DE19817413C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Sanieren von Rohrleitungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Sanieren von Rohrleitungen durch Härten eines harzgetränkten Faser­ schlauches, welcher in die beschädigte Leitung eingeführt und an deren Innenwand angelegt wurde.

Derartige Verfahren werden in der Praxis seit einiger Zeit zum Sanieren von erdverlegten Abwässerkanälen, Wasser­ leitungen und ähnlichen Rohrsystemen angewandt. Bei ei­ ner besonders eleganten Ausführungsform wird ein flexi­ bler, mit lichthärtbarem Kunstharz getränkter Faser­ schlauch, der beidseitig zum Schutz gegen Verkleben und Beschädigung mit einer Kunststoffolie belegt ist, in das Rohr eingeführt. Anschließend wird er mit Hilfe von Druck­ luft aufgeblasen, so daß er sich an die Innenwand des Rohrs anschmiegt. Schließlich wird eine Lichtquelle langsam durch das Innere des Rohrs gezogen, so daß das Harz durch die auftreffenden Strahlen gehärtet wird. Dabei aktivieren die energiereichen Strahlen die im Harz enthaltenen Photoi­ nitiatoren, die in Radikale zerfallen, welche dann die Poly­ merisation der ungesättigten Doppelbindungen des Harzes auslösen. Diese Polymerisation ist eine exotherme Reaktion, durch die Wärme frei wird, was zu einer Temperaturerhö­ hung an der Innenwand des Faserschlauches führt. Steigt da­ bei die Temperatur zu stark an, kann dies zu punktueller Überhitzung und Schmelzen der Schutzfolie, manchmal so­ gar zu Brand führen. Dies geschieht, wenn die Lichtquelle zu langsam durch den Schlauch gezogen wird und dadurch die Polymerisation zu schnell verläuft. Wird die Lichtquelle andererseits zu schnell durchgezogen, dann reicht die Strah­ lung nicht aus, um ausreichend viele Photoinitiatoren zu ak­ tivieren, so daß die Polymerisation und dadurch die Aushär­ tung nicht vollständig wird. Dies hat zur Folge, daß die Fe­ stigkeit des sanierten Rohrs an dieser Stelle zu gering ist, und daß im gehärteten Schlauch zu viel toxische Restmono­ mere, meist Styrol, zurückbleiben. Um die optimale Ge­ schwindigkeit, mit der die Lichtquelle durch das Rohr ge­ führt wird, einzustellen, muß daher eine Steuerung in Ab­ hängigkeit von der an der Innenwand des Schlauches herr­ schenden Temperatur erfolgen. Dies geschieht bisher da­ durch, daß durch Infrarot-Sensoren die Temperatur gemes­ sen und an einem Monitor angezeigt wird. Wird dabei eine vorgegebene Temperatur überschritten dann erhöht man ma­ nuell die Geschwindigkeit der Lichtquelle, wird sie unter­ schritten, dann verringert man die Geschwindigkeit. Durch Laborversuche kann die optimale Härtungstemperatur des Harzes ermittelt werden, diese optimale Temperatur wird aber in der Praxis an der Baustelle nie erreicht, da je nach Jahreszeit und Witterung das umgebende Erdreich das Altrohr und dadurch auch den Faserschlauch mehr oder weniger stark abkühlt. Unregelmäßigkeiten in der Konsistenz und Feuchtigkeit des Erdreichs führen darüberhinaus zu unterschiedlich starker Abkühlung. Dies hat zur Folge, dass die manuelle Steuerung der Geschwindigkeit in Abhängigkeit von der aktuell gemessenen Tempera­ tur unsicher und meist unzureichend ist, so dass es immer wieder zu Überhitzungen bzw. zu unvollständiger Aushärtung kommt.

