CH712559B1 - Rohrleitung für ein im Vakuum verkehrendes Verkehrsmittel. - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Rohrleitung (1) für ein im Vakuum verkehrendes Verkehrsmittel. Die Rohrleitung ist aus einer Mehrzahl von Rohrleitungssegmenten (1') gebildet, welche Rohrleitungssegmente (1') jeweils eine aussenseitige Tragstruktur (2) aus Beton und eine innenseitige eigenstabile, luftdichte, an der Tragstruktur anliegende Auskleidung (3) aufweisen. Die Auskleidung weist eine Vielzahl von aussenseitig von der Auskleidung weg ragende Ankermittel (4) auf, welche zur Verbindung der Auskleidung mit dem Beton der Tragstruktur ausgebildet sind. Die Auskleidungen der einzelnen benachbarten Rohrleitungssegmente sind luftdicht miteinander verbunden.

Description

Gebiet der Erfindung

[0001] Die Erfindung betrifft eine aus Rohrleitungssegmenten gebildete Rohrleitung gemäss Anspruch 1, ein Rohrleitungssegment gemäss Anspruch 7 und die Verwendung der Rohrleitung für ein Verkehrsmittel.

Hintergrund

[0002] Tunnelbauten sind in verschiedener Weise aufgebaut und können im Tagbau oder Untertagbau erstellt werden. DE 40 28 292 A1 zeigt einen Tunnel, welcher zwei Vakuumtransportröhren enthält, in welchen Magnetschwebezüge verkehren. Der dargestellte Tunnelaufbau benötigt viel Raum und ist entsprechend aufwändig herzustellen. DE 32 18 642 A1 zeigt für einen mit einer Schildvortriebmaschine erzeugten Tunnelaufbau, der gegen eindringendes Wasser dicht ist, bei welchem ein Gewölbe aus Beton mit Stahlblechprofiltafeln mittels Verbunddübeln verbunden ist und bei welchem die Profiltafeln an den Stossstellen verbunden sind, um eine wasserdichte Stahlblechisolierung des Tunnels zu schaffen.

Darstellung der Erfindung

[0003] Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde eine verbesserte Rohrleitung für ein in einer Rohrleitung im Vakuum verkehrendes Verkehrsmittel bzw. Transportmittel zu schaffen. Die Rohrleitung soll für das in der Rohrleitung herrschende Vakuum geeignet und kostengünstig erstellbar sein.

[0004] Diese Aufgabe wird mit einer Rohrleitung gemäss Anspruch 1 gelöst.

[0005] Die Aufgabe wird somit durch eine Rohrleitung gelöst, die für ein im Vakuum verkehrendes Verkehrsmittel bzw. Transportmittel geeignet ist, wobei die an der aussenseitigen Tragstruktur aus Beton anliegende innenseitige eigenstabile, an der Tragstruktur anliegende Auskleidung luftdicht ausgestaltet ist. Die Auskleidung weist eine Vielzahl von aussenseitig an der Auskleidung vorgesehenen Ankermittel auf, welche von der Aussenseite weg und in die Tragstruktur aus Beton ragen, um eine Verbindung der Auskleidung mit dem Beton der Tragstruktur zu bewirken. Die Rohrleitung ist dabei nicht auf die Ausbildung als Tunnel beschränkt, sondern kann als Rohrleitung auch auf dem Untergrund bzw. auf einem auf dem Erdreich vorgesehen Fundament aufliegen, über den das Verkehrsmittel verkehren soll und/oder sie kann teilweise im Erdreich eingebettet sein und/oder auf einer Ständerstruktur aufliegen, zum Beispiel auf einer Brücke. Die Rohrleitung kann dabei auf diese Weise über verschiedene Untergründe und als Tunnel durchgehend auf die genannte Weise ausgeführt sein. Die Betontragstruktur kann dabei die statischen und dynamischen Kräfte aufnehmen, die sich bei der Verwendung der Rohrleitung als Verkehrsweg für ein im Vakuum verkehrendes Verkehrsmittel bzw. Transportmittel, insbesondere einen Zug, ergeben. Die Tragstruktur widersteht insbesondere den Kräften, die sich aus ihrem Eigengewicht und dem Gewicht des Verkehrsmittels bzw. dem Zug ergeben. Insbesondere bei einer Führung der Rohrleitung auf einer Ständerkonstruktion bzw. als Brücke bzw. Viaduktrohrleitung kann die Rohrleitung eine tragende Funktion des Viadukts bzw. der Brücke übernehmen.

