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Die
vorliegende Erfindung betrifft die Ausbildung von dichten und thermisch
isolierten Tanks, die aus Tankwänden,
welche an der Tragstruktur einer schwimmenden Konstruktion befestigt
sind, bestehen und für
die Produktion, die Lagerung, die Beschickung, den Seetransport
und/oder das Entladen gekühlter
Flüssigkeiten
wie Flüssiggasen,
insbesondere solcher mit hohem Methangehalt, geeignet sind. Die
vorliegende Erfindung betrifft ferner einen mit einem derartigen
Tank versehenen Gastanker.
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Der
Seetransport von Flüssiggas
bei sehr geringer Temperatur erfolgt mit einer Verdampfungsrate
pro Seereisetag, die so weit wie möglich reduziert werden soll,
was eine Verbesserung der thermischen Isolierung der entsprechenden
Tanks impliziert.
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Es
wurde bereits ein dichter und thermisch isolierter Tank aus an der
Tragstruktur eines Schiffs befestigten Tankwänden vorgeschlagen, wobei die Tankwände in Richtung
der Dicke von der Innen- zur Außenseite
des Tanks aufeinanderfolgend aufweisen: eine primäre Dichtungssperrschicht,
eine primäre
Isoliersperrschicht, eine sekundäre
Dichtungssperrschicht und eine sekundäre Isoliersperrschicht, wobei
mindestens eine der Isoliersperrschichten im wesentlichen aus aneinander
liegenden wärmedämmenden
Elementen gebildet ist, die jeweils eine thermisch isolierende Lage
in Form einer zu der Wand parallelen Schicht und Tragelemente aufweisen,
die sich durch die Dicke der thermisch isolierenden Lage erstrecken,
um Druckkräfte
aufzunehmen.
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In
FR-A-2527544 beispielsweise
bestehen diese Isoliersperrschichten aus geschlossenen quaderförmigen Sperrholzkästen, die
mit Perlit gefüllt sind.
Der Kasten weist innen tragende Streben auf, die zwischen einer
Deckeltafel und einer Bodentafel angeordnet sind, um dem hydrostatischen
Druck der im Tank enthaltenen Flüssigkeit
zu widerstehen. Zwischen den tragenden Streben sind nicht tragende Streben
aus Schaumstoff vorgesehen, um deren relative Positionierung zu
gewährleisten.
Die Herstellung eines derartigen Kastens, welche die Montage der
Seitenwände
aus Sperrholzbrettern und das Anordnen der Streben umfasst, erfordert
zahlreiche Montageschritte, insbesondere Heftvorgänge. Darüber hinaus
verkompliziert die Verwendung eines Pulvers wie Perlit die Herstellung
der Kästen,
da das Pulver Staub erzeugt. Es ist daher erforderlich, qualitativ
hochwertiges und damit teures Sperrholz zu verwenden, um eine gute
Staubdichtigkeit des Kastens zu erreichen, das heißt es ist
ein Sperrholz ohne Astknoten erforderlich. Darüber hinaus ist es erforderlich,
das Pulver mit einem bestimmten Druck in den Kasten einzubringen,
und es ist erforderlich, Stickstoff in jeden Kasten einzuleiten,
um aus Sicherheitsgründen
jegliche vorhandene Luft auszutreiben. All diese Vorgänge verkomplizieren
die Herstellung und erhöhen
die Kosten der Kästen.
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Wenn
ferner die Dicke der isolierenden Kästen einer Isoliersperrschicht
erhöht
wird, steigt die Gefahr des Knickens der Wände der Kästen und der tragenden Streben
erheblich. Soll die Knickfestigkeit der Kästen und ihrer inneren tragenden
Streben erhöht
werden, muss der Querschnitt dieser Streben vergrößert werden,
wodurch die zwischen dem Flüssiggas
und der Tragstruktur des Schiffs gebildeten Wärmebrücken noch vergrößert. Des
weiteren ist bei einer Erhöhung
der Dicke der Kästen
festzustellen, dass im Inneren der Kästen für eine gute thermische Isolierung
sehr nachteilige Gaskonvektionsströmungen entstehen.
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In
FR-A-2798902 sind
andere thermisch isolierende Kästen
beschrieben, die für
die Verwendung in einem derartigen Tank bestimmt sind. Ihre Herstellung
umfasst das abwechselnde Aufeinanderschichten mehrerer Schaumstoffschichten
mit geringer Dichte und mehrerer Sperrholzschichten unter Zwischenfügung von
Klebstoff zwischen jeder Schaumstoffschicht und jeder Platte, bis
die Höhe
des Stapels der Länge
der Kästen
entspricht, das Schneiden des genann ten Stapels in Scheiben in Richtung
der Höhe
in regelmäßigen Abständen entsprechend
der Dicke eines Kastens, und das Aufkleben einer Boden- und einer
Deckeltafel aus Sperrholz auf die jeweiligen Seiten einer derartigen
abgetrennten Scheibe, wobei die Tafeln sich senkrecht zu den als
Streben dienenden geschnittenen Platten erstrecken. Zwar wird auf
diese Weise ein guter Kompromiss zwischen der Knickfestigkeit und
der thermischen Isolierung erreicht, jedoch erfordert auch dieser
Herstellungsvorgang zahlreiche Montageschritte.
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US-4 416 715-A beschreibt
eine starre isolierende Tafel bestehend aus einer gefalteten Bahn
und einer Hülle.
Die Hülle
ist mit granularem Isoliermaterial gefüllt. Die gefaltete Bahn bildet
eine Bewehrung, welche die Hülle
versteift. Die einstückige
gefaltete Bahn wird durch Falten einer Papier- oder Kartonbahn gebildet.
Für sich
genommen weist die gefaltete Bahn an den gebildeten Falten, die
darüber
hinaus biegsame Gelenke zwischen den Feldern bilden, keine Steifigkeit
auf. Daher wird die gefaltete Bahn beim Transfer der Bahn zwischen
zwei Montagestationen durch Vorsprünge und Finger in Form gehalten.
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US 3,895,152-A beschreibt
ferner eine Verbundkonstruktion, die eine einstückige Tragestruktur aufweist.
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Es
ist die Aufgabe der Erfindung, einen Tank des genannten Typs zu
schaffen, beidem mindestens eine der folgenden Eigenschaften verbessert
ist: die Herstellungskosten des Tanks, die Druckfestigkeit der Wände und
die thermische Isolierung der Wände, ohne
hierdurch die anderen Eigenschaften zu beeinträchtigen. Es ist eine weitere
Aufgabe der Erfindung einen Tank des genannten Typs zu schaffen,
dessen wärmedämmende Elemente
einfacher herstellbar sind, ohne dadurch die Druckfestigkeit der
Wände und
die thermische Isolierung der Wände
zu beeinträchtigen,
jedoch gegebenenfalls auf diese Weise diese Eigenschaften zu verbessern.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen
des Anspruchs 1 gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Ein
erfindungsgemäßer dichter
und thermisch isolierter Tank weist mindestens eine am Rumpf einer
schwimmenden Struktur befestigte Tankwand auf, die in Richtung ihrer
Dicke von innen nach außen
aufeinander folgend eine primäre
Dichtungssperrschicht, eine primäre
Isoliersperrschicht, eine sekundäre
Dichtungssperrschicht und eine sekundäre Isoliersperrschicht aufweist,
wobei mindestens eine der Isoliersperrschichten im wesentlichen aus
aneinander liegenden wärmedämmenden
Elementen besteht, wobei jedes wärmedämmende Element
eine thermisch isolierende Einlage, die in Form einer zu der Tankwand
parallelen Schicht vorgesehen ist, und Druckkräfte aufnehmende Trägerelemente
aufweist. Die Trägerelemente
eines wärmedämmenden
Elements sind als mindestens eine einstückige Tragstruktur ausgebildet,
die jeweils Verbindungseinrichtungen aufweisen, welche die Trägerelemente
untereinander und mindestens einen Teil der Höhe der Trägerelemente starr verbinden.
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Eine
derartige einstückige
Tragstruktur vereint mechanische Eigenschaften, die gleichzeitig
hinsichtlich der Steifigkeit und der Knickfestigkeit in Richtung
der Dicke der hohlen Elemente, der Einfachheit der Formgebung, der
thermischen Isolierung und der Herstellungskosten sehr vorteilhaft
sind. Bei einer bestimmten Geometrie der Trägerelemente wird ihre Knickfestigkeit
durch die starren einstückigen
Verbindungen gegenüber
getrennten Trägerelementen
erhöht.
Die Herstellung der Verbindungen zwischen den Trägerelementen und der Trägerelemente,
das heißt
mindestens eines Bereichs ihrer Höhe, als ein Teil ermöglicht darüber hinaus
einige Montagevorgänge
wirtschaftlicher zu gestalten. Sie ermöglicht eine relativ starre
Tragstruktur, ohne den Querschnitt der Trägerelemente und/oder deren
Dicke, und damit die Wärmebrücken, übermäßig zu vergrößern, und
sie vereinfacht das Anbringen der thermisch isolierenden Einlage
in dem wärmedämmenden
Element.
