WO2007025947A1 - Verfahren zum vertikalen extrudieren eines betonelements, vorrichtung zum herstellen eines betonelements und mit diesem verfahren hergestellter winkraftturm - Google Patents

Verfahren zum vertikalen extrudieren eines betonelements, vorrichtung zum herstellen eines betonelements und mit diesem verfahren hergestellter winkraftturm Download PDF

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outer casing
casing
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Gustav R. Grob
Martin Keller
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Definitions

  • the invention relates to a method and a device for vertical extrusion of a concrete element according to the preamble of claim 1 and 14, and a correspondingly produced wind tower according to the preamble of claim 22.
  • Creating elongated, vertically extending concrete elements is a challenge in various areas of building construction.
  • construction techniques known so far one always proceeds in a similar way.
  • a foundation is embedded in the ground.
  • a first building phase is created by a shuttering with concrete is felt, which is cured after a certain time.
  • the casing is removed and attached to the upper end of the cured concrete element and again filled with concrete. This process is repeated until the required height is reached.
  • Another well-known construction method is that the concrete elements are not cast on site with the help of formwork, but are delivered already prefabricated. A first element is placed on the previously created foundation. The other prefabricated elements are successively stacked until the required height of the structure is reached. Depending on the size of the elements, a complex logistics for the transport of prefabricated concrete elements is required. In addition, must be on site the elements with expensive special cranes are brought to their appropriate place in some extreme height and connected to each other.
  • the present invention now pursues the goal of further improving the known construction techniques for vertically extending concrete elements and to significantly reduce the cost of creating these structures.
  • the present invention achieves the object by providing an inner and outer casing for the vertical extrusion of an elongated, vertically extending concrete element, wherein a gap is formed between the inner casing and the outer casing, which has a height smaller than the height of the concrete element to be manufactured. In this space in the lower area in several places concrete with high pressure is introduced so that the space is filled with the concrete and that during curing of the concrete, the concrete element is pressed vertically upwards out of the gap. In addition, an attachment is mounted on the concrete element, which is transported with the growth of the concrete element upwards.
  • the vertically extending concrete element with high quality and strength can be made.
  • the precise vertical growth of the concrete element can optionally be influenced by the targeted influencing of the concrete flow.
  • fast-curing concrete or concrete with accelerator is used. It is also possible a combination of fast-hardening concrete and accelerator.
  • the concrete is added during insertion or prior to introduction with reinforcing elements, wherein preferably plastic, glass, steel or carbon fiber are used as reinforcing elements or Moniereisen or reinforcing steel.
  • the concrete element is seamlessly made of concrete, since its height increases continuously as long as concrete is introduced into the lower region of the intermediate space.
  • Wind turbine can be mounted on the concrete element. Moreover Clamping means may be attached to the attachment to control the vertical orientation of the concrete element.
  • the introduction of the concrete and / or the tension on the tensioning means is controlled so that the concrete element grows vertically, even if, for example, wind load loads the concrete element.
  • cuff-shaped or belt-shaped elements are laid or attached around the concrete element.
  • the inner and / or outer casing can be adjusted so as to be able to change the cross section of the growing concrete element.
  • FIG. 1A shows a first device according to the invention in a schematic, lateral sectional illustration
  • FIG. 1B shows the first device according to the invention in a schematic sectional view from above;
  • FIG. 2A shows a first step of the method according to the invention in a schematic, lateral sectional illustration
  • FIG. 2B shows a second step of the method according to the invention
  • FIG. 3 shows a first apparatus according to the invention for introducing the concrete at several points with a plurality of pumps in a schematic plan view
  • 4 shows a second device according to the invention for introducing the concrete at several points with a pump in a schematic plan view; 5 shows an anchoring of the concrete element to the foundation with the aid of an anchor in a schematic sectional view.
  • Fig. 6 shows the insertion of a strengthening element in a cavity in a wall of the concrete element in a schematic sectional view
  • FIG. 7 shows an anchoring of an attachment on a concrete element, according to the invention, in a schematic sectional view
  • Fig. 8 is a schematic sectional view of a growing concrete element with clamping means and with control and monitoring means to control the vertical orientation of the concrete element according to the invention
  • Fig. 9 is a side view of an inventive extruded tower with work platform with their help, for example.
  • the generator housing can be mounted on the concrete element; 10 shows a reinforcing element which is introduced in the lower part of the interspace of the casing, in a schematic sectional view;
  • Fig. 11 shows an embodiment in which a cuff or belt-shaped ring is placed around the extruded concrete element according to the invention
  • Fig. 12 shows an embodiment of the invention in a plan view in which the outer casing has a different cross-section than the inner casing;
  • Fig. 13A is a section through a lower part of another embodiment of the invention;
  • Fig. 13B is a plan view of the lower part of the further embodiment of the invention of Fig. 13A;
  • FIG. 14A shows a section through an outer casing according to a further embodiment of the invention.
  • FIG. 15A shows a first step of the method according to the invention
  • FIG. 15B shows a second step of the method according to the invention
  • Fig. 15C is a third step of the inventive method.
  • extrusion is used, although it is uncommon in the field of concrete construction.
  • plastics or other viscous curable materials are forced through a die in a continuous process.
  • this material the extrudate - is melted by heating and homogenized.
  • the necessary pressure is built up.
  • the material solidifies.
  • the cross-section of the resulting geometric body corresponds to the nozzle used or a calibration arranged behind it. It is according to the invention to produce an elongated, extending in the vertical direction concrete element 20 on site.
  • the invention is suitable for the manufacture of towers (for example for wind power plants), posts, masts and pillars (for example for bridges or drilling platforms).
  • a concrete element is created on site, ie directly at the destination (location).
  • the device 10 comprises an inner casing 12 and an outer casing 11, wherein the inner casing 12 and the outer casing 11 are designed such that a gap 16 exists between the inner casing 12 and the outer casing 12. This gap 16 is closed at the bottom. At the upper end of the shuttering 11, 12 results in an outlet opening.
  • the casings 11, 12 are on a foundation 13 or base.
  • An annular base 14 is provided on the foundation 13 or pedestal for mounting the inner and outer casings 11, 12.
  • the casings 11, 12 have a height H which is smaller than the height Hl of the concrete element to be manufactured.
  • This pedestal stage 14 is optional, but offers numerous advantages, as described in connection with FIGS. 13A and 15A to 15C.
  • a plurality of pumps 17 are provided in order to be able to introduce concrete 21 under pressure into a lower region of the intermediate space 16. It is important that the pumps 17 are designed so that the concrete 21 can be introduced at high pressure so that the gap 16 is filled evenly from below with the concrete 21 and that during the hardening of the concrete 21, the concrete element 20 vertically pushed out (extruded) out of the gap 16 out.
  • the concrete is pumped in obliquely taking into account the Corioles force in order to achieve better homogeneity and to prevent setting in the lower filling / Einpump Colour.
  • a lead-through element 15 can be seen through which the concrete 21 is conveyed into the intermediate space 16.
  • the conveying direction is indicated by an arrow.
  • FIGS. 2A and 2B There are on site, that is at the destination, an inner casing 12 and an outer casing 11 is provided, as already described in connection with the preceding figures. There is a gap 16 between these casings 11, 12.
  • the height H of the casing 11, 12 is much smaller than the height Hl of the concrete element 20 to be produced. Typically, H is one-tenth of Hl, or smaller. But in certain situations H can be greater than one-tenth of Hl.
  • FIG. 2B shows a snapshot in which already a part of the hardened concrete 21 projects beyond the casing 11, 12 (ie HI> H).
  • the upward displacement of the upper edge 22 and the hardening of the concrete 21 can be coordinated with one another.
  • the concrete element 20 is seamlessly made of the concrete 21 and its height Hl increases as long as concrete 21 is introduced with sufficient pressure in the lower region of the intermediate space 16.
  • an inner casing 12 and an outer casing 11 is referred to in the present context as shuttering.
  • a shuttering preferably flat, curved or curved curved formwork panels (such as boards, steel plates, steel sheets, plastic elements) are used for shaping and support.
  • a concrete element is used as inner casing, as will be described later.
  • the casing 11, 12 may comprise supports or support elements.
  • the inner and / or outer casing is adjustable.
  • Concrete is an artificial solid made of cement, concrete aggregate (aggregate) (sand and gravel or grit) and water. It may also contain concrete admixtures and concrete admixtures (for example accelerators).
  • the cement serves as a binder to hold the other ingredients together.
  • the strength of the concrete is created by setting (recrystallization) of the clinker constituents of the cement, thereby forming the smallest crystal needles, which interlock firmly.
  • the crystal growth lasts for a long time, so that the final strength is achieved only long after the extrusion.