[0006] Die luftdichte Auskleidung der Rohrleitung erlaubt es, den Luftdruck in der Rohrleitung soweit zu senken, dass Fahrzeuge, insbesondere dafür ausgebildete Züge, in dieser mit sehr hoher Geschwindigkeit fahren können, da praktisch kein Luftwiderstand besteht. Die aussenseitige Tragstruktur aus Beton dient zur Aufnahme der Kräfte aus einer Überdeckung der Rohrleitung, wenn diese in Art eines Tunnels mit den üblicherweise den Tunnel umgebenden Gesteinsschichten und Erdschichten ausgebildet ist oder zur Aufnahme der Kräfte, die sich ergeben, wenn die Rohrleitung offen über ein Gelände geführt ist und insbesondere auf einer Ständerkonstruktion aufliegt, wie insbesondere auch einer Brückenstruktur. Andererseits trägt die Tragstruktur aus Beton über die Ankermittel zur Stabilisierung der Auskleidung bei, welche Auskleidung die durch das Vakuum in der Rohrleitung entstehenden Kräfte aufnehmen muss. Die Tragstruktur aus Beton kann nicht als luftdicht angesehen werden, so dass an der Aussenseite der Auskleidung, die an der Innenseite der Tragstruktur anliegt, im Wesentlichen Atmosphärendruck herrscht. Die Ankermittel verhindern eine Delaminierung, worunter hier ein Ablösen der Auskleidung von der Tragstruktur gemeint ist. Da der Beton nur sehr geringe Zugfestigkeit aufweist, könnte eine Delaminierung zu einer teilweisen Zerstörung der Tragstruktur aus Beton führen, bei welcher sich benachbart der Auskleidung eine dünne Schicht des Betons löst. Dies wird durch die Ankermittel verhindert. Die Form der Ankermittel kann beliebig sein, muss aber eine erhöhte Haftung der Auskleidung an der Tragstruktur bewirken. Eine spezielle Formgebung in Form eines „Ankers“ ist aber mit dem Begriff Ankermittel nicht gemeint, jede Formgebung, die zur Verbindung von Auskleidung und Tragstruktur geeignet ist - durch Formschluss und/oder Reibschluss - ist hier unter dem Begriff Ankermittel gemeint. Die Ankermittel sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung so ausgebildet, dass durch sie kein Luftdurchtritt durch die Auskleidung möglich ist. Somit sind die Ankermittel in der Regel nicht durch die Auskleidung hindurch durchgängig vorgesehen, sondern sie ragen nur von der Aussenseite der Auskleidung ab. Falls Ankermittel vorgesehen sind, welche von der Rohrleitungsinnenseite durch die Auskleidung hindurchtreten, so sind sie gegen Luftdurchtritt abzudichten bzw. so auszugestalten, dass sie durch ihre Konstruktion die Luftdichtigkeit der Auskleidung nicht zerstören.

[0007] Bevorzugt ist die Auskleidung aus einem vakuumkompatiblen Material gebildet. Somit findet praktisch keine Ausgasung oder ein Austritt von Flüssigkeit aus dem Material der Auskleidung in die evakuierte Rohrleitung statt bzw. es entsteht kein sogenanntes „virtuelles Leck“. Vakuumkompatible Materialien sind dem Fachmann bekannt bzw. sind entsprechend gelistet. Bevorzugt ist die Auskleidung aus einem metallischen Material gebildet. Besonders bietet es sich an, die Auskleidung aus Stahl auszuführen, um genügende Festigkeit zu erzielen. Austenitischer rostfreier Stahl ist die häufigste Wahl für Hochvakuum-Anwendungen oder für Höchstvakuumanwendungen. Zum Beispiel geeignet und auch unter Schutzgas gut schweissbar sind die rostfreien Stähle 304, 304L, 316L, 347 oder 321 (nach DIN 1.4301)

