EP4237626A2 - Windkraftanlagengründungsstruktur - Google Patents

Windkraftanlagengründungsstruktur

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EP4237626A2
EP4237626A2 EP21790834.2A EP21790834A EP4237626A2 EP 4237626 A2 EP4237626 A2 EP 4237626A2 EP 21790834 A EP21790834 A EP 21790834A EP 4237626 A2 EP4237626 A2 EP 4237626A2
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EP
European Patent Office
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structural element
hollow structural
cable
transition piece
wind turbine
Prior art date
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Pending
Application number
EP21790834.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Daniel Bartminn
Artur CZARNECKI
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rwe Offshore Wind GmbH
Original Assignee
Rwe Offshore Wind GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Rwe Offshore Wind GmbH filed Critical Rwe Offshore Wind GmbH
Publication of EP4237626A2 publication Critical patent/EP4237626A2/de
Pending legal-status Critical Current

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    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/728—Onshore wind turbines

Definitions

  • the wall can be formed from a mineral building material.
  • a seal In the case of a grout connection, grout material is introduced into the annular space after the transition piece has been inserted into the hollow structural element. In order to prevent the grout material penetrating from above from reaching the cable bushings, it is proposed that the seal be arranged in the longitudinal direction of the hollow structural element above the cable bushing. In order to possibly prevent liquid from penetrating from the outside into the annular space via the cable bushings, a seal can be arranged below the cable bushing in the direction of the hollow structural element.
  • the annular space between the hollow structural element and the transition piece is at least partially grouted.
  • an upper edge of the grout connection is below at least a lower edge of one of the cable bushings in the longitudinal direction of the hollow structural element.
  • the grout connection is made in such a way that it is completely below the cable bushings in the overlap area. Possibly .
  • another grout connection is to be provided above the top edges of the higher of the two cable entry openings. In this case, surrounding grout seals are to be provided at the height of the cable entry.
  • an apron pointing radially outwards can be formed on the outer lateral surface of the wall in an end region of the hollow structural element.
  • the skirt can be partially or fully wraparound. In particular, the skirt is spaced apart from the upper face in the axial direction.
  • the transition piece 10 is also designed as a hollow structural element and its wall 10c is preferably made of steel.
  • FIG. 4a Such a cable bushing is shown in FIG. 4a.
  • the transition piece 10 is inserted into the hollow structural element 4 and lies on the stops 18 which point radially inward.
  • the cable 16 is guided within the transition piece 10 into the overlapping area 10b.
  • the cable bushings 20a, b are aligned with one another, so that the cable 16 can be passed through the two walls 4c, 10c.
  • a circumferential seal 24 is proposed.
  • the seal 24 is arranged circumferentially in the annular space 14 and seals the annular space 14 vertically.
  • the insertion aid is formed on an outer lateral surface of the transition piece 10 .
  • a rod-shaped element 50 can extend in the longitudinal direction of the transition piece 10 towards the bottom of the transition piece 10 at a radial distance from the outer lateral surface of the transition piece 10 .

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Abstract

Windkraftanlagengründungsstruktur umfassend, ein Hohlstrukturelement mit einer sich in Längsrichtung erstreckenden, umlaufenden Wandung, wobei in der Wandung eine die Wandung durchbrechende erste Kabeldurchführung angeordnet ist, ein Übergangsstück mit einem Überlappbereich der in das Hohlstrukturelements ragt und einem Übergangsbereich der stirnseitig aus dem Hohlstrukturelement heraus ragt und einer sich in Längsrichtung erstreckenden, umlaufenden Wandung, wobei im Überlappbereich in der Wandung eine die Wandung durchbrechende zweite Kabeldurchführung angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Kabeldurchführung im montierten Zustand von Hohlstrukturelement und Übergangsstück zumindest teilweise überlappend aneinander anliegen.

Description

Windkraftanlagengründungsstruktur
Der Gegenstand betrifft eine Windkraftanlagengründungsstruktur. Windkraftanlagen im Sinne des Gegenstandes können Windturbinen, Transformatorstationen, Substations, Umspannstationen oder dergleichen sein.
Windkraftanlagen werden in der Regel auf Hohlstrukturelementen gegründet. Die Hohlstrukturelemente werden dabei mit einer Einbindetiefe zwischen 5 m bis 50m in den Erdboden gegründet. Die Hohlstrukturelemente haben bevorzugt eine Länge von mehr als 45m insbesondere zwischen 50m und 100m. In Offshore-Anlagen werden die Hohlstrukturelemente so gegründet, dass diese Einbindetiefen zwischen 5m und 50m haben und zwischen 10m und 30m aus der Wasseroberfläche herausragen. Die Hohlstrukturelemente kommen dabei bei Wassertiefen meist zwischen 10m und 50m zum Einsatz. Es sind aber auch Wassertiefen von bis zu 150m umsetzbar.
Die Hohlstrukturelemente haben Durchmesser zwischen 4m und 18m, bevorzugt jedoch bis zu 12m. Herkömmlicherweise werden Hohlstrukturelemente als Stahlzylinder gebildet, die mittels Rammen oder Vibrieren in den Meeresboden getrieben werden. Die Verwendung von Stahl als Material für die Hohlstrukturelemente resultiert in hohen Kosten aufgrund ihrer Herstellung sowie ihres hohen Eigengewicht Darüber hinaus ist die Verbindung mit sogenannten „Transition Pieces" an der Oberseite mittels Grout-Verbindungen oder Schraubverbindungen notwendig.
In die für die Gründung genutzten Hohlstrukturelemente werden Übergangsstücke (Transition Pieces) mit Grout-Verbindung oder Slip-Joint-Verbindung eingesetzt. Der mit Hilfe der Windturbine produzierte -Strom wird über ein elektrisches Kabel zu einer Umspannstation und von dort in das elektrische Energieversorgungsnetz gespeist. Die Kabel werden entweder außen am Turm durch sogenan Boden geführt oder im Inneren des Turms, mithin im Inneren des Transition Pieces und/oder des Hohlstrukturelementes.
Es ist aber ggf. gewünscht, die Länge und damit das Gewicht der Hohlstrukturelemente, insbesondere solche aus Beton, zu verringern, so dass diese bei gleicher Einbindetiefe nicht mehr aus der Wasseroberfläche heraus ragen. Dann aber kommt es dazu, dass das Transition Piece (Übergangsstück) unterhalb der Wasseroberfläche an das Hohlstrukturelement angebunden ist und ein Überlappbereich unterhalb der Wasseroberfläche ist.
Aufgrund installationstechnischer Vorgaben kann es notwendig sein, dass das im Inneren des Hohlstrukturelements geführte Kabel dort nach außen geführt wird, wo sich das Hohlstrukturelement und das Übergangsstück in Längsrichtung überschneiden. In diesem Bereich sind Übergangsstück und Hohlstrukturelement (wojaei beide nachfolgend auch teilweise synonym als Pfahl bezeichnet werden) im sogenannten Slip-Joint-Verfahren oder im Grout-Verfahren miteinander verbunden. Die beiden Pfähle ragen ineinander und es gibt einen Überlappungsbereich. Eine Notwendigkeit, das Kabel aus dem Pfahl im Bereich einer solchen Überlappung heraus zu führen, kann beispielsweise dann bestehen, wenn die Kabel in Bodennähe, insbesondere Seebodennähe, aus dem Pfahl herausgeführt werden sollen. Es kann vorkommen, dass der aus dem Hohlstrukturelement herausragende Teil des Transition Pieces zu weit vom Boden entfernt ist und das Kabel, wäre es aus dem Transition Piece herausgeführt, eine zu große Strecke frei hängt, bis es den Boden erreicht. Andererseits kann die Überlappungslänge zwischen Transition Piece undHohlstrukturelement derart sein, dass der Bereich des Hohlstrukturelements unterhalb des Überlappungsbereiches zu nah am Boden oder bereits innerhalb des Bodens eingebunden ist und daher das Kabel dort ebenfalls nicht herausgeführt werden kann. Somit kann es notwendig sein, dass Kabel im Überlappungsbereich aus dem Pfahl herauszuführen. Dem Gegenstand lag somit die Aufgabe zugrunde, eine Gründungsstruktur zur Verfügung zu stellen, bei welchem in Bodennähe ein Kabel aus der Gründungsstruktur herausgeführt werden kann. Diese Aufgabe wird durch eine Gründungsstruktur nach Anspruch 1 gelöst.
