Zustandserfassung privater Leitungen – technische Umsetzung, Teil 3

Private Abwasserleitungen betreffen auch öffentliche Kanalnetzbetreiber: Akute Probleme wie starke Fremdwasserzuflüsse aus Hausanschlüssen sowie knappe gesetzliche Fristen machen Privatleitungen zur öffentlichen Angelegenheit. Große Unsicherheiten herrschen bei vielen Betroffenen: Wie orten, wie inspizieren und wie Dichtheit prüfen? Lesen Sie im Teil 3 der IKT-eNewsletter - Reihe „Grundstücksentwässerung“ mehr zu den Fragen, welche Verfahren Sie bei der Reinigung und der Ortung einsetzen können und wo die Grenzen der Verfahren liegen...

Auf dem IKT-Erfahrungsaustausch Grundstücksentwässerung 2003 werden alle Ergebnisse der IKT-Untersuchungen präsentiert. Hersteller und Dienstleister zeigen in praktischen Vorführungen von Inspektion, Sanierung, Dichtheitsprüfung und Ortung von Leitungen ihre neuesten Angebote. Programm und Anmeldung hier:

https://www.ikt.de/gew2003/gew.html

Im April diesen Jahres wurden Ihnen im ersten Teil der IKT-Newsletterreihe „Grundstücksentwässerung“ die umfangreichen Praxisuntersuchungen des IKT und die sich daraus ergebenden Kernergebnisse dargestellt.

Im zweiten Teil der Serie (Mai 2003) wurde es dann konkret: Hier wurden Fragen zu den zugelassenen Prüfverfahren und zu den einzuhaltenden Prüfintervallen im Detail beantwortet. Zusätzlich wurden die Besonderheiten der privaten Abwassernetze dargestellt und 5 Netztypen definiert, die dabei helfen können, das private Abwassernetz zu untersuchen.

Im dritten Teil der Serie geht es nun um die folgenden Fragestellungen:

• Welche Verfahren sind einsetzbar bei Reinigung und Ortung ?

• Was können die Verfahren, wo liegen die Einsatzgrenzen, wo gibt es Probleme ?

• Wie kann das Problem der Vorflutsicherung gelöst werden ?
   

Welche Verfahren sind einsetzbar bei Reinigung und Ortung ?

Reinigung

Bei der Reinigung der privaten Leitungen kommt vor allem die Hochdruckreinigung mit Reinigungsdüsen sowie die mechanische Reinigung mittels Spiralmaschinen mit Kettenaufsatz zum Einsatz. Fräsroboter werden bei der bloßen Entfernung von Ablagerungen, bei Verstopfungen oder vor Dichtheitsprüfungen i.d.R. nicht eingesetzt, sie können die meisten Leitungsbereiche auch nicht erreichen.

Bild 1: Hochdruckreinigung

Bild 2: Spiralmaschine mit Kettenaufsatz

Ortung

Mit einigen der näher betrachteten Ortungs- bzw. Detektionsverfahren konnten im Rahmen der Untersuchungen keine aussagekräftigen Ergebnisse für den vorliegenden Anwendungsfall erzielt werden. Hierzu gehören das Bodenradar, die Thermographie, die akustische Ortung, die Geoelektrik und die Gasdetektion.

Durch den Einsatz von Benebelungsmaschinen, Tracern (Färbeflüssigkeiten) und der elektromagnetischen Ortung waren Aussagen zur Leitungs- und Anschlusslage grundsätzlich möglich.

Bild 3: Einsatz eines Tracers

Bild 4: Einsatz der elektromagnetischen Ortung

Bild 5: Einsatz eines Benebelungsgerätes

Was können die Verfahren, wo liegen die Einsatzgrenzen ?

Die Einsatzgrenzen und die verfahrensspezifischen Probleme der zur Verfügung stehenden Verfahren werden anhand der im Mai dargestellten Netztypen erläutert:

Reinigung

·        Hochdruckreinigung

Die Hauptleitungsstrecken der Netztypen HAL, A und B lassen sich i.d.R. gut mittels Wasserhochdruck reinigen.

Eine Reinigung der seitlichen Abzweige dieser Teilnetze sowie der Netztypen C und D läßt sich nur durchführen, wenn das Personal entsprechend geschult ist und ein Zugang an den Endpunkten der Abzweige geschaffen werden kann. Die Gefahr eines Rückstaus des Wassers ist allerdings groß, daher ist in der Regel eine Reinigung der seitlichen Abzweige sowie der Netztypen C und D mit Wasserhochdruck nicht zu empfehlen.

·        Spiralmaschine

Spiralmaschinen mit Kettenaufsatz können bei starken Verschmutzungen in den Hauptleitungsstrecken der Netztypen HAL, A und B eingesetzt werden.

In der Regel ist eine Reinigung der seitlichen Abzweige sowie der Netztypen C und D mit Spiralmaschinen möglich, wenn Zugänglichkeiten an den Endpunkten der Abzweige geschaffen werden können. Sind an den Endpunkten der Leitungen nur Zugänge über sehr kleine Rohrdurchmesser (z.B. DN 50 bei Waschbecken) gegeben, ist eine Reinigung des Netzes nicht sehr effektiv, da kein Reinigungsaufsatz auf die Spiralmaschine aufgesetzt werden kann.

Ortung

Benebelung

• Einsetzbarkeit

Eine Benebelung des Gesamtnetzes zum Auffinden von Fehlanschlüssen ist ohne viel Aufwand durchführbar. Eine Einzeluntersuchung der Netztypen C und D ist wegen der schlechten Zugänglichkeit allerdings nicht möglich.

• Vorarbeiten Dichtheitsprüfung / Sanierungsplanung

Findet sich ohne planmäßige Zuflüsse ein Wasserzustrom in der Hausanschlussleitung, kann mittels Benebelung schnell festgestellt werden, ob dieser durch einen Fehlanschluss verursacht wird.

Als Vorbereitung für eine Sanierungsplanung ist eine Benebelung stets sinnvoll, um sämtliche Anschlüsse, also auch Fehlanschlüsse, zu erkennen.

Tracer

• Einsetzbarkeit

Tracer eignen sich zum Zuordnen von Abzweigen zu Entwässerungsgegenständen in allen Netztypen.

• Vorarbeiten Dichtheitsprüfung / Sanierungsplanung

Tracer sind ein gutes Hilfsmittel, um Netzstrukturen zu klären. Ein Einsatz scheint damit sowohl zur Vorbereitung einer Dichtheitsprüfung als auch im Rahmen einer Sanierungsplanung sinnvoll.

Elektromagnetische Ortung

• Einsetzbarkeit

Die Sondenköpfe können in die Hauptleitungsstrecken der Netztypen HAL, A und B gut eingebracht werden.

Eine Ortung der seitlichen Abzweige sowie der Netztypen C und D ist nur möglich, wenn ausreichend große Zugänglichkeiten an den Endpunkten der Abzweige geschaffen werden können, um die Sonde von dort in die Leitung einzubringen. Sind zahlreiche Bögen in den Leitungen dieser Teilnetze vorhanden, kann die Sonde meist nicht durch die gesamte Leitung geschoben werden.

• Vorarbeiten Dichtheitsprüfung / Sanierungsplanung

Die Kenntnis des Leitungsverlaufes und der Lage von Abzweigen ist speziell für die Sanierungsplanung (und Ausführung) notwendig. Zur Durchführung der Dichtheitsprüfung genügt es i.d.R. die Lage der Abzweige aufzunehmen. Zusätzlich kann eine Ortung die Orientierung innerhalb des Entwässerungsnetzes erleichtern.

Wodurch ergeben sich Probleme ?

Reinigung

Die für eine Zustandserfassung notwendigen Reinigungen sind i.d.R. intensiver als für die Aufrechterhaltung der Funktionsfähigkeit der Leitungen erforderlich wäre. Speziell der Einsatz einer Spiralmaschine sollte kritisch gesehen werden. Durch die Schlagwirkung der Spirale bzw. der Ketten ist es denkbar, dass Schäden und somit Undichtigkeiten an zuvor intakten Leitungen durch die Reinigung verursacht oder bestehende Schäden vergrößert werden. Manche Teilbereiche sind unter Umständen gar nicht zu reinigen. Grundsätzlich ist von stärkeren Fettablagerungen in den Leitungen als im öffentlichen Kanal zu rechnen (siehe Bild 7). Selbst bei der Anwendung von Hochdruckdüsen sind dann mehrere Reinigungsdurchgänge notwendig. Unter Umständen kann trotzdem ein leichter Film auf der Leitungsinnenwandung zurückbleiben, der den Einsatz von Fahrwagenkameras (Umkippen des Fahrwagens) oder die Haftung von Materialien (z.B. bei Linersanierungen) erschwert.

Bild 7: Fettablagerungen verunreinigte häusliche Abwasserleitung

Ortung

Mit der elektromagnetischen Ortung unter Einsatz eines Sondenkopfes steht ein Verfahren zur Verfügung, das geschultem Personal ermöglicht, die Topologie (Lage, Tiefenlage und Richtung der Leitung ) vieler Bereiche des Grundstücksentwässerungsnetzes aufzunehmen.

In der Regel ist nur bei Netztyp D eine sichere Ortung der Leitungsverläufe nicht möglich, wenn die Leitungen zu eng beieinander liegen, so dass bereits geringe Ortungsfehler zu einem falschen Ergebnis führen. Meist sind zahlreiche markante Punkte wie z.B. Leitungsverzweigungen aufzunehmen, so dass die Wirtschaftlichkeit fraglich ist.

Für alle Leitungsbereiche gilt: Finden sich elektromagnetische Felder im Leitungsbereich, so können diese störend wirken. Insbesondere Stromleitungen verhindern die zuverlässige Ortung gänzlich. Derzeit findet sich auf dem Markt kein Verfahren, das unter diesen Randbedingungen unter vertretbarem Aufwand eine Aufnahme der Topologie des Netzes erlaubt.

Bild 8: Störung der elektromagnetischen Ortung durch Stromleitungen

Wie kann das Problem der Vorflutsicherung gelöst werden ?

Bei der optischen Inspektion und bei Dichtheitsprüfungen an Mehrfamilienhäusern, in Betrieb befindlichen öffentlichen Gebäuden sowie bei Regenereignissen (bei Entwässerung im Mischsystem) kann eine Vorflutsicherung notwendig werden.

Bei geringem Wasserfluss kann auf eine Wasserhaltung verzichtet werden, wenn sichergestellt ist, das es durch einen Rückstau in den Leitungen nicht zu Schäden im Gebäude kommt.

Soll z.B. vermieden werden, dass bei einer Wasserfüllstandsprüfung kein zusätzliches Wasser (z.B. aus WC-Spülbehältern) in den Prüfraum gelangt und so das Prüfergebnis verfälscht, können vorsorglich die Fallrohre, die über ausreichend große Öffnungen verfügen, mit einer Prüfblase oberhalb der Öffnung abgesperrt werden.

Unter Umständen können die Regenabläufe auf einem Flachdach kurzfristig unter ständiger Beobachtung abgesperrt werden.

Bei einem starken Wasserfluss in den Leitungen, wie er z.B. bei starken Regenereignissen auftritt, ist eine Wasserhaltung unumgänglich.

Diese stellt bei Netztyp HAL i.d.R. kein Problem dar.

