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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines lasttragenden Elements mit einem Rohr und ein nach dem Verfahren hergestelltes lasttragendes Element.
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Aus der Druckschrift
DE 3101913 ist bekannt, beispielsweise in einer Straße mit einem Aufbau aus verschiedenen Asphaltschichten Rohre einzubetten, die Wärmeenergie, die bei der Sonneneinstrahlung auf die Straße anfällt, durch die Rohrleitungen abzuleiten und einem Verbraucher zuzuführen.
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Vorgeschlagen wird hierzu, dass beispielsweise angrenzende Häuser mittels dieser gewonnenen Wärmeenergie beheizt werden.
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Im Winter kann das Rohrleitungssystem dazu benutzt werden, die Straße schnee- bzw. eisfrei zu halten, indem durch das Rohrleitungssystem ein erwärmtes Fluid geleitet wird.
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Nachteilig an diesem Stand der Technik ist, dass es sehr aufwendig ist, die Rohre bei der Herstellung der Straße in die Asphaltschichten einzubetten. Diese aufwändige Einbettung führt zu hohen Kosten, weiterhin können die Rohre beim Einbetten in die heiße Asphaltschicht und bei den dann anschließenden Walz- und Verdichtungsarbeitsgängen leicht beschädigt werden. Weiterhin kann der Einbau zum Beispiel einer zusätzlichen Asphaltschicht mit Rohren zu einem hohen Gewicht des Aufbaus führen, was gerade bei Brückenbauten und höhengebundenen Konstruktionen zu großen Problemen führen kann.
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Hier setzt die Erfindung ein, die es sich zur Aufgabe gemacht hat, ein Verfahren, ein lasttragendes Element mit einem Rohr herzustellen, sowie das nach dem Verfahren hergestellte lasttragende Element anzugeben.
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Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass die geschilderten Nachteile des Standes der Technik dadurch überwunden werden können, dass ein Verfahren gemäß Anspruch 1 ausgeführt wird.
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Hierzu ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass ein lasttragendes Element mit wenigstens einer Schicht bereitgestellt wird, wobei wenigstens ein Teil der Schicht bereichsweise abgetragen wird, um dadurch einen Freiraum in der Schicht zu bilden.
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In dem gebildeten Freiraum in der Schicht wird anschließend ein Rohr angeordnet. Dieses in der Schicht angeordnete Rohr wird dann durch Auffüllen des Freiraums mit einem Füllmaterial eingebettet.
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Gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens kann in sehr einfacher Weise eine kostengünstige Nachrüstung eines lasttragenden Elements mit einem Rohr bewerkstelligt werden.
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Es hat sich insbesondere herausgestellt, dass es sehr günstig ist, wenn das bereichsweise Abtragen wenigstens eines Teils der Schicht durch Fräsen und / oder Graben und / oder Sägen und / oder Schneiden und / oder Stemmen und / oder Abtragen und / oder Wasserstrahlschneiden erfolgt.
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Die geschilderten Verfahren zum Abtragen wenigstens eines Teils der Schicht lassen sich mit vorhandenen Gerätschaften schnell und kostengünstig ausführen; hierzu kann beispielsweise ein lasttragendes Element aus Asphalt oder aus Beton mittels einer motorisiert betriebenen Säge oder eines hammerartigen Werkzeuges in einfacher Weise abtragen. Insbesondere kann das Abtragen mittels der geschilderten Werkzeuge in sehr exakter Weise erfolgen, so dass der zu schaffende Freiraum in der Schicht in sehr gleichmäßiger und vorbestimmter Weise hergestellt werden kann.
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Von großem Vorteil ist, wenn das bereichsweise Abtragen eines Teils der Schicht in Form einer Nut oder eines Grabens oder einer Eintiefung oder einer Matrixanordnung oder einer Schneckenform oder einer Mäanderform oder einer Doppel-Mäanderform oder einer Form zur Anordnung eines Tichelmann-Systems erfolgt.
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Günstig ist in diesem Zusammenhang, wenn eine Fräse verwendet wird, die mehrere Fräswerkzeuge beabstandet zueinander aufweist, wodurch in einem Arbeitsgang mehrere parallele Nuten in der Schicht in einfacher Weise herstellbar sind.
