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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtungen zum horizontalen
Einbringen von flexiblen Rohren in das Erdreich, insbesondere von
langen Rohren über
einen beengten Zugang zu einem Erdkanal von der Erdoberfläche aus.
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Rohre,
die im Erdreich verlegt werden sollen, müssen bestimmten statischen
Anforderungen genügen,
da die Rohre beim Verlegen und auch im Erdreich verschiedenen Belastungen,
insbesondere dem Kompressionsdruck des Erdreichs ausgesetzt sind.
Dies gilt für
in neu zu erstellenden Trassen zu verlegende Rohre ebenso wie für in bestehende
Altleitungen einzubringende Rohre. Die Anforderungen verlangen in
der Regel den Einsatz stabiler statisch belastbarer Materialien.
Hier kommen Rohrmaterialien wie Metalle, Steinzeuge, Beton, Gußeisen oder insbesondere
Stahl, aber auch stabile Kunststoffe wie PP (Polypropylen), PVC
(Polyvinylchorid) sowie vielfach (PE) Polyethylen zum Einsatz. Mit
dem Einsatz solcher Rohrmaterialien geht eine geringe Flexibilität der Rohre
einher, die insbesondere beim Verlegen der Rohre zum Tragen kommt.
Häufig
ist das Rohr von seiner Ausgangslage an der Erdoberfläche in eine
versetzt liegende horizontale bestehende oder zu erstellende Trasse
im Erdreich über
enge Kurvenbahnen einzubringen, wobei bestimmte Biegeradien, abhängig vom
Rohrmaterial, nicht überschritten
werden dürfen.
Solche Biegeradien sind z. B. in der DVGW, Arbeitsblatt GW 323 festgelegt.
Bei städtischen
Kanälen
mit ihren engen tiefen Mannlöchern
ist der Kurvenverlauf von der Erdoberfläche in die Trassenachse durch
besonders enge Kurven geprägt.
Mit den bekannten Verfahren und mit für solche Trassen geeigneten
Materialien ist ein Verlegen über
die Kurvenbahnen aufgrund des Überschreitens der
höchst
zulässigen
Biegeradien nicht möglich.
In der Praxis müssen
daher mit großem
Aufwand entsprechende Gruben ausgehoben werden, die entweder eine
Länge aufweisen,
die der des gesamten Rohres entspricht und ein Einlegen des Rohres
in die Achse der Rohrtrasse erlauben oder in Form schräger Einführungsgruben
vorgesehen sind, die den Biegeradius einhalten, damit die zulässige Dehnung des
Rohrmaterials nicht überschritten
wird. Aufgrund der Randbedingungen ist aber das Ausheben solcher Gruben
oftmals nicht möglich.
Bei entsprechend stabilem Rohrmaterial sind solche Kurvenbahnen
nicht (z. B. bei Stahl) oder nur unter extremer Materialbelastung
(z. B. bei Kunststoff) überwindbar.
In der Praxis werden daher entweder die Gruben so ausgestaltet,
daß entsprechend
lange Rohrabschnitte direkt in die Verlegeachse eingesetzt werden
können
oder, wenn die Grube für
eine Veränderung
nicht zur Verfügung
steht (wie dies z. B. bei Kanalschächten bzw. Mannlöchern der
Fall ist), die Rohrabschnitte entsprechend kurz ausgestaltet, so
dass das Rohr der Grube angepasst wird. In beiden Fällen wird
der zu verlegende Rohrabschnitt in die Verlegeachse eingelegt und
in ständiger
Wiederholung des Vorgangs mit dem bereits verlegten Rohrabschnitt
verbunden. In beiden Fällen
entsteht ein erheblicher Kostenaufwand.
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In
der Praxis werden in solchen Schächten hauptsächlich sogenannte
Kurzrohre eingesetzt, die geringfügig kürzer als der Schacht (z. B.
Mannloch) sind und so in der Tiefe des Schachts in der horizontalen
Lage zum Einbringen in den Kanal ausgerichtet und mit weiteren Rohrabschnitten
verbunden werden können.
Da das Einbringen von Kurzrohren zeit- und kostenaufwendig ist,
wurden verschiedenen Technologien entwickelt, um das Verbinden der
Rohrabschnitte zu erleichtern und den im Schacht vorhandenen Raum
optimal zu nutzen. Diese haben jedoch alle gemeinsam den Nachteil,
dass die kurzen Rohre einen sich ständig wiederholenden Verbindungsvorgang
verlangen und sich aufgrund der vielen Verbindungen auch die Gefahr
von Undichtigkeiten erhöht. So
wurden Verfahren entwickelt, die Rohrabschnitte mittels hydraulischer
Schub- oder Zuggeräte
miteinander zu verbinden. Um den Raum im Schacht zu nutzen, wurden
die Antriebseinheiten dazu in der Rohrtrasse bzw. in dem bereits
verlegten Rohr angeordnet.