Bei den Netztypen A, B, C und D kann eine Wasserhaltung meist nur über die vertikalen Fallrohre aufgebaut werden. Dazu müssen spezielle Geräte (siehe Bild 9) verwendet werden, die noch keine große Marktverbreitung besitzen. Diese Geräte besitzen eine Durchgangsblase, die durch eine Revisionsöffnung in eine Fallleitung eingesetzt und dort aufgeblasen werden kann. Das Abwasser fließt so in einen Pumpenbehälter. Vor der Pumpe befindet sich eine Häckselmaschine, in der feste Stücke zerkleinert werden. Über einen Schlauch wird das Abwasser dann bis in den nächsten Schacht gepumpt.

Sind keine Zugänglichkeiten in den Fallrohren gegeben oder sind diese komplett verdeckt, können diese Geräte nicht eingesetzt werden. Zugänglichkeiten müssen dann erst geschaffen werden. Dies kann hohe Kosten verursachen.

Grundsätzlich sind Maßnahmen zur Wasserhaltung sehr aufwendig und sollten möglichst vermieden werden (z.B. keine Prüfungen bei Regenereignissen, Sperrung der Wasserversorgung bei Mehrfamilienhäusern).

Bild 9: Aufbau einer Wasserhaltung im häuslichen Entwässerungssystem

IKT-eNewsletter-Reihe Grundstücksentwässerung

Lesen sie in den nächsten IKT-Newslettern zum Thema Zustandserfassung von privaten Leitungen - technische Umsetzung welche Verfahren und Geräte bei der optischen Inspektion und der Dichtheitsprüfungen in den fünf definierten Teilnetzen eingesetzt werden können und worauf beim grundsätzlichen Vorgehen zu achten ist:

Juli 2003

• Welche Verfahren bieten sich an bei Zustandserfassung und Dichtheitsprüfung?

• Was können die Verfahren, wo liegen die Einsatzgrenzen, wo gibt es Probleme ?

August 2003

• Wie geht man in Abhängigkeit des Gebäudetyps und des Gebäudealters vor?

• Welche Verfahren sollte ich wie kombinieren?

• Welcher Aufwand bei der Zustandserfassung ist noch sinnvoll in Bezug auf die Forderungen des §45 BauO NRW und einer Sanierungsplanung?

• Worauf ist bei dem Bürgerkontakt zu achten?

• Worauf sollte man bei der Firmenbeauftragung achten?

IKT-Erfahrungsaustausch Grundstücksentwässerung am 26. Juni 2003

Auf dem IKT-Erfahrungsaustausch Grundstücksentwässerung 2003 stehen die Themen Kooperationsmöglichkeiten zwischen Gemeinden und Bürgern, die Möglichkeiten zur Zustandserfassung und die Erstellung von technisch und wirtschaftlich sinnvollen Sanierungsskonzepten im Mittelpunkt. Das IKT stellt seine neuesten Forschungsergebnisse vor und Praktiker aus Kommunen berichten über ihre konkreten Erfahrungen. Darüber hinaus führen verschiedene Verfahrensanbieter ihre neuesten Produkte und Angebote auf dem Freigelände des IKT praktisch vor. Erwartet werden mehr als 100 Teilnehmer aus Kommunen, Ingenieurbüros und der Industrie. Programm und Anmeldung:

https://www.ikt.de/gew2003/gew.html

Richten Sie bitte Ihre Anfragen an: 

Dipl.-Ing. René Puhl
IKT - Institut für Unterirdische Infrastruktur
Exterbruch 1
45886 Gelsenkirchen
Tel.: 0209 17806-22
Fax.: 0209 17806-88

IKT-Warentest: Weiterentwickeltes Flexoset- Anschluss-element B ist „GUT“
 

Das IKT - Institut für Unterirdische Infrastruktur hat im Auftrag der Firma Steinzeug Abwassersysteme GmbH das weiterentwickelte Flexoset- Anschlusselement B getestet. Der Test wurde nach dem gemeinsam mit 14 Netzbetreibern entwickelten Prüfverfahren des
IKT-Warentests „Hausanschlussstutzen“ durchgeführt. Das Prüfurteil ist GUT (1,9). Somit erfüllt dieser Hausanschlussstutzen fast sämtliche Qualitätsanforderungen der Kanalnetzbetreiber.

Die Steinzeug Abwassersysteme GmbH hat das Flexoset- Anschlusselement B auf Basis der Ergebnisse des IKT-Warentests „Hausanschlussstutzen“ vom Juni 2002 modifiziert und weiterentwickelt. Dieser Hausanschlussstutzen ersetzt das alte Flexoset- Anschlusselement B und wird unter demselben Namen vertrieben.

Bild 1: Weiterentwickeltes Flexoset- Anschlusselement B

Das Flexoset- Anschlusselement B dient zum Anschluss von Steinzeugleitungen an Hauptkanäle aus Beton, Stahlbeton und Steinzeug. Die Dichtwirkung des Flexoset- Anschlusselements B wird an der Bohrlochwandung des Hauptkanals durch das Einschlagen der Spannhülse hergestellt, wodurch die Kompressionsdichtung gegen die Bohrlachwandung gepresst wird. Der Übergang zur Anschlussleitung wird durch das Anziehen des Spannbands abgedichtet.

Der Stutzen wurde an der Kompressionsdichtung und im Bereich der Kautschukmuffe modifiziert. Die nach Einbau an der Bohrlochwandung anliegende Kompressionsdichtung wurde verstärkt. Die verlängerte Kautschukmuffe ermöglicht nun das Einführen der neuentwickelten Muffenhülse, welche den Übergang zur Anschlussleitung verstärkt.

Prüfprogramm und Bewertung

Das wissenschaftlich fundierte und gleichzeitig praxisorientierte Prüfprogramm des IKT-Warentests „Hausanschlussstutzen“ wurde gemeinsam mit 14 Netzbetreibern entwickelt. Es hat drei Schwerpunkte: Herstellerinformationen, Systemprüfungen und Baustellen-Untersuchungen.

Der Endbericht des IKT-Warentests „Hausanschlussstutzen“ mit detaillierter Beschreibung des Prüfprogramms kann von der IKT-Homepage geladen werden:

Endbericht des IKT-Warentests „Hausanschlussstutzen“

Im Rahmen der drei Prüfungsschwerpunkte wurde das Flexoset- Anschlusselement B zahlreichen Prüfungen unterzogen und bewertet; Empfehlungen zur Verbesserung wurden gegeben.

Herstellerinformationen:
Die Einbauanleitungen und Prüfzeugnisse wurden beim Hersteller angefordert. Die Einbauanleitung wurde bzgl. ihres Informationsgehalts begutachtet und auf Fehlerlosigkeit und Verständlichkeit geprüft. Die Prüfzeugnisse wurden hinsichtlich der bereits durchgeführten Prüfungen ausgewertet.

Systemprüfungen:
Das IKT beauftragte für den Einbau des Flexoset- Anschlusselements B eine Baufirma, die von dem Hersteller empfohlen wurde. Die Bohrungen und der Einbau erfolgten auf dem Prüfgelände des IKT. Für die Systemprüfungen wurden die Flexoset- Anschlusselemente B in Betonrohre der Nennweite DN 400 eingebaut. Im Rahmen der Tests wurden Leitungen aus Steinzeug der Nennweite DN 150 angeschlossen.

Bild 3: Bohrvorgang

Bild 4: Eingebauter Stutzen

Seitens des Herstellers wird ein einzuhaltender Durchmesser für die Bohrlöcher von 172 ± 1 mm vorgegeben. Gerade die Einhaltung der Bohrlochtoleranzen ist unter Baustellenbedingungen ein hoher Anspruch. Der Einfluss von Toleranzabweichungen auf die Dichtheit der Stutzen sowie die Komplexität des Einbaus wurden überprüft.

Anschließend wurden die Auswirkungen folgender betrieblicher Belastungen auf das Flexoset- Anschlusselement B erfasst:

• Abwinkelung der Anschlussleitung,

• Scherlast auf die Anschlussleitung,

• Hochdruckreinigung der Hauptrohre,

• Einsatz einer Kettenschleuder in den Hauptrohren,

• Schwefelsäurebefüllung der Hauptrohre.

Bild 5: Versuchsaufbau der Langzeitscherlast-
             prüfung

Bild 6: Innenansicht des Stutzens und der
            Anschlussleitung unter Langzeitscherlast
            ohne sichtbare Verformungen

Nach Einbau und den jeweiligen betrieblichen Belastungen wurden die Flexoset- Anschlusselemente B mit Wasserüberdruck auf Dichtheit geprüft. Die Ergebnisse dieser Wasserüberdruckprüfungen spielen in der Bewertung die entscheidendste Rolle.

Baustellen-Untersuchungen:
Die Einsatzmöglichkeiten des Hausanschlussstutzens sowie die Umsetzbarkeit der Herstellerangaben in der Baupraxis wurden untersucht. Die Faktoren Platzbedarf, Zeitaufwand und Zusatzwerkzeug wurden als positive und negative Baustellen-Randbedingungen erfasst.

Bild 7: Hochdruckreinigung

Testergebnis „GUT“

Die Ergebnisse der Dichtheitsprüfungen nach Einbau sowie nach den baulichen und betrieblichen Belastungen des Flexoset- Anschlusselements B und die Auswertung der Herstellerangaben führen zu der Prüfnote GUT (1,9).

In der überarbeiteten Einbauanleitung werden die Einbauschritte verständlich beschrieben und parallel mit Bildern veranschaulicht. Die vorgelegten Prüfzeugnisse belegen die Durchführung zahlreicher, sehr umfangreicher Prüfungen.

Bei den Bohrungen vor Einbau der Stutzen kam es zu Abweichungen von bis zu 1,0 mm von dem vorgegebenen Bohrlochdurchmesser. Da die Dichtheitsprüfungen nach Einbau bestanden wurden, konnte somit kein direkter Zusammenhang zwischen Abweichungen von dem vorgegebenen Bohrlochdurchmesser und dem Verlust der Dichtwirkung des Anschlussstutzens festgestellt werden.

Die Dichtheitsprüfungen nach Einbau, Abwinkelung, Kurzzeitscherlast, Hochdruckspülungen und Schwefelsäurebefüllung wurden bestanden. Lediglich durch den Einsatz der Kettenschleuder wurde der Stutzen undicht. Der Einsatz der Kettenschleuder führte zu starker Beschädigung des Stutzens.

Der Stutzen ist jedoch bei fachgerechtem Einbau dicht und widersteht den Belastungen; mit der Einschränkung durch das Ergebnis der Dichtheitsprüfung nach dem Einsatz der Kettenschleuder.

Der Stutzen ist für Baustellen-Bedingungen gut geeignet. Laut Hersteller sollten fehlerhafte Stellen bzw. starke Porösität in der Bohrlochwandung vor Einbau des Stutzens mit einem geeigneten Mittel, z.B. Zement, ausgebessert werden. Verbesserungspotential ergibt sich für den Stutzen aus der mangelnden Widerstands­fähigkeit gegenüber der Kettenschleuder.

