DE2711179A1

DE2711179A1 - Verfahren zur herstellung einer tragenden gfk-auskleidung fuer einen zylindrischen tank

Info

Publication number: DE2711179A1
Application number: DE19772711179
Authority: DE
Inventors: Roland Baer; Willi Wagner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-03-18
Filing date: 1977-03-15
Publication date: 1977-10-06
Also published as: FR2344402A1; ATA190877A; AT353689B; CH608424A5

Description

Drying. Herbert Moser

Patentanwalt A 773

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23. Februar 1976 RS/kh

Kunststoffwerk AG, 8274 Tägerwilen

Verfahren zur Herstellung einer tragenden GFK-Auskleidung für einen zylindrischen Tank

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer tragenden GFK-Auskleidung für einen zylindrischen Tank, insbesondere für einen erdverlegten Stahltank.

Die Erstellung und der Unterhalt von Tanks für wassergefährdende Flüssigkeiten unterliegen strengen Gewässerschutz-Vorschriften, um das Auslaufen solcher Flüssigkeiten zu verhindern, In dieser Beziehung hat es sich gezeigt, dass erdverlegte Stahl-

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tanks, ζ. B. für Brenn- und Treibstoffe, sehr anfällig sind, da sie meist gleichzeitig einer Korrosion von innen und von aussen unterliegen und oft bereits nach kurzer Betriebsdauer den Erfordernissen nicht mehr genügen und ersetzt werden müssen. Dort wo die Verlegung eines neuen Tanks mit Schwierigkeiten und grossen Kosten verbunden ist, beispielsweise wegen enger Gebäudeabstände oder bei Tanks unter Einfahrten und Gartenanlagen, können spezielle Massnahmen zur Sanierung der defekten Tanks durchgeführt ;verden. Es ist bekannt, solche korrodierte Tanks mit einer tragenden, glasfaserverstärkten Kunststoffauskleidung zu versehen, um deren Dichtheit und Tragfähigkeit wieder herzustellen. Die zur Verwendung kommenden Auskleidungen müssen eine grosse Qualitätskonstanz aufweisen und gewisse Mindestbestimmungen in bezug auf Stabilität, Dichtheit, Beständigkeit und Dauerhaftigkeit über längere Zeiträume erfüllen. Um solche Auskleidungen serienmässig und kostengünstig herzustellen, bedarf es einer ausgereiften Konzeption und Fertigung.

Die GFK-Auskleidungen können dauernd haftend mit dem Tank ausgebildet sein, damit die Auskleidung und der Stahltank ein gemeinsames Tragsystem bilden. Bei starker Beanspruchung ist dies aber nachteilig, da Stahl und Kunststoff unterschiedliche

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E-Module aufweisen, so dass bei grossen Temperaturunterschieden oder Belastungen Spannungen entstehen, die zum Reissen der Auskleidung führen können.

Aus diesem Grunde ist es zweckmässiger, die GFK-Auskleidung ohne Haftung auf den Stahltank aufzubringen, damit letzterer und der GFK-Innentank zwei getrennte Tragsysteme bilden. Die serienmässige Ausführung solcher Verkleidungen konnte aber bisher nicht einwandfrei und kostengünstig durchgeführt werden.

Die Erfindung stellte sich daher zur Aufgabe, diese Nachteile zu beheben und ein Verfahren zur Herstellung einer tragenden GFK-Auskleidung zu schaffen, welches sich erfindungsgemäss dadurch auszeichnet, dass die gereinigte Tankinnenfläche durch ein Trennmittel abisoliert wird, dass ein GFK-Laminat in Handauflage unter Abschiftung der einzelnen Schichten eingebaut wird, dass in einer Mannlochzone elastische GFK-Zwischenlagen einlaminiert werden, und dass vorfabrizierte, aus mehreren Ringsegmenten bestehende Versteifungsringe an der laminierten Tankinnenwand befestigt werden.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen beispiels weise näher erläutert. Es zeigen:

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Fig. 1 einen Querschnitt durch einen erdverlegten Stahltank mit tragender GFK-Auskleidung,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch den Tank gemäss Fig. 1, unter Weglassung der in den Tank hineinragenden Leitungen,

Fig. 3 den Krempenübergang zwischen dem Boden und dem Zylinder des Tanks,

Fig. 4 die Ueberlappung zwischen zwei zylindrischen Abschnitten einer GFK-Auskleidung,