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Bei
Kunststoffrohren ausreichender Festigkeit ist der minimale Biegeradius
vorgegeben. Dieser wird den praktischen Anforderungen für ein kontinuierliches
und daher kostengünstiges
Einziehen der Rohre, insbesondere in Schachtbauwerke, meist nicht
gerecht. Weiterhin wurden flexible Gewebestrukturen beispielsweise
aus Vlies oder Glasfasermaterialien entwickelt, die ohne Schwierigkeit
auch über
Kurvenbahnen eingebracht werden können. Diese können, wie
beispielsweise in der
DE
38 19 657 A1 beschrieben, mit Kunstharz getränkt sein
und werden je nach Material und Technologie durch Aufbringen von
Wasserdampf in ihre Endform gebracht und ausgehärtet. Alternativ ist zum Aushärten auch ein
UV-Bestrahlung in der Trasse bekannt geworden (
DE 44 45 605 A1 ).
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Anfang
der achtziger Jahre wurden Rohre entwickelt, die bei der Herstellung
gefaltet und in gefalteter Form auf Haspeln vertrieben und entsprechend
in den Kanal eingebracht werden konnten. Dies, um zu erreichen,
dass der Kanal vollständig ausgekleidet
wird. Problematisch war dabei das Halten der Rohre in der gefalteten
Form bzw. das Zurückbringen
der Rohre in ihre ursprüngliche
Form. In der schwedischen Auslegeschrift 368 435 ist ein Verfahren
beschrieben, bei dem das Rohr in gefaltetem Zustand mittels Drähten oder
Bändern
zusammengehalten wird, die nach dem Einziehen des Rohres entfernt
wurden. Die Schwierigkeiten im Zusammenhang mit dem Anbringen und
Lösen der
Drähte
oder Bänder
wurden überwunden,
indem ein zunächst
zylindrisch extrudiertes und dann gefaltet auf eine Haspel aufgerolltes
Rohr verwendet wurde, welches durch Erhitzen nach dem Einziehen
dann wieder in seine ursprüngliche
Form zurückgebracht
wurde (
DE 35 19 439
A1 ). Dieses Verfahren wird bis zum heutigen Tage eingesetzt.
Die Rohre sind meist als Trommelware erhältlich und mit verschiedenen
Kunststoffen weiterentwickelt worden. Bei Hauptleitungen von beispielsweise
200 mm Durchmesser lassen sich bei bestimmten Materialien Biegeradien
von 900 mm erreichen. Die entsprechenden Normen und Richtlinien zum
Verlegen solcher Rohre sind im DVGW Arbeitsblatt GW 320 II – ”Rehabilitation
von Gas- und Wasserrohrleitungen mit PE-HD Verfahren durch Reliningverfahren
ohne Ringraum; Anforderungen, Gütesicherung
und Prüfung” sowie
die CEN TC 155 WI 209 – ”Kunststoffrohrleitungssysteme
für die
Renovierung von erdverlegten drucklosen Entwässerungsnetzen (Freispiegelleitungen)”, Teil
1. Allgemeines sowie Teil 3. Close-Fit-Lining niedergelegt.
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Aus
der
EP 0 341 941 A1 ist
ein Verfahren zum Einbringen von PE-Rohren in das Erdreich bekannt,
bei dem das Rohr vor dem Einziehen gestreckt und dadurch in seinem
Durchmesser verkleinert wird, um ein Einziehen von Rohren mit einem
Enddurchmesser zu erlauben, der nahezu gleich dem Durchmesser des
Altrohres ist und dadurch ein möglichst vollständiges Ausfüllen des
Altrohres zu ermöglichen.
Das gestreckte Rohr wird dabei in die Trasse eingezogen und nach
dem Einziehen entspannt, wodurch sich der kreisrunde Querschnitt
wieder vergrößert. Auch
dieses Verfahren ist in seiner Kurvengängigkeit beschränkt. Die
Rohre werden außerdem
lediglich in ihren Durchmesser verkleinert, um in das Altrohr geringfügig größere Altrohr
hineinzupassen.