IKT-Warentest im Internet

Die Hersteller von Hausanschlussstutzen haben die Möglichkeit ihre verbesserten oder neuen Stutzenmodelle einem Test nach dem Prüfprogramm des IKT-Warentests „Hausanschlussstutzen“ zu unterziehen. Die Ergebnisse der Tests werden laufend auf der IKT-Homepage veröffentlicht, so dass Netzbetreiber jederzeit die Qualitäten der aktuell im Markt angebotenen Hausanschluss­stutzen einsehen und vergleichen können:

Tabelle des IKT-Warentest „Hausanschlussstutzen“

Richten Sie bitte Ihre Anfragen an:

Dipl.-Ing. Gunter Kaltenhäuser
IKT – Institut für Unterirdische Infrastruktur
Postfach 10 09 43, 45809 Gelsenkirchen
Tel.: 0209 17806-0
Fax: 0209 17806-88
Email: kaltenhaeuser@ikt.de

Inspektion: Sensoren sehen mehr als Augen

Bei der Zustandserfassung sind heute optische Inspektionsverfahren Stand der Technik. Aber wie sieht es hinter der Kanalwand aus, da wo kein Kanalauge mehr hingucken kann? Mit Hilfe von Sensoren und geophysikalischen Verfahren ist es möglich, für das Auge unsichtbare Schäden im Bereich der Leitungszone frühzeitig zu erkennen und Schäden im Bezug auf die Tragfähigkeit des Kanals zu bewerten.

Im Rahmen der 1. EFUC-Konferenz für unterirdisches Bauen von 2. – 4. Juni 2003 in Suderburg wurden die Ergebnisse des durch das Ministerium für Umwelt und Naturschutz, Landwirtschaft und Verbraucherschutz des Landes Nordrhein-Westfalen geförderten und die Stadtentwässerungsbetriebe Köln AöR beantragten Forschungsvorhaben „Quantitative Inspektion von Abwasserkanälen mittels geophysikalischer Verfahren“ vorgestellt.

Die Forschungsarbeit wurde vom Konsortium „Gläserner Kanal“, bestehend aus der HOCHTIEF Construction AG, Köln, der Deutschen Montan Technologie GmbH, Mines & More Division, Essen und dem IKT – Institut für Unterirdische Infrastruktur, Gelsenkirchen, mit dem Bau einer Versuchshaltung (Bild 1 – 6) zum Test unterschiedlichster geophysikalischer Messverfahren begonnen und bis zum ersten praktischen Einsatz (Bild 9) in der Kanalisation der Stadt Köln fortgesetzt.

 Bild 1

Bild 9

Die Kombination von akustischen und elektromagnetischen Verfahren, wie sie in der Werkstoffprüfung und in der geophysikalischen Erkundung des Untergrundes bereits seit langem Stand der Technik sind, ermöglicht eine exakte Beurteilung von Schäden am Kanal und in der Leitungszone. Anhand der bekannten Struktur des „Rohr-Boden-Systems“ in der Versuchshaltung konnten die einzelnen Verfahren auf ihre Eignung zur Beschreibung der Kanalgeometrie, der Werkstoffeigenschaften und der Bettungssituation geprüft und gezielt kalibriert werden.

Die Kanalwandung und der Baugrund werden nicht punktuell aufgenommen, sondern können flächig untersucht werden. Die Messungen haben gezeigt, dass es mit vertretbarem Aufwand möglich ist, Strukturen innerhalb und außerhalb des Kanals zu erkennen, in ihrer Lage zu bestimmen und qualitativ zu bewerten. Die in der Versuchsstrecke eingebauten Anomalien wurden mit mindestens einem Verfahren entdeckt. Deshalb erlaubt die Kombination der Verfahren auch die Aussage darüber, wo sicher keine Anomalien zu erwarten sind.

Nach Abschluss der geophysikalischen Untersuchungen in der Versuchshaltung konnte festgestellt werden, dass die Messverfahren Radar (Bild 7 – 8), Seismik, Tomographie (Bild 10 – 11) und Ultraschall / Impact-Echo die vorgegebenen Untersuchungsziele am effektivsten erfüllten. Diese Verfahren wurden somit für den in-situ Einsatz weiterverfolgt und -entwickelt. Die Erkundung aus dem Kanal heraus ist dabei zweckmäßig, da alle Verfahren im Nahbereich die höchste Auflösung haben.

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Insituform: Niederlassung Köln / Bonn neu aufgestellt
 

Zu Beginn dieses Jahres fand bei der Niederlassung Köln / Bonn in Troisdorf der Insituform Rohrsanierungstechniken GmbH ein personeller Neuanfang  statt. Die Leitung der Niederlassung hat, Dipl.-Ing. Engelbert Schröder, 41, übernommen.

Seit mehr als 10 Jahren ist er in der Rohrsanierung tätig. Dies vornehmlich im Bereich des Schlauchrelinings und in der Großrohrsanierung. Auch das Niederlassungsgebiet ist seit Jahren bestens bekannt. Für die Bauleitung konnten wir Herrn Johannes Gilles gewinnen. Seine 10-jährige Erfahrung zeichnet auch ihn aus, so dass er sich bestens in die aktuellen Baustellen einarbeiten konnte.

Bild 1: Dipl.-Ing. Engelbert Schröder, Niederlassungsleiter Köln/Bonn

Bild 2: Ihr Niederlassungsteam

Die Niederlassung Köln/Bonn war vordem bestens positioniert. Jedoch war die Entwicklung der letzten Jahre nicht zufriedenstellend. Mit unserem neuen Team wollen wir die alte Stärke wieder finden. Hierzu werden wir das Know-How von Insituform® konsequent nutzen. Im Mittelpunkt unseres Handelns wird immer der Kunde stehen. Für uns ist es selbstverständlich, dass wir ein zufriedenstellendes Ergebnis nur mit zufriedenen Kunden erzielen können, da diese der wesentliche Schlüssel für unsere Aufträge von morgen sind. Besonders bei der Akquisition von Neukunden hat sich das Team viel vorgenommen, da hier Nachholbedarf vorliegt. Unsere Stärke als professioneller Generalunternehmer für die grabenlose Kanalsanierung wird uns hier weiterhelfen.

Eine Herausforderung auf der Baustelle ist die Sanierungsmaßnahme in Stolberg. Hier werden Eiprofilkanäle der Dimension DN 600/900 und DN 700/1050 auf einer Länge von 685 m mit dem Insituform® Schlauchrelining-Verfahren saniert. Über 150 Stück Zulaufleitungen müssen anschließend vom sanierten Hauptkanal aus mit dem Insituform® Schlauchrelining Verfahren saniert werden. Die besondere Lage der Baustelle in einer Fußgängerzone mit einer aufwendigen Wasserhaltung macht die Baumaßnahme besonders anspruchsvoll.

Haben Sie Fragen zur Kanalsanierung?

Bitte wenden Sie sich an unsere Niederlassung in Troisdorf.

Insituform® Rohrsanierungstechniken GmbH
NL Köln/ Bonn
Godesberger Straße 12
D-53842 Troisdorf
Tel           +49 (0) 2241 / 94 76 - 0
Fax          +49 (0) 2241 / 94 76 - 25
eMail: koeln-bonn@insituform.de

Dichtheitsprüfungen an Betonschächten
- Ist bei Ihnen noch alles dicht?
 

Undichte Schachtkörper haben unerwünschte Ex- und Infiltrationen (Fremdwasser) zur Folge, die im Betrieb augenfällig sichtbar sind. Wie erkennt man aber Undichtigkeiten bei der Abnahme neuer Schächte, wenn auf der Baustelle das Grundwasser noch abgesenkt ist? Ein jetzt begonnenes IKT-Projekt erforscht, wie eine sinnvolle Abnahmeprüfung aussehen könnte.

Die jüngsten Ergebnisse eines Forschungsvorhabens der Entwässerung Stadt Witten (ESW) [i] haben gezeigt, dass  für eine Dichtheitsprüfung von Abwasserschächten nach DIN 4034 Teil 1 [v] mit nicht zugkraftschlüssigen Schachtverbindungen die Vorgehensweise und Prüfkriterien in den geltenden Normen nicht ausreichend beschrieben sind. Zwar werden nach verschiedenen Normen die Prüfdrücke und Wassernachfüllmengen vorgegeben, es fehlen jedoch Hinweise, wie dieser Druck aufzubringen ist und wie die in der Folge am Schachtboden bzw. Schachtoberteil entstehenden Druckkräfte sachgemäß abgeleitet werden können (Prüfaufbau für Werke) und wie Wasserverluste möglichst genau aufzunehmen sind (Prüfaufbau für Baustellen).

Folglich werden Dichtheitsprüfungen im Labor und im Werk, aber auch bei der Abnahme- bzw. Inspektionsprüfung im Kanalnetz mit sehr unterschiedlichem Prüfaufbau unter wechselnden Randbedingungen ausgeführt. Daraus entstehen erhebliche Unsicherheiten hinsichtlich der Zuverlässigkeit der Ergebnisse und deren Interpretation. Die Dichtheit der Schächte im späteren Betriebszustand ist so kaum oder gar nicht zu gewährleisten (s. IKT - eNewsletter vom Februar 2002).

Verschärft wird diese Situation auch dadurch, dass angesichts der ca. 10 Millionen Abwasserschächte in Deutschland die Beseitigung der Schäden für die Netzbetreiber mit einem beträchtlichen finanziellen Aufwand verbunden ist (vgl. [ii]).

Doch wozu dienen Schächte überhaupt? Hier eine kleine Auffrischung.

Abwasserschächte dienen zur Be- und Entlüftung von erdverlegten Abwasserkanälen und -leitungen. Sie bieten die Möglichkeit, für Wartungs- und Instandhaltungsarbeiten in die Kanalisation einzusteigen. Auch zweigen hier Kanäle oder Leitungen ab, münden ein oder ändern Richtung, Gefälle sowie Querschnitt [iii].

Schächte für Abwasserkanäle und –leitungen wurden früher gemauert oder in Ortbeton hergestellt. Heute werden vornehmlich Schächte aus vorgefertigten Schachtfertigteilen aus Beton und Stahlbeton eingesetzt (Bild 1). Anforderungen und Prüfungen sowie Regelvorschläge für Planung und Ausführung von Schächten für erdverlegte Abwasserkanäle und –leitungen sind in unterschiedlichen Regelwerken enthalten.

Bild 1:   Bestandteile eines Abwasserschachtes, Beispiel [iv]

Vor der Lieferung der Schachtbauteile auf die Baustelle wird jedoch schon im Betonfertigteilwerk die Wasserdichtheit im Rahmen einer Eignungs- und Funktionsprüfung überwacht. Als Prüfgrundlage ist DIN 4034 Teil 1 [v] zu verwenden. Die Fachvereinigung Betonrohre und Stahlbetonrohre e.V. hat zur besonderen Qualitätssicherung ihrer Produkte in der FBS-Qualitätsrichtlinie [vi] ebenfalls Prüfstandards vereinbart. Die besonderen Anforderungen an die Wasserdichtheit der Verbindungen mit Elastomerdichtungen sind in DIN 4060 [vii] festgelegt. In Betrieb befindliche Schächte sind im Rahmen der Inspektion nach ATV 143 Teil 6 [viii] zu prüfen.

Doch wie wird bei Ihnen auf der Baustelle geprüft?

Die Dichtheitsprüfungen an neu errichteten Abwasserschächten sind nach DIN EN 1610 [ix] entweder mit Luft oder mit Wasser durchzuführen, wobei die Anwendung des Verfahrens mit Luftüberdruck in der Praxis aus Gründen der Arbeitssicherheit kritisch bewertet wird (Explosionsgefahr bei größerem Prüfvolumen). Zur Luftunterdruckprüfung fehlen Erfahrungen zur Bewertung der Prüfergebnisse [ix]. Beim Verfahren mit Wasser kann eine Vorprüfung, vor Einbringen der Seitenverfüllung, durchgeführt werden. Maßgebend ist aber die Abnahmeprüfung nach dem Verfüllen und Entfernen des Verbaus. Nach DIN EN 1610 [ix] wird hierzu der Prüfabschnitt mit Wasser bis zum Geländeniveau gefüllt. Durch diese Füllung der Schächte ergibt sich ein über die Höhe variabler Prüfdruck, welcher an der Schachtoberkante auf Null absinkt. Während der Prüfung ist der Wasserspiegel konstant zu halten und die erforderliche Wasserzugabemenge ist zu messen (Bild 2).

