EP2877638B1

EP2877638B1 - Fundament für eine windenergieanlage

Info

Publication number: EP2877638B1
Application number: EP13731686.5A
Authority: EP
Inventors: Marc Seidel
Original assignee: Senvion GmbH
Current assignee: Senvion GmbH
Priority date: 2012-07-27
Filing date: 2013-06-19
Publication date: 2016-09-28
Anticipated expiration: 2033-06-19
Also published as: US9663939B2; DK2877638T3; EP2877638A1; DE102012014828A1; WO2014015927A1; US20150218796A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine aufgelöste Tragwerksstruktur, insbesondere eine Gitterturmstruktur, für eine Windenergieanlage gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Gründungsstruktur, die als aufgelöste Tragwerksstruktur, insbesondere als Gitterturmstruktur, ausgeführt ist, und z.B. als Offshore-Gründungsstruktur mittels gerammter Gründungspfähle, insbesondere mittels vorgerammter Hohlpfähle, am Boden verankert wird. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer aufgelösten Tragwerksstruktur, insbesondere einer Gitterturmstruktur, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 13.
Als aufgelöste Tragwerksstrukturen werden z.B. Tripods, Tripiles oder auch Gitterturmstrukturen bezeichnet. Im folgenden wird die Erfindung am Beispiel solcher Gitterturmstrukturen erläutert, ohne dass dies als Einschränkung zu verstehen ist. Gerade Gitterturmstrukturen sind bei Windenergieanlagen hinlänglich bekannt, z.B. als Gittertürme für Windenergieanlagen in Alternative zu Stahlrohrtürmen. Es sind auch Gitterturmstrukturen als Gründungsstrukturen bekannt, über die die Verbindung eines Bauwerkes mit dem Boden erfolgt. Solche bekannten Gründungsstrukturen bestehen beispielsweise aus einer Gitterstruktur aus Eckstielen und fachwerkartig zwischen den Eckstielen angeordneten Verstrebungen. Bei anderen aufgelösten Tragwerksstrukturen spricht man nicht von Eckstielen, sondern von Beinen. Die Verankerung am Boden, z.B. am Meeresboden, erfolgt z.B. über gerammte Gründungspfähle, die z.B. als Hohlpfähle ausgeführt sind, um die unteren Enden der Eckstiele aufnehmen zu können. Anschließend wird Mörtel (Grout) in die Hohlpfähle gefüllt, um die Eckstiele mit den Pfählen fest zu verbinden. In der Regel wird für die Verbindung mit den Gründungspfählen der Eckstiel an seinem freien Ende verlängert mit sogenannten Jacket-Beinen. Diese Jacket-Beine sind dabei so angebracht, dass sie in vertikaler Richtung in den Gründungspfählen stehen, während die Eckstiele zur vertikalen Richtung eine Neigung aufweisen. Diese Jacket-Beine sind nach der Diktion der vorliegenden Anmeldung Teil des Eckstiels und somit vom Begriff "Eckstiel" mit umfasst. Das Verbinden der Eckstiele mit den Pfählen kann also auch das Verbinden der Jacket-Beine mit den Pfählen sein.
Diese beispielsweise aus der DE 20 2011 101599 U1 bekannten Gründungsstrukturen werden allgemein als Jacket-Gründungen bezeichnet und überwiegend im Offshore-Bereich eingesetzt, das heißt die Gründungsstruktur steht im Meer und die Hohlpfähle sind im Meeresboden verankert. Auf der Gründungsstruktur kann ein Turmbauwerk, insbesondere eine Windenergieanlage angeordnet werden, z.B. eine Windenergieanlage mit einem Gitter- oder einem Stahlrohrturm.
Die vorgenannten Gitterturmstrukturen bestehen aus sogenannten Primär- und Sekundärstrukturen. Bei den Primärstrukturen handelt es sich um die Teile der Gitterturmstruktur, die die von der Windenergieanlage herrührenden Lasten abtragen. Zu diesen Lasten gehören statische, z.B. aus dem Eigengewicht der Windenergieanlage resultierende, und auch dynamische Lasten, die z.B. aus der Rotordrehung und aus wechselnden Winden herrühren. Zu den Primärstrukturen zählen zum Beispiel die Eckstiele und die die Eckstiele verbindenden und sich zwischen den Eckstielen erstreckenden Verstrebungen. Darunter fallen auch Knoten, z.B. Guss- und Schweißknoten. In Abgrenzung dazu haben die Sekundärstrukturen keine standsicherheitsrelevante lastabtragende Funktion, sondern sie sind vorgesehen, um funktionale Aufgaben zu erfüllen und die dabei auftretenden Lasten (z.B. Anpralllasten von Service-Schiffen an Bootsanleger) in die Primärstruktur einzuleiten. Sekundärstrukturen sind zum Beispiel Kabelführungsrohre (J-Tubes), Plattformen und Anleger für das Anlanden von Booten, Arbeitsplattformen, oder auch Auflagerplatten (Pile Stopper) an den verankerungsseitigen Endbereichen der Eckstiele, die die Eindringtiefe eines Eckstiels beim Einsetzen in einen in den Meeresboden getriebenen oder gebohrten Hohlpfahl begrenzen. Diese Aufzählung ist nur beispielhaft und nicht abschließend. Anders als bei den Primärstrukturen bewirkt das Versagen einer Sekundärstruktur keine Beeinträchtigung der Standsicherheit der Gesamtkonstruktion.
