Projekt 14863/01

Entwicklung eines miniaturisierten Rohrsanierungsgerätes für Hausanschlusskanäle bis 100 mm Durchmesser

Projektdurchführung

Kanaltechnik Geiger & Kunz GmbH und Co. KG
Enzenspergerweg 10
87561 Oberstdorf

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Das Kanalnetz der Bundesrepublik Deutschland weist zunehmend Schäden auf, die zu einer erheblichen Umweltgefährdung durch Exfiltration von Abwasser in das umgebende Erdreich führen. Herkömmliche Sanierungsverfahren in offener Bauweise sind aufgrund ihrer prinzipbedingten Nachteile (Stilllegung von Kanalabschnitten, Verkehrsbehinderungen, Sanierungsdauer) und der damit verbundenen Kosten für die öffentlichen und privaten Kanalnetzeigner meist nicht finanzierbar.
Auswege aus dieser Problematik bieten vor allem die in den letzten Jahren zunehmend zum Einsatz kommenden Inspektions- und Sanierungstechniken, basieren auf den in Kanalrohre einführbare Sanierungsrobotern und Reliningsystemen. Erheblicher Bedarf besteht für die Entwicklung von Sanierungssystemen für die von den Abwassersammelleitungen abzweigenden Hausanschlussleitungen. Diese weisen einen geringeren Durchmesser auf (< 200 mm), für die die bestehenden Systeme entweder anzupassen oder durch neuartige Konstruktionen zu ergänzen sind.
Die Firma Kanaltechnik Geiger & Kunz wollte innerhalb des Projektes ein Rohrinspektions- und Sanierungsgerät für Rohrleitungen des Hausanschlussbereichs mit Rohrdurchmesser von 100 - 200 mm für die Sanierung in geschlossener Bauweise entwickeln. Die Sanierung sollte hierbei die Lokalisierung der Schadstelle, die Beseitigung von Hindernissen verschiedenster Art und die Ausbesserung von Schadstellen durch Verspachtelung oder Verpressen sowie die Vor- und Nachbearbeitung bei Inlining-Sanierungen umfassen.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie Entwicklung des Rohrsanierungsgerätes war durch eine starke Miniaturisierung gegenüber bisheriger Geräte gekennzeichnet. Ein Schwerpunkt lag in der Integration von Mikrosystemtechnik-Bauteilen, sowohl in den Einzelkomponenten, als auch in das Gesamtsystem zum Erhalt einer hohen Funktionalität und zur Optimierung des gesamten Sanierungsprozesses. Die Entwicklung gliederte sich in die Arbeitsschritte: Konzeption, Auswahl, Ausarbeitung und Umsetzung. Am Ende sollte ein funktionsfähiges Labormuster zur Erprobung in einem Musterkanal zur Verfügung stehen.