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Es ist erfindungsgemäß weiterhin vorgesehen, dass der Freiraum in der Schicht derartig gebildet wird, dass dessen Breite 3 bis 25 % größer gewählt wird, als der Durchmesser des darin anzuordnenden Rohres.
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Auf diese Weise wird ein unnötiger Abtrag der Schicht, der Kosten verursacht, vermieden und es wird gleichzeitig genügend Toleranz geschaffen, das Rohr im Freiraum der Schicht durch die im Vergleich zum Durchmesser des darin anzuordnenden Rohres vergrößerte Breite ohne Mühe in einfacher Art und Weise anzuordnen.
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Es lässt sich damit eine sehr schnelle und kostengünstige Installation des Rohres in der Schicht bewerkstelligen.
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Nach Anordnung des Rohres in dem Freiraum der Schicht hat es sich erfindungsgemäß als vorteilhaft herausgestellt, wenn das Rohr in dem Freiraum fixiert wird.
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Hierdurch verbleibt das Rohr sicher im Freiraum der Schicht zum Zeitpunkt der Anordnung, wenn es noch nicht dauerhaft fixiert ist.
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Da Rohre aufgrund der Wicklung auf Haspeln mitunter eine gewisse Eigenspannung aufweisen, ist die Verlegung in Freiräumen einer Schicht mitunter schwierig zu bewerkstelligen, da bereits verlegte Rohrabschnitte dazu neigen, aufgrund dieser Eigenspannung aus dem Freiraum in der Schicht wieder herauszuspringen.
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Mit dem Vorsehen einer Fixierung des Rohres in dem Freiraum wird dieser Zustand sicher verhindert.
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Dabei hat sich als günstig erwiesen, wenn die Fixierung mit Hilfe eines Klebemittels und / oder eines Hakens und / oder eines Keils und / oder eines Niederhalters und / oder einer Spange und / oder einer Feder und / oder eines Haltelements und / oder eines Haltenagels und / oder eines an der Schicht ausgebildeten Hinterschnitts erfolgt.
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Die vorstehend geschilderten Maßnahmen sind ganz besonders gut dazu geeignet, das Rohr im Freiraum der Schicht sicher zu fixieren und dessen Lage damit vor dem nächsten Verfahrensschritt zu stabilisieren.
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Nachdem das Rohr im Freiraum der Schicht fixiert ist, wird der restliche Freiraum in der Schicht mit einem Füllmaterial aufgefüllt, wobei als Füllmaterial zum Beispiel ein Beton und / oder ein Asphalt und / oder ein Gussasphalt und / oder ein Bitumen und / oder ein Polyurethan und / oder ein Epoxidharz und / oder ein Kunststoffmörtel gewählt wird. Es ist auch möglich, Mischungen der vorstehend genannten Füllmaterialien einzusetzen.
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Bevorzugt wird der übrige Freiraum in der Schicht soweit aufgefüllt, dass die Ebene der Schichtoberfläche erreicht wird.
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Dadurch wird die Oberfläche der Schicht des lasttragenden Elements wieder eingeebnet und eignet sich beispielsweise wieder uneingeschränkt als Verkehrsfläche oder Ähnliches.
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In einer Fortentwicklung des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass nach Anordnung und Einbettung des Rohres in der Schicht eine weitere Schicht auf die wenigstens eine Schicht aufgebracht wird.
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Dies kann erfindungsgemäß eine Schicht sein, die eine besonders hohe Wärmeleit- und / oder Wärmespeicherkapazität aufweist.
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Alternativ kann dies auch eine Schicht sein, die besonders verschleißfest ist, oder eine Schicht, die besonders isolierende Eigenschaften aufweist.
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Die Schicht kann auch dazu dienen, die Oberfläche des lasttragenden Elements nach der Einbringung des Rohres sehr stark zu glätten.
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Auf diese Weise ist es in ganz besonderer Weise vorteilhaft, ein Verfahren zur Herstellung eines lasttragenden Elements mit einem Rohr ausführen zu können, das einfach, sicher, reproduzierbar und kostengünstig ist.