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Nach
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Verbindungseinrichtungen weisen die Verbindungseinrichtungen
einer Tragstruktur eine Tafel auf, die sich parallel zur Tankwand
auf einer Seite des wärmedämmenden
Elements erstreckt, wobei die Trägerelemente
in bezug auf eine Innenseite der Tafel vorstehen. Anders ausgedrückt weist
die Tragstruktur in diesem Fall eine Bodentafel oder eine Deckeltafel
des wärmedämmenden
Elements auf. Üblicherweise
wird als Deckel eine Tafel oder Platte bezeichnet, die auf der dem
Inneren des Tanks zugewandten Seite des wärmedämmenden Materials angeordnet
ist, während
als Boden eine Tafel oder Platte bezeichnet wird, die auf der Seite
des wärmedämmenden
Elements angeordnet ist, welche der Tragstruktur des Schiffs zugewandt
ist. Die derart gebildete Tragstruktur kann ebenfalls gleichzeitig
eine Boden- und eine Deckeltafel oder -platte aufweisen.
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Nach
einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel
der Tragstruktur weist die mindestens eine Tragstruktur eines wärmedämmenden
Elements die Form eines Hohlprofils mit einem in Längsrichtung konstanten
Querschnitt auf.
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Derartige
Tragstrukturen können
beispielsweise durch Extrudieren oder Pultrusion eines beliebigen
geeigneten Materials gebildet werden. Insbesondere können derartige
Profile mit konstantem Querschnitt mittels einer Düse zur kontinuierlichen Extrusion
erhalten werden, an deren Ausgang das hohle Element mit der gewünschten
Länge abgeschnitten
wird, so dass die Abmessungen der entsprechenden wärmedämmenden
Elemente leicht veränderbar
sind. Zahlreiche Querschnittsformen des Profils sind erzielbar.
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Die
Trägerelemente
können
jegliche Form haben. Nach einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel
der Trägerelemente
weisen die Trägerelemente einer
Tragstruktur mindestens zwei längsverlaufende Trennwände auf,
die zur Bildung mindestens eines zur Aufnahme der thermisch isolierenden
Einlage geeigneten Hohlraums mit konstantem Querschnitt voneinander
beabstandet angeordnet sind. Derartige Trennwände dienen gleichzeitig als
Tragstreben zum Abstützen
gegen den auf die wärmedämmenden
Elemente einwirkenden Drucks und als Abtrennungen zwischen den Hohlräumen. Diese
Hohlräume, deren Anzahl
pro wärmedämmendem
Element eins und mehr betragen kann, erlauben ein leichtes Einsetzen der
Isoliereinlage in das wärmedämmende Element, insbesondere über das
Ende im Fall eines Profils.
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Vorteilhafterweise
umfassen die längsverlaufenden
Trennwände
mindestens eine Trennwand, die im wesentlichen senkrecht zur Tankwand
verläuft. Eine
derartige Struktur verbessert die Verteilung der auf die längsverlaufenden
Trennwände
wirkenden Spannungen. Die längsverlaufenden
Hohlräume können somit
einen im wesentlichen rechteckigen oder quadratischen Querschnitt
haben.
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Vorzugsweise
umfassen die längsverlaufenden
Trennwände
mindestens eine in bezug auf die Tankwand geneigte Trennwand, wobei
vorzugsweise zwei Trennwände
mit zueinander entgegengesetzter Neigungsrichtung vorgesehen sind.
Derartige schräge
Trennwände
ermöglichen
gleichzeitig das Aufnehmen von Scherkräften und von Knick- und Kippkräften. Es
können
Hohlräume
mit anderen Querschnittsformen, beispielsweise trapezförmig oder
dreieckig, vorgesehen sein.
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Vorteilhafterweise
umfassen die Verbindungseinrichtungen einer Tragstruktur mindestens eine
Verbindungswand, welche die längsverlaufenden
Trennwände über deren
gesamte Länge
verbinden, wobei die längsverlaufenden
Trennwände
eine Verdickung im Bereich ihrer Zonen der Verbindung mit der mindestens
einen Verbindungswand aufweisen. Eine derartige Verbindungswand
kann in bezug auf die Tankwand parallel oder schräg verlaufen.
Es kann sich insbesondere um eine Bodentafel und/oder eine Deckeltafel
handeln. Eine derartige Verdickung verbessert die Festigkeit und
die Steifigkeit der entsprechenden Verbindungszone.
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Nach
einem besonderen Ausführungsbeispiel
der längsverlaufenden
Trennwände
weist das wärmedämmende Element
eine Bodentafel und eine Deckeltafel auf und mindestens eine der
in seitlicher Richtung des wärmedämmenden
Elements am weitesten außen
gelegenen längsverlaufenden
Trennwände
ist von dem entsprechenden Seitenrand der Boden- und/oder der Deckeltafel
beabstandet, um einen Endhohlraum zu bilden, der eine offene Seite aufweist.
Ein derartiger Endhohlraum, der an einer oder beiden Seiten eines
wärmedämmenden
Elements vorgesehen sein kann, bildet einen Raum zwischen den äußersten
längsverlaufenden
Trennwänden
zweier benachbarter wärmedämmender
Elemente. Dieser Raum ermöglicht
das Einsetzen einer Isoliereinlage, um die Kontinuität der Isoliersperrschicht
an den Grenzflächen
der nebeneinander liegenden Wärmedämmenden
Elemente zu wahren.
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Nach
einem anderen Ausführungsbeispiel der
Trägerelemente
weisen die Trägerelemente
der mindestens einen Tragstruktur Pfosten oder Stützelemente
mit in bezug auf die Abmessungen des wärmedämmendem Elements geringem Querschnitt
in einer zur Tankwand parallelen Ebene auf.
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Derartige
Stützen
mit geringem Querschnitt bieten den Vorteil, in Abhängigkeit
von lokalen Notwendigkeiten im wärmedämmenden
Element verteilt werden zu können.
Durch Anpassen der Anzahl und der Verteilung der Tragpfosten kann
die Druckfestigkeit des wärmedämmenden
Elements insbesondere gleichmäßiger als
mit den bekannten Streben gestaltet werden. Es ist ebenso möglich, eine
lokale Eindrückung
oder eine Quetschung der Deckeltafel zu verhindern. Derartige Pfosten
können
einen hohlen oder massiven Querschnitt aufweisen, der zahlreiche mögliche Formen
haben kann. Insbesondere ermöglichen
es hohle Pfosten mit geschlossenem Querschnitt eine sehr gute Knickfestigkeit
bei gleichzeitigem Minimieren des wirksamen Wärmeleitungsquerschnitts zu
erreichen.
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Nach
einem anderen Ausführungsbeispiel der
Verbindungseinrichtungen weisen diese Arme auf, welche sich zwischen
die Trägerelemente
erstrecken. Vorteilhafterweise erstrecken sich die Arme parallel
zur Tankwand entlang mindestens einer Seite der Isoliereinlage.
Derart angeordnet, bieten die Arme eine sich an die Fläche der
Trägerelemente
anschließende
zusätzliche
Fläche
zum Befestigen einer eventuellen Boden- und/oder Deckeltafel, die
unabhängig
von der Tragstruktur gebildet ist.
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Nach
einem besonderen Ausführungsbeispiel
der Tragstruktur weist die mindestens eine Tragstruktur die Form
eines Kastens mit um die gesamte Innenseite der Tafel verlaufenden
aufragenden Umfangswänden.
Eine derartige Ausbildung ermöglicht
das Anbringen einer Isoliereinlage in Form einer granularen Substanz.
Je nach Art der Isoliereinlage können
jedoch auch wärmedämmende Elemente
ohne Umfangswände
verwendet werden.
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Die
wärmedämmenden
Elemente können
offen oder geschlossen sein. Vorteilhafterweise gewährleistet
das Vorhandensein einer Deckeltafel eine gleichmäßige Stützung der benachbarten Dichtungssperrschicht.
Jedoch ist eine derartige Tafel nicht obligatorisch, da diese Stützung auch
durch die Trägerelemente
allein in ausreichender Weise erfolgen kann. Vorteilhafterweise
gewährleistet
das Vorhandensein einer Bodentafel eine gut verteilte Übertragung
der Druckkräfte
von der primären
Isoliersperrschicht in Richtung der sekundären Isoliersperrschicht oder
von der sekundären
Isoliersperrschicht zum Rumpf. Eine derartige Tafel ist jedoch nicht
obligatorisch, da diese Übertragung
auch durch die Trägerelemente
allein in ausreichender Weise erfolgen kann. Derartige Tafeln können auf
mehrere Arten gebildet werden. Wie bereits erwähnt, besteht eine Möglichkeit
darin, eine Tragstruktur zu bilden, bei der eine Tafel einstückig mit
den Trägerelementen
verbunden ist.
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In
diesem Fall ist nach einem besonderen Ausführungsbeispiel des wärmedämmenden
Elements vorgesehen, dass dieses eine zweite Tafel aufweist, die
unabhängig
von der Tragstruktur gebildet ist und die an den Enden der Trägerelemente
gegenüber
der ersten Tafel zur Bildung der Verbindungseinrichtungen angebracht
ist.
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Zu
diesem Zweck kann jegliches Befestigungsmittel verwendet werden.
Vorteilhafterweise weist die Innenseite der zweiten Tafel Ausnehmungen
auf, die derart ausgebildet sind, dass sie durch Zusammenstecken
mit den Trägerelementen
zusammenwirken.
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In
diesem Fall weist die zweite Tafel vorzugsweise einen anderen Wärmedehnungskoeffizienten auf
als die Trägerelemente,
um bei der Abkühlung des
Tanks eine Klemmung zwischen der zweiten Tafel und den in diese
eingesteckten Trägerelementen zu
erreichen.
