DE69715524T2 - Verfahren zur Herstellung eines Betonmastes, Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens und damit hergestellter Mast - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung hat ein Herstellungsverfahren für Betonmasten sowie eine Vorrichtung für die Umsetzung dieses Verfahrens zum Gegenstand. Diese Erfindung betrifft auch die direkt durch die Umsetzung des benannten Verfahrens gewonnenen Betonmasten. Dieses Verfahren eignet sich insbesondere für die Herstellung von Masten bedeutender Länge, die nicht in einem Stück hergestellt werden können, oder von Masten, die aus durch ihren Transport oder ihre Lagerung bedingten Zwängen heraus in mehreren Elementen realisiert werden müssen.
• Man kennt Masten, die an einem ihrer Enden einen Innenkegel haben, der dazu bestimmt ist, einen Aussenkegel eines Endes eines anderen Mastes aufzunehmen, wobei diese Kegel genaue, entsprechende Abmessungen haben, damit bei Einführung eines Aussenkegels eines Elements in den Innenkegel eines anderen Elements ein Verband mit dem geringstmöglichen Spiel erhalten wird. Der Winkel am Scheitel des Kegels ist so gewählt, dass eine selbstsichernde Ankopplung erreicht wird. Diese Technik, die eine hohe Massgenauigkeit der Aussen- und Innenkegel der Elemente verlangt, kann bei durch Schleudern vorgefertigten Betonelementen nur verwendet werden, wenn diese Kegel im Voraus in genauen Gussformen hergestellt und sodann während des Schleuderns des Strukturelements in dieses Element eingesetzt werden. Es ist tatsächlich unmöglich, durch Schleudern Kegel und insbesondere Innenkegel zu erhalten, die die erforderliche Massgenauigkeit aufweisen. Wegen der erforderlichen Genauigkeit ist diese Technik für die Produktion von durch Schleudern vorgefertigten Betonmasten zu kostspielig. Sie hat weiterhin den Nachteil, eine Verschweissung der Metallbewehrungen des Mastes mit denen des Kegels zu erfordern, während letztere eingebracht werden.
• Ein weiteres Fertigungsverfahren für Betonmasten durch Schleudern oder durch Einrütteln auf einem Rütteltisch besteht darin, metallische Aussen- bzw. Innenkegel an den Enden der Mastelemente einzusetzen. Diese Metallkegel dienen als verlorene Gussformen und bleiben Bestandteil der den Mast bildenden Elemente nach dessen Herstellung und Ankopplung. Um die Fertigungskosten solcher Masten zu verringern, sind diese Metallkegel aus gerollten Blechen hergestellt worden, was den Nachteil hat, dass diese Kegel nicht sehr genau sind. Die beiden angesetzten Elemente berühren sich am Stoss, und wegen der Ungenauigkeit muss der Raum zwischen dem Innen- und Aussenkegel ausgefüllt werden, indem Beton oder irgendein anderes härtbares Material eingespritzt wird, um die gute Übertragung von Biege- und Torsionsbeanspruchungen zu gewährleisten.
• Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, die vorerwähnten Nachteile auszuräumen und ein Fertigungsverfahren für Strukturelemente anzubieten, mit dem Betonmasten ebenso gut durch Schleudern wie auch durch Einrütteln realisiert werden können, das keine verlorenen Gussformen verlangt, eine genaue Ankopplung der verschiedenen Mastelemente ohne Spiel und daher ohne ein Einspritzen beim Zusammenbau ermöglicht und in der Lage ist, die Biege-, Scher- und Torsionsbeanspruchungen wirksam zu übertragen.
• Dieses Ziel wird durch ein Verfahren erreicht, wie es durch die in Anspruch 1 aufgezählten Schritte definiert wird.
• Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft eine Vorrichtung, die die Umsetzung des vorerwähnten Verfahrens ermöglicht und sich durch die in Anspruch 6 aufgezählten Merkmale auszeichnet.
• Die Erfindung betrifft auch die durch das benannte Verfahren direkt gewonnenen, vorgefertigten Betonmasten.
• Die Erfindung wird nunmehr schematisch und beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, in der
• Fig. 1 im Aufriss zwei verschalte Elemente sowie die Gussform darstellt, die es gestattet, den Aussen- und Innenkegel zu realisieren.
• Fig. 2 stellt im Aufriss die beiden zusammengefügten Elemente nach Entfernen der Gussform dar.
