DE102015208162A1

DE102015208162A1 - Schwimmfähiger Schwergewichtsanker zur Verankerung eines in der offenen See schwimmenden Tragwerks mit einer Windkraftanlage, Servicestation oder Konverterstation

Info

Publication number: DE102015208162A1
Application number: DE102015208162.1A
Authority: DE
Inventors: Jochen Großmann; Frank Dahlhaus
Original assignee: Gicon Windpower IP GmbH
Current assignee: Gicon Windpower IP GmbH
Priority date: 2015-05-04
Filing date: 2015-05-04
Publication date: 2016-11-10
Also published as: WO2016177783A1

Abstract

Die Erfindung betrifft schwimmfähige Schwergewichtsanker zur Verankerung eines in der offenen See schwimmenden Tragwerks mit einer Windkraftanlage, Servicestation oder Konverterstation. Diese zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass das Tragwerk mit der Windkraftanlage, der Servicestation oder der Konverterstation einfach ortsfest verankerbar ist. Dazu weist der Schwergewichtsanker eine Massivplatte, mehrere flutbare Kammern und Befestigungsmittel für Auftriebskörper des Tragwerks auf, wobei der schwimmende Schwergewichtsanker nicht geflutete Kammern, der sich absenkende Schwergewichtsanker teilgeflutete Kammern und der abgesenkte Schwergewichtsanker geflutete Kammern aufweist. Der schwimmfähige Schwergewichtsanker ist ein monolithisch ausgebildeter Schwergewichtsanker. Der schwimmfähige Schwergewichtsanker ist damit vor Ort schwimmfähig und senkt sich durch Flutung der Kammern selbst ab. Bei eventuell vorhandenen Strömungen ist dieser dabei nur in Position zu halten. Das Absenken kann dabei vorteilhafterweise durch das Fluten gezielt gesteuert erfolgen. Die gefluteten Kammern erhöhen natürlich das Gewicht des Ankers auf dem Boden der See. Der Schwergewichtsanker ist monolithisch ausgeführt.