Die gegenständliche Gründungsstruktur weist ein Hohlstrukturelement auf, welches sich in Längsrichtung erstreckt und in Längsrichtung durch eine umlaufende Wandung gebildet ist. Die Wandung hat zwei distale Enden, die jeweils durch Stirnflächen begrenzt sind. Eine erste Stirnfläche kann eine oberseitige Stirnfläche sein und eine zweite Stirnfläche kann eine unterseitige Stirnfläche sein. Ober- und Unterseite können durch die Position des Hohlstrukturelements im finalen Einbauzustand definiert sein. Dabei ist im Einbauzustand die untere Stirnfläche im Boden gegründet, die obere Stirnfläche ragt aus dem Boden heraus.
Die Wandung kann aus einem mineralischen Baustoff gebildet sein.
An dem Hohlstrukturelement ist das zugehörige Übergangsstück (Transition Piece) angebracht, insbesondere aufgesteckt, eingesteckt oder übergesteckt sein. Das Transition Piece kann mindestens eine Schiffsanlandungseinrichtung mit Leiter aufweisen.
Das Transition Piece kann einen Außendurchmesser aufweisen, der zu dem Innendurchmesser der Wandung des Hohlstrukturelements kongruenten ist. Ein solche Pfahl oder ein solches Zylinderelement kann in das Hohlstrukturelement eingesetzt werden. Ein Ringspalt zwischen der inneren Mantelfläche des Hohlstrukturelements und der äußeren Mantelfläche des Transition Piece kann durch Stege, Abstandshalter oder dergleichen sichergestellt sein sein. In diesen Ringspalt kann Beton oder Mörtel eingefüllt werden, so dass eine dauerfeste Verbindung zwischen Hohlstrukturelement und Transition Piece gebildet wird. Das Transition Piece wird mittels einer Grout-Verbindung oder im Slip-Joint- Verfahren mit dem Hohlstrukturelement verbunden. Hierbei ist das Transition Piece mit einem Überlappbereich in das Hohlstrukturelement eingesetzt und ein Übergangsbereich ragt stirnseitig aus dem Hohlstrukturelement heraus. Das Transition Piece ist bevorzugt monolithisch, rohrförmig gebildet und erstreckt sich in einer Längsrichtung. Diese Längsrichtung ist im Einbauzustand bevorzugt kollinear mit der Längsrichtung des Hohlstrukturelements.
Das Transition Piece hat eine umlaufende Wandung, wobei im Überlappbereich in der Wandung eine die Wandung durchbrechende Kabeldurchführung angeordnet ist. Durch diese Kabeldurchführung kann das im Inneren der Gründungsstruktur abgehängte Kabel durch die Wandung des Transition Pieces geführt werden.
Gleichzeitig ist es notwendig, um im Überlappbereich das Kabel nach außen zu führen, dieses auch aus dem Hohlstrukturelement herauszuführen. Aus diesem Grunde hat die Wandung des Hohlstrukturelements ebenfalls eine Kabeldurchführung.
Die Kabeldurchführungen (Kabeleinzugslöcher) sind die jeweilige Wandung durchbrechende Öffnungen. Unter Kabeldurchführung kann eine oder eine Mehrzahl von Löchern verstanden werden, die in etwa an den Außendurchmesser des durchzuführenden Kabels angepasst sind. Um eine Kabeldurchführung durch sowohl das Hohlstrukturelement als auch das Transition Piece zu ermöglichen, wird vorgeschlagen, dass die erste und die zweite Kabeldurchführung im montierten Zustand von Hohlstrukturelement und Übergangsstück zumindest teilweise überlappend aneinander anliegen. Dies ermöglicht es, das Kabel unmittelbar durch die beiden Wandungen hindurchzuführen, ohne es im Ringraum zwischen dem Hohlstrukturelement und dem Übergangsstück fädeln zu müssen.
Das Übergangsstück wird so in das Hohlstrukturelement eingesetzt, dass eine
Winkelposition um die Längsachse dieser beiden Elemente der jeweiligen
Kabeldurchführungen im Wesentlichen gleich ist, sodass im eingesteckten Zustand die Kabeldurchführungen einander überlappen, das heißt in einer Projektion parallel zum Radius der Pfähle zumindest teilweise übereinander liegen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass ein Kabel aus dem Inneren des Übergangsstücks durch die ersten und die zweiten Kabeldurchführungen geführt ist. Im montierten Zustand der Windkraftanlage ist nicht nur die Gründungsstruktur sondern auch der Turm samt Turbine und Windrad montiert Vom Generator, der in der Gondel sitzt, verläuft das Kabel durch den Turm, das Übergangsstück und das Hohlstrukturelement hin zu den Kabeldurchführungen und wird dort aus diesen herausgeführt.
Das Kabel ist insbesondere bei Offshore-Anlagen erhöhter Belastung durch Strömungen ausgesetzt, sodass die freie Kabellänge außerhalb der Gründungsstruktur, bis das Kabel am Boden liegt, begrenzt sein sollte. Andererseits darf das Kabel nicht zu eng am Meeresboden aus der Struktur herausgeführt werden, da ansonsten die Mindestbiegeradien, zur Überführung des Kabels aus der Horizontalen in die vorwiegend Vertikale nicht eingehalten werden können.
Es wird insbesondere vorgeschlagen, dass die Kabeldurchführung des Hohlstrukturelements im Einbauzustand zwischen 1.0m und 5m bevorzugt zwischen 1,5m und 3,5m oberhalb des Seebodens liegt. Dies gilt insbesondere auch, nachdem der Kolkschutz um die Gründungsstruktur herum eingebracht würde. Der Seeboden ist hier als die vertikale Ebene definiert, welche in den Planunterlagen als Wassertiefe unterhalb der Bezugsebene LAT (lowest Astronomical tide -niedrigst Wassserstand) angegeben ist.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass in einem Ringraum zwischen der inneren Mantelfläche des Hohlstrukturelements und der äußeren Mantelfläche des Übergangsstücks eine an den Mantelflächen anliegende Dichtung umlaufend angeordnet ist. Insbesondere im Falle einer Grout-Verbindung soll die Dichtung sicherstellen, dass Grout-Material nicht durch die Kabeldurchführungen nach außen als auch nach innen gelangt. Dies stellt die Dichtung sicher. Die Dichtung ist bevorzugt umlaufend, insbesondere vollständig umlaufend in dem Ringraum angeordnet Die Dichtung verläuft bevorzugt in einer Ebene senkrecht zur Längserstreckung des Hohlstrukturelements.
Im Falle einer Grout-Verbindung wird, nachdem das Übergangsstück in das Hohlstrukturelement eingesetzt wurde, in den Ringraum Grout-Material eingetragen. Um zu verhindern, dass das von oben eindringende Grout-Material bis in die Kabeldurchführungen gelangt, wird vorgeschlagen, dass die Dichtung in Längsrichtung des Hohlstrukturelements oberhalb der Kabeldurchführung angeordnet ist. Um gegebenenfalls das Eindringen von Flüssigkeit von außen in den Ringraum über die Kabeldurchführungen zu verhindern, kann eine Dichtung unterhalb der Kabeldurchführung in Richtung des Hohlstrukturelements angeordnet sein.
