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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Verstärkungsvorrichtung für den Einsatz
bei Bauteilen aus vergießfähigen, aushärtenden
Materialien, wie Betonwerkstoffen, die zumindest außenumfangseitig mit
einer Stützstruktur
versehen sind, sowie damit hergestellte Bauteile.
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Durch
die
EP 1 411 185 A1 ist
ein Verfahren zur nachträglichen
Ertüchtigung
von Betonmasten bekannt, wobei zumindest zwei Längsprofile unter Zwischenschaltung
zumindest eines Klebers mit der Maßgabe auf der Betonmastoberfläche aufgeklebt werden,
dass die Längsprofile
in Längsrichtung
des Betonmastes orientiert sind. An die Längsprofile schließt zumindest
ein den Zwischenraum zwischen den Längsprofilen überbrückendes
Querelement an. Mit dem beschriebenen Verfahren sowie der hierfür eingesetzten
Verstärkungsvorrichtung
aus Profilteilen soll die Mastbelastbarkeit, beispielsweise von Strommasten,
sowohl bezüglich
Biegung relativ zur Mastlängsachse
als auch bezüglich
Torsinn erhöht werden.
Insoweit ergibt sich eine nachträgliche
Sanierungsmöglichkeit
für schadhafte
Betonmasten. Die in der Art einer Zusatzschalung ausgebildete Verstärkungsvorrichtung
wäre jedoch
nur sehr eingeschränkt
in der Lage, den bei der Betonformge bung entstehenden hohen Drücken stand
zu halten, so dass diese nur nachträglich für bereits bestehende, weitgehend
ausgehärtete
Betonmasten einsetzbar ist.
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Die
Verwendung eines Gitternetzes aus Metall, auch in Form von Edelstahl,
für die
nachträgliche Verstärkung von
Betonbauteilen ist aus dem Dokument
JP 2001317294 A bekannt.
Um eine zufriedenstellende Verstärkungswirkung
zu erzielen, ist bei der bekannten Lösung vorgeschlagen, ein einlagiges Gitternetz,
vorzugsweise aus durchgehenden starren Edelstahlstäben als
linienförmige
Stränge,
unter Bildung von Gitterzwischenräumen, in die das Betonmaterial
bei der Formgebung auch eindringen kann, in Längs- und Querrichtung fest
miteinander zu verschweißen,
wobei man zur Erhöhung
der Festigkeit des einlagigen feststehenden Gitternetzes die eingesetzten
Metallstäbe
vor dem Verschweißen
in Längsrichtung
reckt. Das dahingehende starre Gitter-Tragwerk findet dort seine
Anwendungsgrenze, wo über den
Betonwerkstoff eingeleitete Spannungsspitzenwerte, gegebenenfalls
lokal eingeschränkt,
die Festigkeitswerte der Stabanordnung, insbesondere an den Stellen
der Schweißverbindungen, übersteigen, was
bis zum Versagen der starren Struktur führen kann. Auch läßt sich
die dahingehende starre Gitteranordnung im wesentlichen nur für geradlinig
und flächig
verlaufende Betonbauteile oder für
solche mit schwachem Krümmungsverlauf,
bezogen auf die jeweilige Betonwandgeometrie, einsetzen, da der
starren Gitteranordnung, bezogen auf die Flexibilität deutliche
Grenzen gesetzt sind. Des weiteren ist die bekannte Lösung aufgrund
der herzustellenden Vielzahl an Schweißverbindungen zwischen den
Längs- und
Querstäben
aufwendig und mithin kostenintensiv in der Herstellung.
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Im
Hinblick auf diesen Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe
zugrunde, eine hinsichtlich der Verbesserung der Festigkeitseigenschaften wesentlich
wirksamere Verstärkungsvorrichtung
zur Verfügung
zu stellen, die kostengünstig herstellbar
ist, die sich für
eine Vielzahl von herzustellenden Betongeometrien eignet und die
vor Ort, also an der Baustelle, eine gute Montierbarkeit gewährleistet.
