An großen Schwimmplattformen auf Wasserflächen greifen mitunter nicht unerhebliche Windkräfte an. Wären derartige Plattformen frei beweglich, dann würden Sie dadurch gegen die Ufer oder die Beckenränder gedrückt. Das könnte erhebliche Beschädigungen hervorrufen. Sollen die Plattformen zudem drehbar sein, um diese z.B. nach der Sonne oder nach dem Wind ausrichten zu können, dann müssen die Plattformen in einer Art und Weise geführt werden, dass bei Beachtung aller auftretenden Bewegungen, die Windkräfte sicher abgefangen werden können. Folgende Ursachen von Bewegungen sind bei Schwimmplattformen auf Wasserflächen von Wasserspeicherkraftwerken zu berücksichtigen:
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Pegelschwankungen durch die Bewirtschaftung des Speichers,
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Wärmeausdehnungen durch die Temperaturschwankungen, denen die Plattform unterliegt,
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Drehbewegungen, die zur Ausrichtung der Plattform vorzunehmen sind.
Die Figuren 1 und 2 zeigen Konstruktionsprinzipien, die es ermöglichen, die daraus resultierenden Anforderungen zu erfüllen.
Die drehbare Plattform kann dabei in Analogie zu einem überdimensionalen Wälzlager sowohl in ihrer Mittelpunktlage festgehalten, als auch in die geforderten Richtungen gedreht werden.
Der sich nicht drehende Außenring wird dabei über schwimmende Übergangselemente, gegenüber den vom Beckenrand hereinreichenden Verbindungselementen, auf definiertem Abstand gehalten. Die Übergangselemente sind in der Lage, die auftretenden Kräfte aufzunehmen und sich den auftretenden Temperaturdehnungen anzupassen.
Die Pegelschwankungen werden über schwimmfähige und zugleich bei abgesenktem Wasserstand an der Beckenwand aufliegende Verbindungselemente ausgeglichen, die einen Übergang von der Neigung der Beckenwand zur Wasseroberfläche ermöglichen.
Figur 1. Gezeigt wird im oberen Bereich der Figur eine Seitenansicht eines einzelnen Positionshaltemechanismus der Trägerplattform als Schnittbild mit gleichzeitiger Darstellung bei maximalem und minimalem Füllstand und im unteren Bereich der Figur eine Draufsicht für die beiden Grenzfüllstände.
(1) Ringwall, bzw. Uferbereich, an dem die Schwimmplattform festgehalten wird.
(2) Verbindungselement aus Schwimmkörpern, die so miteinander verbunden sind, dass sie je nach Wasserstand auf der Wasseroberfläche schwimmen oder am Beckenrand bzw. am freiwerdenden Seegrund vom Ufer zur Wasserfläche hin, aufliegen.
(3) Übergangselemente, bestehend aus einem
Mechanismus, der in der Lage ist, den Abstand zwischen dem letzen
Verbindungselement (2) zum Beckenrand/Ufer und dem Außenring (5) der
Plattformzentrierung unter Einwirkung der auftretenden Kräfte auf ein
erforderliches Maß einzustellen. Der dargestellte Mechanismus, bestehend
aus einer geführten Zunge, die an die Verbindungselemente (2) zum
Beckenrand bzw. Seeufer angedockt ist und einem Maul, das mit dem
Außenring (5) der Plattformzentrierung verbunden ist, ist als eine
mögliche technische Lösung dieser Kraftübertragungs- und
Lagefixierungsaufgabe zu verstehen.
Andere Lösungen, z.B. durch Vertauschung von Maul und Zunge oder die
Verwendung von gelenkig miteinander verbundenen Bauelementen können zur
Lösung dieses Teilaspekts ebenfalls verwendet werden.
Die Kraft zur Positionshaltung des Außenrings kann beispielsweise über
Zahnstangensysteme, Hydrauliksysteme, Seilzüge (Flaschenzüge) oder
andere dafür geeignete Techniken zwischen den relativ zueinander
bewegten Komponenten aufgebracht werden.
(4) Pegelstandabhängige Lageveränderung des mit den Verbindungselementen zum Ufer verbundenen Bauteils der Übergangselemente.
(5) Schwimmender Außenring zur Zentrierung der innen liegenden Plattform.
(6) Wälzkörper, zur Übertragung der Kräfte
vom Innenring (7) auf den Außenring (5). Alle oder ein Teil dieser
Wälzkörper können auch mit einem Drehantrieb ausgestattet sein, der es
ermöglicht, die innen liegende Plattform gegenüber dem Außenring zu
drehen. Die Wälzkörper kann man sich an der Kontaktfläche zum Innen- und
Außenring bevorzugt aus belastungsfähigem Gummi, wie bei Fahrzeugreifen
vorstellen. Andere ebenfalls geeignete Materialien sind dabei nicht
ausgeschlossen.
Die Wälzkörper können aufgrund Ihrer Konstruktion selbst schwimmend
sein. Durch entsprechende Vorrichtungen sind sie in der richtigen Lage
zwischen Außen- und Innenring zu halten.
(7) Schwimmender Innenring.
(8) Maximal vorgesehene Pegelschwankung des Wasserstandes.
Die Anlage kann so konstruiert werden, dass die Verbindungselemente (2) bis zum Seegrund reichen. Damit könnte das Wasser vollständig abgelassen werden und die innerhalb liegende Plattform (9) mit den Lagehaltungselementen (3), (5), (6), (7) könnten eben auf dem Beckenboden aufliegen.