[0008] Es ist weiter bevorzugt, dass die Auskleidung mehrere Schichten aufweist und nur die innerste Schicht aus einem vakuumkompatiblen Material besteht. Insbesondere kann die Auskleidung aus zwei Metallschichten bestehen. Somit kann die äussere Schicht aus einem kostengünstigeren Metall bzw. einer kostengünstigeren Stahlqualität bestehen, während für die innere Schicht, die den Rohrleitungsinnenraum begrenzt, dem die Luft weitgehend entzogen ist, eine vakuumkompatible Metall- bzw. Stahlqualität verwendet wird. Die dauerhaft luftdichte Verbindung von Abschnitten der Auskleidung bzw. der Segmente kann durch Schweissung erfolgen. Natürlich sind auch andere Verbindungsarten, wie zum Beispiel Löten oder Kleben möglich, um eine dauerhaft luftdichte Verbindung zu schaffen.

[0009] Die Ankermittel sind bevorzugt über die ganze Aussenseite der Auskleidung verteilt angeordnet. Ferner sind die Ankermittel bevorzugt in regelmässiger Anordnung an der Aussenseite der Auskleidung angeordnet. Dies ermöglicht eine homogene Verteilung der wirkenden Kräfte. Bevorzugt sind die Ankermittel aus dem Material der Auskleidung bzw. aus dem Material der äussersten Schicht der Auskleidung gebildet. Die Ankermittel können somit einstückig mit der Auskleidung gebildet werden bzw. mit der äusseren Schicht der Auskleidung. Die Ankermittel können aber auch als separate Teile aus dem Material der Auskleidung hergestellt und an dieser befestigt werden oder die Ankermittel können aus einem anderen Material als dem Auskleidungsmaterial gebildet sein. Die Länge L der Ankermittel und deren Abstände D und D' voneinander sind der jeweiligen Ausgestaltung und dem Material der Auskleidung fachmännisch anzupassen, so dass eine genügende Haftung zwischen Auskleidung und Tragstruktur erzielt wird.

[0010] Der Erfindung liegt weiter die Aufgabe zu Grunde ein verbessertes Segment für die Bildung von Rohrleitungen zu schaffen. Die Segmente können ausserhalb der Rohrleitungsbaustelle vorbereitet werden und werden später bei der Erstellung der Rohrleitung im Tagbau auf oder über Grund oder bei der Erstellung einer Rohrleitung als Tunnel im Untertagbau verwendet.

[0011] Diese Aufgabe wird mit einem Rohrleitungssegment gemäss Anspruch 7 gelöst.

[0012] Die Auskleidung ist aus einem vakuumkompatiblen Material gebildet. Somit findet praktisch keine Ausgasung oder ein Austritt von Flüssigkeit aus dem Material der Auskleidung in den evakuierten Tunnel statt bzw. es entsteht kein sogenanntes „virtuelles Leck“. Vakuumkompatible Materialien sind dem Fachmann bekannt bzw. sind entsprechend gelistet. Die Auskleidung ist aus einem metallischen Material gebildet. Besonders bietet es sich an, die Auskleidung aus Stahl auszuführen, um genügende Festigkeit zu erzielen. Austenitischer rostfreier Stahl ist die häufigste Wahl für Hochvakuum-Anwendungen oder für Höchstvakuumanwendungen. Zum Beispiel geeignet und auch unter Schutzgas gut schweissbar sind die rostfreien Stähle 304, 304L, 316L, 347 oder 321 (nach DIN 1.4301)

[0013] Ferner weist die Auskleidung mehrere Schichten auf und nur die innerste Schicht besteht aus dem vakuumkompatiblen Material. Insbesondere kann die Auskleidung aus zwei Metallschichten bestehen. Somit kann die äussere Schicht aus einem kostengünstigeren Metall bzw. einer kostengünstigeren Stahlqualität bestehen, während für die innere Schicht, die den Tunnelinnenraum begrenzt, dem die Luft weitgehend entzogen ist, eine vakuumkompatible Metall- bzw. Stahlqualität verwendet wird.

