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Einleitung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Auskleidungsmaterial für Rohrleitungen
beispielsweise für Wasser,
Gas oder andere Fluide, das eine Auskleidung davon in Form eines
starken inneren Rohrs bilden kann.
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Mehrere
Jahre lang wurde ein schlauchförmiges
Auskleidungsmaterial zum Zwecke der Instandsetzung und Verstärkung von
beschädigten oder überalterten
Rohrleitungen verwendet, die im Erdreich gebaut und verlegt worden
waren, da Rohrwechselarbeiten insbesondere bei unterirdischen Rohrleitungen
hohe Kosten und Schwierigkeiten mit sich brachten. Rohrauskleidungsverfahren,
die in einem frühen
Stadium entwickelt wurden wie beispielsweise diejenigen, die in
den
US-Patenten 3,132,062 und
3,494,813 offenbart werden,
waren ziemlich primitiv und hatten mehrere Nachteile bei tatsächlich ausgeführten Rohrwechselarbeiten.
Unter diesen Umständen
wurden verschiedene Verbesserungen bei Rohrauskleidungsverfahren
und den dabei verwendeten Auskleidungsmaterialien realisiert.
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Es
wurden mehrere bessere Auskleidungsverfahren vorgeschlagen, beispielsweise
in den
US-Patenten Nr. 4,368,091 ,
4,334,943 und
4,350,548 ; Nr.
4,427,480 und
4,334,943 wurden als ausgezeichnete
Verfahren für
das Auskleiden von Rohrleitungen angesehen. Gemäß diesen Verfahren wird ein
schlauchförmiges
Auskleidungsmaterial, bei dem ein Bindemittel auf die Innenfläche aufgetragen ist,
in Rohrleitungen eingeführt
und darin vorwärts bewegen gelassen,
während
es umgestülpt
wird (Evagination), wodurch das Auskleidungsmaterial mit dem Bindemittel
an die Innenfläche
der Rohrleitungen angeklebt wird.
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Normalerweise
ist ein Auskleidungsmaterial für
Rohrleitungen vorzugsweise an seiner Innenfläche mit einer luftdichten Hülle oder
Beschichtung versehen, um ihm wasserdichte und/oder luftundurchlässige Eigenschaften
zu verleihen.
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Es
wurden verschiedene Arten von schlauchförmigen Auskleidungsmaterialien
zum Neuauskleiden von Rohren oder Rohrleitungen verwendet. Die Auskleidungsmaterialien
bestehen üblicherweise
aus Filz und/oder Gewebe und/oder einem anderen porigen, flexiblen
oder geschäumten Material
und haben eine wasserdichte und/oder luftundurchlässige Hülle bzw.
Beschichtung.
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Die
Anwendung eines schlauchförmigen Auskleidungsmaterials
wird für
den Zweck der Verstärkung
von Rohrleitungen gewünscht,
die ein Hochdruckfluid fördern
wie beispielsweise eine Gasleitung (im realen Einsatz bis zu 64
kg/cm2 Betriebsdruck), eine städtische
Wasserrohrleitung (im realen Einsatz bis zu 18 kg/cm2 Betriebsdruck)
usw.
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Im
Falle einer städtischen
Wasserrohrleitung wird häufig
eine Rohrleitung von Stadtwasserqualität verwendet, die ursprünglich eine
Druckfestigkeit bis zu 30 kg/cm2 aufweist,
aber im Laufe der Zeit allmählich
altert, so dass ihre Druckfestigkeit letzten Endes auf wenige kg/cm2 sinkt. Außer der Druckfestigkeitseigenschaft
wird für
solche Rohrleitungen einschließlich
der städtischen
Wasserrohrleitungen eine hohe Beständigkeit gegen Rissbildung
oder Zerstörung der
Rohrleitung gewünscht,
die durch von außen
einwirkende Stöße, Lasten
oder sogar Erdbeben verursacht wird. Bei Rohrleitungen für Hochdruckfluide sind
Schäden
gravierend, die durch Zerstörung
von Rohrleitungen hervorgerufen werden. Daher muss ein für solche
Rohrleitungen benutztes schlauchförmiges Auskleidungsmaterial
die Funktion besitzen, dass es möglichst
nicht zerstört
wird und sogar dann als Ersatz für
Rohrleitungen dienen kann, wenn die Rohrleitungen altern oder brechen.
