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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Verlegen von Kabeln.
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Kabel werden zu unterschiedlichsten Zwecken und somit auch in den unterschiedlichsten Untergründen verlegt. Besonders im Bauwesen müssen häufig nachträglich Kabel in einen bereits bestehenden Untergrund verlegt werden. Hierbei kommen nicht nur stromführende elektrische Kabel als solche, sondern insbesondere, wenn es zur Überwachung von Bauteilen/Untergründen kommt, auch faseroptische Sensoren zum Tragen.
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Grundsätzlich können faseroptische Sensoren (DFOS) eine kontinuierliche Dehnungsmessung z. B. in Betonbauteilen ermöglichen, wodurch eine kontinuierliche Überwachung der Bauteile erreicht werden kann. Somit kann frühzeitig auf Veränderungen der Eigenschaften der Betonbauteile reagiert werden. Damit qualitativ hochwertige Messdaten erhalten werden, ist es von entscheidender Bedeutung, dass eine gleichmäßige und gute Verbundqualität zwischen den DFOS und dem Beton vorliegt. Durch eine gute Verbundqualität wird sichergestellt, dass eine gute Dehnungsübertragung von Beton zu den DFOS erfolgt.
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Um eine ausreichend gute Verbundqualität zu erreichen, erfolgt das Anbringen der DFOS im Stand der Technik aktuell in drei Arbeitsschritten, die nacheinander ausgeführt werden, wobei für die unterschiedlichen Arbeitsschritte die Werkzeuge gewechselt werden müssen. Zuerst wird eine Nut mit herkömmlichen Mauernutfräsern, Winkelschleifern und Meißeln eingebracht. Danach wird der DFOS eingelegt und evtl. temporär fixiert, gefolgt vom manuellen Einbringen des Klebers mit Spachtel oder Tülle. Durch den zeitlichen Versatz und die zumeist händisch durchgeführten Arbeitsschritte nimmt die Gleichmäßigkeit der Verbundqualität signifikant ab. Dies führt dazu, dass die Dehnungsübertragung nicht optimal stattfindet und somit die Genauigkeit der Messwerte reduziert wird.
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Um diese Probleme zu lösen, offenbart zum Beispiel
US 2013 / 0 028 750 A1 ein System und Verfahren zum Verlegen von Kabeln, bei dem zunächst ein Hohlraum in die bestehende Deckschicht geschnitten und sofort gereinigt wird. Als Nächstes werden die Kabel in dem Hohlraum verlegt, welcher dann teilweise bevorzugt mit Gips oder Mörtel gefüllt wird. Nach der Verfestigung ist somit das Kabel durch den Mörtel im Hohlraum umschlossen. Zuletzt wird der verbliebene Hohlraum gänzlich ausgefüllt, um eine geschlossene Oberfläche zu erhalten. Dadurch wird der Hohlraum, der nun mit dem von der Masse umschlossenen Erdkabel gefüllt ist, abgedichtet. Nachteilig an dieser Vorrichtung ist zunächst, dass diese Vorrichtung eine große räumliche Ausdehnung aufweist und somit der Betrieb nur in Verbindung mit einer schweren Arbeitsmaschine (Fahrzeug) durchgeführt werden kann. Außerdem besteht bei diesem Verfahren die Gefahr, dass das Kabel nicht parallel zum Hohlraumboden verläuft, was zu einer ungleichmäßigen Führung des Kabels und im Falle von faseroptischen Sensoren zu ungenauen Messergebnissen führt, da Mikrokrümmungen auftreten können.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Verlegen von Kabeln vorzuschlagen, sodass eine hohe Gleichmäßigkeit in der Verbundqualität über die gesamte Länge des Kabels erreicht wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung zum Verlegen von Kabeln nach Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren zum Verlegen von Kabeln nach Anspruch 8. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Eine Vorrichtung zum Verlegen von Kabeln weist eine Aushebungseinheit zum Ausbilden einer Aushebung in einem Verlegeuntergrund sowie eine Zuführeinheit zum Zuführen eines Füllwerkstoffs auf. Außerdem ist mindestens eine Kabelverlegungseinheit, auf der das mindestens eine in die Aushebung zu verlegende Kabel ausgebildet bzw. auf der das Kabel aufgebracht oder angeordnet ist, vorgesehen und mindestens eine Eindrückeinheit zum Eindrücken des Kabels in die Aushebung ausgebildet. Hierbei ist zudem die gesamte Vorrichtung tragbar ausgebildet.