Gemäß der Erfindung
ist diese Aufgabe durch eine Verstärkungsvorrichtung gelöst, die
die Merkmale des Patentanspruches 1 in seiner Gesamtheit aufweist,
sowie durch ein Bauteil gemäß der Merkmalsausgestaltung
des Patentanspruchs 10.
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Dadurch,
dass erfindungsgemäß als Stützstruktur
ein Stützgewebe
vorgesehen ist, das mindestens einlagig aus miteinander verwobenen
linienförmigen
Kett- und Schußsträngen besteht,
hat die den Werkstoff umgebende und insoweit zumindest teilweise
flexibel gehaltene Stützstruktur
im Vergleich zu einem starren, metallischen Gitternetz Dehnungseigenschaften,
die es ermöglichen,
Umschnürungen für die Bauteile
zu realisieren, bei denen das Gewebe mit vorgebbarer elastischer
Spannung das herzustellende Bauteil umgibt. Wie Versuche gezeigt
haben, ergibt sich dadurch eine starke Verbesserung der Verstärkungswirkung
gegenüber
den aufgezeigten bekannten starren Profilstab- oder Gitterlösungen. Die
damit hergestellten oder nachträglich
mit der Verstärkungsvorrichtung
versehenen Bauteile zeichnen sich durch ein reduziertes Gewicht,
insbesondere bedingt durch Materialersparnis, aus, was auch zu reduzierten
Kosten führt.
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Das
erfindungsgemäße Funktionsgewebe läßt sich
auf üblichen,
für technische
Funktionsgewebe vorgesehenen Webmaschinen, wie man sie beispielhaft
auch von der Papiermaschinensieb-Herstellung kennt, aus Kett- und Schußsträngen erzeugen, so
dass zwischen Kett- und Schußsträngen „lose" Verbindungsstellen
entstehen, die gegeneinander um einen gewissen Betrag abgleiten
können,
was zur Schaffung der benötigten
Elastizität
mit beiträgt
und auf kostenintensive starre Schweißverbindungsstellen kann völlig verzichtet
werden. Sofern in der vorliegenden Anmeldung von Kett- und Schußsträngen gesprochen
wird, bezieht dies fadenartige Strukturen mit ein, wie Monofilament-
und Multifilamentanordnungen. Es besteht aber auch die Möglichkeit,
zumindest einen Teil der dahingehenden Fadenanordnung durch flexible
oder starre Stäbe
oder Profile – auch
in Hohlanordnung – zu
ersetzen. Insbesondere könnte
vorgesehen sein, die Kettanordnung aus starren Kettstäben zu bilden,
die dann über
querverlaufende Schußfäden als
Mono- oder Multifilament ausgebildet miteinander den Gewebeverbund
herstellen. Sofern eine Multifilamentanordnung Verwendung findet,
ermöglicht
diese aufgrund der sich hieraus ergebenden, aufgerauhten Strukturoberseite
eine verbesserte Anbindungsmöglichkeit
für das
gießfähige, auszuhärtende Material,
insbesondere in Form des Betonwerkstoffes. Vorzugsweise umgibt die
Stützstruktur
das Bauteil außenumfangsseitig.
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Sofern
das erfindungsgemäße flexible
Stützgewebe
zu einem Hohlkörper
geformt ist, beispielsweise in Form eines Hohlzylinders od. dgl.,
ergibt sich unter dem Druck des eingegossenen Materials eine Aufdehnung
des Stützgewebes
mit entsprechenden, nach innen wirkenden Rückstellkräften, was insoweit zu einer
Erhöhung
der Vorspannung für das
vergießfähige, auszuhärtende Material
führt.
In besonders vorteilhafter Weise ist jedoch das Stützgewebe
mit einer Spanneinrichtung versehen, die bei Betätigung den freien Umfassungsraum
des Stützgewebes
verringert, so dass insoweit ein gewünschtes, einstellbares Maß an Vorspannung
für die
Umschnürung
erhalten wird.