• Fig. 3 ist ein Schnitt entlang der Linie A-A der Fig. 1.
• Fig. 4 veranschaulicht die über die Flansche der Gussform verteilten, in Fig. 1 veranschaulichten Positioniervorrichtungen.
• Fig. 5 ist eine Ansicht der Abnahmevorrichtungen, die es gestatten, nach Einbringen des Betons die Gussform zu entfernen.
• Fig. 6 ist eine ähnliche Ansicht wie Fig. 4, wobei der Mast Vorspannstähle enthält.
• Fig. 1 veranschaulicht zwei verschalte und zum Einbetonieren auf eine Bank gelegte Elemente 1, 2. Das Element 1 werde als das Innenelement, das Element 2 als das Aussenelement bezeichnet. Die Länge jedes der Elemente 1, 2 kann zum Beispiel etwa 20 m betragen, ihr Querschnitt kann rund, oval, elliptisch oder vieleckig sein. Um das Gewicht dieser Elemente zu verringern, sind sie im Allgemeinen hohl. Somit stellt sich der Körper der Elemente 1, 2 als ein prismatisches oder zylindrisches Betonrohr dar, das mit längs 3 und quer 4 verlaufenden Metallbewehrungen versehen sein kann, die in sich geschlossen sind, um die Elemente 1, 2 zu versteifen. Eine aus einem einzigen Stück bestehende metallische Gussform 5 wird vor dem Einbetonieren zwischen die beiden Elemente 1, 2 des Mastes eingesetzt. Diese Gussform 5 hat die Gestalt eines an einem seiner Enden geschlossenen Kegelstumpfes. Zwei Ringflansche 6, 7 sind nahe dem offenen Ende der Gussform 5 angebracht. Diese Flansche 6, 7 sind senkrecht zur Rotationsachse des Kegelstumpfes nach aussen gerichtet. An ihrem entgegengesetzten Ende wird die Gussform 5 durch einen Boden 8 abgeschlossen. Eine zweite Scheibe 9 dient als doppelter Boden. Der Boden der Gussform 8 und die Scheibe 9 haben einen Abstand voneinander, der im Wesentlichen dem in Längsrichtung gemessenen Abstand zwischen den beiden Flanschen 6, 7 entspricht. Es ist offensichtlich, dass der doppelte Boden der Gussform auf verschiedene Art und Weise realisiert werden kann, er kann zum Beispiel aus dem Boden 8 und einem Pfropfen aus geeignetem Material wie zum Beispiel SAGEX (eingetragenes Warenzeichen) bestehen, das den in der Zeichnung dargestellten Raum zwischen dem Boden 8 und der Scheibe 9 ausfüllt. Die Flansche 6, 7 sind mit in regelmässigen Abständen über ihren Umfang verteilten Löchern versehen. Diese Löcher 10 wirken einerseits mit Vorrichtungen für die winkelmässige Positionierung der beiden Elemente 1, 2 des Mastes und andererseits mit Abnahmevorrichtungen zusammen, die die Abnahme der Gussform nach Einbringen des Betons erleichtern. In Fig. 3 sind acht Löcher 10 zu sehen, die in Abständen von je 45º aufgeteilt sind und mit vier Vorrichtungen für eine winkelmässige Positionierung und mit vier Abnahmevorrichtungen zusammenwirken, die abwechselnd über den Umfang des Flansches 7 verteilt sind.
• Die Vorrichtung für eine winkelmässige Positionierung, die in grösserem Massstab in Fig. 4 veranschaulicht ist, besteht aus einer Anschlusshülse 11, die mit dem Loch 10 in Verbindung steht und fest mit einer Platte 12 verbunden ist, die sich auf die Oberfläche der nach dem Inneren der Körper der Elemente 1, 2 hin gelegenen Flansche stützt. Die Enden der längs verlaufenden Metallbewehrungen 3 sind mit der Aussenseite der Hülsen 11 verschweisst. Auf der Seite des Innenelements 1 setzt sich die Hülse 11 als eine Verschalung fort, die es gestattet, eine Höhlung 13 im Körper des Elements 1 anzubringen.