  • the device 10 which comprises at least one heating element, which is arranged so that the concrete 21 cures faster.
  • this heating element is annularly located at the upper end of the casing 11, 12 or in the interior of a hollow tower to be manufactured.
  • concrete can withstand very high pressure, it fails even at low tensile loads.
  • Concrete is therefore preferably provided according to the invention with Moniereisen (reinforcing steel) and / or added with reinforcing elements (preferably plastic, glass, steel or carbon fibers).
  • Moniereisen reinforcing steel
  • reinforcing elements preferably plastic, glass, steel or carbon fibers.
  • Reinforcing bars are particularly suitable as a hot-formed and ribbed bar steel or wire 32 with suitable diameters and suitable length.
  • This wire 32 can be inserted into the wall of the concrete element 20 from above or below during extrusion (see also FIG. 10). It can be used in construction site concrete, which is manufactured in a factory directly on site, or it can be used ready-mixed concrete, which is delivered with mixing vehicles from a stationary plant and spent, for example in a silo 64 (see Fig. 15B).
  • the fibers are preferably embedded in the concrete matrix (cement stone). They act as a kind of reinforcement.
  • Fiber mats can also be used.
  • Alkali-resistant glass fibers, steel fibers, carbon fibers and synthetic fibers are particularly suitable as reinforcing elements.
  • Ideal is concrete with a combination of Moniereisen and fiber additives.
  • fiber concrete or plastic concrete concrete with reactive plastic additives is used, which is prestressed after extrusion with steel hoops or ropes.
  • FIG. 3 shows a top view of a device 10 which allows to introduce concrete 21 at more than one point in the lower region of the intermediate space 16.
  • three pumps 17 are provided which each convey concrete 21 through a corresponding lead-through element 15 into the intermediate space 16.
  • the pumps 17 are controlled so that the vertical growth of the concrete element 20 is controllable.
  • FIG. 4 shows a top view of a device 10 which allows concrete 21 to be introduced into the lower region of the intermediate space 16 at more than one point.
  • a pump 17 is provided which pumps concrete into a distributor ring 18.
  • the distribution ring 18 is connected to the lead-through elements 15 with radially extending web leads in order to convey respectively concrete 21 into the interspace 16.
  • controllable valves are used in the region of the web lines, which can be controlled so that the vertical growth of the concrete element 20 is controllable. It should be noted that the distributor ring 18 and the other elements of the drawing are shown in a highly schematic manner.
  • a foundation 13 or a base 14 is preferably provided at the destination. This can be done in the usual way. Preference is given to a foundation 13 or a base 14 with means (for example an annular step 14) for fastening the casings 11, 12.
  • FIG. 5 shows a section of a concrete element 20 which rests on a foundation 13.
  • Anchors 19 are cast in the foundation 13 and comprise an anchor which extends vertically upwards. When introducing the concrete 21 in the gap 16 between the formwork 11, 12 of this anchor 19 is surrounded by concrete. After curing of the concrete, an intimate connection between the concrete element 20 and the foundation 13 results.
  • FIG. 1 An embodiment is shown in which an anchor 19 is provided with an opening or eye at the upper anchor end.
  • a vertically upwardly extending channel 23 is provided in the wall of the concrete element 20. Through this channel 23 passes through a steel element (for example, a steel cable 30), which is under tensile stress or is set after the extrusion under tension (bias).
  • a steel element for example, a steel cable 30
  • the concrete element 20 each comprises a suitable attachment 24.
  • This attachment 24 is preferably mounted from the beginning on the growing concrete element 20 and is thus moved step by step vertically upward while the concrete element 20 grows. This eliminates the need for cranes or other funding.
  • the essay 24 can perform one or more of the following functions:
  • Fig. 7 the upper end of a concrete element 20 is shown.
  • An attachment 24 sits on the upper edge 22 of the concrete wall 21.
  • the attachment 24 shown comprises an outer and an inner annular collar in order to ensure a secure hold on the concrete wall 21.
  • armature 19 can also be used at the upper end of the concrete element 20.
  • a tower 20 is shown during extrusion.
  • the tower 20 includes a top 24.
  • three steel cables 25 are attached to the top 24 to stabilize the tower 20 with respect to the vertical according to the triangulation principle. This is important because the tower 20 grows vertically by pumping concrete in and may be unstable or slightly unstable.
  • a light or laser beam 27 is used as an electro-optical measuring device, which is emitted by a transmitter / receiver unit 26 parallel to the longitudinal axis of the tower and reflected on the attachment 24.
  • a transmitter / receiver unit 26 is very sensitive to minute deviations from the vertical direction.
  • It can be constructed a control loop, which makes it possible by means of electrically driven winches 28 to adjust the tension of the ropes 25 individually.
  • the control loop should preferably be designed so that when extruding the concrete element 20, slowly but permanently the steel cables 25 are unwound.
  • Particularly preferred are clamping means, which allow it during the growth of the concrete element 20 always to ensure an approximately constant pressure load in the wall 21 of the tower. With increasing height Hl of the upper edge 22 of the tower 20, the cable tension can be reduced because the weight of the wall 21 increasingly exerts pressure on the concrete in the gap 16.
  • the clamping devices are preferably tensioned with hydraulic pumps (as strand lifters).
  • a control and monitoring means 40 which receives signals from the transceiver unit 26 via a connection 41 and controls the winches 28 accordingly, as indicated by the connections 42.
  • the attachment 24 can serve as a lifting tool.
  • the lifting means are a (steel) scaffold 36, a winch 33 (it may also be a pulley if a winch is provided on the ground) and a load hoist 31. So you can without Crane or conveyor system transport all components of a wind turbine tower upwards and assemble.
  • the lifting means can remain on the tower for later use in maintenance.
  • a basic condition that must be fulfilled for the method according to the invention to function is that the pressure of the pumps 17 is sufficient to fill the intermediate space 16 of the casing 11, 12 on the one hand and the resulting concrete element 20 on the other hand, together with any or abutments, to push up.
  • channels eg, channel 23
  • the channels can accommodate, for example, cables, steel cables, ladders or the like.
  • a longitudinal reinforcement from below or above are introduced into the wall of the concrete element.
  • Fig. 10 the penetration from below is shown schematically.
  • a roll 34 with wound-up monolayer steel 32 e.g., wire
  • This wire 32 is preferably guided through a passage in the outer casing 11 into the intermediate space 16.
  • the wire 32 is firmly anchored in the concrete element 20 and, due to the upward movement of the concrete element 20, monier steel 32 is unwound from the roll 34 step by step.
  • Fig. 11 is schematically indicated that outside cuff or belt-like elements 29 can be placed around the growing concrete element 20.
  • Such elements 29 are particularly preferred when the concrete element 20 is exposed to strong pressure loads. For example, the seismic safety of bridge piers can be improved.
  • the growing tower is surrounded on the outside and / or inside with a tubular casing (eg a casing consisting of plastic film).
  • a tubular casing eg a casing consisting of plastic film.
  • This shell can be unrolled from a roll during extrusion of the tower and pulled up with it. Through such a shell, the humidity can be maintained for several days in the desired range between 90 and 100% humidity. You may be able to use a heating / humidifier inside the tower. The said shell can be easily removed later.
  • the concrete element 20 may also have other cross-sectional shapes and especially also with the height-changing cross-sectional shapes.
  • a concrete element 20 is shown with a different cross-section.
  • inner casing 12 is an annular shuttering element.
  • the outer casing 11 has the shape of a polygon (an octagon in the example shown).
  • the diameter of the casing can be increased by using additional strips. A reduction is possible by removing strips.
  • FIGS. 13A and 13B Details of a further embodiment are shown in FIGS. 13A and 13B.
  • a foundation 13 is provided in the ground.
  • a base stage 14 is poured concrete.
  • a door 60 can be provided, which allows access to the interior.
  • Either the inner and outer casings can now be mounted on the base 14, as shown in FIG. 1A, or an inner casing 61 can be cast as an integral part of the base 14. This latter variant is shown in FIGS. 13A and 13B.
  • the pedestal 14 has a height HS and the inner concrete casing 61 has a height HI.
  • the outer casing 11 is indicated in Fig. 13A only by lines.
  • FIGS. 14A and 14B Details of an outer casing 11 are shown in FIGS. 14A and 14B.
  • the outer cladding comprises three circle segments, each comprising 120 degrees. The three elements are connected to each other by means of flanges 63 and then form a cylindrical interior with a diameter Da.
  • inlets 15 for connecting the pumps 17 are provided at three points.
  • hooks or eyes 62 may be provided.
  • FIGS. 15A to 15C Details of a further method according to the invention are shown in FIGS. 15A to 15C.
