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Hintergrund
der Erfindung
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Diese
Erfindung betrifft vor Ort ausgehärtete Einsätze für die grabenlose Sanierung
von existierenden Rohren und Leitungen, und insbesondere einen vor
Ort ausgehärteten
Einsatz, der mit einem Gitterstoff auf einer Oberfläche des
Einsatzes im Liegezustand zwischen der harztränkbaren Schicht und einer äußeren undurchlässigen Beschichtung
längsverstärkt ist
und der für
die grabenlose Sanierung von existierenden Rohren durch Einziehen
und Aufblasen geeignet ist.
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Es
ist allgemein gut bekannt, dass existierende Rohre und Leitungen
(„pipelines"), insbesondere Untergrundrohre,
wie z.B. Schmutzwasserkanalisationsrohre, Regenwasserkanalisationsrohre,
Wasserleitungen und Gasleitungen, die für die Leitung von Flüssigkeiten
verwendet werden, aufgrund von Flüssigkeits-Leckagen eine Reparatur
benötigen.
Die Undichtigkeit kann einwärts
aus der Umgebung in das Innere oder in den leitenden Teil der Leitungen
sein. Alternativ kann der Auslauf auswärts aus dem leitenden Teil
des Rohrs in die umgebenden Umwelt sein. In beiden Fällen von
Infiltration (Einsickern) oder Auslaufen ist es wünschenswert,
diese Art von Undichtigkeit zu vermeiden.
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Die
Undichtigkeit in dem existierenden Rohr kann auf falsche Installation
der Originalleitung oder auf Verschlechterung des Rohrs selbst wegen
normaler Alterung, oder der Wirkung der Beförderung korrosiven oder abrasiven
Materials zurückzuführen sein.
Risse an oder nahe an Rohrgelenken können auf Umweltbedingungen
wie Erdbeben oder der Bewegung von großen Fahrzeugen auf der Oberfläche, oder ähnlichen
natürlichen
oder menschlichen Vibrationen oder ähnlichen derartigen Ursachen
beruhen. Unabhängig
von der Ursache sind solche Undichtigkeiten unerwünscht und
können
im Verlust der innerhalb der Leitung beförderten Flüssigkeit resultieren, oder
können
zur Schädigung
der umgebenden Umwelt und möglicher
Erzeugung gefährlicher öffentlicher
Gesundheitsrisiken führen.
Falls die Undichtigkeit fortbesteht, kann es zum strukturellen Ausfall
des bestehenden Rohrs aufgrund von Verlust von Erdreich und Seitenstützung des
Rohres führen.
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Aufgrund
von sich ständig
erhöhenden
Arbeits- und Maschinenkosten ist es zunehmend schwieriger und immer
unökonomischer,
Untergrundrohre oder Teile, die vielleicht auslaufen, durch Aufgraben
des existierenden Rohres und Ersetzen des Rohres durch ein neues,
zu reparieren. Als Ergebnis wurden verschiedene Verfahren für die Reparatur
vor Ort oder Sanierung von existierenden Leitungen entwickelt. Diese
neuen Verfahren vermeiden die Ausgaben und Risiken, die mit dem
Aufgraben und Ersetzen des Rohres oder von Rohrteilen verbunden
sind, ebenso wie die signifikante Beeinträchtigung der Öffentlichkeit
während
der Bauarbeiten. Eines der erfolgreichsten Leitungsreparatur- oder
grabenlosen Sanierungs-Verfahren,
das gegenwärtig
in weiter Verwendung ist, ist das Insituform® Verfahren.
Das Insituform® Verfahren
wird im Detail in den U.S. Patenten Nr. 4,009,063, Nr. 4,064,211
und Nr. 4,135,958 beschrieben, deren Inhalte alle hier durch Verweis
eingeschlossen sind.
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Nach
der Standardpraxis des Insituform-Verfahrens wird ein verlängerter
flexibler, röhrenförmiger Einsatz
aus einer Filzfaser, einem Schaum oder ähnlichem harztränkbarem
Material mit einer äußeren undurchlässigen Beschichtung,
die mit einem härtbaren
Duroplast-Harz („thermosetting
curable resin") beschichtet
ist, innerhalb der existierenden Leitung installiert. In der am
meisten praktizierten Ausführungsform
dieses Verfahrens wird der Einsatz unter Verwendung eines Umstülpverfahrens
installiert, wie es in den '211
und '958 Insituform-Patenten
beschrieben ist. Im Umstülpprozess
drückt
radialer Druck, der auf die Innenseite eines umgestülpten Einsatzes
angewendet wird, diesen gegen, und in Kontakt mit der inneren Oberfläche der
Leitung, während
der Einsatz sich entlang der Länge
der Leitung entfaltet. Das Insituformverfahren wird ebenfalls durchgeführt, indem ein
harzgetränkter
Einsatz durch ein Seil oder Kabel in das Rohr gezogen wird, und
eine getrennte flüssigkeitsundurchlässige Aufblas-Blase
oder Röhre,
die innerhalb des Einsatzes umgestülpt wird, verwendet wird, um
den Einsatz zum Aushärten
gegen die innere Wand der existierenden Leitung zu veranlassen. Solche
harzgetränkten
Einsätze
werden generell „curedin-place-pipes" (vor Ort ausgehärtete Röhren) oder „CIPP liners" (CIPP Einsätze) genannt,
und die Installation wird als CIPP-Installation bezeichnet.