[0014] Die Ankermittel können über die ganze Aussenseite der Auskleidung verteilt angeordnet. Ferner können die Ankermittel in regelmässiger Anordnung an der Aussenseite der Auskleidung angeordnet sein. Dies ermöglicht eine homogene Verteilung der wirkenden Kräfte. Die Ankermittel können aus dem Material der Auskleidung bzw. aus dem Material der äussersten Schicht der Auskleidung gebildet. Die Ankermittel können somit einstückig mit der Auskleidung gebildet werden bzw. mit der äusseren Schicht der Auskleidung. Die Ankermittel können aber auch als separate Teile aus dem Material der Auskleidung hergestellt und an dieser befestigt werden oder die Ankermittel können aus einem anderen Material als dem Auskleidungsmaterial gebildet sein. Die Länge L der Ankermittel und deren Abstände D und D' voneinander sind der jeweiligen Ausgestaltung und dem Material der Auskleidung fachmännisch anzupassen, so dass eine genügende Haftung zwischen Auskleidung und Tragstruktur erzielt wird.

[0015] Die bevorzugte Verwendung der Rohrleitung, welche geeignet ist im Wesentlichen luftleer zu sein, ergibt sich aus Anspruch 8.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0016] Weitere Ausgestaltungen, Vorteile und Anwendungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und aus der nun folgenden Beschreibung anhand der Figuren. Dabei zeigen: Figur 1 grob schematisch eine Rohrleitung gemäss der Erfindung, die in diese Ausführungsbeispiel als Tunnel mit einem darin befindlichen Zug in vertikalem Querschnitt gezeigt ist; Figur 2 einen horizontalen Querschnitt durch einen Teil der Rohrleitung oder durch ein Segment zur Bildung der Rohrleitung; und Figur 3 eine Draufsicht auf die Aussenseite eines Teils der Auskleidung der Rohrleitung zur Erläuterung der Positionierung der Ankermittel.

Weg(e) zur Ausführung der Erfindung

[0017] Figur 1 zeigt grob schematisch einen vertikalen Querschnitt durch eine Ausführungsform der Rohrleitung gemäss der Erfindung in Form eines Tunnels. Die Rohrleitung kann in Form eines Tunnels als Tagbautunnel hergestellt worden sein oder als Untertagbautunnel. Die Rohrleitung ist ansonsten auf dem Untergrund liegend gebildet oder auf eine Ständerkonstruktion über dem Untergrund vorgesehen. Dies auch auf Brücken als Ständerkonstruktion. Bei einer bevorzugten Ausführung wird die Rohrleitung aus vorgefertigten Segmenten gebildet. Die Rohrleitung bzw. deren Segmente können aber auch in Ortsbeton herstellt werden, wobei in diesem Fall die Auskleidung als innere Schalung dienen kann. Dies ist auch bei der Vorfertigung der Segmente bevorzugt. Im Rahmen dieser Anmeldung ist das Zentrum der Rohrleitung bzw. in dem gezeigten Beispiel des Tunnels bzw. sind zum Zentrum weisende Teile oder Flächen jeweils „innen“ und nach Aussen gerichtete Teile oder Flächen sind „aussen“. Entsprechend werden die Begriffe „Innenseite“ oder „Aussenseite“ verwendet. Der Pfeil A in Figur 1 zeigt somit von innen nach aussen.