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Nach
einem anderen Ausführungsbeispiel des
wärmedämmenden
Elements weist dieses zwei Tragstrukturen auf, die derart ausgebildet
sind, dass ihre jeweiligen Tafeln mit ihren Innenseiten einander zugewandt
sind, wobei die von diesen Innenseiten abstehenden Trägerelemente
paarweise an ihren einander gegenüberliegenden Enden zur Bildung
jeweils eines Trägerelements
des wärmedämmenden Elements
miteinander verbunden werden. Anders ausgedrückt werden in diesem Fall die
Trägerelemente
jeder der Tragstrukturen in Stoßverbindung aneinandergesetzt,
um jeweils ein Trägerelement
mit zwei Teilen zu bilden, die sich jeweils durch einen Bereich
der Dicke des wärmedämmenden
Elements erstrecken. Es können
insbesondere zwei vollständig symmetrische
Tragstrukturen verwendet werden.
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Vorteilhafterweise
ist ein Isolierteil mit einer Wärmeleitfähigkeit,
die geringer als diejenige der Trägerelemente ist, jeweils zwischen
die beiden zusammengefügten
Trägerelemente
eingesetzt. Dies ermöglicht
eine Verbesserung der durch das wärmedämmende Element bewirkten thermischen
Isolierung.
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Das
Zusammenfügen
der beiden Tragstrukturen kann mit jedem beliebigen Mittel erfolgen.
Vorzugsweise sind die Trägerelemente
der beiden Tragstrukturen jeweils paarweise durch eine Verbindungseinrichtung
verbunden, deren Wärmedehnungskoeffizient
von demjenigen der Trägerelemente
verschieden ist, um beim Abkühlen
des Tanks ein Klemmen zwischen der Verbindungseinrichtung und den
Trägerelementen
zu erreichen. Nach einer Variante oder in Kombination damit kann
die Verbindungseinrichtung auch eingesteckt sein, geklebt sein,
mit Clipsen verbunden sein, oder dergleichen.
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Vorzugsweise
wird/werden die Tragstruktur/-en eines wärmedämmenden Elements durch Formen,
Extrudieren, Pultrusion, Warmformen, Blasformen, Spritzgießen oder
Drehformen hergestellt. Die Tragstrukturen können aus jedem für die genannten
Verfahren geeigneten Materialien hergestellt werden, insbesondere
aus Kunststoffen wie PC, PBT, PA, PVC, PE, PS, PU und anderen Harzen.
Vorteilhafterweise bestehen die Tragstrukturen aus Verbundmaterial.
Die Verwendung dieser Art von Material vereint die Bedingungen,
die für
das Erhalten von Trägerelementen
mit einer geringeren Wanddicke als bei Sperrholz erforderlich sind,
bei gleichzeitiger besserer oder gleicher Wärmeleitung und einem geringeren
Wärmedehnungskoeffizienten.
Die Tragstrukturen können
beispielsweise aus Verbundmaterial auf der Basis von Polymerharz,
beispielsweise Polyesterharz oder dergleichen, bestehen. Im Sinne
der Erfindung umfassen Verbundmaterialien auf Polymerharzbasis Polymere
oder Polymermischungen mit jeder Art von Füllungen, Zusätzen, Verstärkungen oder
Fasern, beispielsweise Glasfasern oder dergleichen, die eine ausreichende
Steifigkeit und eine ausreichende Bruchfestigkeit sowie andere Eigenschaften
bewirken. Es können
Zusätze
zur Verringerung der Materialdichte und/oder zur Verbesserung der thermischen
Eigenschaften, insbesondere durch Verringern der Wärmeleitfähigkeit
und/oder des Ausdehnungskoeffizienten, verwendet werden. Es kann
gleichermaßen
ein Verbundmaterial verwendet werden, das einen hohen Anteil an
Holzmehl mit einem synthetischen Bindemittel aufweist. Bei bestimmten
Ausführungsbeispielen
kann die Tragstruktur auch aus Schichtholz oder Sperrholz bestehen,
das unter Heißdruck
geformt wurde.
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Nach
einem besonderen Ausführungsbeispiel
ist die mindestens eine aus den wärmedämmenden Elementen gebildete
Isoliersperrschicht jeweils mit einer der Dichtungssperrschichten
bedeckt, die aus Metallbahnen aus Dünnblech mit geringem Dehnungskoeffizienten
bestehen, deren Ränder
zur Außenseite
der wärmedämmenden
Elemente gebogen sind, wobei die wärmedämmenden Elemente Deckeltafeln
mit parallelen Nuten aufweisen, die um die Breite einer Metallbahn
beabstandet sind und in welchen Schweißträger gleitend verschiebbar gehalten
sind, wobei jeder Schweißträger einen
durchgehenden Schenkel aufweist, der über die Außenseite der Deckeltafel ragt
und an dessen beide Seiten die aufragenden Ränder zweier benachbarter Bahnen dicht
geschweißt
werden. Die gleitend verschiebbaren Schweißträger bilden Gleitfu gen, die
es den verschiedenen Sperrschichten ermöglichen, sich relativ zueinander
unter der Einwirkung der Unterschiede in der thermischen Kontraktion
und der Bewegungen der in dem Tank enthaltenen Flüssigkeit
zu verschieben.
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Vorteilhafterweise
sind die parallelen Nuten in von den Deckeltafeln abstehenden Längsrippen ausgebildet.
Diese Ausbildungsform ermöglicht
eine Verringerung der Dicke der Deckeltafeln zwischen den Rippen.
Vorteilhafterweise ist zwischen den Längsrippen auf den Deckeltafeln
eine Isolierschaumschicht vorgesehen, um die Dichtungssperrschicht
zu unterstützen,
welche die hohlen Elemente bedeckt.
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Vorteilhafterweise
fixieren sekundäre
Rückhalteorgane,
die fest mit der Tragstruktur des Schiffs verbunden sind, die wärmedämmenden
Elemente, welche die sekundäre
Isolierschicht bilden, an der Tragstruktur, und primäre Rückhalteorgane,
die mit den Schweißträgern der
sekundären
Dichtungssperrschicht verbunden sind, halten die primäre Isoliersperrschicht
an der sekundären
Dichtungssperrschicht, wobei die Schweißträger die sekundäre Dichtungssperrschicht
an den Deckeltafeln der wärmedämmenden
Elemente der sekundären
Isoliersperrschicht halten. Auf diese Weise wird eine Verankerung
der primären
Isoliersperrschicht an der sekundären Isoliersperrschicht bewirkt,
ohne Beeinträchtigung
der Kontinuität
der zwischen diesen angeordneten sekundären Dichtungssperrschicht.
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Nach
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
weist die thermisch isolierende Einlage starren oder flexiblen,
verstärkten
oder nicht verstärkten Schaumstoff
mit geringer Dichte auf, d.h. unter 60 kg/m3,
beispielsweise in der Größenordnung
von 40 bis 50 kg/m3, der sehr gute thermische
Eigenschaften hat. Es kann ferner ein Material mit einer Porosität in der
Größenordnung
von Nanometern vom Typ Aerogel verwendet werden. Ein Material vom
Typ Aerogel ist ein massives Material von geringer Dichte, das eine
extrem feine und stark poröse
Struktur bis zu 99% hat. Die Porengröße dieser Materialien erstreckt sich
typischerweise zwischen 10 und 20 Nanometer. Die nanometrische Struktur
dieser Materialien begrenzt die mittlere freie Weglänge der
Gasmoleküle und
damit den konvektiven Transport von Wärme und Masse erheblich. Aerogels
sind somit sehr gute Wärmeisolatoren
mit einer thermischen Leitfähigkeit beispielsweise
unter 20·10–3W·m–1·K–1,
vorzugsweise unter 16·10–3W·m–1·K–1.
Sie haben üblicherweise
eine Wärmeleitfähigkeit,
die 2 bis 4 mal geringer als die anderer herkömmlicher Isoliermittel wie
Schaumstoffe ist. Aerogels können
in verschiedener Form aufbereitet sein, beispielsweise als Pulver,
Kugeln, nicht verwebte Fasern, Gewebe, etc. Die sehr guten Isoliereigenschaften
dieser Materialien eine Verringerung der Dicke der Isoliersperrschichten,
in denen sie verwendet werden, was zu einem Gewinn an Nutzvolumen
im Tank führt.
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Die
Erfindung schafft ferner eine schwimmende Struktur, insbesondere
einen Gastanker, der einen dichten und thermisch isolierten Tank
gemäß der vorangehenden
Beschreibung der Erfindung aufweist. Ein derartiger Tank kann insbesondere
in einer schwimmenden Anlage zur Produktion und Lagerung (die unter
der englischen Abkürzung
FPSO bekannt ist) verwendet werden, wo er der Lagerung von Flüssiggas
für den
Abtransport von der Gewinnungsstätte dient,
oder in einer schwimmenden Lager- und Wiederverdampfungseinheit
(die unter der englischen Abkürzung
FSRU bekannt ist) verwendet werden, wo er zum Entladen eines Gastankers
für die
Versorgung eines Gastransportnetzes dient.
