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Kühlturm
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Die Erfindung betrifft einen Kühlturm als hyperbolische Stahlbetonschale.
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Kühltürme dienen der Rückkühlung des Kühlwassers von Wärmekraftwerken.
Mit der zunehmenden Leistung der Kraftwerke sind auch die Abmessungen der Kühltürme
immer größer geworden. Das Bestreben, Kühlwasser zu sparen,.führte von den sog.
Naßkühltürmen, bei denen das Kühlwasser offen über ein Rieselwerk geleitet wird
und wobei ein Teil des Wassers verdunstet, zu den Trockenkühltürmen, bei denen das
Wasser etwa der Kühlung beim Automotor vergleichbar durch einen geschlossenen Kreislauf
geleitet wird und somit kein Wasserverlust eintritt. Da die Kühlwirkung bei den
Trockenkühltürmen geringer ist als bei den Naßkühltürmen, müssen die Trockenkühltürme
entsprechend vergrößert werden, um die von den Naßkühltürmen gewohnte Kühlleistung
zu erhalten.
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Die Kosten für einen als hyperbolische Schale ausgeführten Stahlbeton-Kühlturm
hängen wesentlich ab von der Dicke der Schale. Bei den heute erreichten Kühlturmgrößen
zeigen sich dabei aber technische und wirtschaftliche Grenzen. Bei zunehmender Höhe
der Türme nimmt das Eigengewicht zu, was größere Kräfte in der Schale zur Folge
hat. Für die relativ dünne Schale bedeutet dies aber auch erhöhte Beulgefahr, besonders
in den unteren Wandbereichen.
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Die größeren Abmessungen führen aber auch zu größeren Windbelastungen,
die sich in einer Erhöhung der Meridiandruckspannung
an den Turmflanken
mit einer erhöhten Beulgefahr äußern, während am oberen Rand ein Beulen der Schale
auf der Luvseite besteht.
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Besonders kann böiger Wind die Stabilität der dünnen Schale gefährden,
wenn die Frequenz der Böen in Nähe der Eigenfrequenz der Schale liegt. Auch eine
Beeinflussung durch Luftwirbel infolge benachbarter Kühltürme kann die Stabilität
eines Kühlturms gefährden.
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Von großer Bedeutung für die Stabilität der dünnen Schale ist also
die Steifigkeit der Schale im oberen Bereich, besonders in Ringrichtung, im unteren
Bereich aber auch in Merdianrichtung.
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Einer einfachen Vergrößerung der Schalenwandung zur Lösung des Stabilitätsproblemes
sind Grenzen gesetzt, da das vergrößerte Eigengewicht auch die Beulgefahr vergrößert.
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Um dem Kühlturm eine größere Steifigkeit zu geben, wurde bereits vorgeschlagen,
außer der meistens vorhandenen ringförmigen Aussteifung des oberen Randes noch weitere
Versteifungsringe etwa an der Taille oder in den Drittelspunkten der Höhe anzubringen.
Diese Lösung ist problematisch, da sowohl die Berechnung einer dergestalt versteiften
Schale als auch ihre Ausführung schwierig ist.
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Es wurde auch bereits versucht, aussteifende Rippen in Meridianrichtung
anzuordnen. Diese an sich mögliche Lösung ist jedoch in der Herstellung außerordentlich
aufwendig. Eine in wirtschaftlicher Hinsicht noch fragwürdigere Lösung besteht darin,
die ganze Kühlturmwandung doppelwandig mit die Wände verbindenden Stegen auszuführen.