  • Fig. 15A a construction phase is shown after on the foundation 13, the base stage 14 including concrete interior shuttering 61 has been completed.
  • a door opening 60 is provided in the base 14.
  • An external shuttering (for example that shown in FIG. 14A) is now mounted and concrete is conveyed from a silo 64 via pumps 17 through the inlets 15 into the intermediate space.
  • the concrete element grows upwards, as shown in Fig. 15B, while supporting the top 24.
  • steel frame 36 are provided with lifting equipment and the like.
  • electro-optical means 26 are arranged (as already described) to check the vertical orientation during the growth of the tower and correct if necessary.
  • FIG. 15C some final steps are illustrated.
  • a cable channel 23 was laid in the foundation in order to be able to feed cables to the tower 66.
  • an elevator car 65 or conveyor platform is provided inside the tower.
  • measuring assemblies 67 for measuring the wind speed and weather conditions and the nacelle 50 of a wind turbine were mounted.

Abstract

Vorrichtung zum Herstellen eines länglichen, sich in vertikaler Richtung erstreckenden Betonelements (20), zum Beispiel einem Turm einer Windkraftanlage, mit einer inneren Verschalung (12) und einer äusseren Verschalung (11), wobei die innere Verschalung (12) und die äussere Verschalung (12) so ausgeführt sind, dass zwischen der inneren Verschalung (12) und der äusseren Verschalung (11) ein Zwischenraum (16) besteht, der eine Höhe aufweist, die kleiner ist als die Höhe des zu fertigenden Betonelements (20). Es kommen mehrere Pumpen zum Einsatz, um Beton (21) in den Zwischenraum (16) zu pumpen. Die Pumpen sind so ausgelegt, dass der Beton (21) mit hohem Druck so eingebracht werden kann, dass der Zwischenraum (16) mit dem Beton (21) gefüllt wird und dass während dem Aushärten des Betons (21) das Betonelement (20) vertikal nach oben hin aus dem Zwischenraum (16) heraus gedrückt wird. Mit dem Anwachsen des Betonelements 20 wird ein Aufsatz 24 nach oben gefördert, der später zum Hochziehen und Montieren verschiedener Elemente dient.

Description

Verfahren zum vertikalen Extrudieren eines Betonelements,
Vorrichtung zum Herstellen eines Betonelements und mit diesem Verfahren hergestellter Windkraftturm
Gegenstand der Erfindung sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum vertikalen Extrudieren eines Betonelementes nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 14, und einen entsprechend hergestellten Windkraftturm nach dem Ober- begriff des Anspruchs 22.
Die vorliegende Patentanmeldung beansprucht die Priorität der PCT-Anmeldung PCT/EP 2005/009319, die am 30.8.2005 im Namen des eingangs genannten Anmelders eingereicht wurde.
Das Erstellen von länglichen, sich in vertikaler Richtung erstreckenden Betonelementen ist in verschiedenen Bereichen des Hochbaus eine Herausforderung. Bei den bisher bekannten Bautechniken ist man dabei immer in ähnlicher Weise vorgegangen. Zu Beginn der Bauarbeiten wird ein Fundament in den Boden eingelassen. Auf dem Fundament entsteht eine erste Bauetappe, indem eine Verschalung mit Beton gefühlt wird, welcher nach einer gewissen Zeit ausgehärtet ist. Nach dem Aushärten der ersten Bauetappe wird die Verschalung entfernt und am oberen Ende des ausgehärteten Betonelementes angebracht und erneut mit Beton gefüllt. Dieser Vorgang wird solange wiederholt bis die geforderte Bauhöhe erreicht ist.
Um diese Vorgehensweise zu vereinfachen werden teilweise sogenannte Klet- ter- oder Gleitschalungen eingesetzt.
Üblicherweise braucht man mindestens einen Hilfskran, um Elemente anzuheben und neu zu platzieren.
Die genannten Verfahren sind vor allem bei konischen Türmen deren Durchmesser sich nach oben verjüngt entsprechend kompliziert. Ausserdem muss der Beton mit speziellen Geräten in entsprechend grosse Höhen gehoben oder gepumpt werden.
Bei jeder Bauetappe muss nach dem Befüllen der Verschalung die Arbeit solange unterbrochen werde, bis der Beton ausgehärtet ist und die Verschalung erneut angehoben werden kann.
Eine weitere Hochbaumethode besteht darin, dass vor Ort Betonstrukturen in einem kontinuierlichen Verfahren vertikal extrudiert werden, wie ansatzweise in der Patentschrift GB 619,048 aus dem Jahre 1949 erläutert. Dieser Ansatz scheint sich nicht bewährt zu haben, da seit mehr als 50 Jahren dieses Thema nicht aufgegriffen oder weiterentwickelt wurde.
Eine weitere bekannte Hochbaumethode besteht darin, dass die Betonelemente nicht vor Ort mit Hilfe von Verschalungen gegossen, sondern bereits vorgefertigt angeliefert werden. Dabei wird auf dem zuvor erstellten Fundament ein erstes Element platziert. Die weiteren vorgefertigten Elemente werden nacheinander aufeinander gestapelt bis die erforderliche Höhe des Bauwerks erreicht ist. Dabei ist je nach Grosse der Elemente eine aufwendige Logistik für den Transport der vorgefertigten Betonelemente erforderlich. Ausserdem müssen vor Ort die Elemente mit teuren Spezialkränen an ihren entsprechenden Platz in teils extremer Höhe gebracht und miteinander verbunden werden.
Diese Verfahren haben den Nachteil, dass sie entweder relativ kompliziert und teuer sind, oder dass sie nicht in der Praxis anwendbar sind, was speziell für das genannte vertikale Extrusionsverfahren gilt. Besonders bei Windkraftanlagen ergibt sich dadurch ein sehr teueres Gesamtsystem, und damit ist auch der Preis des mit dieser Anlage später produzierten Stroms relativ hoch.
Weiterhin ist zu berücksichtigen, dass in manchen Gegenden der Transport von vorgefertigten Betonelementen nicht oder kaum möglich ist. In solchen Gegenden müssen Windkraftanlagen und andere vertikal stehende Betonelemente konventionell mittels Verschalungen Schritt für Schritt erstellt werden.
Die vorliegende Erfindung verfolgt nun das Ziel die bekannten Hochbautechniken für sich in vertikale Richtung erstreckende Betonelemente weiter zu verbessern und die Kosten für das Erstellen dieser Bauwerke deutlich zu reduzieren.
Weiterhin ist es eine Aufgabe der Erfindung besonders kostengünstige Windkraftanlagen herstellen zu können.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt
- für das Verfahren durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des An- spruchs 1;
- für die Vorrichtung zum Herstellen eines länglichen, sich in vertikaler Richtung erstreckenden Betonelements durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 14; und für den Windkraftturm an sich durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 22. Die vorliegende Erfindung löst die Aufgabe dadurch, dass sie für das vertikale Extrudieren eines länglichen, sich in vertikaler Richtung erstreckenden Betonelements eine innere und äussere Verschalung bereitstellt, wobei zwischen der inneren Verschalung und der äusseren Verschalung ein Zwischenraum gebildet wird, der eine Höhe aufweist, die kleiner ist als die Höhe des zu fertigenden Betonelements. In diesen Zwischenraum wird im unteren Bereich an mehreren Stellen Beton mit hohem Druck so eingebracht, dass der Zwischenraum mit dem Beton gefüllt wird und dass während dem Aushärten des Betons das Betonelement vertikal nach oben hin aus dem Zwischenraum heraus gedrückt wird. Ausserdem ist auf dem Betonelement ein Aufsatz angebracht, der mit dem Anwachsen des Betonelements nach oben befördert wird.
Dies hat den Vorteil, dass nicht nach einer Bauetappe das Aushärten des Betons abgewartet werden muss, bevor die Verschalung entfernt und auf dem ausgehärteten Beton neu aufgesetzt und angepasst werden kann. Durch das Einpumpen des Betons an mehreren Stellen kann das sich in vertikaler Richtung erstreckende Betonelement mit hoher Qualität und Festigkeit gefertigt werden. Ausserdem hat dies den Vorteil, dass in einer gewissen Zeit mehr Beton eingebracht werden kann. Zusätzlich kann optional durch das gezielte Beeinflussen des Betondurchflusses das exakte vertikale Anwachsen des Betonelements be- einflusst werden.
Durch die Verwendung des erwähnten Aufsatzes kann man vor Ort auf den Einsatz eines grossen Krans oder Kranwagens verzichten, da der Aufsatz es er- möglicht sämtliche Elemente, die während oder nach der Bauphase benötigt werden nach oben zu fördern.
