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Die vorliegende Erfindung betrifft ein schwimmendes Fundament, das dazu dient, technische Einrichtungen auf nicht tragfähigen Böden oder auf Wasseroberflächen dauerhaft zu platzieren, zu befestigen und zu verankern, wobei mehrere dieser schwimmenden Fundamente zu größeren Objekten, den Schwimmkörpern, kombinierbar sind.
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Darstellung der Erfindung
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Stand der Technik sind heute vor allem schwimmende Fundamente aus Stahlbeton mit einem Kern aus Styropor und/oder Styrodur. Sie können aus einzelnen Modulen zusammenbetoniert werden und bilden so große schwimmende Plattformen für Krane, Maschinen, schwimmende Brücken, Stege und Hafenanlagen.
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Nachteil dieser Konstruktionen sind Korrosion, das hohe Eigengewicht sowie die für den Einsatz notwendige robuste Infrastruktur wie feste Straßen und Verladekanten, übergroße Krantechnik u.a.. Außerdem ist Styropor schädlich in Bezug auf Mikroorganismen im Wasser, die Gesamtkonstruktion ist nur sehr begrenzt recyclingfähig.
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Tiefgang durch Eigengewicht und maximale Tragfähigkeit stehen je nach Einsatzzweck in einem Verhältnis von 50 zu 50 bis 70 zu 30. Es gibt Anwendungsbeispiele, bei denen das hohe Eigengewicht von Vorteil ist (z.B. als Wellenbrecher), bei einer Anwendung als Auftriebskörper ist das hohe Eigengewicht schädlich, weil es sehr große Stahlbeton-Strukturen notwendig macht.
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Eine modulare Plattform aus Beton ist z.B. durch die Schrift
WO 1990 008 059 A1 offenbart. Auch hier ist das Eigengewicht als größter Nachteil zu benennen.
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Es gibt seit Jahrzehnten Schwimmkörper aus konservativem Stahlbau bzw. Schiffbau aus Stahl oder Aluminium und anderen geeigneten Materialien, die als Hohlkörper ausgeführt sind. Nachteil dieser Lösungen sind ein hoher Schwerpunkt, und Bauart bedingt die Notwendigkeit einer technischen Prüfung / Zertifizierung für eine dauerhafte Nutzung. Ein repräsentatives Dokument zu dieser Technologie ist die Schrift
DE 20 2012 004 349 U1 .
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Bei einer Beschädigung laufen diese metallenen Schwimmkörper voll Wasser, darum sind sie für eine lange Nutzungsdauer nicht die optimale Lösung.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein schwimmendes Fundament bereitzustellen, dass von geringem Gewicht ist, eine hohe Tragfähigkeit aufweist und im Vergleich zu Gegenständen des Standes der Technik eine hohe Widerstandskraft gegen Natureinflüsse zeigt. Weiterhin besteht die Aufgabe der Erfindung darin, einen Schwimmkörper bereitzustellen, der erfindungsgemäße schwimmende Fundamente aufweist.
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Die Lösung der Aufgabe hinsichtlich des Schwimmenden Fundaments erfolgt mit den Merkmalen des Anspruchs 1, wobei die Unteransprüche 2 bis 7weitere Ausgestaltungen beschreiben. Die Lösung der Aufgabe hinsichtlich des Schwimmkörpers erfolgt mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 8.