Ergebnisse und Diskussion

Es wurde ein Kanalsanierungsroboter entwickelt, der als Satellit von einem großen Roboter im Hauptkanal in den Hausanschlusskanal mit minimal 100 mm Durchmesser abgesetzt werden kann und dort Fräsarbeiten verrichten soll. Zunächst wurden intensiv verschiedene Konzepte erarbeitet und bewertet und daraus die am besten geeigneten Komponenten ausgewählt. Auf Basis der daraus erstellten Fertigungszeichnungen wurde ein Prototyp gebaut, der zunächst ohne Anschluss an einen Hauptroboter in Betrieb genommen und getestet wurde. Der Roboter ist im Handbetrieb funktionsfähig und kann sich so-wohl mit Hilfe eines Schubrohres als auch selbstständig durch hydraulisch/pneumatischen Antrieb in einem Rohr bewegen.
Die Tests haben bewiesen, dass das System die Anforderungen erfüllt. Die Hauptschwierigkeit war die Überwindung des 90°-Bogens im 100 mm Rohr. Dazu müssen extrem kleine Komponenten mit hoher Leistungsdichte verwendet werden. Es konnte gezeigt werden, dass der Roboter den 90°-Bogen überwindet. Allerdings sind die Vorschubkräfte relativ groß, was sich auf den Verschleiß der Gummibeläge, die notwendigen Kräfte an den Hydraulikzylindern und die Reaktionskräfte am Hauptkanalroboter negativ auswirkt. Abhilfe schafft nur eine noch weitere Verkleinerung der Modulbaulängen. Dies ist mit Standardmotoren jedoch nicht möglich. Deshalb ist es erforderlich, zusammen mit Motorherstellern optimierte Antriebe zu entwickeln. Im Prototyp wird der Roboter mit dem Vorschubmodul nach vorne geschoben und zurückgezogen. Dieses Konzept hat den Nachteil, dass der Vorschub des Systems über mehrere Module hinweg auf den Fräser erfolgen muss und damit das Fräsergebnis negativ beeinflussen kann. Ein zweites, fräskopfnahes Vorschubsystem in Form eines hydraulischen Ringzylinders könnten diesen Nachteil beseitigen.
Eine Weiterentwicklung des Satellitenroboters auf der Basis des vorgestellten Prototyps zu einem Vorserienprodukt erscheint sehr sinnvoll. Dazu wären folgende Teilaufgaben zu bearbeiten:
- Ermittlung der Vorschub-/Reaktionskräfte auf den Hauptroboter durch die Vorschubbewegung und den Schlauchtransport, Abstimmung/Tests für den Anschluss eines 70 m-Kabelstranges, Konzept-studie zur Krümmungsanpassung der Schlauchabschnitte;
- Entwicklung neuer, optimierter Motoren für den Fräsantrieb und die Fräskopfbewegung mit Motorenherstellern, Steifigkeitsoptimierung der Schläuche, Auswahl besserer Schlauchschellen; Schlauchschutzsystem, Gummibalgoptimierung mit unterschiedlichen Härten, Gewebeeinlagen und Kunststoffeinlagen, Kamera und Beleuchtung (Infrarot), Geschwindigkeitsoptimierung der Pneumatik mit Schnellentlüftern und Ventilen, Auswahl geeigneter Hydraulikventile zur optimalen Positionierbarkeit, Geometrieoptimierung der Module für optimale Rohrgängigkeit;
- Entwicklung/Prototypenbau eines Ringzylinders für beidseitigen Vorschub, Einsatz und Programmierung einer SPS zur programmgesteuerten Vor-/Rückwärtsbewegung, kleine transportable Ölanlage.
Des Weiteren wurde die Idee verfolgt, z. B. Zylinder zu verwenden, die statt mit Öl mit Wasser arbeiten. Dies hätte große Vorteile bei möglichen Leckagen durch Schlauchbeschädigungen. Probleme bereiten dabei insbesondere die Dichtungen, die keine entsprechende Schmierung mehr erhalten. Daher wäre ein System ohne elektrische Komponenten nur aus einem wasserbetriebenen hydraulischen Fräsmotor und wasserbetriebenen Hydraulikzylindern zur Fräskopfverstellung wünschenswert. Dazu müssten ein spezieller Hydraulikmotor und geeignete Zylinder entwickelt werden.
Der Satellitenroboter kann prinzipiell in zwei Bereichen eingesetzt werden: im Handbetrieb, z. B. bei Zugang über Revisionsschächte und Dachrinnen, oder im Satellitenbetrieb durch den Hauptkanalroboter. Für den Satellitenbetrieb ist ein Adapter am Hauptkanalroboter notwendig, der den Roboter in die Hausanschlusskanäle einschiebt, diesen über das Schubrohr in geraden Rohrsegmenten schnell vorschieben kann und freigibt, wenn der Satellit sich selbst fortbewegt. Außerdem ist eine Kabeltrommel am Versor-gungsfahrzeug erforderlich, die den 70 Meter langen Kabelstrang synchron zur Roboterbewegung auf- bzw. abrollt. Zur Synchronisation der Kabeltrommel und des Hauptkanalroboters mit der Vorschubbewe-gung des Satelliten muss eine Regelung entwickelt werden.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Abschlussbericht; Präsentation der Projektergebnisse auf der ifat 2008 in München;
Kurzbericht auf der Homepage der Kanaltechnik Geiger & Kunz GmbH u. Co. KG


Fazit

Die Sanierung von Hausanschlusskanälen ist nach wie vor ein wichtiges Thema. Aktuelle Untersuchungen und die Erfahrungen der Firma Geiger & Kunz bestätigen, dass die Schadenshäufigkeit im Bereich der Hausanschlusskanäle auf privaten oder gewerblichen Grundstücken wesentlich höher ist wie bei den öffentlichen Abwasserkanälen. Daher ist die Weiterentwicklung der Kanal-/Rohrsanierung wichtig und ökologisch und ökonomisch sinnvoll. Mit dem Förderprojekt wurde dazu ein wichtiger Betrag geleistet. Die Tests mit dem Prototypen waren erfolgreich. Künftig müsste eine Weiterentwicklung bis zur Serienreife erfolgen.