Matuschek, Johann (Schlehdornweg 10, Kerken, 47647, DE)
Stihl, Thomas (Vosskuhle 8, Lünen, 44536, DE)
Matuschek, Johann (Schlehdornweg 10, Kerken, 47647, DE)
| 1. | Rohrförmige Struktur mit Mitteln zur Vergrößerung ihrer Beulfestigkeit, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Außenrohr (3, 19, 20) mit einer inneren Mantelfläche (6), ein in dem Außenrohr (3, 19, 20) angeordnetes Innenrohr (4, 17, 18) mit einer äußeren Mantelfläche (7), die durch einen Spalt (9) von der inneren Mantelfläche (6) des Außenrohrs (3, 19, 20) beabstandet ist, und eine den Spalt (9) homogen aus¬ füllende, an der inneren und äußeren Mantelfläche (6, 7) haftende Elastomerschicht (10, 21, 22) enthält. |
| 2. | Struktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus wenigstens zwei, in axialer Richtung aneinander grenzenden und entsprechend Anspruch 1 ausgebilde¬ ten, rohrförmigen Segmenten (12, 14) zusammengesetzt ist, die in wenigstens einem Stoßbereich (16) einander koaxial gegenüberstehende und zumindest teilweise inein¬ ander gesteckte Endabschnitte aufweisen, die durch eine Verbindungsschicht (23) miteinander verbunden sind. |
| 3. | Struktur nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsschicht (23) als eine Schub und/oder Druckfeder ausgebildet ist. |
| 4. | Struktur nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Endabschnitt des ersten Segments (12) einen InnenrohrEndabschnitt (17a) und einen diesen axial überragenden AußenrohrEndabschnitt (19a) aufweist, der Endabschnitt des zweiten Segments (14) einen AußenrohrEndabschnitt (20a) und einen diesen axial über¬ ragenden InnenrohrEndabschnitt (18a) aufweist, wobei der AußenrohrEndabschnitt (20a) des zweiten Segments (14) dem InnenrohrEndabschnitt (17a) des ersten Segments (12) mit axialem Abstand gegenübersteht, der InnenrohrEndabschnitt (18a) des zweiten Segments (14) mit radialem Abstand in den InnenrohrEndabschnitt (17a) des ersten Segments (12) ragt und der AußenrohrEndabschnitt (20a) des zweiten Segments (14) mit radialem Abstand vom AußenrohrEndabschnitt (19a) des ersten Segments (12) umgeben ist, so dass zwischen den Innen und AußenrohrEndabschnit¬ ten (17a, 18a und 19a, 20a) ein radial abgestufter Hohlraum (24) entsteht, und die Verbindungsschicht (23) den Hohlraum (24) zumindest teilweise homogen ausfüllt und an dem Hohlraum (24) zugewandten, inneren bzw. äußeren Mantelflächen der Endabschnitte (17a, 18a und 19a, 20a) haftet. |
| 5. | Struktur nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsschicht (23) aus einem Elastomer hergestellt ist. |
| 6. | Struktur nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Innenrohrs (17) des ersten Segments (12) im wesentlichen dem Querschnitt des Außenrohrs (20) des zweiten Segments (14) entspricht. |
| 7. | Struktur nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus mehr als zwei axial hintereinander angeordneten und miteinander verbundenen Segmenten (12, 14) zusammengesetzt ist und bei in einer ausgewählten axialen Richtung aufeinander folgenden Segmenten (12, 14) jeweils der Querschnitt des Innenrohrs (17) eines Segments (12) im wesentlichen gleich dem Querschnitt des Außenrohrs (20) des in der ausgewählten Richtung folgenden Segments (14) ist. |
| 8. | Struktur nach einem Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Elasto¬ merschicht (10, 21, 22) auf der Basis von Polyurethan ausgebildet ist. |
| 9. | Struktur nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsschicht (23) auf der Basis von Polyurethan ausgebildet ist. |
| 10. | Struktur nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Endabschnitte (17a, 18a) der Innenrohre der Segmente (12, 14) mit wenigstens je einer als Montagehilfe dienenden, radial nach innen ragenden Konsole (28, 29) und an diesen montierten Stellvorrichtungen (30) versehen sind. |
| 11. | Struktur nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellvorrichtungen (30) als in axialer Richtung wirkende Zy linder/Kolben Anordnungen ausgebildet sind. |
| 12. | Struktur nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass sie oder ihre Segmente (12, 14) aus werkseitig vorgefertigten Bauelementen bestehen. |