Description

Die Erfindung betrifft schwimmfähige Schwergewichtsanker zur Verankerung eines in der offenen See schwimmenden Tragwerks mit einer Windkraftanlage, Servicestation oder Konverterstation.
Zur Verankerung eines in der offenen See schwimmenden Tragwerks mit einer Windkraftanlage, Servicestation oder Konverterstation sind in den Boden der See einzubringende Pfähle bekannt. Dazu können Bohrpfähle als in den Boden gebohrte Stahlrohre eingesetzt werden. Die Erde wird aus dem Innern des Rohres entfernt und Beton in den durch das Rohr ausgebildeten Hohlraum eingebracht. Eine derartige Lösung ist unter anderem durch die Druckschrift DE 196 41 422 A1 als Verfahren zum Herstellen eines Betonbohrpfahles bekannt. Eine andere Möglichkeit sind sogenannte Rammpfähle, wie sie beispielsweise durch die Druckschrift DE 28 23 269 A1 als Stahlrammpfähle bekannt sind. Der Einsatz von Pfählen führt bei deren Platzierung im Boden der See insbesondere zu einer starken Geräuschbildung.
Durch die Druckschrift DE 10 2009 044 278 A1 ist ein Schwimmfundament mit verbesserter Abspannung bekannt. Das Schwimmfundament weist Anker auf, die vertikal unterhalb von Anschlussstellen eines Schwimmtragwerks angeordnet sind. Dazu sind diese ortsfest in horizontalen Abständen zueinander am Meeresboden angeordnet. Die Anker sind vorzugsweise Ballastkörper in Form von Schwergewichtsfundamenten, die nicht schwimmfähig sind.
Schwimmende Auftriebskörper in Verbindung mit Ankern für Windkraftanlagen in der offenen See sind beispielsweise durch die Druckschrift GB 2 378 679 A bekannt. Das dazu realisierte Schwimmfundament besteht aus mehreren Auftriebskörpern, die über radiale Stahlstreben mit dem Turm der Windkraftanlage verbunden sind. Die Stahlstreben sind in Draufsicht kreuzförmig angeordnet und untereinander nicht verbunden. Treten an den radialen Stahlstreben des Bauwerks Biegekräfte auf, führen diese zu hohen Biegemomenten.
Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine auf einem in der offenen See schwimmenden Tragwerk angeordnete Windkraftanlage, Servicestation oder Konverterstation einfach ortsfest zu verankern.
Diese Aufgabe wird mit den im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst.
Die schwimmfähigen Schwergewichtsanker zur Verankerung eines in der offenen See schwimmenden Tragwerks mit einer Windkraftanlage, Servicestation oder Konverterstation zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass das Tragwerk mit der Windkraftanlage, der Servicestation oder der Konverterstation einfach ortsfest verankerbar ist.
Dazu weist der Schwergewichtsanker eine Massivplatte, mehrere flutbare Kammern und Befestigungsmittel für Auftriebskörper des Tragwerks auf, wobei der schwimmende Schwergewichtsanker nicht geflutete Kammern, der sich absenkende Schwergewichtsanker teilgeflutete Kammern und der abgesenkte Schwergewichtsanker geflutete Kammern aufweist. Der schwimmfähige Schwergewichtsanker ist ein monolithisch ausgebildeter Schwergewichtsanker.
Der schwimmfähige Schwergewichtsanker ist damit vor Ort schwimmfähig und senkt sich durch Flutung der Kammern selbst ab. Bei eventuell vorhandenen Strömungen ist dieser dabei nur in Position zu halten. Das Absenken kann dabei vorteilhafterweise durch das Fluten gezielt gesteuert erfolgen. Die gefluteten Kammern erhöhen natürlich das Gewicht des Ankers auf dem Boden der See.
Der Schwergewichtsanker ist monolithisch ausgeführt. Die Herstellung kann vollständig an Land erfolgen. Daraufhin ist dieser einfach durch Schleppen selbst oder mittels eines Transportschiffes oder in einem Trockendock zum Ort der Platzierung der Windkraftanlage, Servicestation oder Konverterstation transportierbar. Das Transportschiff oder das Trockendock kann auch mehrere Schwergewichtsanker transportieren, die dann vor Ort leicht entsprechend ihrer Positionen verteilbar sind. Damit lassen sich Felder mit Windkraftanlagen leicht realisieren.
Die Schwergewichtsanker sind bei Störungen oder bei Nichtbedarf leicht wieder vom Boden der See zu entfernen. Die Kammern sind dazu einfach mit Luft zu befüllen, so dass der Schwergewichtsanker einfach aufschwimmt.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen 2 bis 11 angegeben.
Auf einer Grundplatte sind nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 2 die Massivplatte, erste Kammern und Befestigungsmittel für Auftriebskörper angeordnet. Auf der Massivplatte befindet sich wenigstens eine zweite Kammer. Weiterhin sind die Grundplatte, die Massivplatte, die Seitenwände und die Deckplatte der ersten Kammern und die Seitenwände und die wenigstens eine Deckplatte der zweiten Kammer monolithisch ausgebildet.
Die ersten Kammern umgeben dabei den Massivkörper. Die zweite Kammer stellt die Hauptkammer dar. Das Befestigungsmittel für Auftriebskörper eines Tragwerks für die Windkraftanlage, Servicestation oder Konverterstation kann wenigstens ein Konnektor am Schwergewichtsanker sein. Dazu kann dieser darüber hinaus auch Balken für die Konnektoren aufweisen. Die Balken sind ein Bestandteil des monolithischen Schwergewichtsankers.