In ähnlicher
Weise sollte das schlauchförmige
Auskleidungsmaterial allein vorzugsweise die Funktion eines Durchflusskanals
für die
Hochdruckfluide aufrechterhalten können, selbst wenn die Rohrleitungen überaltert
und in beträchtlichem
Maße gerissen
bzw. zerstört
sind. In einem solchen Fall sollte das Auskleidungsmaterial allein
dem Druck des geförderten
Fluids standhalten; ferner ist die Anforderung an das Auskleidungsmaterial
insbesondere dann hoch, wenn der Durchmesser der Rohrleitungen groß ist. Wenn
die Rohrleitungen wegen einer starken äußeren Kraft gerissen oder abgebrochen
sind wie beispielsweise durch ein Erdbeben, könnte sich die schlauchförmige Auskleidung von
den beschädigten
Rohrleitungen ablösen,
ohne selbst zerstört
zu werden, damit die Funktion eines Durchflusskanals für das Hochdruckfluid
beibehalten wird.
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Der
hier verwendete Begriff „Strukturfestigkeit" bedeutet die spezifischen
mechanischen Eigenschaften des schlauchförmigen Auskleidungsmaterials.
Mit anderen Worten: der Begriff „Strukturfestigkeit" wird hier so verwendet,
dass er eine Kombination aus einer äußere Lasten absorbierenden
Eigenschaft und einer Eigenschaft der Innendruckfestigkeit bedeutet,
die bei Reißen
oder Abbrechen der Rohrleitungen nur mit dem schlauchförmigen Auskleidungsmaterial
die Funktion eines Durchflusskanals für ein Hochdruckfluid übernehmen.
Um einem schlauchförmigen
Auskleidungsmaterial Strukturfestigkeit zu verleihen, sollte es über eine
ausreichend hohe Reißfestigkeit
in Längs-
und Querrichtung verfügen
sowie derart beständig
sein, dass es nicht vor Einwirkung äußerer Kräfte und/oder zerstörender Scherkräfte, die
aus dem Bindungsverlust zwischen Rohrleitungen und Auskleidungsmaterial
resultieren, abgerissen wird. Falls die Rohrleitungen in weichem Erdreich
oder Schwemmland verlegt sind, kann die Rohrleitung bedingt durch
eine Einsenkung im Erdreich oder ein Erdbeben reißen oder
abbrechen. Selbst bei einem Riss oder Abbrechen der Rohrleitungen
kann das über
Strukturfestigkeit verfügende schlauchförmige Auskleidungsmaterial
durch Scherzerstörung
des verfestigten Bindemittels von den beschädigten Rohrleitungen abgetrennt
werden und weiterhin als Durchflusskanal für die Hochdruckfluide dienen.
Demzufolge ist die Strukturfestigkeit des Auskleidungsmaterials
eine der wichtigsten Eigenschaften, wo neben der Anforderung einer
(sehr) hohen Innenbetriebsdruckfestigkeit die sanierten Rohrleitungen
im Untergrund verlegt sind, wo auch äußere Lasten auftreten könnten und/oder
wo weiches Erdreich oder Schwemmland vorliegt und/oder in einer
Gegend, wo Erdbeben zu erwarten sind. Bei den schlauchförmigen Auskleidungsmaterialien
nach dem Stand der Technik wurde eine derartige Strukturfestigkeit
jedoch nicht in Betracht gezogen.
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Da
das schlauchförmige
Auskleidungsmaterial durch Evagination auf die Innenfläche der
Rohrleitungen aufgebracht wird, sollte es unbedingt flexibel sein
und keinen hohen Fluiddruck für
das Evaginationsverfahren erfordern. Das Evaginationsverfahren wird
normalerweise umso schwieriger, je größer die Dicke des schlauchförmigen Auskleidungsmaterials
wird. Demzufolge ist für
das gehärtete
schlauchförmige
Auskleidungsmaterial außer
der Strukturfestigkeit auch gute Flexibilität vor dem Aushärten notwendig.
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US 5,186,987 offenbart ein
Auskleidungsmaterial für
Rohrleitungen, das eine flexible schlauchförmige Folie, eine die Außenfläche der
schlauchförmigen
Folie abdeckende Bahn und eine abtrennbare zweite Folie, die die
Außenfläche der
Bahn abdeckt, umfasst. Die Bahn besteht aus einem Gewebe und einem
Vlies aus hochreißfesten
Fasern, die mit einem dickflüssigen,
wärmehärtbaren
Harz imprägniert sind,
um einen fasergewebeverstärkten
Verbundstoff zu bilden, der durch die hochreißfeste Bahn bedingt ist, die
eine ausreichende Länge
und eine Breite aufweist, die größer als
die innere Umfangslänge
einer zu behandelnden Rohrleitung ist. Beide seitlichen Endabschnitte
der hochreißfesten
Einzelbahn überlappen
einander verschiebbar und bilden einen Schlauch rings um die schlauchförmige Folie,
wobei die äußere Umfangslänge des
Schlauchs kürzer
als die innere Umfangslänge
der Rohrleitung ist.