[0018] Eine Rohrleitung bzw. Tunnel 1 gemäss dem grob schematisch gezeigten Beispiel weist eine Tragstruktur 2 aus Beton und eine innere Auskleidung 3 auf. Die Auskleidung 3 begrenzt somit den Innenraum 10 des Tunnels 1 bzw. der Rohrleitung. Da die Auskleidung luftdicht ist, erlaubt sie es, denn Innenraum 10 im Wesentlichen luftleer zu machen und zu halten. Die entsprechenden Geräte sind nicht dargestellt und sind nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Das Gestein bzw. Erdreich ist mit 6 und 7 dargestellt. Die üblichen Drainagevorrichtungen für einen Tunnel umgebenden Gestein oder Erdreich 6, 7 sind nicht dargestellt. Diese sind dem Fachmann bekannt und können auf herkömmliche Weise ausgeführt werden. Im im Wesentlichen luftleeren Rohrleitungsinnenraum kann ein Verkehrsmittel 8, insbesondere ein Personenzug, auf nicht dargestellten Schienen und/oder als Magnetschwebebahn oder auf andere Weise geführt und angetrieben verkehren. Auch dies wird hier nicht weiter erläutert.

[0019] Die Auskleidung 3 liegt mit ihrer Aussenseite 3' an der Innenseite der Tragstruktur an, vorzugsweise liegt sie überall an der Innenseite der Tragstruktur an. Die Auskleidung 3 weist an ihrer Aussenseite eine Vielzahl von Verankerungsmitteln 4 auf, welche vorgesehen sind, um die Auskleidung 3 mit dem Beton der Tragstruktur 2 zu verbinden bzw. eine Delaminierung der Auskleidung von der Tragstruktur zu verhindern. In Figur 1 sind nur ein paar wenige der Ankermittel 4 angedeutet. In der Regel werden Ankermittel 4 über die ganze Aussenseite 3' der Auskleidung verteilt angeordnet sein. Vorzugsweise in einer regelmässigen Anordnung, wie in den Figuren 2 und 3 ersichtlich. Figur 2 zeigt einen Teil eines Längsschnitts durch die Rohrleitung bzw. in diesem Beispiel durch den Tunnel 1 oder zeigt für den Fall, dass es sich um einzelne, zum Beispiel ringförmige, Rohrleitungssegmente 1' handelt, einen Längsschnitt durch ein Rohrleitungssegment 1' und einen Teil des benachbarten Rohrleitungssegments 1'. Figur 3 zeigt eine Ansicht auf einen Teil der Aussenseite 3' der Auskleidung 3 ohne die Tragstruktur 2. Die Figuren 2 und 3 zeigen eine regelmässige Anordnung der Ankermittel 4 mit einem Abstand D voneinander. Die Auskleidung hat die Dicke T und die Länge der Ankermittel ist mit L angegeben. Wie erläutert, ist die Auskleidung vorzugsweise aus Metall gebildet. Die Ankermittel 4 können aus dem Metall der Auskleidung bestehen oder können aus einem separaten Material gebildet sein. Bevorzugt ragen die Ankermittel von der Aussenseite 3' ab und treten nicht durch die Auskleidung hindurch, um die Gefahr eines Luftlecks im Bereich eines Ankermittels zu vermeiden. Die Länge L der Ankermittel und deren Abstand D bzw. deren Abstand D' voneinander sind der jeweiligen Ausgestaltung und dem Material der Auskleidung fachmännisch anzupassen, so dass eine genügende Haftung zwischen Auskleidung und Tragstruktur erzielt wird.

[0020] Die Form der Ankermittel kann beliebig sein, sofern sichergestellt ist, dass sie durch genügenden Formschluss und/oder Reibschluss mit dem Beton der Tragstruktur 2 eine ausreichende Verbindung von Tragstruktur und Auskleidung erzielen.