| 13. | Struktur nach einem der Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die AußenrohrEndabschnitte (19a, 20a) von aufeinander folgenden Segmenten (12, 14) mit die Hohlräume (24) an ausgewählten Enden verschließenden Dichtungen (38) versehen sind. |
| 14. | Struktur nach einem der Ansprüche 4 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die InnenrohrEndabschnitte (17a, 18a) von aufeinander folgenden Segmenten (12, 14) mit die Hohlräume (24) an ausgewählten Enden verschließenden Dichtungen (39) versehen sind. |
| 15. | Struktur nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Turm (33) einer Windkraftanlage ausgebildet ist und eine im Vergleich zum größten Durchmesser große Höhe aufweist. |
| 16. | Struktur nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Kamin mit einer Höhe ausgebildet ist, die wesentlich größer als der Durchmesser ist. |
| 17. | Struktur nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Lagertank ausgebildet ist, dessen Höhe dieselbe Größenordnung wie sein Durchmesser hat. |
| 18. | Verfahren zur Errichtung einer rohrförmigen Struktur (11, 33) mit vertikal angeordneter Achse aus wenigstens zwei nach einem der Ansprüche 2 bis 14 ausgebil deten Segmenten (12, 14), dadurch gekennzeichnet, dass a. ein erstes Segment (12) am Erdboden fest verankert und ausgerich¬ tet wird, so dass ein Endabschnitt davon nach oben ragt, b. ein zweites Segment (14) mit einem zugeordneten Endabschnitt unter Bildung des Hohlraums (24) nach Anspruch 3 koaxial auf das erste Segment (12) aufgesetzt und mittels der Stellvorrichtungen (30) nach Ansprüchen 10 oder 11 ausgerichtet wird, c. der Hohlraum (24) an einem oberen und einem unteren Ende abgedichtet wird, d. das Elastomer in den Hohlraum (24) gefüllt und der Aushärtung überlassen wird, und e. die Stellvorrichtungen (30) entlastet werden. |
| 19. | Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (24) vor dem Einfüllen des Elastomers getrocknet wird. |
| 20. | Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem zweiten Segment (14) wenigstens ein drittes Segment unter entsprechender Anwendung der Verfahrensschritte b. bis e. montiert wird. |
Die Erfindung betrifft eine rohrförmige Struktur, die mit Mitteln zur Vergrößerung ihrer Beulfestigkeit versehen ist, und ein Verfahren zur Herstellung bzw. Errichtung einer rohrförmigen Struktur mit vertikaler Achse aus wenigstens zwei Segmenten.
Rohrförmige Strukturen dieser Art finden beispielsweise bei der Herstellung von schlanken Kaminen, Großtankanlagen in der Petrochemie und Türmen für Windkraft¬ anlagen Anwendung. Während im Kaminbau Bauhöhen bis 100 m und mehr bei Durchmessern von z. B. 2,50 m vorkommen, haben Großtankanlagen z. B. eine Höhe von nur ca. 20 m bis 30 m bei in derselben Größenordnung liegenden Durchmessern von z.B. 10 m bis 30 m. Für leistungsstarke Windkraftanlagen mit Leistungen bis 5 MW werden zur Zeit Turmhohen von mehr als 100 m bei Durchmessern von ca. 3 m bis 6 m geplant, wobei vor allem an den Bau von Offshore- Windparks mit mehreren hundert Windkraftanlagen pro Park gedacht ist.
Für die beschriebenen Zwecke werden heute überwiegend Kreiszylinderschalen in Form von freitragenden Stahlrohren verwendet, die meistens als zylindrische Struktu¬ ren mit gleichbleibenden Durchmessern und Wandstärken ausgebildet sind, bei großen Bauhöhen aber zur Gewichtsreduzierung auch konische Formen oder von unten nach oben abnehmende Wandstärken erhalten können. Daneben sind Windkraftanlagen bekannt, deren Stahlrohrtürme eine konische Basis und ein zylindrisches Oberteil aufweisen und/oder aus vorgefertigten Rohrsegmenten zusammengesetzt werden (z. B. "Windkraftanlagen" von Erich Hau, 2. Auflage, Springer-Verlag, S. 375 bis 378).
Den beschriebenen Strukturen ist gemeinsam, daß sie erhöhten Anforderungen an die Tragfähigkeit genügen müssen, insbesondere wenn es sich um Windkraftanlagen mit extremen Rotor- und Gondelgewichten handelt. Daneben spielen aber auch wirt¬ schaftliche Gesichtspunkte eine bedeutsame Rolle, insbesondere im Hinblick auf Herstellungskosten, Verfügbarkeit, Lebensdauer, Transport und Errichtung. Häufig müssen außerdem Beanspruchungen aus der Umwelt wie z. B. Wasser, Wellenschlag oder Wind beachtet werden.