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Wenn
das in die Rohrleitung eingeführte Auskleidungsmaterial
aufgeblasen wird, um es gleichmäßig in engen
Kontakt mit der Innenfläche
der Rohrleitung zu bringen, gleitet der überlappende Abschnitt der Auskleidung übereinander
und wird die Umfangslänge
des Auskleidungsmaterials derart ausgedehnt, dass das Auskleidungsmaterial
in engen Kontakt mit der Rohrleitung gelangt.
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Die
Ausdehnung der Umfangslänge
des Auskleidungsmaterials ist allerdings begrenzt und möglicherweise
ist ein ziemlich starker Druck erforderlich, um den Reibungswiderstand
des Auskleidungsmaterials im Überlappungsabschnitt
zu überwinden.
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WO91/14896 offenbart ein ähnliches schlauchförmiges Auskleidungsmaterial
wie das in
US 5,186,987 beschriebene
mit einer oder mehreren Lagen eines Harz absorbierenden Verstärkungsmaterials,
die sich an einer Stelle pro Lage überlappen. Beim Aufblasen des
Auskleidungsmaterials gleiten die Verstärkungslagen in ihren jeweiligen Überlappungsabschnitt,
damit sie sich ausdehnen können.
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DE 44 45 166 (siehe Oberbegriff
von Anspruch 1) beschreibt ebenfalls ein ähnliches schlauchförmiges Auskleidungsmaterial
wie das in
US 5,186,987 beschriebene
mit mehreren Lagen eines Harz absorbierenden Verstärkungsmaterials,
die sich an einer Stelle pro Lage überlappen. Die Überlappungsabschnitte
jeder Lage sind gegeneinander versetzt. Beim Aufblasen des Auskleidungsmaterials gleiten
die Verstärkungslagen
in ihren jeweiligen Überlappungsabschnitt,
damit sie sich ausdehnen können.
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Auch
DE 44 27 633 beschreibt
ein ähnliches schlauchförmiges Auskleidungsmaterial
mit mehreren Lagen eines Harz absorbierenden Verstärkungsmaterials,
die sich an einer Stelle pro Lage überlappen. Die Überlappungsabschnitte
jeder Lage sind gegeneinander versetzt. Das Auskleidungsmaterial
umfasst ferner zwei nicht-überlappende
Außenlagen aus
Verstärkungsmaterial,
die nur einen Teil des Umfangs des Auskleidungsmaterials abdecken.
Diese zwei Außenlagen
aus Verstärkungsmaterial
sind an bestimmten Stellen an die Umhüllung des schlauchförmigen Auskleidungsmaterials
angeklebt.
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Ziel der Erfindung
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Das
Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine neue Art von
Auskleidungsmaterial für Rohrleitungen
bereitzustellen, das gleichmäßig auf die
Innenfläche
der Rohrleitungen aufgebracht werden kann und eine starke Verbundstoffauskleidung bilden
kann.
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Allgemeine Beschreibung der
Erfindung
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Zur Überwindung
der oben genannten Probleme schlägt
die vorliegende Erfindung ein schlauchförmiges Auskleidungsmaterial
zur Verstärkung
von Rohrleitungen vor, das bei einem Rohrauskleidungsverfahren verwendbar
ist. Dieses schlauchförmige
Auskleidungsmaterial, das ein an seiner Innenfläche angeordnetes Bindemittel
aufweist, wird in eine Rohrleitung eingeführt und in der Rohrleitung vorwärts bewegt,
während
es unter Fluiddruck umgestülpt
wird, wodurch das schlauchförmige
Auskleidungsmaterial auf die Innenfläche der Rohrleitung aufgebracht
wird, wobei das Bindemittel zwischen die Rohrleitung und das schlauchförmige Auskleidungsmaterial
eingebracht wird. Das Material ist an seiner Innenseite mit einer
inneren verstärkenden schlauchförmigen Hülle versehen,
wobei die innere verstärkende
schlauchförmige
Hülle zwei
Bahnen aus hochfesten und hochmoduligen Fasern umfasst und wobei
die Lagen einander an zwei Stellen überlappen und wobei der Überlappungsabschnitt
in Längsrichtung
der inneren schlauchförmigen
Hülle verläuft.
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Das
vorgeschlagene schlauchförmige
Auskleidungsmaterial zur Verstärkung
von Rohrleitungen besitzt ein gutes Bindemittel-Absorptionsvermögen, bleibt
vor dem Härten äußerst flexibel
für eine
leichte Evagination und hat gute Eigenschaften für die Ausdehnung in Umfangsrichtung,
damit sie in das Altrohr passt.
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Das
Auskleidungsmaterial wird nach der Aushärtung des Bindemittels fest
und formstabil; ferner reicht seine Strukturfestigkeit und Druckfestigkeit aus,
um selbst die Funktion eines Durchflusskanals sogar dann beizubehalten,
wenn die Rohrleitungen oder deren Verbindungsteile reißen oder
abbrechen und wenn das schlauchförmige
Auskleidungsmaterial durch eine äußere Kraft,
die stärker
als die Bindungsfestigkeit des verwendeten Bindemittels ist, von
den Rohrleitungen oder deren Verbindungsteilen abgelöst wird.