Gemäss Erfindung reduzieren sich die ansonsten üblichen Verfahrensschritte deutlich.
Ausserdem sind weniger Hilfs- und Verbrauchsmaterialien an der Baustelle notwendig. Vorteilhafterweise wird schnellhärtender Beton oder Beton mit Beschleuniger eingesetzt. Es ist auch eine Kombination von schnellhärtendem Beton und Beschleuniger möglich.
Vorteilhafterweise wird der Beton beim Einbringen oder vor dem Einbringen mit Verstärkungselementen versetzt, wobei vorzugsweise Kunststoff-, Glas-, Stahloder Kohlefaser als Verstärkungselemente oder Moniereisen bzw. Bewehrungsstahl eingesetzt werden.
Dies hat den Vorteil, dass der auf Zugbelastung empfindliche Beton verstärkt wird. Sowohl Kunststoff-, Glas-, Stahl- oder Kohlefaser Verstärkungselemente können Zugkräfte im Bauwerk aufnehmen und so für die geforderte Festigkeit sorgen.
Vorteilhafterweise wird das Betonelement nahtlos aus Beton hergestellt, da seine Höhe solange kontinuierlich zunimmt wie Beton in den unteren Bereich des Zwischenraumes eingebracht wird.
Dies hat den Vorteil, dass der Arbeitsfortschritt nicht mehrmalig unterbrochen werden muss. Durch das Erstellen des Betonelementes „aus einem Guss" kann die Festigkeit des Bauwerks zusätzlich erhöht werden.
An dem Aufsatz, der beim Herausdrücken aus dem Zwischenraum von dem Betonelement in vertikale Richtung nach oben gefördert wird können innen- oder aussenliegende Spannmittel angebracht sein. Vor oder nach dem Erreichen der Endhöhe (Hl) können Bauteile des Betonelements (zum Beispiel Teile einer Windkraftanlage) nach oben gezogen werden.
Dies hat den Vorteil, dass bei nachfolgenden Arbeitsschritten eine Arbeitsplatt- form zur Verfügung steht, mit deren Hilfe bspw. das Generatorgehäuse einer
Windkraftanlage auf dem Betonelement montiert werden kann. Ausserdem können an dem Aufsatz Spannmittel befestigt werden, um die Vertikalausrichtung des Betonelementes zu kontrollieren.
Vorteilhafterweise wird das Einbringen des Beton und/oder die Spannung auf den Spannmitteln so gesteuert, dass das Betonelement vertikal wächst, auch wenn zum Beispiel Windlast das Betonelement belastet.
Dies hat den Vorteil, dass Bewegungen, welche das Betonelement während der Bauphase aufgrund bspw. des Windes macht, durch gezieltes Steuern des Ein- bringens des Betons und/oder durch gezieltes Steuern der Spannung der Spannmittel kompensiert werden kann.
Vorteilhafterweise werden beim Herausdrücken aus dem Zwischenraum man- schettenförmige oder gürtelförmige Elemente um das Betonelement herum ge- legt oder angebracht.
Dies hat den Vorteil, dass die Druckstabilität des Betonelements (Erdbebensicherheit) erhöht wird.
Vorteilhafterweise können die innere und/oder äussere Verschalung verstellt werden, um so den Querschnitt des wachsenden Betonelements verändern zu können.
Dies hat den Vorteil, dass bspw. im oberen Bereich des Betonelementes aufgrund der kleineren Eigenlast des Bauwerkes eine geringere Wandstärke ausge- fertigt werden kann. Dadurch reduziert sich zum Beispiel der Verbrauch an Rohstoffen.
Es ist ein Vorteil der Erfindung, dass durch die Extrusion nahtlose Türme, Säulen, Pfosten oder dergleichen mit über der Länge konstantem Querschnitt, oder mit sich änderndem Querschnitt, hergestellt werden können. Weitere Vorteile ergeben sich unmittelbar aus der Beschreibung und den dazu gehörenden Zeichnungen.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und mit Bezug auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben. Es zeigen :
Fig. IA eine erste erfindungsgemässe Vorrichtung in einer schematischen, seitlichen Schnittdarstellung;
Fig. IB die erste erfindungsgemässe Vorrichtung in einer schematischen Schnittdarstellung von oben;
Fig. 2A einen ersten Schritt des erfindungsgemässen Verfahrens in einer schematischen, seitlichen Schnittdarstellung;
Fig. 2B einen zweiten Schritt des erfindungsgemässen Verfahrens;
Fig. 3 eine erste erfindungsgemässe Vorrichtung zum Einbringen des Be- tons an mehreren Stellen mit mehreren Pumpen in einer schematischen Draufsicht;
Fig. 4 eine zweite erfindungsgemässe Vorrichtung zum Einbringen des Betons an mehreren Stellen mit einer Pumpe in einer schematischen Draufsicht; Fig. 5 eine Verankerung des Betonelementes am Fundament mit Hilfe eines Ankers in einer schematischen Schnittansicht;
Fig. 6 das Einlassen eines Festigungselementes in einem Hohlraum in einer Wand des Betonelementes in einer schematischen Schnittansicht;
Fig. 7 eine Verankerung eines Aufsatzes auf einem Betonelement, gemäss Erfindung, in einer schematischen Schnittansicht;
Fig. 8 eine schematische Schnittansicht eines anwachsenden Betonelements mit Spannmitteln und mit Steuer- und Kontrollmittel, um die vertikale Ausrichtung des Betonelementes gemäss Erfindung zu kontrollieren;
Fig. 9 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäss extrudierten Turms mit Arbeitsplattform mit deren Hilfe bspw. das Generatorgehäuse auf dem Betonelement montiert werden kann; Fig. 10 ein Verstärkungselement welches im unteren Teil des Zwischenraums der Verschalung eingebracht wird, in einer schematischen Schnittansicht;
Fig. 11 eine Ausführungsform bei der ein manschetten- oder gürtelförmiger Ring um das extrudierte Betonelement gelegt wird, gemäss Erfindung;
Fig. 12 eine Ausführungsform der Erfindung in einer Draufsicht bei der die äussere Verschalung einen anderen Querschnitt hat als die innere Verschalung; Fig. 13A einen Schnitt durch einen unteren Teil einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 13B eine Draufsicht auf den unteren Teil der weiteren Ausführungsform der Erfindung nach Fig. 13A;
Fig. 14A einen Schnitt durch eine äussere Verschalung gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 15A einen ersten Schritt des erfindungsgemässen Verfahrens;
Fig. 15B einen zweiten Schritt des erfindungsgemässen Verfahrens;
Fig. 15C einen dritten Schritt des erfindungsgemässen Verfahrens.
Konstruktive Elemente mit gleicher Funktion sind in allen Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Im Folgenden wird die Bezeichnung Extrusion verwendet, obwohl sie im Bereich des Betonbaus ungebräuchlich ist. Üblicherweise werden bei der Extrusion Kunststoffe oder andere zähflüssige härtbare Materialien in einem kontinuierlichen Verfahren durch eine Düse gepresst. Dazu wird dieses Material - das Extrudat - mittels Heizung aufgeschmolzen und homogenisiert. Beim Durchfließen der Düse wird der notwendige Druck aufgebaut. Nach dem Austreten aus der Düse erstarrt das Material. Der Querschnitt des so entstehenden geometri- sehen Körpers entspricht der verwendeten Düse oder einer dahinter angeordneten Kalibrierung. Es geht gemäss Erfindung um das Herstellen eines länglichen, sich in vertikaler Richtung erstreckenden Betonelements 20 vor Ort. Besonders eignet sich die Erfindung zum Herstellen von Türmen (zum Beispiel für Windkraftanlagen), Pfosten, Masten und Pfeilern (zum Beispiel für Brücken oder Bohrplattformen). Ein solches Betonelement wird vor Ort, das heisst direkt am Bestimmungsort (Standort), erstellt. Dazu bedarf es einer speziellen erfindungsgemässen Vorrichtung 10, deren Details in Fig. IA und Fig. IB schematisch gezeigt sind, und entsprechenden Gerätschaften. Die Vorrichtung 10 umfasst eine innere Verschalung 12 und eine äusseren Verschalung 11, wobei die innere Verschalung 12 und die äussere Verschalung 11 so ausgeführt sind, dass zwischen der inneren Verschalung 12 und der äusseren Verschalung 12 ein Zwischenraum 16 besteht. Dieser Zwischenraum 16 ist nach unten hin geschlossen. Am oberen Ende der Verschalungen 11, 12 ergibt sich eine Austrittsöffnung.