Im Hinblick auf die Tragfähigkeit und Ermüdungsfestigkeit ist für die rohrförmigen Strukturen u.a. eine ausreichende Beulfestigkeit nachzuweisen (z. B. "Bauingenieur" Band 79, Oktober 2004, S. 436 bis S. 442). Die Beulung wird insbesondere dann zu einem nicht unbeachtlichen Problem, wenn im Interesse eines geringen Gewichts und damit geringer Herstellungs-, Transport- und Errichtungskosten möglichst dünn¬ wandige Rohre angestrebt werden und die kostspielige Anwendung von aussteifenden Elementen in Form von angeschweißten Rippen oder Profilen vermieden werden soll. Mit zunehmender Gewichtsoptimierung kann die Beulsteifigkeit sogar zum dimensio¬ nierenden Faktor für die erforderlichen Wandstärken werden (z.B. "Windkraftanlagen" aao, S. 382). Abgesehen davon sind Rohre mit Wandstärken von z. B. 80 mm und mehr, die bei Strukturen mit Verhältnissen Höhe zu Radius von 30 und mehr das Beulproblem sicher vermeiden, nicht oder nur zu hohen Kosten herstellbar.
Ausgehend davon liegt der Erfindung das technische Problem zugrunde, die rohrför- mige Struktur der eingangs bezeichnenden Gattung so auszubilden, daß sie sich trotz geringerem Gewicht und reduziertem Stahleinsatz durch eine hohe Beulsteifigkeit auszeichnet.
Zur Lösung dieses Problems ist die rohrförmige Struktur erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gekennzeichnet. Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Errichtung der Struktur ergibt sich aus den Merkmalen des Anspruchs 18.
Die erfindungsgemäße Sandwich- oder Verbundbauweise der ronrförmigen Struktur ermöglicht trotz hoher Tragfähigkeit ein geringes Eigengewicht. Das außerdem die Wandstärken der Metallrohre reduziert werden, aussteifende Elemente für den Stabilitätsnachweis aber dennoch völlig entfallen können, ist der Einsatz von hoch¬ festen Baustählen unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten möglich. Weiterhin zeichnet sich die erfindungsgemäße Struktur aufgrund der Elastomerschicht durch ein gutes Dämpfungsverhalten aus, wodurch die dynamische Beanspruchung günstig beeiflusst wird. Schließlich ergeben sich bei Anwendung der erfindungsgemäßen Struktur in Of fshore- Windkraftanlagen die zusätzlichen Vorteile, dass die Weiterleitung von Geräuschemissionen in das Meer auch beim Betrieb gedämpft wird und das reduzierte Eigengewicht die Montage auf See erleichtert.
Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung wird nachfolgend in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen.
Fig. 1 einen schematischen, teilweise aufgebrochenen Längsschnitt durch einen Abschnitt einer erfindungsgemäßen, rohrförmigen Struktur;
Fig. 2 einen teilweise aufgebrochenen Längsschnitt durch eine aus zwei Segmenten nach Fig. 1 zusammengesetzte Struktur in einem Stoßbereich und in einem ver¬ größerten Maßstab;
Fig. 3 bis 5 vergrößerte Einzelheiten X, Y und Z der Fig. 2;
Fig. 6 einen schematischen Schnitt längs der Linie VI-VI der Fig. 2; und Fig. 7 und 8 je eine Vorder- und Seitenansicht einer Windkraftanlage mit einem aus der rohrförmigen Struktur nach Fig. 1 bis 6 hergestellten Turm.