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Aus dem lasttragenden Element kann Wärmeenergie mit Hilfe eines das Rohr durchströmenden Fluids entzogen werden bzw. dem lasttragenden Element mit Hilfe eines das Rohr durchströmenden angewärmten Wärmeträgerfluids Wärmeenergie zugeführt werden.
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Die oben geschilderten Formen, umfassend eine Nut oder ein Grabens oder eine Eintiefung oder eine Matrixanordnung oder eine Schneckenform oder eine Mäanderform oder eine Doppel-Mäanderform oder eine Form zur Anordnung eines Tichelmann-Systems sind sehr günstig für das Einbringen eines Rohres, um damit eine große Fläche des lasttragenden Elements möglichst gleichmäßig zu überdecken und einen entsprechend gleichmäßigen Wärmeaustausch zu erreichen.
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Die Aufgabe der Erfindung, ein lasttragendes Element, das nach dem Verfahren, wie vorstehend geschildert, hergestellt ist, bereitzustellen, wird durch Anspruch 10 erfüllt.
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Erfindungsgemäß ist dazu vorgesehen, dass das lasttragende Element nach dem Verfahren, wie oben dargestellt, hergestellt ist.
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Als lasttragendes Element wird im vorstehend beschriebenen Erfindungszusammenhang verstanden:
- – ein Verkehrsweg
- – eine Lagerfläche
- – ein Hof
- – ein Flachdach
- – eine Gehäusefassade.
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Als Verkehrswege sind im Rahmen der Erfindung Straßen, Gehwege, Radwege, Parkplätze, Parkhäuser, Rollfelder, Start- und Landebahnen auf Flughäfen, Bahnsteige, Containerlager- und -abstellplätze, Garagenzufahrten, Gebäudevorplätze, Rampen und Ähnliches zu verstehen.
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Auch Fertigbetonteile, die verbaut werden, sind als lasttragendes Element anzusehen.
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Besonders günstig kann die Erfindung natürlich auf einer Straße, einem Gehweg, einem Radweg, einem Parkplatz, einem Parkhaus und einem Bahnsteig eingesetzt werden.
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Alle genannten lasttragenden Elemente können eine oder mehrere Schichten aufweisen, wie dies beispielsweise bei einer Straße der Fall ist, die eine Bodenschicht, eine Ausgleichsschicht und eine Verschleißschicht umfassen kann.
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Hier können die im Sommer eingestrahlte Wärmeenergie in einfacher Art und Weise mittels des das Rohr durchströmenden Wärmeträgerfluids abgeführt und genutzt werden.
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Zum Nutzen der Wärmeenergie kann diese beispielsweise in einem Speicher gespeichert werden; dazu bietet sich beispielsweise eine Erdwärmesonde an, die dann so betrieben wird, dass über die Erdwärmesonde an das umgebende Erdreich Wärme abgegeben wird. Die Wärmeenergie wird dann im Erdreich gespeichert. Soweit notwendig, kann dazu auch eine Wärmepumpe eingesetzt werden, um die Wärmeenergie auf ein höheres Niveau zu transferieren.
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Die derartig gewonnene Wärme kann auch zur Heizung eines Gebäudes oder nach entsprechender Transferierung auf ein höheres Niveau zur Verstromung eingesetzt werden.
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Soweit im Winter das lasttragende Element von Schnee und / oder Eis befreit werden soll, kann ein erwärmtes Wärmeträgerfluid durch das Rohr geleitet werden, um Wärmeenergie an die Schicht des lasttragenden Elements abzugeben.
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Die Wärmeenergie kann vorteilhafterweise aus der Erde gewonnen werden, indem eine Erdwärmesonde Wärmeenergie aus der Erde aufnimmt und an das Wärmeträgerfluid überträgt. Besonders vorteilhaft ist es, die im Sommer im Erdreich gespeicherte Wärmeenergie wieder mit Hilfe der Erdwärmesonden zu entnehmen und das Wärmeträgerfluid damit zu erwärmen.
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Auch andere Techniken zur Erzeugung von Wärme und insbesondere auch die Nutzung von Abwärme können hierzu vorgesehen werden. Dies ist gerade auch unter Kostengesichtspunkten von sehr großem Vorteil.
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Es ist weiterhin von hohem Nutzen, wenn die Nut, die in die Schicht des lasttragenden Elements eingebracht wird, derartig gestaltet ist, dass diese möglichst parallele Seitenwände und eine gleichmäßige Tiefe aufweist.