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Aus
der
EP 0 568 627 B1 ist
ein Verfahren zum Auskleiden eines im Erdreich verlegten Rohrs mit
einem Liner bekannt, bei dem der Liner, dessen Außendurchmesser
im Ausgangszustand den Innendurchmesser des im Erdreich verlegten
Rohrs überragt,
zunächst
durch eine Reduziervorrichtung geführt wird, in der der Außendurchmesser
des Liners mit Hilfe mehrerer Reduzierrollensätze verringert wird. Daraufhin
wird der in seinem Außendurchmesser
reduzierte Liner durch eine Deformationsvorrichtung geführt, in
der dieser mittels Deformationsrollen in eine elliptische Form verformt
wird. Die elliptische Form des so deformierten Liners ermöglicht,
diesen durch zwei Rollenführungen
zu führen,
um den Liner von der Erdoberfläche über eine
Arbeitsgrube in eine zu dem im Erdreich verlegten Rohr koaxiale
Lage zu bringen. Vor dem Eintritt in das Rohr wird der Liner dann
mittels einer Rückverformungseinrichtung
in die kreisrunde Form zurückverformt
und dann in das im Erdreich verlegte Rohr eingezogen. Diese Rückverformungseinrichtung
umfasst zwei Rückverformungsrollen,
die gegenüber
den Rollen der Deformationsvorrichtung um 90° verdreht angeordnet sind.
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Auch
in der
GB 2 227 543
A ist ein Verfahren offenbart, bei dem ein im Querschnitt
kreisförmiges Rohr
in eine abgeflachte Form verformt und, nachdem dieses durch eine
Zwangsführung
geführt
wurde, wieder mittels einer Rückstellvorrichtung
in den kreisförmigen
Querschnitt zurückverformt
wird. Auch bei diesem Verfahren wird die Zurückstellung des Rohrs mittels
Rollen erreicht.
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Der
Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, mindestens einen der
Nachteile bekannter Systeme zum Einbringen von flexiblen Rohren
in das Erdreich zu vermeiden.
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Das
Problem wird gelöst
durch ein Verfahren und eine Vorrichtung gemäß den unabhängigen Ansprüchen. Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Der
Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, im wesentlichen zylindrische
Langrohre auf einer kurvenförmigen
Bahn von der Erdoberfläche
in das Erdreich einzubringen und den für das zylindrische Langrohr
unüberwindbaren
Kurvenverlauf dadurch zu überwinden,
dass das Rohr beim Einbringen in das Erdreich in eine Form gebracht
wird (Deformation), bei der die auf die Rohrwandung wirkenden Kräfte gegenüber den
bei kreisrundem Rohrquerschnitt wirkenden Kräften verringert sind. So wird
ein für
die Kurvenführung
vorteilhafter Rohrquerschnitt bei Bedarf geschaffen, ohne dass es
der Bevorratung gefalteter Rohre bedarf. Das Deformieren kann mit
Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung
erfolgen, die z. B. die bekannte Faltung des Rohres herbeiführen kann.
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Der
für die
Kurvenführung
vorteilhafte Rohrquerschnitt erleichtert das Biegen des Rohres,
wie es in dem Kurvenabschnitt stattfindet, indem die Stauchung und
Streckung der Rohrwandung verringert wird. Dem liegt die Tatsache
zugrunde, dass die Stauchung und Streckung der Rohrwandung mit zunehmendem
Abstand von der Rotationsachse zunimmt, da die Differenz der Kreisradien
des Außenkreises
zu dem Innenkreis der Rohrwandung in der Kurvenbahn größer wird.
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Das
Zustückstellen
des Rohres erfolgt erfindungsgemäß über einen
konischen Ring. Dadurch kann das Rohr bereits unmittelbar nach seinem
Eintreten in das Erdreich wieder in seine ursprüngliche Form zurückgebracht
werden.
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Erfindungsgemäß ist unter ”Rohr” insbesondere
ein Längkörper zu
verstehen, der einen Hohlraum und eine Wandung beliebigen Materials
aufweist.
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Unter ”Deformation” oder ”deformiertem Querschnitt” ist jeder
Querschnitt zu verstehen, der in Bezug auf die ursprüngliche
Form verändert
ist (deformieren). Unter oval- bis
U-förmigem
Querschnitt ist ein Querschnitt zu verstehen, der von oval über flach
bis hin zu U-förmig
ausgebildet sein kann.