Eine Abdichtung der Kabeldurchführungen kann nicht nur durch eine im Ringraum umlaufende Dichtung erzielt werden, sondern gemäß einem Ausführungsbeispiel auch durch eine um die Kabeldurchführungen herum angeordnete Dichtung. In diesem Fall ist in dem Ringraum zwischen der inneren Mantelfläche des Hohlstrukturelements und der äußeren Mantelfläche des Übergangsstücks in einem radialen Abstand zu den Kabeldurchführungen eine um die Kabeldurchführung in einem geschlossenen Ring herum laufende Dichtung vorgesehen. Die Dichtung ist so um die Kabeldurchführungen herum angeordnet, dass sie jeweils mit einem radialen Abstand zu beiden umlaufenden Außenkanten beider Kabeldurchführungen liegt. Die Dichtung 'ist insbesondere in einer Projektion parallel zum Radius des Hohlstrukturelements ringförmig, insbesondere kreisförmig oder elliptisch, um die Kabeldurchführungen herum gelegt. Auch eine solche Dichtung verhindert, dass Grout-Material, welches in den Ringraum eingetragen wird, bis zu den Kabeldurchführungen gelangt und dort nach außen oder nach innen austreten kann. Häufig ist der Ringraum relativ schmal, insbesondere wenn keine Grout-Verbindung sondern eine Slip-Joint-Verbindung hergestellt wird. Jedoch auch bei einer Grout- Verbindung ist der Ringspalt relativ klein und beim Einführen des Übergangsstücks in das Hohlstrukturelement ist nur eine geringe Toleranz erlaubt. Um zu verhindern, dass die Dichtung das Einführen des Übergangsstücks in das Hohlstrukturelement behindert oder beim Einführen beschädigt wird, wird auch vorgeschlagen, dass die Dichtung expandierbar ist. Insbesondere ist die Dichtung so geformt, dass deren Volumen nach der Montage von Hohlstrukturelement und Übergangsstück vergrößerbar ist. Die Dichtung kann beispielsweise aufgepumpt werden, sei es pneumatisch oder hydraulisch, indem sie mit einem Füllmaterial beaufschlagt wird. Im Inneren der Dichtung kann ein Volumen als Hohlraum vorgehalten werden. Dieses Volumen kann nach der Montage mit dem Füllmaterial unter Druck gefüllt werden, so dass die Dichtung den Ringspalt zwischen Hohlstrukturelement und Übergangsstück im Bereich der Kabeldurchführungen verschließt. Alternativ kann die Dichtung quellfähiges (z.B. tonhaltigen) Material aufweisen, welches bei Kontakt mit Wasser aufquillt.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass der Mittelpunkt der Kabeleinführung des Hohlstrukturelements in Längsrichtung des Hohlstrukturelements versetzt zum Mittelpunkt der Kabeleinführung des Übergangsstücks ist. Der Abstand der Mittelpunkte der Kabeleinführungen ist dabei bevorzugt kleiner als ein Öffnungsradius zumindest einer der Kabeleinführungen. Insbesondere liegt die Kabeleinführung des Übergangsstücks in Längsrichtung oberhalb der Kabeleinführung des Hohlstrukturelements, sofern das Übergangsstück in das Hohlstrukturelement eingesetzt ist. Sofern das Übergangsstück im Überlappungsbereich außen liegt, ist der Mittelpunkt der Kabeleinführungsöffnung unterhalb des Mittelpunktes der Kabeleinführungsöffnung des Hohlstrukturelements. Das von oben vom Turm zu den Kabeleinführungen geführte Kabel verläuft in einem Radius von innerhalb des Turms hin zu außerhalb des Turms. Hierdurch verläuft das Kabel nicht nur radial zur Mittenachse des Turms aus diesem heraus, sondern erstreckt sich dabei auch in Längsrichtung. Diesem wird durch die versetzten Kabeldurchführungen Rechnung getragen.
Insbesondere wird vorgeschlagen, dass eine Oberkante der Kabeldurchführung des Übergangsstücks oberhalb einer unteren Kante der Kabeldurchführung des Hohlstrukturelements angeordnet ist. Ein solcher Versatz kann insbesonderezumindest 0,25m, bevorzugt 0,5m betragen. Der Versatz ist jedoch nicht so groß, dass sich die Kabeldurchführungen nicht mehr überlappen. Es bl-eibt stets eine lichte Weite durch beide Kabeldurchführungen bestehen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass der Ringraum zwischen dem Hohlstrukturelement und dem Übergangsstück zumindest teilweise vergroutet ist. Um zu verhindern; dass die Kabeldurchführungen durch Grout-Material beeinträchtigt werden, wird vorgeschlagen, dass eine Oberkante der Grout- Verbindung in Längsrichtung des Hohlstrukturelements unterhalb zumindest einer Unterkante einer der Kabeldurchführungen ist. Die Grout-Verbindung wird so hergestellt, dass diese vollständig unterhalb der Kabeldurchführungen im Überlappbereich ist. Ggf . ist eine weitere Groutverbindung oberhalb der oberen Oberkanten der höheren der beiden Kabeleinführungsöffnungen vorzusehen. In diesen Fall sind umlaufende auf Höhe der Kabeleinführung Groutdichtungen vorzusehen.
Die Kabeldurchführungen sind überlappend, gegebenenfalls konzentrisch, zumindest können Hochachsen der Kabeldurchführungen in einer Ebene liegen. Bei den ineinander gesteckten Rohren von Übergangsstück und Hohlstrukturelement ist sicherzustellen, dass die Kabeldurchführungen im Einbauzustand einander überlappen. Beim Ineinanderstecken können jedoch die Kabeleinzugslöcher gegeneinander verdreht werden. Dies ist insbesondere bei Offshore-Anwendungen problematisch, da vom Montageschiff aus nicht ohne weiteres zu sehen ist und/oder aufgrund von Wellen kaum steuerbar ist, wie sich die Rohre gegeneinander verwinden. Auch das die Rohre abhängende Seil, insbesondere das Seil an dem das Übergangsstück hängt, ist nicht torsionssteif, sodass eine Verwindung der Rohre zueinander erfolgen kann.
Um dies zu verhindern, kann beispielsweise eine Einführhilfe vorgesehen sein. So kann an einer stirnseitigen Oberkante des Hohlstrukturelements eine Einführhilfe vorgesehen sein. Diese Einführhilfe kann radial nach innen ragen und an der inneren Mantelfläche des Hohlstrukturelements angeordnet sein. Auch kann die Einfuhrhilfe alternativ oder kumulativ über die Stirnfläche hinausragen und so einen
Aufnahmetrichter das Übergangsstück bilden. Die Einführhilfe kann sich in Form einer Nut oder eines Trichters weg von der stirnseitigen Kante des Hohlstrukturelements trichterförmig öffnen, um ein Einfädeln der Einführhilfe des Übergangsstücks hierein zu ermöglichen. Selbiges kann auch für die Einführhilfe des Übergangsstücks gelten. Diese Einführhilfe kann radial nach außen ragen. Die Einführhilfe des Übergangsstücks kann an der unteren stirnseitigen Kante und/oder der äußeren Mantelfläche des Übergangsstücks angeordnet sein. Auch diese Einführhilfe kann trichterförmig weg von der unteren stirnseitigen Kante des Übergangsstücks weisen.
Auch ist es möglich, dass sich an dem Übergangsstück mit einem Abstand zur äußeren Wandung eine Einführhilfe in Längsrichtung erstreckt, Der Abstand zur äußeren Wandung der Einführhilfe kann derart sein, dass die Einführhilfe über das Hohlstrukturelement übergestülpt werden kann. Dann kann am Hohlstrukturelement eine radial nach außen weisende Einführhilfe vorgesehen sein, sodass die Einführhilfen nicht den Einfädelvorgang als solches insbesondere das Einstecken -des Übergangsstücks in das Hohlstrukturelement behindern.
Die Einführhilfen können entfernt vom Ringraum an den äußeren Mantelflächen sowohl von Übergangsstück als auch von Hohlstrukturelement angeordnet sein. Durch die Einführhilfen wird bewirkt, dass eine relative Ausrichtung der Azimutwinkel von Hohlstrukturelement und Übergangselement definiert ist. Die Azimutwinkel können durch eine Winkelposition um die Längsachse von Hohlstrukturelement und Übergangsstück angegeben sein. Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass die Einführhilfen radial nach innen und/oder radial nach außen ragende Vorsprünge und/oder Ausnehmungen, welche ineinandergreifen aufweisen.