Fig. 5 die Auskleidung im Bereich einer T-förmigen Stahlverstärkungsrippe eines Stahltanks,

Fig. 6 eine andere Ausbildung der Auskleidung im Bereich einer T-Rippe eines Tanks,

Fig. 7-9 drei verschiedene Ausbildungen der Auskleidung in der Mannlochzone eines Tanks,

Fig. 10 einen Schnitt durch einen Beulring als Versteifung der Auskleidung, und

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Fig. 11 einen Querschnitt durch einen Tank mit eingesetztem, aus vier Segmenten bestehenden Beulring vor dessen Einlaminierung.

Aus der Fig. 1 ist ersichtlich, wie der im Erdreich 2 verlegte zylindrische Stahltank 1 für Heizöl mit einer Auskleidung 3 aus einem glasfaserverstärktem Kunststofflaminat versehen ist. Zwischen dem Tank 1 und der Auskleidung 3 ist eine Zwischenschicht 4 angeordnet, beispielsweise ein Trennmittel, so dass sich die Auskleidung vollständig vom Stahlmantel lösen kann. Das Mannloch 5 ist innen ebenfalls ausgekleidet, wobei diese Auskleidung elastisch in einen oberhalb des Mannloches 5 aufgesetzten Dom 6 mit Domboden 7 und Domschacht 8 übergeht. Auf dem Mannloch 5 sitzt ein Deckel 9 mit Durchführungen für die Produkteleitungen, Einfüllstutzen, Messrohre, usw., welcher Deckel 9 mittels einer Dichtung 10 gegenüber dem Domboden 7 abgedichtet ist.

Der Einstiegsbereich weist schliesslich noch ein den Domschacht 8 umgebendes Betonrohr 11 mit einer Abdeckung 12 auf.

Vor dem Einbau der GFK-Auskleidung müssen die Einflüsse der mechanischen Beanspruchung, z. B. Ueberfahrung und Bettung, sowie besondere Zusatzbeanspruchungen wie Wasserauftrieb,

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AO

Setzungen und Erschütterungen abgeklärt werden. Sodann muss der zu sanierende Stahltank so vorbereitet sein, dass allfällige Beulen, Korrosionslöcher und Unrundheiten ausgeglichen sind. Grössere Abweichungen von den Soll-Massen sind durch die Statik der Auskleidung zu berücksichtigen, wobei auch Verstärkungsrippen 13 und Stützringe des Stahltanks ohne Schwächung in die Auskleidung miteinzubeziehen sind.

Nach diesen vorbereitenden Arbeiten können die Abmessungen und Wanddicken des Innenbehälters unter Berücksichtigung der einzubauenden Kunststoffverstärkungselemente bestimmt werden. Dazu sind Diagramme und Tabellen berechnet worden, die bei gegebenen Ausgangsparametern ein rasches Auffinden der konstruktiven Daten erlauben.

Zur Abisolicrung der Stahltankinnenwand wird je nach Art des ursprünglich aufgetragenen Schutzlackes ein rasch härtender Polyesteranstrich oder ein Polyurethan und Trennmittel-Material aufgetragen, damit eine sichere Trennung zwischen dem Stahl und der Auskleidung gewährleistet ist. Bei Schwindung der Auskleidung kann sich diese dann leicht und ohne Verletzung von der Tankwand lösen.

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Beim Aufbringen der Abisolierung kann zweckmässigerweise ein markierter Papierstreifen als Distanzhilfe für die versetzt aufzulegenden GFK-Laminatschichten miteingerollt werden, jeweils ein Papierstreifen pro in einem Arbeitsgang zu bearbeitenden Zylinderabschnitt 14.

Die GFK-Auskleidung besteht aus verschiedenen Lagen handelsüblicher Glasfasermatten, welche im Handauflegeverfahren mit einem geeigneten Polyesterharr getränkt werden. Durch gute Belüftung und spezielle Masken wird erreicht, dass für die Ausführenden ein erträgliches und verantwortbares Arbeiten möglich ist.

Der Laminatauftrag erfolgt zuerst auf dem Boden 15 des Tanks, welcher dem Mannloch 5 am entferntesten ist. Der ganze Boden 15 wird in Lagen beschichtet, bis die geforderte Wandstärke erreicht ist. Im Bereich des Krempenüberganges 16 werden die Matten eingerissen und in den Uebergang 16 eingerollt, so dass später eine Ueberlappung 17 mit dem anschliessenden Zylinderring entsteht.