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Die
genannte Spanneinrichtung weist vorzugsweise für das Zusammenziehen der Enden
des Stützgewebes
zumindest ein an dessen Enden angreifendes Spannschloß, vorzugsweise
in Form eines Spannbügelverschlusses
auf. Nach dem Betätigen
des Spannbügelverschlusses
kann dieser selbst als Befestigungseinrichtung dienen, die das Stützgewebe
im gespannten Zustand hält.
Alternativ oder zusätzlich
kann eine Befestigungseinrichtung vorgesehen sein, die die Enden
des gespannten Stützgewebes
in einander angenäherter
Position festlegt. Zu diesem Zweck kann eine Mehrzahl von mit den
Enden des Stützgewebes
verhakbaren Metallklammern vorgesehen sein. Ferner besteht die Möglichkeit,
den jeweiligen Spannbügelverschluß oder die
sonstige Spanneinrichtung reversibel von den Enden des Stützgewebes
zu lösen
und dort nachträglich
die Befestigungseinrichtung, beispielsweise in Form von Metallklammerverschlüssen, anzubringen.
Die dann doch recht teuren Spanneinrichtungen könnten dann an anderer Stelle
bei einem weiteren Stützgewebe für das Herstellen
eines zu formenden Bauteils eingesetzt werden.
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Vorzugsweise
weist das Stützgewebe
Metallstränge,
insbesondere aus Edelstahl, und/oder Kunststoffstränge, auf.
Als linienförmige
Stränge
können
insbesondere Drähte,
Seile, Fäden
oder Stäbe eingesetzt
sein. Kunststoffstützgewebe
finden insbesondere dann Anwendung, wenn die aufzunehmenden Druckkräfte durch
das zu vergießende
Material gering sind.
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Wie
sich gezeigt hat, ergeben sich besonders gute Ergebnisse, wenn das
Gewebe in Leinwandbindung aufgebaut ist; es sind hier aber auch andere
Bindungsarten denkbar, beispielsweise in Form einer Köperbindung
od. dgl.. Bei hohen Beanspruchungen hat es sich als günstig erwiesen,
anstelle eines einlagigen Gewebes ein mehrlagiges, insbesondere
dreilagiges Stützgewebe
vorzusehen. Bei einem dahingehenden mehrlagigen Verbund können die
einzelnen Gewebelagen über
separate Bindefäden
miteinander verbunden werden; es besteht aber auch die Möglichkeit,
Fadenanordnungen der einen Gewebelage verbindend in die jeweils
benachbarten Gewebelagen zum Herstellen des Verbundes überzuführen.
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Gegenstand
der Erfindung sind auch Bauteile aus vergießfähigen, aushärtenden Materialien, wie Betonwerkstoffen,
die zumindest mit einer Stützstruktur
versehen sind unter Verwendung einer Verstärkungsvorrichtung mit einer
Ausgestaltung nach den vorangegangenen, beschriebenen Merkmalen.
Dahingehende Bauteile können
linienförmige
Elemente beinhalten, wie Masten oder Teile von Stabtragwerken; sie
können
aber auch Raumgestaltungen betreffen, wie halb- oder teilschalenförmige Elemente,
wie Decken oder Fundamentteile. Ferner sind Komplettanordnungen
an Bauteilen denkbar, bei denen das Bauteil zusammen mit der Verstärkungsvorrichtung versehen
an einem Ort herstellbar und an einem anderen Ort montierbar ist.
Eine besonders bevorzugte Verwendung der Verstärkungsvorrichtung hat sich
für sog.
Behälterkomponenten
von Kleinkläranlagen
ergeben, die als Klärschlammbecken,
Frischwassserbecken, Durchlaufbecken – auch unter Einbezug von Rührwerken – und dergleichen
mehr, vorzugsweise in Mehrfachhintereinanderanordnung Anwendung finden.
Mit dahingehenden Bauteilen ist dann die Möglichkeit geschaffen, in kostengünstiger
Weise Kleinkläranlagen
vor Ort, also an der Stelle der Entstehung der Verschmutzung, einzusetzen,
was mit konventionellen Kläranlagenteilen
bisher so nicht möglich
war.