Nachdem das Kabel aus dem Hohlstrukturelement herausgeführt ist, hängt es frei in der Luft oder im Wasser, insbesondere der offenen See. Um die Länge des freihängenden Kabels möglichst kurz zu gestalten, kann am Boden mit einem radialen Abstand zu dem Hohlstrukturelement ein keilförmiges Konstruktionselement angeordnet sein. Dieses keilförmige Konstruktionselement ist nur in einem begrenzten Winkelabschnitt um das Hohlstrukturelement angeordnet, anders als der Kolkschutz, der vollständig umlaufend um das Hohlstrukturelement angeschüttet ist.
Das Konstruktionselement ist insbesondere aus einem mineralischen Baustoff, wie er hier beschrieben ist, gebildet. Das Konstruktionselement kann in der Art einer Rampe das frei hängende Kabel aufnehmen und zum Boden führen. Keilförmig bedeutet, dass das Konstruktionselement für das Kabel eine sich in radialer Richtung weg vom Hohlstrukturelement verjüngende Rampe bildet. Das Konstruktionselement ist eigenständig erfinderisch und kann in Kombination mit den sonstigen hier beschriebenen Merkmalen vorgesehen sein. Insbesondere kann das
Konstruktionselement auch verwendet werden, um eine Kabeldurchführung in nur dem Übergangsstück außerhalb des Überlappungsbereichs zu realisieren. In diesem Fall ist zwar die freie Kabellänge höher als bei einer Kabeldurchführung im Überlappbereich, jedoch kann diese durch das Konstruktionselement verringert werden.
Zur Aufnahme des Kabels und insbesondere um zu verhindern, dass das Kabel beispielsweise durch Meeresströmung von dem Konstruktionselement weggedrückt wird, kann zur Aufnahme des Kabels auf einer Oberfläche des Konstruktionselements eine in radialer Richtung verlaufende Vertiefung angeordnet sein. Die radiale Richtung bezieht sich auf das Hohlstrukturelement und weist radial von dort weg. Das Kabel, welches aus einem oder beiden Rohren herausgeführt ist, kann in die Vertiefung eingelegt werden und so in einer definierten Führung zum Boden geführt sein.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass an der inneren Mantelfläche der Wandung in einem Endbereich des Hohlstrukturelements ein radial nach innen weisender Anschlag gebildet ist. Der Anschlag kann durch mehrere in Winkelabständen zueinander gebildete „Simse" gebildet sein. Der Anschlag kann insbesondere durch radial hach innen weisende Vorsprünge gebildet sein. Der Anschlag kann teilweise oder vollständig umlaufend sein. Der Anschlag dient als Anschlag für das Transition Piece, welches in das Hohlstrukturelement eingesetzt wird. Durch eine geeignete axiale Anordnung des Anschlags wird ein Ringspalt zwischen der inneren Mantelfläche des Hohlstrukturelements und der äußeren Mantelfläche der Transition Piece gewährleistet, in welchen Beton oder Grout eingefüllt werden kann um eine Groutverbindung zu bilden. Alternativ sind die Simse an der äußeren Mantelfläche nach radial außen vorstehend anzuordnen, falls das Übergangsstück über das Hohlstrukturelement gestülpt wird. Als weitere Alternative wird die Steckverbindung als Slip-Joint ausgeführt.
Das Hohlstrukturelement hat bevorzugt eine Einbindetiefe von zumindest 7m. Diese kann ausreichend sein, das Hohlstrukturelement ausreichend im Erdboden zu gründen. Bindelängen zwischen 7m und 20m sind bevorzugt.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass das Hohlstrukturelement mindestens über eine Längserstreckung von 50% monolithisch hergestellt ist. Es wird auch vorgeschlagen, dass das Hohlstrukturelement im Bereich seines unteren Endes bis zumindest 5m oberhalb des Meeresbodens/Geländebodens monolithisch hergestellt ist. Der monolithische Teil des Hohlstrukturelements wird zumindest teilweise in den Boden gegründet.
Das Hohlstrukturelement kann eine Längenerstreckung aufweisen, bei der die
Oberkante des Hohlstrukturelements im Einbauzustand mindestens 5m oberhalb des Meeresboden endet und insbesondere nicht mehr als 2 mal den Außen- oder Innendurchmesser des Hohlstrukturelements, insbesondere weniger als 3 mal den Außen- oder Innendurchmesser des Hohlstrukturelements oberhalb des Meeresbodens endet.
Das monolithische Ende des Hohlstrukturelements ist bevorzugt mechanisch vorgespannt. Die durch Vorspannung erzeugte Druckkraft im Beton ist derart, dass die beim Rammen und/oder Vibrieren eines monolithischen Pfahls gleicher Masse und Dimension auftretenden Zugkräfte zu mindestens 70%, insbesondere mindestens 85% kompensiert werden. Die Vorspannung ist bevorzugt diejenige Vorspannkraft, welche nach Abzug von Relaxation des Spannstahls und/oder von Kriech- und Schwindverlusten im Beton und Reibverlusten als Netto Spannkraft bestimmt wird.
Die durch Vorspannung erzeugte Druckkraft im Beton ist derart, dass die durch Vorspannung erzeugte Druckkraft im Betrieb und/oder unter maximal Belastung in einem monolithischen Pfahls gleicher Masse und Dimension auftretenden Zugkräfte zu mindestens 45%, insbesondere mindestens 65% kompensiert (überdrückt werden) werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass das Hohlstrukturelement hohlzylindrisch ist. Durch die zylindrische Form ist die strukturelle Integrität erhöht, sodass das Hohlstrukturelement höhere Biegemomente aufnehmen kann.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass der Baustoff zumindest in Teilen Zement enthält. Der Baustoff ist insbesondere Beton, der aus Zement, Kies, Sand und Wasser gemischt ist und nach dem Vergießen ausgehärtet ist.
Für eine gute Tragfähigkeit hat sich herausgestellt, dass der Wasser-Zement-Wert (w/z) des Baustoffs <0,45 insbesondere <0,35 oder <0,3 ist. Die bei Windkraftanlagen auftretenden Momente und Scherkräfte werden durch das Hohlstrukturelement insbesondere dann ausreichend aufgenommen, wenn der Baustoff eine Festigkeitsklasse von zumindest C40/50, bevorzugt C70/85, insbesondere C100/115 nach EN 206 und EN1992 aufweist.
Eine über die Lebensdauer der Windkraftanlage ausreichende Langzeitstabilität der Gründungsstruktur, insbesondere bei dauerhafter Penetration durch Wasser wird insbesondere dadurch erreicht, dass der Baustoff einen Porengehalt (Luftporen) von weniger als 5%, bevorzugt weniger als 3%, insbesondere weniger als 2% aufweist. Die Gesamtporosität gemessen mit Quecksilberdruckporosität sollte nach 28 Tagen P28d<12 Vol-% und nach 90 Tagn P90d<10 Vol-%
Eine ausreichende Tragfähigkeit des Hohlstrukturelements wird insbesondere dadurch erreicht, dass der Baustoff einen Zementgehalt von zumindest 350kg/m3, bevorzugt mehr als 450kg/m3, insbesondere mehr als 650kg/m3 aufweist.
Insbesondere bei der dauerhaften Penetration von Wasser bei Installation der Gründungsstruktur Offshore, wird eine ausreichende Lebensdauer dadurch erreicht, dass der Baustoff bei einer quecksilberdruckporosimetrischen Messung eine Porosität von P28d<12 Vol.-% aufweist. P28d ist eine Messung über 28 Tage. Die Porosität ist dabei bevorzugt auch kleiner als 10 Vol.-%. Bei P90d, das heißt einer Messung über 90 Tage ist die Porosität bevorzugt < 10Vol.-%, insbesondere < 8Vol.-%.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass die Wandung mechanisch vorgespannt ist. Durch die Vorspannung werden Risse überdrückt und somit die Oberflächen weitestgehend frei von Zugspannung gehalten, was bei insbesondere schwankenden Drehmomentbelastungen vorteilhaft ist. Die Vorspannkraft ist dabei bevorzugt 5%, insbesondere mehr als 15% größer als die Druckfestigkeit der Wandung. Die Vorspannkraft wird vorzugsweise in Längsrichtung aufgebracht Für eine erhöhte Stabilität bei dynamischen Umgebungsbedingungen wird vorgeschlagen, dass der Baustoff metallisch armiert ist. Die metallische Armierung ist insbesondere eine Stahlarmierung. Die Armierung kann durch Fasern oder Armiereisen gegeben sein. Eine Faserarmierung kann auch durch Kohlefaser, Glasfaser oder Metallfaser erreicht werden.
