DE2137581A1 - Verfahren zum Erdeinbau von Behaltern und Tanks, insbesondere von solchen aus Kunststoff - Google Patents

Description

M. ff. 1116 UIPU*. O. STAM PATENTANWALTS 9 1 ^ 7 R Q 1 HtH N, MAUEWGBSflLtf

27.JuIi 1971

Anwaltsakte 21 4o3

Metallwerk AG Buchs, 9470 Buchs SG / Schweiz

Verfahren zum Erdeinbau von Behältern und Tanks, insbesondere von solchen aus Kunststoff.

Behälter oder Tanks zur Lagerung von flüssigen Brenn- und Treibstoffen werden meistens aus Stahl hergestellt· Solche Stahlbehälter- oder Tanks sind jedoch trotz aller Schutzmassnahnen der Korrosion ausgesetzt. Das Leckwerden von Stahlbehältern und Tanks führt denn auch immer wieder zum gefährlichen Auslaufen des Inhalts und den damit verbundenen Gefahren, wie z.B. die Verunreinigung von Gewässern oder die Erzeugung von Explosionen.

Im Gegensatz zu Stahlbehältern unterliegen Behälter aus Kunststoff nicht der Korrosion. Sie werden bis jetzt hauptsächlich in der chemischen Industrie zur Lagerung von korrosiven Flüssig* keiten verwendet» sowie in der Nahrungsmittel- und Getränkeindustrie zur Lagerung von Milch, Frucht- und (Ästsaften, Essig und anderen Flüssigkeiten. Neuerdings werden aus zwei ungefähr haIbkugelförmigeη Schalen bestehende glasfaserarmierte Kunststoffbehälter auch für unterirdisch angeordnete Kleinkllranlagen benützt.

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Die Lagerung von flüssigen Brenn- und Treibstoffen in unterirdischen Kunststofftanks wurde bisher seist nicht für praktikabel gehalten. Dies hatte seinen Grund hauptsächlich in den relativ hohen Gestehungskosten für Kunststoffbehälter. Bisher hielt nan es fur erforderlich, de· für den Einbau in der Erde bestirnten Kunststoffbehälter eine genügende Steife zu verleihen, daait dieser bein Auffüllen der Grube nicht unzulässig stark deformiert oder gar zusawaengedrückt und zerstört wird. Bekannte Kunststoffbehälter für den Erdeinbau wurden daher entsprechend dickwandig ausgeführt oder mit einer Anzahl von Verstärkungsrippen aus glasfasernarmierte· Kunststoff» oder eit Stahlringprofilen und dergleichen verstärkt· Dadurch wurden aber auch die Gestehungskosten wesentlich erhöht.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung« ein Verfahren zu» Erdeinbau von Behältern uitd Tanks« insbesondere von solchen aus Kunststoff zu schaffen, das es ermöglicht, auch Tanks und Behälter mit dünnen Wandungen einzubauen« welche billig in ihrer Herstellung sind« ein geringes Gewicht aufweisen» und zuden durch nachträgliche Setzungsbewegungen la Erdreich oder andersweitigen Belastungen nicht ungünstig beeinflusst werden.

Genäss der vorliegenden Erfindung wird dies dadurch erreicht« dass der Tank während des Einbaus unter Ueberdruck gesetzt wird. Dadurch kann verhindert werden, dass sich der Tank bei· Einbau unzulässig stark deformiert oder gar zusaaaengβdrückt wird« oder dass dickwandige oder Mit Verstärkungsrippen versehene Tanks oder Behälter verwendet werden nüssen, die teuer sind und zudem infolge ihrer Steifigkeit durch nachträgliche Setzungsbewegungen oder durch anderweitig entstehende Belastungen ungünstig beeinflusst werden können.

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Der für das erfindungsgemässe Verfahren verwendete Ueberdruck kann etwa 0,05 bis 1 atü betragen. Vorteilhaft ist ein Ueberdruck von etwa 0,1 bis 0,5 atü. Dieser Ueberdruck kann vorteilhaft durch Einpunpen eines gasförmigen Mediums, z.B. Luft, in den Tank erzielt werden·

Nach einen weiteren Merkaal der Erfindung wird der Ueberdruck so gewählt* dass die Verformung des Tanks bei« Auffüllen bis zur Scheitelhöhe etwa 2Ji des Durchmessers beträgt. Eine selche Verformung während dem Erdeinbau ist bei Tanks aus glasfaserverstärktem Kunststoff durchaus tragbar.

