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Die
Erfindung betrifft einen Fermentierbehälter für Anlagen zur Erzeugung von
Biogas, dessen Innenraum zumindest teilweise von druckfesten und thermisch
isolierten Wänden
umgeben ist.
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Derartige
Fermentierbehälter
müssen
komplexen Anforderungen genügen.
Im Vordergrund steht dabei die Notwendigkeit, daß die den Innenraum begrenzenden
Wände in
der Lage sind, dem Innendruck standzuhalten. Da die Tendenz zu immer größeren Fermentierbehältern geht,
kann dieser Innendruck erhebliche Werte erreichen. Er rührt überwiegend
vom Gewicht des eine Mischung aus Flüssigkeit und Festkörpern umfassenden
Fermentiergutes, zum Teil aber auch von den sich beim Vergärungsprozess
des Fermentiergutes entwickelnden Gasen her. Da diese Fermentierbehälter im
allgemeinen im Freien aufgestellt werden, ist eine Witterungsbeständigkeit
erforderlich, was bestimmte Anforderungen an das Material stellt.
Diese Anforderungen an die Wände
des Behälters
werden erweitert durch die Notwendigkeit, daß diese gegenüber dem
Angriff des Fermentiergutes beständig
sein müssen. Schließlich ist
eine thermische Isolierung der Wände notwendig,
um die zum Ablauf der Gärungsprozesse notwendigen
Temperaturen im Innenraum einhalten zu können.
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Bekannte
Fermentierbehälter
der eingangs genannten Art werden bisher aus Beton vor Ort gegossen.
Dies ist mit mehreren Nachteilen verbunden: Zum einen ist eine fabrikmäßige Vorfertigung
nicht möglich;
die Erstellung des Fermentierbehälters
vor Ort benötigt
vergleichsweise viel Zeit. Ein ähnliches Problem
ergibt sich, wenn nach Ablauf der Lebenszeit der Anlage der Fermentierbehälter wieder
entfernt werden muß:
Hier ist ein mühsames
Abbrechen des Betons notwendig. All dies erhöht die Kosten eines aus Beton
gefertigten Fermentierbehälters.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, einen Fermentierbehälter der
eingangs genannten Art zu schaffen, der über seine gesamte Lebensdauer
hinweg kostengünstig
ist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
daß
- a) mindestens eine Wand mindestens ein Paneel umfasst,
das seinerseits zusammengesetzt ist aus:
- aa) einer Innenschale, die aus einem profilierten Blech hergestellt
und auf der zum Inneren des Fermentierbehälters weisenden Seite der Wand angeordnet
ist;
- ab) mindestens einer Kassette, die einen Mantel aus Blech sowie
eine von dem Mantel zumindest auf dessen nach innen zeigender Seite
gehaltenen Isolierkörper
aus thermisch isolierendem Material umfasst;
wobei
- b) die das mindestens eine Paneel umfassende Wand mit der gegenüberliegenden
Wand durch mindestens ein Zugmittel verbunden ist, das den auf die
beiden miteinander verbundenen Wände wirkenden
Innedruck des Fermentierbehälters aufnimmt.
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Die
Grundidee der vorliegenden Erfindung besteht darin, den Fermentierbehälter möglichst weitgehend
fabrikmäßig aus
einem Material herzustellen, das kostengünstig und leicht verarbeitbar
ist. Die Erfindung hat für
dieses Material metallisches Blech, vorzugsweise Edelstahlblech,
gewählt.
Dieses kann vom Coil einfach abgezogen und mit verhältnismäßig preiswerten
Maschinen zu Formteilen gekantet werden. Auf diese Weise wird insbesondere
die sog. Innenschale hergestellt, welche später im Betrieb an das Fermentiergut
angrenzt. Eine derartige Innenschale alleine würde jedoch den Anforderungen
an die thermische Isolation nicht genügen. Deshalb werden erfindungsgemäß zusätzlich Kassetten eingesetzt,
die als mechanisch stabilisierendes und nach außen Schutz bietendes Element
einen ebenfalls aus Coil-Blech hergestellten Blechmantel besitzen.
