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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aushärtung von harzgetränkten Auskleidungsschläuchen, insbesondere zur Sanierung von Leitungssystemen, die im Betriebszustand flüssigkeitsführend sind.
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Ein besonders elegantes Verfahren zur Sanierung von flüssigkeitsführenden Leitungssystemen, z. B. Kanälen und ähnlichen Rohrsystemen, besteht darin, dass man einen flexiblen, mit Reaktionsharz getränkten Faserschlauch, der als Auskleidungsschlauch (Liner) dient, in das Leitungssystem einführt, dort expandiert (aufweitet), so dass er sich eng an die Innenwand des Leitungssystems anschmiegt, und danach das Harz mit Hilfe von energiereicher, insbesondere elektromagnetischer, Strahlung aushärtet.
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Die Herstellung eines derartigen Auskleidungsschlauches ist beispielsweise in der
WO 95/04646 beschrieben. Dabei wird auf einen Wickeldorn, der aus mehreren parallelen, in ihrem Abstand zur Wickeldornachse veränderbaren Wickelfingern besteht, zunächst ein Folienband schraubenförmig gewickelt, wobei ein als Schutzfolie dienender Innenfolienschlauch gebildet wird. Auf diesen wird mindestens ein harzgetränktes Faserband schräg gewickelt und darauf wiederum ein zweites Folienband, welches einen Außenfolienschlauch bildet.
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Bei der Anwendung derartiger Auskleidungsschläuche werden diese nach Einführung des Faserschlauchs in das zu sanierende Leitungssystem radial aufgeweitet, an der Wandung des flüssigkeitsführenden Leitungssystems zur Anlage gebracht, und anschließend durch Zufuhr energiereicher Strahlung ausgehärtet.
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Um den Anforderungen im späteren Betrieb gerecht zu werden, ist es wesentlich, bei der Aushärtung die Struktur des Schlauchs nicht negativ zu beeinträchtigen und andererseits eine gleichmäßige, möglichst geschlossene Innenoberfläche des Schlauchs zu gewährleisten, um Abrieb und Zerstörung bei längerer Nutzung durch evtl. im Leitungssystem fließende aggressive Flüssigkeiten zu vermeiden.
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Weiterhin kann bei einer evtl. erforderlich werdenden Reinigung der sanierten Rohrleitungssysteme mit Hochdruckreinigern die Innenoberfläche erheblichen punktuellen Druckbelastungen ausgesetzt sein, was eine entsprechende Druckstabilität erfordert.
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Als Reaktionsharze zur Tränkung der Faserschläuche können dabei generell alle Produkte Anwendung finden, die bei Zufuhr energiereicher Strahlung, insbesondere elektromagnetischer Strahlung aushärten. Beispielhaft seien hier härtbare Polymere genannt, die Photoinitiatoren oder Peroxidinitiatoren enthalten. Diese zerfallen unter dem Einfluss der energiereichen Strahlung in Radikale, die dann die Polymerisation und Aushärtung des Harzes bewirken.
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Bei Photoinitiatoren enthaltenden Produkten werden zur Aushärtung in der Regel UV-Strahlungsquellen eingesetzt, die nach Einbringen des Auskleidungsschlauchs und Anlegen desselben an die Wandung des zu sanierenden Leitungssystems mit Hilfe geeigneter Vorrichtungen durch das zu sanierende Leitungssystem in Innern des Auskleidungsschlauch hindurchgeführt werden. Dabei muss die Geschwindigkeit, mit der die Strahlungsquelle durch das zu sanierende System hindurchgeführt wird, exakt auf den jeweiligen Auskleidungsschlauch abgestimmt und kontrolliert werden. Die Geschwindigkeit hängt unter anderem von der Art des Reaktionsharzes, der Dicke des Auskleidungsschlauchs, der Entfernung der Strahlungsquelle von der Oberfläche des Ausleidungsschlauches und der Intensität der Strahlungsquelle ab, um nur einige Einflussfaktoren zu nennen.
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Weicht die tatsächliche Geschwindigkeit von der vorbestimmten Geschwindigkeit ab, ist eine unvollständige oder ungleichmäßige Aushärtung die Folge, was im Extremfall dazu führen kann, dass der unvollständig oder ungleichmäßig ausgehärtete Liner wieder aufwendig und mit hohem Kostenaufwand entfernt werden muss.
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Setzt man die Geschwindigkeit herab, um eine vollständige Aushärtung sicherzustellen, besteht die Gefahr einer lokalen Überhitzung, da UV-Lampen im Betrieb eine erhebliche Wärmestrahlung abgeben, die aus dem zu sanierenden System nicht einfach abgeführt werden kann und durch die entstehenden Temperaturen zu Schäden am Liner führen kann. Auch in diesem Fall besteht ein erhebliches Risiko, dass der beschädigte Liner mit hohem Arbeits- und Kostenaufwand entfernt werden muss.
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Zur Vermeidung des genannten Überhitzungsproblems wurden in der jüngeren Vergangenheit LED-Lichtquellen eingesetzt, die ein im Wesentlichen kaltes Licht abstrahlen. LEDs, die die geforderten Strahlungsleistungen abgeben können, erwärmen sich jedoch im Gebrauch sehr stark und müssen zur Vermeidung von Ausfällen aufwendig gekühlt werden, wie dies z. B. in der
EP-A 1,959,183 beschrieben wird. Hinzu kommt, dass insbesondere bei kleineren Durchmessern der zu sanierenden Rohrleitungen die zur Kühlung erforderlichen apparativen Einrichtungen kaum so klein gebaut werden können, dass ein Durchführen durch das zu sanierende Leitungssystem noch möglich ist. Schließlich wird durch die starke Erwärmung der LED dennoch in das Leitungssystem eine erhebliche Menge an thermischer Energie eingebracht, die die Gefahr lokaler Überhitzungen mit sich bringt.