Das unterirdische Verlegen von Tanks oder Behältern erfolgt in der Regel durch herstellerfremdes Personal, normalerweise durch einen örtlichen Bauunternehmer, da es für den Hersteller des Tanks meist nicht wirtschaftlich wäre, selbst schwere Baumaschinen mit eigenem Personal an den Einbauort zu bringen. Der Hersteller muss sich normalerweise damit begnügen, einen Aufseher an den Einbauort zu delegieren. Unter diesen Umständen besteht ein besonderes Bedürfnis für eine Kontrolle der Dichtheit des Tankes. Nach einem weiteren Merkmal des erfindungsgemässen Verfahrens kann nach dem Einpumpen des gasförmigen Mediums der Druck während des Erdeinbaus auf ein allfälliges Absinken überprüft und dadurch die Dichtheit des Tanks überwacht werden. Dadurch ist es der den Einbau überwachenden Person möglich, ein durch einen Zwischenfall beim Einbau durch den Bauunternehmer verursachtes Leck sofort festzustellen. Darüber hinaus sind solche Zwischenfälle bei.einem aufgepumpten Tank mit flexibler Wandung weit weniger gefährlich, da der Tank z.B. durch einen fallenden schweren Stein lediglich wie ein Ball kurzzeitig deformiert wird, ohne dass er Schaden erleidet.

Die Wandstärken für die Tanks wurden bisher eirrseits ausgelegt für die Belastung durch den behördeseits vorgeschriebenen Innendruck und andererseits durch die Beanspruchung die

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der Tank durch die beim Einbau auftretenden horizontalen und vertikalen Kräfte aufzunehmen hat. Die ungünstigste Beanspruchung des Tanks durch Biegemoraente erfolgt während der Einbauphase und zwar dann, wenn die Grube bis zur Scheitelhöhe des Tanks aufgefüllt wird.

Bein Einbau nach dem beschriebenen Verfahren ist es nicht mehr nötig» dieser Maximalbeanspruchung während der Einbauphase durch eine entsprechende Struktur des Tankes Rechnung zu tragen. Es sind also keine dicken Wandungen oder Verstärkungsrippen nötig. Gemäss der Erfindung wird vielmehr die . Dicke der Tankwandung entsprechend den nach dem Erdeinbau wirksamen Kräften bemessen. Da diese nach Vollendung des Erdeinbaus wirksamen Kräfte eine geringere Beanspruchung des Tankes durch Biegemomente ergeben als die beim Einbau wirksamen Kräfte» kann die Tankwandung wesentlich dünner sein als bisher» und Verstärkungsrippen können wegfallen.

Vorteilhaft wird vor dem Erdeinbau am Boden der Grube zuerst ein gut verdichtetes Sandbett ausgeformt. Dies ermöglicht eine gleichmässige Lagerung des Tanks. Nach einem weiteren vorteilhaften Merkmal des erfindungsgemässen Verfahrens wird auf dem Sandbett mit einer Schablone eine der Tankform angepasste Wölbung ausgebildet. Dadurch wird eine unerwünschte W Abplattung der Bodenpartien des Tanks vermieden.

Zweckmässigerweise wird der Tank mit einer Sandschicht umgeben. Dadurch wird eine unerwünschte punktförmige Beanspruchung an der Tankwandung vermieden» wie sie etwa durch grössere Steine» die am Tank anliegen» verursacht werden könnte. Das Anbringen der Sandschicht erfolgt gemäss der Erfindung in mehreren Schichten. Dadurch ist es möglich den Rest der Grube mit anderem Material auszufüllen. Ausserhalb der genannten Sandschicht erfolgt die Ausfüllung der Grube zweckmässigerweise durch Kies oder gut verdichtbarem Aushubmaterial. Damit können au^billige Weise die erwünschten Eigenschaften des Tank umgebenden Grundes erzielt werden.

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Die Schichten werden zweckmässigerweise durch ein Verdichtungsgerät verdichtet» z.B. mit einem Stampfer von 50 Kg. Ina Gegensatz zu bisherigen Konstruktionen entstehen dadurch keine unzulässigen Spannungen in Tank, weil die relativ dünnen Tankwandungen flexibel nachgeben können. Die Anwendung von Verdichtungsgeräten erlaubt somit ein rationelles Arbeiten beim Erdeinbau.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher beschrieben. Die Zeichnung zeigt einen Querschnitt durch eine Grube mit einem darin eingelassenen Tank.