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Das erfindungsgemäße schwimmende Fundament umfasst ein aufgeblähtes, mineralisches Material, nämlich ein aufgeblähtes alteriertes, vulkanisches Glas, vorzugsweise Perlit, und Zusatzstoffe, nämlich Wasser und Zement sowie faserige Industrieabfälle und/oder Aminosäuren. Perlit enthält 2 bis 5 Massenprozent Kristallwasser und hat eine Dichte von etwa 900 bis 1.000 kg/m3 (Schüttdichte des Rohperlits). Durch Glühen auf ca. 800 °C bis 1.000 °C bläht sich Perlit auf das fünfzehn- bis zwanzigfache seines Ursprungsvolumens auf und hat dann eine Schüttdichte von 50 bis 100 kg/m3 und eine Wärmeleitfähigkeit von λ = 0,040 bis 0,070 W/(m K). Durch das Aufblähen wird es sehr leicht, ohne seine Eigenschaften hinsichtlich der Belastbarkeit zu verlieren. Die Zusatzstoffe dienen im Wesentlichen als Bindemittel für das Perlit, wobei Wasser und Zement jeweils mit 5 bis 20 Massenprozent vorhanden sein können. Als faserige Industrieabfälle kommen im Wesentlichen Recyclingfasern zur Steigerung der Belastbarkeit des schwimmenden Fundaments in Frage. Zu den Recyclingfasern zählt z.B. auch Fluff, bei dem es sich um die flugfähige Fraktion der Sekundärbrennstoffe handelt, die z.B. in der Müllverbrennung aber auch in der Betonindustrie eine Rolle spielen. Fluffe sind dabei ein Abfallprodukt, das in der Regel kostenintensiv deponiert werden muss, erfindungsgemäß allerdings in einer faserigen Gestalt die Belastbarkeit des schwimmenden Fundaments erhöht. Der Wasserabweisende Charakter des schwimmenden Fundaments wird durch die Zugabe von Silane gesteigert. Die faserigen Industrieabfälle können mit einem Anteil von 5 bis 12 Massenprozent in den schwimmenden Fundamenten enthalten sein, der Anteil der Silane beträgt maximal 1 Massenprozent.
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Nach einer besonderen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen schwimmenden Fundaments ist auf dem schwimmenden Fundament eine Außenbeschichtung aufgebracht. So können die Flächen, die in einer Nutzungsposition im Wasser oder in einem moorigen oder schlammigen Gebiet in den feuchten Bereichen liegen, zusätzlich mit einem Wasserabweisenden Anstrich oder einem entsprechenden Belag versehen werden. Zur Steigerung der Rutschfestigkeit kann die in der Nutzungsposition oben liegende Fläche mit rutschhemmenden Materialien oder Beschichtungen versehen sein. Je nach Anforderung kann die Oberfläche auch weitere nicht näher definierte Eigenschaften aufweisen.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen schwimmenden Fundaments weist das schwimmende Fundament auf allen Seiten Kopplungselemente auf, wobei die Kopplungselemente derart gestaltet sind, dass sie mit korrespondierenden Kopplungselementen an anderen schwimmenden Fundamenten koppelbar sind. So können mehrere schwimmende Fundamente einfach mit kurzen Ketten zu einem größeren beweglichen Gebilde zusammengefügt werden. Zur Bildung einer größeren festen Struktur können die Elemente aber auch miteinander verschraubt werden oder Steck- oder Rastelemente aufweisen, je nachdem welche Anforderungen an das schwimmende Fundament gestellt werden. Auch Noppen, die in korrespondierende konkave Ausnehmungen an benachbarten schwimmenden Fundamenten angeordnet sind, stellen eine Möglichkeit der Verbindung dar. Weitere Verbindungsmöglichkeiten sind nicht ausgeschlossen.
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Einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen schwimmenden Fundaments folgend ist das schwimmende Fundament vorzugsweise derart gestaltet, dass dem Eigengewicht Tragfähigkeit und Reservetragfähigkeit in einem gleichen Verhältnis gegenüberstehen. Das bedeutet, dass der Schwimmkörper zu einem Drittel aufgrund seines Eigengewichtes einsinkt, dann eine Tragfähigkeit von 33% aufweist, die dem Einsinken um ein weiteres Drittel entspricht, und schließlich eine Reservetragfähigkeit bis zum Erreichen des vollen Eintauchens von weiteren 33 % besitzt, Wobei diese Einteilung auf das Schwimmkörpervolumen bezogen ist. Eine derartige Aufteilung ist für die Planung von erheblicher Bedeutung, da auf dem schwimmenden Fundament angeordnete Maschinen oder Bauten so im Vorfeld klar gestaltet werden können und spätere nicht planbare Veränderungen in der Auflast trotzdem die Sicherheit des schwimmenden Fundamts oder einer aus mehreren schwimmenden Fundamenten gestalteten Struktur nicht gefährdet.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen schwimmenden Fundaments ist das schwimmende Fundament nicht brennbar. Der Herstellungsart des schwimmenden Fundaments folgend, sollte eine Entzündung grundsätzlich ausgeschlossen sein, allerdings kann - zur Vermeidung gewisser Gefahren durch gefährliche auf dem schwimmenden Fundament gelagerte Substanzen - die Oberfläche z.B. zusätzlich mit einer brandhemmenden Schicht überzogen werden.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltungform des erfindungsgemäßen schwimmenden Fundaments weist das schwimmende Fundament eine sehr hohe Druckfestigkeit aufweist. Diese kann erreicht werden, wenn der Masseanteil der faserigen Industrieabfälle gesteigert wird. Auch ist eine Verwendung längerer Fasern oder Matten denkbar. In jedem Fall kann damit erreicht werden, dass auf dem schwimmenden Fundament oder einer Struktur aus mehreren schwimmenden Fundamenten sogar Gebäude, Kräne oder andere Maschinen aufgesetzt werden können.
