DE19817413A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Sanieren von Rohrleitungen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Sanierung von Rohrleitungen, bei dem man ein mit UV-härtbarem Harz getränkten Faserschlauch in das Rohr einführt und dort aufbläst, und eine UV-Lichtquelle durch das Rohr zieht, durch deren Strahlung das Harz aushärtet. Die Geschwindigkeit der Lichtquelle wird in Abhängigkeit von der durch die exotherme Härtungsreaktion erzeugte Temperatur gesteuert. Dazu wird durch IR-Sensoren die Temperatur in der inneren Oberfläche des Schlauchs gemessen und auf einen Computer übertragen, der eine Temperatur/Zeit-Kurve erstellt und durch speicherprogrammierbare Steuerung der Geschwindigkeit der Lichtquelle regelt.

Description

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

Derartige Verfahren werden in der Praxis seit einiger Zeit zum Sanieren von erdver­ legten Abwässerkanälen, Wasserleitungen und ähnlichen Rohrsystemen angewandt. Bei einer besonders eleganten Ausführungsform wird ein flexibler, mit lichthärtbarem Kunstharz getränkter Faserschlauch, der beidseitig zum Schutz gegen Verkleben und Beschädigung mit einer Kunststoffolie belegt ist, in das Rohr eingeführt. Anschließend wird er mit Hilfe von Druckluft 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 Photoinitiatoren, die in Radikale zerfallen, welche dann die Polymerisation der ungesättigten Doppelbindungen des Harzes auslösen. Diese Polymerisation ist eine exotherme Reaktion, durch die Wärme frei wird, was zu einer Temperaturerhöhung an der Innenwand des Faserschlauches führt. Steigt dabei die Temperatur zu stark an, kann dies zu punktueller Überhitzung und Schmelzen der Schutzfolie, manchmal sogar 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 Strahlung nicht aus, um ausreichend viele Photoinitiatoren zu aktivieren, so daß die Polymerisation und dadurch die Aushärtung nicht vollständig wird. Dies hat zur Folge, daß die Festigkeit des sanierten Rohrs an dieser Stelle zu gering ist, und daß im gehärteten Schlauch zu viel toxische Restmonomere, meist Styrol, zurückbleiben. Um die optimale Geschwindigkeit, mit der die Lichtquelle durch das Rohr geführt wird, einzustellen, muß daher eine Steuerung in Abhängigkeit von der an der Innen­ wand des Schlauches herrschenden Temperatur erfolgen. Dies geschieht bisher dadurch, daß durch Infrarot-Sensoren die Temperatur gemessen und an einem Monitor angezeigt wird. Wird dabei eine vorgegebene Temperatur überschritten dann erhöht man manuell 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 zu Folge, daß die manuelle Steuerung der Geschwin­ digkeit in Abhängigkeit von der aktuell gemessenen Temperatur 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-A 122 246 beschriebenen 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.

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 Faserschlauches 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 faserförmigen 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 Lösun­ gen von ungesättigten Polyesterharzen oder Vinylesterharzen in copolymerisierba­ ren 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, insbesondere 350 bis 400 Nm in Radikale zerfallen, wodurch die Polymerisation des Harzes ausgelöst wird. Zusätzlich kann das Harz noch Peroxide enthalten, die bei erhöhter Temperatur in Radikale zerfallen. Geeignete Materialien sowie die zugrundeliegenden chemischen Zusammenhänge sind ausführlich in der EP-A 23 634 beschrieben.

Der harzgetränkte Faserschlauch ist vorzugsweise beidseitig mit einer Schutzfolie belegt, beispielsweise aus Polyamid, Polyethylen, Polyvinylchlorid oder Polytetra­ fluorethylen, vorzugsweise mit einer Verbundfolie Polyamid/Polyethylen. Die Innen­ folie muß lichtdurchlässig sein, während die Außenfolie opak eingefärbt oder mit einer lichtundurchlässigen Aluminiumfolie kaschiert sein kann.

Der harzgetränkte Schlauch, dessen Wandstärke in der Größenordnung von 10 mm liegt, kann z. B. durch Wickeln um einen aufblasbaren Dorn hergestellt werden, wie in der DE-A 43 26 503 beschrieben. Es gibt grundsätzlich zwei Möglichkeiten, den Schlauch in das zu sanierende Rohr einzuführen: Entweder wird der Schlauch über einen Eingangsschacht in das Rohr eingebracht und mit Hilfe einer Zugvorrichtung von einem Ausgangsschacht her durch das Rohr durchgezogen, oder ein vorher wie ein flacher Strumpf umgestülpter Schlauch wird in das Rohr eingeführt und dort z. B. mittels Druckluft wieder zurückgestülpt und vorgetrieben. Beide Prinzipien sind ausführlich in der EP-A 228 998 beschrieben.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren können Rohre mit einem Durchmesser von z. B. 10 bis 100 cm, insbesondere 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 Rohrab­ schnitt beidseitig verschlossen und es wird Luft mit einem Druck von beispielsweise 0,5 bar eingeblasen, 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 nebeneinander (Fig. 3b und c) angeordnet sein können. Die Lampen sind zweck­ mäßigerweise auf ein Gestell oder einen Schlitten montiert, die mit Distanzrollen versehen sind, welche 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 Wellenlänge 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 optimale Härtung zu erreichen, muß die Geschwindig­ keit der Lichtquelle gesteuert werden. Dies geschieht zum einen durch eine grobe Sicherheitsschaltung. Wenn ein vorgegebener, empirisch ermittelter Grenzwert Tg, beispielsweise 130°C, für die an der Innenwand des Schlauches herrschende 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 ausgeschaltet werden.