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Konventionelle,
vor Ort ausgehärtete
flexible röhrenförmige Einsätze sowohl
für die
Umstülp-
als auch Einzieh- und Aufblas-CIPP-Installationen weisen eine äußere glatte
Schicht aus relativ flexibler, im wesentlichen undurchlässiger Polymerbeschichtung in
ihrem Ausgangszustand auf. Die äußere Beschichtung
erlaubt es einem Harz, in die innere Schicht aus harztränkbarem
Material, wie Filz, getränkt
zu werden. Diese undurchlässige
Schicht endet, sobald sie umgestülpt
ist, an der Innenseite des Einsatzes, wobei die harztränkbare Schicht
sich gegen die Wand der existierenden Leitung befindet. Während der
flexible Einsatz innerhalb der Leitung vor Ort installiert wird,
wird die Leitung von innen unter Druck gesetzt, vorzugsweise unter
Verwendung einer Umstülp-Flüssigkeit,
wie z.B. Wasser oder Luft, um den Einsatz radial nach außen zu drängen, um
ihn mit der inneren Oberfläche
der existierenden Leitung zum Einrasten zu bringen und sich dieser
anzupassen. Das Aushärten
des Harzes wird durch die Einführung
einer heißen
Aushärteflüssigkeit
initiiert, wie z.B. Wasser in den umgestülpten Einsatz durch einen Kreislaufschlauch,
der an das Ende des umstülpenden
Einsatzes angeschlossen ist. Das Harz, das in das tränkbare Material
getränkt
ist, härtet
dann aus, um eine harte, eng anliegende feste Rohrauskleidung innerhalb der
existierenden Leitung zu bilden. Der neue Einsatz verschließt wirksam
jegliche Risse und repariert jeglichen Abschnitt des Rohres oder
Verschlechterung der Rohrgelenke, um weitere Undichtigkeiten sowohl in
die als auch aus der existierenden Leitung zu verhindern. Das ausgehärtete Harz
dient ebenfalls dazu, die Wand der existierenden Leitung zu stärken, so dass
zusätzliche
strukturelle Stärkung
für die
umgebende Umwelt bereit gestellt wird.
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Wenn
röhrenförmige, vor
Ort ausgehärtete Einsätze durch
das Einzieh- und Aufblas-Verfahren installiert
werden, wird der Einsatz in der selben Weise wie in dem Umstülpverfahren
mit dem Harz getränkt
und in einem zusammengelegten Zustand in die existierende Rohrleitung
gezogen und innerhalb dieser positioniert. In einer typischen Installation
wird ein abwärts
gerichtetes Rohr ("downtube"), ein Aufblas-Rohr
("inflation pipe") oder ein Rohr mit
einer Biegung am unteren Ende innerhalb eines vorhandenen Schachts
oder eines Zugangspunkts positioniert und eine aufblasende Blase
durch das abwärtsgerichtete
Rohr gerichtet, geöffnet
und über
den Rand des horizontalen Teils der Biegung gestülpt und in den zusammengelegten
Einsatz insertiert. Der zusammengelegte Einsatz innerhalb des existierenden Rohrs
wird dann über
das zusammengestülpte
Rückende
der aufblasenden Blase positioniert und mit dieser sicher verbunden.
Eine umstülpende
Flüssigkeit,
wie z.B. Wasser, wird dann in das abwärtsgerichtete Rohr geführt, und
der Wasserdruck führt
dazu, dass die Aufblas-Blase aus der horizontalen Position der Biegung
drückt,
und dass der zusammengelegte Einsatz gegen die innere Oberfläche des existierenden
Rohres expandiert. Die Umstülpung der
Aufblas-Blase hält
an, bis die Blase den stromabwärtsgerichteten
Schacht oder den zweiten Einstiegspunkt erreicht und sich bis in
diese ausdehnt. Zu dieser Zeit erlaubt man dem Einsatz, der gegen die
Innen-Oberfläche
des existierenden Rohres gedrückt
ist, zu härten.
Das Aushärten
wird durch Einführung
von heißem
Aushärtewasser
initiiert, das in die Aufblas-Blase ziemlich in der gleichen Weise
eingeführt
wird wie der Kreislaufanschluss, der an das Ende der aufblasenden
Blase gebunden ist, um das Harz in der getränkten Schicht auszuhärten.
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Nachdem
das Harz in dem Einsatz ausgehärtet
ist, kann die Aufblas-Blase entfernt oder vor Ort in dem ausgehärteten Einsatz
belassen werden. Sowohl das Einzieh- und Aufblas-Verfahren als auch das Umstülp-Verfahren
erfordern typischerweise Zugang von Menschen zu eingeschränktem Schachtraum
an verschiedenen Gelegenheiten während
des Verfahrens. Z.B. ist Zugang von Menschen nötig, um den umstülpenden
Einsatz oder die Blase an das Ende der Biegung zu sichern und sie
in den zusammengefalteten Einsatz einzuführen.
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Unabhängig davon,
wie der Einsatz installiert werden soll, wird ein härtbares
Duroplast-Harz ("curable
thermosetting resin")
durch einen Prozess, der als „Feuchten" („wet out") bezeichnet wird,
in die Harz absorbierenden Schichten eines Einsatzes getränkt. Das „wet out"-Verfahren umfasst
im allgemeinen das Injizieren des Harzes in Harz absorbierende Schichten
durch ein Ende oder eine Öffnung,
die in dem äußeren undurchlässigen Film
gebildet wird, Anlegen eines Vakuums und Durchführen des getränkten Einsatzes
durch Andruckwalzen, wie es in der Auskleidungstechnik gut bekannt
ist. Eine breite Vielzahl von Harzen kann verwendet werden, wie z.B.
Polyester, Vinylester, Epoxyharze und ähnliche, die wie gewünscht modifiziert
werden können.
Es ist bevorzugt, ein Harz zu verwenden, das bei Raumtemperatur
relativ stabil ist, das aber leicht aushärtet, wenn es mit Luft geheizt
wird, mit Dampf oder heißem
Wasser, oder geeigneter Strahlung unterworfen wird, wie z.B. ultraviolettem
Licht.
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Ein
derartiges Verfahren für
das „Feuchten" („wetting
out") eines Einsatzes
durch Vakuumtränkung
wird im Insituform U.S. Patent Nr. 4,366,012 beschrieben. Wenn der
Einsatz innere und äußere undurchlässige Schichten
aufweist, kann der röhrenförmige Einsatz
flach zugeführt
werden, und Schlitze werden auf gegenüberliegenden Seiten des abgeflachten
Einsatzes gebildet, und Harz wird auf beiden Seiten injiziert, wie
in dem '063-Patent
beschrieben ist. Ein weiteres Gerät für das „wetting out" zur Zeit der Installation,
während
ein Vakuum am Zugende des Einsatzes angelegt wird, wird in U.S.
Patent Nr. 4,182,262 gezeigt. Die Inhalte jedes dieser Patente werden
hier durch Verweis einbezogen.