Die Armierung kann so sein, dass diese bei 90% der Messsteilen, bevorzugt bei 98% der Messstellen zumindest mehr als 26mm bevorzugt zumindest mehr als 40mm Betondeckung aufweist.
Der Baustoff kann mit ferritisch nichtrostenden Betonstahl armiert sein. Die Armierung kann einen Chromgehalt von 18M% nicht überschreitet. Die Armierung kann Molybdänbestanteile aufweisen.
Der Baustoff kann mit austenitisch nichtrostenden Betonstahl armiert sein. Die Armierung kann zumindest 5 M% insbesondere zwischen 5 M% - 14 M% Nickel und/oder zwischen 12 M%-22 M% insbesondere 15 M% - 20 M% Chrom aufweisen.
Der Baustoff kann mit ferritisch-austenitisch nichtrostenden Betonstahl armiert sein. Die Armierung kann zumindest 18 M%, insbesondere zwischen 15 M% - 20 M% Chrom und 2 M% - 8 M% Nickel und optional Molybdän aufweisen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass die oberseitige Stirnfläche metallisch verstärkt ist, insbesondere dass eine metallische Armierung aus der oberseitigen Stirnfläche herausragt. Über die Oberseite wird das
Hohlstrukturelement in den Boden gegründet, insbesondere gerammt oder vibriert. Das heißt bei der Gründung selbst ist die mechanische Belastung auf der oberseitigen Stirnfläche sehr hoch. Um diesen mechanischen Belastungen standzuhalten und insbesondere um eine Beschädigung zu verhindern, ist eine metallische Verstärkung der Stirnfläche bevorzugt. Ist ein umlaufender Steg vorgesehen, der aus der Stirnfläche herausragt, kann das Gründungswerkzeug, entweder das Vibrationswerkzeug oder das Rammwerkzeug auf dieser Armierung aufliegen und nicht unmittelbar auf dem Baustoff des Hohlstruktürelements. Da eine metallische Armierung erheblich duktiler ist als ein mineralischer Baustoff, wird hierdurch beim Gründen eine Beschädigung verhindert.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass die Dichte der Armierung in einem Endbereich des Hohlstrukturelements an dessen ober- und/oder unterseitigen Stirnfläche größer ist als in einem Mittenbereich des Hohlstrukturelements. Die mechanische Belastung an den Stirnflächen ist insbesondere während der Gründung hoher als in einem Mittenbereich. An der oberseitigen Stirnfläche greift das Werkzeug zur Gründung an, insbesondere ein Rammwerkzeug oder ein Vibrationswerkzeug. An der unterseitigen Stirnfläche wird das Hohlstrukturelement in den Boden gerammt und die unterseitige Stirnfläche muss den Boden verdrängen. An diesen beiden Stirnflächen ist die Armierung größer, das heißt die Dichte der Armierung ist erhöht gegenüber einem Mittenbereich.
Für eine Anlandeplattform oder eine Installationsplattform kann an der äußeren Mantelfläche- der Wandung in einem Endbereich des Hohlstrukturelements eine radial nach außen weisende Schürze gebildet sein. Die Schürze kann teilweise oder vollständig umlaufend sein. Die Schürze ist insbesondere beabstandet von der oberen Stirnfläche in axialer Richtung.
Für eine erhöhte Standfestigkeit wird vorgeschlagen, dass der Baustoff versiegelt ist, insbesondere mit einer Dichtungsfolie. Eine solche Dichtungsfolie kann beispielsweise eine Aluminium-Butyl-Dichtfolie sein.
Ein weiterer mit allen hier beschriebenen Merkmalen kombinierbarer Aspekt kann in einer Kabelführung innerhalb einer Anlande-Plattform (Boat-Landing) liegen. Eine Boat-Landing-Plattform kann am Übergangsstück vorgesehen sein, insbesondere als radial nach außen weisende zumindest teilweise umlaufende Plattform. Diese Plattform ist am Übergangsstück befestigt. Die Plattform ist durch sogenannte Fender- Rohre vor Stößen durch anlegende Schiffe geschützt Die Fender-Rohre sind in einem radialen Abstand zu dem Übergangsstück an diesem befestigt, insbesondere verschweißt. Die Fender-Rohre spannen zusammen mit dem Übergangsstück eine Fläche auf, innerhalb derer die Anlande-Plattform zumindest teilweise angeordnet ist.
Es ist nunmehr möglich, diese Rohre nicht nur zum Schutz vor Anstoßen durch anlegende Schiffe vorzusehen, sondern auch als Kabelführungen. So ist es beispielsweise möglich, die ansonsten in ihrer Länge begrenzten Fender-Rohre bis über das Hohlstrukturelement hinauszuführen. Die Fender-Rohre sind, wie erwähnt, in einem radialen Zustand zu der äußeren Mantelfläche des Übergangsstücks. Es wird vorgeschlagen, dass dieser radiale Abstand größer ist, als der radiale Abstand der Außenwandung des Hohlstrukturelements von der Außenwandung des Übergangsstücks. Somit wird beim Montieren der Fender-Rohre oder beim Montieren des Übergangsstücks zusammen mit den Fender-Rohren sichergestellt, dass die Fender-Rohre nicht an das Höhlstrukturelement anschlagen.
Die Fender-Rohre verlaufen außen an dem Hohlstrukturelement. Insbesondere sind die Fender-Rohre in einem Überlappbereich über das Hohlstrukturelement hinaus verlaufend in Richtung Boden angeordnet. Ein von dem Turm herabgelassenes Kabel kann oberhalb der Fender-Rohre aus dem Turm heraus geführt werden und in den Fender- Rohren bis hin zum unteren Auslass geführt werden. Am unteren Auslass der Fender-Rohre kann das Kabel dann freihängend oder geführt auf den Boden gelegt werden.
Zusätzlich oder alternativ ist es möglich, dass Leiterholme von Leitern an der Anlande-Plattform als Grout-Leitungen genutzt werden. Solche Leiterholme sind Hohlrohre, die an der Anlande-Plattform angeordnet sind. Der Abstand der Leiterholme zum Übergangsstück ist geringer als der Abstand der Fender- Rohre. Insbesondere können die Leiterholme bis an die Fuge zwischen Hohlstrukturelement und Übergangsstück geführt werden. Über die Leiterholme kann das Grout-Material in den Ringspalt zwischen Hohlstrukturelement und Übergangsstück geleitet werden. Die Leiterholme können hierzu beispielsweise oberseitig mit Trichtern versehen sein, um das Grout-Material besonderes einfach einfüllen zu können.
Nachfolgend wird der Gegenstand anhand einer Ausführungsbeispiele zeigenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine Windkraftanlage mit einer Windkraftanlagengründungsstruktur;
Fig. 2 eine schematische Ansicht eines Überlappungsbereichs;
Fig. 3 eine Ansicht überlappender Kabeleinführungen;
Fig. 4a eine Schnittansicht durch eine Kabeldurchführung;
Fig. 4b eine Schnittansicht durch eine Kabeldurchführung;
Fig. 5 Kabeldurchführungen mit radialer Dichtung;
Fig. 6a eine Windturbine mit herausgeführtem Kabel;
Fig. 6b ein Kabel auf einem Konstruktionselement;
Fig. 7 eine Boat-Landing Plattform;
Fig. 8a, b Ausführungsbeispiele von Einführhilfen.
Fig. 1 zeigt eine Windkraftanlage 2, welche Offshore gegründet ist. Alle hier gemachten Aussagen gelten sowohl für Offshore-Gründungsstrukturen als auch für Onshore-Gründungsstrukturen. Die Windkraftanlage 2 ist über eine Windkraftahlagengründungsstruktur in einem Meeresboden 6 gegründet. Ein Hohlstrukturelement 4 ist mit einer Einbindelänge 4a in den Meeresboden gegründet. Das Hohlstrukturelement 4 ist mit einem Transition Piece 10 verbunden, beispielsweise über eine Grout-Verbindung oder eine Slip-Joint Verbindung, die herkömmlich bekannt ist. Das Transition Piece 10 ragt über die Wasseroberfläche 8 hinaus.