Diese Problematik wird auch bei dem in der EP 122 246 A1 beschriebe­ nen Verfahren nicht behoben. Dort wird ebenfalls die Temperatur an der Innenseite des Faserschlauches kontinuierlich gemessen; danach wird dann die Stärke eines Luftstroms gesteuert, der den Schlauch durchströmt und seine Innenseite abkühlt. Zusätzlich zu dieser aufwendigen und diffizilen Maßnahme kann eine Steuerung der Geschwindigkeit der Lichtquelle in Abhängigkeit von der Temperatur erfolgen.

Auch die DE 44 27 969 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vor­ richtung nach dem Oberbegriff der vorliegenden Patentansprüche 1 bzw. 3, wobei die Temperatur an der inneren Oberfläche des Schlauches mit berührungslos messenden Temperaturfühlern gemessen wird. Über die Art und Weise, wie die Geschwindigkeit gesteuert wird, mit der die Lichtquelle in Abhängigkeit von dieser gemessenen Temperatur durch das Rohr gezogen wird, ist jedoch nichts ausgesagt, so dass anzuneh­ men ist, dass auch hier die Steuerung manuell erfolgt.

Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, eine einfache und sichere automatische Steuerung der Geschwindigkeit der Lichtquelle zu entwickeln, so dass eine gleichmäßige, optimale Härtung des Faser­ schlauches erreicht wird.

Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Verfahren gelöst. Dabei wird zunächst ein harzgetränkter Faserschlauch in das zu sanierende Rohr eingeführt. Der Schlauch besteht aus einem faserför­ migen Verstärkungsmaterial, z. B. aus Glas- oder Synthesefasern, die vorzugsweise als Gewebe, daneben aber auch als Nadelvlies, als Matte oder als Filz vorliegen können. Der Faserschlauch ist mit einem lichthärtbaren Kunstharz getränkt, wobei als Harze insbesondere Lösungen von ungesättigten Polyesterharzen oder Vinylesterharzen in copolymerisierbaren Monomeren, z. B. Styrol oder Acrylaten in Frage kommen. Die Harze enthalten Photoinitiatoren, z. B. Acylphosphinoxide oder Bisacylphosphinoxide, welche durch eingestrahltes Licht der Wellenlänge 300 bis 500 Nm, insbesodnere 350 bis 400 Nm in Radikale zerfallen, wodurch die Polymerisation des Haurzes ausgelöst wird. Zusätzlich kann das Harz noch Per­ oxide enthalten, die bei erhöhter Temperatur in Radikale zerfallen. Geeignete Materialien sowie die zugrundeliegen­ den chemischen Zusammenhänge sind ausführlich in der EP 23 634 A1 beschrieben.

Der harzgetränkte Faserschlauch ist vorzugsweise beid­ seitig mit einer Schutzfolie belegt, beispielsweise aus Poly­ amid, Polyethylen, Polyvinylchlorid oder Polytetrafluore­ thylen, vorzugsweise mit einer Verbundfolie Polyamid/Po­ lyethylen. Die Innenfolie muß lichtdurchlässig sein, wäh­ rend die Außenfolie opak eingefärbt oder mit einer lichtun­ durchlässigen Aluminiumfolie kaschiert sein kann.

Der harzgetränkte Schlauch, dessen Wandstärke in der Größenordnung von 10 mm liegt, kann z. B. durch Wickeln um einen aufblasbaren Dom hergestellt werden, wie in der DE 43 26 503 A1 beschrieben. Es gibt grundsätzlich zwei Möglichkeiten, den Schlauch in das zu sanierende Rohr ein­ zuführen: Entweder wird der Schlauch über einen Eingangs­ schacht in das Rohr eingebracht und mit Hilfe einer Zugvor­ richtung von einem Ausgangsschacht her durch das Rohr durchgezogen, oder ein vorher wie ein flacher Strumpf um­ gestülpter Schlauch wird in das Rohr eingeführt und dort z. B. mittels Druckluft wieder zurückgestülpt und vorgetrie­ ben. Beide Prinzipien sind ausführlich in der EP 228 998 A1 beschrieben.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren können Rohre mit einem Durchmesser von z. B. 10 bis 100 cm, insbeson­ dere von 15 bis 80 cm problemlos saniert werden; die Länge der in einem Zug sanierbaren Strecke kann 200 m oder mehr betragen.