Bei bekannten Gitterturmstrukturen werden die Sekundärstrukturen über Stoffschluss, bei dem der Werkstoff der Strukturen metallurgisch verändert wird, wie es z. B. beim Schweißen der Fall ist, mit den Primärstrukturen verbunden. Z.B. werden Plattformen an den Eckstielen oder an den Verstrebungen angeschweißt. Der Nachteil von Schweißverbindungen ist, dass durch die metallurgische Veränderung der Struktur eine Kerbwirkung entsteht, durch die die Ermüdungsfestigkeit der Struktur herabgesetzt wird. Das hat zur Folge, dass insbesondere die Primärstruktur stärker dimensioniert werden muss, um die Herabsetzung der Ermüdungsfestigkeit auszugleichen, wodurch sich die Kosten der Gitterturmstruktur erhöhen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine in dieser Hinsicht verbesserte Gitterturmstruktur bzw. aufgelöste Tragwerksstruktur bereitzustellen.
Gelöst wird die Aufgabe mit einer Gitterturmstruktur bzw. mit einer aufgelösten Tragwerksstruktur mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die erfindungsgemäße Gitterturmstruktur bzw. aufgelöste Tragwerksstruktur zeichnet sich dadurch aus, dass die stoffschlüssige Verbindung zwischen der Primär- und der Sekundärstruktur als eine zwischen Primär- und Sekundärstruktur angeordnete abbindende Verbindungsschicht ausgebildet ist.
Bei der vorliegenden Erfindung ist zur Herstellung der Verbindung zwischen Primär- und Sekundärstruktur kein Schweißen mehr erforderlich, sondern die Verbindung wird über eine Verbindungsschicht hergestellt. Die Verbindungsschicht bietet den Vorteil, dass keine metallurgischen Veränderungen in der Werkstoffstruktur erzeugt werden und somit keine Kerbwirkung eintritt. Entsprechend wird auch die Ermüdungsfestigkeit insbesondere der lastabtragenden Primärstrukturen nicht beeinträchtigt. Dies hat in vorteilhafter Weise zur Folge, dass die Primärstrukturen und auch die Sekundärstrukturen gegenüber dem Stand der Technik zumindest teilweise leichter dimensioniert und entsprechend Kosten eingespart werden können.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann es sich bei der Verbindungsschicht um eine Klebschicht handeln. Klebeverbindungen sind grundsätzlich im Stahlbau bereits bekannt. Geeignete Klebeverbindungen und Klebstoffe werden unter anderem in dem Artikel " Kleben im Stahlbau" in der Zeitschrift Stahlbau 75 (2006), Heft 10, Seiten 834 ff., Autoren: Markus Feldmann et al. beschrieben.
Ein alternatives Verbindungsmittel zu Klebstoff kann gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung (normal- oder hochfester) Mörtel (Grout) sein. Auch Mörtelverbindungen (auch Grout-Verbindungen genannt) sind grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt, so dass dazu keine weiteren Erläuterungen erforderlich sind.
Grundsätzlich ließen sich Primär- und Sekundärstruktur direkt stoffschlüssig miteinander verbinden, die Kleb- oder Groutschicht wäre dann unmittelbar zwischen beiden Befestigungspartnern angeordnet. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht aber vor, dass die Sekundärstruktur an einer Manschette befestigt ist, insbesondere durch Schweißen, und dass die Manschette formschlüssig der Primärstruktur anliegt, wobei zwischen Manschette und Primärstruktur die Verbindungsschicht ausgebildet ist.
Anders betrachtet könnte man die Manschette auch als Teil der Sekundärstruktur ansehen, was aber technisch keinen Unterschied macht. In dieser Anmeldung wurde die Betrachtungsweise gewählt, dass die Manschette nicht Teil der Sekundärstruktur ist, selbst wenn Manschette und Sekundärstruktur einstückig ausgebildet sind. Erkennbar handelt es sich lediglich um eine gewählte Definition.