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Weitere
Einzelheiten der Erfindung ergeben sich deutlicher aus der nachfolgenden
Beschreibung eines besonderen Ausführungsbeispiels der Erfindung,
das lediglich illustrativen und nicht einschränkenden Zwecken dient, und
unter Bezugnahme auf die zugehörigen
Zeichnungen beschrieben ist. Es zeigen:
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1 eine
weggebrochene perspektivische Darstellung einer Tankwand nach einem
allgemeinen Ausführungsbeispiel
der Erfindung, das dem besseren Verständnis der Erfindung dient,
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2 und 3 ein
primäres
Rückhalteorgan
der Tankwand von 1 in zwei zueinander senkrechten
Richtungen gesehen,
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4 eine
Querschnittdarstellung einer Tankwand nach einem ersten Ausführungsbeispiel der
Erfindung,
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5 eine
perspektivische Teilansicht eines isolierenden Kastens der in 4 dargestellten Tankwand,
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6 eine
vergrößerte Darstellung
der Zone XV der 4,
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7 eine
weggebrochene perspektivische Darstellung einer Zone der Tankwand
nach einem anderen Ausführungsbeispiel
der Erfindung,
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8 bis 10 Querschnitte
durch andere Ausführungsbeispiele
eines wärmedämmenden
Elements mit einer Tragstruktur in Form von Hohlprofilen,
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11 eine
perspektivische Darstellung einer einstückig geformten Tragstruktur,
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11A eine geschnittene Teilansicht einer Variante
der Tragstruktur von 11,
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12 eine
perspektivische Explosionsdarstellung zweier Arten von wärmedämmenden
Elementen, die mit Hilfe der Tragstruktur der 11 ausgebildet
sind,
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13 eine
geschnittene Teilansicht zur Darstellung der Montage eines wärmedämmenden Elements
nach 12,
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14 und 15 zur 11 analoge
Ansichten anderer Varianten der Trag struktur,
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16 eine
geschnittene Teilansicht eines wärmedämmenden
Elements nach einem anderen Ausführungsbeispiel
der Erfindung,
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17 eine
Draufsicht auf die Tragstruktur des wärmedämmenden Elements der 16,
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18 bis 21 andere
Ausführungsbeispiele
von Trägerelementen
in Form von Pfosten, im Querschnitt gesehen,
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22 und 23 in
Draufsicht und im Schnitt entlang der Linie XXIII-XXIII eine Tragstruktur des
wärmedämmenden
Elements nach einem andren Ausführungsbeispiel,
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24 eine
perspektivische Darstellung einer einstückig thermogeformten Tragstruktur,
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25 eine
perspektivische Explosionsdarstellung eines wärmedämmenden Elements nach einem
anderen Ausführungsbeispiel,
wobei die isolierende Einlage nicht dargestellt ist.
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Im
folgenden werden mehrere Ausführungsbeispiele
eines dichten und thermisch isolierten Tanks beschrieben, der in
den Doppelrumpf einer Struktur vom Typ FPSO oder FSRU oder eines Schiffs
vom Typ Gastanker integriert und mit diesem verankert ist. Der allgemeine
Aufbau eines derartigen Tanks ist an sich bekannt und hat Polyederform.
Es wird daher nur ein Bereich der Wand des Tanks beschrieben, wobei
selbstverständlich
sämtliche
Wände des
Tanks eine ähnliche
Struktur aufweisen.
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Es
wird nunmehr anhand der 1 bis 3 ein allgemeines
Ausführungsbeispiel
beschrieben, das dem Verständnis
der Erfindung dient. 1 zeigt einen Bereich des Doppelrumpfs
des Schiffs, der mit dem Bezugszeichen 1 versehen ist.
Die Wand des Tanks weist in ihrer Dickenrichtung aufeinander folgend
auf: eine sekundäre
Isoliersperrschicht 2, die durch auf dem Doppel rumpf 1 aneinander
liegende mit dieser durch sekundäre
Rückhalteorgane 4 verankerte
Kästen 3 gebildet
ist; eine sekundäre
Dichtungssperrschicht 5, die von den Kästen 3 getragen ist;
eine primäre
Isoliersperrschicht 6, die durch aneinander liegende und
mit der sekundären
Dichtungssperrschicht 5 durch primäre Rückhalteorgane 48 verankerte
Kästen 7 gebildet
ist, und schließlich
eine von den Kästen 7 getragene
primäre
Dichtungssperrschicht 8.
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Die
Kästen 3 und 7 sind
quaderförmige
wärmedämmende Elemente
deren Aufbau identisch oder unterschiedlich sein kann und deren
Abmessungen gleich oder verschieden sein können.
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Sekundäre Rückhalteorgane 4 sind
an Bolzen 31 befestigt, welche an den Doppelrumpf 1 in
einem regelmäßigen rechteckigen
Gitter geschweißt sind,
so dass diese Rückhalteorgane 4 jeweils
das Halten von vier Kästen 3,
deren Ecken aneinandergrenzen, gewährleisten. Es sind ferner zwei
sekundäre
Rückhalteorgane 4 im
Mittelbereich jedes Kastens 3 vorgesehen.
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Die
sekundäre
Dichtungssperrschicht 5 ist nach einem bekannten Verfahren
als eine Membran aus Invar-Blechbahnen 40 mit aufragenden
Rändern ausgebildet.
Wie in der 3 besser erkennbar, weisen die
Deckeltafeln 11 der Kästen 3 Längsnuten 41 mit
umgekehrt T-förmigem
Querschnitt auf. Ein Schweißträger 42 in
Form eines L-förmig
gebogenen Invar-Bandes ist gleitend verschiebbar in jeder Nut 41 eingesetzt.
Jedes Blech 40 erstreckt sich zwischen zwei Schweißträgern 42 und
weist zwei aufragende Ränder 43 auf,
die jeweils durchgehend mit einer Schweißnaht 44 an dem entsprechenden Schweißträger 42 angeschweißt sind,
wie dies in den 2 und 3 erkennbar
ist.
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Die
Verankerung der Kästen 7 der
primären Isoliersperrschicht
erfolgt ebenfalls jeweils an vier Ecken und an zwei Punkten im Mittelbereich
des Kastens 7. Zu diesem Zweck wird jeweils ein primäres Rückhalteorgan 48 verwendet,
das im Detail in den 2 und 3 dargestellt
ist. Das primäre Rückhalteorgan 48 weist
eine untere Hülse 49 auf, die
fest mit einer an mehreren, beispiels weise drei, Stellen 51 an
den Schweißträger 42 über den
aufragenden Rändern 43 der
Bleche 40 verschweißten
Lasche 50 verbunden ist. Eine Stange 52 aus Permali, einem
mit Harz imprägnierten
Verbundmaterial auf Buchenholzbasis, hat ein in der unteren Hülse 49 befestigtes
unteres Ende und ein in einer oberen Hülse 54 befestigtes
oberes Ende. Die obere Hülse 54 ist fest
mit einer Stützscheibe 53 verbunden,
die sich an den Deckeltafeln 11 der Kästen 7 abstützt, indem
sie in Vertiefungen 28 an den Ecken der Kästen 7 und
an mittleren Löchern 30 aufgenommen
ist. Die Hülse 54 ist
mit einem Gewinde versehen und ist auf ein entsprechendes Gewindeende
der Stange 52 geschraubt. Ist die Scheibe 53 plaziert,
werden Blockierschrauben 56 durch Bohrungen 55 in
der Scheibe 53 eingesetzt und in die Tafel 11 geschraubt,
um jede spätere
Drehung der Scheibe 53 zu verhindern. In jeder Isoliersperrschicht
sind die Kästen 3 und 7 unter
Belassung eines geringen Zwischenraums in der Größenordnung von 5 mm aneinander
gelegt.
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Vorzugsweise
wird als isolierende Einlage in den Kästen 3 und/oder 7 eine
Schicht aus nanoporösen
Materialien vom Typ Aerogel vorgesehen, die sehr gute thermische
Isoliermaterialien sind. Aerogels haben ferner den Vorteil, hydrophob
zu sein, so dass auf diese Weise die Feuchtigkeit des Schiffs durch
die Isoliersperrschichten absorbiert wird. Es kann eine Isolierschicht
mit eventuell in Säcken
verpackten Aerogels in Textilform oder in Kugelform gebildet werden.
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Generell
können
Aerogels aus mehreren Materialien hergestellt werden, einschließlich Silizium,
Tonerde, Hafniumkarbid sowie verschiedener Polymere. Ferner können Aerogels,
je nach Herstellungsverfahren, als Pulver, Kugeln, monolithische Folie
und verstärktes
flexibles Gewebe ausgebildet sein. Aerogels werden im allgemeinen
durch Extrahieren oder Verdrängen
der Flüssigkeit
eines Gels mit Mikrostruktur hergestellt. Das Gel wird üblicherweise
durch chemische Transformation und Reaktion eines oder mehrerer
verdünnter
Vorläufer
hergestellt. Dies hat eine Gelstruktur zur Folge, in der ein Lösemittel
vorhanden ist. Im allgemeinen werden hyperkritische Flüssigkeiten
wie CO2 oder Alkohol zum Verdrängen des
Lösungsmittels
des Gels verwendet. Die Ei genschaften der Aerogels können durch
verschiedene Dotierungsstoffe und Verstärkungsmittel verändert werden.
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Die
Verwendung von Aerogels als isolierende Einlagen ermöglicht eine
erhebliche Verringerung der Dicke der primären und der sekundären Isoliersperrschichten.