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Alternativ kann vorgesehen sein, dass sämtliche Ecken der Nut verrundet sind.
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Insbesondere eine Nut mit rechteckigem Querschnitt oder eine solche mit einem etwa rechteckigen Querschnitt mit abgerundeten Ecken oder eine solche mit einem etwa trapezförmigen Querschnitt in Form eines Schwalbenschwanzes mit der schmalen Seite am Boden oder mit der schmalen Seite an der Schichtoberfläche unter Ausbildung eines Hinterschnittes sind erfindungsgemäß vorteilhaft nutzbar.
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In einer anderen Ausführungsart kann vorgesehen sein, dass an der Oberfläche des lasttragenden Elements bzw. nahe der Oberfläche ein sog. Hinterschnitt erzeugt wird, mit Hilfe dessen das Rohr in der Nut festgehalten werden kann.
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Vorteilhaft ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung, wenn der Freiraum in der Schicht derart gebildet wird, dass dessen Breite mindestens dem Durchmesser des darin anzuordnenden Rohres entspricht oder bis 50 % größer gewählt wird.
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Das Rohr kann dadurch schnell, ohne großen Aufwand und sicher in dem Freiraum der Schicht angeordnet werden.
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Das Rohr selbst kann vorteilhafterweise ein Kunststoffrohr sein.
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Ein Kunststoffrohr ist kostengünstig und in beliebigen Längen verfügbar.
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Kunststoffrohre aus einem Polymermaterial, insbesondere aus einem Polyolefin, besonders bevorzugt aus Polyethylen oder Polypropylen, eignen sich hierzu besonders gut.
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Insbesondere ein Kunststoffrohr aus vernetztem Polyethylen, welches sehr zäh und dauerhaft ist, ist für den Einsatz zum erfindungsgemäßen Zweck besonders gut geeignet.
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Weiterhin sind sog. MKV-Rohre besonders gut verwendbar. MKV-Rohre sind Rohre, die einen Metall-Kunststoff-Verbund aufweisen, der die Längenausdehnung des Rohres begrenzt, so dass Temperaturänderungen, die durch die Sonneneinstrahlung, die Eisbildung oder bei Temperaturänderungen des das Rohr durchströmenden Wärmeträgerfluids auftreten, keine schädlichen Auswirkungen auf den Verbund aus Rohr und lasttragenden Element nach sich ziehen.
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Das Füllmaterial wird derartig gewählt, dass es eine möglichst hohe Affinität und damit Haftfestigkeit zur vorhandenen Oberfläche des lasttragenden Elements, die beispielsweise aus Beton oder aus Asphalt bestehen kann, aufweist.
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In diesem Zusammenhang ist es günstig, wenn das Füllmaterial im Wesentlichen die gleiche Festigkeit und Verformungsbeständigkeit aufweist, wie das Material des lasttragenden Elements, in dem das Rohr eingebettet ist.
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Weiterhin soll das Klebemittel zur Fixierung des Rohres auch eine sehr hohe Affinität und damit Haftfestigkeit zum Material des Rohres und zum Füllmaterial aufweisen.
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Auch das Füllmaterial soll eine hohe Haftfestigkeit zur ggf. weiteren anzuordnenden Schicht aufweisen.
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Dadurch ergeben sich hervorragende Anhaftungen und der Gesamtaufbau ist damit sowohl stabil wie auch hinsichtlich der Wärmeleitung optimiert.
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Zur Optimierung der Haftung können beispielsweise die Rohre auch mit einer speziellen Außenschicht versehen sein, durch welche die Haftfestigkeit optimiert ist.
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Das Füllmaterial ist derartig auszuwählen, dass es möglichst porenfrei in den Freiraum einbringbar ist und eine sehr gute Wärmeleitfähigkeit aufweist.
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Alle auszuwählenden Materialien müssen hinreichend fest und dauerhaft sein.
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Darüber hinaus müssen sie eine hohe Witterungs- und Temperaturbeständigkeit aufweisen und gegenüber Verschleiß sehr widerstandsfähig sein.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann eine sehr hohe Verlegegeschwindigkeit erreicht werden, darüber hinaus kann das Rohr mit einer sehr hohen Verlegegenauigkeit in der Schicht des lasttragenden Elements angeordnet werden.