Nach der Beschichtung des Bodens 15 wird der diesem benachbarte Zylinderabschnitt 14 in Bearbeitung genommen. Die Breite des Abschnittes 14 entspricht der Breite der verwendeten Glas-

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fasermatten, ζ. B. 80 cm. Die Matten werden radial versetzt aufgetragen, wobei das Mass der Versetzung von der geforderten Wandstärke abhängig ist. Dabei dient der eingerollte Papierstreifen bei der Abschiftung der Matten als Distanzhilfe. Die am Krempenübergang 16 entstehende Ueberlappung 17 wirkt als zusätzliche Beulversteifung der Auskleidung.

Nach Fertigstellung des ersten Zylinderabschnittes 14 werden in analoger Weise weitere Zylinderabschnitte angefügt, wobei jedesmal zwischen benachbarten Abschnitten 14 eine als Versteifung wirkende Ueberlappung 17 entsteht. Die Dicke der Ueberlappung 17 beträgt zweckmässig etwa das 1,8-fache der Wanddicke der Auskleidung. Infolge der abschnittsweisen Arbeitsmethode beschränkt sich die dämpfeabgebende Oberfläche auf den jeweils sich in Bearbeitung befindenden Zylinderring, was die Arbeitsbedingungen im Tank günstig beeinflusst.

An den bestehenden, meist T-förmigen Verstärkungsringen 13 im Stahltank 1 werden beidseitig trapezförmige Schaumstoffstücke 18 eingespachtelt, wobei die Kanten vorher gebrochen werden. Die Zylinderauskleidungsabschnitte 14 werden beidseitig an den Schaumstoffstücken 18 hochgezogen, und anschliessend

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wird die Rippe 13 vollständig überzogen, wobei wieder durch radiale Abschiftung Glasmatte um Glasmatte aufgetragen wird, bis die statisch berechnete Wandstärke erreicht ist. Links und rechts entstehen am Uebergang in den Zylinderring wieder Ueberlappungen 17.

Statt Schaumstoffstücke 18 aufzuspachteln, kann die T-Rippe 13 auch durch eine vorfabrizierte GFK-Form 19 überbrückt werden. Die verlorene Form 19 ist aus 3-4 Ringsegmenten zusammengesetzt, welche einzeln in den Tank hineingebracht und über die T-Rippe 13 gestülpt werden. Die Form 19 wird überlaminiert und anschliessend werden beidseitig der Form 19 die Zylinderauskleidungsabschnitte 14 seitlich hochgezogen, wobei wieder Ueberlappungen 17 entstehen.

Der sich in der Nähe des Mannloches 5 befindende Boden 20 vird sinngemäss wie der Boden 15 bearbeitet und die Beschichtung wird bis in den Bereich der Mannlochzone weitergeführt.

Der Uebergang der zylindrischen Auskleidung in de Mannlochzone ist problematisch, und es müssen besondere Massnahmen getroffen werden, damit sich im GFK-Laminat keine übermässigen örtlichen Spannungsspitzen bilden können. Zweckmässigerweise soll diese Zone elastisch ausgebildet sein, was durch verschiedene Konstruktionen erreichbar ist.

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Bei einer ersten Ausbildung der Mannlochzone wird der Mannlochkragen 21 abgetrennt. Sodann wird ein Schaumstoffmaterial 22 im Schachtteil des Mannloches 5 aufgeklebt und in den zylindrischen Bereich um die Oeffnung weitergeführt. Die Uebergänge werden ausgespachtelt und das GFK-Laminat als Flansch 23 bis über den Mannlochrand 24 hochgezogen. Dann wird der Boden 7 des Doms 6 auf den Mannlochrand 24 aufgesetzt und mittels eines GFK-Verbindungslaminates 25 dicht an den GFK-Flansch 23 angeschlossen. Nun können die Löcher für die Stehbolzen 26 in den Randflansch 24 gebohrt und Gewinde eingeschnitten werden und sodann die Stehbolzen 26 unlösbar, z. B. mittels eines Klebstoffes wie "Loctite", eingedreht werden. Diese Ausbildung der Mannlochzone ist verhältnismässig arbeitsintensiv.