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Neue
Anstrengungen wurden unternommen, um das Einzieh- und Aufblas-Verfahren
zu modifizieren, um Luft zu benutzen, um eine Blase von einem nahen
Einstiegspunkt in den eingezogenen Einsatz umzustülpen. Wenn
die umstülpende
Blase den entfernten Einstiegspunkt erreicht, wird in den nahen Einstiegspunkt
Dampf eingeführt,
um das Aushärten des
harzgetränkten
Harzes zu initiieren. Dieses Verfahren bietet den Vorteil schnelleren
Aushärtens
aufgrund der erhöhten
Energie, die durch den Dampf als aushärtende Flüssigkeit getragen wird. Jedoch
erfordert dieses Verfahren immer noch das Umstülpen einer Blase in den eingezogenen
getränkten
Einsatz. Anstrengungen, diesen Schritt des Umstülpens der Blase in den eingezogenen
Einsatz zu vermeiden, umfassen das Durchführen des Umstülp-Schritts oberhalb
des Erdbodens. Z.B. umfasst das Verfahren in U.S. Patent Nr. 6,270,289
das Umstülpen
eines Prüfschlauchs
in einen flachliegenden Auskleidungsschlauch oberhalb des Grundes,
bevor die Schlauchanordnung in das existierende Rohr eingezogen wird.
Dieses Verfahren vermeidet das Umstülpen unter Planungshöhe, ist
aber strikt beschränkt auf
das Längsstück des Einsatzes,
die oberhalb des Grundes vor dem Einziehen ausgelegt werden kann.
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Eine
weiterer Vorschlag, diese Umstülpung zu
vermeiden, ist, einen Einsatz herzustellen, der eine innere Beschichtung
und eine äußere Beschichtung
aufweist, so dass eine aushärtende
Flüssigkeit direkt
in einen eingezogenen Einsatz eingeführt werden kann. Die Nachteile
umfassen hier die Schwierigkeit, mit der man konfrontiert wird,
wenn man versucht, das harztränkbare
Material, das zwischen den inneren und äußeren undurchlässigen Beschichtungen
liegt, zu tränken.
Die äußere Beschichtung
bleibt nötig
für die
Handhabung des getränkten
Einsatzes und um den Einsatz in das existierende Rohr einziehen
zu können,
und die innere Beschichtung ist erwünscht, um das Aushärten mit
dem Dampf zuzulassen.
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Ein
typischer Einsatz, der einen Durchmesser von 8 Inch aufweist und
6 mm dick ist, wiegt vor dem "Feuchten" ("wet out") ungefähr 7,5 Unzen
pro Fuß ("7.5 ounces per foot"). Ungefähr 3 Pfund
an Harz pro Fuß werden
getränkt,
was in einer fast siebenfachen Steigerung an Gewicht resultiert,
um ungefähr
3,5 Pfund pro Fuß.
In diesem Falle dehnt sich ein 200 Fuß-Längenstück-Einsatz, der einer Belastung
von 350 Pfund unterworfen ist, um ungefähr 3% in der Länge. Bei
5000 Pfund Belastung dehnt sich der 8 Inch-Einsatz bis zu 35 bis
40 % Daher kann sich ein typischer 300 Fuß-Einsatz zwischen den Schächten bis
zu 30 Fuß dehnen.
Die Gewichtserhöhung des
Einsatzes für
Einsätze
mit größeren Durchmessern
macht die Belastung, die für
das Einziehen benötigt
wird, noch erstaunlicher. Daher gibt es signifikante Begrenzungen
betreffend die Länge
des Einsatzes, der eingezogen werden kann. Dasselbe trifft in einem
größeren Ausmaß für Einsätze mit
größerem Durchmesser
zu.
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Eine
Lösung
für dieses
Problem umfasst den Zusatz einer Schicht aus verstärkenden
Fasern zu dem Einsatz. Zum Beispiel wird in U.S. Patent Nr. 5,868,169
eine Matrix ("web") oder ein Netz ("mesh") aus verstärkenden
Fasern an eine der Harz absorbierenden Schichten des Einsatzes genäht oder
heiß geklebt
("flame bonded"). Die offenbarten
Matrizen liegen in einer graphischen oder Gitterform vor, schließen Längsfasern
ein, die durch radiale Fasern zusammengehalten werden oder als gekreuztes
oder ein gekreuztes Netz mit zufällig
orientierten Fasern.
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Obwohl
diese Vorschläge
zur Erhöhung
der Längsstärke verfügbar sind,
gibt es Schwierigkeiten bei der Handhabung der Matrizen und bei
deren Befestigung an eine der Harz absorbierenden Schichten, da
eine schwere Matrix dazu tendiert, die Tränkung zu behindern und die
Umfangsdehnung zu reduzieren, die für die CIPP-Installation nötig ist.
Daher ist es wünschenswert,
einen längsverstärkten Einsatz
bereitzustellen, der leicht hergestellt werden kann, und die Schwierigkeiten,
denen man im Stand der Technik begegnet, vermeidet.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Im
großen
und ganzen wird gemäß der Erfindung
ein längsverstärkter, harzgetränkter, vor
Ort ausgehärteter
Einsatz bereitgestellt, der für
die Einzieh-und-Aufblas-Sanierung von existierenden Leitungen geeignet
ist. Der Einsatz kann kontinuierlich aus einem Längenstück aus Harz absorbierendem Material
geformt werden, das eine mit einer Oberfläche verbundene undurchlässige Schicht
aufweist, und das zu einer röhrenförmige Form
geformt und verschlossen ist, wobei die undurchlässige Schicht auf der Innenseite
der Röhre
liegt. Die Röhre
kann mit zusätzlichen
Schichten aus Harz absorbierendem Material in röhrenförmiger Form umhüllt und
mit einem härtbaren
Harz getränkt
werden. Vor der endgültigen
Platzierung der äußeren Beschichtung
wird ein Gitterstoff, der größere Stärke in der
Webrichtung ("warp
direction") aufweist,
auf eine Oberfläche
der abgeflachten, getränkten
Röhre aufgebracht.