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Die
so hergestellten Paneele würden
jedoch für
sich alleine dem Innendruck im Fermentierbehälter nicht standhalten können. Daher
werden gegenüberliegende
Wände,
von denen mindestens eine ein derartiges Paneel aufweist, durch
Zugmittel miteinander verbunden, welche durch den Innenraum des Fermentierbehälters hindurchlaufen.
Diese Zugmittel sind in der Lage, die Druckkräfte aufzunehmen, welche die
gegenüberliegenden
Wände auseinanderzudrücken suchen.
Mit der Erfindung wurde erstmals erkannt, daß bei Behältern, welche ein flüssiges oder gasförmiges Medium
aufnehmen sollen, der Innenraum für die Durchführung von
Zugmitteln zur Verfügung
steht. Insgesamt entsteht so ein fabrikmäßig weitgehend vorfertigbarer
Fermentierbehälter,
der großteilig
zur Baustelle transportiert, dort innerhalb kürzester Zeit zusammengesetzt
und später
in vergleichbarer Weise wie der demontiert werden kann.
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Vorteilhafterweise
kann eine Art Baukastensystem eingesetzt werden, bei dem mindestens
eine Wand mehrere Paneele umfasst, die dicht aneinander angesetzt
sind. Je nach Größe des Fermentierbehälters werden
einfach mehrere untereinander im wesentlichen identische Paneele
zusammengefügt.
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Jedes
Paneel kann mindestens einen durch Abkantung aus der Hauptfläche des
Paneels entstandenen randseitigen Schenkel umfassen, der gegenüber dem
benachbarten Bauteil durch ein Dichtungsmaterial abgedichtet ist.
Neben dieser Dichtungsfunktion hat der abgekantete Schenkel selbstverständlich auch
eine das Paneel versteifende Wirkung.
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Auch
das Dichtungsmaterial muß gegenüber dem
Fermentiergut resistent sein. In dieser Hinsicht hat sich als günstig herausgestellt,
wenn das Dichtungsmaterial ein modifiziertes Silanpolymer ist. Dieses
Material bewahrt seine Dichtwirkung auch bei Druckbelastung und
bei der im Fermentierbehälter vorliegenden
chemischen Zusammensetzung des Materials, insbesondere bei höheren Konzentrationen
an Ammoniak und Schwefelverbindungen.
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Der
aus der Hauptfläche
des Paneels abgekantete Schenkel kann zusätzlich der mechanischen Verbindung
mit dem benachbarten Bauteil dienen.
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Besonders
bevorzugt wird ein Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Fermentierbehälters, bei
dem das benachbarte Bauteil ein Befestigungselement ist, welches
mit mindestens einer Befestigungslasche über die Wand in Richtung auf
das Innere des Behälters übersteht,
an der ein Ende eines Zugmittels befestigt ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel
bleibt also die "Hauptfläche" der Innenschale unverletzt;
es müssen
keine Befestigungsbohrungen oder dgl. abgedichtet werden.
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Bei
größeren Fermentierbehältern wird
es regelmäßig so sein,
daß mehrere
gegenüberliegende Wände miteinander
verbindende Zugmittel vorgesehen sind. Eine mechanisch besonders
günstige
Aussteifung des Fermentierbehälters
ergibt sich in diesem Fall, wenn zumindest ein Teil dieser Zugmittel mit
einem Ende an einem gemeinsamen Befestigungsteil festgelegt ist
und so eine sternenförmige Anordnung
bildet.
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Wenn
das Befestigungsteil ein Ring ist, kann dieser zusätzlich als
Lager einer Welle genutzt werden.
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Bei
Fermentierbehältern
kommt als Welle insbesondere die Antriebswelle eines Rührwerks
in Betracht, welches das Fermentiergut durchmischt.
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Bereits
oben wurde kurz erwähnt,
daß zur Herstellung
der Paneele bevorzugt Edelstahlbleche verwendet werden, die sowohl
witterungs- als auch Fermentiergutbeständig und optisch ansprechend sind.