Eine andere, weniger aufwendige Konstruktion sieht vor, dass der Mannlochkragen 21 mit Schaumstoff 27 umgeben wird, um einen gleichmässigen Uebergang vom zylindrischen Bereich in den Schachtbereich des Mannloches 5 zu erhalten. Dann wird ein vorfabrizierter Domboden 7 mit Innenkragen und eingelassenen Stehbolzen 26 eingesetzt und durch GFK-Laminierung mit der Innenauskleidung verbunden.

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Bei einer dritten elastischen Ausbildung der Mannlochzone wird statt des Schaumstoffes 27 ein vorfabrizierter GFK-Uebergangsteil 29 als verlorene Form zum Ausgleich des Mannlochkragens 21 verv>rendet. Die Konstruktionen der Fig. 7 und 8 bzw. 7 und 9 könnten auch miteinander kombiniert werden.

Nach Fertigstellung der Auskleidung 3 werden zur Erhöhung der Festigkeit mehrteilige Beulringe 30 eingebaut. Die Beulringe können sich aus nicht näher dargestellten, im Querschnitt quadratischen Schaumstoffsegmenten zusammensetzen, welche überlaminiert werden. Zweckmässiger sind aber im Werk vorfabrizierte Beulringsegmente 31, die einen U-Querschnitt aufweisen und deren Stege 32 auf der Auskleidung 3 aufliegen und auslaufend überlaminiert werden. Die konischen Stösse 34 der Beulringsegmente werden sodann auf gleiche Wandstärke überlamininiert.

Der mit der GFK-Auskleidung versehene Tank wird nun innen geschliffen und von Vorsprüngen und Spitzen befreit. Anschliessend werden die Oberflächen visuell und von Hand geprüft und auch die Schichtstärke des Laminates wird kontrolliert und gegebenenfalls nachbeschichtet. Nach Abschluss einer Dichtheitsprüfung mittels Vakuum wird ein geeigneter Schlussanstrich aufgetragen. In der kalten Jahreszeit ist gegebenenfalls noch ein Nachtempern des Tanks für die vollständige Aushärtung desselben notwendig.

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Bei besonders gefährdeten Grundwasserzonen müssen die OeI-tanks doppelwandig ausgebildet und mit speziellen Sicherheitsvorrichtungen versehen sein.

Diese Anforderungen werden durch Einbringung einer Innenhülle, z. B. eine PVOFolie, in den GFK-Tank und durch Einbau von Leckkontrollgeräten erfüllt. Dazu ist die Innenfläche des GFK-Domkragens 28 glatt, so dass ein Spannring für die Innenhülle ohne Schwierigkeiten dicht eingesetzt werden kann. Zwischen dem Domboden 7 und dem Mannlochdeckel 9 wird eine "Neoprene"-Dichtung 10 eingelegt, ebenso werden die in den Dom 6 führenden Rohrleitungen abgedichtet und zweckmässig mit Gummimanschetten dicht verschraubt.

Die nach dem beschriebenen Verfahren hergestellte tragende GFK-Auskleidung erfüllt alle gesetzlichen Bestimmungen in bezug auf Dauerhaftigkeit und Dichtheit. Durch die Trennmittelbehandlung der gereinigten Stahloberfläche wird eine Haftung des Laminates auf dem Stahl verhindert. Da die Auskleidung ganzflächig ohne Verbund mit dem Stahltank ausgeführt ist, besteht keine Gefahr, dass bei weiterer Korrosion des letzteren oder bei spannungsbedingten Relativbewegungen zwischen dem Stahl und der Auskleidung diese beschädigt werden kann.

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Das Verfahren kann serienmässig durchgeführt werden, wobei zweckmässigerweise immer zwei Personen zusammenarbeiten.