Fig. 1 zeigt einen Längsabschnitt einer erfindungsgemäßen, rohrförmigen Struktur 1, die koaxial zu einer vertikalen Längsachse 2 angeordnet ist. Die Struktur 1 enthält ein Außenrohr 3 und ein in dem Außenrohr 3 angeordnetes Innenrohr 4. Die beiden Rohre 3 und 4 haben kreisringförmige Querschnitte mit Durchmessern, die in Fig. 1 von unten nach oben hin geringfügig abnehmen, und sind daher leicht konisch ausgebildet. Das Außenrohr 3 hat eine äußere Mantelfläche 5 und eine innere Mantel- fläche 6. Entsprechend ist das Innenrohr 4 mit einer äußeren Mantelfläche 7 und einer inneren Mantelfläche 8 versehen. Beide Rohre 3, 4 sind vorzugsweise im wesentlichen gleich lang und koaxial zur Längsachse 2 angeordnet und weisen denselben Basiswin¬ kel auf. Außerdem ist der Innendurchmesser des Außenrohrs 3 überall etwas größer als der Außendruchmesser des Innenrohrs 4, weshalb zwischen der inneren Mantel- fläche 6 des Außenrohrs 3 und der äußeren Mantelfläche 7 des Innenrohrs 4 ein hohlzylindrischer Spalt 9 konstanter Breite d gebildet ist. Dieser Spalt 9 ist erfindungs¬ gemäß mit einer Elastomerschicht 10 augefüllt, die an der inneren Mantelfläche 6 und der äußeren Mantelfläche 7 fest anhaftet. Dadurch besteht die rohrförmige Struktur 1 ingesamt aus einem zweischaligen Verbund- bzw. Sandwichkörper.
Das Außenrohr 3 und das Innenrohr 4 werden aus einem geeigneten Metall, vorzugs¬ weise Baustahl hergestellt und weisen maximale Außendurchmesser von z. B. ca. 700 cm auf. Die Wandstärke der Rohre 3, 4 und die Breite d des Spalts 9, die z. B. 0,5 cm bis 5 cm beträgt, werden nach den statischen Erfordernissen festgelegt. Das Elastomer der der Schicht 10 wird zweckmäßig in flüssigem Zustand in den Spalt 9 eingeführt, damit sich eine durchgehend homogene Schicht bildet, und besteht dazu vorzugsweise aus einem zwei komponentigen Polymer, das bei den üblichen Umge¬ bungstemperaturen innerhalb kurzer Zeit aushärtet und die beiden Stahlrohre 3, 4 dann fest miteinander verbindet. Dabei dient die Elastomerschicht 10 hauptsächlich der Stabilisierung und weniger der Übertragung oder dem Ausgleich von parallel zur Längsachse 2 wirkenden Schubkräften. Die Breite d des Spalts 9 wird mit maximal ca. 5 cm so klein gewählt, daß sich in der Elastomerschicht 10 keine durch Schwindungseffekte od. dgl. verursachte Risse bilden und daher eine zusätzliche Armierung vermieden werden kann. Dennoch wird wegen der vollflächigen Bettung eine ausgezeichnete Stabilisierung der Struktur 1 gegenüber Beulung erzielt. Verglichen mit einzelnen, massive Wände aufweisenden Stahlrohren, die dieselbe Beulfestigkeit haben, besitzt die Struktur 1 eine geringeres Gewicht und einen kleineren Stahlanteil. Außerdem ist vorteilhaft, daß die Elastomerschicht 10 in Richtungen quer zur Längsachse 2 dämpfend wirkt und die Herstellung von zwei Rohren 3 , 4 mit vergleichsweise geringen Wandstärken kostengünstig möglich ist.
Bei der Herstellung von Strukturen 1 großer Länge, z. B. ab 12 m ergeben sich Probleme beim Transport und bei der Errichtung. Erfindungsgemäß werden in einem solchen Fall Strukturen 11 (Fig. 2) vorgesehen, die aus wenigstens zwei Segmenten 12 und 14 zusammengesetzt sind, koaxial zu einer Längsachse 15 liegen und in einem Stoßbereich 16 axial aneinander grenzen. Beide Segmente 12 und 14 sind entsprechend Fig. 1 ausgebildet und weisen je ein Innenrohr 17 und 18, ein Außenrohr 19 und 20 und eine dazwischenliegende Elastomerschicht 21 und 22 auf.
Besonders zweckmäßig ist es, wenn die einander gegenüber stehenden Enden der Segmente 12, 14 teleskopartig ineinander gesteckt und durch eine Verbindungsschicht 23 miteinander verbunden sind, die wie die Schichten 21, 22 vorzugsweise aus einem geeigneten Elastomer besteht. Für die im Einzelfall zu wählende Verbindung im Stoßbereich 16 gibt es zahlreiche Varianten, weshalb nachfolgend nur ein derzeit für am besten gehaltenes Ausführungsbeispiel hierfür anhand der Fig. 2 bis 6 näher erläutert wird.