Im allgemeinen wird der Gitterstoff in einer Breite, die ungefähr ein Viertel
bis die Hälfte
des Röhrenumfangs abdeckt,
auf die abgeflachte untere Oberfläche aufgebracht. Eine äußere undurchlässige Schicht
kann durch Umstülpen
einer Röhre
aus undurchlässigem Material
auf das innere röhrenförmige Element
auf die Röhre
aufgebracht werden, während
die Röhre und
der Gitterstoff in eine röhrenförmige Press-Einheit
("stuffing device") geführt werden,
oder durch Umhüllen
und kontinuierliches Verschließen
mit einem undurchlässigen
Film.
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Der
Gitterstoff bietet Längsverstärkung und wird
an der unteren Hälfte
des Einsatzes positioniert, und funktioniert als ein Einzieh-Schlitten
("pull-in sled"). Diese Erhöhung an
Längs-Stärke erlaubt
das Einziehen von langen Einsatz-Längsstücken und reduziert wesentlich
die Dehnung des harzgetränkten Einsatzes
während
des Einziehens.
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Demgemäß ist es
ein Ziel der Erfindung, einen verbesserten, längsverstärkten, vor Ort ausgehärteten Einsatz
bereitzustellen, der eine innere undurchlässige Beschichtung aufweist.
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Ein
weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zur
Herstellung eines längsverstärkten Einsatzes
bereitzustellen, der eine innere undurchlässige Beschichtung aufweist.
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Ein
weiteres Ziel der Erfindung ist es, einen Gitterstoff während der
Herstellung einer CIPP-Röhre hinzuzufügen, der
die Längs-Dehnung
ohne Reduktion der Umfangs-Dehnung limitiert.
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Ein
weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zur
Herstellung eines längsverstärkten, vor
Ort ausgehärteten
Einsatzes bereitzustellen, indem ein Blatt aus Gitterstoff auf einen
Teil der äußeren Schicht
aus Harz absorbierendem Material aufgebracht wird, bevor eine undurchlässige Umhüllung um
die innere röhrenförmige Schicht
aus Harz absorbierendem Material und dem Gitterstoff umgestülpt wird.
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Noch
ein weiteres Ziel dieser Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren
der kontinuierlichen Herstellung eines längsverstärkten, harzgetränkten, vor
Ort ausgehärteten
Einsatzes, der eine innere und äußere undurchlässige Schicht
aufweist, bereitzustellen.
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Noch
ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren bereitzustellen,
um eine Längsverstärkung auf
eine CIPP-Röhre
aufzubringen, nachdem die tränkbare
Schicht mit dem Harz "befeuchtet" ("wet out") ist.
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Noch
ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren der Herstellung
eines vor Ort ausgehärteten
Einsatzes bereitzustellen, der innere und äußere undurchlässige Schichten
für die
Einzieh- und Aufblas- grabenlose Leitungs-Installation aufweist.
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Noch
weitere Ziele und Vorteile der Erfindung werden teilweise offensichtlich
sein und werden teilweise aus der Beschreibung ersichtlich werden.
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Die
Erfindung umfasst demgemäß die verschiedenen
Schritte und die Beziehung eines oder mehrerer derartiger Schritte
im Hinblick aufeinander, die Geräte,
die Konstruktionsmerkmale verkörpern, Kombinationen
und Anordnung von Teilen, die angepasst sind, um solche Schritte
zu bewirken, und die Produkte, die die Charakteristika, Merkmale,
Eigenschaften besitzen, und die Beziehung von Komponenten, die in
der folgenden detaillierten Offenbarung exemplifiziert sind, und
das Ausmaß der
Erfindung wird in den Ansprüchen
angezeigt.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
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Für ein besseres
Verständnis
der Erfindung wird Bezug genommen auf die folgende Beschreibung
in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen, wobei:
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1 eine
perspektivische Ansicht eines Längenstücks eines
typischen, harztränkbaren,
vor Ort ausgehärteten
Einsatzes ist, der für
die Verwendung bei der Auskleidung einer existierenden Leitung geeignet
ist, von der Art, die allgemein heute in Gebrauch und in der Fachwelt
gut bekannt ist;
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2 eine
Querschnittsansicht eines vor Ort ausgehärteten Einsatzes ist, der eine
Längs-Verstärkung sowie
innere und äußere undurchlässige Schichten
aufweist, konstruiert und aufgebaut gemäß der Erfindung;
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3 eine
schematische Ansicht des Gerätes
ist, das für
die Darstellung des inneren Teils des Einsatzes verwendet wird,
der eine äußere Filzschicht
mit einer inneren Hochtemperaturpolymerschicht aufweist, und das
in Verbindung mit der Darstellung des vor Ort ausgehärteten Einsatzes
der 2 verwendet wird;
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4 eine
Querschnittsansicht ist, die die Struktur des inneren Teils des
Einsatzes vor dem Tränken
gemäß der Erfindung
zeigt, der mit dem Gerät
aus 3 hergestellt wurde;
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5 ein
schematischer Aufriss ist, der die Harztränkung und das Verbinden mit
der Längsverstärkung und
das Umhüllen
des röhrenförmigen Elements
aus 4 für
das Darstellen eines getränkten CIPP-Einsatzes
gemäß der Erfindung
zeigt;
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6 eine
Querschnittsansicht des Kantenversiegelers ("edge sealer") in dem Verschluss- und Umhüllungs-Gerät der 3 ist,
die längs
der Linie 6-6 genommen wurde;
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7 eine
Querschnittsansicht des Einsatzes ist, der mit dem Gerät der 5 hergestellt
wurde;
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8 ein
schematischer Aufriss ist, der das Umhüllen des röhrenförmigen Elements, das ein Harztränkungsgerät mit einer äußeren Beschichtung verlässt, durch
Durchführen
des "befeuchteten" ("wet out") Einsatzes durch
eine "Röhrenpresse" ("tube stuffer"), die eine röhrenförmige Umhüllung darauf gelagert
hat, zeigt; und
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9 eine
Querschnittsansicht eines Einsatzes ist, der mit dem Gerät der 8 umhüllt wurde.
