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Durch
den Fortschritt der Technik, Verschleiß und erhöhte Sicherheitsstandards besteht
in bestehenden Gebäuden
ein Bedarf zur Erneuerung von Installationen der Sanitär- und Elektrotechnik.
Diese Installationen, wie elektrische Leitungen, Trink- und Abwasserleitungen,
werden in Gebäudewänden verlegt.
Bei einer herkömmlichen
Renovierung dieser Leitungen wird die Wand aufgeschlagen, was erstens sehr
hohe Kosten verursacht und zweitens die von der Renovierung betroffenen
Gebäude
zeitweise unbewohnbar macht.
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Insbesondere
bei Altbauten mit massivem Mauerwerk und historischer Innenfassade
entstehen durch das Öffnen
der Wände
erhebliche Kosten, welche die wirtschaftliche Modernisierung alter
Bausubstanz erschwert.
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In
neuen und modernen gebäudetechnischen
Konzepten werden außerdem
zusätzliche
Leitungen für
die Versorgung mit Brauchwasser und/oder die Vakuumentwässerung
von Schwarzwasser in den Gebäuden
benötigt.
Dies ist mit den herkömmlichen
Methoden in vielen Fällen
wirtschaftlich nicht machbar.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren
bereitzustellen, mit deren Hilfe ein Kanal in ein bestehendes Mauerwerk
eingebracht werden kann, ohne dass die Mauer innen oder außen in nennenswertem
Umfang beschädigt
wird.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
eine Vorrichtung zum Einbringen eines Kanals in ein bestehendes
Mauerwerk, mit Mitteln zum Abtragen von Mauerwerk und mit einer
Antriebseinrichtung, wobei die Mittel zum Abtragen von Mauerwerk einen
Ultraschallgenerator und/oder eine Laserquelle umfassen.
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Diese
Vorrichtung ist in der Lage, in dem Mauerwerk einen Kanal zu schaffen
und sich in diesem Kanal fortzubewegen, so dass die Länge der
mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung hergestellten Kanäle nicht
begrenzt ist. Dazu muss lediglich am Anfang des Kanals eine Installationsöffnung vorgesehen
werden muss, durch die die erfindungsgemäße Vorrichtung in das Mauerwerk
eingesetzt wird.
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Es
hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Ultraschallgenerator
Ultraschall emittiert, der auf einen Punkt fokussiert ist. Heutzutage
ist es möglich, mit
Ultraschallgeneratoren Ultraschall von so hoher Leistungsdichte
zu generieren, dass selbst vergüteter
oder gehärteter
Stahl mit Hilfe des Ultraschalls abgetragen werden kann. Deshalb
ist es auch möglich, mit
Hilfe solcher Ultraschallgeneratoren sämtliche in Mauerwerken vorkommenden
Baustoffe, wie Ziegel, Beton, Stahl, Holz und anderes mehr, abzutragen.
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Um
die Leistung des Ultraschallgenerators regeln zu können und
gleichzeitig auch die Position und Arbeitsrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
steuern und regeln zu können,
ist eine Laserquelle vorgesehen, die holografische Laserstrahlen emittiert.
Mit Hilfe von holografischen Laserstrahlen ist es möglich, gewissermaßen einen „Blick" in das Mauerwerk
zu werfen und so Erkenntnisse über
die im Mauerwerk vorkommenden Baustoffe zu gewinnen. Diese Erkenntnisse
können
zur Regelung der Leistung des Ultraschallgenerators und/oder der
Vorschubgeschwindigkeit der Antriebseinrichtung genutzt steuert
werden, so dass die Abtragleistung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
optimiert wird.
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Damit
der Ultraschallgenerator und/oder die Laserquelle jeden gewünschten
Punkt in der unmittelbaren Umgebung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ansteuern können,
ist erfindungsgemäß weiter vorgesehen,
dass der Ultraschallgenerator und/oder die Laserquelle schwenkbar
und/oder drehbar an der erfindungsgemäßen Vorrichtung angeordnet
sind.