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Ein anderes Kühlturmprojekt sah vor, den ganzen Kühlturm als Stahl-Raumfachwerk
zu errichten, das innen eine dichtende Auskleidung aus Blech, Kunststoff o. a. erhalten
sollte. Damit läßt sich wohl ein sehrWsteifes Bauwerk herstellen; dieses ist
jedoch
so leicht,*daß infolge Windbelastung im unteren Teil des Bauwerks sehr große Meridianzugkräfte
auftreten, die nur mit unwirtschaftlichem Materialaufwand aufnehmbar sind.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen Kühlturm als Stahlbetonschale
zu schaffen, der bei geringen Wanddicken eine erhöhte-Sicherheit gegen Instabilität
bietet und somit auch größere Kühltürme als seither ermöglicht.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Schalentragwerk
mit einem Stahlfachwerk ausgesteift wird in der Weise, daß horizontal und/oder vertikal
in einem gewissen Abstand von der Schale angeordnete Gurte durch Diagonalstäbe schubfest
mit der Schale verbunden werden.
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Vorteilhaft ist ein Stahlfachwerk, dessen Gurtstäbe mit den Diagonalen
verschraubbar ist, denn z. B. Schweiß- oder Nietarbeit bei jedem Wetter und in~großer
Höhe einwandfrei auszuführen ist schwierig.
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Besonders geeignet sind Rohrstäbe, die mit in ihrer Achse liegenden
Gewindebolzen in mit Innengewinden versehenen Kugelknoten einschraubbar sind.
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Währcnd die Eigengewichtsbeanspruchungen im wesentlichen der Betonschale
zugewiesen werden, werden die Biegebeanspruchungen infolge Wind und Instabilität
von dem Stahlfachwerk in Verbund mit der Betonschale übernommen.
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Das Stahlfachwerk kann sowohl auf der Außenseite als auch auf der
Innenseite der Betonschale angeordnet werden. Die Anordnung außen bringt den Vorteil,
daß durch Erhöhung der Oberflächenrauhigkeit die Spitzenwerte der Beanspruchung
durch Windbelastung abgemindert werden.
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Der erfindungsgemäße Kühlturm kann in konventioneller Weise als Ortbetonschale
hergestellt werden, die jedoch besonders dünn
gehalten werden kann,
da sie im wesentlichen nur in Schalenebene wirkende Kräfte aufzunehmen hat, während
alle Biegebeanspruchungen in Verbund mit dem Stahlfachwerk aufgenommen werden.
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Besonders eignet sich die vorliegende Erfindung zur Herstellung von
Kühltürmen aus Stahlbetonfertigteilplatten. Dazu wird zweckmäßigerweise der Kühlturm
aufgeteilt in vertikal übereinander angeordneten konischen Ringen. Diese Ringe wiederum
lassen sich zusammensetzen aus gleichen, ebenen und trapezförmigen Platten. Die
Platten eines Ringes lassen sich in sehr wirtschaftlicher Weise auf einer ebenen,
horizontalen Fläche mit einem Straßenfertiger als geraden Streifen betonieren, dessen
Querfugen abwechseln geneigt im Winkel der Konizität abgeschalt werden.
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Die Platten werden in ihren Eckpunkten durch Stahl-Verbindungselemente
miteinander verbunden, die erfindungsgemäß gleichzeitig den Anschluß von Fachwerk-Diagonalstäben
gestatten.
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Die Fertigteilplatten werden, abgesehen von den geringen, auf ihre
Fläche wirkenden Windkräften, nur durch in ihrer Ebene wirkende Kräfte beansprucht.
Diese Kräfte werden in den Lagerfugen und/oder an den Verbindungselementen gelenkig,
also ohne Biegebeanspruchungen, übertragen.
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Ein Vorzug des erfindungsgemäßen Kühlturms aus Stahlbetonfertigteilplatten
besteht darin, daß er ohne Beschädigung seiner Einzelelemente umbaubar, demontierbar
und an anderer Stelle wieder aufstellbar ist. Schadhafte Stellen lassen sich ohne
Gefahr für die Standsicherheit auswechseln.
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Das Fachwerk erleichtert die Inspizierbarkeit der Kühlturmkonstruktion.
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In das Fachwerk läßt sich vorteilhaft die zum Besteigen erforderliche
und bei reinen Stahlbeton-Kühltürmen immer sehr unschöne Treppenkonstruktion voll
einbeziehen.