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Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen
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Ein
harzgetränkter,
vor Ort ausgehärteter Einsatz,
der gemäß der Erfindung
dargestellt wurde, weist einen längs-verstärkenden
Gitterstoff auf, so dass er gemäß dem Einzieh-
und Aufblas-Verfahren installiert
werden kann. Wenn er mit einer integralen inneren undurchlässigen Schicht
dargestellt wird, kann er mit einer geheizten Flüssigkeit ohne Verwendung einer
Aufblas-Blase aufgeblasen und ausgehärtet werden. Ein Einsatz mit
innerer undurchlässiger
Schicht und Längsverstärkung wird
in kontinuierlichen Längen
dargestellt. Er kann im Hinblick auf den erhöhten Aufwand, der nötig ist,
einen abgeflachten Einsatz zu tränken,
aufweisend ein Harz absorbierendes Material zwischen einer inneren
und einer äußeren Beschichtung,
unter Verwendung konventioneller Vakuum-Tränkungstechnologie getränkt werden,
während
er zusammengebaut wird.
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1 illustriert
einen flexiblen, vor Ort ausgehärteten
Einsatz 11 der Art, wie er im allgemeinen heute im Gebrauch
und in der Fachwelt gut bekannt ist. Einsatz 11 wird aus
mindestens einer Schicht eines flexiblen, harztränkbaren Materials gebildet,
wie einer Filzschicht 12, die eine äußere undurchlässige Polymer-Filmschicht 13 aufweist.
Filzschicht 12 und äußere Polymerschicht 13 sind
längs einer
Nahtlinie 14 genäht,
um einen röhrenförmigen Einsatz
zu formen. Ein kompatibler thermoplastischer Film in der Form eines
Bandes oder extrudiertes Material 16 wird platziert auf
der, oder extrudiert über,
Nahtlinie 14, um die Undurchlässigkeit des Einsatzes 11 zu
gewährleisten.
In der Ausführungsform,
die in 1 illustriert ist, und die überall in dieser Beschreibung verwendet
wird, umfasst Einsatz 11 eine innere Röhre aus einer zweiten Filzschicht 17,
die ebenfalls längs
einer Nahtlinie 18 genäht
ist, positioniert an einem Punkt in der Röhre, der nicht dem Ort der
Nahtlinie 14 in der äußeren Filzschicht 12 entspricht.
Die äußere Filzschicht 12 mit
Polymerschicht 13 wird dann um die innere röhrenförmige Schicht 17 geformt.
Nach der Tränkung
wird Einsatz 11 in einem kontinuierlichen Längenstück in einer
Kühleinheit
gelagert, um die vorzeitige Aushärtung
des Harzes zu unterdrücken.
Einsatz 11 wird dann auf eine gewünschte Länge abgeschnitten, nachdem
er in die existierende Leitung gezogen wird, oder er wird abgeschnitten,
bevor er in die existierende Leitung umgestülpt wird.
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Der
Einsatz der An, die in 1 illustriert wird, ist undurchlässig für Wasser
und Luft. Das erlaubt die Verwendung in einem Luft- oder Wasserumstülpungsprozess,
wie oben beschrieben. Jedoch braucht die äußere Beschichtung auf dem Einsatz
bei der Einzieh- und Aufblasinstallation gemäß der Erfindung nur ausreichend
undurchlässig
sein, um leichte Handhabung des „Feuchtens" („wet
out") und Rückhaltevermögen an Harz
zu erlauben und um Schaden an dem Einsatz zu verhindern, während er
in die existierende Leitung gezogen wird.
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Für größere Einsatzdurchmesser
können mehrere
Schichten aus Filz oder harztränkbarem Material
verwendet werden. Filzschichten 12 und 17 können natürliches
oder synthetisches flexibles, harzabsorbierbares Material sein,
wie z.B. Polyester, Acrylpolypropylen, oder anorganische Fasern
wie z.B. Glas und Kohlenstoff. Alternativ kann das Harz absorbierende
Material ein Schaum sein. Undurchlässiger Film 13 auf
der äußeren tränkbaren
Schicht 12 kann ein Polyolefin sein, wie z.B. Polyethylen
oder Polypropylen, ein Vinylpolymer, wie z.B.
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Polyvinylchlorid,
oder ein Polyurethan, wie es in der Fachwelt gut bekannt ist. Jegliche
Art an Nähen,
Klebebindung oder Heißklebung
(„flame
bonding"), oder
jegliches andere passende Mittel kann verwendet werden, um das Material
in Röhren
zu binden. Im ersten Schritt wird bei allen grabenlosen Sanierungs-Installationen
die existierende Leitung vorbereitet, in dem sie gereinigt und mit
Video auf Band aufgezeichnet wird.
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Mit
Bezug auf 2, wird ein längs-verstärkter, vor
Ort ausgehärteter
Einsatz 21 im Querschnitt gezeigt, der gemäß der Erfindung
dargestellt wurde. Einsatz 21 wird in ähnlicher Weise wie der konventionelle
Einsatz 11 konstruiert, umfasst aber eine innere undurchlässige Schicht 22,
die eine dünne
Filz- oder harztränkbare
Schicht 23 umfasst, die daran gebunden ist. Die innere
Filzschicht 23 und die undurchlässige Schicht 22 werden
längs einer
Nahtlinie 24 durch eine Reihe von Stichen 26 genäht und mit
einem Band 27 verschlossen, das über die Stiche 26 aufgebracht
wird. Eine äußere Filzschicht 28 wird um
die innere Filzschicht 23 gehüllt und durch die Stiche 29 in
eine Röhre
geformt. Ein längs
verstärkender
Gitterstoff 33 wird auf der Unterseite der äußeren Filzschicht 28 aufgebracht.
Schließlich
wird eine äußere Schicht
oder Umhüllung 31 mit
einem Kantenverschluss 32 in eine Röhre geformt und kontinuierlich über die äußere Filzschicht 28 umgestülpt, so dass
ein Kantenverschluss 32 unter der äußeren undurchlässigen Schicht 31 eingehüllt ist,
wie es im Detail unten beschrieben wird.
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Indem
ein Einsatz auf diese Weise hergestellt wird, ist es nicht nötig, den
Einsatz während
der Installation umzustülpen,
oder eine Aufblas-Blase umzustülpen,
nachdem der Einsatz in das existierende Rohr gezogen wurde. Die
Längsverstärkung des Gitterstoffs 33 erlaubt
das Einziehen eines längeren Längenstücks, während sie
die Dehnung und die inhärente
Verdünnung
der Einsatzwand vermeidet.