• Fig. 2 veranschaulicht die beiden Elemente 1, 2 des Mastes nach Einbringen des Betons und Wegnahme der Gussform 5 vermittels der Abnahmevorrichtungen, deren Arbeitsweise hierunter erklärt werden wird. Die Aussenseite des Kegels des Aussenelements 2 kommt mit der Innenseite des Innenkegels des Elements in Berührung. Man bemerkt, dass die Gussform 5 und namentlich der Abstand zwischen den beiden Flanschen 6, 7 so bemessen ist, dass das Ende des Aussenkegels des Elements 2 nicht mit dem Boden des Innenkegels des Elements 1 in Berührung kommt, während die den Rand der Kegel begrenzenden Platten 12 ebenfalls nicht mehr in Berührung stehen. Durch die Tatsache, dass sich diese Oberflächen nicht berühren, nachdem die Elemente zusammengefügt worden sind, wird vermieden, dass die Ausrichtung der Elemente (1, 2) durch die Rechtwinkligkeit dieser Flächen bezüglich der Kegelachse beeinflusst wird. Um die Festigkeit der Ankopplung an der Kegelbasis zu erhöhen, kann der zwischen diesen beiden ringförmigen Flächen 12 verbleibende Raum durch eine harte Masse ausgefüllt werden, die die dort zusammengedrückte Oberfläche vergrössert. Somit erfolgt das Zusammenfügen der beiden Elemente allein dadurch, dass die Aussen- und Innenkegelflächen in Berührung treten. Der Kegelwinkel ist bevorzugt minimal, um die Abnahme der Gussform 5 zu erleichtern, kann aber so gewählt werden, dass der Verband selbstsichernd ist. Wenn man durch d den Abstand zwischen den beiden Ringflanschen 6, 7, durch m die Dicke der Gussform und durch den Öffnungswinkel des Kegels definiert, erhält man die folgende angenäherte Beziehung: d = m/sin( ). Der Wert von d = m/sin( ) ist ein Näherungswert und muss in Abhängigkeit von eventuellen Ungenauigkeiten der Gussform angepasst werden. Um sicherzustellen, dass nach dem Zusammenfügen der Aussenkegel des Elements 2 nicht mit dem Boden des Innenkegels des Elements 1 in Berührung kommt, wird vorgesehen, dass der Längsabstand zwischen dem Boden 8 der Gussform und der den doppelten Boden der Gussform darstellenden Scheibe 9 geringfügig grösser als d ist.
• Da diese Kegel durch die Wandung ein und derselben Gussform gewonnen und in einer bestimmten bzw. markierten Winkellage zusammengefügt worden sind, wird die Festigkeit des Verbandes durch eventuelle Unregelmässigkeiten, Unrundheit usw. dieser Kegel nur noch erhöht, da sich diese genau entsprechen.
• Positionierstifte 14 werden in die Hülsen 11 aufgenommen und gewährleisten dadurch eine vollkommene winkelmässige Positionierung der Elemente 1 und 2. Aus wirtschaftlichen Gründen wird die Gussform 5 aus gerollten Blechen gefertigt und ist daher nicht sehr genau. Statt wie im Falle einer zweiteiligen Gussform ein Nachteil zu sein, begünstigt diese Tatsache das Auffangen der Torsionsbeanspruchungen, denen der Mast unterworfen ist. Die Tatsache, dass der Querschnitt der kegelförmigen Gussform 5 nicht vollkommen rund ist, begünstigt nämlich die Neutralisation von Torsionsbeanspruchungen, indem die Fehler einer Seite der Gussform sich auf der anderen Seite wiederfinden. Es sei bemerkt, dass diese Tatsache noch begünstigt werden kann, indem man dem Querschnitt der Gussform 5 eine geringfügig ovale oder elliptische Gestalt erteilt. Es ist auch möglich, die Gussform 5 durch genaue maschinelle Bearbeitung aus einem Metall- oder Kunststoffstück zu fertigen.
• Fig. 5 veranschaulicht im Einzelnen die abwechselnd mit den Positioniervorrichtungen auf dem Umfang der Flansche 6, 7 sitzenden Abnahmevorrichtungen. Sie bestehen aus einer Mutter 15, die auf die Aussenseite der Flansche 6, 7 aufgeschweisst ist. Ein Bolzen 16 stützt sich in der Arbeitsstellung auf die Arretierplatten 12, die auf den ringförmigen Flächen des Aussen- und Innenkegels sitzen. Wenn der Beton eingebracht worden ist und abgebunden hat, brauchen die Bolzen 16 nur eingeschraubt zu werden, um die Gussform 5 von den so gewonnenen Kegeln zu entfernen.
• In einer Abwandlung können die mit den Muttern 15 zusammenwirkenden Bolzen 16 durch hydraulische Winden ersetzt werden.