Es können
beispielsweise Sperrschichten 2 und 6 mit einer
Dicke von 200 mm bzw. 100 mm unter Verwendung einer Matte aus Aerogel in
textiler Form in den Kästen 3 und 7 ausgebildet werden.
Die Tankwand weist somit eine Gesamtdicke von 310 mm auf. Nach einer
Variante kann eine Tankwand mit 400 mm Gesamtdicke ausgebildet werden, wenn
jeweils eine Aerogel-Partikelschicht,
insbesondere Aerogel-Kugeln, in den Kästen 3 und 7 verwendet
wird.
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Unter
Bezugnahme auf die 4 und 5 wird im
folgenden ein Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen dichten
und thermisch isolierten Tanks beschrieben. In dem ersten Ausführungsbeispiel
sind die primäre
und die sekundäre
Isoliersperrschicht aus einstückigen
Kästen 70 gebildet,
die mit einer Einlage aus Isoliermaterial anstelle der genannten
Kästen 3 und 7 gefüllt sind.
Ein derartiger Kasten 70 ist in 5 perspektivisch
dargestellt. Er wird durch Extrudieren eines Verbundmaterials auf
der Basis von Polymerharz und Fasern, beispielsweise einem Polyester
oder einem Epoxidharz, verstärkt durch
Glas- oder Kohlenstofffasern, gebildet. Das Material kann auf die
folgende Weise bearbeitet werden: die Fasern werden zunächst in
einem statischen oder druckbeaufschlagten Bad mit Harz imprägniert. Anschließend laufen
sie durch eine Düse,
deren Aufgabe es ist, die Geometrie des entsprechenden Profils zu
formen. Die Polymerisation erfolgt zur gleichen Zeit. Das erhaltene
Produkt ist kontinuierlich und wird mit den erforderlichen Abmessungen
abgeschnitten. Es handelt sich somit um eine kontinuierliche Fertigung,
bei der sich von einem Ende zum anderen Fasern und Harz, die Düse und das
zuzuschneidende fertige Produkt finden.
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Der
Kasten 70 liegt in Form eines Profils mit konstantem Querschnitt
und einer Bodentafel 71 und einer Deckeltafel 72,
die rechteckig und zueinander parallel sind. Zwischen den Tafeln
befinden sich längsverlaufende
Trennwände 75,
die mehrere längsverlaufende
Hohlräume 73 mit
im wesentlichen rechteckigem Querschnitt sowie zwei Endhohlräume 73 an
den beiden Seitenrändern
des Kastens 70 begrenzen. Die längsverlaufenden Trennwände 75 sind an
Endbereichen 68, die mit der Bodentafel 71 und der
Deckeltafel 72 verbunden sind, verdickt. Die Hohlräume 73 und 74 dienen
der Aufnahme einer isolierenden Einlage 76, beispielsweise
Phenol-Schaumstoff, Polyurethanschaum mit geringer Dichte, eventuell
durch Fasern verstärkt,
und/oder eine oder mehrere Isoliermaterialschichten auf Aerogel-Basis.
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Bei
dem in 5 dargestellten Beispiel beträgt die Dicke der Bodentafel 71 6
mm, die Dicke der Deckeltafel 72 beträgt 9 mm und die Dicke der längsverlaufenden
Trennwände 75 beträgt jeweils
6 mm. Die Zahl der längsverlaufenden
Trennwände 75 hat hier
reinen Beispielcharakter und kann beliebig verändert werden.
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Die
Bodentafel 71 weist an zwei Hohlräumen 73 zwei Längsnuten 77 auf,
die jeweils die gesamte Dicke und die gesamte Länge der Tafel 71 durchziehen.
Diese Nuten 77 dienen dem Durchtritt von Rückhalteorganen
für die
Kästen 70.
Vertikal zu den beiden Nuten 77 weist die Deckeltafel 72 zwei
Längsrillen 78 mit
einem Querschnitt in Form eines umgekehrten T auf. Die Rillen 78 haben
die gleiche Funktion wie die Nuten 41 des ersten Ausführungsbeispiels.
Ein Schweißträger 42 in
Form eines in eine L-Form gebogenen Invar-Bandes ist gleitend verschiebbar
in jede Rille 78 eingesetzt.
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Die
Kästen 70 der
sekundären
Isoliersperrschicht 2 und der primären Isoliersperrschicht 6 sind jeweils
an vier Stellen verankert. Zu diesem Zweck weist die Deckeltafel 72 Löcher 80 auf,
die jeweils von einer Ausnehmung 81 umgeben und ebenfalls vertikal
zu den Nuten der Bodentafel 71 angeordnet sind.
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Im
folgenden wird die Herstellung der erfindungsgemäßen Tankwand unter Bezugnahme
auf die 4 und 6 beschrieben.
Die Kästen 70, welche
die sekundäre
Isoliersperrschicht 2 bilden, sind an dem Doppelrumpf 1 jeweils durch
vier Bolzen 82 verankert, welche an den Doppelrumpf 1 geschweißt und den
Löchern 80 gegenüberliegende angeordnet
sind. An den Bolzen wird jeweils eine Scheibe 83, welche
sich an der Bodentafel 71 abstützt, und eine Schraube 84 angebracht.
Da die Geometrie des Doppelrumpfs 1 nicht vollkommen ist, werden
Dickenkeile um die Gewindebolzen 82 vorgesehen. Die Dicke
jedes Dickenkeils wird digital anhand einer topographischen Erfassung
der Innenfläche
des Doppelrumpfs 1 berechnet. Die Bodentafeln 71 werden
somit entlang einer regelmäßigen theoretischen
Fläche
angeordnet. Zwischen den Bodentafeln 71 und dem Doppelrumpf 1 werden
auf herkömmliche
Weise nicht dargestellte Wülste
aus polymerisierbarem Harz vorgesehen, die auf die Bodentafeln 71 geklebt
sind und beim Auflegen der Kästen 70 gegen
den Doppelrumpf 1 gedrückt
werden, um die Kästen
zu stützen.
Um zu verhindern, dass das Harz an dem Doppelrumpf klebt, ist zwischen
diesen eine nicht dargestellte Lage Kraftpapier vorgesehen.
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Es
wird ein zylindrischer Schacht 85 in der isolierenden Einlage 76 vorgesehen,
um diese Arbeiten von der Oberseite des Kastens 70 her
ausführen zu
können,
wobei der Schacht anschließend
mit Isoliermaterial gefüllt
werden kann.
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Nach
einer Variante kann die Scheibe 83 ebenso derart ausgebildet
sein, dass sie sich an der Deckeltafel 72 anstatt an der
Bodentafel 71 abstützt. Zu
diesem Zweck ist die Scheibe 83 an der Spitze eines verlängerten
Kopplungsorgans (das beispielsweise den Organen 48 ähnlich ist)
angebracht, das durch den Schacht 85 geführt wird
und dessen Basis am Bolzen 82 beispielsweise durch eine
Gewindehülse
befestigt ist.
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Die
Dichtungssperrschichten 5 und 8 sind wie in bezug
auf das allgemeine Ausführungsbeispiel beschrieben
durch Invar-Blechbahnen 40 gebildet, die an Schweißträger 42 geschweißt sind,
welche in den Rillen 78 der Kästen 70 angeordnet
sind. Die Schweißträger 42 der
sekundären
Dichtungssperrschicht greifen durch die Längsnuten 77 der die
primäre
Isoliersperrschicht 6 bildenden Kästen 70 ein. Die Verankerung
der die primäre
Isoliersperrschicht 6 bildenden Kästen 70 erfolgt durch
primäre
Rückhalteorgane 48,
die mit denjeni gen des allgemeinen Ausführungsbeispiels identisch sind.
Die Stützscheibe 53 sitzt
jeweils am Boden einer Ausnehmung 81.
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In
den beiden Isoliersperrschichten sind die Kästen 70 mit ihren
Rändern
nebeneinander gelegt, wobei ein minimales Spiel besteht, das ein
Kompensieren von Ausrichtfehlern ermöglicht.
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Das
Vorsehen von Löchern 80 in
der Vertikalen der Nuten 77 gewährleistet, dass die Rückhalteorgane 48 in
der axialen Richtung gut arbeiten, wenn sie mit den darunterliegenden
Schweißträgern 42 verbunden
sind. Dies ermöglicht
ferner die Verwendung von genau identischen Kästen zur Bildung der beiden
Isoliersperrschichten, wodurch deren Herstellung vereinfacht wird.
In den Kästen
der sekundären Isoliersperrschicht
können
jedoch die Nuten 77 durch zylindrische Löcher ersetzt
werden.
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Es
können
ferner die Löcher 80 in
bezug auf die Rillen 78 in jeder der Isoliersperrschichten
versetzt werden.
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Unter
Bezugnahme auf die 7 wird im folgenden eine Tankwand
beschrieben, deren primäre und
sekundäre
Isoliersperrschichten 6 bzw. 2 nach einem anderen
Ausführungsbeispiel
aus Kästen 170a bzw. 170b gebildet
sind. Bei den Kästen 170a, 170b weisen
die Elemente, die mit denen des Kastens 70 identisch oder
dazu analog sind, das gleiche Bezugszeichen, jedoch um 100 erhöht auf und
werden nur in dem Maße
beschrieben, in dem sie davon abweichen. Vier Kästen sind in Gebrauchsposition
in 7 dargestellt.