Nach Fig. 2 enthält das Innenrohr 17 des Segments 12 einen dem Segment 14 zugewandten Endabschnitt 17a, während das zugehörige Außenrohr 19 einen den Endabschnitt 17a axial überragenden Endabschnitt 19a aufweist. Dagegen ist das Außenrohr 20 des Segments 14 mit einem dem Segment 12 zugewandten Endabschnitt 20a und das zugehörige Innenrohr 18 mit einem diesen Endabschnitt 20a axial überragenden Endabschnitt 18a versehen. Dabei sind die Durchmesser der End¬ abschnitte 17a und 20a im wesentlichen gleich, während der Durchmesser des Endabschnitts 19a größer und der Durchmesser des Endabschnitts 18a kleiner als der Durchmesser der Endabschnitte 17a, 20a ist. Dadurch ist es möglich, den in Fig. 2 unteren Endabschnitt des Segments 14 koaxial an den in Fig. 2 oberen Endabschnitt des z. B. bereits montierten Segments 12 anzunähern, bis sich die Stirnseiten der Endabschnitte 17a, 20a dicht gegenüberstehen und der Innenrohr-Endabschnitt 18a des zweiten Segments 14 mit radialem Abstand in den Innenrohr-Endabschnitt 17a des ersten Segments 12 ragt. In dieser Lage wird dann gleichzeitig der Außenrohr- Endabschnitt 20a des zweiten Segments 14 mit radialem Abstand vom Außenrohr- Endabschnitt 19a des ersten Segments 12 umgeben, so daß ein hohlzylindrischer, jedoch abgestufter Hohlraum 24 zwischen den Endabschnitten der beiden Segmente 12, 14 entsteht. Dieser Hohlraum 24 ist oberhalb des Stoßbereichs 16 von einander gegenüberliegenden Mantelflächen der Außenrohre 19, 20 und unterhalb des Stoßbe- reichs 16 von einander gegenüberliegenden Mantelflächen der Innenrohre 17, 18 der beiden Segmente 12, 14 begrenzt. Im Stoßbereich 16 selbst ist der Hohlraum 24 von einander gegenüberstehenden, eine radiale Hohlraumstufe bildenden Stirnflächen der Segmente 12, 14 begrenzt, die z. B. von ringförmigen Dichtelementen 25, 26 (Fig. 4) gebildet werden, die mit den Elastomerschichten 21, 22 gefüllte, dem Spalt 9 nach Fig. 1 entsprechende Spalte der Segmente 12, 14 axial abdichten.
Der Hohlraum 24, der bei der beschriebenen Anordnung im wesentlichen dieselbe Breite wie der Spalt 9 nach Fig. 1 besitzt, wird vorzugsweise ganz oder teilweise mit einem die Verbindungsschicht 23 bildenden Elastomer gefüllt, das so fest an den betreffenden Mantelflächen anhaftet, daß die Verbindungsschicht 23 in axialer Richtung der Segmente 12, 14 wirkende Schubkräfte übertragen und das oberhalb eines jeden Stoßbereichs 16 liegende Gewicht aufnehmen kann. Werden dabei die Maße des zwischen den Endabschnitten 17a, 20a liegenden Teils des Hohlraums 24 so bemessen, daß an dieser Stelle keine oder nur eine vernachlässigbar kleine Drucküber- tragung durch das Elastomer stattfindet, dann bildet die Verbindungsschicht 23 gleichzeitig eine in Richtung der Längsachse 15 wirkende Schubfeder, da sich die Elastizitätsmodule von Stahl und den hier eingesetzten Elastomeren z. B. wie 200 000 : 200 verhalten. Die Eigenschaften dieser Schubfeder können außerdem über die axiale Länge der an ihrer Bildung beteiligten Abschnitte der betreffenden Mantel¬ flächen dimensioniert werden. Alternativ wäre es aber auch möglich, den Hohlraum 24 im Bereich der radialen Stufe so auszubilden, dass die Verbindungsschicht 23 als kombinierte Druck- und Schubfeder oder nur als Druckfeder wirkt.
Um sicherzustellen, dass die Verbindung den statischen Anforderungen genügt, wird die Haftkraft zwischen den Elastomerschichten 21, 22 und der Verbindungsschicht 23 einerseits und den Mantelflächen der Innen- und Außenrohre 17 bis 20 andererseits zweckmäßig so bemessen, dass im Falle des Versagens nicht die Adhäsion des Elasto- mers am Stahl, sondern die Kohäsion im Molekülverband der Schichten 21, 22 und 23 aufbricht. Um außerdem im Fall des völligen Versagens ein Einstürzen der aus den Segmenten 12, 14 gebildeten Struktur 11 zu verhindern, sind die Durchmesser des Innenrohrs 17 und des Außenrohrs 20 zweckmäßig gleich groß und so bemessen, dass sich der Endabschnitt 20a notfalls in axialer Richtung auf den Endabschnitt 17a aufsetzen kann und dadurch eine Sicherung durch Formschluss gegeben ist.