Wenn der Schlauch in das Rohr eingezogen ist, wird der zu sanierende Rohrabschnitt beidseitig verschlossen und es wird Luft mit einem Druck von beispielsweise 0,5 bar ein­ geblasen, wodurch der Schlauch dicht an die Innenwand des Rohrs angepreßt wird.

Dann wird eine Lichtquelle durch das Rohr gezogen. Diese besteht aus einer oder vorzugsweise aus mehreren UV-Lampen, die hintereinander (Fig. 3a) oder radial neben­ einander (Fig. 3b und c) angeordnet sein können. Die Lam­ pen sind zweckmäßigerweise auf ein Gestell oder einen Schlitten montiert, die mit Distanzrollen versehen sind, wel­ che eine konzentrische Position im Rohr gewährleisten. Die Lampen werden mittels eines Zugkabels langsam mit einer Geschwindigkeit, die in der Größenordnung von 0,2 bis 2,0 m/min, insbesondere 0,3 bis 1,2 m/min liegt, durch das Rohr gezogen. Geeignete Lampen, die UV-Licht der Wel­ lenlänge 350 bis 420 Nm abstrahlen, werden z. B. von der Fa. Dr. Hönle hergestellt.

Die energiereiche Strahlung der UV-Lampen bewirkt -, wie oben ausgeführt - die Härtung des Harzes. Um eine op­ timale Härtung zu erreichen, muß die Geschwindigkeit der Lichtquelle gesteuert werden. Dies geschieht zum einen durch eine grobe Sicherheitsschaltung. Wenn ein vorgege­ bener, empirisch ermittelter Grenzwert Tg, beispielsweise 130°C, für die an der Innenwand des Schlauches herr­ schende Temperatur über eine gewisse Zeitspanne, z. B. 1 bis 2 min, hinweg überschritten wird, dann wird dies optisch oder akustisch angezeigt und die Lichtquelle kann ausge­ schaltet werden.

Erfindungsgemäß erfolgt eine Feinsteuerung der Ge­ schwindigkeit der Lichtquelle aber mittels Sensoren, die an bestimmten Messpunkten die jeweils dort herrschende Tem­ peratur messen und diese Temperatur auf einen Computer übertragen. Dieser erstellt für jeden Meßpunkt eine Tempe­ ratur/Zeit-Kurve und vergleicht diese mit entsprechenden Vorgaben, die in seiner Software gespeichert sind. Mittels speicherprogrammierbarer Steuerung werden dann Abwei­ chungen korrigiert, indem die resultierenden erforderlichen Geschwindigkeitsänderungen an die Motorsteuerung des Zugkabels für die Lichtquelle weitergegeben werden. Bei den Sensoren handelt es sich zweckmäßigerweise um NiCrNi-Thermoelemente mit externer Temperaturkompen­ sation. Die von den Sensoren gemessenen Temperaturen können zusätzlich an einzelnen, voneinander unabhängigen Monitoren visuell abgelesen werden.

In Fig. 1a bis 1c ist das Prinzip dieser Steuerung skizziert. Mit (1) ist der im Rohr eingeführte Schlauch bezeichnet, mit (2) die Lichtquelle, wobei der Einfachheit halber nur eine Lampe gezeichnet wurde. (3) ist der Motor, der mittels eines Zugkabels die Lichtquelle durch den Schlauch zieht. Hinter der Lichtquelle ist ein erster Sensor S1 angebracht, dahinter sind zwei weitere Sensoren S2 und S3 gezeichnet. Grund­ sätzlich können noch weitere Sensoren S4, S5 usw. vorgese­ hen sein, die hier aber nicht eingezeichnet sind.