Bild 2: Dichtheitsprüfung auf der Baustelle bei unverfüllter Schachtbaugrube

Im Rahmen der Erstprüfung sowie Eigen- und Fremdüberwachung sind die Hersteller nach Landesbauordnung NRW verpflichtet, ihre Schächte entsprechend der Anforderungen nach DIN 4034 T1 [iv] bereits im Werk zu prüfen. Das IKT begleitete einige dieser Prüfungen in den Betonwerken. Da bei den Betonrohrherstellern die Dichtheitsprüfung der Schachtringe und nicht die Prüfung der Verbindungen, d. h. der Elastomerdichtungen, im Vordergrund steht, werden in das Schachtsystem über Kettenzüge oder Druckzylinder hohe Vorspannkräfte eingeleitet (Bild 3). Die Schächte werden so vorgespannt, dass die nach DIN 4034 T1 [iv] üblichen Schachtverbindungen stets einen zur Erreichung der Dichtheit ausreichenden Anpressdruck aufweisen. Tritt Wasser im Verbindungsbereich aus, so besteht immer wieder die Möglichkeit die Vorspannkraft so zu erhöhen bis die Verbindung "dicht" ist.

Bild 3: Schachtdichtheitsprüfung in Betonfertigteilwerken mit Kettenzugliedern oder Druckzylindern

Diese Vorgehensweise ist nach geltenden Normen auch durchaus zulässig, sie senkt allerdings die Anforderungen an die Schachtverbindung, so dass gewissermaßen nur der Beton gemäß DIN 1048 [x] auf Wasserdichtheit geprüft wird. Die Normen regeln die Vorspannkraft bisher nicht. Sie enthalten keine Hinweise, wie die hohen Auftriebskräfte bei der Werksprüfung sachgemäß abzuleiten sind. Darüber hinaus wird ausschließlich die Dichtheit gegenüber Innendruck geprüft. Es wird - selbst im Rahmen der grundsätzlichen Erstprüfung nach DIN 4034 [iv] - kein Zusammenhang zur Dichtheit gegen Außenwasserdruck, wie er z.B. im Grundwasser auftritt, hergestellt.

Kann das denn sein?

Das IKT wurde daher Ende Mai vom Ministerium für Umweltschutz und Naturschutz, Landwirtschaft und Verbraucherschutz des Landes NRW damit beauftragt den oben erwähnten Sachverhalt aufzugreifen und Vorschläge zu einer neuen zuverlässigen Prüfmethode zu entwickeln. Mit entscheidend ist hierbei, welche und wie die Vorspannkräfte aufzubringen sind, damit gleiche Aussagen zur Dichtheit seitens des Herstellers, als auch des Prüfers auf der Baustelle getroffen werden können.

Das IKT sucht daher Kontakt zu interessierten Netzbetreibern, die positive und/oder negative Erfahrung bei der Abnahmeprüfung gemacht haben Herstellern von Schachtbauteilen, die im Rahmen der Erst-, Eigen- und Fremdüberwachung prüfen und Fachbaufirmen, die über auftretende Probleme auf der Baustelle berichten können. Zudem sind wir interessiert eine solche Abnahmeprüfungen vor Ort zu begleiten.

Fühlen Sie sich angesprochen? So sprechen Sie uns an oder diskutieren Sie mit im IKT-Diskussionsforum.

Dipl. Ing. (FH) Stefan Kötters
IKT – Institut für Unterirdische Infrastruktur
Tel. 0209 / 17806-0
Email: koetters@ikt.de
Internet: www.ikt.de

[i]      Bosseler, B.; Schlüter, M.; Koutsenok, V.: Entwicklung und Prüfung neuartiger Schachtverbindungen für Abwasserschächte aus Stahlbeton. IKT - Institut für Unterirdische Infrastruktur, Gelsenkirchen, Dezember 2001. Im Auftrag des Ministeriums für Umwelt und Naturschutz, Landwirtschaft und Verbraucherschutz des Landes NRW.

[ii]      Bosseler, B.; Homann, D.; Kaltenhäuser, G.: Bundesweite Umfrage zur Sanierung von Schachtbauwerken im Bereich der Abwassertechnik mittels Beschichtungsverfahren. IKT - Institut für Unterirdische Infrastruktur, Gelsenkirchen, Juli 2001. Im Auftrag des Ministeriums für Umwelt und Naturschutz, Landwirtschaft und Verbraucherschutz des Landes NRW, download www.ikt.de

[iii]      Entwurf DIN 4034 Teil 100: Schächte aus Beton- und Stahlbetonfertigteilen; Teil 100: Schächte für erdverlegte Abwasserkanäle und –leitungen. (07.99)

[iv]      ATV-A 241: Bauwerke in der Kanalisation. (05.98)

[v]      DIN 4034 Teil 1: Schächte aus Beton- und Stahlbetonfertigteilen; Schächte für erdverlegte Abwasserkanäle und –leitungen; Maße, Technische Lieferbedingungen. Teil 1. (09.93)

[vi]      FBS-Qualitätsrichtlinie Teil 1: Betonrohre, Stahlbetonrohre, Vortriebsrohre und Schachtbauteile für erdverlegte Abwasserkanäle und –leitungen mit FBS-Qualität. Ausführungen, Anforderungen und Prüfung. (08.00)

[vii]      DIN 4060: Rohrverbindungen von Abwasserkanälen und –leitungen mit Elastomerdichtungen, Anforderungen und Prüfungen an Rohrverbindungen, die Elastomerdichtungen enthalten. (02.98)

[viii]      Merkblatt ATV-M 143, Teil 6: Inspektion, Instandsetzung, Sanierung und Erneuerung von Abwasserkanälen und –leitungen; Dichtheitsprüfungen bestehender, erdüberschütteter Abwasserleitungen und –kanälen und Schächte mit Wasser, Luftüber- und Unterdruck. (06.98)

[ix]      DIN EN 1610: Technische Regeln für die Bauausführung von Abwasserleitungen und –kanälen. (10.97)

[x]      DIN 1048 Teil 2: Prüfverfahren für Beton, Festbeton in Bauwerken und Bauteilen. (06.91)

Durchflussmengenmessung
– Anforderungen, Möglichkeiten und praktische Anwendung

Der Betrieb und die Überwachung von Kanalisationsnetzen und Kläranlagen erfordert an zahlreichen Stellen die Messung von Durchflussmengen. Veranlassung hierfür sind u.a. betriebstechnische und rechtliche Anforderungen. Dabei spielen Wechselwirkungen innerhalb des Gesamtsystems aus Kanalnetz, Kläranlage und Gewässer eine besondere Rolle. Die folgenden Anwendungsfälle für Durchflussmengenmessungen sind in diesem Zusammenhang hervorzuheben:

·      Im Kanalnetz finden sowohl stationäre als auch zunehmend mobile Durchflussmessgeräte Verwendung. Dabei werden stationäre Durchflussmessungen vornehmlich zur betrieblichen Überwachung an zentralen Betriebspunkten eingesetzt, wie z.B. Regenbecken oder Pumpwerke. Die Verwendung mobiler Messeinrichtungen beschränkt sich im Wesentlichen auf die Bestimmung von Abflüssen aus Teileinzugsgebieten, z.B. im Rahmen der Erstellung und Kalibrierung von Niederschlag-Abflussmodellen, der hydraulischen Bemessung sowie der Ermittlung von Fremdwasserabflüssen.

·      Auf Kläranlagen werden Durchflussmessungen u.a. aus betrieblichen Gründen eingesetzt, so zur volumenabhängigen Steuerung einzelner Anlagenteile und zur Prozesssteuerung, z.B. bei der Dosierung von Zusatzmitteln mit dem Ziel einer effektiven Abwasserreinigung. Desweiteren erfordern gesetzliche Auflagen [1] die Ausrüstung von Kläranlagen mit Durchflussmesseinrichtungen im Zu- bzw. Ablauf zur Bestimmung und Überwachung der ins Gewässer eingeleiteten Abwassermengen.

·      In Fließgewässern werden Durchflussmengen u.a. zur Feststellung der hydraulischen Auslastung erfasst, z.B. durch die Errichtung von Pegeln zur Erfassung von Wasserständen. Darüber hinaus werden im Zuge der Erstellung und Kalibrierung von Niederschlag-Abflussmodellen Durchflussmessungen für Teileinzugsgebiete hinzugezogen, um damit u.a. eine verbesserte Vorhersage für Hochwasserereignisse zu ermöglichen.

Bei näherer Betrachtung ist festzustellen, dass sich zahlreiche dieser Anwendungsfälle auf die Schnittstellen zwischen den einzelnen Komponenten des Gesamtsystems konzentrieren. Im Folgenden wird insbesondere auf die ökologisch besonders sensiblen Schnittstellen von Kanalnetz und Kläranlage zum offenen Gewässersystem eingegangen. Entsprechend werden beispielhaft Anforderungen und Möglichkeiten aufgezeigt, die für Durchflussmesseinrichtungen an Entlastungs- und Drosselbauwerken von Regenbecken sowie für die Durchflussmessung auf Kläranlagen bestehen. Empfehlungen für eine Überprüfung dieser Messeinrichtungen, die durch den Betreiber selbst oder eine gegebenenfalls hinzugezogene Prüfstelle durchgeführt werden können, runden das Bild ab.

Entlastungsbauwerke

Seit 1996 gilt für Betreiber von Abwasseranlagen in NRW die Selbstüberwachungsverordnung Kanal – SüwV Kan [2]. Einen besonderen Schwerpunkt dieser Verordnung bilden die Anlagen zur Niederschlagswasserbehandlung. Deren Betrieb unterliegt auf Grund von direkten Wechselwirkungen zum Gewässersystem erhöhten Anforderungen. In verstärktem Maße betrifft dies die Überwachung wesentlicher Abwassereinleitungen aus Entlastungsbauwerken, z.B. durch kontinuierlich aufzeichnende Wasserstandsmessgeräte. Für die praktische Umsetzung einer Entlastungsmengenmessung können neben der einfachen Wasserstandsmessung auch zahlreiche weitere Messverfahren eingesetzt werden. Als Standort für die Messwertaufnehmer bieten sich grundsätzlich zwei Möglichkeiten an: das Entlastungsbauwerk, z.B. an der Überfallschwelle, und der Querschnitt des Entlastungskanals (vgl. Abb. 1).

Abb. 1: Messmethoden zur Erfassung von Entlastungsmengen in der Niederschlagswasserbehandlung (aus [3])

Unter den für die Ermittlung von Entlastungsmengen angebotenen Messverfahren findet man vor allem solche, die den Volumenstrom

• hydraulisch über die Wasserstandsbeziehung erfassen (h-Messung),
• aus einer kombinierten Messung des Wasserstandes und der Fließgeschwindigkeit bestimmen (v/h-Messung) oder
• über eine Messung der mittleren Fließgeschwindigkeit bei vordefinierter bzw. gemessener durchströmter Querschnittsfläche erfassen (v/A-Messung).