In der gezeigten Ausführungsform stehen die Verschalungen 11, 12 auf einem Fundament 13 oder Sockel. Es ist eine ringförmige Sockelstufe 14 am Fundament 13 oder Sockel vorgesehen, um die innere und äussere Verschalungen 11, 12 montieren zu können. Die Verschalungen 11, 12 weisen ein Höhe H auf, die kleiner ist als die Höhe Hl des zu fertigenden Betonelements. Diese Sockelstufe 14 ist optional, bietet jedoch zahlreiche Vorteile, wie im Zusammenhang mit den Figuren 13A und 15A bis 15C beschrieben ist.
Gemäss Erfindung sind mehrere Pumpen 17 vorgesehen, um Beton 21 mit Druck in einen unteren Bereich des Zwischenraumes 16 einbringen zu können. Wichtig ist, dass die Pumpen 17 so ausgelegt sind, dass der Beton 21 mit hohem Druck so eingebracht werden kann, dass der Zwischenraum 16 von unten her mit dem Beton 21 gleichmässig gefüllt wird und dass während dem Aushärten des Betons 21 das Betonelement 20 vertikal nach oben hin aus dem Zwischenraum 16 heraus gedrückt (extrudiert) wird. Vorzugsweise wird der Beton unter Berücksichtigung der Corioleskraft schräg eingepumpt, um eine bessere Homogenität zu erreichen und um das Abbinden im unteren Einfüll-/Einpumpbereich zu verhindern.
Besonders bevorzugt werden langsam fördernde Pumpen 17, die einen ausreichend hohen Druck erzeugen. Besonders bewährt haben sich Schneckenpumpen.
In Fig. IA und in Fig. IB ist ein Durchführungselement 15 zu erkennen, durch das hindurch der Beton 21 in den Zwischenraum 16 gefördert wird. Die Förderrichtung ist durch einen Pfeil angedeutet.
Das erfindungsgemässe Verfahren zum vertikalen Extrudieren eines länglichen, sich in vertikaler Richtung erstreckenden Betonelements 20 wird nun anhand der Figuren 2A und 2B näher erläutert. Es werden vor Ort, dass heisst am Bestimmungsort, eine innere Verschalung 12 und eine äussere Verschalung 11 bereitgestellt, wie bereits im Zusammenhang mit den vorhergehenden Figuren beschrieben. Zwischen diesen Verschalungen 11, 12 besteht ein Zwischenraum 16. Die Höhe H der Verschalung 11, 12 ist sehr viel kleiner ist als die Höhe Hl des zu fertigenden Betonelements 20. Typischerweise ist H ein Zehntel von Hl, oder kleiner. In gewissen Situationen kann H aber auch grösser als ein Zehntel von Hl sein.
Gemäss Erfindung wird nun, nachdem die Baustelle vor Ort entsprechend vor- bereitet wurde, Beton 21 in einen unteren Bereich des Zwischenraumes 16 gepumpt, wobei der Beton 21 mit hohem Druck eingebracht wird. Dabei wird der Zwischenraum 16 von unten her mit dem Beton 21 gefüllt. Die Oberkante 22 des Betons 21 wandert nach oben um so mehr Beton 21 unten in den Zwischenraum 16 gepumpt wird. In den Figuren ist die Oberkante durch eine Hilfs- linie 22 angedeutet. Während unten weiter Beton 21 in den Zwischenraum 16 gepumpt wird, fängt der Beton 21 im Bereich der Oberkante 22 an auszuhärten. Durch den Druck des in den Zwischenraum 16 gepumpten Betons 21 wird während dem Aushärten des Betons 21 das Betonelement 20 vertikal nach oben hin aus dem Zwi- schenraum 16 heraus gedrückt. In Fig. 2B ist eine Momentaufnahme gezeigt, bei der bereits ein Teil des ausgehärteten Betons 21 die Verschalung 11, 12 überragt (d.h. Hl > H).
Bei geeigneter Regelung der Pumpleistung (oder bei geeigneter Einstellung ei- nes zum Einsatz kommenden Ventils), kann das nach oben Verlagern der Oberkante 22 und das Aushärten des Betons 21 aufeinander abgestimmt werden.
Durch dieses vertikale Extrusionsverfahren wird das Betonelement 20 nahtlos aus dem Beton 21 hergestellt und seine Höhe Hl nimmt zu solange Beton 21 mit ausreichendem Druck in den unteren Bereich des Zwischenraumes 16 eingebracht wird.
In den folgenden Abschnitten werden weitere Aspekte und Ausführungsformen der Erfindung beschrieben, wobei sich die verschiedensten Varianten beliebig miteinander kombinieren lassen. Vorab werden Begriffe erklärt, soweit sie einer Erklärung bedürfen.
Die erfindungsgemässe Kombination einer inneren Verschalung 12 und einer äusseren Verschalung 11 wird im vorliegenden Zusammenhang als Verschalung bezeichnet. Als Verschalung kommen vorzugsweise flächige, räumliche gebogene oder gekrümmte Schaltafeln (wie Bretter, Stahlplatten, Stahlbleche, Kunststoffelemente) zur Formgebung und Abstützung zum Einsatz. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform kommt als Innenverschalung ein Betonelement zum Einsatz, wie später beschrieben wird. Die Verschalung 11, 12 kann Stützen oder Stützelemente umfassen. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die innere und/oder äussere Verschalung verstellbar. Beton ist ein künstlicher Festkörper aus Zement, Betonzuschlag (Gesteinskörnung) (Sand und Kies oder Splitt) und Wasser. Er kann außerdem Betonzusatzstoffe und Betonzusatzmittel enthalten (zum Beispiel Beschleuniger). Der Zement dient als Bindemittel, um die anderen Bestandteile zusammenzuhalten. Die Festigkeit des Betons entsteht durch Abbinden (Umkristallisation) der Klinkerbestandteile des Zements, wodurch sich kleinste Kristallnadeln bilden, die sich fest ineinander verzahnen. Das Kristallwachstum hält über einen langen Zeitraum an, sodass die endgültige Festigkeit erst lange nach der Extrusion erreicht wird. Durch das erfindungsgemässe Extrusionsverfahren wird ein in sich durchgängiges (einstückiges) Betonelement 20 von sehr hoher Qualität, Homogenität und Stabilität hergestellt.
Besonders geeignet ist schnell härtender Beton oder Beton mit Beschleuniger.
Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform der Vorrichtung 10, die mindestens ein Heizelement umfasst, das so angeordnet ist, dass der Beton 21 schneller aushärtet. Vorzugsweise sitzt dieses Heizelement ringförmig am oberen Ende der Verschalung 11, 12 oder im Innenraum eines zu fertigenden hohlen Turms.
Beton kann zwar sehr hohen Druck aushalten, versagt aber schon bei niedrigen Zugbeanspruchungen. Beton wird daher gemäss Erfindung vorzugsweise mit Moniereisen (Bewehrungsstahl) versehen und/oder mit Verstärkungselementen versetzt (vorzugsweise Kunststoff-, Glas-, Stahl- oder Kohlefasern). Dadurch entsteht ein Betonelement 20 aus einem Verbundbaustoff, wobei der Beton entsprechend seinem Materialverhalten die Druckkräfte und der vom Beton umhüllte Stahl und/oder Verstärkungselemente die Zugkräfte übernimmt.
Besonders geeignet ist Betonstabstahl als warmverformter und gerippter Stab- stahl oder Draht 32 mit geeignetem Durchmessern und geeigneter Länge. Dieser Draht 32 kann von oben oder unten während der Extrusion in die Wand des Betonelements 20 eingebracht werden (siehe auch Fig. 10). Es kann Baustellenbeton zum Einsatz kommen, der in einem eigenen Werk direkt auf der Baustelle hergestellt wird, oder es kann Transportbeton eingesetzt werden, der mit Mischfahrzeugen von einer stationären Anlage angeliefert und zum Beispiel in ein Silo 64 verbracht wird (siehe Fig. 15B).
Besonders geeignet für die Extrusion ist Beton, der mit Verstärkungselementen versetzt wurde. Diese Art von Beton wird der Einfachheit halber auch als Faserbeton bezeichnet. Das Verwenden von Verstärkungselementen führt zu einer Verbesserung der Zugfestigkeit, und damit des Bruch- und Rissverhaltens, Die Fasern werden vorzugsweise in der Betonmatrix (Zementstein) eingebettet. Sie wirken als eine Art Bewehrung.
Es können lange oder kurze in Zugbeanspruchungsrichtung eingelegte Fasern verwendet werden. Es können auch Fasermatten eingesetzt werden.
Besonders als Verstärkungselemente geeignet sind alkalibeständige Glasfasern, Stahlfasern, Kohlenstofffasern und Kunststofffasern (wie zum Beispiel Polyvi- nylalkohol, Polyethylen, Polypropylen, Kevlar, Polyacrylsäure und deren Salze, Polyacrylate).