Diese erfindungsgemäße Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die Sekundärstruktur nicht direkt an der Primärstruktur befestigt werden muss, was z.B. dann ein Problem sein kann, wenn nur kleine Verbindungsflächen zur Verfügung stehen. Die Manschette kann eine Verbindungsfläche geeigneter Größe und Kontur aufweisen, und die Sekundärstruktur kann z.B. an die Manschette angeschweißt werden. Manschette und Sekundärstruktur können aber auch auf andere Art verbunden werden oder einstückig hergestellt sein. Eine Manschette hat den Vorteil, dass sie in vielfältiger Größe und Form herstellbar ist, und dass die durch die Sekundärstruktur auftretenden Lasten über die Manschette und über die Verbindungsschicht auf die Primärstruktur abgetragen wird, ohne dass die Primärstruktur dabei strukturell geschwächt wird.
Dabei kann die Manschette gemäß einer weiteren Ausgestaltung mindestens zweiteilig ausgebildet sein. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die Manschette in einfacher Weise an der Primärstruktur angeordnet werden kann. Bei rohrformigen Primärstrukturen kann die Manschette z.B. aus zwei 180°-Schalen bestehen, die sich, ggf. auch zusammen mit Hilfsschalen, zu einem geschlossenen Ring ergänzen. Die Schalen können z.B. durch Schweißen oder Schrauben miteinander verbunden werden.
Denkbar wäre aber auch gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung für nicht sehr stark belastete Verbindungen, die Manschette als Teilschale auszubilden. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die Manschette die Primärstruktur nur teilweise umfassen würde und so leicht und schnell montiert werden kann.
Mit Vorteil ist die Erfindung umsetzbar, wenn die aufgelöste Tragwerksstruktur bzw. die Gitterturmstruktur eine Gründungsstruktur, die Primärstruktur ein Eckstiel oder ein Bein, und die Sekundärstruktur ein Auflager für die Tiefenbegrenzung des Eckstiels oder Beins beim Einsetzen in vorgerammte Hohlpfähle ist. Diese Auflager werden auch als Pile-Stopper bezeichnet. Als besonderer Vorteil erweist sich, dass die erfindungsgemäße Befestigung mittels einer Verbindungsschicht gegenüber dem Schweißen unproblematischer und baupraktisch vorteilhafter umsetzbar ist. Denn im Stand der Technik wird der Pile-Stopper weit vor der Errichtung der Gründungsstruktur an den Eckstiel geschweißt, nämlich an Land in einer Werkshalle. Der Grund hierfür ist, dass das Herstellen einer Schweißverbindung zeitaufwendig und die Schweißverbindung anschließend noch im Hinblick auf ihre Festigkeit geprüft und ggf. zertifiziert werden muss. Dies führt zu dem Nachteil, dass die Anordnung der Pile-Stopper an den Eckstielen oder Beinen nicht sehr genau an die tatsächlich bei der Errichtung der Gründung anzutreffenden Pfahlhöhen erfolgt, die erst nach dem Einmessen der Pfähle z. B. nach dem Rammen feststellbar ist. Dies ist ein bekanntes Problem, und im Stand der Technik begegnet man diesem Problem, indem Futterplatten zwischen die Pfahloberkanten und die Pile-Stopper als Höhenausgleich gesetzt werden. Die WO2011/010937 A1 beschäftigt sich unter anderem mit diesem Problem des Höhenausgleichs.
Demgegenüber bietet die erfindungsgemäße Ausgestaltung den Vorteil, dass die Verbindung zwischen dem Eckstiel und dem Pile-Stopper nach der Einmessung der vorgerammten Pfähle entweder direkt vor Ort oder kurz vor der Verladung an Land hergestellt werden kann, so dass die Anordnung des Pile-Stoppers am Eckstiel an die tatsächliche Pfahlhöhe vor Ort angepasst werden kann. Dies ist möglich, da sowohl eine Klebe- als auch eine Mörtelverbindung in relativ kurzer Zeit und in gleichbleibend guter Qualität herstellbar sind.
Eine Vorgabe für Offshore-Windenergieanlagen ist, dass diese über eine ausreichende Erdung verfügen müssen. Dies führte im Stand der Technik dazu, dass bei der Verwendung von Höhenausgleichsplatten, insbesondere bei solchen mit elastischen Eigenschaften, kein elektrischer Kontakt zwischen Eckstiel und Gründungspfahl bestand, der sonst von dem auf dem Pfahl aufliegenden Pile-Stopper hergestellt worden wäre, so dass nachträglich eine elektrische Verbindung hergestellt werden musste, z.B. durch nachträgliches Anbringen eines Leiters zwischen Pile-Stopper und Gründungspfahl. Diese Arbeiten mussten von Tauchern ausgeführt werden. Die nachträgliche Anordnung eines solchen elektrischen Leiters ist bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung nicht mehr erforderlich, da der Pile-Stopper vorteilhaft direkt auf dem Pfahl aufliegt, wodurch eine elektrische Leitung hergestellt wird. Aufgrund der Verbindungsschicht zwischen Pile-Stopper und Eckstiel, die in der Regel nichtleitend ist, muss ggf. eine elektrische Verbindung zwischen Eckstiel und Pile-Stopper hergestellt werden, was aber während der Befestigung des Pile-Stoppers leicht ausführbar ist, und somit ohne den beschwerlichen und risikobehafteten Einsatz von Tauchern durchführbar ist.