Kammern sind nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 3 symmetrisch um die Massivplatte angeordnet.
In Fortführung sind die symmetrisch um die Massivplatte angeordnete Kammern nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 4 gleichgestaltet.
Damit ist vorteilhafterweise ein horizontales Absenken des Schwergewichtsankers gegeben.
Der Schwergewichtsanker weist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 5 Erdspieße auf. Diese greifen in den Boden der See ein und erhöhen die Standfestigkeit des Schwergewichtsankers. Die Einleitung von seitlich oder schräg angreifenden oder wirkenden Kräften ist erhöht.
Der geflutete und auf dem Meeresboden angeordnete Schwergewichtsanker ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 6 vorteilhafterweise von einen Kolkschutz umgeben, so dass ein Unterspülen verhindert ist. Für den Kolkschutz kann der Schwergewichtsanker von angehäuften Steinen umgeben sein.
Der schwimmende Schwergewichtsanker und das schwimmende flutbare Auftriebskörper aufweisende Tragwerk sind nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 7 miteinander verbunden, wobei der Schwergewichtsanker und das Tragwerk vor Ort nacheinander ein durch Flutung der Kammern absenkbarer Schwergewichtsanker sowie ein durch wenigstens teilweise Flutung der Auftriebskörper absenkbares und durch eingepresste Luft in die Auftriebskörper unter der Wasseroberfläche schwimmendes Tragwerk sind. Der Schwergewichtsanker und das Tragwerk mit oder ohne der Windkraftanlage, Servicestation oder Konverterstation können leicht zusammen bewegt werden. Vor Ort kann dann der Schwergewichtsanker und das Tragwerk durch Flutung der Kammern und der Auftriebskörper platziert werden. Das ist das Tragwerk insbesondere ein Unterwassertragwerk, wobei nur ein Traggerüst die Wasseroberfläche durchschneidet.
Durch Befüllen der Kammern und/oder der Auftriebskörper kann die Windkraftanlage, die Servicestation oder die Konverterstation auch wieder leicht an einen neuen Ort platziert werden.
Die Grundflächen des Schwergewichtsankers und des Tragwerks sind nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 8 gleich ausgebildet. In Fortführung weisen die Grundflächen des Schwergewichtsankers und des Tragwerks nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 9 die gleichen Abmessungen auf. Zum Transport können damit einfach gleiche Transportmittel eingesetzt werden.
Günstigerweise besteht der monolithische Schwergewichtsanker nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 10 aus Beton. In Fortführung ist der Beton nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 11 ein stahlbewehrter Beton. Damit kann der Schwergewichtsanker sehr ökonomisch hergestellt werden. Mittels bekannter Schalungen können die Bestandteile des Schwergewichtsankers auch zeitlich nacheinander realisiert werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen jeweils prinzipiell dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.
Es zeigen:
1 ein schwimmfähiger Schwergewichtsanker zur Verankerung eines in der offenen See schwimmenden Tragwerks mit einer Windkraftanlage, Servicestation oder Konverterstation,
2 ein schwimmfähiger Schwergewichtsanker in einer Schnittdarstellung,
3 ein schwimmfähiger Schwergewichtsanker in einer weiteren Schnittdarstellung,
4 ein schwimmfähiger Schwergewichtsanker in Verbindung mit einem Tragwerk mit einer Windkraftanlage und
5 eine Absenkung eines schwimmfähigen Schwergewichtsankers in Verbindung mit einem Tragwerk mit einer Windkraftanlage.
Ein schwimmfähiger Schwergewichtsanker 1 zur Verankerung eines in der offenen See schwimmenden Tragwerks 13 mit einer Windkraftanlage 14, Servicestation oder Konverterstation besteht im Wesentlichen aus einer Massivplatte 3, mehreren flutbaren Kammern 4, 7 und Befestigungsmitteln für Auftriebskörper 20 des Tragwerks 13.
Die 1 zeigt einen schwimmfähigen Schwergewichtsanker 1 zur Verankerung eines in der offenen See schwimmenden Tragwerks 13 mit einer Windkraftanlage 14, Servicestation oder Konverterstation in einer prinzipiellen Darstellung.
Auf einer Grundplatte 2 sind die Massivplatte 3, die ersten Kammern 4 und Befestigungsmittel für Auftriebskörper 20 angeordnet.
Dazu zeigen
die 2 einen schwimmfähigen Schwergewichtsanker 1 in einer prinzipiellen Schnittdarstellung und
die 3 einen schwimmfähigen Schwergewichtsanker 1 in einer weiteren prinzipiellen Schnittdarstellung.
Die ersten Kammern 4 sind dazu jeweils von Seitenwänden 5 und einer Deckplatte 6 umgeben. Der Boden der ersten Kammern 4 ist die Grundplatte 2. Auf der Massivplatte 3 befindet sich eine zweite Kammer 7, wobei die Deckplatte 9 der zweiten Kammer 7 über Säulen 10 und Seitenwände 8 mit der Massivplatte 3 verbunden ist. Der Boden der zweiten Kammer 7 ist die Massivplatte 3. Der schwimmfähige Schwergewichtsanker 1 ist monolithisch ausgeführt. Damit bilden