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Ein
wesentliches Merkmal der Kästen 170a, 170b ist,
dass sie schräge
längsverlaufende
Trennwände 192 und 193 aufweisen,
d.h. Trennwände,
die zu den Bodentafeln 171 und den Deckeltafeln 172 nicht
senkrecht verlaufen. In dem dargestellten Beispiel weist jeder Kasten
eine Trennwand 192 auf, die um ungefähr 30 bis 50° in eine
Richtung geneigt ist, und eine Trennwand 193, die um ungefähr 30 bis
50° in die
entgegengesetzte Richtung geneigt ist. Diese Trennwände sind
jeweils in einem längsverlaufenden Hohlraum 173 vorgese hen,
der einem Endhohlraum 174 benachbart ist, um den Hohlraum 173 in
zwei Hohlräume
mit dreieckigem Querschnitt zu teilen. Jedoch sind hinsichtlich
der Anzahl, der Position und der Neigung der schrägen Trennwände andere
Ausbildungen möglich.
Derartige Trennwände
ermöglichen
das gleichzeitige Aufnehmen der Scherkräfte und der Knick- und Kippkräfte, die
auf den Kasten einwirken.
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In
den Kästen 170a und 170b erstrecken sich über die
Breite, d.h. senkrecht zu den längsverlaufenden
Trennwänden 175,
Rillen 178 zur Aufnahme der Schweißträger 42. Die Bodentafel 171 der Kästen 170a und 170b weist
somit keine längsverlaufenden
Nuten auf.
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Im
Kasten 170a verlaufen Nuten 177 für den Durchtritt
der Schweißträger 42 über die
gesamte Breite des Kastens, wobei sie die längsverlaufenden Trennwände 175 schneiden.
Diese Nuten 177 sind ferner in bezug auf die Rillen 178 versetzt.
Die Verbindungsorgane 48, welche die Sperrschicht 6 zurückhalten,
stützen
sich an der Deckeltafel 172 in den Ausnehmungen 181 ab,
welche die Löcher 180 umgeben,
die in bezug auf die Rillen 178 versetzt angeordnet sind.
In der 7 sind pro Kasten 170a neun Verbindungsorgane 48 in
regelmäßigen Abständen verteilt
angeordnet. Jedoch können
mehr oder weniger als neun Verankerungspunkte pro Kasten 170a und 170b ausreichend
sein, beispielsweise vier oder sechs, je nach Größe des Kastens.
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Die
Kästen 170b,
welche die sekundäre
Isoliersperrschicht 2 bilden, sind an dem Doppelrumpf 1 jeweils
durch vier Bolzen 82 verankert, die an den Doppelrumpf 1 geschweißt sind
und sich jeweils in ein entsprechendes Loch der Bodentafel 171 erstrecken.
In der Vertikalen der (nicht dargestellten) Löcher ist ein zylindrischer
Durchgang vorgesehen, der Löcher 192 durch
die schrägen
Trennwände 192 oder 193 und
Löcher 190 durch
die Deckeltafel 172 aufweist. Diese Löcher ermöglichen es, einen Rohrschlüssel einzuführen, um
die Mutter 84 festzuziehen. Alternativ kann ein Verbindungsorgan
vorgesehen sein, das sich durch diese Löcher erstreckt, um den Bolzen 82 mit
der Deckel tafel 172 zu verbinden, anstatt den Kasten 170b über seine
Bodenplatte 171 zu verankern.
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Die
Kästen 70 und 170a, 170b sind
selbsttragende Kästen,
die in der Lage sind, den Druck der Flüssigkeit im Tank derart aufzunehmen,
dass die von ihnen getragenen Dichtungssperrschichten 5 und 8 diesen
Druck nicht selbst aufnehmen müssen, und
sie sind vorzugsweise in Form sehr dünner Membranen aus Invar ausgebildet,
deren Dicke beispielsweise 0,7 mm beträgt.
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8 ist
eine Querschnittsdarstellung eines wärmedämmenden Kastens 270,
der ebenfalls eine Profil-Tragstruktur hat. Diese Tragstruktur weist
eine umgekehrt U-förmigen
Querschnitt mit einer Deckeltafel 272 und zwei tragenden
Trennwänden 275 auf, die
im wesentlichen senkrecht zur Deckeltafel verlaufen. Sie kann durch
den zuvor beschriebenen Vorgang oder durch Kunststofformen hergestellt
werden. Nach einer anderen Möglichkeit
kann der U-förmige Querschnitt
durch Formen einer Schichtholz- oder einer Sperrholplatte gebildet
werden. Ein Isoliermaterial 276, beispielsweise ein Schaumstoff
mit geringer Dichte, füllt
den Raum zwischen den Trennwänden 275 aus
und haftet an der Profil-Tragstruktur.
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In 10 ist
ein wärmedämmender
Kasten 470 dargestellt, dessen Querschnitt die Form eines Kamms
hat, wobei eine Deckeltafel 472 und senkrechte tragende
Trennwände 475 vorgesehen
sind, die jeweils eine Verdickung 468 an der Verbindung mit
der Tafel 472 aufweisen. Ein Isoliermaterial 476 füllt die
zwischen den Trennwänden 475 gebildeten längsverlaufenden
Hohlräume.
Diese Kammstruktur kann einstückig
extrudiert oder geformt werden. Eine andere Möglichkeit ist es, mehrere Kästen der
Form des Kastens 270 beispielsweise durch Kleben oder Heften
Seite and Seite zu befestigen.
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Der
Kasten 270 oder 470 kann anstelle des Kastens 170a oder 170b der 7 verwendet
werden. In diesem Fall liegt der primäre Kasten mit den Enden der
Trennwände 275 oder 475 auf
der sekundären
Dichtungssperrschicht 5. Der sekundäre Kasten liegt in gleicher
Weise auf den genannten Harzwülsten.
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Um
ein Quetschen der Sperrschicht 5 oder der Harzwülste zu
vermeiden, kann an dem Ende jeder Trennwand 275 oder 475 eine
verbreiterte ebene Sohle vorgesehen sein. Es kann auch eine nicht
dargestellte Bodentafel vorgesehen sein, die an der Unterseite des
Kastens 270 oder 470 beispielsweise durch Kleben,
Heften und/oder Einsetzen der Enden der Trennwände 275 oder 475 in
die Dicke der Tafel befestigt werden kann. Wenn derartige Sohlen
oder eine separate Tafel hinzugefügt werden, kann der Kasten 270/470 selbstverständlich in
umgekehrter Position verwendet werden, d.h. mit der Tafel 272/472 als
Boden und den Sohlen bzw. der separaten Tafel als Deckel mit Nuten,
welche die Schweißträger der
benachbarten Dichtungssperrschicht halten.
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9 zeigt
einen wärmedämmenden
Kasten 370, dessen Profil-Tragstruktur einen zinnenartigen
Querschnitt mit abwechselnden Deckeltafeln 372 und Bodentafeln 371 hat,
die sich jeweils über
einen Teil der Breite des Kastens erstrecken und jeweils durch tragende
Trennwände 375 verbunden sind.
Eine Schicht Isoliermaterial ist durch langgestreckte Schaumstoffkuchen 376a und 376b gebildet,
die jeweils zwischen zwei Trennwänden 375 auf die
Tafeln 371 bzw. unter die Tafeln 372 geklebt sind. Der
Kasten 370 kann wie dargestellt verwendet werden, oder
auch mit einer Deckeltafel und/oder einer zusätzlichen, an dieser befestigten
Bodentafel. Es können
andere Querschnitte der Profil-Tragstruktur, beispielsweise in H-
oder I-Form, gebildet werden.
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Unter
Bezugnahme auf die 11 bis 15 werden
andere Ausführungsbeispiele
wärmedämmender
Elemente oder Kästen
beschrieben, die zur Bildung der Isoliersperrschichten der Tankwand
geeignet sind, deren allgemeiner Aufbau in Zusammenhang mit den 1 bis 3 beschrieben wurde.
Da die Ausbildung der Dichtungssperrschichten und die Befestigung
der verschiedenen Sperrschichten denjenigen der zuvor beschriebenen
Ausführungsbeispiele ähnlich ist,
wird auf eine erneute Beschreibung verzichtet.
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12 ist
eine perspektivische Explosionsdarstellung eines Kastens 570 und
eines Kastens 670, die jeweils mit Hilfe von geformten
Tragstrukturen 500 gebildet sind, die im folgenden anhand
der 11 beschrieben werden.
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Die
Tragstruktur 500 ist ein Spritzgussteil aus einem beliebigen
geeigneten Material. Sie weist eine eben Tafel 571 mit
abgeschrägten
Ecken auf, die beispielsweise als Quadrat von 1,5 m Seitenlänge oder
als Rechteck ausgebildet ist, wobei von einer Seite der Tafel 16 kreiszylindrische
hohle Pfosten 575 aufragen, die in einem regelmäßigen quadratischen Netz
angeordnet sind, sowie zwei Rohre 581 mit geringerem Durchmesser,
die im Mittelbereich der Tafel angeordnet sind, und vier dreieckige
zylindrische Pfosten 580 an den vier Ecken der Tafel. Die
Tafel 571 ist Boden der Pfosten 575 und 580 durchgehend, während sie
am Boden der Rohre 581 durchbohrt ist, um den Durchtritt
einer Verbindungsstange zu ermöglichen.