[0021] Die Herstellung einer Rohrleitung bzw. im Beispiel eines Tunnels gemäss der Erfindung kann erfolgen, indem einzelne Rohrleitungssegmente bzw. im Beispiel Tunnelsegmente 1' vorgefertigt werden und am Ort der Rohrleitung bzw. des Tunnels zusammengesetzt werden, was im Falle eines Tunnels im Tagbau oder auch Untertagbau erfolgen kann und im Falle einer Rohrleitung, die auf oder über Grund verläuft natürlich im Tagbau erfolgt. Dabei werden die Auskleidungen benachbarter Segmente 1' luftdicht verbunden, vorzugsweise verschweisst. Auch eine Lötung oder Klebung zur Erzielung einer dauerhaft luftdichten Verbindung ist möglich. In den Figuren 2 und 3 sind zwei benachbarte Segmente 1' teilweise dargestellt und die Schweissnaht ist mit 11 bezeichnet. Zur Herstellung der Segmente kann zunächst die Auskleidung 3 mit den Ankermitteln 4 gebildet werden und diese dient bei der Herstellung der Tragstruktur 2 als innere Schalung für den Beton der Tragstruktur. Auf dieselbe Weise kann vorgegangen werden, wenn Rohrleitungsabschnitte vor Ort erstellt werden und die innere Auskleidung als Schalung für den Beton dient, der entweder zwischen die Auskleidung und den Fels des Ausbruchs beim Untertagbau eingebracht wird oder der im Falle der Bildung einer Rohrleitung im Tagbaus zwischen die Auskleidung und eine äussere Schalung eingebracht wird.

[0022] In Figur 1 ist eine Sohle 7 des Ausbruchs bzw. der Tagbaustelle angedeutet und das umgebende Erdreich oder Gestein mit der Bezugsziffer 6. Die kreisrunde Form des Rohrleitungsquerschnitts ist für die durch das Vakuum in der Rohrleitung bzw. im Tunnel entstehenden Kräfte bevorzugt. Es ist aber auch möglich, die Rohrleitung an ihrer Unterseite flach auszuführen.

Claims (9)

1. Rohrleitung (1) für ein im Vakuum verkehrendes Verkehrsmittel, dadurch gekennzeichnet, dass diese aus einer Mehrzahl von Rohrleitungssegmenten (1') gebildet ist, welche Rohrleitungssegmente (1') jeweils eine aussenseitige Tragstruktur (2) aus Beton und eine innenseitige eigenstabile, luftdichte, an der Tragstruktur anliegende Auskleidung (3) aufweisen, welche Auskleidung eine Vielzahl von aussenseitig von der Auskleidung weg ragende Ankermittel (4) aufweist, welche zur Verbindung der Auskleidung mit dem Beton der Tragstruktur ausgebildet sind und wobei die Auskleidungen der einzelnen benachbarten Rohrleitungssegmente luftdicht miteinander verbunden sind.

2. Rohrleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Auskleidung aus einem vakuumkompatiblen Material gebildet ist.

3. Rohrleitung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Auskleidung mehrere Schichten aufweist und die innerste Schicht aus dem vakuumkompatiblen Material besteht.

4. Rohrleitung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Auskleidungen aus Metall gebildet sind, und dass die benachbarten Auskleidungen durch Schweissung verbunden sind.

5. Rohrleitung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ankermittel (4) über die ganze Aussenseite (3') der jeweiligen Auskleidung verteilt angeordnet sind, und insbesondere, dass die Ankermittel in regelmässiger Anordnung an der Aussenseite (3') der jeweiligen Auskleidung angeordnet sind.

6. Rohrleitung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ankermittel aus dem Material der jeweiligen Auskleidung bzw. für den Fall einer mehrschichtigen Auskleidung aus dem Material der äussersten Schicht der jeweiligen Auskleidung gebildet sind.

7. Rohrleitungssegment (1') zur Bildung einer Rohrleitung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohrleitungssegment (1') eine aussenseitige Tragstruktur (2) aus Beton und eine innenseitige eigenstabile, luftdichte, an der Tragstruktur anliegende Auskleidung (3) aufweist, welche Auskleidung eine Vielzahl von aussenseitig von der Auskleidung weg ragende Ankermittel (4) aufweist, welche zur Verbindung der Auskleidung mit dem Beton der Tragstruktur ausgebildet sind, wobei die Auskleidung ein vakuumkompatibles Metallmaterial umfasst und mehrere Schichten aufweist und die innerste Schicht aus dem vakuumkompatiblen Metallmaterial besteht.

8. Verwendung einer Rohrleitung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 als Rohrleitung für ein in der im Wesentlichen luftleeren Rohrleitung verkehrendes Verkehrsmittel.

9. Verwendung einer Rohrleitung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 als tragender Teil einer Viaduktkonstruktion.