Durch den Einbau von Beulringen als Verstärkungen kann bei vorgegebenen Stabilitätswerten eine wesentlich geringere Schichtdicke der Auskleidung gewählt werden als bei bekannten Auskleidungen ohne Verstärkungen. Dadurch wird sowohl eine Verkürzung der Herstellzeit wie auch eine beträchtliche Material und Kostenersparnis erzielt.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

Ij Verfahren zur Herstellung einer tragenden GFK-Auskleidung für einen zylindrischen Tank, insbesondere für einen erdverlegten Stahltank, dadurch gekennzeichnet, dass die gereinigte Tankinnenfläche durch ein Trennmittel abisoliert wird, dass ein GFK-Laminat in Handauflage unter Abschiftung der einzelnen Schichten eingebaut wird, dass in einer Nannlochzone elastische GFK-Zwischenlagen einlaminiert werden, und dass vorfabrizierte, aus mehreren Ringsegmenten bestehende Versteifungsringe an der laminierten Tankinnenwand befestigt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beim Abisolieren der Tankinnenfläche Markierungen als Distanzhilfe für die Abschiftung auf die Fläche aufgetragen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das GFK-Laminat zylinderabschnittsweise eingebaut wird, und dass zwischen je zwei GFK-Laminatringen Ueberlappungen angeordnet werden, welche eine zusätzliche Versteifung der Auskleidung bewirken.

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ORIGINAL INSPECTED

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bestehende Verstärkungsrippen des Stahltanks durch aus Ringsegmenten zusammengesetzte, vorfabrizierte GFK-Profilstücke überbrückt werden, dass die als verlorene Form dienenden Profilstücke überlaminiert werden und dass beidseits der Profilstücke das GFK-Laminat der Auskleidung hochgezogen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege der U-förmigen Versteifungsringe auf die GFK-Innenwand auflaminiert werden, und dass die konischen Stösse der Segmente auf gleiche Dicks überlaminiert werden.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass

der Kragen des Mannloches abgetrennt wird, dass der Schachtteil des Mannloches und der zylindrische Bereich um die Oeffnung mit Schaumstoffmaterial versehen werden, und dass das Schaumstoffmaterial überlaminiert wird, wobei das GFK-Laminat bis über den Mannlochrand hochgezogen wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein vorfabrizierter GFK-Domboden mit Innenkragen in das Mannloch eingesetzt wird, dass der in den Tankraum ragende Teil des Mannlochkragens mit Schaumstoff hinterfüllt wird und dass der Schaumstoff übarlaminiert und das Laminat dicht mit dem Innenkragen verbunden wird.

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θ. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein vorfabrizierter GFK-Dornboden mit Innenkragen in das Mannloch eingesetzt wird, dass der in den Tankraum ragende Teil des Mannlochkragens mit einem vorfabrizierten, als verlorene Form dienenden GFK-Uebergangselement abgedeckt wird, und dass das Uebergangselement überlaminiert wird, wobei das Laminat dicht mit dem Innenkragen des Dombodens verbunden wird.

9. Nach dem Verfahren gemäss Anspruch 1 hergestellte tragende GFK-Auskleidung, dadurch gekennzeichnet, dass die Auskleidung [3) ganzflächig ohne Verbund mit dem Tank (1) ausgeführt ist, dass aus mehreren Ringsegmenten [3D bestehende Versteifungsringe (30) an der Innenfläche der Auskleidung (3) angeordnet sind, und dass letztere in der Mannlochzone elastisch ausgebildet ist.

10. GFK-Auskleidung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Stahlkragen (21) des Mannloches abgetrennt ist, dass die Innenwand des Mannloches (5) und der zylindrische Bereich um die Mannlochöffnung mit einem Schaumstoffmaterial (22) versehen sind, und dass das Schaumstoffmaterial mit einem GFK-Laminat (23) überzogen ist, welches Laminat bis über den Mannlochrand (24) hechgezogen ist.

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11. GFK-Auskleidung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein vorfabrizierter Domboden (7) mit GFK-Innenkragen (28) im Mannloch (5) eingesetzt ist, dass der in den Tankraum ragende Stahlkragen (21) des Mannloches (5) eine Schaumstoffhinterfüllung (27) aufweist, und dass die Schaumstoffhinterfüllung mit einem GFK-Laminat überzogen ist, welches Laminat dicht mit dem Innenkragen (28) des Dombodens (7) verbunden ist.

12. GFK-Auskleidung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein vorfabrizierter Domboden (7) mit Innenkragen (28) im Mannloch (5) eingesetzt ist, dass der in den Tankraum ragende Stahlkragen (21) des Mannloches (5) durch ein GFK-Uebergangselement (29) abgedeckt ist, und dass das Uebergangselement (29) mit einem GFK-Laminat überzogen ist, welches Laminat dicht mit dem GFK-Innenkragen (28) des Dombodens (7) verbunden ist.

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