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Hei zölbatteriebehälter aus glasfaserverstärktem Kunststoff Die Erfindung
betrifft einen aus glasfaserverstärktem UP-Reaktionsharz (GFK) herstellbaren, dünnwandigen
Batterietank zur Lagerung von Heizöl.
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Herkömmliche Batteriebehälter sind aus Stahlblech zusammengeschweißt.
Nach außen sind sie mit einem Schutzanstrich versehen.
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Ein erheblicher Nachteil dieser Stahltanks ist ihre starke Korrosionsanfälligkeit
von der ungeschützten Innenseite des Tanks her: Heizöl enthält fein verteiltes Wasser
(u.a. Kondenswasser, welches bei jedem Entleerungsvorgang mit eingeschleppt wird),
Chloride usw.. Aufgrund dieser unerwünschten aber unvermeidlichen Verunreinigungen
tritt vornehmlich im unteren Behälterbereich eine Korrosion (Lochfraß) ein, die
in der Regel nach einigen Jahren, u.U. bereits aber auch schon nach Monaten, zu
einem Leck werden und damit zum Versagen des Behälters führen kann.
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Batteriebehälter sind gemäß DIN 6620, Blatt 1, kantige oder ovale
Behälter aus Stahl, die für die drucklose Lagerung von Heizöl in Gebäuden für Zentralheizungsanlagen
oder für die zentrale dlversorgung von Einzelheizöfen verwendet werden. Sie können
einzeln aufgestellt oder zu Batterien mit maximal 5 Behaltern zusammengeschlossen
werden. Die Maße solcher Behälter sind in DIN 6620 festgelegt.
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Um Schäden durch auslaufendes Heizöl zu vermeiden, sind zusätzliche
Sicherheitsmaßnahmen durch den Gesetzgeber vorgeschrieben. Außerdem weisen Heizölbatterietanks
aus Stahl ein erhebliches Gewicht auf (ein 2.000 l-Stahlbatterietank wiegt ca.
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235 kg), waa sich insbesondere bei Transport von Hand in den Keller
und bei der Montage nachteilig bemerkbar macht.
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Es lag nahe, als Tankwandungswerkstoff einen korrosionsfesten Werkstoff,
z.B. einen Kunststoff zu verwenden. Man kennt heute Tankinnenbeschichtungen oder
Kunststoff-Blasen im Tank, die seiner stützenden Form entsprechen. Daneben findet
man auch Batterietanks aus Kunststoff. Letztere bestehen bisher aus thermoplastischen
Kunststoffen und sind aufgrUnd ihres E-Moduls und anderer physikalischer Eigenschaften
sowie fertigungstechnischen Gegebenheiten augenblicklich nur bis zu begrenzten Rauminhalten
herstellbar. Eine andere Möglichkeit ergab sich aus der Verwendung von glasfaserverstärkten
Reaktionsharzen als Wandungswerkstoff, weil diese duroplastischen Kunststoffe zusammen
mit den Glasfasern einen im Vergleich zu Thermoplasten höheren Elastizitätsmodul
besitzen und ebenfalls gegen Heizöl und seine möglichen Beimengungen beständig sind.
Der für Heizöllagertanks aus glasfaserverstärktem Kunststoff geforderte statische
Festigkeitsnachweis unter Berücksichtigung eines Sicherheitsbeiwertes von 7,5 (vgl.
Deutscher Ausschuß für brennbare Flüssigkeiten: "Richtlinien für ortsfeste oberirdische
Tanks aus glasfaserverstärkten ungesättigten Polyesterharz-Formstoffen zur Lagerung
von Heizöl und Dieselkraftstoffen, Fassung vom September 1968) kann für Batterietanks
aufgrund ihres ovalen Querschnittes und ihres Verhaltens bei ihrer Befüllung nicht
erreicht werden. Es wurde deshalb eine Sicherheit gegen Bersten vom 7,5fachen Betrag
des statischen Flüssigkeitsdruckes des gefüllten Tanks festgelegt. An den Tankhersteller
war damit die Forderung gestellt, trotz des gegenüber Stahl geringen E-Moduls der
glasfaserverstärkten Kunststoffe einen B'atterietank zu entwickeln, der eine hohe
Stabilität bei geringer Wandstärke (aus Xostengründen) und eine hohe Berstfestigkeit
haben muß, wobei die Form dieses Tanks wegen der anzustrebenden Austauschbarkeit
mit Stahl-Batterietanks weitgehend festlag. Eine sehr wirtschaftliche Behälterfertigung
erlaubt das Wickeln des Behältermantels im Parallelwickelverfahren. Aus verfahrenstechnischen
Gründen müssen dabei die Außenflächen des Tanks in Umfangsrichtung leicht gewölbt
sein. Dadurch baucht sich
jedoch der Tank bei Befüllung nicht nur
aufgrund des geringen E-Moduls des Wandungswerkstoffes stark aus, sondern zusätzlich
noch durch die verfahrensbedingten Verwölbungen. Die Folge ist, daß sich der Scheitel-
und Sohlenbereich des Wickelschusses sowie die Böden einziehen und bei steigendem
Überdruck der Tank, erheblich vor Erreichen des vorgeschriebenen Berstdruckes, zusammenbricht.