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Ein
anderer Vorteil des erfindungsgemäßen Auskleidungsmaterials besteht
darin, dass seine Ausdehnung in Umfangsrichtung nur einen niedrigen Druck
erfordert, um die Anforderungen für das Gleiten beim Überlappen
zu überwinden.
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Die
Anwesenheit von zwei überlappten
Abschnitten steigert wesentlich das Ausdehnungsvermögen, da
die Ausdehnung an zwei separaten Stellen stattfinden kann, und ermöglicht eine
Konstuktion der schlauchförmigen
Auskleidung mit einer relativ geringen Anfangsgröße des Umfangs. Das Risiko
einer Faltenbildung während
des Neuauskleidens wird minimiert oder sogar vermieden.
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Da
die Überlappungen
sogar nach der Ausdehnung des Durchmessers quer über die zwei gegenüberliegenden
Kanten des abgeflachten schlauchförmigen Auskleidungsmaterials
verlaufen, bleiben darüber
hinaus die vorherigen Abflachfalten in den doppellagigen Überlappungszonen.
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Ein
Vorteil besteht darin, dass die quer über die beiden gegenüberliegenden
Kanten des abgeflachten schlauchförmigen Auskleidungsmaterials verlaufenden
zwei Überlappungen
es ermöglichen, dass
die Gesamtdicke, Flexibilität
und das Gewicht des Auskleidungsmaterials relativ niedrig bleibt
und außerdem
eine optimale homogene Festigkeit des Verbundmaterials nach dem
Imprägnieren
und Härten
erreicht wird. Dieses Merkmal führt
zu einer beträchtlichen
Einsparung von Harz und macht dieses Auskleidungsmaterial wettbewerbsfähiger und
leichter verarbeitbar.
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Dank
dieser doppellagigen Verstärkungszonen,
die die Abflachfalten abdecken, werden die negativen Auswirkungen
des physikalischen Faltens bei dem hochfesten/hochmoduligen Textilmaterial überwunden
und behält
die schlauchförmige
Auskleidung trotz des Faltens und der scherempfindlichen Verstärkungsfasern
bzw. -fäden
ihre Struktureigenschaften über
ihren gesamten Umfang in der Verbundstoffstruktur.
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Es
wurde nämlich
herausgefunden, dass Auskleidungsmaterialien wie beispielsweise
die in
US 5,186,987 offenbarten
mit nur einem einzigen Überlappungsabschnitt
keine sehr hohen Drücke aushalten,
selbst wenn beim Auskleidungsmaterial ein hochfestes/hochmoduliges
Gewebe verwendet wird.
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Überraschenderweise
besitzt das Auskleidungsmaterial mit zwei diametral gegenüberliegenden Überlappungsabschnitten
aus hochfestem und hochmoduligem Gewebe oder Vlies aber eine weitaus
höhere
Druckfestigkeit als ein vergleichbares Auskleidungsmaterial, das
nur einen Überlappungsabschnitt
hat.
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Diese überraschende
Wirkung scheint durch die Tatsache bedingt zu sein, dass das Auskleidungsmaterial
während
der Herstellung gefaltet und anschließend in abgeflachtem Zustand
gelagert und transportiert wird. Erst wenn das Auskleidungsmaterial
in die Rohrleitung eingeführt
und auf die Innenfläche
der Rohrleitung aufgebracht wird, nimmt es wieder seine runde Form
an. Es wurde herausgefunden, dass die hochzugfesten und hochmoduligen
Fasern, die in der inneren verstärkenden
schlauchförmigen Hülle verwendet
werden, dazu neigen, bei Abflachen des Auskleidungsmaterials zu
brechen. Die Tatsache, dass die innere verstärkende schlauchförmige Hülle zwei
Bahnen oder Matten aus hochzugfesten und hochmoduligen Fasern oder
Garnen umfasst, die einander in Längsrichtung an den Stellen überlappen,
wo das Auskleidungsmaterial gefaltet ist, erhöht die Anzahl der noch intakten
Fasern wesentlich und vergrößert deshalb
die Strukturfestigkeit und die Druckfestigkeit des ausgehärteten Auskleidungsmaterials.
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Es
wurde beispielsweise eine Berstfestigkeitsprüfung mit einer freien, 1,20
m langen und für DN
400 mm imprägnierten
und ausgehärteten
Auskleidung durchgeführt.
