner Oberseite ebenfalls Gewindeanker 4 auf, um zu ermöglichen, das aus den beiden Ringen 2 und 3 gebildete Paar anheben zu können. Außerdem weist der untere Ring 2 an seiner Unterseite Aussparungen 5 auf. Auf diese Weise können sämtliche Ringe 2, 3 in dem Turmbauwerk 1 jeweils mit dem darüber bzw. dem darunter befindlichen nächsten Ring 2, 3 zugfest verbunden werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Turmbauwerk
- 2
- Unterer Ring
- 3
- Oberer Ring
- 4
- Gewindeanker
- 5
- Aussparung
- 6
- Boden
- 7
- Durchbrechung
- 8
- Schraube
- 9
- Muldenbauteil
- 10
- Anker