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Es
ist auch möglich,
mit der Laserquelle, insbesondere wenn diese holografische Laserstrahlen emittiert,
das Mauerwerk abzutragen. In diesem Fall kann auf einen Ultraschallgenerator
verzichtet werden. Selbstverständlich
ist es auch möglich
und denkbar, sowohl einen Ultraschallgenerator als auch eine Laserquelle
in einer Vorrichtung vorzusehen und beide zum Abtragen von Mauerwerk
beziehungsweise zum Ausarbeiten des Kanals einzusetzen. Dadurch
können
die Stärken
beider Verfahren kombiniert und die Leistungsfähigkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung
deutlich erhöht
werden.
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Als
besonders vorteilhaft hat sich erwiesen, wenn die Antriebseinrichtung
ein erstes Spreizelement und ein zweites Spreizelement umfasst,
wenn zwischen erstem Spreizelement und zweitem Spreizelement ein
Linearantrieb vorgesehen ist, und wenn weiter mit Hilfe des Linearantriebs
der Abstand von erstem Spreizelement und zweitem Spreizelement veränderbar
ist.
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Durch
eine geeignete Ansteuerung von erstem Spreizelement, zweitem Spreizelement
und Linearantrieb ist es möglich,
dass sich die erfindungsgemäße Vorrichtung ähnlich einem
Regenwurm in dem neu geschaffenen Kanal fortbewegt. Dies geschieht
dadurch, dass der Linearantrieb zunächst so angesteuert wird, dass
der Abstand zwischen erstem Spreizelement und zweitem Spreizelement
maximal ist. In dieser Position wird das erste Spreizelement in dem
Kanal verspannt, so dass durch anschließendes Verkürzen des Abstands zwischen
erstem Spreizelement und zweitem Spreizelement das zweite Spreizelement
in Richtung des ersten Spreizelements bewegt werden kann. Anschließend wird
das erste Spreizelement in dem Kanal verspannt, das erste Spreizelement
wird gelöst
und der Linearantrieb wird so angesteuert, dass sich der Abstand
zwischen erstem Spreizelement und zweitem Spreizelement vergrößert.
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Dieses
Verfahren kann in seiner Richtung selbstverständlich auch umgekehrt werden,
so dass nach Fertigstellung eines Kanals die erfindungsgemäße Vorrichtung
wieder an den Anfangspunkt bewegt werden kann und durch eine Installationsöffnung aus
der Wand herausgenommen werden kann.
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Durch
geeignete Ansteuerung der Spreizelemente kann auch eine Richtungsänderung
des Kanals vorgenommen werden. Auch ist es möglich, eventuelle Abweichungen
des Kanals vom gewünschten
Verlauf durch eine Ansteuerung der Spreizelemente zu korrigieren
beziehungsweise fortlaufend auf ein Minimum einzuregeln.
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Der
Linearantrieb kann als einfacher oder doppelt wirkender Hydraulik-
oder Pneumatikzylinder ausgebildet sein.
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In
weiterer vorteilhafter Ergänzung
der Erfindung ist ein Steuergerät
vorgesehen, dass insbesondere zum Steuern, Drehen und/oder Verschwenken des
Ultraschallgenerators und der Laserquelle sowie zur Steuerung der
Antriebseinrichtung mit ihren Spreizelementen und Linearantrieben
eingesetzt wird. Dieses Steuergerät kann Vorteilhafterweise außerhalb
des Kanals verbleiben und lediglich über Signalleitungen mit der
erfindungsgemäßen Vorrichtung
verbunden sein. Dadurch wird der Platzbedarf für die erfindungsgemäße Vorrichtung
naturgemäß deutlich
verringert und gleichzeitig ist es möglich, an dem Steuergerät einen
Bildschirm vorzusehen, der den Bediener der erfindungsgemäßen Vorrichtung die
wesentlichen Informationen, beispielsweise über die Beschaffenheit des
Mauerwerks, die Abtragleistung, die Geometrie des Kanals und anderes
mehr während
der Bearbeitung informiert.
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Zu
diesem Zweck sind neben den Versorgungsleitungen, welche den Ultraschallgenerator,
die Laserquelle und die Antriebseinrichtung mit Energie versorgen,
auch noch Signalleitungen vorgesehen, welche das Steuergerät mit dem
im Kanal befindlichen Teil der Vorrichtung verbinden.