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Bei Peroxidinitiatoren enthaltenden Produkten bestehen vergleichbare Probleme; hier wird statt UV-Strahlung IR-Strahlung (Wärmestrahlung) eingesetzt, um die Peroxidinitiatoren thermisch zu spalten und damit die Polymerisation des Reaktionsharzes zu erreichen.
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Ein weiteres Problem ist, dass die Steuerungselektronik, die in den Bestrahlungsquellen eingesetzt werden muss, durch die bei der Aushärtung entstehenden hohen Temperaturen selbst beeinträchtigt werden kann und somit die Gefahr von fehlerhaft erfassten Steuerungsgrößen besteht, was aus den vorgenannten Gründen fatale Auswirkungen haben kann.
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Zwar wurden Steuerungssysteme entwickelt, mit denen die genannten Probleme beherrschbar sind, doch wäre es wünschenswert, Verfahren zur Aushärtung zur Verfügung zu haben, die keine so hohen Ansprüche an die exakte Steuerung stellen bzw. bei Abweichungen von vorgegebenen Sollwerten nicht eine so hohe Gefahr des vollständigen Fehlschlagens der Sanierung mit sich bringen.
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Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, in im Betriebszustand flüssigkeitsführende Leitungssysteme, insbesondere in Kanalrohre, Lichtleiter oder Lichtwellenleiter zur schnellen Datenübertragung einzubauen. In der
DE 10 2008 052 484 ist ein Liner zum Sanieren von Rohrleitungen beschrieben, in dessen Wandung ein Lichtwellenleiter integriert ist. Dieser verbleibt nach der Sanierung im Leitungssystem und dient der Datenübertragung. Zur Abgabe energiereicher Strahlung ist er weder vorgesehen noch geeignet. Eine gleichmäßige Aushärtung wäre selbst dann mit dem beschriebenen Aufbau nicht zu erreichen, wenn der Lichtwellenleiter auch zur Abgabe von energiereicher Strahlung geeignet wäre bzw. entsprechend angepasst würde.
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Der vorliegenden Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Aushärtung von harzgetränkten Auskleidungsschläuchen zur Verfügung zu stellen, welches die vorstehend beschriebenen Probleme nicht oder nur in geringerem Umfang mit sich bringt.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens sind den Unteransprüchen und der nachfolgenden detaillierten Beschreibung zu entnehmen.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie die Verwendung von Lichtleitern oder Lichtwellenleitern in Verfahren zur Aushärtung harzgetränkter Auskleidungsschläuche.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die zur Aushärtung erforderliche Strahlungsenergie mit Hilfe von Lichtleitern oder Lichtwellenleitern in den Auskleidungsschlauch eingebracht wird.
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Unter Lichtleitern werden allgemein Körper, insbesondere Fasern verstanden, die dem Transport von Licht oder Strahlung dienen, wobei selbst über lange Strecken nur geringe Verluste auftreten. In Lichtleitern wird das Licht oder die Strahlung durch Photonen übertragen. Ein großer Vorteil von Lichtleitern ist, dass entfernungsbedingte Verluste des eingespeisten Signals in einem idealen System nicht auftreten. Auch gibt es keine elektromagnetischen Störeinflüsse, beispielsweise bei der Übertragung von Messwertsignalen.
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Die Brechzahl im Innern eines Lichtleiters ist entlang der Achse groß und nimmt nach außen hin entweder sprunghaft (sogenannte Stufeneindexfasern) oder allmählich ab (Gradientenindexfaser), indem ein sogenanntes Cladding mit niedrigerer Brechzahl aufgebracht wird. Die Stufenindexfaser nutzt die Totalreflexion aus, während bei der Gradientenindexfaser das Licht stetig zur Achse hin zurück gelenkt wird. In beiden Fallen treten praktisch keine Verluste der eingespeisten Strahlung oder des eingespeisten Lichts ein und es ist auch keine thermische Belastung des Lichtleiters oder Lichtwellenleiters gegeben.
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Unter Lichtwellenleitern (oft auch als Lichtleitkabel bezeichnet) werden aus Lichtleitern bestehende oder zusammengesetzte Kabel und Leitungen zur Übertragung von Licht im sichtbaren, ultravioletten oder infraroten Bereich verstanden.
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Je nach der gewünschten Anwendung bestehen Lichtleiter aus Mineralglas (meist Kieselglas oder Quarzglas) oder aus Kunststoffen und im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens können Lichtleiter oder Lichtwellenleiter aller dem Fachmann bekannten Typen eingesetzt werden. Entsprechende Produkte sind in großer Zahl in der Literatur beschrieben und dem Fachmann bekannt, so dass sich hier detaillierte Ausführungen erübrigen.
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Lichtwellenleiter aus Kunststoff kommen bevorzugt bei der Signalübertragung über kurze bis mittlere Strecken zum Einsatz, während Lichtwellenleiter aus Mineralglas Signale auch über weite Strecken übertragen können.