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Hierbei wird unter „tragbar“ verstanden, dass die Vorrichtung leicht und handlich genug ist, um von einer einzelnen durchschnittlichen Person, alternativ zwei Personen, maximal jedoch drei Personen hin und her getragen werden zu können. Insbesondere soll die Vorrichtung auf einer üblichen Hebebühne mit einer maximalen Hebefläche von 4 m2 eingesetzt werden können. Besonders bevorzugt werden die Maße Länge × Breite × Höhe von 1,5 m × 0,75 m × 0,75 m nicht überschritten.
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Weiterhin umfasst die Erfindung nicht nur die Kabelführung von der Kabelverlegungseinheit über die Eindrückeinheit in die Aushebung, sondern auch Führungen über weitere Einheiten z. B. Umlenkrollen zwischen Kabelverlegungseinheit und Eindrückeinheit. Durch die oben beschriebene Ausgestaltung der Vorrichtung ergibt sich der Vorteil, dass die Arbeitsschritte in einer kurzen zeitlichen Abfolge nacheinander durchgeführt werden können. Durch die Anordnung der verschiedenen Arbeitsgeräte muss kein Wechsel der Arbeitsgeräte zwischen den Arbeitsschritten durchgeführt werden, sodass Zeit während des Prozesses gespart sowie die Montage an sich vereinfacht wird. Insbesondere kann die Vorrichtung an Oberflächen eingesetzt werden, die schwer zugänglich sind.
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Weiterhin kann die Vorrichtung zum Verlegen von Kabeln eine Aufwirbeleinheit zum Aufwirbeln von Verunreinigungen und/oder eine Absaugeeinheit zum Absaugen der Verunreinigungen aufweisen.
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Durch die zusätzliche Integration einer Aufwirbeleinheit und bzw. oder einer Absaugeeinheit können Verunreinigung effektiv aus der Aushebung entfernt werden. Dies hat zur Folge, dass das Kabel in der Aushebung gleichmäßige, d. h. weitestgehend ohne Mikrokrümmung (Winkel kleiner als 10° parallel zur ursprünglichen Oberfläche des Verlegeuntergrunds) verläuft. Dies wiederum hat direkten Einfluss auf eine verbesserte gleichmäßige Verbundqualität. Auch werden dadurch Fehlstellen in dem späteren Verbund minimiert.
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Zudem kann das Kabel durch die Zuführeinheit geführt oder durch die Zuführeinheit führbar sein. Dadurch ist es möglich, das Kabel bereits vor der Verlegung in der Aushebung mit einer Schicht des Füllwerkstoffs allseitig und gleichmäßig zu überziehen. Dies wirkt sich positiv auf die Gleichmäßigkeit der Verbundqualität aus.
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Außerdem kann eine Abziehvorrichtung zum Abziehen des überschüssigen Füllwerkstoffs ausgebildet sein.
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Durch den Einsatz einer Abzieheinheit kann sichergestellt werden, dass der Füllwerkstoff bündig mit der ursprünglichen Oberfläche des Verlegeuntergrunds abschließt. Somit wird eine gleichmäßig versiegelte Oberfläche am Ende des Prozesses gewährleistet. Hierbei wird unter „bündig“ verstanden, dass die Oberfläche der mit Füllwerkstoff gefüllten Aushebung das gleiche Niveau hat wie die ursprüngliche Oberfläche des Verlegeuntergrunds.