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Die
eingangs genannte Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren zum
Einbringen eines Kanals in ein Mauerwerk, welches darin besteht,
eine Installationsöffnung
zu erstellen, eine Vorrichtung zum Einbringen eines Kanals in die
Installationsöffnung
einzusetzen und den Kanal mit Hilfe der Vorrichtung automatisch
herzustellen.
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Die
dadurch realisierbaren Vorteile entsprechen den oben in Zusammenhang
mit den Vorteilen der erfindungsgemäßen Vorrichtung genannten Vorteilen,
so dass an dieser Stelle auf eine Wiederholung verzichtet wird.
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Besonders
vorteilhaft kann das erfindungsgemäße Verfahren mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
zum Einbringen eines Kanals nach einem der Ansprüche 1–9 erfolgen.
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Um
die Beeinträchtigung
der Nutzer des Gebäudes,
in dessen Mauerwerk ein Kanal eingebracht werden soll, auf ein Minimum
zu reduzieren, wird die Installationsöffnung nach dem Einsetzen der
Vorrichtung zum Einbringen eines Kanals verschlossen. Die Beeinträchtigung
der Gebäudenutzer
kann weiter verringert werden, wenn an der verschlossenen Installationsöffnung eine
Absaugeinrichtung, insbesondere ein herkömmlicher Industriestaubsauger,
angeschlossen wird, so dass auch der durch das Einbringen des Kanals
entstehende Bauschutt ohne große Belästigungen
der Nutzer abgeführt
und entsorgt werden kann.
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Weitere
Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der
nachfolgenden Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen entnehmbar.
Alle in der Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen offenbarten Merkmale
können
sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.
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Zeichnung
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Es
zeigen:
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1 ein
Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
und
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2 einen
Teilschnitt eines Gebäudes
mit einem nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
eingebrachten Kanal.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele:
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1 stellt
einen Kanal 1 dar, der aus dem umgebendem Mauerwerk 3 mit
Hilfe einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
herausgearbeitet wird.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
wird in ihrer Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 5 versehen und
umfasst folgende wesentliche Baugruppen: Eine Antriebseinrichtung 7 und
Mittel zum Abtragen von Mauerwerk 9.
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Die
Antriebseinrichtung 7 umfasst ein erstes Spreizelement 11 und
ein zweites Spreizelement 13. Das erste und das zweite
Spreizelement 11 und 13 sind im Wesentlichen gleich
aufgebaut. Beide Spreizelemente 11 und 13 weisen
je drei gleichmäßig über den
Umfang verteilte Spreizfüße 15 auf,
von denen in 1 nur einer sichtbar ist.
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Die
Spreizfüße 15 sind
in radialer Richtung bewegbar. Diese Bewegung ist in 1 durch
die Doppelpfeile 17 angedeutet.
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Wenn
die Spreizfüße in radialer
Richtung nach außen
bewegt werden, klemmen sie das zugehörige Spreizelement 11 und/oder 13 in
dem Kanal 1 fest. Durch geeignete individuelle Ansteuerung
der Spreizfüße 15 können Lage
und Richtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 5 relativ
zur Längsachse des
Kanals 1 verändert
werden. Dadurch ist es möglich,
eventuelle Abweichungen der Lage des Kanals 1 von der gewünschten
Solllage zu korrigieren oder auch Kurven in dem Kanal 1 vorzusehen.
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Die
Spreizfüße 15 können als
Pneumatik- oder Hydraulikzylinder ausgebildet sein, die Vorteilhafterweise
eine Positionserfassung haben.
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Zwischen
dem ersten Spreizelement 11 und dem zweiten Spreizelement 13 ist
ein Linearantrieb 19 vorgesehen, der beispielsweise als
doppelt wirkender Pneumatik- oder Hydraulikzylinder ausgebildet
sein kann. Auch dieser Linearantrieb 19 weist einen Positionssensor
(nicht dargestellt) auf, aus dem sich der a Abstand von erstem Spreizelement 11 und zweitem
Spreizelement 13 ermitteln lässt.
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Die
Bewegung, welche das zweite Spreizelement 13 mit Hilfe
des Linearantriebs 19 relativ zum ersten Spreizelement 11 ausführen kann,
ist in 1 durch einen Doppelpfeil 21 angedeutet.