An dem Transition Piece 10 ist hier beispielhaft eine Windturbine 12 angeordnet, es kann jedoch auch eine Substation, eine Umspannstation oder dergleichen vorgesehen sein. Zur Gründung des Hohlstrukturelements 4 wird dieses in den Meeresboden 6 gerammt oder vibriert
Das Transition Piece 10 ist, wie in der Fig. 2 schematisch und stark vereinfacht dargestellt mit einem Überlappbereich 10b in das Hohlstrukturelement 4 eingesteckt. Das Transition Piece 10 ragt aus dem Hohlstrukturelement 4 mit einem Übergangsbereich 10a heraus.
Das Hohlstrukturelement 4 ist insbesondere als Monopile gebildet. Das Höhlstrukturelement 4 hat eine Wandung 4c. Die Wandung 4c ist insbesondere aus Beton gebildet
Das Transition Piece 10 ist ebenfalls als Hohlstrukturelementgebildet und dessen Wand 10c ist bevorzugt aus Stahl gebildet.
Eine Verbindung zwischen dem Hohlstrukturelement 4 und dem Transition Piece 10 erfolgt im sogenannten Grout-Joint oder Slip-Joint.
Beispielhaft wird hier das Grout-Joint-Verfahren vorgestellt. Die Ausführungen zu den Kabeldurchführungen gelten aber gleichermaßen für Slip-Joint Verbindungen. Beim Grout-Joint-Verfahren wird einen Ringraum (Ringspalt) 14, der in der Fig. 2 stark vergrößert dargestellt ist, zwischen dem Hohlstrukturelement 4 und dem Transition Piece 10 ein Grout (Mörtel) verfüllt. Dieses Verfahren an sich ist bekannt.
Problematisch ist jedoch bei Grout Joints als auch bei Slip Joints, wenn in dem Oberlappbereich 10b ein Kabel 16, welches im Inneren des Transition Pieces 10 von der Windturbine 12 herabgeführt wird nach außen geführt werden soll, also sowohl durch die Wand 10c des Transition Pieces 10 als auch die Wand 4c des Hohlstrukturelements 4. Hierzu sind in beiden Wänden 4c, 10c Kabeldurchführungen vorzusehen. Diese müssen zueinander ausgerichtet sein und die
Hohlstrukturelemente 4, 10 dürfen nicht gegeneinander verdreht sein. Außerdem darf im Falle einer Grout Verbindung das Grout Material nicht aus den Kabeldurchführungen austreten.
Durch geeignete Maßnahmen wie beispielsweise Einführhilfen, Ausrichthilfen oder dergleichen kann eine Ausrichtung der Hohlstrukturelemente 4, 10 zueinander erfolgen.
Zur Durchführung des Kabels 16 sind die Kabeldurchführungen überlappend zueinander ausgerichtet, wie in der Fig. 3 dargestellt ist. In der Fig. 3 ist zu erkennen, dass das Transition Piece 10 in das Hohlstrukturelement 4 eingesteckt ist. Bodenseitig des Transition Pieces 10 ist dieses an nach innen weisenden Anschlägen 18 in dem Hohlstrukturelement 4 gelagert. Das Hohlstrukturelement 4 ist zum Transition Piece 10 so ausgerichtet, dass die Kabeldurchführungen 20a, 20b einander überlappen.
Die Kabeldurchführung 20a an dem Transition Piece 10 durchbricht die Wand 10c. Die Kabeldurchführung 20b an dem Hohlstrukturelement 4 durchbricht die Wand 4c.
Die Kabeldurchführung 20a an dem Transition Piece 10 kann in Längsrichtung versetzt zu der Kabeldurchführung 20b des Hohlstrukturelements 4 sein. Dieser Versatz ist jedoch bevorzugt kleiner als ein Radius zumindest einer der
Kabeldurchführungen 20a, b, jedenfalls kleiner als der Durchmesser der kleinsten der Kabeldurchführungen 20a, b.
Die Kabeldurchführungen 20a, b sind in ihrer Winkelposition zur Längsachse von Hohlstrukturelement 4 und Transition Piece 10 zueinander ausgerichtet. Das Kabel 16 kann durch die Kabeldurchführungen 20a, b durchgeführt werden.
Eine solche Kabeldurchführung ist in der Fig. 4a dargestellt. Hierbei ist das Transition Piece 10 in das Hohlstrukturelement 4 eingesteckt und liegt auf den Anschlägen 18, die radial nach innen weisen auf. Das Kabel 16 wird innerhalb des Transition Pieces 10 in den Überlappbereich 10b geführt. Im Überlappbereich 10b liegen die Kabeldurchführungen 20a, b ausgerichtet zueinander, sodass das Kabel 16 durch die beiden Wände 4c, 10c hindurchgeführt werden kann.
Wie eingangs bereits erläutert, wird der Ringraum 14 im Falle einer Grout- Verbindung mit Füllmaterial 22 gefüllt Das Füllmaterial 22 wird in den Ringraum 14 eingebracht, nachdem das Transition Piece 10 in das Hohlstrukturelement 4 eingesteckt wurde.
Um nun zu verhindern, dass der Füllmaterial 22 an den Kabeldurchführungen 20a, b austreten kann, wird eine umlaufende Dichtung 24 vorgeschlagen. Die Dichtung 24 ist umlaufend im Ringraum 14 angeordnet und dichtet den Ringraum 14 vertikal ab.
Eine weitere Kabeldurchführung ist in der Fig. 4b dargestellt. Hierbei ist das Hohlstrukturelement 4 in das Transition Piece 10 eingesteckt und liegt auf den Anschlägen 18, die radial nach außen weisen auf.
Im Gegensatz zu Fig. 3 und 4a ist das Transition Piece 10 bodenseitig an radial nach außen weisenden Anschlägen 18 an dem Hohlstrukturelement 4 gelagert. Das Hohlstrukturelement 4 ist zum Transition Piece 10 so ausgerichtet, dass die
Kabeldurchführungen 20a, 20b einander überlappen.
Die Kabeldurchführung 20a an dem Transition Piece 10 durchbricht die Wand 10c. Die Kabeldurchführung 20b an dem Hohlstrukturelement 4 durchbricht die Wand 4c.
Die Kabeldurchführung 20a an dem Transition Piece 10 kann in Längsrichtung versetzt zu der Kabeldurchführung 20b des Hohlstrukturelements 4 sein. Dieser Versatz ist jedoch anders als bei Fig. 4a so, dass die Kabeldurchführung 20b unterhalb der Kabeldurchführung 20a liegt.
Wie eingangs bereits erläutert, wird der Ringraum 14 im Falle einer Grout- Verbindung mit Füllmaterial 22 gefüllt. Das Füllmaterial 22 wird in den Ringraum 14 eingebracht, nachdem das Hohlstrukturelement 4 in das Transition Piece 10 eingesteckt wurde.
Eine weitere Möglichkeit einer Abdichtung der Kabeldurchführungen 20a, 20b ist in Fig. 5 gezeigt. Auch hier ist wiederum das Transition Piece 10 in das
Hohlstrukturelement 4 eingesteckt und die Kabeldurchführungen 20a, 20b überlappen einander. In Fig. 5 ist eine vollständige Überlappung gezeigt. Radial umlaufend um die Kabeldurchführung 20a, 20b herum ist in dem Ringraum 14 eine Dichtung 24 vorgesehen. Die Dichtung 24 verläuft somit nicht horizontal umlaufend indem Ringraum 14, sondern radial umlaufend um die Kabeldurchführungen 20a, b. Auch eine solche Dichtung 22 verhindert das Eindringen von Füllmaterial 22 in die Kabeldurchführung 20a, b.