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Die
Filzschichten 23 und 28 können unter Verwendung von Vakuum
auf die übliche
Weise getränkt
werden. Alternativ werden die Filzschichten 23 und 28 zunächst mit
Harz getränkt, Gitterstoff 33 wird aufgebracht,
und dann wird die äußere, undurchlässige Beschichtung 31 aufgebracht.
Dies vermeidet die Schwierigkeit der Tränkung eines fertigen Einsatzes,
der einen verstärkenden
Gitterstoff und Filzschichten zwischen einer inneren und äußeren getränkten Schicht
aufweist. Der Einsatz 21 wird von endlosen Rollen von flach
beschichtetem Filz und einfachem Filz hergestellt, und vor der Verbindung mit
Gitterstoff 33 und Aufbringung der äußeren Umhüllung 31 kontinuierlich
getränkt.
Dies kann durch das Verfahren, das die in 3 und 5 illustrierten
Geräte
verwendet, erreicht werden, resultierend in einem Einsatz 21 und 74,
wie in 2 und 7 dargestellt.
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Während Filzschichten 23 und 28 durch
Nähen und/oder
Bandkleben („taping") zu Röhren geformt
werden, ist jegliches der konventionell bekannten Verfahren zur
Formung von Filz oder anderen harztränkbaren Materialien in Röhren geeignet.
Z.B. können
Röhren
durch die Verwendung von verschiedenen Leimen oder Klebstoffen,
ebenso wie durch Heißkleben
(„flame
bonding") geformt
werden. Band kann auf die innere Filzschicht 23 und innere
undurchlässige
Schicht 22 durch Aufbringung eines Klebestreifens oder
durch Extrudieren einer Schicht aus polymerem Material aufgebracht
werden, um die angrenzenden Kanten des Filzmaterials und die Löcher, die
während
einer Nähoperation
in der Schicht 22 gebildet wurden, zu verschließen.
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Mit
Bezug auf 3 wird nun ein Verfahren zur
kontinuierlichen Bildung eines Längenstücks einer
Röhre aus
harztränkbarem
Material mit einer verschlossenen inneren undurchlässigen Schicht
gezeigt. Eine Rolle aus beschichtetem Filz 36, die eine Endloslänge aus
Filz 37 mit einer undurchlässigen Schicht 38 aufweist,
wird über
eine Richtungswalze 39 in flacher Form zu einer rohrformenden
Einheit 41 geführt,
wobei die beschichtete Seite zur Rolle 39 zeigt.
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Die
rohrformende Einheit 41 umfasst einen röhrenförmigen Stützrahmen 42, der ein
nahes Ende 42a und ein entferntes Ende 42b und
einen Film-Entformer 40 aufweist. Eine Säum- Einheit 43,
die eine Näh-
und Bandklebemaschine, Klebemaschine oder Heißklebegerät sein kann, ist über dem
Stützrahmen 42 montiert.
Filz 37 wird, wobei die undurchlässige Schicht 38 in
Richtung der Rolle 39 zeigt, in Richtung eines Pfeils A
zum nahen Ende der rohrformenden Einheit 41 zugeführt, wobei
er durch Ablenkplatte („deflector") 40 abgelenkt
wird, und um den Stützrahmen 42 gehüllt und
längs einer
Nahtlinie 46 in eine Röhre 44 gesäumt wird,
wobei Filz 37 an der Innenseite und die undurchlässige Schicht 38 an
der Außenseite
ist. Dann passiert die Röhre 44 eine
Bandklebeeinheit 47, wobei ein Band 48 über die
Nahtlinie 46 platziert wird, um ein undurchlässiges,
beschichtetes, mit Band beklebtes röhrenförmiges Element 45 zu
formen.
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Dann
fährt bandbeklebtes,
röhrenförmiges Element 45 fort,
längs des
röhrenförmigen Stützrahmens 42 zu
einem Umdrehring 49 am entfernten Ende des Stützrahmens 42 zu
fahren. Die bandbeklebte Röhre 45 wird
dann um den röhrenförmigen Stützrahmen 42 umgestülpt, so
dass die undurchlässige
Schicht 38 nun auf der Innenseite der Röhre 45 ist, während sie
vom nahen Ende des röhrenförmigen Stützrahmens 42 längs einer
Linie, die durch den Pfeil B definiert ist, zurückgezogen wird. An dieser Stelle
weist die umgestülpte
Röhre 45 die
Struktur auf, die im Querschnitt in 4 illustriert
ist, wobei die undurchlässige
Schicht 38 auf der Innenseite und die Filzschicht 37 auf
der Außenseite
ist. Die Röhre 45 wird
dann für
die weitere Verwendung gelagert oder kann vor der letzten Umhüllung direkt
einem Harztränkungsschritt
und der Verstärkung
zugeführt werden,
wie es in 5 gezeigt ist.
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5 illustriert
in schematischer Darstellung die Tränkung eines Vorrates 51 an
bandbeklebter Röhre 45.
Hier wird die Röhre 45 in
Pfeilrichtung C von einem Paar von gummibedeckten Zugrollen 52 und 53 in
einen oben offenen Harzturm 54 gezogen. Der Harzturm 54 ist
zu einem vorbestimmten Gehalt mit einem aushärtbaren Duroplastharz ("thermoset resin") 57 gefüllt, um
eine getränkte
oder befeuchtete Röhre 55 zu
bilden. Die Röhre 45 passiert über die Rolle 53 und
die ganze Höhe
des Turms 54 hinunter zu einer unteren Rolle 59,
die die Röhre 45 in
eine aufwärtsgerichtete
Richtung zu einem Paar von Kalibrierungsrollen 61 und 62 dreht.
Der Turm 54 ist zwischen ungefähr 6 und 14 Fuß hoch,
kann aber von jeglicher Höhe
sein, die ausreichend ist, um eine ausreichende Druckhöhe bereitzustellen,
um die äußere tränkbare Schicht
der Röhre 45 zu
feuchten und zu tränken.
Die Höhe,
die nötig
ist, um ausreichende Druckhöhe
bereitzustellen, um das tränkbare
Material zu tränken,
ist abhängig
von der Viskosität
des Harzes, der Dicke des tränkbaren
Materials und der Geschwindigkeit durch den Turm.