Die Sensoren sind im gleichen Winkel auf eine fiktive Li­ nie an der inneren Oberfläche des Schlauches ausgerichtet. Auf dieser Linie werden willkürlich bestimmte Meßpunkte MP1, MP2, MP3, MP4, . . ., MPn definiert, indem z. B. beim Durchziehen der Sensoren durch den Schlauch die Temperaturmessung durch die Sensoren in einem bestimm­ ten zeitlichen oder räumlichen Abstand, z. B. alle 5 Sekun­ den oder alle 5 cm so erfolgt, daß die Temperatur von jedem Sensor jeweils am gleichen Meßpunkt gemessen wird. Die von den Sensoren gemessenen Temperaturen werden dann an Monitoren (4) angezeigt und auf einen Computer (5) übertragen, der für jeden Meßpunkt eine Temperatur/Zeit- Kurve erstellt. Abhängig von der Lage und Gestalt dieser Kurve wird mittels speicherprogrammierbarer Steuerung die Geschwindigkeit geregelt, mit der der Motor (3) die Lichtquelle zieht. Fig. 1a gibt den Zeitpunkt wieder, an dem der Sensor S1 die Temperatur am Meßpunkt MP1 mißt, Fig. 1b den Zeitpunkt, an dem dies durch den Sensor S2 ge­ schieht und Fig. 1c den Zeitpunkt, an dem dies durch den Sensor S3 erfolgt.

Natürlich können auch zwei oder mehr Reihen von hin­ tereinander angeordneten Sensoren vorgesehen werden, die jeweils im selben Winkel auf zwei oder mehrere fiktive Li­ nien an der inneren Oberfläche des Schlauchs ausgerichtet sind, so daß beispielsweise sowohl an der Ober- als auch an der Unterseite des Schlauchs die Temperatur gemessen wer­ den kann.

In Fig. 2a bis 2c sind drei typische Temperatur/Zeit-Kur­ ven skizziert, die durch Temperaturmessung von drei Senso­ ren S1, S2 und S3 erstellt wurden. In den Kurven ist jeweils auch die obere Grenze Tg für die Temperatur, die nicht über­ schritten werden darf, miteingezeichnet.

Fig. 2b stellt den Idealfall dar. Die Kurve hat ein deutli­ ches Maximum an dem Zeitpunkt, an dem der Sensor S2 den Meßpunkt erreicht hat, d. h. hier hat die Polymerisation des Harzes voll eingesetzt. Danach fällt die Kurve wieder ab und an der Stelle S3 ist die Polymerisation beendet und der Schlauch fast schon wieder abgekühlt.

Fig. 2a zeigt den Fall, bei dem die Lichtquelle zu langsam gezogen wird. Hier wird bereits zu dem Zeitpunkt, an dem der Sensor S1 den Meßpunkt erreicht hat, eine relativ hohe Temperatur gemessen, d. h. schon die erste Lichtquelle hat eine starke Polymerisation ausgelöst. Die Temperatur steigt dann noch weiter an und selbst an der Stelle S3 ist sie noch zu hoch. Die Kurve verläuft also auf hohem Niveau sehr flach, was ein Zeichen dafür ist, daß die Geschwindigkeit der Lichtquelle erhöht werden muß.

Fig. 2c stellt den umgekehrten Fall dar. Hier hat zu dem Zeitpunkt, an dem der Sensor S1 den Meßpunkt erreicht hat, fast noch keine Polymerisation stattgefunden. Die Kurve steigt dann an, hat aber an der Stelle S2 das Maximum noch nicht erreicht. Wenn hier noch weitere Sensoren vorgesehen wären, dann würde sich zeigen, daß hinter der Stelle S3 die Kurve sehr steil abfällt. Ein solcher Kurvenverlauf ist ein Zeichen dafür, daß die Polymerisation unvollständig ist, d. h. hier muß die Geschwindigkeit der Lichtquelle verrin­ gert werden.