• Fig. 6 veranschaulicht die Positioniervorrichtungen im Falle eines Mastes, der Vorspannstähle 17 umfasst. Wie in der Zeichnung veranschaulicht, werden diese Vorspannstähle an jedem Ende des Mastes verankert und gespannt. In diesem Falle haben die Flansche 6, 7 zusätzliche Bohrungen, die diese Stähle 17 durchlassen. Es ist ebenfalls möglich vorzusehen, dass diese Vorspannstähle 17 mit Hilfe einer mechanischen Vorrichtung verankert werden, die auf den Arretierplatten angeordnet ist, und an beiden Enden des Mastes gespannt werden.
• Das Verfahren für die Fertigung eines Betonmastes gemäss vorliegender Erfindung umfasst die folgenden Schritte. Zunächst werden auf einer Betonierbank für zumindest zwei den Mast aufbauende Elemente die Verschalungen aufgesetzt. Es ist offensichtlich, dass je nach der Gesamtlänge des Mastes mehr als zwei Elemente erforderlich sein können, um die gewünschte Länge zu erhalten. Nach Aufbau der Verschalungen und der längs und quer verlaufenden Metallbewehrungen, die die Struktur des Mastes darstellen, wird eine einteilige metallische Gussform an die Verbindungsstelle von zwei Elementen gebracht. Diese Gussform hat die Gestalt eines Kegelstumpfes, der an einem seiner Enden offen ist und am anderen Ende einen Boden 8 hat. An ihrem offenen Ende weist die Gussform zwei parallele Ringflansche 6, 7 auf, die im Wesentlichen senkrecht zu ihrer Rotationsachse sind. Die Gussform hat noch eine Scheibe 9, die zum Boden 8 parallel ist und als doppelter Boden dient.
• Der Längsabstand zwischen dem Boden 8 und der Scheibe 9 ist geringfügig grösser als der Längsabstand zwischen den Flanschen 6, 7. Der Abstand zwischen den beiden Flanschen 6, 7, der von der Dicke der Gussform sowie vom Öffnungswinkel des Kegels abhängt, ist so festgelegt, dass die beiden Elemente, nachdem sie aufeinandergesetzt worden sind, sich vollkommen ineinanderfügen und nur über ihre Kegelflächen miteinander in Berührung stehen. Nachdem die Elemente wie vorstehend beschrieben aufgebaut worden sind, schreitet man zum Einbringen des Betons. Dieses Einbringen des Betons kann auf zweierlei Art und Weise erfolgen. Man kann zuerst den Beton durch Einrütteln einbringen, indem zum Beispiel die Bank auf einem Rütteltisch angeordnet wird. Nach Giessen des Betons braucht die Gussform 5 nur weggezogen zu werden, indem die Abnahmevorrichtungen betätigt werden, die auf den Flanschen 6, 7 der Gussform 5 angeordnet sind. Nach Rückgewinnung der Gussform schreitet man zur Ankopplung der beiden so gewonnenen Elemente 1, 2. Die Tatsache, dass eine einteilige Gussform verwendet wird, die mit Positioniervorrichtungen ausgerüstet ist, gewährleistet, dass sich der Aussenkegel des Elements 2 vollkommen an den ihn aufnehmenden Innenkegel des Elements 1 anpasst und somit eine richtige Übertragung von Biege- und Torsionsbeanspruchungen erlaubt. In einer Abwandlung kann der Beton durch Schleudern eingebracht werden. Im Falle einer Betonierung durch Schleudern ist vor Abnahme der Gussform 5 ein zusätzlicher Schritt erforderlich. Während des Schleuderns bildet sich nämlich ein Hohlraum zwischen der Aussenseite der kegelförmigen Gussform 5 und dem Innenkegel aus. Dieser Hohlraum wird vor Wegnahme der Gussform durch Einspritzen von Beton oder irgendeinem anderen härtbaren Material ausgefüllt, das durch zwei Einspritzlöcher erfolgt, die im Körper des Innenelements 1 angebracht sind.
• Im Falle von Masten, die Vorspannstähle 17 umfassen, die die Flansche 6, 7 queren, ist es erforderlich, diese Bewehrung vor Abnahme der Gussform 5 auf der Höhe der Flansche durchzuschneiden. Dieser Arbeitsgang ist nicht erforderlich, wenn die Vorspannstähle in den die Flansche des Kegels bildenden Platten 12 verankert sind.