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Für das erfindungsgemäße Verfahren werden bevorzugt Lichtleiter oder Lichtwellenleiter aus flexiblen Glasfasern oder Kunststofffasern eingesetzt, wobei letztere aus wirtschaftlichen Gründen in der Regel bevorzugt sind. Für die Entfernungen, über die im erfindungsgemäßen Verfahren die zur Aushärtung benötigte Energie zu übertragen ist (meist weniger als 1000 m), reichen Kunststofffasern in der Regel aus. Zudem besitzen sie oft eine bessere Flexibilität als Fasern aus Mineralglas, was insbesondere beim Einsatz in Leitungssystemen mit geringem Innendurchmesser oder mit Biegungen von Bedeutung sein kann. Lichtleiter bzw. Lichtwellenleiter besitzen einen minimalen Biegeradius, bei dessen Unterschreitung am Cladding keine Totalreflexion mehr auftritt, und ein Teil des Lichtes entweicht aus dem Glaskern und kann damit nicht mehr an den Ort der Bestrahlung gelangen. Daher ist es vorteilhaft, bei der Auswahl der Lichtleiter oder Lichtwellenleiter darauf zu achten, dass bei der Leitungsführung keine Biegungen unterhalb des minimalen Biegeradius auftreten.
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In jüngerer Vergangenheit wurden Glasfasern entwickelt, die um den Faserkern noch eine hochreflektierende Fluoridschicht oder ein auf Nanostruktur basierendes Cladding aufweisen und die deutlich biegeunempfindlicher sind, Damit lassen sich auch Biegeradien unterhalb von 10 mm erreichen, was bei manchen Anwendungen von Vorteil sein kann.
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Als Ausgangsmaterialien für Lichtleiter oder Lichtwellenleiter aus Kunststoff finden in der Regel Polyacrylate oder Styrolpolymere Verwendung, insbesondere Polystyrol oder Polymethylmethacrylat.
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Die im erfindungsgemäßen Verfahren einsetzbaren Lichtleiter bzw. Lichtwellenleiter können als Einzelfasern (Dickkernfasern) oder als Faserbündel eingesetzt werden. Dem Fachmann sind weiterhin sogenannte Hard-Clad-Fasern bekannt, bei dem Kern und Umhüllung nicht eine untrennbare Einheit bilden, sondern aus unterschiedlichen Materialien bestehen. So sind sog. Hard Clad Optical Silica Fibers erhältlich, die einen Kern aus Quarzglas (Durchmesser in der Regel im Bereich von einigen hundert Mikrometern) und einen Mantel aus Kunststoff (in der Regel mit einer Dicke in der gleichen Größenordnung) aufweisen. Derartige Systeme weisen bessere Dämpfungswerte als reine Kunststoff-Lichtleiter oder -lichtwellenleiter auf und können daher auch noch für Übertragungen über etwas größere Entfernungen bis zu einigen Kilometern Einsatz finden, während reine Kunststoff-Lichtleiter bzw. -lichtwellenleiter bei Übertragungsentfernungen von mehr als 100 m schon eine signifikante Dämpfung und einen entsprechenden Verlust aufweisen. Dies ist bei der Auswahl geeigneter Lichtleiter oder Lichtwellenleiter für das erfindungsgemäße Verfahren entsprechend zu berücksichtigen.
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Bevorzugt werden im erfindungsgemäßen verfahren Lichtwellenleiter ausgewählt aus Glasfasern, Acrylfasern, Quarzfasern, HardClad-Fasern oder Flüssigkeitslichtleitern eingesetzt.
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Der Durchmesser der eingesetzten Lichtleiter bzw. Lichtwellenleiter kann in einem weiten Bereich schwanken, meist haben kommerziell erhältliche und im erfindungsgemäßen verfahren besonders geeignete Produkte jedoch Durchmesser im Bereich von 0.1 bis 5 mm, vorzugsweise im Bereich von 0,3 bis 5 mm.
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Vorzugsweise werden die im erfindungsgemäß eingesetzten Lichtleiter bzw. Lichtwellenleiter in Kabeln gebündelt und auf einer entsprechenden Einrichtung, z. B. einer sogenannten Kabeltrommel, aufgebracht, wobei, wie vorstehend erwähnt, der minimale Biegeradius beachtet werden sollte. Derart aufgewickelte oder aufgerollte Lichtleiter bzw. Lichtwellenleiter können dann im erfindungsgemäßen Verfahren mit einer entsprechenden Zug- oder Schubeinrichtung von der Vorrichtung abgewickelt oder abgerollt und durch den auszuhärtenden Auskleidungsschlauch geführt werden. Die Länge des Kabels richtet sich nach der Länge des zu sanierenden Rohrleitungsabschnitts und kann bis zu einigen hundert Metern betragen. Bei zu sanierenden Rohrabschnitten von mehr als 100 m haben sich Hard-Clad-Produkte aus den vorstehend genannten Gründen in einigen Fällen als vorteilhaft erwiesen.
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An dem Ende des Lichtleiters bzw. Lichtwellenleiters, an dem die Abgabe der energiereichen Strahlung erfolgen soll, erfolgt eine entsprechende Anordnung der Enden dergestalt, dass eine gute und möglichst gleichmäßige Bestrahlungsintensität über den Umfang des auszuhärtenden Auskleidungsschlauchs gegeben ist. Vorzugsweise werden die einzelnen Lichtleiter oder die Kabel im Lichtwellenleiter in geeigneter Weise aufgefächert und dergestalt angeordnet, dass eine möglichst homogene Bestrahlungsintensität erreicht wird. Dazu können die einzelnen Lichtleiter auf einem geeigneten Träger (oder, je nach Bedarf, auf mehreren Trägern) angeordnet werden, der bzw. die einen gleichmäßigen Abstand der Lichtleiter zum zu bestrahlenden Schlauch sicherstellt bzw. sicherstellen. Die geometrische Ausgestaltung geeigneter Träger unterliegt dabei keinen grundsätzlichen Beschränkungen; um eine reibungslose Durchführung durch das Leitungssystem zu gewährleisten, können jedoch bestimmte geometrische Formen vorteilhaft sein.