Soll eine rohrförmige Struktur aus mehr als zwei axial verbundenen Segmenten hergestellt werden, wird im Beispiel der Fig. 2 nach der Montage des Segments 14 ein drittes, viertes usw. Segment auf das Segment 14 aufgesetzt. Dabei kann dieselbe Verbindungstechnik angewendet werden, wie sie anhand der Fig. 2 bis 5 beschrieben wurde. In diesem Fall entspricht in einer vorgewählten axialen Richtung (z. B. in Fig. 2 nach oben) jeweils der Durchmesser des Innenrohrs eines unteren Segments dem Durchmesser der Außenrohrs des nachfolgenden, oberen Segments. Dadurch würde der Durchmesser der rohrförmigen Struktur nach oben hin stufenweise ab¬ nehmen. Alternativ wäre es aber auch möglich, die Endabschnite der Segmente so auszubilden, dass in den Stoßbereichen 16 abwechselnd das Innenrohr eines oberen Segments in das Innenrohr eines darunter befindlichen Segments ragt (Fig. 2) oder umgekehrt ein Innenrohr eines unteren Segments vom Innenrohr eines darüber angeordneten Segments umgriffen wird. In diesem Fall würde der Außendurchmesser der Struktur über die ganze Höhe im wesentlichen gleich bleiben. In beiden Fällen wird erreicht, daß auf einer Seite des Stoßbereichs 16 jeweils Außenrohre und auf der andere Seite des Stoßbereichs 16 jeweils Innenrohre durch die Verbindungsschicht 23 miteinander verbunden werden, wie es für die Bildung einer weitgehend schubsteifen Verbindung wünschenswert ist.
Die Elastomerschichten 10, 21 und 22 werden vorzugsweise auf der Basis von Polyurethan hergestellt. Dasselbe gilt zweckmäßig für die Verbindungsschicht 23. Als besonders vorteilhaft hat sich für diese Zwecke ein zweikomponentiges Gemisch aus einem PoIy ol und Isocyanat erwiesen, die beide in flüssigem Zustand vermischt und in die Spalte 9 bzw. die Hohlräume 24 eingebracht werden, um dann aufgrund chemi¬ scher Reaktionen in ca. 10 min bis 20 min auszuhärten.
Ein Problem bei der Montage eines aus mehreren, entsprechend Fig. 2 übereinander anzuordnenden Segmenten besteht in der Maßgenauigkeit. Insbesondere sollten die Längsachsen der einzelnen Segmente eine Winkelabweichung zur vertikalen Längs¬ achse 15 von weniger als z. B. 1° aufweisen. Um dies sicherzustellen, ist nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung vorgesehen, die einander zugeord¬ neten Innenrohre (z. B. 17, 18 in Fig. 2) im Stoßbereich 16 mit nach innen ragenden, nur in Fig. 2 und Fig. 6 gezeigten Konsolen 28, 29 zu versehen. Diese bestehen z. B. aus dreieckförmigen, vergleichsweise dünnen Platten, die mit den Innenrohren 17, 18 verschweißt werden und von diesen radial nach innen abstehen. Auf den Oberseiten der Konsolen 28 eines unteren Segments (z.B. Fig. 12) sind Stellvorrichtungen 30 in Form von hydraulischen oder pneumatischen Zylinder/Kolben-Anordnungen 30 mit Kolbenstangen 31 befestigt, die parallel zur Längsachse 15 ausgefahren und gegen die Unterkanten der Konsolen 29 eines darüber befindlichen Segments (Fig. 14) gelegt werden können. Zweckmäßg sind in Umfangsrichtung jeweils mehrere Konsolen 28, 29 und Stellvorrichtungen 30 verteilt angeordnet. Nach dem Aufsetzen eines oberen Segments auf ein unteres Segment ist es daher möglich, z. B. durch mehr oder weniger weites Ausfahren der entsprechenden Kolbenstangen 31 das obere Segment (z. B. 14) vor dem Einbringen der Verbindungsschicht 23 so auszurichten, daß einerseits seine Achse nur um ein tolerierbares Maß von der Vertikalen abweicht und andererseits die radiale Stufe im Stoßbereich eine gewünschte Höhe besitzt. Anstelle der Zylinder/Kolben- Anordnungen können natürlich auch andere Stellvorrichtungen 30, beispielsweise mit Gewindespindeln oder Stellschrauben versehene und bei Bedarf motorisch angetriebene Einrichtungen vorgesehen werden.