Erfindungsgemäß erfolgt eine Feinsteuerung der Geschwindigkeit der Lichtquelle aber mittels Sensoren, die an bestimmten Messpunkten die jeweils dort herrschende Temperatur messen und diese Temperatur auf einen Computer übertragen. Dieser erstellt für jeden Meßpunkt eine Temperatur/Zeit-Kurve und vergleicht diese mit entsprechenden Vorgaben, die in seiner Software gespeichert sind. Mittels speicherprogrammierbarer Steuerung werden dann Abweichungen korrigiert, indem die resultierenden erforderlichen Geschwindigkeitsänderungen an die Motor­ steuerung des Zugkabels für die Lichtquelle weitergegeben werden. Bei den Sensoren handelt es sich zweckmäßigerweise um NiCrNi-Thermoelemente mit externer Temperaturkompensation. 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. Grundsätzlich können noch weitere Sensoren S4, S5 usw. vorgesehen sein, die hier aber nicht eingezeichnet sind.

Die Sensoren sind im gleichen Winkel auf eine fiktive Linie an der inneren Ober­ fläche 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 bestimmten zeitlichen oder räumlichen Abstand, z. B. alle 5 Sekunden 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 geschieht und Fig. 1c den Zeitpunkt, an dem dies durch den Sensor S3 erfolgt.

Natürlich können auch zwei oder mehr Reihen von hintereinander angeordneten Sensoren vorgesehen werden, die jeweils im selben Winkel auf zwei oder mehrere fiktive Linien 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 werden kann.

In Fig. 2a bis 2c sind drei typische Temperatur/Zeit-Kurven skizziert, die durch Temperaturmessung von drei Sensoren S1, S2 und 53 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 deutliches 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 Kurven­ verlauf ist ein Zeichen dafür, daß die Polymerisation unvollständig ist, d. h. hier muß die Geschwindigkeit der Lichtquelle verringert werden.

Die Fig. 3a bis 3c zeigen zwei bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. In Fig. 3a sind drei Lichtquellen hintereinander angeordnet. Wesentlich ist, daß der Sensor S1 sich im Bereich zwischen der ersten und der zweiten Lichtquelle 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 ersten Lichtquelle, die Polymerisation gerade eingesetzt hat, d. h. er zeigt an, ob überhaupt eine Härtung des Harzes stattfindet. 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 nachfolgenden Lichtquellen sollen dann lediglich die Polymerisation vollends zu Ende führen. Der dritte Sensor S3 ist zweckmäßiger­ weise direkt hinter der letzten Lichtquelle angebracht, dahinter können sich dann noch weitere Sensoren befinden, die die Temperatur nach beendeter Härtung anzeigen sollen.

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

Fig. 3b zeigt eine andere Ausführungsform, die bei Rohrdurchmessern 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 Querschnitt (Fig. 3c) hat. Dabei können die einzelnen Lichtquellen auf gleicher Höhe angebracht sein, oder - wie in der DE- C 42 05 113 beschrieben - gegeneinander versetzt sein, wobei die erste, dritte und fünfte Lichtquelle vorn, die zweite, vierte und sechste Lichtquelle hinten am Schlitten angebracht sind. Der Sensor S1 befindet sich auf jeden Fall hinter der vordersten Lichtquelle, die anderen Sensoren dann hinter 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, angebracht sein.

Statt eines mehreckigen Schlittens, wie in Fig. 3c gezeichnet, sind auch Träger­ konstruktionen möglich, bei denen die Lichtquellen auf radial angeordneten Träger­ platten angebracht sind. Diese Trägerplatten sind dann mit einer konzentrisch im Rohr verlaufenden Spindel verbunden, welche 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 Rohrs 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 Härtungsreaktion erzeugten Temperatur an der inneren Oberfläche des Schlauchs,
gekennzeichnet durch folgende Maßnahmen:

• a. im Bereich der Lichtquellen werden eine Reihe von mindestens drei hinterein­ ander angeordneten IR-Sensoren eer 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 Meßpunkten 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 speicher­ programmierbarer Steuerung die Geschwindigkeit der Lichtquellen geregelt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit der Lichtquellen gesteigert 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 dritten 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, dadurch gekennzeichnet,
daß im Bereich der Lichtquellen (2) eine Reihe von mindestens drei hinterein­ ander angeordneten IR- Sensoren (S1, S2, .3, . . ., Sn) mitgeführt sind, wobei sich mindestens zwei Sensoren (S2, S3) hinter der vordersten Lichtquelle befinden,
daß an der Schlauchinnenseite auf einer fiktiven Linie gegenüber den Sensoren (S1 bis Sn) Meßpunkte (MP1, MP2, MP3, MP4, . . ., MPn) zur Temperaturmessung definiert sind, und
daß über die gemessenen Temperaturen die Bewegungsgeschwindigkeit der UV- Lichtquellen (2) computergesteuert regelbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehrere Reihen von hintereinander 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 gekennzeichnet, daß bei verhältnismäßig kleinem Rohrdurchmesser mehrere Lichtquellen (2) hintereinander angeordnet sind, wobei der vorderste Sensor S1 sich im Bereich 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 gekennzeichnet, daß bei verhältnismäßig großem Rohrdurchmesser mehrere Lichtquellen (2) radial auf mindestens einem Schlitten angeordnet sind, wobei der vorderste Sensor Sl hinter der ersten Lichtquelle angeordnet ist.

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