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1 zeigt einen beispielhaften Träger, der im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden kann, in der Seitenansicht und
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2 zeigt einen entsprechenden Träger im Schnitt.
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Der ringförmige Träger 1 weist Einrichtungen, insbesondere Rollen (2), zur Durchführung des Trägers durch den zu härtenden Auskleidungsschlauch auf. In der Mitte des Trägers ist das Lichtleiterkabel 3 dargestellt, von welchem über die Lichtaustrittsöffnungen 4 die energiereiche Strahlung (das Licht) abgegeben wird
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Der Abstand der Enden der Lichtleiter bzw. Lichtwellenleiter, an denen das zur Bestrahlung verwendete Licht austritt, vom zu bestrahlenden Auskleidungsschlauch kann in relativ weiten Bereichen variiert werden, wobei mit zunehmendem Abstand von der zu bestrahlenden Oberfläche die Intensität des zur Bestrahlung verwendeten Lichts entsprechend anzupassen ist. In der Praxis haben sich Abstände im Bereich von 5 bis 250 mm, vorzugsweise von 10 bis 200 mm und insbesondere von 15 bis 180 mm in den meisten Anwendungsfällen bewährt.
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In Abhängigkeit davon, ob der zu sanierende Abschnitt des flüssigkeitsführenden Leitungssystems gerade ist oder Biegungen aufweist, kann der bzw. können die Träger, der bzw. die die emittierenden Enden der Lichtleiter oder Lichtwellenleiter aufnimmt bzw. aufnehmen, entsprechend gestaltet werden. Vorzugsweise werden die Lichtleiter bzw. Lichtwellenleiter in der Mitte des Trägers bzw. der Träger geführt. Die Anzahl der Lichtleiter bzw. Lichtwellenleiter richtet nach der für eine ausreichende Härtung notwendigen Zahl der Träger mit einer entsprechenden Zahl an Auslasspunkten für die Enden der Lichtleiter bzw. Lichtwellenleiter. Die Geschwindigkeit, mit der der bzw. die Träger durch den zu sanierenden Leitungsabschnitt hindurchgeführt werden, hängt von der Zahl der eingesetzten Träger und der Strahlungauslässe pro Träger ab. Zur leichteren Durchführung durch das Leitungssystem können die Träger an der Außenseite mit entsprechenden Einrichtungen wie z. B. Rollen oder Kugelgelenken versehen werden, die sicherstellen, dass der Träger in einer stabilen Weise und mit einer Mittenzentrierung durch den Auskleidungsschlauch hindurchgeführt werden kann.
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Bei geraden zu sanierenden Leitungsabschnitten können mehrere Träger starr miteinander verbunden werden, was konstruktiv eine einfache Lösung darstellt. Bei zu sanierenden Abschnitten mit Biegungen sollten mehrere Träger flexibel z. B. über entsprechende Gelenke miteinander verbunden sein, um z. B. auch Abzweigleitungen oder Hausanschlussleitungen (im Falle von Kanalsystemen) sanieren zu können. Ob die Träger mit Hilfe geeigneter Einrichtungen durch den zu sanierenden Abschnitt gezogen werden oder ob eine Vorwärtsbewegung durch entsprechende Krafteinwirkung und Schub erfolgt, unterliegt an sich keiner besonderen Beschränkung. Auch ist denkbar, die gemäß einer bevorzugten Ausführungsform an der Außenseite der Träger angeordneten Einrichtungen wie Rollen oder Kugelgelenke mit einem Antrieb zu versehen und hierdurch die gewünschte Vorwärtsbewegung der Träger mit den Strahlungsauslässen durch den zu sanierenden Auskleidungsschlauch zu erreichen. Ebenfalls möglich ist es, die Träger der Lichtauslässe durch Druckeinleitung vorwärts zu bewegen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere zur Aushärtung von Auskleidungsschläuchen zur Sanierung von im Betriebszustand flüssigkeitsführender Leitungssysteme, insbesondere von unterirdisch verlegten Leitungssystemen zum Sammeln und Transport von Abwässern. Entsprechende Produkte sind dem Fachmann bekannt und vielfach in der Literatur beschrieben und kommerziell erhältlich. Nur beispielhaft sei hier die
WO 95/04646 erwähnt. Das erfindungsgemäße Verfahren ist jedoch auch bei der Sanierung von oberirdischen Leitungssystemen in gleicher Weise vorteilhaft einsetzbar.
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Da die Lichtleiter bzw. Lichtwellenleiter bei der Abgabe der zur Aushärtung benötigten energiereichen Strahlung praktisch keine thermischen Belastungen erzeugen, können sie vorteilhaft auch bei kleineren Rohrdurchmessern eingesetzt werden. Beispiele hierfür sind Hausanschlüsse in Kanalnetzen, die deutlich geringere Durchmesser aufweisen als die Hauptleitungen bzw. Hauptsammler. Eine bevorzugte Variante solche Hausanschlüsse einzubinden, ist das Einbringen und aushärten so genannter Hutprofile, wie sie dem Fachmann bekannt und in der Literatur beschrieben sind. Auch für diese Anwendung eigen sich das erfindungsgemäße verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung.