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An Hand einiger Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend noch näher
erläutert: Fig. 1 zeigt ausschnittsweise eine Ansicht des Kühlturms (Da die zeichnerische
Darstellung eines erfindungsgemäßen Kühlturms sehr zeitraubend ist, ist hier und
in Fig. 2 nur ein Ausschnitt dargestellt.). Bei dem gezeigten Kühlturm ist der gesamte
Kühlturm von unten bis oben lückenlos mit einem aussteifenden Fachwerknetz umgeben.
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Selbstverständlich werden die Stäbe des Fachwerks den gegebenen statischen
Anforderungen entsprechend stärker oder schwächer dimensioniert.
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Fig. 2 zeigt ausschnittsweise eine Ansicht des Kühlturms, bei dem
das aussteifende Fachwerk in einzelne Meridian- und Ringstreifen aufgeteilt ist.
Die Anzahl, Abstände sowie die Dimensionierung dieser Fachwerkstreifen bieten vielflältige
Variationsmöglichkeiten.
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Fig. 3 zeigt die Herstellung von trapezförmigen Fertigteilplatten
(1), aus denen sich ein konischer Ring eines Kühlturms zusammensetzen läßt. Auf
den Seitenschalungen (2) kann ein Straßenfertiger fahren. Der Winkel, unter dem
die Querschalungen (3) eingebaut werden, bestimmt die Konizität.
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Fig. 4 zeigt einen Schnitt durch die ausgesteifte Kühlturmwand. Es
soll sich um einen Vertikalschnitt handeln.
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Ein Horizontalschnitt würde jedoch etwa gleich aussehen.
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Die dünnen Fertigteilplatten (4) sind an den Eckpunkten durch Verbindungselemente
(5) miteinander verbunden, an denen auch die Diagonalen (6) angeschlossen werden.
Die Gurtstäbe (7 und 8), die. etwa senkrecht-zu einander verlaufen, werden in den
Knotenpunkten (9) mit den Diagonalstäben verbunden.
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Fig. 5 zeigt im Schnitt eine von vielen möglichen Formen für ein Verbindungselement,
mit dem die Ferti-gteilplatten (10) an ihren Eckpunkten miteinander und mit den
Diagonalen (11) verbunden werden. In Nähe der Platteneckpunkte werden die Dübel
(12a, 12 b) einbetoniert und zweckmäßigerweise mit der Plattenrandbewehrung (13)
verschweißt. Die Dübel weisen Bohrungen auf zum Einschrauben der Bolzen (15). Als
Verbindungselement eignet sich eine quadratische Platte (14), die 4 Bohrungen aufweist
für die in die Dübel (12a, 12b) einzuschraubenden Befestigungsbolzen (15). Zum Anschluß
der Diagonalen ist z. B. eine halbkugelige Ausformung (16) angeschmiedet, die unter
den erforderlichen Winkeln Gewindebohrungen besitzen zum Einschrauben der Diagonalstäbe
(11). Bei besonders großen Kräften kann es erforderlich sein, auch auf der Gegenseite
eine Verbindungsplatte (68) mit 4 Bohrungen für Befestigungsbolzen (17) vorzusehen.
Damit die Fertigteilplatten in den Horizontalfugen vollflächig Druckkraft übertragen
können, ist beispielsweise ein Mörtelbett oder eine mit Mörtel gefüllte Schaumgummischicht
(19) oder etwas ähnliches vorzusehen. Um Maßtoleranzen der Platten (10) und der
Fuge (19) ausgleichen zu können, werden die Löcher für die Bolzen (15) bzw. (17)
in den Platten (16) bzw. (18) als in vertikaler Richtung angeordnete Langlöcher
ausgeführt. Um ein nachträgliches Verschieben der Platten auch unter Kraft zu verhindern,
bekommen die Befestigungsbolzen gehärtete und gezahnte Unterlegscheiben(2O) deren
Zähne sich beim Anziehen der Bolzen in die Platten (4) bzw. (18) festbeißen.
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