Ferner ist bei einem Kasten der primären Sperrschicht 6 die
Tafel 571 geschlitzt, um die Schweißträger 42 und die aufragenden
Ränder 43 der
Blechbahnen der sekundären
Dichtungssperrschicht hindurch treten zu lassen. Die Pfosten 580 dienen
der Aufnahme der Abstützung
der jeweils an den Ecken der wärmedämmenden
Elemente verwendeten Verbindungsorgane. Der Querschnitt der Pfosten 575 beträgt beispielsweise
300 mm bei einer quadratischen Tafel von 1,5 m Seitenlänge. Als
Isoliereinlage kann die Tragstruktur 500 mit einer Schaumschicht
geringer Dichte bedeckt sein, die man zwischen und in die Pfosten 575 gießt.
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Der
Querschnitt der Pfosten kann mehr oder weniger groß sein,
wobei es darauf ankommt, stets mehrere Pfosten pro Kasten vorzusehen.
Die Querschnittsdimensionen der Pfosten können daher bis zu 1/3 oder
gar 2/3 der entsprechenden Abmessungen des Kastens ausmachen.
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Zur
Bildung des Kastens 570 wird eine unabhängige Tafel 572 mit
den gleichen Abmessungen wie die Tafel 571 an dem dieser
Tafel gegenüberliegenden
Ende der Pfosten 575 angebracht. Diese Tafel kann auf jede
Art befestigt werden (Kleben, Heften, Einsetzen, ...). In 12 sind
kreisförmige
Nuten 573 in der Innenseite der Tafel 572 vorgesehen,
um das Ende jedes Pfostens 575 in ausgerichteter Weise aufzunehmen.
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Die
Materialein der Struktur 500 und der Tafel 572 können derart
gewählt
sein, dass ein thermisches Schrumpfen der Pfosten 575 in
der Tafel erreicht wird. Beispielsweise bei einem Teil 500 aus PVC
und einer Tafel 572 aus Sperrholz, die eine geringere thermische
Kontraktion aufweist, ergibt sich bei der Abkühlung des Tanks eine Klemmung
des Endes der Pfosten 575 um den kreisförmigen Kern, der von der Rille 573 begrenzt
wird. Umgekehrt kann auch eine Klemmung der Pfosten 575 mit
einer Tafel 572 erreicht werden, die sich stärker als
das Teil 500 zusammenzieht.
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Die
Tafel 572 weist Löcher 574 gegenüber den
Rohren 581 der gegossenen Struktur 500 auf.
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In
dem Kasten 600 sind zwei identische gegossene Strukturen 500 symmetrisch
angeordnet und miteinander verbunden, indem ihre jeweiligen Pfosten 575 aneinander
anliegend angeordnet sind. Diese Montage kann durch jedes geeignete
Mittel erfolgen (Kleben, Heften, Einsetzen, etc.). In 12 ist sie
mittels einer Verbindungsbuchse 680 erreicht, die jeweils
zwischen zwei miteinander fluchtenden Pfosten 575 angeordnet
ist und auf diese aufgesetzt ist. Diese Montage ist in 13 besser
zu erkennen, in der ersichtlich ist, dass die Verbindungsbuchse 680 einen äußeren Ring 682 und
einen inneren Ring 681 aufweist, die durch einen radialen
Steg 683 verbunden sind. Die Pfosten 575 werden
zwischen die beiden Ringe 681 und 682 gesetzt
und stoßen
auf beiden Seiten des Stegs 683 an. Das Material der Buchse 680 kann
mit einer Leitfähigkeit
gewählt
werden, die geringer als diejenige der Pfosten 575 ist,
um eine thermische Isolierungsfunktion wahrzunehmen. Es kann ferner,
alternativ oder in Kombination, mit einem Dehnungskoeffizienten
gewählt
werden, der von demjenigen der Pfosten 575 verschieden
ist, um eine thermische Montagefunktion wahrzunehmen. Nach einer
Variante können
zwei gegossene Strukturen, die Pfosten mit komplementären Querschnitten
aufweisen, durch direktes Zusammenstecken der Pfosten miteinander
verbunden werden.
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Das
mit Schaumstoff gefüllte
Teil 500 kann auch allein ohne zusätzliche Platte verwendet werden,
indem die Platte 571 zur Innenseite des Tanks gedreht wird,
um die benachbarte Dichtungssperrschicht zu stützen. Das derart gebildete
wärmedämmende Element
liegt über
die Pfosten 575 auf der sekundären Dichtungssperrschicht oder
auf den am Rumpf befestigten Harzwülsten auf.
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Die 14 und 15 zeigen
gegossene Tragstrukturen 600 und 700, die das
Bilden wärmedämmender
Elemente auf ähnliche
Art wie zuvor in bezug auf die Struktur 500 beschrieben
ermöglichen.
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In
der 14 bezeichnen Bezugszeichen, die mit denjenigen
der 11 identisch sind, identische Elemente. Die Struktur 600 weist
ebene Umfangswände 601 auf,
die sich durchgehend entlang der vier Ränder der Tafel 571 erstrecken,
um einen Kasten zu bilden, der in der Lage ist, ein Isoliermaterial
in Form von Pulver, Kugeln oder dergleichen aufzunehmen. Beispielsweise
kann eine Aerogel-Kugeln enthaltende Struktur 600 einer
Struktur 600 zugeordnet werden, die einen Schaumstoff mit
geringer Dichte enthält,
um einen in 12 dargestellten Kasten 670 zu
bilden.
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In 15 trägt die ebene
Tafel 771 sechsunddreißig
hohle rohrförmige
Pfosten 775 mit kleinerem Querschnitt (beispielsweise 100
mm) als die vorgenannten Pfosten 575 sowie vier hohle rohrförmige Pfosten 780 mit
noch geringerem Querschnitt (beispielsweise 50 bis 60 mm) an seinen
Ecken und zwei, den Pfosten 780 ähnliche rohrförmige Pfosten 781 in
einem Mittelbereich der Tafel 771, um den Durchtritt von
Verbindungsorganen zu ermöglichen, die
der Befestigung an der Isoliersperrschicht dienen.
-
Die
Strukturen 500, 600 und 700 können spritzgegossen
sein. Eine ähnliche
Struktur kann auch durch Thermoformen aus einer Kunststoffplatte gebildet
werden. Diese Möglichkeit
ist in der 11A dargestellt. In diesem Fall
wird die zunächst
ebene Tafel 571 erwärmt
und entsprechend dem Formhohlraum einer weiblichen Form 560 verformt.
Auf diese Weise werden tragende Pfosten 575 gebildet, deren tafelseitiges
Ende offen ist und deren gegenüberliegendes
Ende durch eine Wand 583 geschlossen ist. In diesem Fall
erfolgt das Füllen des
im Inneren der Pfosten 575 befindlichen Raums, beispielsweise
mit Schaumstoff, von der den Pfosten gegenüberliegenden Seite der Tafel 571 her.
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Die
Wände 601 können ebenfalls
durch Thermoformen gebildet werden.
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Die 24 ist
eine perspektivische Darstellung einer thermogeformten Tragstruktur 1300 mit
einer Tafel 1371, die als Bodentafel oder Deckeltafel eines
Kastens dienen kann, und mit tragenden Pfosten 1375, die ähnlich wie
die Pfosten 575 der 11A gebildet
sind. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
haben die Pfosten 1375 Kegelstumpfform, wodurch ihre Ausbildung
vereinfacht ist. Beispielsweise kann ein Pfostendurchmesser vorgesehen
sein, der von 160 mm an der Basis bis 120 mm an der Spitze über eine
Höhe von
ungefähr
100 mm variiert.
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Um
als Bodentafel eines Kastens der primären Isoliersperrschicht dienen
zu können,
ist die Tafel 1371 mit zwei Längsrippen 1384 versehen,
die sich über
die gesamte Länge
der Tafel 1371 erstrecken. Jede Rippe 1384 wird
beim Thermoformen gebildet, indem das Material in die gleiche Richtung
gedrückt wird
wie die Pfosten 1375, um so eine offene V-förmige Falte
in der ebenen Seite der Tafel 1371 zu bilden, deren Innenraum 1385 das
Passierenlassen der Schweißträger 42 und
der aufragenden Ränder 43 der
sekundären
Dichtungssperrschicht ermöglicht. Für die sekundäre Isoliersperrschicht
sind die Rippen 1384 nicht erforderlich.
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Im
Vorhergehenden wurden Tragstrukturen beschreiben, die eine Tafel
aufwiesen, welche als Boden- oder Deckeltafel dient. Im folgenden
wird ein anderes Ausführungsbeispiel
des wärmedämmenden Elements 870 in
bezug auf 16 beschrieben, bei dem die
gegossene Tragstruktur 800 Trägerelemente 875 mit
kleinem Querschnitt aufweist, die durch Arme 890 miteinander
verbunden sind. Diese Tragstruktur ist in 17 in
Draufsicht dargestellt. Die Trägerelemente 875 sind
kreiszylindrische hohle Pfosten, die in einem regelmäßigen Netz
angeordnet und durch Arme 890 verbunden sind, die in Form
eines Gitters mit quadratischen Maschen angeordnet sind. Eine Deckeltafel 872 und
eine Bodentafel 871, beispielsweise aus Sperrholz, Kunststoff,
Verbundmaterial oder einem anderen Material, sind an den beiden
gegenüberliegenden
Seiten der Tragstruktur 800 angeordnet. Die Arme 890 befinden
sich an dem Ende der Trägerelemente 875,
das der Tafel 872 benachbart ist, und weisen eine ebene
Oberseite auf, die zum Kleben der Tafel 872 dienen kann.