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Wenn
der mindestens eine Isolierkörper
an der der Hauptfläche
der Innenschale zugewandten Seite mit einer Gleitfläche versehen
ist, wird das Montieren der die Isolierkörper tragenden Kassette erleichtert,
bei dem eine Relativbewegung zwischen Kassette und Innenschale stattfindet.
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Mindestens
ein Isolierkörper
kann auch mit mehreren Distanz haltenden Vorsprüngen versehen sein, die an
der Hauptfläche
der Innenschale anliegen. Auf diese Weise entstehen zwischen der
Innenschale und dem Isolierkörper
zusätzliche
Lufträume, die
selbst zur Isolationswirkung mit beitragen.
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Die
Zugmittel können
wahlweise starr, insbesondere Zugstäbe, oder auch flexibel, insbesondere Seile
oder dgl. sein.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert; es
zeigen
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1 isometrisch
bei abgenommener Vorderwand, abgenommenem Deckel und abgenommenen
Boden den Fermentierbehälter
einer Anlage zur Erzeugung von Biogas;
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2 die
Außenansicht
einer Seitenwand des Behälters
von 1;
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3 in
größerem Maßstab ein
Befestigungsblech, wie es bei dem Behälter der 1 und 2 verwendet
wird;
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4 in
erneut größerem Maßstab im
Detail die Verbindung zwischen zwei benachbarten Paneelen, die Teil
der Seitenwand der 2 sind;
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5 einen
vertikalen Schnitt durch eine Seitenwand des Behälters von 2;
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6 einen
vertikalen Schnitt durch ein alternatives Ausführungsbeispiel einer Seitenwand.
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In 1 ist
in isometrischer Darstellung der Fermentierbehälter 1 einer Anlage
zur Herstellung von Biogas dargestellt. Zur Entlastung der Zeichnung sind
dabei verschiedene Elemente weggelassen, deren Bauweise konventionell
oder jedenfalls im vorliegenden Zusammenhang nicht von Interesse
ist. Bei diesen Elementen handelt es sich um die dem Betrachter
zugewandte Seitenwand des Behälters 1, hier
auch vordere "Stirnwand" genannt, um einen oberen
Deckel sowie den Boden des Behälters 1. Ebenfalls
nicht gezeigt ist ein stabilisierendes Gerüst, welches vertikal verlaufende
Stützen
und horizontal verlaufende Träger
umfasst und grundsätzlich
in bekannter, beliebiger Weise gestaltet sein kann.
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Die
nachfolgenden Ausführungen
befassen sich im wesentlichen ausschließlich mit der Bauweise der
beiden gegenüberliegenden
Seitenwände 2, 3, die
durch die in 1 hinten liegende, konventionelle Stirnwand 4 miteinander
verbunden sind. Da die Bauweise beider Seitenwände 2, 3 dieselbe
ist, wird im folgenden nur die Konstruktion der Seitenwand 2 beschrieben.
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Die
Seitenwand 2 ist aus mehreren Paneelen 4 zusammengesetzt,
die jeweils die Form eines vertikal stehenden, schmalen Rechteckes
besitzen. Benachbarte Paneele 4 sind an ihren Rändern unter Zwischenschaltung
eines Befestigungsbleches 5 dicht miteinander verbunden.
Einzelheiten dieser Verbindung werden weiter unten erläutert.
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Das
Befestigungsblech 5 ist in 3 in der Seitenansicht
herausgezeichnet; es hat ebenfalls die Grundform eines schmalen,
vertikal stehenden Rechtecks, wobei jedoch die Abmessung der Schmalseite
sehr viel kleiner als die Abmessung der Schmalseite der Paneele 4 ist.
Sie entspricht in etwa der Dicke der Paneele 4. An die
rechteckige Grundform des Befestigungsbleches 5 sind hervorstehende Befestigungslaschen 6 angeformt,
die jeweils ein Befestigungsloch 7 aufweisen. Im montierten
Zustand der Seitenwand 2, der in 1 dargestellt
ist, ragen nur die Befestigungslaschen 6 mit den Befestigungslöchern 7 nach
innen über
die Innenfläche
der Paneele 4.