Entsprechend vielfältig ist die Anzahl der am Markt angebotenen Messwertaufnehmer:

• Ultraschall-Echolote bzw. Druckmessdosen zur Messung von Wasserständen,
• Messwertaufnehmer für die Ultraschalldoppler- bzw. Ultraschalllaufzeitdifferenzen-Messungen zur Bestimmung der Fließgeschwindigkeit und
• Magnetisch-induktive Messwertaufnehmer (MID) - gedükert oder ungedükert - zur Messung mittlerer Fließgeschwindigkeiten unter Annahme von Voll- oder Teilfüllungszuständen innerhalb der Rohrleitung.

Neben der vergleichsweise geringen Störanfälligkeit tragen nicht zuletzt auch wirtschaftliche Überlegungen dazu bei, dass sich die im Rahmen der hydraulischen Durchflussbestimmung an Entlastungsschwellen kostengünstige Wasserstandsmessung mit dem Ultraschall-Echolot als eines der am häufigsten eingesetzten Messverfahren durchgesetzt hat. Die Betriebserfahrungen verschiedener Anwender sprechen dafür, dass sowohl die Investitionskosten als auch der Wartungsaufwand eines Echolotes bedeutend geringer ausfallen als für eines der alternativ angebotenen Messsysteme [3].

Wurde die Messeinrichtung eines Regenbeckens erst einmal in Betrieb genommen, so empfiehlt sich die regelmäßige Wartung der messtechnischen Anlagenteile und Plausibilitätsprüfung der Messergebnisse als Voraussetzung für die spätere Verwertung der Messdaten.

Eine Erhebung bei 20 Netz- bzw. Anlagenbetreibern im Dienstbezirk des Staatlichen Umweltamtes Duisburg [4] zeigte allerdings, dass von insgesamt 82 Regenbecken, die mit einer Wasserstandsmesseinrichtung ausgerüstet sind, nach Auskunft der Betreiber lediglich für ca. 1/3, d.h. 24 Messstellen, eine Auswertung der Ergebnisse vorgenommen wurde. Trotz entsprechender rechtlicher Anforderungen aus der SüwV Kan zeigen zahlreiche Netzbetreiber bisher kaum ein eigenes Interesse an den Datenaufzeichnungen. Nur in Einzelfällen werden die Messergebnisse weiter verwendet und beispielsweise im Rahmen von Maßnahmen zur Kanalnetzsteuerung genutzt. Offensichtlich übersteigen derzeit die technischen Möglichkeiten noch den tatsächlichen Bedarf der Mehrzahl der Netzbetreiber. Eine Änderung ist jedoch in absehbarer Zukunft zu erwarten. Durch die mit der EU-Wasserrahmenrichtlinie [5] und dem BWK Merkblatt 3 [6] zunehmend an Bedeutung gewinnende wasserwirtschaftliche Gesamtbetrachtung, rückt gleichzeitig auch die Aufzeichnung und Auswertung von Abflussmengen innerhalb der Kanalnetze verstärkt in den Blickpunkt.

Drosselbauwerke

Drosselbauwerke dienen der Abflusssteuerung in Kanalisationsnetzen. Sie sind z.B. im Ablauf von Regenbecken angeordnet, um die aus dem Regenbecken zur Kläranlage weitergeleiteten Abflüsse zu begrenzen.

Nach den Anforderungen der SüwV Kan sind Drosseleinrichtungen an Regenbecken regelmäßig zu inspizieren. Dazu gehört sowohl die monatliche Überprüfung der Funktionsfähigkeit als auch eine jährlichen Überprüfung der Systemeinstellungen von Drossel- und Messeinrichtungen. Überdies wird eine hydraulische Kalibrierung (Kennlinienüberprüfung) in einem Intervall von fünf Jahren gefordert. Dabei ist die Kennlinie (z.B. Wasserstand-Abfluss-Beziehung) der Drosseleinrichtung durch eine unabhängige Vergleichsmessung vor Ort aufzunehmen. Die Ergebnisse werden anschließend hinsichtlich der maximal zulässigen Abweichung von ± 20% bewertet [7].

Die ersten dieser hydraulischen Drosselkalibrierungen in NRW wären gemäß dieser Vorgabe spätestens im Jahr 2001, d.h. fünf Jahre nach Inkrafttreten der SüwV Kan, erforderlich gewesen. Eine Umfrage des IKT – Institut für Unterirdische Infrastruktur bei den kommunalen Netzbetreibern in NRW hat jedoch gezeigt, dass derzeit seitens der Anlagenbetreiber eine große Unsicherheit hinsichtlich der Umsetzung dieser Überprüfung und Kalibrierung besteht. Eine vorläufige Auswertung der Angaben von rund 250 kommunalen Netzbetreibern zeigt, dass 25 % der Betreiber für das Jahr 2001 keine positive Angabe zur Durchführung der notwendigen Drosselkalibrierungen machen konnten [8].

Langjährige Erfahrungen aus Hessen belegen, dass sich diese Unsicherheit in erheblichem Maße auf den Betrieb von Regenbecken, Kanalisationsnetzen und Kläranlagen auswirkt [vgl. 9, 10]. Die Folgen:

·      Verschmutzte und falsch eingestellte Drosselorgane können das Abfluss- und Entlastungsverhalten von Regenbecken z.B. dahingehend beeinflussen, dass weniger Abwasser als geplant zur Kläranlage abgeleitet und damit häufiger und mehr Abwasser ungeklärt ins Gewässer abgeschlagen wird.

·      Fehlerhafte Drosseleinrichtungen, insbesondere jene im letzten Regenbecken vor einer Kläranlage, können aber auch zu erhöhten Kläranlagenzulaufmengen führen. Als Folge dieser hydraulischen Überlastung reduziert sich gegebenenfalls die Reinigungsleistung der Kläranlage dahingehend, dass maximal erlaubte Schmutzfrachten im Ablauf zeitweise nicht eingehalten werden können.

·      Darüber hinaus können fehlerhafte Drosseleinrichtungen auch zu ungewollten Rückstauereignissen im Kanalnetz führen, die gegebenenfalls sogar den Einstau anliegender Kellerräume zur Folge haben.

Abb. 2: Durch Ablagerungen verlegtes Drosselorgan [10]

Wie Abb. 2 anhand eines extremen Beispiels verdeutlicht, sind zuverlässige Wartungsmaßnahmen eine wesentliche Voraussetzung für den ordnungsgemäßen Betrieb von Drosseleinrichtungen. Neben einer regelmäßigen Reinigung, die im Allgemeinen vom Betreiber selbst durchgeführt werden kann, beinhalten die Wartungsmaßnahmen auch die gemäß SüwV Kan erforderliche hydraulische Kennlinienüberprüfung. Auf Grund des dazu erforderlichen Know-hows wird diese i.d.R. von entsprechend qualifizierten Fachfirmen vorgenommen.

Zur hydraulischen Überprüfung einer Kennlinie sind abhängig von der Funktionsweise der Drosseleinrichtung unterschiedliche Methoden einsetzbar, die sich in Anlehnung an das zur SüwV Kan erarbeitete Merkblatt „Hydraulische Kalibrierung von Drosseleinrichtungen“ [11] wie folgt unterscheiden:

·      Überprüfung der Stellbewegung des Drosselorgans:
nasse bzw. trockene Überprüfung, d.h. mit oder ohne Einstau des vorliegenden Rückhaltebeckens,

·      Aufzeichnung der Abflusskurve einer Drosseleinrichtung durch Vergleichsmessung:
z.B. mobile MID-, Tracer- oder Sondenmessungen. Bei kleinen Abflussmengen lassen sich zudem volumetrische Methoden einsetzen.

Im Rahmen der Vorbereitung einer hydraulischen Überprüfung sind neben dem jeweiligen Drosseltyp auch die von Fall zu Fall unterschiedlichen baulichen Randbedingungen zu berücksichtigen. Beengte Platzverhältnisse, fehlende Kontrollschächte sowie ungeeignete hydraulische und hydrometrische Randbedingungen erschweren vielfach die Überprüfung von Drosseleinrichtungen. Um diese Schwierigkeiten bereits im Vorfeld zu vermeiden, empfiehlt sich für den Anlagenbetreiber, schon vor dem Bau von Durchflussmesseinrichtungen die spätestens nach fünf Jahren erforderliche hydraulische Überprüfung planerisch zu berücksichtigen. Mögliche Planungs- bzw. Ausführungsfehler lassen sich dann im Rahmen einer frühzeitigen qualifizierten Erstprüfung aufdecken, so dass entsprechende Instandsetzungsmaßnahmen noch als Gewährleistungsansprüche geltend gemacht werden können.

Kläranlagen

Kläranlagen werden bereits seit Beschluss des Abwasserabgabengesetzes (AbwAG) [1] im Jahr 1976 bundesweit mit Einrichtungen zur Durchflussmessung im Zu- bzw. Ablauf ausgerüstet. Hintergrund ist die Veranlagung des Anlagenbetreibers nach Menge und Verschmutzungsgrad des im Rahmen der Gewässernutzung eingeleiteten Abwassers. Entsprechend dem wasserrechtlichen Bescheid sind für einen bestimmten Zeitraum maximale Abwassermengen sowie Schadstofffrachten einzuhalten. Werden diese Kenngrößen überschritten, erhöht sich die für den Veranlagungszeitraum zu entrichtende Abwasserabgabe.

Neben diesen ausschließlich monetären Aspekten kommt den Durchflussmesseinrichtungen auf Kläranlagen zudem eine erhebliche betriebliche Bedeutung zu. Zahlreiche Prozesse der Abwasserreinigung werden volumenabhägig gesteuert. So liefern Mengenmessungen z.B. die notwendigen Daten zur Dosierung von Flockungs- oder Fällungsmitteln. Auch findet man praktische Beispiele für die vom Durchflussvolumen abhängige Beschickung mehrerer Belebungs- bzw. Rückhaltebecken.

Fehlerhafte Durchflussmengenmessungen auf Kläranlagen können also sowohl eine fehlerhafte Berechnung der Abwasserabgabe nach sich ziehen als auch den Betrieb und die Prozesssteuerung der Kläranlage empfindlich beeinträchtigen.

Entsprechend ist es sowohl im Interesse des Anlagenbetreibers als auch der Überwachungsbehörden, dass die Einrichtungen zur Durchflussmessung auf Kläranlagen die unter Praxisbedingungen bestmögliche Genauigkeit erreichen.

Ebenso wie im Bereich der Entlastungsbauwerke findet man auch auf Kläranlagen eine Vielzahl verschiedener Messeinrichtungen. Zu den am häufigsten auf Kläranlagen eingesetzten Messverfahren zählen

·      die hydraulische Abflussmessung mittels Venturi-Kanälen oder Messwehren,

·      die Geschwindigkeitsmessung bei gleichzeitig definierter Querschnittsfläche, beispielsweise durch magnetisch-induktive Messwertaufnehmer (MID) oder mittels des Ultraschalllaufzeitdifferenzen-Verfahrens,

·      die Messung der Fließgeschwindigkeit in einem oder mehreren Punkten eines definierten Abflussquerschnitts (Einpunkt- oder Netzmessung).