– die Grundplatte 2,
– die Massivplatte 3,
– die Seitenwände 5 und die Deckplatten 6 der ersten Kammern 4 und
– die Seitenwände 8, die Deckplatte 9 und die Säulen 10 der zweiten Kammer 7 den monolithischen Schwergewichtsanker 1.

Die Grundplatte 2 und die Massivplatte 3 sind eine Platte, so dass keine Trennung in den 1 bis 3 zeigbar ist.
Der Schwergewichtsanker 1 besteht vorteilhafterweise aus Beton, insbesondere einem stahlbewehrten Beton.
Die ersten Kammern 4 sind gleich ausgestaltet und umgeben die Massivplatte 3 symmetrisch.
An der Grundplatte 2 sind Erdspieße 11 angeordnet, die in den Boden der See eingreifen. Der Schwergewichtsanker 1 kann weiterhin in den Eckbereichen dritte Kammern 12 aufweisen.
Die 4 zeigt einen schwimmfähigen Schwergewichtsanker 1 in Verbindung mit einem Tragwerk 13 mit einer Windkraftanlage 14 in einer prinzipiellen Darstellung.
Das Tragwerk 13 ist dazu ein in der offenen See schwimmendes und über Abspannmittel 15 mit dem Schwergewichtsanker 1 verbundenes Tragwerk 13 für die Windkraftanlage 14. Das Tragwerk 13 selbst weist ein unter Wasser angeordnetes erstes Bestandteil und ein die Wasseroberfläche 16 durchschneidendes zweites Bestandteil 18 auf.
Der unter Wasser angeordnete erste Bestandteil 17 besitzt an den Eckpunkten eines Vierecks als Polygon angeordnete und sich in der Senkrechten zu einer Ebene erstreckende Auftriebskörper 20. Diese fungieren weiterhin als Träger des die Wasseroberfläche 16 durchschneidenden zweiten Bestandteils 18 des Tragwerks 13. Die Auftriebskörper 20 sind über Rohre 21 miteinander verbunden. Diese können gleichzeitig als Auftriebskörper ausgebildet sein, wobei die Innenräume der Auftriebskörper 20 und die Rohre einen Hohlraum darstellen. Der Auftriebskörper 20 besitzt im Wesentlichen die Form eines abgeschlossenen hohlen Zylinderstücks mit einer Grundplatte und einer Deckplatte.
Der zweite Bestandteil 18 weist die Wasseroberfläche schneidende rohrförmige Tragelemente 22 und Tragmittel mit einer Tragkonstruktion für die Windkraftanlage 14 auf. Die Tragkonstruktion kann dazu ein einen Endenbereich des Mastes der Windkraftanlage 14 aufnehmendes Rohrteil sein
Die 5 zeigt eine Absenkung eines schwimmfähigen Schwergewichtsankers 1 in Verbindung mit einem Tragwerk 13 mit einer Windkraftanlage 14 in einer prinzipiellen Darstellung.
Der schwimmende Schwergewichtsanker 1 besitzt nicht geflutete Kammern 4, 7, der sich absenkende Schwergewichtsanker 1 teilgeflutete Kammern 4, 7 und der abgesenkte Schwergewichtsanker 1 geflutete Kammern 4, 7.
Der schwimmende Schwergewichtsanker 1 und das schwimmende flutbare Auftriebskörper 20 aufweisende Tragwerk 13 sind dazu miteinander verbunden, wobei der Schwergewichtsanker 1 und das Tragwerk 13 vor Ort nacheinander ein durch Flutung der Kammern 4, 7 absenkbarer Schwergewichtsanker 1 und danach ein durch Flutung der Auftriebskörper absenkbares Tragwerk 13 sind. Die unter die Wasseroberfläche 16 abgesenkten Auftriebskörper 20 des Tragwerks 13 werden in ihrer Position gegenüber dem Schwergewichtsanker 1 mit Luft befüllt, so dass das Tragwerk 13 ein schwimmendes Tragwerk 13 ist und sich der zweite Bestandteil 18 unter der Wasseroberfläche 16 befindet. Die Auftriebskörper 20 weisen dazu einen Hohlraum auf, der zur Positionierung als Unterwassertragwerk ein sowohl mit Seewasser flutbarer als auch mit einem gasförmigen Medium als Luft befüllbarer Hohlraum der Auftriebskörper 20 ist. Der Schwergewichtsanker 1 befindet sich auf dem Boden 19 der See und ist über die Abspannmittel 15 mit dem Tragwerk 13 verbunden. Diese können vertikal orientiert und/oder schräg verlaufend angeordnet sein.
Die Auftriebskörper 20 des Tragwerks 13 können auch nicht flutbar ausgebildet sein, wobei das Tragwerk 13 vor Ort an den Abspannmitteln 15 herabgezogen werden kann.
Vorteilhafterweise können die Grundflächen des Schwergewichtsankers 1 und des Tragwerks 13 gleich ausgebildet sein, wobei diese die gleichen Abmessungen aufweisen können.
Bezugszeichenliste