Diese Auskleidung wurde mit einem 6,25 mm dicken polyesterbeschichteten
Filz und einem flachen Verstärkungsgewebe
aus E-CR-Glas mit
1500 g/m2 (500 g/m2 in
Kettfaden und 1000 g/m2 in Schussfaden)
konstruiert, das so geformt war, dass es einen Kanal mit einer einzigen Überlappungszone
außerhalb
der seitlichen Faltkanten bildete. Der Kurzzeitberstdruck betrug
16 bar und ermöglichte
einen Dauerbetriebsdruck von +/–5,3
bar (Dauerfestigkeit = ½ Kurzzeitfestigkeit,
und Sicherheitsbeiwert = 1,5).
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Bei
der gleichen Auslegung, aber mit einem Glasmaterial-Kanal, der mit
zwei separaten Glasgewebelagen konstruiert war, die einander um
160 mm quer über
die Faltkantenbereiche überlappten,
betrug der Kurzzeitberstdruck 37,5 bar, was einen Dauerbetriebsdruck
von 12,5 bar ermöglichte.
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Die
zwei Bahnen aus Gewebe oder Vlies aus hochzugfestem und hochmoduligem
Material überlappen
einander vorzugsweise um jeweils mindestens 5 cm.
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Vorteilhafterweise – insbesondere
wenn „DN" größer als
320 mm ist – überlappen
die zwei Bahnen aus Gewebe oder Vlies aus hochzugfestem und hochmoduligem
Material einander jeweils um ungefähr 2 × 0,10 DN (Nennweite) bis ungefähr 2 × 0,30 DN
und am meisten bevorzugt jeweils um ungefähr 2 × 0,20 DN gemäß der Größe der Auskleidung im
Vergleich zum Durchmesser der Rohrleitung. Der Fachmann kann den
optimalen Wert der Überlappung
je nach dem Durchmesser der zu sanierenden Rohrleitung anhand von
deren zu erwartendem Betriebsdruck, der Art und Qualität der Bahnen
oder Matten sowie der erwarteten Ausdehnung der schlauchförmigen Auskleidung
während
der Durchführung
der Arbeiten ermitteln.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführung
umfasst das schlauchförmige
Auskleidungsmaterial ferner eine flexible schlauchförmige Hülle zwischen
der luftundurchlässigen
Außenlage
und der inneren verstärkenden
schlauchförmigen
Hülle;
oder eine flexible schlauchförmige
Hülle an
der inneren verstärkenden
schlauchförmigen
Hülle;
oder eine erste flexible schlauchförmige Hülle zwischen der luftundurchlässigen Außenlage
und der inneren verstärkenden
schlauchförmigen
Hülle und
eine zweite flexible schlauchförmige
Hülle an
der inneren verstärkenden
schlauchförmigen
Hülle.
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Diese
flexible schlauchförmige
Hülle umfasst vorzugsweise
eine relativ dehnbare Textilstruktur wie beispielsweise ein Faservlies
oder einen Faserfilz, eine gewirkte Lage oder ein elastisches Gewebe.
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Die
flexible(n) schlauchförmige(n)
Hülle(n) umfasst
bzw. umfassen insbesondere einen textilen nichtgewebten Filz, eine
Spinnmatte oder ein Spinnvlies, eine gewebte, geflochtene oder gewirkte
Textilstruktur oder eine flexible, porige und absorbierende Lage
wie beispielsweise einen offenzelligen Schaumstoff.
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Das
undurchlässige
Material der Außenlage umfasst
vorzugsweise ein elastomeres bzw. flexibles natürliches oder synthetisches
Material, das aus der Gruppe bestehend aus Natur- und Synthesekautschuken,
elastischen Polyesterpolymeren, Polyolefinpolymeren, Polyolefincopolymeren,
Polyurethanpolymeren oder einem Gemisch davon ausgewählt wird.
Diese Materialien sind vorzugsweise „lebensmittelzugelassene" Materialien.
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Die
Außenlage
ist je nach der vorgesehenen Verwendung des Auskleidungsmaterials
luftundurchlässig
und/oder wasserdicht.
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Normalerweise
hat die Außenlage
eine Dicke im Bereich von 0,2–2,0
mm und vorzugsweise 0,5–1,5
mm.
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Die
innere verstärkende
schlauchförmige Hülle und
die optionale(n) flexible(n) schlauchförmige(n) Hülle(n) sind vorzugsweise mit
einem Bindemittel imprägniert,
das nach dem Härten
bzw. Trocknen ein hartes Verbundmaterial bildet.
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Das
Bindemittel kann ein Harz oder einen Klebstoff umfassen, das bzw.
der aus der Gruppe bestehend aus einem warm härtenden oder kalt härtenden
Härtungsmaterial
wie beispielsweise Polyurethan, ungesättigtem Polyester, Vinylester,
Epoxid, Acrylstoffen, Isocyanat, Beton oder Wasserglas oder einem
Gemisch davon ausgewählt
wird.