Nachdem die Eckstiele in den Gründungspfählen vergroutet sind, soll nach dem Stand der Technik kein Lastabtrag mehr über die Pile-Stopper erfolgen, sondern nur noch über die Mörtelverbindung der Eckstiele in den Gründungspfählen. Es kann dennoch vorkommen, dass zumindest teilweise noch Lasten über die Pile-Stopper übertragen werden. Dies ist wegen der Kerbwirkung von Schweißverbindungen problematisch. Zur Vermeidung solcher Probleme werden die Pile-Stopper daher in Tauchgängen oftmals wieder entfernt, sobald der Mörtel in den Gründungspfählen ausgehärtet ist.
Demgegenüber weist die erfindungsgemäße Ausgestaltung den Vorteil auf, dass durch die erfindungsgemäße Verbindungsart keine Kerbwirkung auftritt. Entsprechend müssten die Pile-Stopper nicht entfernt werden, denn ein teilweiser Lastübertrag ist hier unproblematisch. Würde es zu einem Versagen der erfindungsgemäßen Verbindung nach dem Aufbau der Gründung kommen, wäre dies sogar der Sollfall, da dann ein Lastabtrag zu 100% über die Grout-Verbindung erfolgt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Pile-Stopper aus einer bodenseitigen Auflagerringplatte mit zentralem Durchgangsloch für den Eckstiel oder das Bein, aus einem ringinnenseitig der Auflagerringplatte angeordneten, das Durchgangsloch umgebenden, zylinderförmigen Ansatzstück und aus mehreren Verstärkungsfinnen aufgebaut, die sich entlang des Umfangs des im wesentlichen senkrecht auf der Auflagerringplattenebene stehenden Ansatzstücks radial nach außen, insbesondere deltaformig, zwischen Auflagerringplatte und Ansatzstück erstreckend angeordnet sind, wobei die Auflagerringplatte den Pfahl bei in einem Gründungspfahl eingesetztem Eckstiel oder Bein radial überragend bemessen ist. Dieser Aufbau zeichnet sich als materialsparend und dennoch stabil aus. Dabei ist es gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorteilhaft, dass der Pile-Stopper mindestens zweiteilig ausgebildet ist, da ein geteilter Pile-Stopper leichter an einem Eckstiel oder Bein montierbar und leichter handhabbar ist.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass in der Öffnung des Pile-Stoppers Abstandshalter angeordnet sind, über die der Eckstiel oder das Bein in der Öffnung auf Abstand zum Pile-Stopper gehalten ist. Dadurch ist sichergestellt, dass ein ausreichender Ringspalt für das Einbringen der Verbindungsschicht vorhanden ist.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass insbesondere der Bereich der Verbindungsschicht mit einem Korrosionsschutz versehen ist, beispielsweise mit einem Korrosionsschutzlack oder einer Beschichtung.
Eine erfindungsgemäße Sekundärstruktur kann gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung auch ein Kabelführungsrohr oder ein Bootsanleger sein.
Wie eingangs erwähnt ist die erfindungsgemäße Gründungsstruktur nicht beschränkt auf Gitterstrukturen, die aus Eckstielen und fachwerkartig zwischen den Eckstielen angeordneten Verstrebungen bestehen, sondern umfasst auch Strukturen, bei denen keine Unterscheidung mehr zwischen Eckstiel und Verstrebung gemacht werden kann (z.B. "Hexabase-Jacket" oder DE 20 2011 101 599 U1 , oder andere aufgelöste Tragwerksstrukturen, z.B. Tripods). Hier spricht man nicht länger von Eckstielen, sondern von Beinen. In den Ansprüchen wird ebenfalls die Bezeichnung "Bein" verwendet.