• Die Vorspannstähle können in der Technik gerippter Drähte ausgeführt werden, wobei diese Drähte dann mit dem Beton verbunden werden, oder durch Rundstäbe mit Klemmschrauben, die nach ihrer Verspannung an die Enden der Mastabschnitte angekoppelt werden, zum Beispiel an die Arretierplatten 12.

Claims (16)

1. Herstellungsverfahren für einen Mast aus Stahlspannbeton oder Stahlbeton, aus zumindest zwei Elementen (1, 2) bestehend, die dazu bestimmt sind, ineinanderzugreifen, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schalung der Elemente (1, 2) erfolgt; dass die längs- und querverlaufenden Metallbewehrungen (3, 4) der Elemente (1, 2) an Ort und Stelle gebracht werden; dass man an der Verbindungsstelle von zwei Elementen (1, 2) eine einteilige Gussform (5) anbringt, die die Gestalt eines geschlossenen Kegelstumpfes aufweist und einen doppelten Boden (8, 9) sowie zwei Ringflansche (6, 7) umfasst, wobei die Dicke des doppelten Bodens grösser als der Abstand zwischen den beiden Flanschen ist; dass man den Beton für beide Elemente gleichzeitig einbringt; und dass die Gussform nach dem Abbinden des Betons dann entfernt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Beton durch Einrütteln eingebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Einbringen des Betons durch Schleudern in einer geeigneten rotierenden Gussform erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in den nach dem Schleudern zwischen der Aussenseite der Gussform (5) und der Innenseite des Innenkegels des Elements (1) entstandenen Hohlraum ein aushärtbares Material eingespritzt wird.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannstähle gerippte Drähte sind, die sich über die gesamte Länge des Masts erstrecken, und dass diese Drähte nach dem Abbinden des Betons zwischen den Flanschen (6, 7) der Gussform gestückelt werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannstähle Rundstäbe sind, die mit den Enden der Mastelemente fest verbunden werden, nachdem sie gespannt worden sind.

7. Vorrichtung, die es gestattet, eine konische Ankopplung zwischen zwei Fertigelementen eines Masts aus Stahlspannbeton oder Stahlbeton herzustellen, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus einer Gussform (5) besteht, die die Gestalt eines an seinem Scheitel durch einen Boden (8) abgeschlossenen Kegelstumpfes aufweist; dass sie eine Scheibe (9) umfasst, die mit dem Boden (8) einen doppelten Boden bildet; dass sie auf dem Umfang ihres offenen Endes und in dessen Nähe zwei Ringflansche (6, 7) trägt, die sich nach aussen erstrecken; und dass der Abstand zwischen den beiden Flanschen grösser als die Dicke des doppelten Bodens ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Längsabstand zwischen dem Boden (8) der Gussform (5) und der den doppelten Boden der benannten Gussform darstellenden Scheibe (9) grösser als der Längsabstand zwischen den beiden Flanschen (6, 7) ist, wobei letzterer in Abhängigkeit von der Dicke m der Gussform angenähert durch m/sin( ) ausgedrückt werden kann, wobei der Öffnungswinkel des Kegels ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Öffnungswinkel des die Gussform bildenden Kegels so festgelegt ist, dass eine selbstsichernde Ankopplung eintritt.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die am offenen Ende der kegelförmigen Gussform (5) sitzenden Flansche (6, 7) Bohrungen (10) umfassen, die dazu bestimmt sind, mit Positionier- und Abnahmevorrichtungen zusammenzuwirken.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrungen in regelmässigen Abständen über den Umfang der Ringflansche (6, 7) verteilt sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Abnahmevorrichtungen aus einer mit den Flanschen (6, 7) fest verbundenen Mutter (15) bestehen, die einen Bolzen (16) aufnehmen kann, der die Gussform (5) von den Elementen (1, 2) wegdrückt, wenn er angezogen wird.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Positioniervorrichtungen aus Positionierhülsen bestehen, die in der Verlängerung der Bohrungen der Flansche (6, 7) angebracht und zum Körper der Elemente (1, 2) hin gerichtet sind, wobei diese Positionierhülsen dazu bestimmt sind, beim Ineinanderfügen der Elemente (1, 2) Positionierstifte (14) aufzunehmen.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus gerollten Blechen gefertigt ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass sie durch Bearbeitung eines Metall- oder Kunststoffstücks erhalten wird.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des die Gussform (5) bildenden Kegelstumpfes leicht oval ist.