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Das
Bindemittel bindet die überlappenden Kanten
der hochfesten und hochmoduligen Verstärkungsbahnen nach dem Härten oder
Trocknen.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführung
umfassen die zwei Bahnen aus hochzugfestem und hochmoduligem Material
eine gewebte, geflochtene oder gewirkte Struktur oder Matte oder
eine nichtgewebte Bahn, die aus Glas, Para-Amid, Carbon oder anderen hochmoduligen
Fasern oder Garnen besteht.
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Das
hochfeste und hochmodulige Material wird vorzugsweise so ausgewählt, dass
es in gewissem Maße
den Festigkeitsverlust behebt, der durch den Faltvorgang während des
Verfahrens zur Herstellung der schlauchförmigen Auskleidung bedingt ist. „E"- oder „E-CR"-Glasfasern und „E"- oder „E-CR"-Glasfilamente mit einem Einzelquerschnitt von
maximal 17 μm
sowie ein ausgewähltes
Schlichtmittel für
Epoxidharz-Verträglichkeit
sind für
diese Anwendung gut geeignet. Man könnte auch Fasern und Filamente
aus Para-Amid, die unter den Handelsnamen Kevlar®, Twaron® oder
Technora® verkauft
werden, oder Carbonfasern und -filamente verwenden.
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Andere
Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen detaillierter
aus der folgenden Beschreibung hervor.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die
vorliegende Erfindung ist anhand der folgenden Beschreibung in Verbindung
mit den begleitenden Zeichnungen besser verständlich. Es zeigen:
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1:
einen Querschnitt eines Struktur-Auskleidungsmaterials vor dem Umstülpen;
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2:
eine Querschnitt durch eine bevorzugte Ausführung eines Struktur-Auskleidungsmaterials
vor dem Umstülpen;
und
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3:
einen Querschnitt eines Struktur-Auskleidungsmaterials nach dem
Umstülpen.
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1 zeigt
einen Querschnitt eines Struktur-Auskleidungsmaterials vor dem Umstülpen, das eine
flexible Mehrlagenstruktur umfasst, die so hergestellt wird, dass
sie zum Neuauskleiden von Rohrleitungen verwendet werden kann. Dieses
Auskleidungsmaterial ist für
die Strukturverstärkung
einer Rohrleitung nach der Imprägnierung
mit einem härtbaren
Harz oder Bindemittel, der Evagination und der Aushärtung in
der zu sanierenden Rohrleitung ausgelegt.
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Die
Außenlage 1 besteht
aus einem luftundurchlässigen
Beschichtungsmaterial 1.a, das auf die Außenfläche eines
flexiblen, porigen und absorbierenden Substrats 1.b aufgebracht
ist. Das flexible, porige und absorbierende Substrat 1.b besteht üblicherweise
aus einer nichtgewebten Textilstruktur wie beispielsweise Filz,
Vlies, Spinnvlies oder Fasermatte mit durchgehenden Filamenten oder
Stapelfasern. In einigen Fällen
kann es auch eine gewebte, geflochtene oder gewirkte Struktur oder
irgendeine andere Art von flexiblem, porigem, absorbierendem Material
wie beispielsweise ein offenzelliger Schaumstoff sein. Wenn ein
Textilmaterial für
die porige, absorbierende Lage verwendet wird, werden synthetische
(künstliche)
Fasern oder Filamente wie Polyamid, Polyolefin, Acrylstoffe, Glas,
Reyon, Aramide oder am häufigsten
Polyester benutzt. In bestimmten Fällen kann man auch Naturfasern,
insbesondere pflanzlichen Ursprungs, wie beispielsweise Flachs, Hanf,
Jute, Kenaf oder Ramie benutzen. Die Struktur und Dicke der flexiblen,
porigen Lage 1 ist nach den spezifischen Anforderungen
im Hinblick auf internationale Normen wie ASTM F.1216 ausgelegt,
um die Strukturverstärkung
der ganzen Verbundstoffauskleidung in Bezug auf die mechanischen
Eigenschaften (E-Modul) des zum Imprägnieren verwendeten Harzes
oder Bindemittels zu gewährleisten.
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Beispiel:
Ein teilweise gealtertes Rohr mit DN = 500 mm mit einem Ovalitäs-Reduktionsfaktor
von 2%, das einer 1,5-m-Wassersäule
ausgesetzt wird – wobei
ein Erdreich-Verstärkungsfaktor
K = 7,0 und ein Sicherheitsbeiwert N = 1,5 berücksichtigt werden – und mit
einem Verbundstoff-Auskleidungsmaterial mit
einem Kurzzeit-E-Modul = 3500 Mpa saniert wird, benötigt eine
Lage von mindestens 5 mm.
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Das
flexible, porige und absorbierende Substrat 1 kann aus
einer einzigen Lage oder mehreren Lagen gleichen oder verschiedenen
Materials bestehen.