Ideal ist Beton mit einer Kombination aus Moniereisen und Faserzusätzen. In einer gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform kommt Faserbeton oder Kunststoffbeton (Beton mit reaktiven Kunststoffzusätzen) zum Einsatz, der nach der Extrusion mit Stahlitzen oder Seilen vorgespannt wird.
In Fig. 3 ist die Draufsicht einer Vorrichtung 10 gezeigt, die es erlaubt Beton 21 an mehr als einer Stelle in den unteren Bereich des Zwischenraumes 16 einzubringen. Bei der gezeigten Ausführungsform 10 sind drei Pumpen 17 vorgesehen, die jeweils Beton 21 durch ein entsprechendes Durchführungselement 15 in den Zwischenraum 16 fördern. Vorzugsweise werden die Pumpen 17 so angesteuert, dass das vertikale Wachstum des Betonelements 20 kontrollierbar ist. In Fig. 4 ist die Draufsicht einer Vorrichtung 10 gezeigt, die es erlaubt Beton 21 an mehr als einer Stelle in den unteren Bereich des Zwischenraumes 16 einzubringen. Bei der gezeigten Ausführungsform 10 ist eine Pumpe 17 vorgesehen, die Beton in einen Verteilerring 18 pumpt. Der Verteilerring 18 ist mit radial verlaufenden Stegleitungen mit den Durchführungselementen 15 verbunden, um jeweils Beton 21 in den Zwischenraum 16 zu fördern. Vorzugsweise werden regelbare Ventile im Bereich der Stegleitungen eingesetzt, die so angesteuert werden können, dass das vertikale Wachstum des Betonelements 20 kontrollierbar ist. Es ist zu beachten, dass der Verteilerring 18 und die anderen EIe- mente der Zeichnung stark schematisiert dargestellt sind.
Es sind auch andere Anordnungen denkbar, um ein gleichmässiges Einbringen des Betons zu gewährleisten. Bevorzugt sind Anordnungen, die regelbar sind.
Wie im Zusammenhang mit vorhergehenden Ausführungsformen beschrieben, wird am Bestimmungsort vorzugsweise ein Fundament 13 oder eine Sockelstufe 14 vorgesehen. Dies kann in der üblichen Art und Weise geschehen. Bevorzugt ist ein Fundament 13 oder eine Sockelstufe 14 mit Mitteln (zum Beispiel einer ringförmigen Stufe 14) zum Befestigen der Verschalungen 11, 12.
Um eine statisch stabile Verbindung zwischen dem Fundament 13 und dem extrudierten Betonelement 20 zu gewährleisten, werden vorzugsweise Moniereisen eingesetzt. In Fig. 5 ist ein Ausschnitt eines Betonelements 20 gezeigt, das auf einem Fundament 13 ruht. Im Fundament 13 sind Ankereisen 19 ein- gegossen, die einen Anker umfassen, der sich in vertikaler Richtung nach oben erstreckt. Beim Einbringen des Betons 21 in den Zwischenraum 16 zwischen den Schalungen 11, 12 wird dieser Anker 19 vom Beton umgeben. Nach dem Aushärten des Betons ergibt sich eine innige Verbindung zwischen dem Betonelement 20 und dem Fundament 13.
Es gibt auch andere Möglichkeiten, um das Betonelement 20 mit dem Fundament 13 zu verbinden. In Fig. 6 zum Beispiel ist eine Ausführungsform gezeigt bei der ein Anker 19 mit Öffnung oder Öse am oberen Ankerende versehen ist. In der Wand des Betonelements 20 ist ein sich vertikal nach oben erstreckender Kanal 23 vorgesehen. Durch diesen Kanal 23 hindurch verläuft ein Stahlelement (zum Beispiel ein Stahlseil 30), das unter Zugspannung steht oder nach dem Extrudieren unter Zugspannung (Vorspannung) gesetzt wird.
Das Betonelement 20 umfasst jeweils einen geeigneten Aufsatz 24. Dieser Aufsatz 24 wird vorzugsweise von Beginn an auf dem wachsenden Betonelement 20 montiert und wird so Schritt für Schritt vertikal nach oben bewegt während das Betonelement 20 wächst. Dadurch werden Kräne oder andere Fördermittel überflüssig.
Der Aufsatz 24 kann eine oder mehrere der folgenden Funktionen übernehmen :
- er kann zur Befestigung von Spannmitteln 31 dienen, - er kann ein Hebewerkzeug 31, 32, 33 umfassen, um während oder nach dem Fertigen des Betonelements 20 Bauteile nach oben befördern zu können,
- er kann als Montageplattform für Bauteile dienen.
In Fig. 7 ist das obere Ende eines Betonelements 20 gezeigt. Auf der Oberkante 22 der Betonwand 21 sitzt ein Aufsatz 24. Der gezeigte Aufsatz 24 umfasst einen äusseren und einen inneren ringförmigen Kragen, um einen sicheren Halt auf der Betonwand 21 zu gewährleisten. Es können, wie in Fig. 7 schematisch angedeutet, auch am oberen Ende des Betonelements 20 Anker 19 zu Einsatz kommen.
Das Funktionsprinzip der Spannmittel 31 wird nun im Zusammenhang mit Fig. 8 erläutert. In Fig. 8 ist ein Turm 20 während der Extrusion gezeigt. Der Turm 20 umfasst einen Aufsatz 24. An dem Aufsatz 24 sind vorzugsweise drei Stahlseile 25 (vorzugsweise werden Hochfestigkeitslitzen verwendet) befestigt, um den Turm 20 nach dem Triangulationsprinzip in Bezug auf die Vertikale zu stabilisieren. Dies ist wichtig, da der Turm 20 durch das Hineinpumpen von Beton in vertikaler Richtung wächst und eventuell labil oder leicht instabil ist. Vorzugsweise wird während des Extrudierens ermittelt, ob der Turm vertikal steht. Das kann zum Beispiel mit einem Lot oder einer ähnlichen Messeinrichtung bewerkstelligt werden. In Fig. 8 kommt eine Licht- oder Laserstrahl 27 als elektro-optisches Messgerät zum Einsatz, der von einer Sender/Empfängereinheit 26 parallel zur Längsachse des Turms ausgesendet und am Aufsatz 24 reflektiert wird. Eine solche Sender/Empfängereinheit 26 reagiert sehr empfindlich auf kleinste Abweichungen von der vertikalen Richtung. Es kann ein Regelkreis aufgebaut werden, der es ermöglicht mittels elektrisch angetriebener Seilwinden 28 die Spannung der Seile 25 individuell anzupassen. Der Regelkreis sollte vorzugsweise so ausgelegt sein, dass beim Extrudieren des Betonelements 20, langsam aber permanent die Stahlseile 25 abgewickelt werden. Besonders bevorzugt sind Spannmittel, die es ermöglichen während des Anwachsens des Betonelements 20 stets eine ungefähr gleichbleibende Druckbelastung in der Wand 21 des Turms zu gewährleisten. Mit zunehmender Höhe Hl der Oberkante 22 des Turms 20 kann die Seilspannung reduziert werden, da das Eigengewicht der Wand 21 zunehmend Druck auf den Beton im Zwischenraum 16 ausübt.
Die Spannmittel werden vorzugsweise mit Hydraulikpumpen (als Litzenheber) gespannt.
Im unteren Teil von Fig. 8 ist in stark vereinfachter Form ein Steuer- und Kontrollmittel 40 gezeigt, das über eine Verbindung 41 Signale von der Sender/Empfängereinheit 26 empfängt und die Seilwinden 28 entsprechend steuert, wie durch die Verbindungen 42 angedeutet.
Wie der Aufsatz 24 als Hebewerkzeug dienen kann wird nun im Zusammenhang mit Fig. 9 erläutert. In Fig. 9 ist der Turm 20 einer Windkraftanlage nach der Extrusion gezeigt. Auf dem Aufsatz 24 sind Hebemittel vorgesehen. Im vorliegenden Fall handelt es sich bei den Hebemitteln um ein (Stahl-)Gerüst 36, einer Seilwinde 33 (es kann sich auch um eine Umlenkrolle handeln falls eine Seilwinde am Boden vorgesehen ist) und ein Lasthebeseil 31. Damit kann man ohne Kran oder Förderanlage alle Bauteile eines Windkraftturms nach oben befördern und montieren.
Die Hebemittel können an dem Turm verbleiben, um zu einem späteren Zeit- punkt bei der Wartung eingesetzt zu werden.