Die Aufgabe wird weiterhin durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst. Vorteilhafte Verfahrensausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand mehrerer prinzipienhaft in den Figuren gezeigter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Gründungsstruktur,
Fig. 2: eine Detailansicht des in Fig. 1 mit X gekennzeichneten Bereiches eines Ausführungsbeispiels für einen geklebten Pile-Stopper im Schnitt,
Fig. 3: eine isometrische Ansicht des in Fig. 2 dargestellten Pile-Stoppers,
Fig. 4: eine Detailansicht des in Fig. 1 mit Y gekennzeichneten Bereiches eines weiteren Ausführungsbeispiels für einen gegrouteten Pile-Stopper,
Fig. 5: eine isometrische Ansicht des in Fig. 4 dargestellten Pile-Stoppers, und
Fig. 6: eine Detailansicht des in Fig. 1 mit Z gekennzeichneten Bereiches eines Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße Verbindung einer Sekundärstruktur mit einer Primärstruktur im Schnitt.

In der Fig.1 ist eine Gründungstruktur 1 für ein Turmbauwerk 2 dargestellt. Bei dieser Gründungsstruktur 1 handelt es sich um ein Jacket für ein Offshore-Bauwerk, wie z. B. für eine Offshore-Windenergieanlage, das heißt, dass das Jacket am Meeresboden 6 verankert wird, wobei die Gründungsstruktur 1 so ausgebildet und angeordnet ist, dass ihr oberer Teil über dem Meeresspiegel 7 liegt.
Das Jacket besteht aus Eckstielen 3 und aus zwischen den Eckstielen 3 angeordneten und daran befestigten Verstrebungen 4. Bei diesen Bauteilen handelt es sich um lastabtragende Teile, die als Primärstrukturen bezeichnet werden. Die Eckstiele 3 werden über hohle Gründungspfähle 5 im Meeresboden 6 verankert, wobei die Eintauchtiefe der Eckstiele 3 in die Gründungspfähle 5 durch Pile-Stopper 8, 9 begrenzt wird. Wie später noch im Einzelnen gezeigt werden wird, sind in Figur 1 zwei unterschiedliche Pile-Stopper gezeigt, nämlich am linken Eckstiel ein durch Klebung befestigter Pile-Stopper 8, am rechten Eckstiel ein durch Grout verbundener Pile-Stopper 9.
Die Fig. 2 zeigt den in Fig. 1 mit X bezeichneten Bereich in vergrößerter und geschnittener Darstellung. Dargestellt ist ein Eckstiel 3, der in einen in den Meeresboden vorgerammten Gründungspfahl 5 über eine Mörtelverbindung 26 mit dem Pfahl 5 vergroutet ist. An dem Eckstiel 3 sind im in den Pfahl 5 eindringenden Bereich außenseitig Schubrippen 27 vorgesehen. Weiterhin ist an dem unteren Ende des Eckstiels 3 eine Einführhilfe 22 ausgebildet.
Auf dem oberen Ende des Gründungspfahls 5 stützt sich ein Pile-Stopper 8 ab. Der Pile-Stopper 8 weist pfahlseitig eine Auflagefläche 24a auf, über die die Auflagerplatte 24 auf dem Pfahl 5 aufliegt. Es weist weiterhin Verstärkungsfinnen 24b, 24c auf, die sich nach unten (24b) bzw. nach oben (24c) von der Auflagerplatte 24 erstrecken. Die Auflagerplatte 24 ist über eine Klebeverbindung mit dem Eckstiel 3 verbunden. Aus Gründen der besseren Darstellbarkeit ist nur im linken Teil der Auflagerplatte 24 die die Klebeverbindung herstellende Klebeschicht 28 dargestellt.
Fig. 3 zeigt in einer isometrischen Ansicht das in Fig. 1 mit X gekennzeichnete Detail, das anhand Figur 2 bereits näher beschrieben wurde. Der mittels einer Klebeverbindung am Eckstiel 3 befestigte Pile-Stopper 8 besteht aus einer kreisförmigen Ringplatte 24, die wie aus Fig. 2 ersichtlich eine zentrale Durchgangsöffnung für den Eckstiel 3 aufweist. Diese Durchgangsöffnung ist so dimensioniert, dass der Eckstiel 3 mit dem Pile-Stopper 8 einen dazwischen liegenden Ringspalt ausbildet, in den ein Klebstoff zur Ausbildung einer Klebstoffschicht 28 eingebracht wird. Damit dieser Ringspalt möglichst gleichmäßig ausgebildet ist, sind auf der ringspaltseitigen Fläche des Pile-Stoppers, also auf der dem Eckstiel 3 zugewandten Fläche, Abstandshalter in Form von umlaufenden Ringwülsten vorgesehen. Nach Einbringen der Klebstoffmasse in den Ringspalt und nach Aushärten bzw. Abbinden der Klebstoffmasse sind der Eckstiel 3 und der Pile-Stopper verbunden. Dabei kann der Klebstoff so gewählt werden, dass die Verbindung noch eine gewisse Elastizität aufweist, so dass sich der Pile-Stopper 8 noch in einem gewissen Maße in Längsrichtung des Eckstieles 3 elastisch bewegen kann.