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Zu
dieser Zeit ist die getränkte
Röhre 55,
die den Turm 54 in der Richtung eines Pfeils D verlässt, bereit
zur Hinzufügung
des verstärkenden
Gitterstoffs und der letzten Umhüllung
mit einer äußeren undurchlässigen Beschichtung.
Ebenfalls in 5, neben dem Turm 54 gezeigt,
ist ein Gitterstoffvorrat 50 und eine Umhüll- und
Verschlussstation 63. Der Gitterstoffvorrat 50 umfasst
eine Rolle 75 aus längsverstärkendem
Gitterstoff 76. Der Gitterstoff 76 wird über eine
Spannleiste ("tension
bar") oder Rolle 77 und
in Kontakt mit dem unteren Teil der befeuchteten Röhre 55 zugeführt. Der
Gitterstoff 76 wird, während er über die
Spannleiste 77 vor dem Kontakt mit der befeuchteten Röhre 55 passiert,
bei einer ausreichenden Spannung gehalten, um jede Schlaffheit ("slack") zu vermeiden und
um wirksame Verstärkung zu
erreichen. Die harzgetränkte
Röhre 55 und
der Gitterstoff 76 werden dann in Pfeilrichtung D' in das Formrohr 64 einer
Filmumhüllungs-
und Verschlussstation 63 entlang gezogen, und eine Röhre 72 aus undurchlässigem Material
wird auf die getränkte Röhre 55 und
den Gitterstoff 76 umgestülpt, um eine umhüllte Röhre 74,
aufweisend eine undurchlässige äußere Umhüllung 72 mit
einem Kantenverschluss 73, zu bilden, wie im Querschnitt
in 7 gezeigt ist. Die umhüllte Röhre 74 wird durch
ein Paar von letzten Zugrollen 79 und 81 gezogen
und längs
eines Pfeils F zu einem gekühlten
Lastwagen für
den Transport zu einem Installationsort geführt.
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Die
Filmumhüllungs-
und Verschlussstation 63, die in 5 gezeigt
ist, umfasst ein Formrohr 64, das ein Zugangsende 64a und
ein Ausgangsende 64b aufweist, und einen Kantenversiegeler 65,
der über
dem Mittelstück
des Formrohrs 64 positioniert ist. Eine Rolle 66 eines
harzundurchlässigen
Filmmaterials 67, das um die getränkte Röhre 55 gehüllt werden
soll, wird in einer Richtung, die durch einen Pfeil D' angezeigt wird,
in das Formrohr 64 geführt.
Das harzundurchlässige
Filmmaterial 67 wird von der Rolle 66 um eine
Serie von Richtungsrollen 68a–e geführt und durch ein Paar von
Antriebsrollen 69a und 69b gezogen, während der
Film 67 über
die Rollen 70a–d
dem Formrohr 64 zugeführt
wird. Das Material passiert eine Ablenkplatte 71 und auf
das Formrohr 64, bevor es in den Kantenversiegeler 65 geführt wird,
um den Film 67 in eine Röhre 72 mit einem Kantenverschluss 73 ,
der sich nach außen
hin erstreckt, zu formen. Die Röhre 72 aus
undurchlässigem
Material, die sich längs
des Formrohrs 64 bewegt, wird in Pfeilrichtung E zum Eingangsende 64a des
Formrohrs 64 gezogen, wobei die Röhre 72 kontinuierlich in
das Innere des Formrohrs 64 und auf die getränkte Röhre 55 und
den Gitterstoff 76 umgestülpt und in die entgegengesetzte
Richtung gezogen wird, die durch einen gestrichelten Pfeil F angezeigt
wird.
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Mit
Bezug auf 6 wird eine Querschnittsansicht
durch den Versiegeler 65 und das Formrohr 64 längs der
Linie 6-6 in 6 gezeigt. Der Versiegeler 65 bildet
den Kantenverschluss 73 in der Filmröhre 72, während die
Filmröhre 72 über die
Außenseite
des Formrohrs 64 passiert. Sobald die Röhre 72 umgestülpt ist,
ist der Kantenverschluss 73 nun auf der Innenseite der
getränkten,
befeuchteten Röhre 74,
während
sie aus dem Ausgangsende 64b der formenden Röhre 68 gezogen
wird. Der äußere undurchlässige Film 72 kann
vor oder nach dem Feuchten ("wet-out") aufgebracht werden.
Im Fall, wo dies vor dem Feuchten geschieht, wird die Röhre 45,
die wie in 3 dargestellt wurde, direkt
einer rohrformenden Einheit aus 5 zugeführt und
liefert einen Einsatz 74, der in 7 im Querschnitt
gezeigt ist.
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8 zeigt
ein alternatives Gerät
für die Umhüllung einer äußeren undurchlässigen Röhre 81 um
die tränkbare
Röhre 55,
das allgemein als 82 gezeigt wird. Hier kann die Röhre 55 auf
dieselbe Weise getränkt
werden wie in Verbindung mit dem Turm 57 beschrieben wurde,
der in 5 gezeigt wird, oder in einen offenen Harztank
mit Komprimierungsrollen. Die Röhre 55 wird
dann in Richtung eines Pfeils D' in ein
Pressrohr 83 ("stuffer
pipe") geführt, das
ein Zugangsende 83a und ein Ausgangsende 83b aufweist. Die
Bezugsziffern, die in 5 verwendet wurden, werden hier
für die
identischen Elemente verwendet.
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Ein
Vorrat einer flexiblen, undurchlässigen Röhre 81 wird
auf die äußere Oberfläche des
Pressrohrs 83, das ein Zugangsende 83a und ein
Ausgangsende 83b aufweist, geladen. Die getränkte Röhre 55,
die den Harztank 53 verlässt, wird in das Zugangsende 83a des
Pressrohrs 83 geführt.
Wenn die Röhre 55 in
das Zugangsende 83a des Pressrohrs 83 eintritt,
wird die undurchlässige
Röhre 81 von
der Außenseite
des Pressrohrs 83 gezogen und um das Eingangsende 83a in
die Innenseite des Pressrohrs 83 umgestülpt, um die getränkte Röhre 55 zu
umhüllen,
während
sie das Ausgangsende 83b verlässt. Dies bildet einen kompletten
Einsatz 86, der eine innere undurchlässige Schicht 38 und
eine äußere undurchlässige Beschichtung 81 aufweist.