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Die Art und Weise, wie der Auskleidungsschlauch in das zu sanierende Leitungssystem eingebracht wird, ist nicht kritisch und es können daher alle bekannten Verfahren zur Anwendung kommen (wie Einzugsverfahren oder Umstülpverfahren, um nur zwei Beispiele zu nennen). Entsprechende verfahren sind dem Fachmann bekannt und in der Literatur beschrieben, so das sich hier weitere Ausführungen erübrigen.
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Weiterhin ist es unerheblich, ob eine evtl. vorhandene Innenfolie des Auskleidungsschlauchs vor der Aushärtung entfernt wird oder im zu sanierenden Rohrleitungssystem verbleibt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein flexibler, mit Reaktionsharz getränkter Auskleidungsschlauch in ein zu sanierendes, vorzugsweise in ein im Betriebszustand flüssigkeitsführendes, Leitungssystem eingebracht, durch Expansion an der Innenwand des zu sanierenden Leitungsabschnitts zur Anlage gebracht und anschließend ausgehärtet.
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Die Strahlungsquelle, mit der die zur Aushärtung erforderliche Strahlung erzeugt wird, befindet sich vorzugsweise außerhalb des Leitungssystems, zumindest aber an einer Stelle, wo evtl. entstehende Wärme den Auskleidungsschlauch nicht mehr beeinträchtigen kann. Dies kann prinzipiell auch innerhalb des Gesamtleitungssystems an einer Stelle sein, an der kein Auskleidungsschlauch eingebracht wird.
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Bevorzugt befindet sich die Strahlungsquelle außerhalb des zu sanierenden Auskleidungsschlauchs, beim Einsatz von Auskleidungsschläuchen im unterirdischen Bereich insbesondere oberirdisch, da damit die Einspeisung in den Lichtleiter bzw. Lichtwellenleiter exakter und besser kontrolliert werden kann.
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Als Strahlungsquellen selbst kommen die dem Fachmann bekannten Produkte in Betracht, die nach der Zusammensetzung des Harzes, mit welchem der Auskleidungsschlauch getränkt ist und welches ausgehärtet werden soll, auszuwählen sind.
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Dabei können eine oder auch eine Mehrzahl von Lichtquellen eingesetzt werden, insbesondere eine Zahl zwischen 2 und 20 Lichtquellen, je nach Bedarf.
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Zur Erzeugung von UV-Strahlung sind die üblichen, dem Fachmann bekannten Xenonbogenlampen oder Quecksilberdampflampen geeignet, um nur zwei Beispiele zu nennen. Grundsätzlich kann die UV-Strahlung der gewünschten Wellenlänge auch durch Laser oder LED erzeugt werden. Die Leistungsaufnahme der Strahlungsquelle liegt in der Regel im Bereich von 50 bis zu mehr als 1000 Watt, vorzugsweise im Bereich von 150 bis 500 Watt. Bei hohen Leistungsaufnahmen kann es von Vorteil sein, die Strahlungsquelle und den Eingangsbereich des Lichtleiters bzw. Lichtwellenleiters, an dem die energiereiche Strahlung in den Lichtleiter bzw. Lichtwellenleiters eingebracht wird, zu kühlen, wie dies z. B. in der
EP-A 735 316 beschrieben ist.
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Bei der Härtung von Reaktionsharzen mit Hilfe von Peroxidinitiatoren wird in der Regel IR-Wärmestrahlung eingesetzt, da die Peroxide thermisch zerfallen. Als Strahlungsquellen können in solchen Fällen beispielsweise Kurzbogenlampen oder IR-LEDs dienen, die IR-Wärmestrahlung abgeben.
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Da der Transport der in die Lichtleiter bzw. Lichtwellenleiter eingespeisten Strahlung praktisch verlustfrei erfolgt, können am Ort der Bestrahlung hohe Strahlungsdichten realisiert werden, ohne dass es zu einer thermischen Belastung des Auskleidungsschlauchs kommt. Die Lichtleiter geben ausschließlich das Licht der eingespeisten Wellenlänge ab und erwärmen sich im Betrieb praktisch nicht. Es handelt sich um sog. Kaltlichtquellen.
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Als Reaktionsharze eigenen sich prinzipiell alle Harze, die unter Einwirkung von Strahlung polymerisier- und aushärtbar sind. Hier seien nur beispielhaft ungesättigte Polyesterharze oder Vinylesterharze genannt, die häufig Styrol als polymerisierbares und vernetzend wirkendes Monomer enthalten. Ein weiteres Beispiel sind Epoxidharze. Dem Fachmann ist bekannt, welches Harz vorteilhafterweise für eine bestimmte Anwendung geeignet ist und er wird entsprechend seine Wahl treffen, weshalb sich hier weitere Ausführungen erübrigen.
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Als Fasern für die Auskleidungsschläuche eignen sich grundsätzlich alle dem Fachmann bekannten Produkte in Form von Geweben, Gewirken, Gelegen, Matten oder Vliesen, die Fasern in Form von langen Endlosfasern oder kurzen Fasern enthalten können. Entsprechende Produkte sind dem Fachmann an sich bekannt und in großer Vielfalt von verschiedenen Herstellern kommerziell erhältlich.
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Unter Geweben werden dabei im allgemeinen flächenförmige Textilerzeugnisse aus mindestens zwei rechtwinklig gekreuzten Fasersystemen verstanden, wobei die so genannte Kette in Längsrichtung und der so genannte Schuss senkrecht dazu verlaufen.
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Unter Gewirken werden im allgemeinen Textilerzeugnisse verstanden, die durch Maschenbildung erzeugt werden.