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Die ggf. mindestens eine weiter aufzubringende Schicht kann mit konventionellen Maschinen aufgetreten werden, ohne dass die in der Schicht angeordneten Rohre beschädigt werden.
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Hierzu eignen sich Asphalt und / oder Bitumen und / oder Beton und / oder Polymermaterialien und / oder aushärtende anorganische Zusammensetzungen.
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Ganz besonders bevorzugt ist dabei das Aufbringen einer ca. 1 bis 2 cm starken Schicht aus Kaltasphalt.
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Es ist damit leicht möglich, eine sog. Freiflächentemperierung auf großen Flächen in kostengünstiger Art und Weise nachzurüsten.
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Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens gelingt es, ohne erhebliches Aufbringen zusätzlicher Masse, was gerade bei Verkehrsbauten wie Brücken kritisch ist, ein derartiges Freiflächentemperierungssystem in bestehende lasttragende Elemente zu integrieren.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. Hierzu zeigt:
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1 einen Querschnitt durch das erfindungsgemäße lasttragende Element mit einem Rohr;
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2a bis 2e den Vorgang der Herstellung des lasttragenden Elements mit dem Rohr in einer schematischen Querschnittsdarstellung in verschiedenen Phasen.
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1 zeigt ein erfindungsgemäßes lasttragendes Element 1, welches beispielsweise eine Asphaltstraße ist.
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Hierzu ist auf einem Untergrund 2 eine Schicht 3, hier aus Asphalt, des lasttragenden Elements 1 angeordnet.
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In der Schicht 3 des lasttragenden Elements 1 ist ein Rohr 6 angeordnet, welches in der Oberfläche 4 der Schicht 3 angeordnet ist.
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Das Rohr 6 ist dabei in dem Freiraum 5, hier als Nut ausgebildet, die in der Schicht 4 eingebracht ist, positioniert.
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Die Nut 5 ist mit einem Füllmaterial 7 aufgefüllt, wobei das Füllmaterial 7 bis zur Oberfläche 4 der Schicht 3 reicht.
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Die Nut 5 in der Schicht 3 ist hierbei schematisch so gestaltet, dass diese im Wesentlichen parallele Seitenwände und einen Boden aufweist.
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Die Nut 5 ist durch einen Fräsvorgang in der Schicht 3 erzeugt worden.
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Nicht gezeigt ist in 1, dass das Rohr 6 beispielsweise mittels einer Klammer in der Nut 5 vor dem Einbringen der Füllmasse 7 festgelegt wurde.
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2a bis 2e zeigen einen schematischen Querschnitt durch die Schicht 3 des lasttragenden Elements 1 in verschiedenen Phasen der Anordnung des Rohres 6 in der Schicht 3.
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Hierzu zeigt 2a die Schicht 3 mit der Oberfläche 4, die auf dem Untergrund 2 angeordnet ist.
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2b zeigt die Nut 5, die durch einen Fräsvorgang in der Schicht 3 erzeugt wurde. Die Nut 5 weist dazu in etwa parallel angeordnete senkrechte Seitenwände auf, und ist im Wesentlichen über die gesamte Länge etwa von gleicher Tiefe in der Schicht 3 ausgebildet.
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2c zeigt das Rohr 6, das in der Nut 5 angeordnet ist.
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In 2d ist gezeigt, dass der Freiraum der Nut 5 durch ein Füllmaterial 7 bis etwa zur Oberfläche 4 der Schicht 3 aufgefüllt ist.
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2e zeigt eine weitere Schicht 8, die auf der Oberfläche 4 der Schicht 3 angeordnet ist, um nach der Anordnung des Rohres 6 und des Füllmaterials 7 beispielsweise die Oberfläche 4 der Schicht 3 zu glätten bzw. um auf der Oberfläche 4 der Schicht 3 eine Verschleißschicht aufzubringen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lasttragendes Element
- 2
- Untergrund
- 3
- Schicht
- 4
- Oberfläche der Schicht
- 5
- Freiraum
- 6
- Rohr
- 7
- Füllmaterial
- 8
- weitere Schicht
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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