Wie die Zeichnung zeigt, wird in der Grube 1 vorerst für den Einbau des Tanks 2 ein Sandbett 3 vorbereitet. Dieses Sandbett 3 besteht aus gutverdichtetem Sand und ist etwa 15 bis 20 cm dick. Damit dieses Sandbett 3 möglichst genau der Form des Tanks 2 entspricht, wird nach der Verdichtung der unteren Partien des Sandbettes Lockersand aufgeschüttet und die Run*» dung mit einer Schablone, deren Form der Tankwölbung entspricht, vorgezogen. Auf dieses Sandbett 3 kann dann der Tank 2 herabgelassen werden. Versuche haben gezeigt, dass nach der beschrie· benen sorgfältigen Herstellung des Sandbetts 3 der Tank 2 nach dem Einbau gleichmässig aufliegt, so dass eine unerwünschte Abplattung der Bodenpartie des Tanks 2 vermieden wird·

Der Tank 2 besteht vorteilhafterweise aus glasfasernverstärktem Kunststoff. Es sind aber auch andere flexible Materialien als Tankwerkstoff denkbar. Der Tank 2 kann die übliche zylindrische Form mit kreisförmigem Querschnitt aufweisen. Möglich wäre aber auch ein leicht elliptischer Querschnitt. Ferner wäre es denkbar, dem Tank 2 eint andere Form, z.B. Kugelform zu geben.

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Die Wandung des Tankes 2 wird im Gegensatz zu bisherigen Kunststofftanks sehr dünn bemessen und braucht keine für die kritische Einbauphase bemessene Verstärkungen aufzuweisen. Bei einem aus glasfasernverstarktea Kunststoff bestehenden Tank von etwa 1,6m Durchmesser kann z.B. die Wandstärke etwa 6 mm betragen. Bei dem bisher üblichen Einbau wäre dabei die Gefahr sehr gross, dass der Tank schon beim Einfüllen des Materials bis zur Scheitelhöhe zusammengedrückt und zerstört würde. Geraäss den vorliegenden Verfahren wird aber diese Gefahr ausgeschlossen, indem der Tank während des Einbaus in die Erde unter Ueberdruck gesetzt wird.

Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, ist zu diesem Zwecke das Mannloch 4 des Tankes 2 mit einem flachen Deckel 5 luftdicht verschlossen. In diesem Deckel 5 ist ein Anschlussrohr 6 mit einem Ventil 7 und einem Manometer 8 angebracht.

Nach dem AbIad des Tankes wird dieser über eine nicht eingezeichnete Druckleitung an eine ebenfalls nicht eingezeichnete Druckquelle, z.B. an einem Kompressor oder an eine Druckluftflasche, angeschlossen, um im Tank während des Einbaus einen Ueberdruck zu erzeugen. Es wäre aber auch möglich, diesen Ueberdxuck bereits in der Fabrik vor dem Abtransport zu erzeugen, was zudem den Vorteil hätte, dass der Tank während des Transportes gegen Transportschäden besser geschützt wäre.

Beim Einbau in die Grube 1 wird die Verbindung des Tanks 2 zur Druckluftquelle vorteilhaft durch Schliessen des Ventils 7 unterbrochen. Die Druckleitung kann dann entfernt werden. Die Kontroll· dts Manometers 8 ermöglicht es, eine beispielsweise durch ein· falsch· Manipulation verursachte Beschädigung dts Tank· 2 sofort am Absinken des Druckes zu erkennen.

Di· Höh· dts Utbtrdruckte ist abhangig von dtr zulässigen Deformation dts Tank··» dtr Eigensteifigk«it d«s Tankes und dtr Gröt«t dt* horizontalen Erddruck··. Der horizontalt Erddruck ist witdtrue von der Art und dtr Verdichtung dts Auffüllmattxialt abhängig.

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Der Ueberdruck kann die Höhe, des Prüfdruckes erreichen, der bei Kunststofftanks in der Regel 2 atü beträgt. Normalerweite genügt jedoch ein Bruchteil dieses Wertes. Es kann beispielsweise ait eines Ueberdruck in Bereich von 0,05 bis 1 atü gearbeitet «erden« In den »eisten Fällen empfiehlt sich ein Ueberdruck, der im Bereich von etwa 0,1 bis 0,5 atü liegt. In der Regel wird man einen umso höheren Ueberdruck wählen, je grosser der Tankdurchmesser ist. Da der notwendige Ueberdruck vom Horizontaldruck des Auffüllmaterials abhängt, könnte gegebenenfalls der Ueberdruck auch mit zunehmender Auffüllung erhöht werden. Er soll nicht abgelassen werden, bevor eine genügende Ueberdeckung des Tanks erfolgt ist.

Das Ausfüllen der Grube 1 erfolgt vorteilhaft so, dass Schicht 10 für Schicht 10 rings um den Tank 2 herum angebracht wird. Diese Schichten 10 bestehen vorteilhafterweise aus Sand mit einer Sandkörnung von etwa O bis 7 mm. Die Schichten werden mit einem geeigneten Verdichtungsgerät, z.B. mit einem Stampfer, von 50 Kg. oder durch Verdichtungsvibratoren gut verdichtet. Infolge der Flexibilität der relativ dünnen Tankwandungen kann sich der Tank dabei etwas verformen, währenddem in einer starren Konstruktion unzulässige Spannungen auftreten müssten, die zur Rissbildung führen könnten. Versuche haben gezeigt, dass bei der Auffüllung bis zur Scheitelhöhe des Tankes 2 dieser den Querschnitt einer stehenden Ellipse aufweist, dass aber infolge des Ueberdruckes die Verformung ein geringes Ausmass aufweisen. Auch werden dank des herrschenden Ueberdrucks Beulen vermieden. Zweckmässigerweise wird der Ueberdruck so gewählt, dass die Verformungen nicht mehr als etwa 2% des Durchmessers betragen.