Eine weitere Möglichkeit, das Kabel vor Beschädigung zu schützen, ist in der Fig. 6a gezeigt. Hier ist zu erkennen, dass das Hohlstrukturelement 4 mit einem Kolkschutz 26 am Meeresboden 6 versehen ist. Der Kolkschutz 26 ist vollständig umlaufend am •Meeresboden 6 um das Hohlstrukturelement 4 gelegt. Das Kabel 16 ist in der gezeigten Art und Weise durch die Kabeldurchführung 20a, b aus der Windkraftanlage 2 herausgeführt. Um zu verhindern, dass die freie Kabellänge außerhalb der Windkraftanlage 2 zu lang wird und somit das Kabel 16 aufgrund von Strömungen mechanisch zu sehr belastet wird, wird ein keilförmiges Konstruktionselement 28 vorgeschlagen.
Das Konstruktionselement 28 ist nur in einem Winkelabschnitt um die Windkraftanlage 2 herum angeordnet, anders als der Kolkschutz 26, der vollständig umlaufend ist. Das Konstruktionselement 28 ist derart, dass es radial zur Windkraftanlage 2 mit größer werdendem Radius eine geringere Aufbauhöhe hat. Durch dieses Keilförmigkeit kann das Kabel 16 in einer größeren Höhe vom Meeresboden 6 weg aufgenommen werden und mechanisch stabilisiert zum Meeresboden 6 geführt werden.
Fig. 6b zeigt eine schematische Draufsicht auf ein Konstruktionselement 28. Umlaufend um das Hohlstrukturelement 4 ist der Kolkschutz 26. In nur einem begrenzten Winkelabschnitt um das Hohlstrukturelement 4 herum ist das Konstruktionselement 28 vorgesehen. Auf der vom Meeresboden 6 wegweisenden Oberfläche des Konstruktionselements 28 kann eine Nut 28a vorgesehen sein. Die Nut 28a kann auch als Ausnehmung oder dergleichen bezeichnet werden. In diese Nut 28a kann das Kabel 16 eingelegt werden, so dass es auf dem Konstruktionselement 28 fixiert ist und insbesondere durch Meeresströmungen nicht von dem Konstruktionselement 28 heruntergedrückt werden kann. Das Konstruktionselement 28 mit all seinen Merkmalen kann unabhängig erfinderisch sein und mit allen hier beschriebenen Merkmalen frei kombiniert werden.
Ein weiterer unabhängiger Aspekt der- Erfindung, der mit allen hier beschriebenen Aspekten kombiniert werden kann, jedoch der auch eigenständig erfinderisch sein kann, ist in der Fig. 7 gezeigt. An dem Transition Piece 10 kann eine Boat-Landing- Plattform 30 angeordnet sein. Die Boat-Landing-Plattform 30 ist oberhalb der Wasseroberfläche 8. An der Boat-Landing-Plattform 30 sind eine Leiter 32 und Fender-Rohre 34 angeordnet. Die Leiter 32 kann unmittelbar an der Plattform 30 befestigt sein. An der Leiter können Holme 32a als Rohre vorgesehen sein. Auf einer Seite des Holms 32a kann dieser eine trichterförmige Öffnung 32b aufweisen. Diese trichterförmige Öffnung kann zum Aufnehmen von Füllmaterial 22 gebildet sein. Durch den Holm 32a kann Füllmaterial 22 bis hin zum Ringspalt 14 geführt werden. Der Holm 32a kann so geformt sein, dass seine untere Öffnung 32c in den Ringspalt 14 hinein oder auf den Ringspalt 14 weisend geformt ist. Dadurch kann Füllmaterial 22 über den Holm 32a in den Ringspalt 14 zur Bildung einer Grout-Verbindung eingefüllt werden kann.
Alternativ oder kumulativ zur Kabelführung mit den Kabeldurchführungen 20a, b kann das Kabel 16. auch innerhalb des Fender-Rohres 34 geführt sein. Das Fender- Rohr 34 ist bevorzugt unmittelbar an dem Transition Piece 10 befestigt. Das Fender- Rohr kann von der Boat-Landing-Plattform bis unter die Wasseroberfläche 8 geführt sein. Das Fender-Rohr 34 kann in einem Abstand 34a von dem Transition Piece 10 angeordnet sein, wobei dieser Abstand 34a größer ist, als die Differenz des Radius zwischen dem Hohlstrukturelement 4 und dem Transition Piece 10. Um das Fender- Rohr 34 an dem Hohlstrukturelement 4 vorbeizuführen, ist dieses weiter von dem Transition Piece 10 beabstandet, als der Radius des Hohlstrukturelements 4 größer ist als der Radius des Transition Pieces 10.
Fig. 8a zeigt eine mögliche Einführhilfe. An dem Transition Piece 10 ist bodenseitig ein radial nach außen weisender Vorsprung 40 vorgesehen. An einer Stirnkante 4d des Hohlstrukturelements 4 ist eine Ausrichthilfe 42 vorgesehen. Die Ausrichthilfe 42 kann so geformt sein, dass sie sich von der Stirnkante 4d wegweisen verjüngt. Auch kann die Ausrichthilfe eine Nut aufweisen, in welche der Vorsprung 40 eingreifenkann, wie im mittleren Bild zu erkennen ist.
Im Bereich des Anschlags 18 kann radial nach innen weisend eine Aufnahme 44 an der inneren Mantelfläche des Hohlstrukturelements 4 angeordnet sein. In dieser Aufnahme kann im gefügten Zustand, wie im rechten Bild zu erkennen ist, der Vorsprung 40 liegen. Hierdurch wird eine Winkelausrichtung zwischen Hohlstrukturelement 4 und Transition Piece 10 sichergestellt.
In Fig. 8a ist links ein Querschnitt durch Transition Piece 10 und Hohlstrukturelement 4 einerseits im nicht gefügten und andererseits im gefügten Zustand gezeigt Rechts sind die einzelnen Schritte des Fügens von links nach rechts dargestellt.
In Fig 8b sind Aufnahme 44 und Vorsprung 42 entsprechend Fig. 8a gebildet Diese dienen zur winkelrichtigen Ausrichtung zwischen Transition Piece 10 und Hohlstrukturelement 4.
Im Unterschied zu Fig. 8a ist die Einführhilfe an einer äußeren Mantelfläche des Transition Pieces 10 gebildet. Ein stabförmiges Element 50 kann in einem radialen Abstand zur äußeren Mantelfläche des Transition Pieces 10, sich in Längsrichtung des Transition Pieces 10 hin zum Boden des Transition Pieces 10 erstrecken.
Hierzu korrespondierend kann an dem Hohlstrukturelement 4 an der stirnseitigen Kante 4d eine Aufnahme 52 vorgesehen sein. Die Aufnahme 52 kann sich von der stirnseitigen Kante 4d in Längsrichtung des Hohlstrukturelements 4 erstrecken und eine Nut oder Öffnung aufweisen. In diese Nut oder Öffnung kann beim Einführen das stabförmige Element 50 eingreifen, so dass das Transition Piece 10 in das .