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Unter ”Kurvenabschnitte” ist mindestens
ein Abschnitt auf dem Weg von der Erdoberfläche in die endgültige Verlegeposition
zu verstehen, der von der Geraden abweicht.
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Die
vorliegende Erfindung erlaubt es, sowohl ein Vorhalten der bekannten
gefalteten Rohre (häufig als
U-liner bezeichnet) als auch ein Zusammensetzen von Rohrabschnitten
in der Grube oder in dem Schacht zu vermeiden und kontinuierlich
lange Rohre zylindrischen Querschnitts in das Erdreich auch dann
einzuziehen, wenn beengte Raumverhältnisse gegeben sind. Das verlegte
Rohr ist gleichförmig
und weist daher keine Schwachstellen oder Undichtigkeiten im Vergleich
zu den einzeln zusammengefügten Kurzrohrabschnitten
mit den entsprechend zahlreichen Übergängen auf.
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Das
Rohr kann mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung auf der Baustelle,
z. B. unmittelbar vor dem Eintreten in die Kurvenbahn deformiert
werden und stellt sich dann, vorzugsweise beim Eintreten in den
Kanal, wieder in seine ursprüngliche
Form zurück.
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Unter ”Zurückstellen” des Rohres
ist derjenige Vorgang zu verstehen, der das Rohr weitgehend in seine
ursprüngliche
Form zurückbringt.
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Bevorzugt
kommen Rohre mit Memory-Effekt zum Einsatz, die sich nach dem Verlassen
der Zwangsführung
selbstständig
zurückstellen.
So kann das Rohr kurz vor oder bei seinem Eintreten in die Trasse
dann wieder einen kreisförmigen
Querschnitt aufweisen. Bevorzugtes Rohrmaterial ist Polyethylen (PE).
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Vorzugsweise
wird die Erfindung mit Hilfe einer erfindungsgemäßen Vorrichtung (Zwangsführung) verwirklicht,
die so ausgebildet sein kann, dass ein Rohr mit zuvor kreisrundem
Querschnitt beim Einlaufen in die Zwangsführung aus seiner Form gebracht
wird (Deformation). Dabei kann auf einer kurzen Strecke eine Form
erzeugt werden, die zu einer starken Verringerung der Materialbelastung
in der Kurvenbahn führt.
Das Rohr kann beispielsweise in einen oval- bis U-förmigen Querschnitt
gebracht werden, bei dem in der Kurvenbahn nur eine geringe Stauchung
des inneren Rohrwandungsabschnitts und eine geringe Dehnung des äußeren Rohrwandungsabschnitts
auftritt. Grundsätzlich
ist eine Deformation bevorzugt, bei der die von der Rotationsachse entfernten
Rohrwandungsabschnitte angenähert sind.
Dies kann durch eine ovale oder zunehmend flachen Ausgestaltung
bis hin zu einer überstreckten, d.
h. U-förmigen Ausgestaltung
des Querschnitts erreicht werden
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Die
Zwangsführung
kann Rollen für
die Deformation des Rohres aufweisen, um den Reibungswiderstand
zu verringern. Unabhängig
davon kann die Zwangsführung
als Führungsrohr
ausgebildet sein.
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Zur
Unterstützung
der Deformation und/oder des Zurückstellens
kann die Temperatur des Rohrmaterials erhöht werden, z. B. indem von
innen und/oder außen
Warmluft oder Strahlung zugeführt wird.
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Alternativ
oder zusätzlich
kann das Rohr durch Unterdruck deformiert oder der Deformationsvorgang
der Zwangsführung
durch Unterdruck unterstützt
werden. Hierzu kann das ansonsten verschlossene Rohr mit einer Vakuumpumpe
verbunden werden. Nach dem Einbringen des Rohres in das Erdreich
kann das Rohr belüftet
werden, so dass es sich in seine ursprüngliche Form zurückbewegt.
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Das
Zurückstellen
des Rohres in seine Ursprungsform kann auch durch Aufbringen von
Druckmedium, wie z. B. Druckluft oder mit mechanischen Mitteln erreicht
bzw. unterstützt
werden.
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Die
Zwangsführung
lässt sich
ohne besonderen konstruktiven Aufwand herstellen und für beliebige
Baustellensituationen und Kurvenverläufe problemlos einsetzen. Der
Transport der Zwangsführung zur
Baustelle ist bei kompakter Bauweise ohne besonderen Aufwand möglich. Die
Zwangsführung kann
auch als modulares System ausgestaltet sein. Dabei kann sowohl die
Zwangsführung
mit als auch die Zwangsführung
ohne Rollen aus zwei Einzelmodulen bestehen, die über entsprechende
Schienen gegeneinander oder anderweitig fixiert werden, um einen
definierten Kurvenverlauf bei Erhalt der Deformation des Rohres
zu gewährleisten.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand eines in der Zeichnung des näheren erläuterten
Ausführungsbeispiels
dargestellt.