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Fasergelege sind eine Verarbeitungsvariante von Fasern, bei denen die Fasern nicht verwoben werden, sondern parallel zueinander ausgerichtet in eine chemische Trägersubstanz (die Matrix) eingebettet sind und im Regelfall durch Deckfolien von oben und unten fixiert werden. Fasergelege weisen durch die parallele Ausrichtung der Fasern eine ausgeprägte Anisotropie der Festigkeiten Orientierungsrichtung und senkrecht dazu auf, was für manche Anwendungen von Interesse sein kann.
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Ein Vlies besteht aus lose zusammen liegenden Fasern, welche noch nicht miteinander verbunden sind. Die Festigkeit eines Vlieses beruht nur auf der fasereigenen Haftung, kann aber durch Aufarbeitung beeinflusst werden. Damit man das Vlies verarbeiten und benutzen kann, wird es in der Regel verfestigt, wofür verschiedene Methoden angewandt werden können.
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Vliese sind verschieden von Geweben, oder Gewirken, die sich durch vom Herstellverfahren bestimmte Legung der einzelnen Fasern oder Fäden auszeichnen. Vliese bestehen dagegen aus Fasern, deren Lage sich nur mit den Methoden der Statistik beschreiben lässt. Die Fasern liegen wirr im Vliesstoff zueinander. Die englische Bezeichnung nonwoven (nicht gewebt) grenzt sie dementsprechend eindeutig von Geweben ab. Vliesstoffe werden unter anderem nach dem Fasermaterial (z. B. das Polymer bei Chemiefasern), dem Bindungsverfahren, der Faserart (Stapel- oder Endlosfasern), der Faserfeinheit und der Faserorientierung unterschieden. Die Fasern können dabei definiert in einer Vorzugsrichtung abgelegt werden oder gänzlich stochastisch orientiert sein wie beim Wirrlagen-Vliesstoff.
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Wenn die Fasern keine Vorzugsrichtung in ihrer Ausrichtung (Orientierung) haben, spricht man von einem isotropen Vlies. Sind die Fasern in einer Richtung häufiger angeordnet als in der anderen Richtung, dann spricht man von Anisotropie.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sollen als Fasern auch Filze verstanden werden. Ein Filz ist ein Flächengebilde aus einem ungeordneten, nur schwer zu trennendem Fasergut. Prinzipiell sind Filze damit nicht gewebte Textilien. Aus Chemiefasern und Pflanzenfasern werden Filze in der Regel durch trockene Vernadelung (sog. Nadelfilze) oder durch Verfestigung mit unter hohem Druck aus einem Düsenbalken austretenden Wasserstrahlen hergestellt. Die einzelnen Fasern im Filz sind ungeordnet miteinander verschlungen.
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Nadelfilz wird mechanisch in der Regel mit zahlreichen Nadeln mit Widerhaken hergestellt, wobei die Widerhaken umgekehrt wie bei einer Harpune angeordnet sind. Dadurch werden die Fasern in den Filz gedrückt und die Nadel geht leicht wieder heraus. Durch wiederholtes Einstechen werden die Fasern miteinander verschlungen und anschließend eventuell chemisch oder mit Wasserdampf nachbehandelt.
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Filze lassen sich – wie Vliese – aus praktisch allen natürlichen oder synthetischen Fasern herstellen. Neben der Vernadelung oder in Ergänzung ist auch das Verhaken der Fasern mit einem gepulsten Wasserstrahl oder mit einem Bindemittel möglich. Die letztgenannten Verfahren eignen sich insbesondere für Fasern ohne Schuppenstruktur wie Polyester- oder Polyamidfasern.
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Filze weisen eine gute Temperaturbeständigkeit auf und sind in der Regel feuchtigkeitsabweisend, was bei der Anwendung in flüssigkeitsführenden Systemen von Vorteil sein kann.
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Die Länge der verwendeten Fasern unterliegt an sich keiner besonderen Beschränkung, d. h. es können sowohl so genannte Langfasern als auch Kurzfasern oder Faserbruchstücke verwendet werden. Über die Länge der verwendeten Fasern lassen sich die Eigenschaften der entsprechenden Faserbänder auch über weite Bereiche einstellen und steuern.
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Auch die Art der verwendeten Fasern unterliegt keiner Beschränkung. Nur beispielhaft seien hier Glasfasern, Carbonfasern oder Kunststofffasern wie Aramidfasern oder Fasern aus thermoplastischen Kunststoffen wie Polyestern oder Polyamiden oder Polyolefinen (z. B. Polypropylen) genannt, die dem Fachmann mit ihren Eigenschaften bekannt und in großer Vielzahl kommerziell erhältlich sind. Aus wirtschaftlichen Gründen werden in der Regel Glasfasern bevorzugt; ist jedoch beispielsweise eine besondere Hitzebeständigkeit von Bedeutung, können beispielsweise Aramidfasern oder Carbonfasern eingesetzt werden, die hinsichtlich der Festigkeit bei höheren Temperaturen Vorteile gegenüber Glasfasern bieten können.