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Weitere
vorteilhafte Ausführungsformen
der erfindungsgemäßen Verstärkungsvorrichtung
sind Gegenstand der sonstigen Unteransprüche.
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Nachstehend
ist die Erfindung anhand der Zeichnung im einzelnen erläutert. Die
gezeigten Ausführungsbeispiele
betreffen ein einlagiges Stützgewebe,
aufgebaut aus Kett- und Schußfäden.
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Es
zeigen:
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1 eine
Draufsicht eines Abschnittes eines in Leinwandbindung ausgeführten Stützgewebes eines
Ausführungsbeispieles
der erfindungsgemäßen Verstärkungsvorrichtung;
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2 eine
gegenüber 1 stark
vergrößert gezeichnete
Teilansicht des in 1 mit II bezeichneten Teilabschnittes;
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3 eine
gegenüber 1 leicht
vergrößert und
schematisch vereinfacht gezeichnete Teildarstellung nur desjenigen
Bereiches des Stützgewebes
von 1 und 2, in dem Enden des Stützgewebes
aneinander angenähert
und über
eine Reihe von Metallklammern miteinander verbunden sind;
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4 eine
in verkleinertem Maßstab
gezeichnete Draufsicht des in der Form eines hohlen Kreiszylinders
befindlichen Stützgewebes,
ohne im Zylinderinnenraum befindliches Bauteil;
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5 eine
der 4 ähnliche
Draufsicht mit im Zylinderinnenraum befindlichem Bauteil in Form einer
runden Säule
aus Betonwerkstoff;
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6 eine
gegenüber 5 vergrößert und abgebrochen
gezeichnete Darstellung der Enden des Stützgewebes mit daran befindlicher
Spanneinrichtung in Form eines in geöffnetem Zustand befindlichen
Spannbügelschlosses;
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7 eine
der 6 entsprechende Darstellung, wobei jedoch das
Spannbügelschloss
in teilweise geschlossenem Zustand dargestellt ist und
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8 ein
mit dem Stützgewebe
versehener Behälter
als Komponente einer nicht näher
dargestellten Kleinkläranlage.
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1 bis 3 zeigen
Abschnitte des für ein
Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Verstärkungsvorrichtung
vorgesehenen Stützgewebes,
das als Ganzes mit 1 bezeichnet ist. Wie am deutlichsten
aus 2 entnehmbar ist, ist das Gewebe 1 in
Leinwandbindung aus Kettfäden 3 und Schußfäden 5 aufgebaut,
wobei das Gewebe 1 von 1 bis 3 einlagig
ist (in 1 und 3 sind nicht
sämtliche
Kett- und Schußfäden mit
Bezugszahlen bezeichnet). An Stelle des einlagigen Aufbaues des
Gewebes 1 könnte,
beispielsweise in Verbindung mit besonders hoch belasteten Bauteilen,
ein mehrlagiger, insbesondere dreilagiger Aufbau des Gewebes 1 vorgesehen
sein. Als Werkstoff für
Kett- und Schußfäden 3 und 5 ist
beim vorliegenden Beispiel Edelstahl vorgesehen, wobei der Werkstoff
in Form eines Drahtes oder eines Seiles vorgesehen sein kann. Bei
der Darstellung von 2 sind die Kettfäden 3 in
der Art von gedrehten Drähten
(Litzen) oder von Seilen gezeichnet, während die Schußfäden 5 in
der Art unverdrehter Drähte
dargestellt sind. Es versteht sich, dass vielerlei Variationen oder
Kombinationen möglich
sind. Anstelle eines monofilen Aufbaues von Drähten oder Seilen können auch
Multifilamente oder eine Kombination hiervon benutzt werden, um
das Gewebe 1 zu gestalten. Anstelle der in den Figuren
gezeigten, bevorzugten Leinwandbindung könnten andere Bindungsarten,
beispielsweise eine Köperbindung,
vorgesehen sein.
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Bei
vorteilhaften Ausführungsbeispielen
sind Drahtdurchmesser im Bereich von 0,15 bis 5,0 mm vorgesehen.