Beim Auffüllen der Grube 1 wird der Tank 2 mit einer Sandschicht 11 umgeben, die etwa 20 cm dicker ist. Ausserhalb dieser Sandschicht kann Kies ab Wand oder gut verdichtbares Aushubmaterial 12 verwendet werden, worauf dann eine übliche Ueberdeckung 13 hergestellt werden kann. Diese Ueberdeckung beträgt normalerweise etwa 2/3 des Tankdurchmessers. Wenn eine Befahrbarkeit erwünscht ist, empfiehlt sich noch die Anbringung einer Kofferung 13, auf die dann z.B. eine Asphalt- oder

Betonschicht 15 aufgebracht werden kann.

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Versuche haben gezeigt, dass nach dem Einbau des Tankes dieser eine hohe Belastung aushält, die z.B. beim Befahren mit Fahrzeugen mit hoher Achslast auftritt. Auch hier ist die Flexibilität des Tankes von Vorteil, da sich dieser den entstehenden Verformungen des Erdreichs anpassen kann, ohne dass unzulässig hohe Spannungen im Material entstehen. Dasselbe gilt in Bezug auf nachträgliche Setzungsbewegungen.

Die hohe Belastbarkeit des Tankes nach dem Einbau kommt durch das Zusammenwirken von Tank und umgebendemErdreich zustande. Indem der Scheitel des Tankes unter einer Last einsinkt, vergrössert sich der horizontale Durchmesser des Tankes, bis der Tankmantel auf beiden Seiten einen entsprechend hohen Widerstand angetroffen hat. Umgekehrt stützt das umliegende Erdreich den Tankmantel und verhindert seine allzugrosse Verformung. Das Ausmass der Tankverformung und dessen Tragfähigkeit ist daher wesentlich von der Art und von der Verdichtung des seitlich eingefüllten Materials abhängig. Bei sachgemässem Einbau kann daher der beschriebene Tank beträchtliche Kräfte auf das seitliche Erdreich umlegen. Dabei wird die flexible Wandung des Tankes weit mehr durch Normalspannungen als durch Biegespannungen beansprucht. Durch das beschriebene Verfahren wird die ungünstigste und kritische Beanspruchung des Tankes durch Biegemoeente während der Auffüllung der Grube bis zur vollen Tankhöhe vermieden.

Die Erfindung wird nicht durch das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. So ist es beispielsweise denkbar, statt glasfasernverstärktem Kunststoff andere Materialien zu verwenden, wie z.B. rostfreies Stahlblech, um flexible dünnwandige Tanks für den Erdeinbau herzustellen.

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   .Verfahren zum Erdeinbau von Behältern und Tanks, insbesondere von solchen aus Kunststoff, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter oder Tank (2) während des Einbaus in die Erde unter Ueberdruck gesetzt wird.

   2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ueberdruck etwa 0,05 bis 1,0 atü beträgt.

   3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ueberdruck so gewählt wird, dass die Verformung des Tanks beim Auffüllen bis zur Scheitelhöhe etwa 2% des Durchmessers beträgt.

   4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ueberdruck durch Einpumpen eines gasförmigen Mediums, z.B. Luft, in den Tank (2) erzielt wird.

   5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Einpumpen des gasförmigen Mediums der Druck beim Erdeinbau auf ein allfälliges Absinken überwacht wird.

   6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Erdeinbau am Boden der Grube (1) zuerst ein gut verdichtetes Sandbett (3) ausgeformt wird.

   7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Sandbett (3) mit einer Schablone eine der Tankform angepasste Wölbung ausgebildet wird.

   8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Tank (2) mit einer Sandschicht (3, 10, 11) umgeben wird.

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   9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anbringen der Sandschicht in mehreren waagrechten Schichten (1) erfolgt.

   10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass ausserhalb der Sandschicht (3, 10, 11) die Ausfüllung der Grube (1) durch Kies oder gut verdichtbares Aushubmaterial (12) erfolgt.

   11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichten (10, 12) durch ein Verdichtungsgerät verdichtet werden.

   12. Verfahren nach einen der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekenn· zeichnet, dass die Tankwandung entsprechend den nach dem Erdeinbau wirksamen Kräften bemessen wird.

   20.7.71

   CAB/mc

   M-24-596

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