Weiter kann durch die Ausbauchung nicht mehr der-vorgeschriebene Abstand zwischen
den in Batterie geschalteten Tanks eingehalten werden. Durch den gleichen Umstand,
d.h. durch die ständige Änderung des Tankquerschnittes während der Befüllung, ist
eine exakte rechnerische Voraussage des Stabilitätsverhaltens und damit eine Berechnung
des Behälters (Form und Wandstärke) nicht- möglich.
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Eine Erhöhung der Stabilität durch größere Wandstärken verbietet sich
aus Kostengründen. Einer grundlegenden werkstoffgerechteren Änderung der Form des
Behälters ist wegen der angestrebten Austauschbarkeit mit Stahltanks eine Beschränkung
auferlegt.
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Es wurde nun gefunden, daß sich diese Nachteile vermeiden lassen durch
einen dünnwandigen, ovalen Heizölbatteriebehälter aus glasfaserverstärktem Kunststoff
mit üblichen Anschlüssen für Befüllen, Entnahme und Entlüftung, dessen Böden sowohl
über die Länge als auch über die Breite stark verwölbt sind und dessen Behältermantel
an den Enden über den ganzen Umfang konisch eingezogen ist, der dadurch gekennzeichnet
ist, daß die Seitenwände des Behältermantels in Längsrichtung im wesentlichen nicht
gekrümmt sind, der Scheitel- und Sohlenteil des Behältermantels dagegen über die
gesamte Länge in der Scheitel- bzw.
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Sohlenlinie einen Krümmungsradius aufweist, der zwischen 3 und 50
m liegt.
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Eine vorteilhafte Aüsführungsform besteht darin, daß im Scheitel-und
Sohlenbereich des Behältermantels über die ganze Länge eine Axialfaserverstärkung
enthalten ist. Ein Heizölbatterietank hat an seiner Vorderseite gemäß DIN 6620 einen
Flanschanschluß
und entlang seiner Scheitellinie Anschlußstutzen
mit Rohrgewinde.
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Jede öffnung bzw. Bohrung in solch einem dünnwandigen Behälter führt
zu einer Verschwächung des BehEltermantels. Da das übliche Einkleben von Stutzen
u.ä. mit anschließendem Uberlaminieren zudem noch in der zu erwartenden Sicherheit
und Dichtigkeit stark abhängig ist von der handwerklichen Geschicklichkeit des Anbringenden,
wurden spezielle Klemm-Flansche und -Stutzen entwickelt, die eine Verschwächung
des Behälters im Bereich einer Bohrung weitgehend verhindern und Undichtigkeiten
durch nicht ordnungsgemäßen Einbau vermeiden.
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Ein derartiger Heizölbatterietank aus glasfaserverstärktem Kunststoff
mit einer Wandstärke von 2 bis 8 mm erfüllt die an ihn gestellten Anforderungen
bezüglich Korrosionsfestigkeit, statischer Festigkeit, Gewichtsersparnis und Austauschbarkeit
gegen Heizölbatterietanks aus Stahl gemäß DIN 6620 im vollen Umfange. Während z.B.
ein 20Q0 l-Stahlbatterietank ca. 235 kg wiegt, weist ein gegen diesen Stahlbehälter
austauschbarer Heizölbatterietank gleichen Inhalts der hier beschriebenen Form aus
glasfaserverstärktem Polyesterharz bei einer Wandstärke von 4 bis 6 mm nur ein Gewicht
von etwa 70 kg auf.
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Die hier beanspruchte Behältergestaltung ist in 6 Zeichnungen dargestellt
und wird mit den entsprechenden Wandungsaufbauten im folgenden näher beschrieben:
Figur 1 zeigt den GFK-Heizölbatterietank in perspektivischer Darstellung Figur 2
zeigt die Vorderansicht des Batterietanks.
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Figur 3 zeigt die Seitenansicht des teilweise aufgeschnittenen Batterietanks.
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Figur 4 zeigt die Draufsicht auf den Batterietank.
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Figur 5 und 6 zeigt die Befestigung der Anschlußstutzen und des Flansches
an der Batterietank- bzw. Bodenwandung.
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Der Batterietank besteht aus einem, z.B. im Wickelverfahren hergestellten,
im Querschnitt etwa ovalen Behältermantel (Wickelschuß) 1 (Fig. 1) und zwei eingeklebten,
z.B. im Preßverfahren gefertigten Böden 2 mit je zwei Griffplatten 3. Der Wickelschuß
ist nicht nur über den gesamten Querschnittsumfang verschieden stark gekrümmt (s.
Fig. 2), sondern zeigt auch über die gesamte Länge des Behälters im Sohlen- 4 und
Scheitelbereich 5, Fig. 3, eine Krümmung bzw. Bombierung. Der Krümmungsradius reicht
dabei, je nach Behältergröße, von etwa 3 m bis gegen 50 m, wobei der Krümmungsradius
von der Scheitel- bzw. Sohlenlinie zu den Seitenwänden hin gegen Unendlich zunimmt.