Die Fig. 3a bis 3c zeigen zwei bevorzugte Ausführungs­ formen der Erfindung. In Fig. 3a sind drei Lichtquellen hin­ tereinander angeordnet. Wesentlich ist, daß der Sensor S1 sich im Bereich zwischen der ersten und der zweiten Licht­ quelle befindet, wobei er auch am hinteren Ende der ersten oder am vorderen Ende der zweiten Lichtquelle angebracht sein kann. Dieser Sensor S1 soll die Temperatur an der Stelle messen, an der, ausgelöst durch die Strahlung der er­ sten Lichtquelle, die Polymerisation gerade eingesetzt hat, d. h. er zeigt an, ob überhaupt eine Härtung des Harzes statt­ findet. Der Sensor S2 soll sich im Bereich der zweiten Hälfte der Lichtquelle befinden. Falls also z. B. fünf oder sechs Lichtquellen vorgesehen sind, befindet sich der Sensor S2 hinter der dritten Lichtquelle.

Er soll die Temperatur an der Stelle anzeigen, an der die Polymerisation ihren Höhepunkt erreicht hat; die nachfol­ genden Lichtquellen sollen dann lediglich die Polymerisa­ tion vollends zu Ende führen. Der dritte Sensor S3 ist zweckmäßigerweise direkt hinter der letzten Lichtquelle an­ gebracht, dahinter können sich dann noch weitere Sensoren befinden, die die Temperatur nach beendeter Härtung anzei­ gen sollen.

Diese Lampenanordnung wird bei verhältnismäßig klei­ nen Rohrdurchmessern gewählt, z. B. von 10 bis 30 cm.

Fig. 3b zeigt eine andere Ausführungsform, die bei Rohr­ durchmessern von 30 cm und mehr gewählt wird. Hier sind die Lichtquellen (2) radial auf einen Schlitten (6) montiert, der in der vorliegenden Skizze einen sechseckigen Quer­ schnitt (Fig. 3c) hat. Dabei können die einzelnen Lichtquel­ len auf gleicher Höhe angebracht sein, oder - wie in der DE 42 05 113 C1 beschrieben - gegeneinander versetzt sein, wo­ bei die erste, dritte und fünfte Lichtquelle vorn, die zweite, vierte und sechste Lichtquelle hinten am Schlitten ange­ bracht sind. Der Sensor S1 befindet sich auf jeden Fall hinter der vordersten Lichtquelle, die anderen Sensoren dann hin­ ter dem Schlitten. Auch hier können mehrere Schlitten mit Lichtquellen hintereinander angeordnet sein, bevorzugt ist eine Anordnung von zwei Schlitten.

Bei sehr großen Rohrdurchmessern können auch noch mehr Lichtquellen auf einem Schlitten, der dann z. B. einen acht-, zehn- oder zwölfeckigen Querschnitt haben kann, an­ gebracht sein.

Statt eines mehreckigen Schlittens, wie in Fig. 3c ge­ zeichnet, sind auch Trägerkonstruktionen möglich, bei de­ nen die Lichtquellen auf radial angeordneten Trägerplatten angebracht sind. Diese Trägerplatten sind dann mit einer konzentrisch im Rohr verlaufenden Spindel verbunden, wel­ che durch das Rohr gezogen werden kann.