Die Genauigkeit der gemessenen Durchflussmengen hängt dabei jedoch nicht allein von der Auswahl eines bestimmten Messverfahrens ab. Für jedes Messverfahren müssen grundsätzlich die wesentlichen hydrometrischen Randbedingungen eingehalten werden; darunter insbesondere eine nach Länge und Beschaffenheit geeignete, ungestörte Zu- und Auslaufstrecke zur Ausbildung eines gleichmäßigen Strömungsprofils im Messquerschnitt. Bereits dies wird in der praktischen Umsetzung oft nicht berücksichtigt. So findet man u.a. folgende, das Strömungsverhalten negativ beeinflussende Faktoren:

·      Einbauten im Bereich der Zulaufstrecke, wie u.a. Probennehmer, Trübungssonden u.ä. (vgl. Abb. 3 rechts),

·      Bau- und Planungsfehler, z.B. kurze Zulaufstrecken, Nennweitenänderung bzw. Absperrschieber im Zulaufbereich,

·      betrieblich bedingte Fehler, hervorgerufen durch mangelnde Wartung und Reinigung, z.B. Algenwuchs, Wandbeläge und Ablagerungen in der Zulaufstrecke (vgl. Abb. 3 links).

Abb. 3: links: Fettablagerung aus einer MID-Rohrleitung;
rechts: Strömungshindernis in der Zulaufstrecke eines Venturi-Kanals

Zur Gewährleistung einer zuverlässigen Mengenmessung empfiehlt sich auch auf Kläranlagen die regelmäßige Überprüfung der örtlichen Durchflussmesseinrichtungen. Diese umfasst die Inaugenscheinnahme sowie im Abstand mehrerer Jahre die hydraulische Überprüfung der Messeinrichtung anhand einer Vergleichsmessung mit kalibriertem Gerät. Auf Basis der aufgezeichneten Vergleichsmesswerte lassen sich dann die Abweichungen der Messwerte der örtlichen Messeinrichtung bestimmen (vgl. Abb. 4).

Abb. 4: Beispiel für eine mobile Vergleichsmessung nach dem Ultraschalllaufzeitdifferenzen-Verfahren an einem MID

Fazit

Abwasseranlagen werden vor dem Hintergrund rechtlicher Anforderungen zunehmend mit Durchflussmesseinrichtungen ausgerüstet. Schwerpunkte bilden dabei insbesondere Anlagen mit direkter Wechselwirkung zum Gewässerssystem, wie z.B. Kläranlagen und Regenbecken. Auch kommt der Messung von Abwasservolumenströmen zunehmend eine betriebliche Bedeutung im Rahmen der Anlagensteuerung zu. Allerdings zeigt sich, dass noch erhebliche Verbesserungspotenziale bestehen.

Häufig werden Abwasseranlagen nur unter konstruktiven Aspekten geplant. Die messtechnische Ausrüstung und spätere Betriebspraxis bleiben dabei meist unberücksichtigt. Hydrometrisch fehlerhafte Messstellen sind die Folge, mit erheblichem technischen Aufwand für Überprüfung und Wartung.

Die Anlagenbetreiber sind gefordert, diese und weitere Verbesserungspotenziale zu erkennen und im Zuge der Planung, Qualitätssicherung und Eigenüberwachung aufzugreifen. Nur so lassen sich dauerhaft zuverlässige Durchflussmessungen an den wesentlichen Betriebspunkten sicherstellen.

Literaturhinweise

[1] Gesetz über Abgaben für das Einleiten von Abwasser in Gewässer (Abwasserabgabengesetz – AbwAG) vom 13. September 1976 in der Neufassung der Bekanntmachung vom 3. November 1994 (BGBl. I S. 3370).

[2] Verordnung zur Selbstüberwachung von Kanalisationen und Einleitungen von Abwasser aus Kanalisationen im Misch- und im Trennsystem (Selbstüberwachungsverordnung Kanal – SüwV Kan) vom 16. Januar 1995; Gesetz- und Verordnungsblatt für das Land NRW, Nr. 49: S. 64 – 67; Düsseldorf 1995.

[3] Bosseler, B.; Birkner, T; Cremer, S.: Durchflussmesseinrichtungen von Regenentlastungsbauwerken; Studie im Auftrag des Ministeriums für Umwelt und Naturschutz, Landwirtschaft und Verbraucherschutz des Landes NRW; IKT - Institut für Unterirdische Infrastruktur; Gelsenkirchen, Juli 2001 (download: www.ikt.de).

[4] Bosseler, B.; Birkner, T.; Gronau, U.: Erfassung und Auswertung von Erfahrungen mit der Selbstüberwachungsverordnung Kanal (SüwV Kan); Endbericht zum Pilotprojekt am IKT in Zusammenarbeit mit dem Staatlichen Umweltamt Duisburg im Auftrag des MUNLV; Gelsenkirchen, September 2001 (download: www.ikt.de).

[5] Richtlinie 2000/60/EG des Europäischen Parlaments und des Rates vom 23. Oktober 2000 zur Schaffung eines Ordnungsrahmens für Maßnahmen der Gemeinschaft im Bereich der Wasserpolitik.

[6] Bund der Ingenieure für Wasserwirtschaft, Abfallwirtschaft und Kulturbau (BWK) e.V.: Ableitung von immissionsorientierten Anforderungen an Misch- und Niederschlagswassereinleitungen unter Berücksichtigung örtlicher Verhältnisse; Merkblatt der BWK-Arbeitsgruppe 2.3; Düsseldorf, April 2001.

[7] Anforderungen an den Betrieb und die Unterhaltung von Kanalisationsnetzen, RdErl. des Ministeriums für Umwelt, Raumordnung und Landwirtschaft v. 03.01.1995; Ministerialblatt für das Land NRW, Nr. 14: S. 251-253; Düsseldorf 1995.

[8] Erhebung zur Umsetzung der SüwV Kan bei den kommunalen Netzbetreibern in NRW im Auftrag des Ministeriums für Umwelt und Naturschutz, Landwirtschaft und Verbraucherschutz des Landes NRW; IKT – Institut für Unterirdische Infrastruktur; Gelsenkirchen, 2003; unveröffentlicht.

[9] Kraus, T.: Erfahrungen bei der Überprüfung von Drosseleinrichtungen; Technische Universität Darmstadt, Institut für Wasserbau und Wasserwirtschaft; veröffentlicht in „Wasser und Boden“, Dezember 2000.

[10] Reich, K.: Regenentlastungsanlagen: Betriebstechnische Probleme bei Drosseleinrichtungen; Ingenieurbüro Reich und Heß, Staatlich anerkannte Prüfstelle für Durchflussmessungen nach EKVO-Hessen; Vortrag anlässlich des IKT-Forums Durchflussmessung am 23.05.2002 im IKT – Institut für Unterirdische Infrastruktur; veröffentlicht im IKT-eNewsletter, September 2002 (download: www.ikt.de).

[11] Ostrowski, M.; Koch, J.: Hydraulische Kalibrierung von Drosseleinrichtungen; Merkblatt im Auftrag des Ministeriums für Umwelt und Naturschutz, Landwirtschaft und Verbraucherschutz des Landes NRW; Technische Universität Darmstadt, Fachbereich 13, Fachgebiet Ingenieurhydrologie und Wasserbewirtschaftung; Darmstadt, 2003, unveröffentlichter Entwurf.

Anschriften der Verfasser:
 

Dipl.-Ing. Thomas Birkner

- Staatlich anerkannte Prüfstelle für Durchflussmessungen -

IKT – Institut für Unterirdische Infrastruktur

Exterbruch 1

45886 Gelsenkirchen

e-mail: birkner@ikt.de

Dr.-Ing. Bert Bosseler

- Wissenschaftlicher Leiter -

IKT – Institut für Unterirdische Infrastruktur

Exterbruch 1

45886 Gelsenkirchen
e-mail: bosseler@ikt.de

Arbeitssicherheit Teil1: Kompaktwissen zum Einstieg in die Kanalisation

Netzbetreiber müssen ihre abwassertechnischen Anlagen warten und instandsetzen. Dabei läßt sich der Einstieg in die Bauwerke oft nicht vermeiden. Dies zählt anerkanntermaßen zu den „gefährlichen Arbeiten“ (VGB 1 § 36 [1]). Die verantwortlichen Mitarbeiter der Netzbetreiber müssen die Risiken kennen und die Voraussetzungen für vorbeugende Sicherheitsmaßnahmen und schnelle Rettungsmaßnahmen schaffen.

Gefahrensituationen erkennen – Unfälle vermeiden

Der erste Schritt zur Unfallvermeidung ist die Kenntnis von Gefahrensituationen. Maßnahmen zur Arbeitssicherheit sollten bereits bei der Arbeitsvorbereitung berücksichtigt werden. Bild 1fasst die Gefahren für Arbeiten in abwassertechnischen Anlagen zusammen:

Bild 1: Übersicht Gefahrensituationen

Schutzmaßnahmen für verschiedene Gefahr-Situationen

Ist ein Einstieg zur Durchführung der Arbeiten notwendig, sind Vorsorge- und Rettungsmaßnahmen frühzeitig zu treffen [2], [3]. Die verantwortliche Aufsichtsperson muß die Tiefe des umschlossenen Bauwerkes, die Belüftungssituation und die Wasserführung (Wetterlage) einschätzen und dafür Sorge tragen, dass Vorsorge- und Rettungsmaßnahmen für diese Situation funktionieren. Die Tabelle 1 gibt einen kompakten Überblick über die notwendigen Vorsorge- und Rettungsmaßnahmen für verschiedene Kanalsituationen und Schachttiefen.

Tabelle 1: Vorsorge- und Rettungsmaßnahmen [4]

Die Anzahl und das Ausmaß der zu treffenden Maßnahmen hängt dabei im hohem Maße vom Gefahrenpotential des Arbeitseinsatzes ab.

Ist beispielsweise die Begehung eines Stauraumkanals von Nöten, dessen Schachtsohle sich in mehr als 5,0 m Tiefe befindet, ist mit erhöhter Gefahr eines Absturzes als auch mit toxischer Atmosphäre zu rechnen. Zum Schutz der Arbeiter sind diese während des Einstieges zu sichern. Zudem sind vor dem Einstieg und während des Aufenthaltes Messungen auf schädliche Zusammensetzungen der Atemluft durchzuführen. Bei starker Wasserführung müssen die Eingestiegenen mit einem Seil gesichert sein.

Werden hingegen keine besonderen Gefahren erwartet wie z.B. bei der Inspektion eines Schachtes von 1,0 m Tiefe eines gut belüfteten Regenwasserkanals sind keine besonderen Maßnahmen zu ergreifen.

Arbeitssicherheit gilt auch für Dienstleister

Für den Dienstleister besteht die Verpflichtung, durch geeignete Maßnahmen und Sicherheitsbelehrungen die Sicherheit seiner Beschäftigten am Arbeitsplatz zu gewährleisten. Für Arbeiten in umschlossenen Räumen von abwassertechnischen Anlagen ist er zu diesem Zweck an Beschäftigungsbeschränkungen gebunden, die ein Einsatz nur für Personen erlaubt, die

• älter als 16 Jahre sind

• eine geeignete Körperbeschaffenheit und einen guten Gesundheitszustand aufweisen und

• eine fachkundige Ausbildung erhalten haben.

Darüber hinaus muß vor Beginn der Arbeiten eine zuverlässige, mit den Gefahren und Schutzmaßnahmen vertraute Person als Aufsichtsführender bestimmt werden.

Bild 2: Aufsichtsführender über Tage  [4]

Der Unternehmer muß vor Aufnahme der Tätigkeiten und mindestens einmal jährlich seinen Mitarbeitern eine Sicherheitsbelehrung zukommen lassen, bei der diese über alle auftretenden Gefahren sowie über Schutzmaßnahmen und das Verhalten bei Arbeitsunfällen unterwiesen werden. Zur Vermeidung von Infektionsgefahren müssen den Arbeitern Waschgelegenheiten und Reinigungs-, Infektions- und Pflegemittel seitens des Unternehmers zur Verfügung gestellt werden, der auch die Reinigung der verschmutzten Arbeits- und Schutzkleidung durchzuführen und zu tragen hat.