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Erfindungsgemäß kann ein erstes Faserband eines Auskleidungsschlauchs vorteilhaft ausgewählt sein aus Geweben, Gewirken, Gelegen, Matten, Filzen oder Vliesen, wobei die Länge der Fasern entsprechend der gewünschten Anwendung gewählt werden kann. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist der Auskleidungsschlauch ein erstes harzgetränktes Faserband in Form eines Fasergeleges aus parallel ausgerichteten Endlosfasern, vorzugsweise parallel ausgerichteten Endlos-Glasfasern, auf. Vorteilhaft sind die Endlosfasern im Wesentlichen senkrecht zur Längsrichtung des Faserbandes ausgerichtet. Mit diesem ersten Faserband kann vorzugsweise ein zweites Faserband kombiniert werden, in dem die Fasern in einer Wirrfasermatte ungerichtet angeordnet sind. Das erste Faserband verleiht dem Auskleidungsschlauch eine sehr gute Festigkeit in Längsrichtung, was beim Einbau in die zu sanierenden Leitungssysteme von Vorteil ist. Das daraus angeordnete Faserband mit ungerichteten Fasern in Form einer Wirrfasermatte stabilisiert durch die hohe Harzaufnahme die innere Oberfläche und vermeidet Poren an der inneren Oberfläche, die bei längerem Kontakt mit aggressiven Medien zu Schäden führen könnten. Durch die Verwendung des gerichteten Fasergeleges wird andererseits das Risiko, dass die Fasermatte bei der Tränkung auseinander gezogen wird und es damit zu einer ungleichmäßigen Tränkung kommt, reduziert.
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Besonders vorteilhaft kann in dem ersten gewickelten Faserband das Fasergelege bereits mit einer Wirrfasermatte vernadelt oder vernäht sein, d. h. das erste und auch die folgenden danach gewickelten Faserbänder können auch mehrschichtig aufgebaut sein. In diesem Fall bildet die Wirrfasermatte im fertigen Auskleidungsschlauch vorzugsweise die innere Oberfläche. Als vorteilhaft hat sich hierbei in einigen Fällen bewährt, wenn mindestens eines der auf das erste Faserband gewickelten folgenden Faserbänder mehrschichtig dergestalt aufgebaut sind, dass zwischen zwei Schichten mit ungerichteten Fasern eine Zwischenschicht mit parallel zur Längsrichtung des Faserbandes angeordneten Schnittfasern enthalten sind, die vorzugsweise eine Länge im Bereich von 2 bis 60, vorzugsweise von 3 bis 30 cm aufweisen.
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Die Auskleidungsschläuche können auch mindestens ein Faserband mit im wesentlichen senkrecht zur Längsrichtung des Faserbands orientierten Fasern und ein weiteres Faserband mit parallel zur Längsrichtung des Faserbandes orientierten Fasern aufweisen.
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Weiterhin können Vliese, vorzugsweise aus Polyolefinfasern, besonders bevorzugt ein Polypropylen-Vlies als ein Faserband verwendet werden, welches mit einem beliebigen weiteren Faserband der vorstehend beschriebenen Arten kombiniert werden kann. Derartige Vliese werden besonders bevorzugt als erstes Faserband verwendet und bilden damit die innere Oberfläche der harzgetränkten Auskleidungsschläuche (nach Entfernen einer etwaigen Innenfolie).
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Grundsätzlich ist es wie erwähnt möglich, bei der Gestaltung des harzgetränkten Auskleidungsschlauchs beliebige Arten von Faserbändern zu kombinieren, die das für die geplante Anwendung angestrebte Eigenschaftsprofil bestmöglich erreichen. So können Faserbänder mit gleichartiger Fasereinbindung (also beispielsweise zwei Fasergelege oder zwei Fasergewebe) verwendet werden, die Fasern unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung, unterschiedlicher Orientierung oder mit unterschiedlichen Längen enthalten. Beispielhaft können Kurzfasern in einem Faserband mit Langfasern in mindestens einem weiteren darauf gewickelten Faserband kombiniert werden oder es können Gewebe mit Vliesen, Matten oder Gewirken kombiniert werden. Auch die Verwendung zweier Fasergewebe mit Fasern gleicher Einbindungsart und gleicher Orientierung und Länge aber unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung sind möglich. Damit eröffnet sich für den Fachmann eine große Variationsbreite innerhalb derer er die Eigenschaften des Auskleidungsschlauchs für die individuelle Anwendung quasi ”maßschneidern” kann.
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Die Tränkung der den Auskleidungschlauch bildenden Fasern mit Harz erfolgt in an sich bekannter Weise. Entsprechende Verfahren sind dem Fachmann bekannt und in der Literatur beschrieben, weshalb sich hier detaillierte Ausführungen erübrigen.
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Nach dem Tränken kann das Harz zweckmäßigerweise eingedickt werden, wie es beispielsweise in der
WO-A 2006/061129 beschrieben wird. Dadurch erhöht sich die Viskosität des Harzes und die Handhabbarkeit und Wickelbarkeit der verwandten Faserbänder wird verbessert.
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Die Breite der Faserbänder unterliegt an sich keinen besonderen Beschränkungen; für eine Vielzahl von Anwendungen haben sich Faserbänder mit einer Breite von 20 bis 150, vorzugsweise von 30 bis 100 und insbesondere von 40 bis 80 cm als geeignet erwiesen.
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Die Dicke der gewickelten Faserbänder in den Auskleidungsschläuchen unterliegt ebenfalls keiner besonderen Beschränkung und wird durch die Dicke des Auskleidungsschlauchs für die gewünschte Anwendung bestimmt. Dicken der Faserbänder im Bereich von 0,01 bis 1, insbesondere 0,05 bis 0,5 mm haben sich in der Praxis bewährt.
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Die übereinander gewickelten Faserbänder in den Auskleidungsschläuchen überlappen sich an ihren Kanten, z. B. um 5 bis 300 mm.