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Die
Paneele 4 besitzen aufgrund ihrer weiter unten erläuterten
Bauweise von Hause aus nicht die nötige Stabilität, um den
Innendruck aufnehmen zu können,
wenn der Behälter 1 mit
Fermentiergut gefüllt
ist, bei dem es sich im allgemeinen um eine Mischung aus Flüssigkeiten
und (zerkleinerten) Festkörpern
handelt. Aus diesem Grunde sind die Seitenwände 2, 3 durch
eine Vielzahl von Zugstäben 8 miteinander
verbunden. Die Zugstäbe 8 nehmen
diejenigen Kräfte
auf, die vom Inhalt des Fermentierbehälters 1 auf die Seitenwände 2, 3 ausgeübt werden
und diese auseinanderzudrücken
suchen.
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Alle
Zugstäbe 8 sind
in vertikalen, parallelen Ebenen angeordnet, wobei die Anordnung
in jeder Ebene dieselbe ist. Die Ebenen verlaufen jeweils durch
gegenüberliegende
Befestigungsbleche 5 in den Seitenwänden 2 und 3,
wobei der Abstand dieser Ebenen im dargestellten Ausführungsbeispiel
der Breite zweier Paneele 4 entspricht. Das jeweils zwischenliegende
Befestigungsblech 5 der Seitenwände 2, 3 bleibt
somit von Zugstäben
frei. Der Abstand zwischen den fraglichen Ebenen kann jedoch auch
größer oder
kleiner gewählt
werden, je nach der detaillierten Bauweise der Paneele 4 und
dem vom Inhalt des Fermentierbehälters 1 ausgeübten Innendruck.
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Jede
Anordnung von Zugstäben 8 umfasst einen
oberen Zugstab 8a, der sich horizontal von einer Befestigungslasche 6 der
Seitenwand 2 zu einer in derselben Höhe befindlichen Befestigungslasche 6 der
Seitenwand 3 erstreckt. In ähnlicher Weise verläuft eine
untere Zug stab 8b zwischen einer unteren Befestigungslasche 6 der
Seitenwand 2 und einer auf derselben Höhe befindlichen Befestigungslasche 6 der
Seitenwand 3. Zwei weitere Zugstäbe 8c und 8d verlaufen
horizontal, jedoch nicht über
die gesamte Entfernung zwischen den beiden Seitenwänden 2 und 3.
Vielmehr erstreckt sich der Zugstab 8c von einer Befestigungslasche 6 der
einen Seitenwand 2 bis zu einem mittleren Befestigungsring 9,
wo er angeschraubt ist. Der Zugstab 8d überbrückt auf derselben Höhe in horizontaler
Richtung die Entfernung zwischen dem Befestigungsring 9,
an dem er ebenfalls mit einem Ende angeschraubt ist, und einer Befestigungslasche 6 der
Seitenwand 3.
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Je
nach den statischen Anforderungen können insbesondere im unteren
Bereich weitere horizontale Zugstäbe eingesetzt werden.
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Die
Anordnung von Zugstäben 8 in
einer Ebene wird ergänzt
durch vier diagonal verlaufende Zugstäbe 8e, 8f, 8g und 8h.
Der Zugstab 8e verläuft von
links oben nach rechts unten von derselben Befestigungslasche 6 der
Seitenwand 2, an welcher auch der horizontal verlaufende
Zugstab 8a befestigt ist, zum Befestigungsring 9 und
ist dort angeschraubt. In Richtung dieses Zugstabs 8e verläuft der Zugstab 8f,
der sich von dem Befestigungsring 9, an dem sein eines
Ende befestigt ist, zu derselben unteren Befestigungslasche 6 der
Seitenwand 3 erstreckt, an welcher auch der untere horizontale
Zugstab 8b befestigt ist.
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In
entsprechender Weise erstreckt sich der Zugstab 8g von
rechts oben nach links unten. Er ist hierzu mit seinem oberen Ende
an derselben Befestigungslasche 6 der Seitenwand 3 befestigt,
an der auch der horizontale Zugstab 8a befestigt ist, während sein
anderes Ende an dem Befestigungsring 9 festgeschraubt ist.