Die Antriebseinrichtung 7 arbeitet wie folgt: In einem
ersten Schritt wird das erste Spreizelement 11 durch Ausfahren
der Spreizfüße 15 in
dem Kanal 1 verspannt. Danach wird das zweite Spreizelement 13 gelöst, indem
die zugehörigen
Spreizfüße 15 radial
nach innen bewegt werden. Anschließend wird das zweite Spreizelement 13 mit
Hilfe des Linearantriebs 19 in Richtung des ersten Spreizelements 11 bewegt.
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Nun
wird das zweite Spreizelement 13 im Kanal 1 verspannt,
das erste Spreizelement 11 gelöst und mit Hilfe des Linearantriebs 19 in 1 nach oben
bewegt. Diese Bewegungsrichtung kann selbstverständlich durch eine Änderung
der Abfolge der genannten Schritte umgekehrt werden, so dass die
erfindungsgemäße Vorrichtung 5 auch
durch den von ihr geschaffenen Kanal 1 wieder in die Ausgangsposition
zurückwandern
kann.
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Oberhalb
der Antriebseinrichtung 7 ist ein Drehteller 23 an
dem ersten Spreizelement 11 befestigt. Auf dem Drehteller 23 ist
ein Ultraschallgenerator 25 schwenkbar angeordnet. Die
Schwenkbewegung des Ultraschallgenerators 25 ist durch
einen Doppelpfeil 27 angedeutet. Der Ultraschallgenerator 25 sendet
Ultraschallwellen aus, die in einem Punkt 29 fokussiert
sind. Dieser Punkt wird nachfolgend auch als Fokus 29 bezeichnet.
In dem Fokus 29 ist die Energiedichte der vom Ultraschallgenerator 25 emittierten Schallwellen
maximal, so dass im Fokus 29 das Mauerwerk 3 mit
höchster
Leistungsfähigkeit
abgetragen werden kann, um den gewünschten Kanal 1 zu
bilden. Durch eine geeignete Ansteuerung sowohl des Drehtellers 23 als
auch der Schwenkeinrichtung des Ultraschallgenerators 25 kann
beispielsweise ein zylindrisch Kanal 1 ausgearbeitet werden.
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Wie
aus 1 ersichtlich, werden der Drehteller 23 und
die Schwenkeinrichtung des Ultraschallgenerators 25 so
angesteuert, dass der Fokus 29 eine halbkugelförmige Fläche überstreicht.
An dieser halbkugelförmigen
Fläche
wird das vorhandene Mauerwerk 3 abgetragen.
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Anstelle
des Ultraschallgenerators 25 kann auch eine Laserquelle
eingesetzt werden, um das Mauerwerk 3 abzutragen. Diese
Ausführungsvariante
ist in 2 nicht dargestellt.
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Zur
Erfassung der Geometrie des Kanals 1 und der Beschaffenheit
des Mauerwerks 3 ist auf dem Drehteller 23 noch
eine Laserquelle (nicht dargestellt) angeordnet, von der nur der
emittierte Laserstrahl 31 durch eine unterbrochene Linie
angedeutet ist. Die Richtung des Laserstrahls 31 kann,
wie durch einen Doppelpfeil 33 angedeutet, auch verändert werden.
Zusammen mit der Drehbewegung des Drehtellers 23 ist es
somit möglich,
sowohl die Wandung des Kanals 1 als auch die kalottenförmige Oberfläche des
Mauerwerks 3, die gerade bearbeitet wird, abzutasten.
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Durch
die Verwendung holografischer Laserstrahlen können aus den vom Mauerwerk 3 beziehungsweise
vom Kanal 1 reflektierten Strahlen Rückschlüsse auf die Beschaffenheit
und die Zusammensetzung des Mauerwerks 3 und die Geometrie
des Kanals 1 gezogen werden. Diese Informationen können zur
Steuerung des Ultraschallgenerators 3 oder der Laserquelle,
mit deren Hilfe das Mauerwerk 3 abgetragen wird, aber auch
der Antriebseinrichtung 7 eingesetzt werden.