Bei der in Figur 1 dargestellten Variante dürfte das Wasser, ohne besondere Vorkehrungen, nicht unter den Mindestwasserstand abgesenkt werden, weil das andernfalls zu Beschädigungen des Lagehaltemechanismus und der Drehplattform führen könnte. Allerdings ist davon auszugehen, dass ein einmal gefüllter Ringwallspeicher nach Möglichkeit nie mehr unter den minimal vorgesehenen Füllstand abgelassen wird.
(9) Als schwimmende Module angedeutete Trägerplattform die zur Aufnahme von Solarenergieanlagen hergenommen werden können. Die damit entstehende, schwimmende Trägerplattform ist mit dem Innenring (7) auf geeignete Weise zu verbinden, damit die auftretenden Kräfte und die Drehbewegungen zur Ausrichtung, übertragen werden können. Der an den Innenring (7) angekoppelte drehbare Bereich kann neben der Nutzung als Trägerplattform für Solarenergieanlagen auch anderen Aufgaben dienen.
Aufgabe der Übergangselemente (3) ist es auch, angesichts der Größe beispielsweise eines Ringwallspeichers, dafür zu sorgen, dass der Abstand zwischen Außenring (5) und Innenring (7), in dem sich die Wälzkörper (6) bewegen, immer innerhalb des Toleranzbandes bleibt, bei dem die Funktion des Drehmechanismus sichergestellt ist.
Die Art der Konstruktion, die in vertikaler Richtung und in der Anzahl und konstruktiven Auslegung der Übergangs- und Verbindungselemente, keinen funktionsbeeinträchtigenden Beschränkungen unterliegt, erlaubt es, die an den Verbindungselementen, Übergangselementen und Wälzflächen auftretenden maximalen Kräfte so abzustimmen, dass die vorgesehenen Belastungsgrenzen eingehalten werden können.
Figur 2. Gezeigt wird eine Draufsicht auf einen Ausschnitt einer Trägerplattform mit Positionshaltemechanismen. Die Positionshaltemechanismen sind in der oberen Hälfte der Figur bei maximalem Füllstand, in der unteren Hälfte, bei minimalem Füllstand des Wasserspeichers dargestellt.
(1) Dammkrone des Ringwalls
(2) Verbindungselemente aus Schwimmkörpern, die bei Absenkung des Füllstandes vom Beckenrand beginnend auf dem Damm aufzuliegen, bis sie auf dem abgesenkten Wasserspiegel aufschwimmen. In der oberen Bildhälfte ist der maximale, in der unteren Bildhälfte der minimale Füllstand dargestellt. Die Schwimmkörper können in ihren Bewegungsfreiheitsgraden zueinander so eingeschränkt werden, dass sie nur Stellungen einnehmen können, die für ihre Funktion notwendig sind. Das kann dazu beitragen, dass ein ungewünschtes Ausknicken bei hohen auftretenden Belastungen verhindert wird.
(3) Abstandausgleichende Übergangselemente (3) von den pegelstandausgleichenden Verbindungselementen (2) zum Außenring (4) der Wälzkörper (5). Der Lösungsvorschlag umfasst auch Konstruktionen, die den Ausgleich des Abstandes bei Fixierung der Lage des Außenrings (4) und der Fähigkeit, auftretende Kräfte auf die Verbindungselemente (2) zu übertragen anders lösen. Der Lösungvorschlag besteht darin, dass diese Funktionen Bestandteil der Konstruktion zur Lagehaltung der eingeschlossenen Plattform ist.
(4) Außenring des Drehlagers. Dieser ist fest mit den Übergangselementen (3) verbunden, die den Abstandsausgleich mit den Verbindungselementen zum Beckenrand sicherstellen.
(5) Wälzkörper. Diese werden durch geeignete Vorrichtungen auf Abstand
zueinander und in der richtigen Lage gegenüber Außenring (4) und
Innenring (6) gehalten.
Alle oder ein Teil der Wälzkörper kann über entsprechende
Antriebsmechanismen in Drehung versetzt werden und auf diese Weise dafür
sorgen, dass der Innenring (6) mit der Schwimmplattform (7) in die
gewünschte Lage gedreht werden kann.
Die Art der Herstellung der Drehbewegung zwischen Außenring (4) und
Innenring (6) mit Schwimmplattform (7) kann aber auch auf andere Art
gelöst werden. Der Lösungsvorschlag besteht darin, dass die Inneren
Anlagenteile (6) und (7) gegenüber dem lagefixierten Außenring (4) in
Drehung versetzt werden können und somit in eine gewünschte Richtung
gedreht werden kann.
(6) Innring.
(7) Trägerplattform. Diese kann, je nach Zweckbestimmung z.B. Solarenergieanlagen aufnehmen jedoch zusätzlich oder alternativ auch für andere Funktionen genutzt werden.
Die Anzahl, die Größe und die Dimensionierung der Verbindungselemente (2) und Übergangselemente (3) richtet sich nach den Kräften, Anforderungen und bautechnischen Möglichkeiten bei einer konkret zu errichtenden Anlage.
In den Figuren 1 und 2 sind die funktionswichtigen Elemente prinzipiell skizziert, mit denen eine drehbare Schwimmplattform auf einem Gewässer mit Pegelschwankungen definiert positioniert werden kann. Auf Abdeckungen, Sicherheitseinrichtungen, Treppen, Zufahrtswege und andere Details, welche die Zugänglichkeit, die Sicherheit und die Bewirtschaftung der Anlage erfordert, wird dagegen nicht explizit eingegangen. Diese Aspekte leiten sich aus dem Stand der Technik ab.
Keiner weiteren Erklärung bedarf es dazu, dass wegen der Größe der Anlage davon ausgegangen wird, dass sich Außenring und Innenring, wie die gesamte Anlage aus einzelnen Bauelementen zusammensetzt, die vor Ort zusammengefügt werden.