Durch bauliche Maßnahmen den Schachteinstieg vermeiden

Um die oben erfassten Gefahren umgehen zu können, sollte das Vermeiden des Einstiegs in abwassertechnische Anlagen oberste Priorität besitzen. Die Notwendigkeit des Arbeitens vor Ort kann für einige Tätigkeiten durch zusätzliche Bau- und Ausrüstungsmaßnahmen vermieden werden. So z.B. können Schieber durch nach außen geführte Bedienelemente von der Oberfläche gesteuert (s. Bild 3 und Bild 4), manuell durchgeführte Reinigungsarbeiten durch den Einbau von Schwallspüleinrichtungen umgangen oder Instandsetzungsmaßnahmen durch Verwendung von Robotern durchgeführt werden.

Schon bei der baulichen Planung abwassertechnischer Anlagen kann die Sicherheit maßgebend verbessert werden. Bei der Bemessung von Schächten und Bauwerken ist immer ein besonderes Augenmerk auf die Sicherheit und Rettungsfähigkeit von Personen und eine gute Be- und Entlüftung zu richten und eine konstruktive Gestaltung zu wählen, die eine ausreichende Fließgeschwindigkeit gewährleistet. Diese baulichen Maßnahmen verringern die Bildung gefährlicher und explosiver Atmosphäre und erleichtern die Rettungsarbeiten bei möglichen Unfällen.

Lesen Sie im nächsten eNewsletter des IKT: Arbeitssicherheit Teil 2: Kompaktwissen zum Einstieg in die Kanalisation: Eine Internetrecherche über den Markt für Arbeitssicherheit

[1] Vorschrift der gewerblichen Berufsgenossenschaften, Unfallverhütungsvorschrift, Allgemeine Vorschriften, VBG 1 
[2] Unfallverhütungsvorschrift „Abwassertechnische Anlagen“ GUV 7.4/VBG 54
[3] „Sicherheitsregeln für Arbeiten in umschlossenen Räumen von abwassertechnischen Anlagen“ GUV 17.6 / ZH1/177
[4] „Sicheres Arbeiten in Schächten“, Ausgabe 4/99, Klaus Langbecker

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Jahrelange Erfahrung mit Schlauch-Relining-Harzen

Am 20. März 2003 fand in Hannover der 1. Deutsche Schlauchliner-Tag statt. Die Vorträge dieser Veranstaltung erscheinen nun auch im IKT-eNewsletter, nachdem sie in der Kongreßausgabe der bi-UmweltBau erschienen sind. In dieser Ausgabe berichtet K. den Besten, DSM Resins B.V., Zwolle, über Erfahrungen mit Schlauch-Relining-Harzen.
 

Ausgangsbasis für Qualität und neue Entwicklungen

Zusammenfassung

Der Einfluss des Harzsystems auf den gesamten Schlauch-Relining-Prozess und die Qualität des Endprodukts sind eng miteinander verbunden. Hinzu kommt, dass von Seiten der Relining-Branche unglaublich hohe Anforderungen gestellt werden, u.a. weil das Endprodukt unter wechselnden Bedingungen eingebaut werden muss und sehr hohe Erwartungen an die Lebensdauer gestellt werden (mindestens 50 Jahre).

DSM Composite Resins entwickelt und produziert seit Jahrzehnten Harze, die diesen Anforderungen gerecht werden. Neben der chemischen Zusammensetzung des Harzes müssen Viskosität, Reaktivität, Rheologie, Lagerstabilität und Säurezahl sorgfältig aufeinander abgestimmt werden. Damit sind optimale Verarbeitungseigenschaften garantiert, mit denen sich ein hochwertiges Endprodukt herstellen lässt.

Aufgrund dieser langjährigen Erfahrung ist es gelungen in jüngster Zeit zwei neue Harztypen für den Reliningsektor zu entwickeln:

 Atlac E-Nova RE 2145 und Atlac E-Nova RE 3475.

Diese Epoxid-Bisphenol A-Vinyl-Ester-Urethan-Harze eignen sich insbesondere für die Sanierung von Industriekanalisationen. Die neuen Atlac E-Nova-Typen zeigen hervorragende Eigenschaften im Bereich der Chemikalien-Resistenz und thermischen Stabilität und bieten eine willkommene Ergänzung zur gängigen Relining-Harzpalette.

Einleitung

Die Qualitätsanforderungen, die im Relining-Sektor an die zu verwendenden Harzsysteme gestellt werden, sind unglaublich hoch und vergleichbar mit Endprodukt-Anwendungen in der chemischen Industrie, wo ebenfalls hohe Anforderungen an die Chemikalien-Resistenz sowie die mechanischen Eigenschaften und Ermüdungsbeständigkeit gestellt werden (Langzeit-Verhalten).

Für diese hohen Qualitätsanforderungen können die folgenden Gründe angeführt werden:

1. Das Endprodukt (Relining-Rohr) wird vor Ort, also in der Kanalisation, unter wechselnden Bedingungen produziert (Temperaturen, Feuchtigkeit, verschiedene Durchmesser usw.) Dies setzt Systeme voraus, die unter allen Einsatzbedingungen die verlangte Endqualität garantieren.
2. Das Produkt ist zum unterirdischen Einsatz bestimmt, d.h. eventuelle Schadstellen sind schwer zu lokalisieren (nur mit Hilfe spezieller Kamera-Inspektionen).
3. Die Lebensdauer-Garantie liegt oft bei 50 Jahren.

Außerdem wird die Kanalsanierung von den Auftraggebern (Kommunen) meist als notwendiges Übel gesehen. Eine Kanalsanierung hat den Bürgern gegenüber nur eine sehr geringe positive Ausstrahlung, da das Endprodukt nicht sichtbar ist. Darum sind die minimalen Behinderungen während der Installation (keine langwierigen Grabungsarbeiten) eine wichtiger Vorteil des Schlauch-Relinings mit ungesättigten Polyester- und Vinyl-Ester-Harzen. 

Ungesättigte Polyester-Harze

Ein ungesättiger Polyester ist ein Makromolekül mit polymerisationsfähigen Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindungen, das über eine Polykondensationsreaktion aus überwiegend zweiwertigen Alkoholen und sowohl gesättigten als auch ungesättigten Dicarbonsäuren (bzw. entsprechenden Anhydriden) aufgebaut wurde. Unter einem ungesättigten Polyester-Harz verstehen wir ein homogenes, flüssiges Gemisch des oben beschriebenen Prepolymers mit einem Vernetzungsmittel oder Monomer (meistens Styrol).

Mittels einer radikalischen Copolymerisation zwischen ungesättigten Verbindungen in der Polyester-Kette und den Doppelbindungen des Monomers entsteht ein räumliches Netzwerk.

Diese Härtungsreaktion wird initiiert durch ein Peroxid oder UV-Licht, ggf. in Kombination mit einem Katalysator.

Durch die große Zahl chemisch unterschiedlicher Zutaten, aus denen das Polyesterharz aufgebaut werden kann, den Grad der Ungesättigtheit, Ort und Art der Doppelbindungen in der Kette sowie die Wahl der Monomere bietet sich eine fast unbeschränkte Palette an Harzvarianten. Die Kunst besteht darin, unter Ausschöpfung aller Möglichkeiten das Polyesterharz so zusammenzustellen, dass alle von der Relining-Branche gestellten Anforderungen erfüllt werden können und ein Produkt von Spitzenqualität hervorgebracht werden kann.

Qualitätsanforderungen

Die im Folgenden beschriebenen Eigenschaften von ungesättigten Polyester- und Vinyl-Ester-Harzen beeinflussen in hohem Maße den gesamten Schlauch-Relining-Prozess und haben darum eine wesentliche Bedeutung im Hinblick auf die Erfüllung der gestellten Anforderungen an die Verarbeitungseigenschaften, Härtung sowie die schlussendlichen Produkteigenschaften.

Mechanische Eigenschaften:

Unter der Voraussetzung einer sorgfältigen Aushärtung werden die schlussendlichen mechanischen Eigenschaften des Relining-Rohrs zum größten Teil bestimmt von dem Harzsystem in Kombination mit dem gewählten Verstärkungsmaterial.

Diese harzbezogenen mechanischen Eigenschaften werden vollständig bestimmt von der chemischen Zusammensetzung des Harzes und dem Grad der Polymerisation (Molekülmasse).

Chemische Beständigkeit – Hydrolyse-Beständigkeit:

Auch diese Eigenschaft wird neben der Molekülmasse vollständig von der Rohstoff-Wahl bestimmt.  Grundsätzlich liegt die Schwachstelle in einem ungesättigten Polyester-Harz in der Ester-Bindung. Durch die Wahl der richtigen Rohstoffe kann die Beständigkeit gegen Chemikalien und/oder Wasser jedoch stark verbessert werden. Allgemein bekannt ist z.B. die gute Hydrolyse-Beständigkeit von ISO-NPG-Harzen. Diese gesteigerte Beständigkeit lässt sich infolge der sterischen Hinderung durch die Methylgruppe von Neopentylglykol  erklären. Vinyl-Esterharze schneiden bei der Chemikalienresistenz noch besser ab.

Selbstverständlich wurde die Chemikalien-Resistenz auch bei DSM Composite Resins intensiv erforscht, noch heute gehört diese Forschungsarbeit zum Unternehmensalltag. Nach international anerkannten Normen (ASTM C 581) werden Testlaminate ein Jahr lang vollständig in das zu prüfende Medium mit einer bestimmten Temperatur eingetaucht. Nach 1, 3, 6 und 12 Monaten werden die Testlaminate aus dem Medium herausgenommen und getestet (mechanische Eigenschaften, Härtemessung, Fasersichtbarkeit, Glanzverlust, Blasenbildung usw.). Auf der Grundlage der Testergebnisse sowie einer Extrapolation (Erhaltung von Biege-Modul und Biege-Festigkeit) auf 10 Jahre wird eine Aussage über das Abschneiden des getesteten Harztyps hinsichtlich der Chemikalien-Resistenz gemacht. Auf diese Weise kann auch für Relining-Produkte eine Prognose abgegeben werden, ob der angewendete Harztyp die vorher formulierte Lebensdauer-Erwartung erfüllen kann.

Chemische Retention in % = (Erhaltung des Biegemoduls + Erhaltung der Biegefestigkeit)/2

Viskosität:

Die Geschwindigkeit des Imprägnationsprozesses wird in hohem Grade von der Viskosität des Harzes bestimmt. Die Benetzung des Verstärkungsmaterials (Glasfaser oder Polyester-Nadelfilz) verläuft schneller, wenn die Viskosität niedriger ist, wobei jedoch auch die chemische Zusammensetzung des Harzes einen großen Einfluss hat. Außerdem kann über die Viskosität auch das Gewichtsverhältnis von Verstärkungsmaterial/Harz beeinflusst werden, so dass für jeden Prozess eine deutliche Bandbreite definiert werden kann, innerhalb derer der Prozess optimal verläuft. Dabei muss darauf hingewiesen werden, dass die Viskosität eines Harzes stark temperaturabhängig ist, wodurch dieser Faktor auch eine Rolle während der Imprägnierung spielt.