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So
kann beispielsweise bei relativ leicht abtragbarem Material die
Leistung des Ultraschallgenerators 25 beziehungsweise der
Laserquelle reduziert werden oder es kann die Vorschubgeschwindigkeit der
Antriebseinrichtung 7 erhöht werden. Es ist auch denkbar,
beispielsweise leicht abtragbare Materialien nicht genau im Fokus 29 des
Ultraschallgenerators 25 zu bearbeiten, sondern den Abstand
der Vorrichtung 5 zu dem Mauerwerk 3 so zu verändern, dass anstelle
eines punktförmigen
Fokus 29 die Bearbeitung auf einer Kreisfläche stattfindet,
so dass auf diese Weise die Leistungsdichte reduziert wird.
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Das
erste Spreizelement 11, das zweite Spreizelement 13,
der Ultraschallgenerator 25 und die nicht dargestellte
Laserquelle sind über
Versorgungsleitungen 34 mit einem nicht dargestellten Steuergerät, das sich
außerhalb
des Kanals 3 befindet, und einer Energieversorgung verbunden.
Wegen des externen Steuergeräts
und der externen Energieversorgung kann die erfindungsgemäße Vorrichtung
sehr kompakt bauen.
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In 2 ist
ein Gebäude 35 im
Teilschnitt dargestellt. In eine Außenwand 37 des Gebäudes ist ein
Kanal 1 vorhanden, der mit Hilfe der zuvor beschriebenen
Vorrichtung gemäß 1 hergestellt wurde.
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Um
einen Kanal 1 mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung 5 herstellen
zu können,
wird zunächst
am tiefsten Punkt des geplanten Kanals eine Installationsöffnung 39 in
das Mauerwerk eingebracht. Diese Installationsöffnung 39 muss so
groß sein,
dass die erfindungsgemäße Vorrichtung 5 in
die Öffnung
eingeführt
werden kann und in Richtung des gewünschten Kanals 1 ausgerichtet
werden kann.
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Danach
beginnt die erfindungsgemäße Vorrichtung 5 den
Kanal 1 aus dem Mauerwerk herauszuarbeiten. Dabei ist die
Länge des
Kanals 1 prinzipiell unbegrenzt, so dass sich der Kanal 1,
wie im vorliegenden Beispiel, über
die Höhe
von zwei Stockwerken erstrecken kann.
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Die
Position der erfindungsgemäßen Vorrichtung 5 im
neu geschaffenen Kanal 1 kann auf einfachste Weise dadurch
ermittelt werden, dass am unteren Ende der Vorrichtung 5 ein
flexibles Maßband befestigt
wird, das von der Vorrichtung 5 langsam und entsprechend
dem Fortschritt des Kanals der Vorrichtung 5 durch die
Installationsöffnung 39 in
den neuen Kanal 1 gezogen wird. Dies bedeutet, dass sich
an der Installationsöffnung
die Position der erfindungsgemäßen Vorrichtung 5 ablesen
lässt.
Alternativ können
auch Positionssensoren in der Vorrichtung 5 vorgesehen
sein mit denen sich Lage und Richtung der Vorrichtung bestimmen
lassen.
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In
den fertig gestellten Kanal 1 können eine oder mehrere Leitungen,
seien es elektrische Leitungen oder Versorgungsleitungen für Wasser,
Gas oder andere Fluide, eingezogen werden. Über Installationsöffnungen 39,
die in jedem Stockwerk des Gebäudes 35 vorgesehen
werden können,
können
die in dem Kanal 1 befindlichen Leitungen in jedes Stockwerk
in konventioneller Weise weitergeführt werden.
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Es
ist auch denkbar, den fertig gestellten Kanal 1 in einem
weiteren Arbeitsschritt und mit einer anderen Vorrichtung zu beschichten,
so dass der Kanal 1 selbst die Funktion einer Leitung übernimmt
und beispielsweise Brauchwasser oder Trinkwasser oder andere Flüssigkeiten
in dem Kanal 1 abgeführt
werden. Die Technik, bereits vorhandene Kanäle innen auszukleiden oder
zu beschichten, ist beispielsweise aus der Sanierung von Abwasserleitungen
bereits seit langem bekannt und hat sich dort in vielen Anwendungsfällen bewährt.