1: 1 Schwergewichtsanker
2: Grundplatte
3: Massivplatte
4: erste Kammer
5: Seitenwand erste Kammer
6: Deckplatte erste Kammer
7: zweite Kammer
8: Seitenwand zweite Kammer
9: Deckplatte zweite Kammer
10: Säule
11: Erdspieß
12: dritte Kammer
13: Tragwerk
14: Windkraftanlage
15: Abspannmittel
16: Wasseroberfläche
17: erstes Bestandteil
18: zweites Bestandteil
19: Boden der See
20: Auftriebskörper
21: Rohr
22: Tragelement

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 19641422 A1 [0002]
DE 2823269 A1 [0002]
DE 102009044278 A1 [0003]
GB 2378679 A [0004]

Claims

Schwimmfähiger Schwergewichtsanker zur Verankerung eines in der offenen See schwimmenden Tragwerks mit einer Windkraftanlage, Servicestation oder Konverterstation, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwergewichtsanker (1) eine Massivplatte (3), mehrere flutbare Kammern (4, 7) und Befestigungsmittel für Auftriebskörper (20) des Tragwerks (13) aufweist, wobei der schwimmende Schwergewichtsanker (1) nicht geflutete Kammern (4, 7), der sich absenkende Schwergewichtsanker (1) teilgeflutete Kammern (4, 7) und der abgesenkte Schwergewichtsanker (1) geflutete Kammern (4, 7) aufweist, und dass der schwimmfähige Schwergewichtsanker (1) ein monolithisch ausgebildeter Schwergewichtsanker (1) ist.
Schwimmfähiger Schwergewichtsanker nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer Grundplatte (2) die Massivplatte (3), erste Kammern (4) und Befestigungsmittel für Auftriebskörper (20) des Tragwerks (13) angeordnet sind, dass sich auf der Massivplatte (3) wenigstens eine zweite Kammer (7) befindet und dass die Grundplatte (2), die Massivplatte (3), die Seitenwände (5) und die Deckplatte (6) der ersten Kammern (4) und die Seitenwände (10) und die wenigstens eine Deckplatte (9) der zweiten Kammer (7) monolithisch ausgebildet sind.
Schwimmfähiger Schwergewichtsanker nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Kammern symmetrisch um die Massivplatte (3) angeordnet sind.
Schwimmfähiger Schwergewichtsanker nach den Patentansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass symmetrisch um die Massivplatte (3) angeordnete Kammern gleichgestaltet sind.
Schwimmfähiger Schwergewichtsanker nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwergewichtsanker (1) Erdspieße (11) aufweist.
Schwimmfähiger Schwergewichtsanker nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der geflutete und auf dem Boden (19) der See angeordnete Schwergewichtsanker (1) von einen Kolkschutz umgeben ist.
Schwimmfähiger Schwergewichtsanker nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der schwimmende Schwergewichtsanker (1) und das schwimmende flutbare Auftriebskörper (20) aufweisende Tragwerk (13) miteinander verbunden sind, wobei der Schwergewichtsanker (1) und das Tragwerk (13) vor Ort nacheinander ein durch Flutung der Kammern (4, 7) absenkbarer Schwergewichtsanker (1) sowie ein durch wenigstens teilweise Flutung der Auftriebskörper (20) absenkbares und durch eingepresste Luft in die Auftriebskörper (20) unter der Wasseroberfläche (16) schwimmendes Tragwerk (13) sind.
Schwimmfähiger Schwergewichtsanker nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundflächen des Schwergewichtsankers (1) und des Tragwerks (13) gleich ausgebildet sind.
Schwimmfähiger Schwergewichtsanker nach den Patentansprüchen 1 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundflächen des Schwergewichtsankers (1) und des Tragwerks (13) die gleichen Abmessungen aufweisen.
Schwimmfähiger Schwergewichtsanker nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der monolithische Schwergewichtsanker (1) aus Beton besteht.
Schwimmfähiger Schwergewichtsanker nach Patentanspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Beton ein stahlbewehrter Beton ist.