Die Enden des Wickelschusses sind über den ganzen Umfang konisch eingezogen 6.
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Der Wickelschuß besteht aus einem Reaktionsharz, z.B. einem ungesättigten
Polyester (UP) - Reaktionsharz als Matrix, und Verstärkungsfasern, wie z.B. Glasseidenrovings,
die in Umfangsrichtung aufgewickelt werden. Unter jeder Wickellage liegt vorteilhafterweise
eine flächige Glasseidenverstärkung, z.B. Glasseidenmatten oder Glasstapelfasern
ö.ä.. Nur im Scheitel- und Sohlenbereich liegt zweckmäßigerweise etwa in der in
Fig. 2 angegebenen Breite und über die ganze Länge des Behälters eine Axial-Faserverstärkung,
z.B. in Form eines unidirektional verstärkten (UD-) Glasseidengewebes.
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Der Behälter steht auf zwei Füßen 7 Fig.2 und Fig. 3, in deren Bereich
eine Sattelverstärkung 8 zwecks besserer Lastverteilung angebracht ist. Diese Sattelverstärkung
kann durch entsprechenden Wandungsaufbau in diesem Bereich erzielt werden, aber
auch durch Auflaminieren von geeigneten flächigen Verstärkungsmatten oder -Geweben
oder durch Stapelglasfasern oder durch Aufkleben bzw. Unterlegen von Sattelschalen
aus Metall, GFK o.ä.. Die Füße können aus Holz, Metall, Kunststoff u.a. sein. Sie
können z.B. aus GFK im Handauflege- oder Faserspritzverfahren oder im Preßverfahren
(kalt oder warm) oder
aus Harzmatten (Prepregs) hergestellt werden.
Die Füße können z.B. durch Kleben an dem Behälter befestigt werden.
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Die Böden des Behälters 2 (Fig. 1 und Fig. 3) werden im Preßverfahren
(kalt oder warm) aus einem Reaktionsharz, z.B. einem UP-Reaktionsharz als Matrix
und flächig verteilten Verstärkungsfasern, z.B. Glasseidenmatten, Vorformlingen
aus Stapelfasern, Stapelfasern, Verstärkungsgeweben o.g. gefertigt. Die Böden können
auch aus einem anderen Kunststoff oder anderen Werkstoffen sein. Der Boden ist sowohl
über seine Länge 9 Fig. 3 als auch über seine Breite 10 Fig. 4 stark verwölbt. Die
Radien fallen zum Rand hin ab. Der umlaufende Rand des Bodens ist hochgezogen und
läuft entsprechend der Einziehung des Wickelschusses 5 ig. 3 nach außen hin konisch
aus 11. Der Boden kann zwei Muldungen 12 enthalten, über die Griffplatten 3 geklebt
werden können. Im unteren Teil ist der Boden so abgeflacht 13, daß der Anschlußflansch
in dem vorgeschriebenen oder gewünschten Erdbodenabstand angebracht werden kann.
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Die oben auf dem Behälter vorgeschriebenen Stutzen mit Rohrgewinde
14 Fig. 4 werden gemäß Fig. 5 angebracht: Der Stahlstutzen 14 wird von außen durch
das Loch der Behälterwandung 1 gesteckt und von innen mit einem Überwurfring 15
gegen die Behälterwandung 1 festgezogen. Auf die Klemmflächen wird vorher ein geeigneter
Kleber 16 gegeben.
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Die Montage der Heizölbatterietanks kann z.B. so erfolgen, daß die
Böden, seitlich um 90 0C verdreht, in den Wickelschuß geschoben, dann in ihre ursprüngliche
Stellung wieder zurückgedreht, justiert und beispielsweise durch Hebel, die in die
Griffplatten 3 Fig. 3 der Böden greifen oder durch Sauger, die sich auf der glatten
Bodenwölbung festsaugen o.ä. mechanisch, hydraulisch oder pneumatisch herausgezogen
werdenbis sich die Böden schließlich fest in die vorher mit einem Klebeharz beatrichenen
Konen 5 Fig. 3 an den Behältermantelenden pressen.
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Der Anpreßdruck kann auch durch einen inneren Überdruck im Behalter
aufgebracht werden.
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Der Anschlußflansch 17 Fig. 6 wird an der abgeflachten Stelle 13 Fig.
3 an einem Behälterboden 2 Fig. 3 und 6 in ähnlicher Weise angebracht, wie bereits
bei der Stutzenanbringung 14 Fig. 5 beschrieben. Um den Flansch bei der Montage
zu fixieren, besitzt der Flanschstutzen 17 Fig. 6 einen Stift 18, der mittels einer
entsprechenden Hilfsbohrung im Boden den Flanschstutzen gegen Verdrehung arretiert.
Durch Festdrehen des Uberwurfringes 19 wird der Flanschstutzen 17 fest gegen die
Bodenwandung 2 gepreßt.
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Die Klemmflächen werden vorher mit einem Klebeharz 18 bestrichen.