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In
der Zeichnung zeigen:
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1a/b
eine schematische Darstellung einer Zwangsführung mit einem darin befindlichen
deformierten Rohr in einer Kurvenbahn;
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2 eine
erfindungsgemäße Zwangsführung und
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3 eine
Zwangsführung
mit Rollen zur Deformation und zum Zurückstellen der Rohrform.
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Die 1a und 1b zeigen
die Anordnung unterschiedlicher Zwangsführungen im Erdreich, wobei
die Rückverformung
des Rohrs nicht erfindungsgemäß mittels
eines konischen Rings erfolgt.
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Ein
Kanalschacht 1 weist eine oberflächenseitige vertikale Kanalöffnung 2 (typischerweise durch
einen Kanaldeckel verschlossen) und kanalseitige horizontale Öffnungen 3 auf.
Die kanalseitigen Öffnungen
stellen jeweils Rohrenden des Altrohres dar und definieren die Achse
(A), in die ein Neurohr 4 eingebracht werden soll.
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Das
Neurohr 4 befindet sich zunächst erdoberflächenseitig
außerhalb
des Schachts 1. Um das Rohr 4 über die Kanalöffnung 2 durch
den Schacht 1 in die Achse der Kanalöffnungen 3 zu bringen,
muss das Rohr mit zweimaliger Richtungsänderung über eine Kurvenbahn bewegt
werden. Beim Einbringen des Rohres 4 in den Kanal über den
Schacht 1 ergeben sich somit zwei 90°-Kurven (I, II).
In 1b ist eine alternative Ausführungsform dargestellt, bei
der das Rohr 4 vertikal in den Schacht 1 eingebracht wird,
so daß lediglich
eine 90°-Kurve
am Schachtboden zu überwinden
ist.
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Die
jeweiligen Kurven werden von dem Rohr mit Hilfe einer Zwangsführung 5 überwunden,
indem das Rohr vor dem Eintreten in den Kurvenbereich deformiert
wird und so den Kurvenbereich unter verminderter Materialbelastung
durchlaufen kann. Beim oder nach dem Eintreten in die Kanalachse
A nimmt das Rohr 4 aufgrund seiner Materialbeschaffenheit (Memory-Effekt)
seine ursprüngliche
Form mit zylindrischem Querschnitt im Wesentlichen wieder an, wobei
der Rohraußendurchmesser
kleiner als der Innendurchmesser des Kanals ist.
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In 2 ist
eine erfindungsgemäße Ausführungsform
dargestellt, bei der die Kurvenführung
und Deformation in den Kurven I und II durch einen
Führungsschlitz
ausbildende Führungsschienen 7, 9 erreicht
wird, die das Rohr 4 an dessen äußeren und inneren Radius komprimieren,
so dass sich die Rohrwandungsabschnitte annähern. Dadurch werden die Radien
der Rohrwandungsabschnitte in der Kurvenbahn angeglichen.
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Bei
der in 3 dargestellten Zwangsführung kommen Rollen 11 bis 13 für die Deformation und
das Zurückstellen
des Rohres 4 zur Verwendung. Auch dort ist keine erfindungsgemäße Rückverformung
des Rohrs mittels eines konischen Rings vorgesehen.
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Beim
Einlaufen des Rohres 4 in den ersten Kurvenbereich I des
Schachtes 1 wird das Rohr mit Hilfe der Rollen 11 zunächst zusammengedrückt (deformiert).
Die Rollen 12a und 12b stellen sicher, dass das
Rohr 4 den Kurvenbereich definiert durchläuft und
dabei seine deformierte Form behält.
Die Rollen bewirken des Weiteren eine Herabsetzung der Reibungsbeiwerte
beim Durchlaufen der Zwangsführung 5 und
eine weitere Verringerung der Materialbelastung. Im Ausgangsbereich
der Zwangsführung 5 und nach
der zweiten Kurve II bewirken Rollen 13 oder – erfindungsgemäß – ein konischer Ring 14 (2), dass
sich das Rohr 4 wieder in seine ursprüngliche Form zurückstellt
oder das materialbedingte Zurückstellen
unterstützt
wird.