In Richtung des Zugstabs 8g verläuft der letzte Zugstab 8h,
der mit einen Ende an dem Befestigungsring 9 angeschraubt
und mit dem anderen Ende an derselben Befestigungslasche 6 der
Seitenwand 2 befestigt ist, an welcher auch der horizontal
verlaufende Zugstab 8b festgelegt ist.
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Die
einzelnen Paneele 4 sind in einer Weise aufgebaut, die
nachfolgend anhand der 4 und 5 erläutert wird.
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Jedes
Paneel 4 besitzt eine Innenschale 4a, die aus
vom Coil abgezogenem und gekantetem Edelstahlblech besteht. Wie
der 4 zu entnehmen ist, sind die vertikal verlaufenden
Randbereiche der Innenschale 4a der Paneele 4 dreifach
rechtwinklig abgekantet. Auf diese Weise entstehen vier streifenförmige Schenkel 4aa, 4ab und 4ac des
Randbereiches. Der Schenkel 4aa verläuft senkrecht zur Hauptfläche des
Paneels 4 und dient, wie später erläutert wird, der dichten Verbindung
zweier benachbarter Paneele 4. Der erneut um 90° umgekantete
Schenkel 4ab verläuft
parallel zur Hauptfläche
der Innenschale 4a. Der erneut umgekantete letzte Schenkel 4ac verläuft wieder
parallel zum Schenkel 4aa, ist jedoch erheblich kürzer als
dieser. Auf diese Weise verbleibt zwischen dem Rand des Schenkels 4ac und
der Hauptfläche
der Innenschale 4a ein verhältnismäßig breiter Spalt 10.
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Wie
sich der 4 entnehmen läßt, ist
zwischen die beiden Schenkel 4aa benachbarter Paneele 4 der
rechteckige Bereich des Befestigungsbleches 5 so eingeschoben,
daß die
Befestigungslaschen 6, wie oben schon erwähnt, nach
innen überstehen.
Die Fixierung der beiden benach barten Paneele 4 und des
zwischenliegenden Befestigungsbleches 6 erfolgt mit Hilfe
von Schrauben 11, die durch entsprechende Bohrungen der
Schenkel 4aa und des Befestigungsbleches 5 hindurchgeführt und durch
eine Mutter 12 gekontert sind.
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In
dem Bereich zwischen den Schrauben 11 und der Innenfläche der
Innenschalen 4a der Paneele 4 verlaufen jeweils
zwischen der Außenseite
der Schenkel 4aa und den benachbarten gegenüberliegenden
Seiten des Befestigungsbleches 5 zwei vertikale Raupen 30 aus
einem Material, das sowohl klebende als auch dichtende Eigenschaften
hat. Durch die klebende Eigenschaft wird die fixierende Wirkung der
Schrauben 11 ergänzt,
während
die dichtende Eigenschaft für
die Dichtigkeit des Innenraumes des Fermentierbehälters 1 sorgt.
Als Material eignen sich insbesondere modifizierte Silanpolymere.
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4 zeigt
außerdem,
wie das abgeflachte Ende einer Zugstange 8 mit Hilfe einer
Schraube 14 und einer Gegenmutter 15 an dem Befestigungsloch 7 der
Befestigungslasche 6 angebracht ist.
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Die
Paneele 4 umfassen neben der oben beschriebenen Innenschale 4a,
welche die Innenfläche des
Fermentierbehälters 1 bildet,
eine Vielzahl von mit Isoliermaterial gefüllten Blechkassetten 15.
Die Bauweise dieser Blechkassetten 15 wird ebenfalls aus
den 4 und 5 deutlich: Sie umfassen einen
Blechmantel 15a, der ebenfalls aus Coilmaterial durch Abkanten
hergestellt ist. Die Abkantung an den in der Montagestellung vertikal
verlaufenden Rändern
ist jedoch nur einfach, so daß hier
ein Schenkel 15aa entsteht, der in der Montagestellung
der 3 parallel zu den Schenkeln 4aa der Innenschale 4a verläuft. Der
Blechmantel 15a der Kassetten 15 erhält so im
Schnitt die Form eines U.
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In
den von dem U umgebenen Raum wird, wie in 5 dargestellt,
von einer offenen Stirnseite her ein Isolierkörper 16 aus isolierendem
Material eingeschoben.