Die anhand der Fig. 2 bis 6 beschriebenen Segmente 12, 14 werden vorzugsweise in der Fabrik vorgefertigt, indem die sie bildenden Innen- und Außenrohre 17 bis 20 geeignet positioniert und die dadurch gebildeten Spalte zwischen ihnen an den einen Enden mit Dichtungen (z. B. 25) verschlossen werden. Anschließend werden die die Spalte begrenzenden Mantelflächen getrocknet. Danach werden die Spalte mit dem in einem flüssigen Zustand befindlichen Polymer gefüllt, und nach dem Aushärten des Polymers werden die noch fehlenden Dichtungen (z. B. 26) angebracht.
Die so vorgefertigten Segmente mit Längen von z. B. bis zu 10 m werden an die Baustelle transportiert und dort zusammengesetzt, um je nach Bedarf einen Kamin, einen Flüssigkeitstank, einen Turm für eine Windkraftanlage od. dgl. zu errichten. Insbesondere bei Kaminen und Türmen ist dabei die Gesamthöhe wesentlich größer als der Durchmesser, während die Höhen und Durchmesser von Lagertanks normalerwei- se in derselben Größenordnung liegen.
Fig. 7 und 8 zeigen als Ausfuhrungsbeispiel die Errichtung einer rohrförmigen Struktur mit vertikaler Längsachse in Form eines Turms 33 einer Windkraftanalage, der gemäß Fig. 7 z. B. auf einem Fundament 34 und gemäß Fig. 8 z. B. im Meeres- boden 35 fest verankert ist. Dabei ist angenommen, dass der Turm 33 aus den beiden Segmenten 12 und 14 nach Fig. 2 bis 6 zusammengesetzt ist, weshalb eine Einzelheit X' der Fig. 7 und 8 den in Fig. 2 vergrößert dargestellten Stoßbereich 16 kenn¬ zeichnet. Am oberen, freien Ende des Turms 33 ist eine Gondel 36 angeordnet, die einen Rotor 37 mit horizontaler Drehachse trägt. Da Windkraftanlagen dieser Art allgemein bekannt sind, brauchen weitere Einzelheiten nicht erläutert werden. Die Herstellung und Errichtung des Turms 33 kann beispielsweise wie folgt vor¬ genommen werden:
Es wird zunächst das untere Segment 12 in an sich bekannter Weise auf dem Fun- dament 34 oder am Meeresboden 35 verankert und so ausgerichtet, dass die Längs¬ achse des Segments 12 bis auf eine tolerierbare Winkelabweichung von z. B. maximal 1° vertikal angeordnet ist. Im Anschluss daran wird das Segment 14 mit seinem unteren Endabschnitt auf den oberen Endabschitt des Segments 12 aufgelegt und unter Bildung des Hohlraums 24 zunächst koaxial auf diesem zentriert. Danach wird das Segment 14 mittels der Stellvorrichtungen 30 angehoben, um die beiden Segmente 12, 14 axial so weit zu beabstanden, dass einerseits die radiale (horizontale) Stufe des Hohlraums 24 (Fig. 2) eine gewünschte axiale Höhe besitzt, andererseits auch die Längsachse des Segments 14 bis auf eine tolerierbare Winkelabweichung von z. B. maximal 1 ° vertikal angeordnet ist.
Der Hohlraum 24 wird nun in Fig. 2 am oberen Ende mit einer Dichtung 38 ver¬ sehen. Diese besitzt vorzugsweise die auch aus Fig. 5 ersichtliche, dreieckförmige bzw. von oben nach unten und von innen nach außen schräg abfallende Form, damit Regenwasser und dgl. abfließt, ohne sich zu stauen. Die den Hohlraum 24 begrenzen- den Mantelflächen der beteiligten Segmente 12, 14 werden danach vorzugsweise getrocknet, beispielsweise unter Anwendung von trockener und warmer Luft, die in Fig. 2 von unten her in den Hohlraum 24 eingeblasen wird.