Reaktivität:

Der Grad der Ungesättigtheit ist ausschlaggebend für die Reaktivität des Harzsystems. Ein hoch reaktives Harz hat ein größeres Potenzial für eine schnelle Aushärtung als ein schwach reaktives Harz. Ein zusätzliches Risiko besteht jedoch in der auftretenden exothermen Reaktion während der Aushärtung. In dicken Produkten kann dies zu überhöhten Spitzentemperaturen führen, was wiederum Begleiteffekte wie eine zu schnelle Polymerisationsschrumpfung (ohne ausreichende Relaxation) und eine dadurch bedingte Rissbildung im Endprodukt oder die Blasenbildung durch Styrol-Kochen mit sich bringen kann.

Rheologie:

Damit das Harz in der flüssigen Phase, also während der Installation des Schlauchs in der Kanalisation oder sofort danach, nicht nach unten läuft, bevor die Härtungsreaktion einsetzt, wird das Harz mit einem Thixotropierungsmittel ausgestattet. Bei niedriger Scherbeanspruchung hat das Harz eine hohe Viskosität, bei hoher Scherbeanspruchung (Imprägnierung) ist die Viskosität dagegen niedrig, was eine wichtige Rolle für die Imprägnierungseigenschaften spielt. Wenn das Harz zu hochthixotrop eingestellt wird, ist mit Problemen mit der Entlüftung des Harzgemisches zu rechnen.

Bei der UV-Härtung wird meistens ein Verdickungszusatz (MgO) verwendet, um die Viskosität nach der Imprägnierung zu steigern. Da diese Verdickung auf die Reaktion von MgO mit den endständigen Säuregruppen aus der Polyester-Kette zurückzuführen ist und die Säurezahl des Harzes folglich einen großen Einfluss auf diese Verdickungsreaktion (sowohl Geschwindigkeit als auch Endniveau) hat, muss die Säurezahl solcher Harze sehr eng spezifiziert werden.

Lagerstabilität (Topfzeit):

UV-härtende Harze sind im Hinblick auf ihre Lagerstabilität gegenüber den warm härtenden Harzsystemen eindeutig im Vorteil. Trotz der Beigabe von speziell ausgewählten Hemmstoff-Systemen beschränkt sich die Lagerstabilität abhängig von dem jeweiligen Aushärtungssystem und der Temperatur auf einige Tage bis höchstens einigen Wochen. Oft wird mit Eis und Kühlcontainern gearbeitet, um die Lagerstabilität so weit wie möglich zu verlängern. Für die UV-härtenden Harze gilt im Prinzip, dass keine Härtungsreaktion eintritt, wenn das Harz vor Licht geschützt wird. Wird dagegen ein kombiniertes System (UV-Licht und Peroxide) verwendet, wirkt sich dies unmittelbar auf die Stabilität aus.

Ausgehend von den obigen Ausführungen kann geschlossen werden, dass viele Faktoren gemeinsam bestimmen, ob ein Polyester-Harz qualitativ die von der Relining-Branche gestellten Anforderungen erfüllt. Bei weitem nicht jeder beliebige Harztyp ist geeignet. Hinzu kommt, dass das Relining unter variablen Bedingungen stattfindet, was als zusätzliches Argument dafür spricht, früher in der Kette auftretende Variationen so weit wie möglich auszuschließen. Was das Harz angeht, kommt es darum entscheidend darauf an, dass nicht nur alle gestellten Anforderungen erfüllt werden (Spezifikationen), sondern dass auch die Bandbreite, in der geliefert wird, möglichst klein ist. Letzteres ist nur möglich, wenn das Harz in möglichst weitgehend automatisierten, modernen Anlagen auf der Basis hochwertiger Rohstoffe hergestellt wird. Selbstverständlich muss nach international anerkannten Qualitätsnormen gearbeitet werden (ISO-Normen). Alle hier aufgelisteten Punkte sind für DSM Composite Resins selbstverständlich und garantieren eine ausgezeichnete Einheitlichkeit der gelieferten Chargen.

Neue Entwicklungen:

Neben den kommunalen Standard-Kanalisationen bietet sich der Relining-Branche ein interessanter, wachsender Markt in der Sanierung von Industrie-Kanalisationen. Dabei ist z.B. zu denken an u.a. Kanalisations- und Leitungssysteme in der chemischen und petrochemischen Industrie, Zellstoff- und Papier-Industrie oder in Bierbrauereien.

Da die Materialien in diesen Fällen verschiedenen Chemikalien und/oder hohen Temperaturen ausgesetzt sind, wird die Chemikalienresistenz des zu verwendenden Harzsystems besonders beansprucht. Die ungesättigten Polyester-Standard-Harztypen erfüllen diese Anforderungen oft nicht; darum ist hier ein Vinyl-Ester-Harzsystem zu wählen. Aktuelle Entwicklungen bei DSM Composite Resins haben zu einem komplett neuen Programm von Vinyl-Ester-Harzen mit außergewöhnlichen Eigenschaften bei der Verarbeitung und Chemikalien-Resistenz geführt, die spezifisch auf die Anforderungen der Relining-Industrie abgestimmt sind. Der Markenname für diese neue Vinyl-Ester-Technologie ist: Atlac E-nova.

Atlac E-nova:

Atlac E-Nova ist eine revolutionäre Entwicklung, aufbauend auf einer 40-jährigen Erfahrung in der Chemie der ungesättigten Polyester-Harze und Epoxid-Vinyl-Ester-(Urethan-)Technologie. Das Ergebnis: Harzsysteme, die auf die spezifischen Anforderungen verschiedener Verarbeitungstechniken abgestimmt sind. Diese Harze wurden bisher speziell formuliert für die folgenden Endmärkte: Yachtbau, Filament-Wicklung, Pultrusionsverfahren und Schlauch-Relining. In den nächsten Jahren wird diese dritte Generation der Atlac-Harze weiter ausgebaut werden, was zu neuen Produktfamilien führen wird, die alle auf einer Technologie basieren, die eine hohe Temperaturbeständigkeit, perfekte Chemikalien-Resistenz, gute Benetzung, schnelle Zykluszeiten und Standard-Härtungssysteme in sich vereinen werden.

Die Basis für alle diese Harze ist ein Epoxid-Bisphenol A-Vinyl-Ester-(Urethan‑)Backbone, das für die spezifischen Eigenschaften wie gute Chemikalien-Resistenz und hohe Temperaturbeständigkeit sorgt.

Atlac E-nova-Harze wurden für einen spezifischen Anwendungsbereich modifiziert und entwickelt. Um die richtige Mischung von Eigenschaften zu erzielen, die für einen bestimmten Endmarkt benötigt wird, haben wir unseren Kunden gut zugehört, um somit die Technologie mit diesen Anforderungen verknüpfen zu können. Dies hat zu einer Reihe von Harzen diese Typus geführt. Sie sind mit ihren jeweiligen flüssigen und mechanischen Eigenschaften auf die Anforderungen des jeweiligen spezifischen Sektors abgestimmt.

Für den Relining-Markt bedeutet dies, dass zwei neue Harze entwickelt wurden: Atlac E-Nova RE 2145 und Atlac E-Nova RE 3475.

Atlac E-nova RE 2145:

Atlac E-nova RE 2145 wurde speziell für die Anwendung im „hot cure relining” (warm härtenden Relining) entwickelt.

Chemikalienbeständige Harzsysteme müssen sich genauso gut verarbeiten lassen und vergleichbare Benetzungs- und Imprägnierungseigenschaften ohne jegliche Entlüftungsprobleme aufweisen wie die ungesättigten Polyesterharz-Standardtypen. Darin lag die Herausforderung während der Entwicklung von Atlac E-nova RE 2145.

U.a. durch die eingebauten Urethangruppen weist dieses Harz eine perfekte Thixotropie-Stabilität auf. Das ausgehärtete Harz vereint sehr gute mechanische Eigenschaften mit einer hohen Temperaturbeständigkeit. Das Niveau der Chemikalienresistenz ist vergleichbar mit Epoxid-Novolac-Vinyl-Ester-Harzen. Das bedeutet gute Beständigkeit gegen Lösemittel, Säuren, Laugen und Salzlösungen. Natürlich ist das Harz so stabilisiert, dass die für die warm härtende Anwendung erforderliche Lagerstabilität gewährleistet werden kann.

Eigenschaften des flüssigen Harzes (Spezifikationen)

Bemerkungen

Viskositätsmessung: Physica/ S 2/23°C
Reaktivitätsmessung:
TM 2259: Härtung bei 60 °C mit 0,5 g Perkadox 16, 1,0 g Trigonox C und 1,0 g Beschleuniger NL 49 P auf 100 g Harz
TM 2301B : Härtung bei 50 °C mit 0,5 g Perkadox 16, 1,0 g Trigonox C und 1,0 g Beschleuniger NL 49 P auf 100 g Harz

Eigenschaften von unverstärktem Formstoff, ohne Füllstoffe (Richtwerte)

Härtungsbedingungen

Härtung:
1,5 % Butanox M 50 (Fa. AKZO-Nobel), 0,3 ml Beschleuniger NL 6310 (AKZO-Nobel) und 0,3 ml Beschleuniger NL 51P (AKZO-Nobel).
Nachhärtung: 3 h bei 100 °C und 1 h bei 150 °C

Atlac E-nova RE 3475

Atlac E-nova RE 3475 wurde speziell für die Anwendung im „UV cure relining” (UV-härtenden Relining) entwickelt. -

Als Basis dient ein Epoxid-Bisphenol A-Vinyl-Ester-Urethan, das speziell modifiziert wurde, um eine Eindickung mit Magnesium-Oxid zu ermöglichen. Das Harz ist hochreaktiv, mittelviskos und kann sowohl mit Standard-Härtungsmitteln als auch mit niederenergetischem UV-Licht (365 – 420 nm) gehärtet werden, was zu Röhren mit hervorragenden mechanischen Eigenschaften, hoher Temperaturbeständigkeit und einer sehr guten Chemikalienresistenz führt.

Auch für diesen Atlac E-nova-Typ gilt, dass die (Glasfaser-)Benetzung infolge der Anwesenheit der Urethan-Gruppen hervorragend ist und die Entlüftungseigenschaften mit UV-härtenden Polyester-Standardharzen vergleichbar sind.

Eigenschaften des flüssigen Harzes (Spezifikationen)

Bemerkungen

TM 2013: Physica, Z2/100/23°C
TM 2500: Reaktivitätsmessung mit Ultra-Vitalux Lampe (300 W, Fa. Osram)

Eigenschaften des flüssigen Harzes (Richtwerte)

Eigenschaften von unverstärktem Formstoff, ohne Füllstoffe (Richtwerte)

Härtungsbedingungen

Härtung: 1 % Butanox M 50 (Fa. AKZO-Nobel) und 0,3 ml Beschleuniger NL 51P (AKZO-Nobel).
Nachhärtung: 3 h bei 100 °C und 1 h bei 150 °C

Die jahrelangen Erfahrungen mit Relining-Harzen sowie der Produktion und Entwicklung von Polyester- und Vinylharzen im Allgemeinen, auf die DSM Composite Resins zurückgreifen kann, haben zur Einführung von zwei einzigartigen Atlac E-nova-Harzen geführt, die perfekt für die Sanierung von Industriekanalisationen geeignet sind. Diese Harze ermöglichen die Sanierung von chemisch und/oder thermisch schwer beanspruchten Kanalisationssystemen mit einer Garantie auf eine lange, mit kommunalen Kanalisationssystemen vergleichbare Lebensdauer.

K. den Besten,
DSM Resins B.V.
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Tel.: 0031 / 384569470