Es ist auch denkbar, dass eine Seilwinde am Boden steht und Bauteile nach o- ben befördert indem das Lasthebeseil 31 um eine oder mehrere Rollen eines Flaschenzugs umläuft. Diese Rollen befinden sich in diesem Fall an dem Aufsatz 24.
Eine grundlegende Bedingung, die erfüllt sein muss, damit das erfindungsge- mässe Verfahren funktioniert ist das der Druck der Pumpen 17 ausreicht, um einerseits den Zwischenraum 16 der Verschalung 11, 12 zu füllen und anderer- seits das entstehende Betonelement 20, samt etwaiger An- oder Aufbauten, nach oben zu drücken.
Die Ausführbarkeit der Erfindung wird anhand des folgenden Beispiels erläutert. Es ist ein Turm 20 zu erstellen, der einen Innendurchmesser Di von 2,5 m, ei- nen Aussendurchmesser von 2,8 m und einen Höhe Hl von 45 m aufweist. Es kommt Beton mit einem spezifischen Gewicht von 2,5 t/m3 zum Einsatz. Daraus ergibt sich ein Gewicht des Turms (ohne An- oder Aufbauten) von ca. 150 t. Das Gewicht der An- oder Aufbauten (zum Beispiel Generator, Generatorgehäuse, Windrad, etc.) beträgt 40 t. Daraus ergibt sich ein Gesamtgewicht von ca. 190 t. Das entspricht einem Druck von ca. 16 bar im unteren Bereich der Verschalung 11, 12. Berücksichtigt man Reibungsverluste und andere Faktoren, so muss beim Einpumpen des Betons ein Druck von ca. 18,5 bar bereitgestellt werden. Wenn die Pumpe(n) eine Gesamtförderleistung von 1 m3/h haben, dann dauert es zwischen 50 und 60 h bis der Turm 20 fertig extrudiert ist.
Dieses Beispiel zeigt, dass der erforderliche Druck und die Förderleistung mit geeigneten Pumpen 17 erreicht werden können. Während dem Extrudieren können innen oder aussen an dem Betonteil 20 vertikal verlaufende Kanäle (z.B. Kanal 23), oder andere speziell ausgeformte Bereiche vorgesehen werden. Die Kanäle können zum Beispiel Kabel, Stahlseile, Steigleitern oder dergleichen aufnehmen.
Es kann auch, wie angedeutet, eine Längsarmierung von unten oder oben in die Wand des Betonelements eingebracht werden. In Fig. 10 ist das Einringen von unten schematisch dargestellt. Neben dem zu erstellenden Betonelement 20 wird eine Rolle 34 mit aufgewickeltem Monierstahl 32 (z.B. Draht) bereit ge- stellt. Dieser Draht 32 wird vorzugsweise durch eine Durchführung in der äus- seren Verschalung 11 in den Zwischenraum 16 geführt. Um zu verhindern, das Beton austritt, kann man Dichtlippen 35 oder dergleichen vorsehen. Durch das Aushärten des Betons 21 wird der Draht 32 im Betonelement 20 fest verankert und durch die nach oben gerichtete Bewegung des Betonelements 20 wird Schritt für Schritt Monierstahl 32 von der Rolle 34 abgewickelt.
In Fig. 11 ist schematisch angedeutet, dass aussen herum manschetten- oder gürtelartige Elemente 29 um das anwachsenden Betonelement 20 gelegt werden können. Solche Elemente 29 sind besonders bevorzugt wenn das Beton- element 20 starken Druckbelastungen ausgesetzt ist. So kann zum Beispiel die Erdbebensicherheit von Brückenpfeilern verbessert werden.
Um während des Abbindens des Beton optimale Umgebungsbedingungen bereitstellen zu können, wird in einer bevorzugten Ausführungsform der anwach- sende Turm aussen und/oder innen mit einer schlauchartigen Hülle (z.B. eine aus Plastikfolie bestehende Hülle) umgeben. Diese Hülle kann während dem Extrudieren des Turms von eine Rolle abgerollt und mit hochgezogen werden. Durch eine solche Hülle kann die Luftfeuchtigkeit über mehrere Tage im gewünschten Bereich zwischen 90 und 100% Luftfeuchtigkeit gehalten werden. Eventuell kann im Inneren des Turms ein Heiz/Luftbefeuchter zum Einsatz kommen. Die genannte Hülle kann später einfach entfernt werden. Es liegt auf der Hand, dass das Betonelement 20 auch andere Querschnittsformen und vor allem auch sich mit der Höhe ändernde Querschnittsformen aufweisen kann.
In Fig. 12 ist ein Betonelement 20 mit anderem Querschnitt gezeigt. Als innere Verschalung 12 dient ein ringförmiges Verschalungselement. Die äussere Verschalung 11 hat die Form eines Polygons (im gezeigten Beispiel ein Achteck). Durch ein radiales Verschieben der einzelnen Verschalungswände der äusseren Verschalung 11 kann die Wanddicke des Betonelements während des Extrudie- rens verändert werden.
Besonders bevorzugt ist eine äussere und/oder innere Verschalung aus einer grossen Anzahl einzelner, länglicher Streifen, die in der Form eines Polygons nebeneinander angeordnet sind. Der Durchmesser der Verschalung kann ver- grössert werden indem man weitere Streifen einsetzt. Eine Verkleinerung ist möglich indem man Streifen entfernt.
In den Figuren 13A und 13B sind Details einer weiteren Ausführungsform gezeigt. In Fig. 13A ist zu erkennen, dass im Boden ein Fundament 13 vorgesehen ist. Auf diesem Fundament 13 wird eine Sockelstufe 14 aus Beton gegossen. In dieser Sockelstufe kann eine Türe 60 vorgesehen werden, die einen Zugang zum Inneren erlaubt. Entweder können nun auf der Sockelstufe 14 die innere und äussere Verschalung montiert werden, wie in Fig. IA gezeigt, oder es kann eine innere Verschalung 61 als integraler Bestandteil der Sockelstufe 14 gegos- sen werden. Diese letztere Variante ist in Fig. 13A und Fig. 13B gezeigt. Die Sockelstufe 14 hat eine Höhe HS und die innere Betonverschalung 61 hat eine Höhe HI. Die äussere Verschalung 11 ist in Fig. 13A nur durch Linien angedeutet. Zwischen der äusseren Verschalung 11 und der inneren Verschalung 61 ergibt sich wiederum ein Zwischenraum 16, der von unten her an mehreren Stellen mit Beton gefüllt wird. Im Fundament 13 und Sockel 14 sind verschiedene Anker 19 oder Moniereisen vorgesehen. In den Figuren 14A und 14B sind Details einer Aussenverschalung 11 gezeigt. Die Aussenverschalung umfasst drei Kreissegmente, die je 120 Grad umfassen. Die drei Elemente sind mittels Flanschen 63 miteinander verbunden und bilden dann einen zylinderförmigen Innenraum mit Durchmesser Da. Im gezeigten Beispiel sind an drei Stellen Einlasse 15 zum Anschliessen der Pumpen 17 vorgesehen. Damit die Verschalung angehoben werden kann, können zum Beispiel Haken oder Ösen 62 vorgesehen sein.
In den Figuren 15A bis 15C werden Details eines weiteren erfindungsgemässen Verfahrens gezeigt. In Fig. 15A ist eine Bauphase gezeigt, nachdem auf dem Fundament 13 die Sockelstufe 14 samt Betoninnenverschalung 61 fertig gestellt wurde. In der Sockelstufe 14 ist eine Türöffnung 60 vorgesehen. Nun wird eine Aussenverschalung (zum Beispiel die in Fig. 14A gezeigte) montiert und es wird von einem Silo 64 über Pumpen 17 Beton durch die Einlasse 15 in den Zwi- schenraum gefördert. Das Betonelement wächst nach oben, wie in Fig. 15B gezeigt, und trägt dabei den Aufsatz 24. Auf dem Aufsatz 24 sind Stahlgerüst 36 mit Hebezeugen und dergleichen vorhanden. Im Inneren des Turms sind e- lektro-optische Mittel 26 (wie bereits beschrieben) angeordnet, um während des Anwachsens des Turms die vertikale Ausrichtung prüfen und gegebenenfalls korrigieren zu können.