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Nach einer weiteren Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen schwimmenden Fundaments nimmt das schwimmende Fundament kein Wasser auf. Dies kann zwar durch eine weiter oben beschriebene Beschichtung erreicht werden, wird allerdings durch die Zugabe von einem erhöhten Anteil Silane bei der Produktion noch verbessert. Dieses erhöht die Nutzungsdauer erheblich.
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Um die Nutzbarkeit nicht auf eine kleine Struktur wie ein einzelnes schwimmendes Fundament zu beschränken, können Schwimmkörper aus schwimmenden Fundamenten bereitgestellt werden, bei denen wenigstens zwei erfindungsgemäße schwimmende Fundamente mittels Kopplungselementen zu größeren Einheiten gekoppelt sind. Diese Kopplungselemente können Rahmen sein, die um eine Mehrzahl von schwimmenden Fundamenten außer herum gelegt werden. Diese eignen sich dann allerdings höchsten für Anlegestellen und nicht zur Befahrung oder Bebauung. Sofern Maschinen oder Gebäude auf einem solchen Schwimmkörper errichtetet werden sollen, wäre die die Verschraubung in wenigstens einer Lage, bei hoher Last vorzugsweise aber in wenigstens zwei oder besser mehr Lagen, notwendig. Dazu können im Schwimmkörper bereits produktionsseitig Hohlräume vorgesehen sein oder nach der Produktion eingefügt worden sein, durch die ein Gestänge oder eine Seilzugkonstruktion geführt sind. So können mehrere Fundamente sowohl in Längs- als auch in Querrichtung zu einem großen Schwimmkörper zusammengefügt werden. Eine Kopplung der Elemente untereinander durch Rasten oder Zapfen erhöht die mögliche Auflast nochmals.
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Zur Herstellung eines schwimmenden Fundaments wird zunächst ein alteriertes, vulkanisches Glas in einem Temperaturbereich von 800 bis 1000 Grad Celsius aufgebläht. Aus dem z.B. so entstehenden Perlit wird dann der Anteil mit besonders kleiner Korngröße ausgefiltert. Hier kann eine maximale Korngröße vorgegeben werden, wobei feinere Materialien in der Weiterverarbeitung die Verbesserung des Gesamtproduktes befördern. Das Filterergebnis wird sodann mit den Zusatzstoffen Wasser und Zement sowie faserigen Industrieabfällen und/oder Silanen vermischt, je nachdem welche Anforderungen an das schwimmende Fundament gestellt werden. Die fertige Mischung wird zum Aushärten in eine Form gegeben, wobei beim Aushärten eine Größenreduktion zu beachten ist. Um alle in Formen angefertigten schwimmenden Fundamente in der Größe einander anzugleichen, wird jedes ausgehärtete schwimmende Fundament einer Oberflächenbehandlung unterzogen. So kann leicht mit einer Fräse eine Vielzahl von maßgenauen Fundamenten hergestellt werden.
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Bei der Herstellung eines schwimmenden Fundaments können vor der Eingabe der Mischung in die Form Hohlkörper in die Form derart eingefügt werden, dass im schwimmenden Fundament Hohlräume entstehen. Beim Eingießen der Masse in die Form umschließt die Masse diese Hohlkörper. Mit dem Aushärten entstehen so Hohlräume, durch die Befestigungsmittel geführt werden können.
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Ein schwimmendes Fundament kann aber auch herkömmlich in einem Stück hergestellt werden und nach oder vor der Oberflächenbehandlung mit das schwimmende Fundament durchlaufende Bohrungen versehen werden. Ein Bohren nach dem Härten verhindert eine Formveränderung im Bereich des Hohlraums beim Aushärten und fördert dadurch die Passgenauigkeit zwei benachbarter schwimmender Fundamente.