Hohlstrukturelement 4 eingeführt werden kann. Die Aufnahme 52 kann dabei z.B. eine Hülse oder ein Rohr sein, welche das stabförmige Element 50 aufnehmen. Die Aufnahme 52 kann eine sich radial weitende Öffnung aufweisen, um ein Einführen des stabförmigen Elements 50 zu begünstigen. Wenn das stabförmige Element 50 in die Aufnahme 52 eingesteckt ist, ist durch die Aufnahme 52 die radiale Position zwischen Transition Piece 10 und Hohlstrukturelement 4 definiert. Hierdurch können diese beiden Elemente zueinander ausgerichtet werden und insbesondere deren Längsachsen zueinander ausgerichtet werden, insbesondere im Wesentlichen kollinear zueinander ausgerichtet werden. Bezugszeichenliste
2 Windkraftanlage
4 Hohlstrukturelement
4a Einbindelänge
4b herausragende Länge
4c Wandung
4d stirnseitige Kante
6 Meeresboden
8 Wasseroberfläche
10 Transition Piece
10a Übergangsbereich
10b Überlappbereich
10c Wandung
14 Ringraum
16 Kabel
18 Anschlag
20a, b Kabeldurchführung
22 Füllmaterial
24 Dichtung
26 Kolkschutz
28 Konstruktionselement
28a Nut
30 Landungsplattform
32 Leiter
32a Holm
32b Öffnung
32c Öffnung
34 Fender-Rohr
40 Vorsprung 42 Ausrichthilfe 44 Aufnahme 50 stabförmiges Element 52 Aufnahme

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Windkraftanlagengründungsstruktur umfassend, ein Hohlstrukturelement mit einer sich in Längsrichtung erstreckenden, umlaufenden Wandung, wobei in der Wandung eine die Wandung durchbrechende erste Kabeldurchführung angeordnet ist, ein Übergangsstück mit einem Überlappbereich der in das Hohlstrukturelements ragt und einem Übergangsbereich der stirnseitig aus dem Hohlstrukturelement heraus ragt und einer sich in Längsrichtung erstreckenden, umlaufenden Wandung, wobei im Überlappbereich in der Wandung eine die Wandung durchbrechende zweite Kabeldurchführung angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Kabeldurchführung im montierten Zustand von Hohlstrukturelement und Übergangsstück zumindest teilweise überlappend aneinander anliegen.
2. Windkraftanlagengründungsstruktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kabel aus dem Inneren des Übergangsstücks durch die ersten und die zweite Kabeldurchführung geführt ist.
3. Windkraftanlagengründungsstruktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kabeldurchführung des Hohlstrukturelements im Einbauzustand zwischen 1.0m und 5m bevorzugt zwischen 1,5m und 3,5m oberhalb des
Seebodens liegt
4. Windkraftanlagengründungsstruktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Ringraum zwischen der inneren Mantelfläche des Hohlstrukturelements und der äußeren Mantelfläche des Übergangsstücks eine an den Mantelflächen anliegende Dichtung umlaufend angeordnet ist, insbesondere dass in Längsrichtung des Hohlstrukturelements eine Dichtung oberhalb und/oder eine Dichtung unterhalb der Kabeldurchführung angeordnet ist.
5. Windkraftanlagengründungsstruktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Ringraum zwischen der inneren Mantelfläche des Hohlstrukturelements und der äußeren Mantelfläche des Übergangsstücks in einem radialen Abstand zu den Kabeldurchführungen eine um die
Kabeldurchführungen laufende Dichtung angeordnet ist, insbesondere dass die Dichtung die Kabeldurchführung kreisförmig oder elliptisch umschließt.
6. Windkraftanlagengründungsstruktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
- dass die Dichtung expandierbar ist, derart, dass das Volumen der Dichtung nach der Montage von Hohlstrukturelement und Übergangsstück vergrößerbar ist, insbesondere dass die Dichtung pneumatisch oder hydraulisch mit einem Füllmaterial beaufschlagt ist.
7. Windkraftanlagengründungsstruktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, - dass der Mittelpunkt der Kabeleinführung des Hohlstrukturelements in Längsrichtung des Hohlstrukturelements versetzt zum Mittelpunkt der Kabeleinführung des Übergangsstücks ist, wobei der Abstand der Mittelpunkte kleiner als ein Öffnungsradius zumindest einer der Kabeleinführungen ist.
8. Windkraftanlagengründungsstruktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringraum zwischen dem Hohlstrukturelement und dem Übergangsstück zumindest teilweise vergrautet ist, wobei eine Oberkante der Groutverbindung in Längsrichtung des Hohlstrukturelements unterhalb zumindest einer Unterkante einer der Kabeldurchführungen ist.
9. Windkraftanlagengründungsstruktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an einer oberen stirnseitigen Kante des Hohlstrukturelements angeordnete Einführhilfen mit an einer unteren stirnseitigen Kante des Übergangsstücks angeordneten Einführhilfen Zusammenwirken, derart, dass eine relative Ausrichtung der Azimutwinkel von Hohlstrukturelement und Übergangsstück definiert ist.
10. Windkraftanlagengründungsstruktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einführhilfen ineinandergreifende, radial nach innen und radial nach außen ragende Vorsprünge und Ausnehmungen sind.
11. Windkraftanlagengründungsstruktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem radialen Abstand zu dem Hohlstrukturelement ein keilförmiges Konstruktionselement angeordnet ist, wobei sich das Konstruktionselement weg vom Hohlstrukturelement verjüngt,
12. Windkraftanlagengründungsstruktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer Oberfläche des Konstruktionselements eine in radialer Richtung verlaufende Vertiefung zur Aufnahme des Kabels angeordnet ist
13. Windkraftanlagengründungsstruktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der inneren Mantelfläche der Wandung in einem Endbereich des Hohlstrukturelements ein radial nach innen weisenderAnschlag gebildet ist. 14. Windkraftanlagengründungsstruktur nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlstrukturelement hohlzylindrisch ist 15. Windkraftanlagengründungsstruktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlstrukturelement zumindest in Teilen aus einem mineralischen
Baustoff geformt ist und/oder dass der Baustoff zumindest in T eilen Zement enthält, und/oder dass der Wasserzementwert (w/z) des Baustoffs kleiner 0,45 ist insbesondere kleiner 0,35 oder kleiner 0,3 ist, und/oder dass der Baustoff eine Festigkeitsklasse von zumindest C40/50, bevorzugt
C70/80, insbesondere C100/115 nach EN 206 und EN 1992 aufweist und/oder dass der Baustoff einen Porengehalt (Luftporen) von weniger als 5%, bevorzugt weniger als 3%, insbesondere weniger als 2% aufweist, und/oder dass der Baustoff einen Zementgehalt von zumindest 350kg/m3, bevorzugt mehr als 450kg/m3, insbesondere mehr als 550 kg/m3 , insbesondere von bis zu
600lg/m3, aufweist und/oder dass der Baustoff bei einer Quecksilberdruckporosimetrischen Messung eine Porosität P28d kleiner 12 vol %, insbesondere kleiner 10 Vol% und P90d kleiner 10 Vol %, insbesondere kleiner 8 vol% ist 16. Windkraftanlagengründungsstruktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandung mechanisch vorgespannt, ist, insbesondere mit einer Vorspannkraft von mehr als 5%, insbesondere mehr als 15% der Druckfestigkeit der Wandung, wobei die Vorspannkraft vorzugsweise in Längsrichtung aufgebracht wird.
17. Windkraftanlagengründungsstruktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Baustoff metallisch armiert ist. und/oder dass die Armierung (bei 98% aller Messstellen) nicht weniger als 26mm bevorzugt nicht weniger als 40mm Betondeckung aufweist und/oder dass der Baustoff mit ferritisch nichtrostenden Betonstahl armiert ist, deren Chromgehalt 18M% nicht überschreitet und ggf Molybdänbestanteile aufweisen und/oder dass der Baustoff mit austenitisch nichtrostenden Betonstahl, welcher mind 5% insbesondere mit 8% bis zu 14M% Nickel und mit 12M%-22M% insbesondere 15% - 20% Chrom enthält, armiert ist, und/oder dass der Baustoff mit ferritisch-austenitisch nichtrostenden Betonstahl, welcher mind 18M% Chrom und 2%-8% Nickel und ggf Molybdän enthält, armiert ist.
18. Windkraftanlagengründungsstruktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, ' dass die oberseitige Stirnfläche des Hohlstrukturelements metallisch verstärkt ist, insbesondere dass eine metallische Armierung aus der oberseitigen Stirnfläche heraus ragt, insbesondere vollständig umlaufend aus der oberseitigen Stirnfläche heraus ragt und/oder dass die Dichte der Armierung in einem Endbereich des Hohlstrukturelements an dessen oberseitigen und/oder unterseitigen Stirnfläche größer ist als in einem Mittenbereich des Hohlstrukturelements.
19. Windkraftanlagengründungsstruktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der äußeren Mantelfläche der Wandung in einem Endbereich des
Hohlstrukturelements ein radial nach außen weisender Kragen gebildet ist 20. Windkraftanlagengründungsstruktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Baustoff versiegelt ist, insbesondere mit einer Dichtungsfolie.
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