In Fig. 15C sind einige abschliessende Schritte verdeutlicht. Es wurde ein Kabelkanal 23 im Fundament verlegt, um dem Turm Kabel 66 zuführen zu können. Im Inneren des Turms ist eine Aufzugskabine 65 oder Förderplattform vorgesehen. Am Aufsatz 24 wurden Messaufbauten 67 zum Messen der Windgeschwindigkeit und Wetterbedingungen sowie die Gondel 50 einer Windkraftanlage montiert.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum vertikalen Extrudieren eines länglichen, sich in vertikaler Richtung erstreckenden, zylinderförmigen Betonelements (20), mit den folgenden Schritten :
- Bereitstellen einer inneren Verschalung (12),
- Bereitstellen einer äusseren Verschalung (11), wobei zwischen der inneren Verschalung (12) und der äusseren Verschalung (11) ein Zwischenraum (16) gebildet wird, der eine Höhe (H) aufweist, die kleiner ist als die Höhe (Hl) des zu fertigenden Betonelements (20),
- Einbringen von Beton (21) in einen unteren Bereich des Zwischenraumes (16), wobei der Beton (21) mit hohem Druck so eingebracht wird, dass der Zwischenraum (16) mit dem Beton (21) gefüllt wird und dass während dem Aushärten des Betons (21) das Betonelement (20) verti- kal nach oben hin aus dem Zwischenraum (16) heraus gedrückt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der
Beton (21) an mehr als einer Stelle in den unteren Bereich des Zwischenraumes (16) eingebracht wird und dass an dem Betonelement (20) in einem oberen Bereich ein Aufsatz (24) aufgesetzt wird, der beim Heraus- drücken aus dem Zwischenraum (16) von dem Betonelement (20) in vertikale Richtung nach oben gefördert wird.
2. Das Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der
Beton (21) beim Einbringen oder vor dem Einbringen mit Verstärkungs- elementen versetzt wird, wobei vorzugsweise Kunststoff-, Glas-Stahl-, oder Kohlefasern als Verstärkungselemente eingesetzt werden.
3. Das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Betonelement (20) nahtlos aus dem Beton (21) hergestellt wird und seine Höhe (Hl) zunimmt solange Beton (21) in den unteren Bereich des Zwischenraumes (16) eingebracht wird.
4. Das Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Aufsatz (24) innen oder aussen verlaufende Spannmittel (25, 28) angebracht sind, wobei vorzugsweise eine trianguläre Anordnung von Spannseilen (25) als Spannmittel dient.
5. Das Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass durch kontrolliertes Spannen der Spannmittel (25, 28) während dem Herausdrücken aus dem Zwischenraum (16) die vertikale Ausrichtung des Betonelements (20) kontrolliert wird.
6. Das Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Aufsatz (24) Mittel (28, 31) angebracht sind, um Bauteile (50) nach dem Erreichen der Höhe (Hl) des zu fertigenden Betonelements (20) nach oben ziehen zu können.
7. Das Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Aufsatz (24) Mittel angebracht sind, um Bauteile befestigen zu können.
8. Das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Einbringen des Beton (21) so gesteuert wird, dass das Betonelement (20) vertikal wächst.
9. Das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die innere und/oder äussere Verschalung (11,
12) verstellt werden, um so den Querschnitt des wachsenden Betonelements (20) verändern zu können.
10. Das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem vorbereitenden Schritt ein Sockel aus
Beton gegossen wird, der entweder so ausgeführt ist, dass die innere
Verschalung ( 12) und die äussere Verschalung (11) an diesem Sockel be- festigt werden kann, oder der so ausgeführt ist, dass ein integraler Bestandteil des Sockels als innere Verschalung (12) dient und nur die äus- sere Verschalung (11) an diesem Sockel befestigt werden muss.
11. Das Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass während des vertikalen Extrudierens ein elektro-optischer Messaufbau zum Einsatz kommt, um ein Abweichung von der vertikalen Richtung detektie- ren zu können, und wobei mittels der Spannmittel (25, 28) während des vertikalen Extrudierens eine entsprechende Korrektur vorgenommen wird.
12. Das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während oder nach dem vertikalen Extrudieren aussen an dem zylinderförmigen Betonelement (20) eine temporäre Hülle, vorzugsweise eine schlauchartige Hülle, angebracht wird, und/oder innen in dem zylinderförmigen Betonelement (20) eine temporäre Hülle, vorzugsweise eine schlauchartige Hülle, angebracht wird, um für das Abbinden des Betons geeignete Umgebungsbedingungen bereit zu stellen.
13. Das Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die temporäre Hülle(n) vom Boden her während des Extrudierens mit nach oben gezogen wird/werden.
14. Vorrichtung zum Herstellen eines länglichen, sich in vertikaler Richtung erstreckenden Betonelements (20) vor Ort, mit - einer inneren Verschalung (12), einer äusseren Verschalung (11), wobei die innere Verschalung ( 12) und die äussere Verschalung (12) so ausgeführt sind, dass zwischen der inneren
Verschalung (12) und der äusseren Verschalung (11) ein Zwischenraum ( 16) besteht, der eine Höhe (H) aufweist, die kleiner ist als die Höhe (H l) des zu fertigenden Betonelements (20), dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Pumpen ( 17) zum Einbringen von Beton (21) an mehr als einer Stelle in untere Bereiche des Zwischenraumes (16) vorgesehen sind, die Pumpen (17) so ausgelegt sind, dass der Beton (21) mit hohem Druck so eingebracht werden kann, dass der Zwischenraum (16) mit dem Beton
(21) gefüllt wird und dass während dem Aushärten des Betons (21) das Betonelement (20) vertikal nach oben hin aus dem Zwischenraum (16) herausgedrückt wird, und dass an dem Betonelement (20) in einem oberen Bereich ein Aufsatz (24) aufgesetzt ist, der beim Herausdrücken aus dem Zwischenraum (16) von dem Betonelement (20) in vertikale Richtung nach oben gefördert wird.
15. Die Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass
Mittel (15, 17, 18) vorgesehen sind, um den Beton (21) an mehr als ei- ner Stelle in den unteren Bereich des Zwischenraumes (16) einbringen zu können, wobei vorzugsweise ein Zentriermittel zum Einsatz kommt, um den Druck in dem unteren Bereich des Zwischenraumes (16) so kontrollieren zu können, dass das Betonelement (20) vertikal wächst.
16. Die Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass
Mittel vorgesehen sind, um den Beton (21) beim Einbringen oder vor dem Einbringen mit Verstärkungselementen zu versetzen, wobei vorzugsweise Kunststoff-, Glas-, Stahl- oder Kohlefasern als Verstärkungselemente eingesetzt werden.
17. Die Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (34, 35) so ausgelegt sind, dass Stabstahl oder Draht (32) als Moniereisen von unten her in dem Zwischenraum ( 16) eingeführt wird und mit Betonelement (20) nach oben verlagert wird.
18. Die Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Verschalung (12) und die äussere Verschalung (11) so ausgeführt sind, dass sie mit einem Fundament (13, 14) verbunden werden können auf dem das Betonelement (20) gefertigt werden soll, wobei die innere Verschalung (12) und die äussere Verschalung (12) dicht mit dem Fundament (13, 14) verbunden sind.
19. Die Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Betonsockel umfasst, der eine zylinderförmige Betonwand aufweist, die als innere Verschalung dient, und dass die äussere Verschalung (11) so ausgeführt sind, dass sie mit dem Betonsockel verbunden ist, wobei die äussere Verschalung (12) dicht mit dem Sockel verbunden sind.
20. Die Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Steuerung (40) umfasst und an dem Aufsatz (24) Spannmittel (25, 28) vorgesehen sind, wobei durch kontrolliertes Spannen der Spannmittel (25, 28) während dem Herausdrücken aus dem Zwischenraum (16) die vertikale Ausrichtung des Betonelements (20) mittels der Steuerung (40) kontrollierbar ist und wobei es sich bei den Spannmitteln (25, 28) um innen- und/oder aussenliegende Spannseile handelt.
21. Die Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 14 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine temporäre Innen- und/oder Aussenhülle, vorzugsweise eine schlauchartige Hülle, umfasst.
22. Windkraftturm mit einem länglichen, sich in vertikaler Richtung erstreckenden Betonelement (20), das in einem kontinuierlichen Extrusionsver- fahren vertikal zwischen einer inneren und einer äusserem Verschalung (11, 12) heraus extrudiert ist, wobei das Betonelement (20) einen Aufsatz (24) umfasst, der während des Extrusionsverfahrens zum Abspan- nen des Betonelements (20) dient und der nach dem Aushärten des Betonelements (20) als Hebeanlage (31, 33, 36) für Bauelemente (50) des Windkraftturms geeignet ist, die auf oder an dem Betonelement (20) zu befestigen sind.
23. Windkraftturm nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass es durch Umkristallisierung von Klinkerbestandteilen des als Bestandteil des
Betons (21) verwendeten Zements einen durchgehend homogenen Aufbau hat.
24. Windkraftturm nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Hebeanlage (31, 33, 36) Bauteile (50) der Windkraftanlage, wie zum
Beispiel eine Gondel, ein Generator oder die Windflügel, an das obere Ende des Betonelements (20) gefördert werden können.
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