Die Röhre 86 mit
der äußeren Beschichtung 81 wird
in Pfeilrichtung F durch ein Paar von Antriebsrollen 87 und 88 von
dem Ausgangsende 83b des Pressrohrs 83 entfernt,
oder durch andere Zugeinheiten wie z.B. Stachelwalzen ("tractors"). Falls eine extrudierte Röhre in dieser
Ausführungsform
verwendet wird, gibt es keine Naht in der äußeren undurchlässigen Beschichtung 81.
Die einzige Beschränkung
der Herstellung der Röhre 86 auf
diese Weise ist die Länge der
undurchlässigen
Röhre 81,
die auf dem Pressrohr 83 platziert werden kann. Es wurde
gefunden, dass ungefähr
1000 Fuß einer
undurchlässigen
Röhre auf
ein Pressrohr einer Länge
von ungefähr
20 Fuß komprimiert
werden können.
Längere
Längenstücke können auf
längeren
Pressrohren gelagert werden.
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9 ist
ein Querschnitt des fertigen CIPP-Einsatzes 86, wie er
aus dem Pressrohr 83 austritt. Der Einsatz 86 umfasst
ein inneres röhrenförmiges Element
aus harzabsorbierendem Material 37, das eine undurchlässige innere
Beschichtung 38 aufweist, die mit einem Band 48 verschlossen
ist, wie im Zusammenhang mit 3 beschrieben
ist. Nach dem Austritt aus dem Pressrohr 83 umfasst der
Einsatz 86 die äußere röhrenförmige Umhüllung 81.
Im Hinblick auf die Tatsache, dass die röhrenförmige Umhüllung 81 eine vorher
extrudierte Röhre
ist, weist die äußere Umhüllung 81 keine
Nähte auf,
wie der Einsatz 21 in 2 oder Einsatz 74 in 7.
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Sobald
sie am Installationsort ist, ist die verstärkte, umhüllte und getränkte Röhre 74 oder 86, aufweisend
innere undurchlässige
Schicht 38 und äußere undurchlässige Umhüllung 67 oder 81,
bereit zur Installation durch das Einzieh- und Aufblasverfahren.
Dieses Verfahren ist vollkommen in U.S.-Patent-Nr. 4,009,063 beschrieben,
dessen Inhalte durch Verweis hiermit eingeschlossen sind. Im Fall
der Installation durch das Einzieh- und Aufblasverfahren ist eine
getrennte Aufblas- Blase, um den Einsatz aufzublasen, aufgrund der
Anwesenheit der inneren undurchlässigen
Schicht 38 nicht nötig.
Durch richtige Auswahl der Materialien für die innere undurchlässige Schicht 38,
wie z.B. Polypropylen, kann das Aushärten mit Dampf durchgeführt werden,
der in den Einsatz 74 eingeführt wird, sobald dieser im
existierenden Rohr in Position ist.
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Wie
man leicht sehen kann, wird ein praktisches Verfahren bereitgestellt,
die Längsstärke eines flexiblen,
vor Ort ausgehärteten
Einsatzes zu erhöhen,
der innere und äußere undurchlässige Schichten
aufweist. Durch Platzieren eines Gitterstoffs, der größere Stärke in der
Webrichtung aufweist, an der Unterseite des flachliegenden Einsatzes,
wird ein flexibler, vor Ort ausgehärteter Einsatz von erhöhter potentieller
Längsstärke erhalten.
Dies erlaubt es, lange Einsatz-Längenstücke oder
Einsätze,
die wesentlich größer sind
als 8 Inch, die typischerweise für
Hauptleitungen und konventionelle Schmutzwasserleitungen verwendet
werden einzuziehen, ohne ungewünschte
Dehnung des Einsatzes zu erfahren. Der verstärkende Gitterstoff kann aus
jeglichen hochfesten, niedrig dehnenden Fasern, wie z.B. Glas, Polyester,
Polyethylen, "fibulated" Polypropylen, Nylon, Kohlenstoff,
Aramid und sogar Stahl, geformt sein. Der Gitterstoff kann gewebt
oder nicht-gewebt sein, ist aber vorzugsweise gewebt. Er kann aus
jeglichen kontinuierlichen, flexiblen, hochfesten und niedrig dehnenden
Fasern oder Filmen geformt sein, da sie den Tränkungsprozess und die Umfangsdehnung des
fertigen Einsatzes nicht beeinflussen. Die Leichtigkeit der Herstellung
erlaubt die kontinuierliche Zusammensetzung des längsverstärkten Einsatzes
aus einfachen Filzvorräten
auf eine kontinuierliche Weise mit dem offenbarten Gerät.
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Die
gemäß dem Verfahren
dargestellte Röhre,
die im Zusammenhang mit 3 beschrieben wurde, wird dann
leicht in einem oben offenen Harzturm getränkt und wird mit dem verstärkenden
Gitterstoff innerhalb einer undurchlässigen Umhüllung eingehüllt, wie
im Zusammenhang mit dem in 5 gezeigten
Gerät beschrieben
wurde. Die glatte äußere Oberfläche macht
den Einsatz bereit für
die Einzieh- und Aufblas-Installation.
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Man
wird wohl erkennen, dass die oben dargelegten Ziele, unter denen
diese, die aus der vorangehenden Beschreibung ersichtlich wurden,
wirksam erreicht wurden, und, da gewisse Änderungen bei der Durchführung des
obigen Verfahrens, im beschriebenen Produkt, und in der Konstruktion/den
Konstruktionen, die beschrieben wurden, gemacht werden können, ohne
vom Geist und Umfang der Erfindung abzuweichen, dass es beabsichtigt
ist, dass alles, was in der obigen Beschreibung enthalten ist, und
in der/den begleitenden Zeichnungen) enthalten ist, als illustrierend
und nicht auf eine beschränkende
Weise interpretiert werden soll.
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Es
sollte auch verstanden werden, dass es beabsichtigt ist, dass die
folgenden Ansprüche
alle generischen und spezifischen Merkmale der Erfindung, die hier
beschrieben wurden, abdecken sollen, und alle Darstellungen des
Umfangs der Erfindung, die in sprachlicher Hinsicht darunter fallen
könnten, abdecken
sollen.