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Die schwimmenden Fundamente weisen in bevorzugte Form eine Größe von 2,25 m Breite und 2,25 m Länge auf, wobei die Höhe 1,25 m, 2,50 m oder 3.75 m betragen kann. Dieses sind Größen, die einen Transport mit Containern zu Land oder auf dem Wasser einfach gestalten lassen, da auch das Gewicht der einzelnen Bauteile vergleichsweise gering ist. Von großem Vorteil ist, dass die Rohmaterialien leicht zur Errichtung der schwimmenden Fundamente an die Baustelle verbracht werden können, z.B. in Bigpacks oder Fässern. Einfach Gerätschaften wie Mischer und Radlader reichen aus, um die Mischung erfolgen zu lassen, so dass die Fundamente am Ort des Einsatzes leicht angefertigt und Verbaut werden können. Dabei ist der Zusammenbau nicht temperaturabhängig und kann bei -20 Grad Celsius ebenso erfolgen wir bei +45 Grad. Durch eine mögliche Auflast von 400 kg/m2 bei niedrigen Fundamenten und 800 kg/m2 können sogar Häuser und Kräne leicht darauf errichtet werden.
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Strukturen, also größere Schwimmkörper auf Basis der erfindungsgemäßen Schwimmelemente können so in unterschiedlichen Bereichen zum Einsatz kommen. Von einfachen Stegen für den Schwimmbetrieb, das Anlegen von Ausflugsbooten oder Segelbooten, über Versorgungsplattformen für die Offshore-Industrie bis hin zu Maschinenträgern zum Be- und Entladen von Schiffen oder zur Lagerung von Material ist jede Einsatzform denkbar. Zudem können die schwimmenden Fundamente sowohl im Meerwasser, aber auch im Brack- oder Süßwasser eingesetzt werden. Schließlich ist auch eine Verwendung in Moorgebieten als Aussichtsplattform für Besucher möglich. Besonders geeignet sind die schwimmenden Fundamente zur Herstellung von Fahrwegen bzw. Straßen in Gebieten mit nicht sehr tragfähigem Untergrund und auch zum Bau von Brücken oder Behelfsbrücken.
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Ausführung der Erfindung
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Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Hierzu zeigen
- 1 ein erfindungsgemäßes schwimmendes Fundament in einer Ansicht
- 2 ein weiteres erfindungsgemäßes schwimmendes Fundament in einer Ansicht und
- 3 eine Struktur aus mehreren schwimmenden Fundamenten in einer Ansicht.
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In 1 ist ein schwimmendes Fundamt 1 mit einer Oberfläche 2, einer Längsseite 3 und einer Querseite 4 gezeigt. Durch das schwimmende Fundament 1 sind über die gesamte Breite reichende Hohlräume 5 geführt, wobei die Hohlräume 5 auf der Längsseite 3 niedriger angeordnet sind als die Hohlräume 5 auf der Querseite 4. Durch diese Hohlräume 5 können beim Zusammenbau mehreren schwimmender Fundamente 1 hier nicht dargestellte Kopplungselemente geführt werden. Die schwimmenden Fundamente 1 sind an den Kanten mit Fasen 6 versehen, um die Handhabung, den Transport und den Zusammenbau zu erleichtern.
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In 2 ist eine andere Ausführungsform eines schwimmenden Fundaments 1 gezeigt, das eine höhere Traglast hat. Die Längsseite 3 und die Querseite 4 weisen nun eine höhere Zahl von Hohlräumen 5 auf, so dass eine größere Zahl von Kopplungselementen verwendet werden kann, um die höheren Auflasten entsprechend zu gewährleisten. Im Übrigen stimmt die Ausgestaltung aber der Ausführungsform nach 1 überein.
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Die in 3 dargestellte Struktur ist ein Schwimmkörper 7, der aus einer Vielzahl von schwimmenden Elementen 1 gebildet ist. Diese sind durch Kopplungselemente 8 sowohl in Quer- als auch in Längsrichtung miteinander verbunden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schwimmendes Fundament
- 2
- Oberfläche
- 3
- Längsseite
- 4
- Querseite
- 5
- Hohlraum
- 6
- Fase
- 7
- Schwimmkörper
- 8
- Kopplungselement
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 1990008059 A1 [0005]
- DE 202012004349 U1 [0006]