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Die
auf diese Weise gebildeten Kassetten 15 werden mit gegenüberliegenden
Randbereichen in die gegenüberliegenden
Spalte 10 des jeweiligen Paneeles 4 eingeführt, wie
dies der 4 zu entnehmen ist. Die Blechmäntel 15a zeigen
dabei jeweils nach außen.
Um das Einschieben zu erleichtern, ist die an der Hauptfläche der
Innenschale 4a zu liegen kommende Innenfläche des
Isolierkörpers 16 als Gleitfläche mehrfach
ballig ausgeführt.
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Die
Kassetten 15 haben bei dem in 5 dargestellten
Ausführungsbeispiel
unterschiedliche vertikale Abmessungen: Im unteren Bereich besitzen sie
eine geringere Höhe
als im darüberliegenden
Bereich.
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Die
Befestigungsringe 9 in den verschiedenen Ebenen, in denen
die Zugstangen 8 angeordnet sind, können zur Lagerung der Welle
eines nicht dargestellten Rührwerkes
benutzt werden, deren Verwendung bei Fermentierbehältern generell
gebräuchlich
ist.
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An
den erfindungsgemäß ausgestalteten Seitenwänden 2, 3 des
Fermentierbehälters
können – ebenso
wie an den konventionell gestalteten Wänden – Einbauten bekannter Art befestigt
werden. In 1 sind als Beispiel für derartige
Einbauten zwei parallel verlaufende Heizrohre 17, 18 gezeigt.
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Im
Betrieb wird der fertiggestellte Fermentierbehälter 1 mit dem Fermentiergut
gefüllt,
das dort anaerob vergoren wird, wie dies an und für sich bekannt
ist. Das nicht dargestellte Rührwerk
sorgt dabei für
eine gute Durchmischung des Fermentiergutes. Der Innendruck, der
vom Fermentiergut selbst und auch vom sich entwickelnden Biogas
herrührt,
wird von den Zugstangen 8 aufgenommen, so daß trotz der
einfachen Bauweise der Seitenwände 2, 3 die mechanische
Stabilität
des Fermentierbehälters 1 gewährleistet
ist.
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Grundsätzlich ist
es um so günstiger,
um so mehr Wände
des Fermentierbehälters 1 auf
die erfindungsgemäße Weise
gebaut sind. Grenzen gibt es hier insbesondere insoweit, als für die Verlegung
der Zugstäbe 8 Freiräume vorhanden
sein müssen.
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In 6 ist
eine alternative Bauweise eines Paneels 104 dargestellt.
Teile, die solchen des Paneels 4 der 5 entsprechen,
sind mit demselben Bezugszeichen zuzüglich 100 gekennzeichnet.
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Hauptunterschied
zwischen den beiden Ausführungsbeispielen
von Paneelen 4 bzw. 104 ist die Ausgestaltung
des Isolierkörpers 16 bzw. 116.
Während
diese Isolierkörper 16 beim
Ausführungsbeispiel der 5 im
wesentlichen quaderförmig
waren, werden beim Ausführungsbeispiel
der 6 Formkörper 116 eingesetzt.
Diese Formkörper 116 umfassen eine
Grundplatte 116a, deren Dicke deutlich geringer als die
Dicke der Isolierkörper 16 des
Ausführungsbeispieles
der 5 ist. An diese Grundplatte 116a sind
horizontal verlaufende, im Querschnitt trapezförmige Rippen 116b angeformt.
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel
weist jeder Formkörper 116 drei derartige
Rippen 116b auf. Die Außenseiten der Formkörper 116 sind
wieder mit einem Metallmantel 115a versehen, der an einem
horizontalen Rand des Formkörpers 116 umgebogen
und an die dortige schräg
verlaufende Stirnfläche
einer Rippe 116b angelegt ist.
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Durch
die beschriebene Bauweise der Formkörper 116b ergibt sich
zwischen den Formkörpern 116 und
der Hauptfläche
der Innenschale 104a eine Vielzahl von horizontal verlaufenden
Lufträumen 160.