Insbesondere kommen Durchmesser zwischen 0,5 mm und 4 mm für die Schußfäden 5 in Betracht,
wenn Schußabstände im Bereich
von 10 bis 20 mm vorgesehen sind. Bevorzugte Durchmesser der Kettfäden 3 liegen
im Bereich von 1 mm bis 3 mm, wenn die Abstände der Kettfäden 3 etwa
im Bereich von 0,5 mm bis 10 mm gelegen sind. Da, abhängig von
der Größe der zu
verstärkenden
Bauteile, die Schußabstände von
0,5 mm bis 1000 mm und die Kettabstände von 0,5 mm bis 500 mm variieren
können,
kommen selbstverständlich
Drahtdurchmesser außerhalb
der genannten, bevorzugten Bereiche in Betracht.
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3 und 4 zeigen
das Stützgewebe 1 in
einem Zustand, bei dem es eine kreiszylindrische Umschnürung für ein Betonteil
in Form einer kreiszylinderförmigen
Säule bildet,
wobei in 3 und 5 das Gewebe 1 mit
von ihm umschnürten
Bauteil 7 gezeigt ist, wobei sich die Enden 9 und 11 in
aneinander angenäherter
Lage befinden. Als Spanneinrichtung, die dazu vorgesehen ist, im
Stützgewebe 1 eine
gewünschte
Vorspannung zu erzeugen, indem die Enden 9 und 11 in
Richtung aufeinander zu gezogen werden, ist bei dem Beispiel von 5 ein
als Ganzes mit 13 bezeichneter Spannbügelverschluss vorgesehen, der
in den 6 und 7 näher dargestellt ist. Bei dem
Betriebszustand von 5 befindet sich der Spannbügelverschluss 13 in
der in 7 näher
dargestellten Zwischenstellung. Hierbei ist ein Spannhaken 14 bereits
mit einem Ansatz 21 am Ende 9 des Gewebes 1 verhakt.
Der Spannhaken 14 ist an einem Spannbügel 15 angelenkt,
der seinerseits schwenkbar mit dem anderen Ende 11 des
Gewebes 1 verbunden ist. Bei dem Betriebszustand von 5,
welcher auch in 7 dargestellt ist, ist durch Schwenken
des Spannbügels 15 in
Richtung eines Pfeiles 17 (7) zwischen
den Enden 9 und 11 bereits eine Vorspannung erzeugt.
Durch Weiterbewegen des Spannbügels 15 in
Richtung des Pfeiles 17 wird das Gewebe 1 fertig
gespannt. Durch eine in den Fig. nicht gezeigte Rasteinrichtung
kann der vollständig
in die Spannstellung geschwenkte Spannbügel 15 durch Einrasten
gesichert werden.
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3 zeigt
eine Möglichkeit
der Befestigung der unter Spannung stehenden Enden 9 und 11 des Gewebes 1 aneinander
mittels einer Reihe von in gleichmäßigen Abständen voneinander angeordneten
Metallklammern 23 (in 3 nicht
sämtliche
beziffert), welche mit den Enden 9 und 11 unmittelbar verhakt
sind, wie dies auch aus 4 entnehmbar ist.
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Entlang
des Randes der Enden 9 und 11 kann ein Spannbügelverschluss 13 oder
können mehrere
im Abstand voneinander angeordnete Spannbügelverschlüsse 13 angeordnet
sein, um das Gewebe 1 zu spannen. Alternativ oder zusätzlich kann
auch eine (nicht gezeigte) Federanordnung als Kraftspeicher vorhanden
sein, um die Enden 9 und 11 zueinander hin zu
ziehen. Die Sicherung der Enden 9 und 11 des gespannten
Gewebes 1 mittels der Metallklammern 23 kann zusätzlich zu
diesen Maßnahmen
vorgesehen sein. Bei einer nicht näher gezeigten Ausführungsform
kann auch die Spanneinrichtung von dem Stützgewebe entfernt werden und an
die Stelle der Spanneinrichtung treten die genannten Befestigungseinrichtungen,
beispielsweise in Form der aufgezeigten Metallklammern 23.