Die Ringplatte 24 des Eckstieles 3 liegt auf ihrer Unterseite 24a auf den Gründungspfählen 5 auf. Auf der Oberseite der Ringplatte 24 ist eine zylindrische Hülse 29 im Wesentlichen senkrecht zur Ringplatte 24 mittels Versteifungsfinnen 24c stabilisiert befestigt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Pile-Stopper 8 aus vier 90°-Ringsegmenten 8a bis 8d aufgebaut. Diese Ringsegmente 8a bis 8d werden an den paarweise zusammenstoßenden Grenzflächen miteinander verschraubt. Dazu sind in den benachbart zur Anlage kommenden Verstärkungsfinnen 24c Löcher 30 für das Durchführen von Bolzen vorgesehen.
In der Ringplatte 24 sind vier Bohrungen 31 vorgesehen, die das Austreten von Meerwasser beim Einfüllen von Grout 26 in die Gründungspfähle 5 erlauben und zudem eine Beobachtung des Pfahlinneren ermöglichen, z. B. durch ferngesteuerte Kameras, um das sukzessive Auffüllen des Pfahles 5 mit Grout 26 zu überwachen. Für die Herstellung eines leitenden Kontaktes zwischen Eckstiel 3 und Pile-Stopper 8 ist mindestens ein elektrisches Erdungskabel 32 vorgesehen. Da die Ringplatte 24 direkt auf dem Pfahl 5 aufliegt, ist eine leitende Verbindung zwischen diesen beiden Komponenten gewährleistet. Zusätzlich kann dennoch eine weitere Erdung durch Vorsehen eines entsprechenden Erdungskabels vorgenommen werden.
Die Figuren 4 und 5 zeigen eine alternative Bauart eines Pile-Stoppers 9. In der Schnittansicht der Fig. 4 ist erkennbar, dass der zwischen Eckstiel 3 und Pile-Stopper ausgebildete Ringspalt 33 deutlich größer als bei der Klebevariante ist. Dieser Ringspalt 33 wird zum Befestigen des Pile-Stoppers 9 am Eckstiel 3 mit einer Groutmasse 34 befüllt, und nach Abbinden der Groutmasse 34 besteht eine feste Verbindung zwischen Eckstiel 3 und Pile-Stopper 9. Diese Verbindung kann noch dadurch in der Festigkeit verbessert werden, dass auf der eckstielseitigen Innenfläche des Pile-Stoppers 9 Schubrippen 35 ausgebildet sind. Funktionsgleiche Schubrippen 27 weist auch der Eckstiel 3 auf seinem verankerungsseitigen Endbereich auf. Diese Schubrippen 35 und 27 ermöglichen eine stabilere Verbindung sowohl mit dem im Ringspalt 33 eingefüllten Grout 34 als auch mit dem im Pfahl 5 eingefüllten Grout 26.
Im Übrigen besteht auch der durch Grouten verbundene Pile-Stopper 9 aus einer Basisplatte 40 und einem senkrecht dazu angeordneten Zylinder 41, der die zentrale Öffnung in der Grundplatte 40 umschließt und zusammen mit dem Eckstiel 3 den Ringspalt 33 ausbildet. Zwischen Eckstiel 3 und Pile-Stopper ist erneut ein Erdungskabel 32 montiert, um eine elektrisch leitende Verbindung herzustellen. Auch der Pile-Stopper 9 der Fig. 5 besteht aus vier 90°-Segmenten 40a bis 40d, die durch Bolzen aneinander befestigt sind zur Bildung eines 360° Pile-Stoppers. Es sind auch andere Segmentierungen denkbar, z. B. eine Unterteilung in zwei, drei, oder mehr als vier Segmente. Die Einteilung in Segmente ist deshalb vorteilhaft, weil dadurch die Handhabbarkeit erleichtert ist.