Claims (7)

1. Verfahren zur Sanierung von Rohrleitungen durch Einführen eines mit einem UV-härtbaren Harz getränkten Faserschlauches in das Rohr, Aufblasen des Schlauches mit Druckluft, so daß er sich an die Innenwand des Rohres anschmiegt, Durchziehen einer oder mehrerer UV-Lichtquellen mittels eines zentral geführten Zugkabels durch das Rohr, wodurch das Harz gehärtet wird, Steuerung der Geschwindigkeit, mit der die Lichtquellen gezogen werden, in Abhängigkeit von der durch die exotherme Härtungs­ reaktion erzeugten Temperatur an der inneren Oberfläche des Schlauchs, welche durch Temperaturmeßfühler gemessen wird, gekennzeichnet durch folgende Maßnahmen:

• a) Im Bereich der Lichtquellen werden eine Reihe von minde­ stens drei hintereinander angeordneten IR-Sensoren S1, S2, S3, . . ., Sn mitgeführt die im selben Winkel auf eine - parallel zum Zugkabel verlaufende - fiktive Linie an der inneren Oberfläche des Schlauchs ausgerichtet sind, wobei sich mindestens zwei Sensoren hinter der vordersten Lichtquelle befinden,
• b) auf dieser Linie sind bestimmte Meßpunkte MP1, MP2, MP3, MP4 . . ., MPn definiert,
• c) während des Vorbeiziehens der Sensoren an den Meßpunk­ ten wird die Temperatur an jedem Meßpunkt durch die Sensoren gemessen,
• d) die gemessenen Temperaturen werden auf einen Computer übertragen, der für jeden Meßpunkt eine Temperatur/Zeit- Kurve erstellt,
• e) abhängig von der Gestalt und Lage dieser Kurve wird mittels speicherprogrammierbarer Steuerung die Geschwin­ digkeit der Lichtquellen geregelt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Geschwindigkeit der Lichtquellen gestei­ gert wird, wenn die Temperatur/Zeit-Kurve einen auf hohem Niveau flachen Verlauf aufweist (Fig. 2a) bzw. daß die Geschwindigkeit der Lichtquellen verringert wird, wenn in der Temperatur/Zeit-Kurve die vom drit­ ten Sensor S3 gemessene Temperatur höher ist als die vom zweiten Sensor S2 gemessene Temperatur (Fig. 2c).

3. Vorrichtung zum Sanieren von Rohrleitungen mittels eines mit UV-härtbarem Harz getränkten Faserschlauches, wobei durch den langgestreckten Hohlraum der Rohrleitung längs seiner Achse UV-Lichtquellen bewegbar sind, wobei die UV-Lichtquellen mit Temperatur-Meßfühlern versehen sind, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Temperatur-Meßfühler im Bereich der Licht­ quellen (2) eine Reihe von mindestens drei hintereinander angeordneten IR-Sensoren (S1, S2, S3, . . ., Sn) mitgeführt sind, wobei sich mindestens zwei Sensoren (S2, S3) hinter der vorder­ sten Lichtquelle befinden, daß an der Schlauchinnenseite auf einer fiktiven Linie gegenüber den Sensoren (S1 bis Sn) Meß­ punkte (MP1, MP2, MP3, MP4, . . ., MPn) zur Temperaturmes­ sung definiert sind, und daß über die gemessenen Temperaturen die Bewegungsgeschwindigkeit der UV-Lichtquellen (2) computer­ gesteuert regelbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwei oder mehrere Reihen von hinterein­ ander angeordneten IR-Sensoren mitgeführt sind, die jeweils im selben Winkel auf zwei oder mehrere fiktive Linien an der Schlauchinnenseite ausgerichtet sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß bei verhältnismäßig kleinem Rohrdurch­ messer mehrere Lichtquellen (2) hintereinander ange­ ordnet sind, wobei der vorderste Sensor S1 sich im Be­ reich zwischen der ersten und der zweiten Lichtquelle befindet, und der zweite Sensor S2 sich im Bereich der zweiten Hälfte der Lichtquellen befindet.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß bei verhältnismäßig großem Rohrdurch­ messer mehrere Lichtquellen (2) radial auf mindestens einem Schlitten angeordnet sind, wobei der vorderste Sensor S1 hinter der ersten Lichtquelle angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die gemessenen Temperaturen zusätzlich an Monitoren (M1, M2, M3, . . ., Mn) visuell angezeigt werden.