Danach wird der Hohlraum 24 auch an seinem in Fig. 2 unteren Ende mit einer insbesondere aus Fig. 3 ersichtlichen Dichtung 39 verschlossen. Diese Dichtung 39 ist vorzugsweise mit einer Einfüllöffnung versehen, an die jetzt eine Spritzdüse od. dgl. angesetzt wird, um unter Druck das flüssige Polymer in den Hohlraum 24 einzuspritzen. Das Polymer wird dann der Aushärtung überlassen, und danach wird die Spritzdüse entfernt. Nach vollständiger Erstarrung des Elastomers werden außer- dem die Stellvorrichtungen 30 entlastet, indem z. B. die Kolbenstangen 31 wieder in die zugehörigen Zylinder eingefahren werden. Dadurch wird erreicht, dass das obere Segment 14 nur noch durch die Adhäsionskräfte zwischen der Verbindungsschicht 23 und den zugehörigen Mantelflächen auf dem unteren Segment 12 abgestützt ist und die Verbindungsschicht 24 bei druckfreier Ausbildung der radialen Stufe als reine Schubfeder wirkt. Die wirksamen Längen L (Fig. 2) der Endabschnitte 18a, 19a können dabei z. B. 70 cm bis 100 cm betragen, so dass die Schubfeder eine Gesamt¬ länge von ca. 1,5 m bis 2 m besitzt.
Die Konsolen 28, 29 und Stellvorrichtungen 30 brauchen gemäß der obigen Be¬ schreibung nur derart dimensioniert sein, dass sie die Montagelasten eines einzigen Segments (z. B. 14) tragen. Sie dienen lediglich als temporäre Hilfsmittel für die Errichtung der rohrförmigen Struktur, nicht aber als Sicherung für einen Versagensfall im Bereich der Verbindungsschicht 23. Eine solche Sicherung wird vielmehr, wie oben erläutert wurde, durch diejenigen Endabschnitte (z. B. 17a, 20a in Fig. 2) gebildet, deren Stirnflächen sich nach der Montage gegenüberstehen. Je nach Länge und Gewicht eines einzelnen Segments wäre es natürlich auch denkbar, die Konsolen 28, 29 und Stellvorrichtungen 30 nicht in jedem, sondern nur z. B. in jedem zweiten oder dritten Stoßbereich 16 vorzusehen.
Wird der Turm 33 nach Fig. 7 und 8 aus mehr als zwei Segmenten 12, 14 zusammen- gesetzt, werden die weiteren Segmente analog zur obigen Beschreibung montiert und ausgerichtet.
Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, das auf vielfache Weise abgewandelt werden kann. Dies gilt insbesondere für die im Einzelfall gewählte Form der rohrförmigen Strukturen und deren Segmente, die kreiszylindrisch oder konisch ausgebildet und mit variierenden Wandstärken versehen sein können. Weiter können statt der beschriebenen Stellvorrichtungen 30 andere Mittel zum Ausrichten der Segmente vorgesehen werden. Die Strukturen und ihre Segmente können bei Bedarf aus anderen Metallen, insbesondere auch aus Edelstahl bestehen, falls dies z. B. im Falle eines Lagertanks wegen der Aufnahme aggressiver Medien erwünscht sein sollte. Die für die Elastomer- und Verbindungsschichten verwendeten Materialien können in Abhängigkeit vom Einzelfall variiert werden und sollten Elastizitätsmodule von z. B. wenigstens ca. 200 MPa bis 2000 MPa und ein Haftver¬ mögen zum verwendeten Metall von z. B. 5 MPa und mehr aufweisen. Für die Elastomerschicht 10 bzw. 21, 22 eignet sich z. B. Polyurethan auf der Basis von Polyestern oder Polyethern in Verbindung mit einem Isocyanat oder Diisocyanat, ggf. mit geeigneten Füllstoffen zur Erzielung gewünschter physikalischer Eigenschaften. Zur Vermeidung des Aufschäumens ist jedoch die Zugabe von Wasser, Carbonsäuren od. dgl. zu vermeiden und vor dem Einbringen des Elastomers in die Spalte bzw. Hohlräume eine gute Trocknung der beteiligten Mantelflächen zweckmäßig. Weiterhin könnten die Metallrohre, falls erforderlich, zwecks Erzielung besonderer Eigen¬ schaften zumindest auf ihren frei bleibenden Mantelflächen mit Beschichtungen versehen sein. Weiterhin kann das Polymer je nach Bedarf an einer oder mehreren Stellen in die Spalte 9 und Hohlräume 24 eingegossen, eingespritzt oder sonstwie eingefüllt werden. Zur Verbesserung der Gleichförmigkeit und Homogenität der zu bildenden Schichten kann es dabei zweckmäßig sein, an wenigstens einer geeigneten Stelle eine Entlüftungsöffnung vorzusehen, die nach dem Aushärten ggf. verschlossen wird. Weiter werden als Dichtungen 25, 26, 38 und 39 vorzugsweise thixotropische Dichtungen verwendet. Schließlich versteht sich, dass die verschiedenen Merkmale auch in anderen als den beschriebenen und dargestellten Kombinationen angewendet werden können.