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Der Auskleidungsschlauch kann weiterhin einen inneren Folienschlauch als Schutzfolie aus einem thermoplastischen Kunststoff, beispielsweise aus einem Polyolefin oder einer Polyolefin/Polyamid-Verbundfolie, aufweisen. Letztere hat den Vorteil, dass sie gegenüber dem meist als Lösungsmittel für das Harz verwendeten Styrol undurchlässig ist. Außerdem sollte sie – für den Fall, dass die spätere Härtung des Harzes mit UV-Licht erfolgt – für dieses Licht durchlässig sein. Zur Herstellung des Folienschlauches wird dieser zunächst in der Regel auf einen geeigneten Wickeldorn aufgebracht. Dies kann durch Wickeln eines entsprechenden Folienbandes geschehen, durch Umlegen eines Folienbandes um den Dorn und Verschweißen oder durch Aufziehen eines vorgefertigten Folienschlauches auf den Wickeldorn.
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Es ist weiterhin möglich sowohl vor als auch nach dem Wickeln der Faserbänder ein dünnes Faservlies, beispielsweise aus Polyesterfasern, zu wickeln, das gegebenenfalls auch mit Harz getränkt sein kann. Die Faservliese werden vorzugsweise ebenfalls von Rollen abgewickelt, die zusammen mit den Rollen für die Faserbänder auf der gleichen rotierenden Scheibe oder auf einer separaten Einrichtung angebracht sind.
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Des weiteren kann der Auskleidungsschlauch eine auf die Faserbänder bzw. auf das Faservlies aufgebrachte äußere Schutzfolie, vorzugsweise in Form eines Folienschlauchs aufweisen, der wiederum durch Wickeln oder durch Umlegen und Verschweißen eines Folienbandes aus Kunststoff aufgebracht werden kann. Dieser Außenfolienschlauch ist vorzugsweise bei lichthärtenden Harzen für das zur Härtung verwendete Licht opak, so dass durch Lagerung oder Transport des Auskleidungsschlauches keine vorzeitige Härtung durch Sonnenlicht erfolgen kann.
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Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren können flüssigkeitsführende Leitungssysteme, insbesondere Kanal- und Abwassersysteme in vorteilhafter Weise durch Auskleidung mit einem harzgetränkten Folienschlauch saniert werden. Dabei wird der Betrieb wesentlich weniger beeinträchtigt als bei der traditionellen Sanierung. Durch die Vermeidung von Wärme im System während der Bestrahlung wird die Gefahr ungleichmäßiger Bestrahlung und Aushärtung weitgehend vermieden.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung, insbesondere zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, umfassend eine oder mehrere Lichtquellen zur Aushärtung eines Auskleidungsschlauchs durch Zufuhr energiereicher Strahlung, Einrichtungen zum Transfer der energiereichen Strahlung vom Ort der Strahlungsquelle zum Ort der Bestrahlung und Einrichtungen zur Abgabe der energiereichen Strahlung, am Bestrahlungsort, wobei die Strahlungsquelle oder Strahlungsquellen beabstandet von den Einrichtungen zur Abgabe der energiereichen Strahlung, d. h. vom Bestrahlungsort angeordnet sind und als Einrichtungen zum Transfer der energiereichen Strahlung Lichtleiter und/oder Lichtwellenleiter verwendet werden. Vorzugsweise weist die erfindungsgemäße Vorrichtung noch Einrichtungen auf, auf denen die Lichtleiter bzw. Lichtwellenleiter anordenbar bzw. angeordnet sind und von denen die Lichtleiter bzw. Lichtwellenleiter kontinuierlich abgeführt, insbesondere abgewickelt oder abgerollt werden können. Nur beispielhaft seien hier dem Fachmann an sich bekannte sogenannte Kabeltrommeln genannt, die sich zu diesem Zweck eignen.
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Als Einrichtungen zur Abgabe der energiereichen Strahlung am Ort der Bestrahlung können Träger Verwendung finden, an denen die Enden der Lichtleiter bzw. Lichtwellenleiter so angeordnet sind, dass die aushärtende Strahlung in einer steuerbaren und reproduzierbaren Weise abgegeben werden kann. Geeignete, hier nur beispielhaft genannte Einrichtungen sind Träger, auf denen die Enden der Lichtleiter bzw. Lichtwellenleiter dergestalt aufgefächert sind, dass entlang des Umfangs des zu sanierenden Leitungssystems eine gleichmäßige Strahlung abgegeben werden kann. Die geometrische Gestaltung geeigneter Einrichtungen unterliegt dabei keiner besonderen Beschränkung und kann individuell an die Gegebenheiten im Einzelfall angepasst werden.
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Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung können Auskleidungsschläuche insbesondere nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ausgehärtet werden. Damit eignet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung insbesondere zum Einsatz bei der Sanierung von Leitungssystemen, die im Betriebszustand flüssigkeitsführend sind. Besonders zu nennen sind hier unter der Erdoberfläche verlegte Kanal- oder Abwassersysteme, für die sich wegen der schweren Zugänglichkeit die Sanierung mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung besonders eignet, da die zu sanierenden Leitungssysteme nicht freigelegt werden müssen, sondern im Wege der sogenannten grabenlosen Sanierung saniert werden können. Dies ist insbesondere unter Verkehrswegen, auf denen ein hohes Verkehrsaufkommen herrscht, von großem Vorteil, da Zeit und Umfang der Beeinträchtigung des Verkehrs signifikant reduziert werden können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 95/04646 [0003, 0039]
- EP 1959183 A [0011]
- DE 102008052484 [0015]
- EP 735316 A [0048]
- WO 2006/061129 A [0071]