Die Befestigung der Pile-Stopper 8 oder 9 an dem Eckstiel 3 kann, anders als im Stand der Technik, erst unmittelbar vor der Befestigung der Gitterturmstruktur 1 an den Gründungspfählen 5 erfolgen. Die Höhe, bis zu der die Gründungspfähle 5 aus dem Meeresboden 6 herausragen, kann dazu vermessen werden und dadurch die gewünschte Höhenposition der Pile-Stopper 8, 9 am Eckstiel 3 ermittelt werden. In dieser gewünschten Position lassen sich dann die Pile-Stopper 8, 9 durch Klebung (8) oder durch Vergroutung (9) am Eckstiel 3 befestigen und nach Abbinden der Verbindung kann dann die Gitterturmstruktur 1 auf die Gründungspfähle 5 abgesenkt und das untere Ende 22 der Eckstiele 3 (Groutzapfen) in die Gründungspfähle 5 eingeführt werden, bis die Pile-Stopper 8, 9 zur Auflage auf den oberen Rändern der Gründungspfähle 5 kommen. Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Schweißverbindungen ist eine unmittelbare Herstellung der Verbindung zwischen Pile-Stopper und Eckstielen am Errichtungsort des Turmes nicht möglich, da Schweißverbindungen komplizierter in der Herstellung sind. Die Schweißnähte müssen auch einer Prüfung unterzogen werden und in der Regel ist eine Abnahme durch den Zertifizierer erforderlich. Da Kleb- und Groutverbindungen diese Nachteile in der Regel nicht aufweisen, kann der Pile-Stopper unmittelbar am Aufstellungsort oder kurz vor der Verladung zur Verschiffung auf See mit dem Eckstiel verbunden werden und dadurch z. B. die Verwendung von Futterplatten zum Höhenausgleich vermieden werden.
Fig. 6 zeigt in vergrößerter Darstellung den in Fig. 1 mit Z bezeichneten Bereich. Dargestellt ist die Befestigung eines Kabelführungsrohres 10 über eine Manschette 11 an einem Eckstiel 3. Um den rohrförmigen Eckstiel 3 ist eine ringförmige Manschette 11 gelegt, wobei zwischen Eckstiel 3 und Manschette 11 ein Ringspalt verbleibt, der mit einer Klebemasse 12 ausgefüllt ist. Nach Abbinden dieser eine Verbindungsschicht bildenden Klebemasse 11 besteht zwischen Manschette 11 und Eckstiel 3 eine feste Verbindung, die die Stabilität des Eckstieles 3 nicht beeinflusst. Auf der Manschette 11 ist das Kabelführungsrohr 10 angeschweißt.
Die Manschette 11 kann z. B. aus mehreren Teilringen aufgebaut sein. Denkbar sind z. B. zwei 180°-Teilringe, drei 120°-Teilringe oder vier 90°-Teilringe. Auch Kombinationen mit unterschiedlichen Teilringen sind möglich. Es ist auch möglich, dass die Manschette 11 den rohrförmigen Eckstiel 3 nur in einem Teilumfang umgreift, z. B. um 90°. Die Größe der Klebefläche muss dabei lediglich die Stabilitätsanforderungen für die Befestigung der Sekundärstruktur erfüllen. Diese Anforderungen sind z. B. bei einem Kabelführungsrohr 10 geringer als bei einer Arbeitsplattform. Bei hohen Stabilitätsanforderungen ist daher eine den Eckstiel 3 vollständig umschließende Manschette 11 bevorzugt.

Claims

Aufgelöste Tragwerksstruktur (1) für eine Windenergieanlage, insbesondere Gitterturmstruktur für eine Windenergieanlage, insbesondere Gründungsstruktur für eine Windenergieanlage, insbesondere zur Bodenverankerung einer Offshore-Windenergieanlage über gerammte Gründungspfähle (5) im Boden (6), wobei die aufgelöste Tragwerksstruktur (1) Primärstrukturen (3, 4), über die in der Tragwerksstruktur (1) durch die Windenergieanlage auftretende Lasten abgetragen werden, und Sekundärstrukturen (8, 9, 10) aufweist, die keine lastabtragende, sondern funktionale Aufgaben haben, wobei die Sekundärstrukturen (8, 9, 10) an den Primärstrukturen (3, 4) angeordnet und mit ihnen stoffschlüssig verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die stoffschlüssige Verbindung zwischen der Primär- (3, 4) und der Sekundärstruktur (8, 9, 10) als eine dazwischen angeordnete Verbindungsschicht (12, 28, 34) ausgebildet ist.
Aufgelöste Tragwerksstruktur (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsschicht als Klebschicht (12, 28) ausgebildet ist.
Aufgelöste Tragwerksstruktur (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärstruktur (10) an einer Manschette (11) befestigt ist, insbesondere durch Schweißen befestigt ist, die formschlüssig der Primärstruktur (3, 4) anliegt, wobei zwischen Manschette (11) und Primärstruktur (3, 4) die Verbindungsschicht (12, 28) ausgebildet ist.
Aufgelöste Tragwerksstruktur (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Manschette (11) mehrteilig ausgebildet ist.
Aufgelöste Tragwerksstruktur (1) nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Primärstruktur (3, 4) rohrförmig ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Manschette (11) als Teilschale ausgebildet ist.
Aufgelöste Tragwerksstruktur (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Manschette (11) zusammen mit anderen Manschetten oder mit einer oder mehreren Hilfsschalen einen vollständigen Ring ausbildet.