-
Die 25 zeigt
das wärmedämmende Element 870 in
perspektivischer Explosionsdarstellung in einer bezüglich der
Anordnung der Verbindungsarme 890 leicht modifizierten
Version.
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Andere
Arme können
am unteren Ende der Pfosten 875 vorgesehen sein. Die Arme
können ebenfalls
au einer anderen Höhe
(beispielsweise in der Mitte der Höhe) der tragenden Pfosten vorgesehen
sein.
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Der
Innenraum, des Kastens 870, nämlich der Innenraum 880 der
Pfosten 875 und der Raum 876 zwischen den Pfosten
ist mit einem oder mehreren Isoliermaterialien gefüllt. Bei
Verwendung eines Schaumstoffs mit geringer Dichte kann der Kasten gebildet
werden, indem eine Struktur 800 von rechteckiger Form in
Draufsicht in eine Form gesetzt wird, ein Schaumstoff in die Form
gegossen wird, um die Struktur 800 in einen quaderförmigen Schaumstoffblock
einzuschließen,
und anschließend
die Tafeln 872 und 871 an diesem Block befestigt
werden. Die Bodentafel 871 ist nicht immer erforderlich.
Eine der Tafeln kann auch einstückig
mit der Struktur 800 gegossen werden.
-
Zwar
wurden in den Tragstrukturen 500, 600, 700 und 800 tragende
Pfosten mit hohlzylindrischem Querschnitt beschrieben, jedoch können die
tragenden Pfosten jede andere Querschnittsform und jede Art von
regelmäßiger oder
unregelmäßiger räumlicher
Verteilung aufweisen. Beispielsweise zeigt die 18 einen
tragenden Pfosten 975, der aus mehreren konzentrischen
zylindrischen Wänden 976 gebildet
ist. Bei dem Pfosten 1075 der 19 weisen
die zylindrischen Wände 1076 einen
quadratischen Querschnitt auf. Die Pfosten können ferner einen über ihre
Höhe variablen
Querschnitt haben, beispielsweise kann es sich um kegelförmige Pfosten handeln.
-
20 zeigt
nach einem regelmäßigen Muster
verteilte aufeinander ausgerichtete Pfosten 1175 mit einem
hohlen quadratischen Querschnitt mit abgeschrägten Ecken. In 21 sind
Pfosten 1275, beispielsweise massive Kreiszylinder, versetzt
angeordnet. Andere Querschnitte sind ebenfalls möglich, d.h. rechteckig, polygonal,
I-förmig,
massiv oder hohl, dieder-förmig,
etc..
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In
sämtlichen
Fällen
können
derartige Pfosten von einer Tafel vorspringend geformt und/oder durch
Arme verbunden und/oder durch jede Art von einstückig mit ihnen ausgebildeten
Verbindungseinrichtungen verbunden sein. Wird Schaumstoff geringer
Dichte als thermisch isolierende Schicht verwendet, ist es besonders
vorteilhaft, diesen Schaumstoff in einem einzigen Schritt über die
gesamte Oberfläche
der Verbindungstafel zwischen und eventuell in die tragenden Pfosten
zu gießen.
Eine weitere Möglichkeit
besteht in der Ausbildung von Vertiefungen in einem vorab gefertigten
Schaumstoffblock und dem Einsetzen der Träger in die zu diesem Zweck
gebildeten Vertiefungen.
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Bei
einem granularen Isoliermittel ist es erforderlich, ein Wärmedämmendes
Element mit Umfangswänden
zu verwenden, die vorzugsweise einstückig mit der Tragstruktur ausgebildet
sind, wie dies in der 14 dargestellt ist. Aufgrund
der Form der Träger
mit kleinem Querschnitt ist der Innenraum des Kastens zwischen den
Trägern
nicht in Abteilungen unterteilt, so dass das granulare Material
leichter über
die gesamte Fläche
des wärmedämmenden Elements
verteilt werden kann. Das granulare Material kann ebenfalls in die
hohlen Pfosten eingebracht werden.
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Pfosten
mit sehr kleinem Querschnitt, beispielsweise weniger als 40 mm,
können
leer bleiben, ohne die thermische Isolierung zu beeinträchtigen. Hohle
Pfosten mit kleinem Querschnitt können ebenfalls mit einem flexiblen
PE-Schaumstoffkegel
oder Glaswolle gefüllt
werden.
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Unter
Bezugnahme auf die 22 und 23 wird
im folgenden ein Ausführungsbeispiel
eines wärmedämmenden
Elements beschrieben, das einen einteiligen hohlen Kasten 1470 aufweist,
der durch Drehformen oder Blasformen gebildet ist. Der Kasten liegt
als geschlossene hohle Hülle 1477 vor, die
acht kegelstumpfförmige
Pfosten 1475 aufweist, welche vorspringend an der Bodenwand 1471 der Hülle ausgebildet
sind und jeweils eine Oberwand 1483 aufweisen, die in der
Lage ist, sich an der Oberwand 1472 der Hülle abzustützen, um
Druckkräfte aufzunehmen.
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Für die Befestigung
des Kastens sind sechs kegelstumpfförmige Schächte 1480 vorgesehen,
die am Umfang der Hülle
angeordnet und durch die Oberwand 1472 hindurchgehend offen
ausgebildet sind. Diese Schächte
weisen jeweils eine Bodenwand auf, welche sich an der Bodenwand 1471 zum Aufnehmen
der Druckkräfte
abstützen
kann und welche durchbohrt werden kann, um eine schematisch bei 1431 dargestellte
Befestigungsstange aufzunehmen, bei der es sich beispielsweise um
einen am Rumpf angeschweißten
Bolzen oder eine an der darunterliegenden Dichtungssperrschicht
befestigte Verbindungseinrichtung handeln kann.
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Der
Innenraum 1476 des Kastens und der Innenraum 1482 der
Pfosten 1475 kann mit jeglichem geeignetem Isoliermaterial,
beispielsweise durch Einspritzen von Schaum, gefüllt werden.
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Gleichermaßen können die
Schächte 1480 nach
dem Befestigen des Kastens mit Isoliermaterial, beispielsweise PE-Schaum
oder Glaswolle, gefüllt werden.
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Zum
Formen des Kastens 1470 kann beispielsweise PE mit hoher
Dichte, PBT oder ein anderer Kunststoff verwendet werden. Die Schächte 1480 können auch
entfallen, wenn ein anderes Befestigungsverfahren für die Kästen verwendet
wird, beispielsweise Verbindungseinrichtungen, die zwischen den
zu befestigenden Kästen
hindurchgehen und sich an der Oberwand 1472 ähnlich wie
die Rückhalteorgane 48 der 2 und 3 abstützen. Es
können
ebenso Boden- und/oder Deckeltafeln an den Wänden der Hülle zu deren Verstärkung befestigt werden.
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Bei
den zuvor beschriebenen Tragstrukturen 500, 600, 700, 800, 1300 und 1470 können die
Pfosten auch durch Trennwände
ersetzt werden, die Abteilungen im Inneren der Tragstruktur bilden.
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Zwar
wurden zuvor im wesentlichen quaderförmige rechtwinklige wärmedämmende Elemente beschrieben,
jedoch sind andere Querschnittsformen möglich, insbesondere jede polygonale
Form die zur Ausbildung einer Ebene geeignet ist.
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Selbstverständlich kann
die Isoliereinlage eines wärmedämmenden
Elements mehrere Materialschichten umfassen.
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Wenn
die primäre
oder die sekundäre
Dichtungssperrschicht durch zuvor beschriebene wärmedämmende Elemente gebildet ist,
ist es möglich,
jedoch nicht erforderlich, die andere Dichtungssperrschicht identisch
auszubilden. Es können
in den beiden Sperrschichten wärmedämmende Elemente
verschiedener Typen verwendet werden. Eine der Sperrschichten kann
aus wärmedämmenden
Elementen nach dem Stand der Technik bestehen.
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Die
Verankerung der Kästen
der sekundären und
der primären
Isoliersperrschichten an dem Rumpf des Schiffs kann anders als bei
dem in den Figuren dargestellten Beispiel erfolgen, beispielsweise durch
Rückhalteorgane,
die an der Bodentafel der Kästen
angreifen.
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In
an sich bekannter Weise kann die Eckverbindung der primären und
sekundären
Sperrschichten in den Bereichen, in denen die Wände der Tragstruktur winklig
aneinanderliegen, in Form eines Verbindungsrings erfolgen, dessen
Struktur entlang der Stoßkante
der Wände
der Tragstruktur im wesentlichen konstant bleibt. Der Aufbau eines
derartigen Verbindungsrings ist bekannt und wird hier nicht näher beschrieben.
Im Falle eines in ein Schiff integrierten Tanks ist ein derartiger
Ring allgemein entlang der Ecke angeordnet, die zwischen einer Längswand
des Doppelrumpfs des Schiffs und einer zum Schiff querverlaufenden
Trennwand gebildet ist.
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Im
Sinne der Erfindung umfasst der Ausdruck Tankwand die Eckverbindungsbereiche,
insbesondere die Verbindungsringe, ungeachtet ihrer Form, in denen
die zuvor beschriebenen wärmedämmenden
Elemente ebenfalls verwendet werden können.