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Es
liegt noch im Bereich der Erfindung, beispielsweise die Kettstränge 3 nach
der 2 durch einen Profil-Voll- oder Hohlstab zu ersetzen.
Insoweit wäre
dann nur noch im wesentlichen eine Flexibilität längs der Schußfäden 5 gegeben.
Bei einer dahingehenden Anordnung würde man dann bevorzugt die genannten
Kettstäbe
in Längsrichtung
des Betonbauteils verlaufen lassen, beispielsweise in der Längsachse
eines Betonmastes od. dgl., und die Umschlingung des Betonbauteils
mittels des Stützgewebes
wäre dann
nach wie vor über
die flexiblen Schußfäden 5 erreicht.
Ferner kann anstelle der gezeigten Faden- oder Stabanordnung auch
eine Seil- oder Litzenanordnung treten und insbesondere die nicht hoch
belastbaren Teile des Gewebes können
aus Kunststoffsträngen
gebildet sein, auch in Form von Kohlefasermaterialien. Ferner ist
auch ein Stabverbund, nur aus flexiblen Kunststoff-Stäben aufgebaut, möglich.
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Neben
den genannten Bauteilen zu ihrer Herstellung kann die Verstärkungsvorrichtung
grundsätzlich
nachträglich
auch noch bei Bauteilen als Armierung Anwendung finden und insofern
auch Mauerwerkanordnungen, Maschinenteile od. dgl., verstärken. Bei
der nachträglichen
Anwendung als Armierung lassen sich sanierungsfähige Bauteile und deren Komponenten
aus Betonwerkstoff nachträglich sanieren.
Neben dem Verstärkungseffekt
wird bei einer Anbringung der Verstärkungsvorrichtung im außenumfangsseitigen
Bereich eines Bauteils auch erhöhten
Designaspekten Rechnung getragen und die derart nachträglich ausgestalteten
Bauteile sind als formschön
zu bezeichnen.
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Die 8 zeigt
eine im Querschnitt im wesentlichen zylindrische Behälteranordnung
für den bevorzugten
Einsatz bei sog. Klärkleinanlagen.
Die beschriebene Verstärkungsvorrichtung
kann teilweise in die Behälteranordnung,
vorzugsweise hergestellt aus sog. Textilbeton, integriert sein;
es besteht aber auch die Möglichkeit,
das Stützgewebe
einstückig
so zu weben, dass sowohl das Bodenteil 30 als auch die
zylindrische Seitenwand 32 sowie das Deckelteil 34 einstückig aus
dem Stützgewebe
aufgebaut sind, wobei dann anschließend das derart hergestellte
Stützgewebe
mit dem jeweiligen Betonwerkstoff vergossen wird. Zur Erhöhung der
Steifigkeit sowie zur Verbesserung der Handhabbarkeit des gezeigten
Behälters
weist dieses bodenseitig als auch kopfseitig im Bereich des Überganges
zum Deckelteil 34 Verstärkungen 36 auf.
Das Deckelteil 34 begrenzt einen freien kreisrunden Öffnungsrand,
der je nach Anwendungszweck für
den Behälter
offen bleibt; aber auch schließbar
gestaltet ist und auch dem Durchgriff eines nicht näher dargestellten
Rührwerkes
od.dgl. dienen kann. Der dahingehende Kläranlagenbehälter ist insoweit mit der Verstärkungsvorrichtung
versehen in Leichtbauweise gestaltet und kostengünstig im Sinne einer Massenproduktion
herstellbar. Mit einem dahingehenden Behälterkonzept läßt sich
dann in sehr preiswerter Weise ein Kleinkläranlagenbau vor Ort, also an
der Stelle der Verschmutzungsentstehung, kostengünstig aufbauen und betreiben.
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Als
gießfähige aushärtende Materialien
sind neben Betonwerkstoffen auch Kunststoffmaterialien denkbar,
wie Acrylat oder Schaumstoffe, wie Polyurethanschaum, der häufig im
Fahrzeugbau Anwendung findet.