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In
diesem flexiblen, porigen und absorbierenden Substrat sind zwei
separate Bahnen aus hochfestem und hochmoduligem Textilmaterial 2 und 3 positioniert
und mit freien Überlappungen
an beiden Kanten gefaltet, um einen inneren Kanal zu bilden. Die
zwei Überlappungen
sind einander gegenüber
angeordnet, wobei eine doppelte Materiallage entlang der Länge des
Auskleidungsmaterials gebildet wird. Die Doppellagen sind so positioniert,
dass sie die abgeflachten Kanten der Auskleidung 4.a–a' und 4.b–b' abdecken.
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Die
zwei Bahnen aus hochfestem und hochmoduligem Textilmaterial 2 und 3 können aus
nichtgewebten oder gewebten, geflochtenen oder gewirkten Strukturen
bestehen, wobei Stapelfasern, durchgehende Filamente oder Fäden verwendet
werden. Es werden vorzugsweise Strukturen wie gewebte bzw. Ketten-
und Kuliergewirke eingesetzt, bei denen Längs- und Querfäden bzw.
-filamente in senkrechter Richtung zueinander verlaufen. Diese Anordnung
ermöglicht
die maximale verstärkende
Wirkung in Bezug auf die Innendruckfestigkeit des Struktur-Auskleidungsmaterials.
In der Praxis werden durchgehende, hochfeste und hochmodulige Multifilamentfäden bei
den Bahnen 2 und 3 verwendet, wobei die Kettenfäden in Längsrichtung
des Auskleidungsmaterials und die Schussfäden in Querrichtung dazu verlaufen.
Die Struktur der Bahnen 2 und 3 ist so ausgelegt,
dass ihre Zugfestigkeit in Querrichtung zweimal so hoch ist wie
in Längsrichtung.
Demnach wird der optimale Berstdruck für das fertige Struktur-Auskleidungsmaterial
angenommen.
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Die
Bahnen 2 und 3 bestehen aus einem hochfesten und
hochmoduligem Material wie beispielsweise Carbon, Para-Amid, Hochleistungs-Polyethylen (HPPE)
und aus wirtschaftlichen Gründen vorzugsweise
Glas.
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Wenn
Glas für
die Bahnen 2 und 3 benutzt wird, werden die chemisch
und mechanisch beständigsten
Sorten ausgewählt,
um die Dauerfestigkeit sicherzustellen und den Festigkeitsverlust
während des
Verfahrens zur Herstellung der Auskleidung und während der Lagerung zu minimieren.
In dieser Hinsicht werden vorzugsweise E-Glas oder bevorzugter E-CR-Glas
oder borfreie Sorten ausgewählt.
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Die
Bahnen 2 und 3 bestehen normalerweise aus dem
gleichen Faser- oder
Fadentyp, doch man kann auch unterschiedliche Materialien kombinieren.
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Die Überlappungsstellen
und -breiten an den Bahnen 2 und 3 sind normalerweise
auf beiden Seiten gleich, können
aber auch verschieden sein.
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2 zeigt
einen Querschnitt durch eine bevorzugte Ausführung eines Struktur-Auskleidungsmaterials
vor dem Umstülpen.
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Man
kann eine oder mehrere weitere schlauchförmige Lagen des flexiblen,
porigen und absorbierenden Materials 5 in den mit den Bahnen 2 und 3 gebildeten
Kanal einführen.
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Eine
oder mehrere solcher Lagen sind im Allgemeinen dem porigen, absorbierenden
Substrat 1.b ähnlich.
Es kann jedoch auch eine wasserdichte und/oder luftundurchlässige Lage
sein, die das warm härtende
Harz bzw. Bindemittel während
der Imprägnierung
im Altrohr vor Benässung
schützen
kann.
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3 zeigt
einen Querschnitt eines Struktur-Auskleidungsmaterials nach dem
Umstülpen.
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Die
Lage 1 ist nach dem Umstülpen zur Innenseite des Auskleidungsmaterials
gewendet, wobei ihre wasserdichte beschichtete Fläche 1.a in
Kontakt mit dem Fluid ist, das im sanierten Rohr zu fördern ist.
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Nach
dem Härten
des warm härtenden
Harzes oder Bindemittels trägt/tragen
die Schicht(en) 1.b wegen ihrer Konstruktionsdicke und
ihres Nenn-E-Moduls
wesentlich zur Strukturverstärkung des
Auskleidungsmaterials bei.
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Die
beiden Bahnen aus hochfestem und hochmoduligem Textilmaterial 2 und 3 liegen
nun rings um den Innenschlauch 1 und überlappen einander noch an
ihren Kanten, um die vorher gefalteten Zonen 4.a–a' und 4.b–b' zu verstärken. Es
ist das warm härtende
Harz bzw. Bindemittel, das nach dem Härten durch Dampf, Heißluft, heißes Wasser
oder UV-Licht die feste Verbindung zwischen den zwei Überlappungsbereichen übernimmt
und einen verstärkten,
druckbeständigen
Verbundstoffschlauch bildet.