Aufgelöste Tragwerksstruktur (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aufgelöste Tragwerksstruktur (1) eine Gründungsstruktur, die Primärstruktur ein Eckstiel (3) oder ein Bein, und die Sekundärstruktur ein Auflager (8, 9) für die Tiefenbegrenzung des Eckstiels (3) oder Beins beim Einsetzen in gerammte Gründungspfähle (5) ist (Pile-Stopper).
Aufgelöste Tragwerksstruktur (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Pile-Stopper (8, 9) unter Bildung eines Ringspaltes (33) den Eckstiel (3) oder das Bein vollständig umschließt, wobei in dem Ringspalt (33) die Verbindungsschicht (12, 28, 34) angeordnet ist.
Aufgelöste Tragwerksstruktur (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Pile-Stopper (8, 9) aus mehreren, insbesondere baugleichen, teilringförmigen Segmenten aufgebaut ist.
Aufgelöste Tragwerksstruktur (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Pile-Stopper (8, 9) aus einer bodenseitigen Auflagerringplatte (24, 40) mit zentralem Durchgangsloch für den Eckstiel (3) oder das Bein, aus einem ringinnenseitig der Auflagerringplatte (24, 40) angeordneten, das Durchgangsloch umgebenden, zylinderförmigen Ansatzstück (29, 41) und aus mehreren Verstärkungsfinnen (24c) aufgebaut ist, die sich entlang des Umfangs des im wesentlichen senkrecht auf der Auflagerringplattenebene stehenden Ansatzstücks (29, 41) radial nach außen, vorzugsweise deltaförmig, zwischen Auflagerringplatte (24, 40) und Ansatzstück (29, 41) erstreckend angeordnet sind, wobei die Auflagerringplatte (24, 40) den Gründungspfahl (5) bei in einem Gründungspfahl (5) eingesetztem Eckstiel (3) oder Bein radial überragend bemessen ist.
Aufgelöste Tragwerksstruktur (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass auf der ringspaltseitigen Zylinderfläche des Pile-Stoppers (8, 9) Abstandshalter angeordnet sind, über die der Eckstiel (3) oder das Bein auf Abstand zum Pile-Stopper (8, 9) gehalten ist.
Aufgelöste Tragwerksstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärstruktur ein Kabelführungsrohr (10) oder ein Bootsanleger ist.
Verfahren zur Herstellung einer aufgelösten Tragwerksstruktur (1) für eine Windenergieanlage, insbesondere einer Gitterturmstruktur für eine Windenergieanlage, insbesondere einer Gründungsstruktur für eine Windenergieanlage, insbesondere zur Bodenverankerung einer Offshore-Windenergieanlage über Gründungspfähle (5) im Boden (6), wobei die Tragwerksstruktur (1) Primärstrukturen (3, 4), über die in der Tragwerksstruktur (1) durch die Windenergieanlage auftretende Lasten abtragbar sind, und Sekundärstrukturen (8, 9, 10) aufweist, die keine lastabtragende, sondern funktionale Aufgaben erfüllen, wobei mindestens eine Primärstruktur (3, 4) mit einer Sekundärstruktur (8, 9, 10) über eine stoffschlüssige Verbindung verbunden wird, dadurch gekennzeichnet, dass die stoffschlüssige Verbindung zwischen der Primär- (3, 4) und der Sekundärstruktur (8, 9, 10) als eine dazwischen angeordnete abbindende Verbindungsschicht (12, 28, 34) ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsschicht als Klebeschicht (12, 28) ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärstruktur (10) an einer Manschette (11) befestigt wird, die formschlüssig der Primärstruktur (3, 4) angelegt wird, und wobei zwischen Manschette (11) und Primärstruktur (3, 4) die Verbindungsschicht (12, 28, 34) ausgeführt wird.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärstruktur (10) vor dem Verbinden der Manschette (11) mit der Primärstruktur (3, 4) an der Manschette (11) befestigt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärstruktur ein Pile-Stopper (8, 9) und die Primärstruktur ein Eckstiel (3) oder Bein ist.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Verbinden des Pile-Stoppers (8, 9) mit dem Eckstiel (3) oder dem Bein eine Einmessung der vorgerammten Gründungspfähle (5) zur Ermittlung der geeigneten Lage des Pile-Stoppers (8, 9) am Eckstiel (3) oder Bein erfolgt, und dass der Pile-Stopper (8, 9), insbesondere Offshore, an der ermittelten geeigneten Lage am Eckstiel (3) oder Bein befestigt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verbesserung der Schubtragfähigkeit im Bereich der Verbindungsschicht, insbesondere bei Verwendung von Mörtel (34) (Grout), Verbundmittel, insbesondere Schubrippen (27, 35), angeordnet werden.