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Die
ausgehärtete
Auskleidung kann dank der hochfesten und hochmoduligen Verstärkungsbahnen 2 und 3 dem
hohen Innendruck standhalten und ihre Größe und Form unter solchen Bedingungen
bewahren.
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Im
Gegensatz zu den vor Ort aushärtenden Auskleidungen
nach dem Stand der Technik ermöglicht
diese spezielle hochmodulige Konstruktion, dass das Auskleidungsmaterial
genau in die sanierte Rohrleitung passt und den Druck in der Verbundstoffauskleidung
selbst einschränkt.
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Dank
dieser speziellen Eigenschaften wird das strukturempfindliche und/oder
beschädigte
Altrohr nach einem derartigen strukturellen Neuauskleiden vor Druckkräften geschützt.
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Beim
Aufbringen des schlauchförmigen
Auskleidungsmaterials dieser Erfindung auf die Innenfläche von
Rohrleitungen nach irgendeinem geeigneten Rohrauskleidungsverfahren,
das beispielsweise im
US-Patent
Nr. 4,334,943 offenbart wird, wird das schlauchförmige Auskleidungsmaterial
an seiner Innenfläche
mit einer ausreichenden Menge des Bindemittels imprägniert,
das in der porigen, flexiblen Lage gehalten wird, wobei die integrierte
Klebeverbindung der verschiedenen Verstärkungsbahnen des schlauchförmigen Auskleidungsmaterials
sichergestellt wird und das schlauchförmige Auskleidungsmaterial
an die Innenfläche
der Rohrleitungen gebunden wird. Man kann verschiedene Bindemittelarten
wie beispielsweise ungesättigten
Polyester und Vinylester verwenden, doch diejenigen vom Epoxidtyp
werden bevorzugt. Falls als Bindemittel ein Epoxidtyp eingesetzt
wird, kann ein aromatisches oder aliphatisches Polyamin als Härtungsmittel
ausgewählt
werden.
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Die
Struktur des schlauchförmigen
Auskleidungsmaterials der vorliegenden Erfindung wird nun detaillierter
anhand eines spezifischen Beispiels im Hinblick auf ein schlauchförmiges Auskleidungsmaterial
für eine
Leitung beschrieben, die mit einem Betriebsdruck von 15 bar unter
einer 6-m- Wassersäule betrieben
wird und einen Nenndurchmesser von 400 mm aufweist:
Die luftundurchlässige schlauchförmige Hülle wird mit
einem 7 mm dicken flachen nichtgewebten Polyesterfilz von 1400 g/m2 hergestellt, der mit einer 1 mm dicken
luftundurchlässigen
Lage aus Polyethylen (LLDPE) beschichtet wird. Nachdem bei 1159
mm Breite geschnitten wurde, wird der beschichtete Filz geformt
und geklebt, um einen Schlauch zu bilden, in dem zwei 788 mm breite
Lagen Glasfasergewebe von jeweils 1500 g/m2 gefaltet
werden und einen inneren Schlauch bilden, wobei ihre zwei Kanten über die
gesamte Länge
bei einer Minimalbreite von 80 mm einander quer über die Falten der abgeflachten Auskleidung überlappen.
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Die
Glasfasergewebe bestehen aus zu 100% durchgehenden borfreien Multifilamentgarnen, die
mit einem abriebbeständigen,
epoxidverträglichen
Schlichtmittel behandelt werden.
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Das
Auskleidungsmaterial wird dann mit 10,35 kg/m2 eines
Epoxidharzes imprägniert,
das einen aliphatischen Polyaminhärter enthält.
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Nach
der Evagination in dem zu sanierenden Rohr mit Druckluft wird 5
Stunden lang bei einer Temperatur von 85 bis 90°C Dampf in Kontakt mit der inneren
beschichteten Fläche
der umgestülpten
Auskleidung zirkulieren gelassen. Nach vollständiger Aushärtung des Harzes wird der Luftdruck
bis zur Abkühlung
auf 30°C
aufrechterhalten. Die Auskleidung kann dann einem (Kurzzeit-)Berstdruck
von 38 bar und einer äußeren Last
standhalten, die 6 m Wasserspiegel entspricht.
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Da
offensichtlich zahlreiche sehr unterschiedliche Ausführungen
der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können, ohne von deren Gedanken
und Schutzbereich abzuweichen, ist die vorliegende Erfindung so
aufzufassen, dass sie nicht auf ihre spezifischen Ausführungen
beschränkt
ist, sofern sie nicht in den beigefügten Patentansprüchen definiert
sind.