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Weiterhin können alle Einheiten der Vorrichtung direkt miteinander, also paarweise in einander unmittelbar berührenden Kontakt, und bzw. oder über eine Verbindungsvorrichtung, insbesondere einem Schlitten, verbunden sein.
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Durch diese Verbindung wird die Handlichkeit der Vorrichtung signifikant verbessert sowie die Möglichkeit geschaffen, die Vorrichtungen leicht montierbar auszugestalten. Dies hat den Vorteil, dass die einzelnen Einheiten nach der Benutzung leicht von der Verbindungsvorrichtung gelöst und anschließend gereinigt werden können. Nach erfolgter Reinigung können die Einheiten dann wieder zusammengeführt werden. Dadurch wird die Wartung der Vorrichtung verbessert und somit auch die Lebensdauer der Vorrichtung.
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Zudem kann die Vorrichtung automatisch verfahrbar, insbesondere mit einer steuerbaren Antriebsvorrichtung, ausgebildet sein.
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Durch die automatisierte Verfahrbarkeit kann die Verlegung des Kabels automatisch, d. h. nach einer zuvor von einer Person festgelegten Art und Weise durchgeführt werden. Hierbei können beispielsweise Prozessparameter wie Aushebungstiefe, Aushebungslänge und Verfahrgeschwindigkeit vorgegeben werden. Zudem ist es auch möglich, dass die Vorrichtung durch die steuerbare Antriebsvorrichtung aus der Ferne gesteuert werden kann, was die Personalkosten senkt und zudem aufgrund der Vollautomatisierung die Reproduzierbarkeit der Verbundqualität verbessert werden kann
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Weiterhin kann der Füllwerkstoff einen geringeren Elastizitätsmodul und bzw. oder eine höhere Bruchdehnung aufweisen als der Verlegeuntergrund.
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Durch diese Eigenschaften des Füllwerkstoffs kann sichergestellt werden, dass eine gleichmäßige, widerstandsfähige versiegelte Oberfläche nach der Verfüllung mit dem Füllwerkstoff vorliegt. Hierbei kann insbesondere Füllwerkstoff verwendet werden, der schnell, d. h. in weniger als 30 s, aushärtet. Hierbei ist die bevorzugte Aushärtezeit nach unten insbesondere beschränkt durch die erreichbare Einbring- und Vorschubgeschwindigkeit.
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Bei einem Verfahren zum Verlegen von Kabeln wird eine Aushebung in einen Verlegeuntergrund durch eine Aushebungseinheit eingebracht und anschließend mit einem Füllwerkstoff durch eine Zuführeinheit gefüllt. Anschließend wird ein Kabel von einer Kabelverlegungseinheit über eine Eindrückeinheit in die mit Füllwerkstoff gefüllte Aushebung eingedrückt.
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Durch dieses Verfahren wird die Verlegung in der Gesamteinheit vereinfacht, da die Verlegung in einem einzelnen Arbeitsgang durchgeführt werden kann. Dies kann besonders dort hilfreich sein, wo der Zugang zur beabsichtigten Lage des Kabels aufwendig und kostspielig ist. Zudem kann durch das beschleunigte Verfahren schnell aushärtbarer Füllwerkstoff verwendet werden, wodurch Überkopfarbeiten ermöglicht werden.
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Zudem kann das Kabel nahezu parallel zur Oberfläche des Verlegeuntergrunds verlegt werden. Hierbei ist unter „nahezu parallel“ zu verstehen, dass keine größeren Winkel als 10° in Relation zu der ursprünglichen Oberfläche des Verlegeuntergrunds vorliegen. Das bedeutet ein gewellter Verlauf wird vermieden und demzufolge ein geradliniger Verlauf mit einem über die Länge des verlegten Kabels konstanten Abstand zur Oberfläche des Verlegeuntergrunds erreicht. Dadurch kann verhindert werden, dass die Verbundqualität vermindert wird.
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Außerdem werden faseroptische Sensoren verlegt. Durch die Verlegung von faseroptischen Sensoren ist es möglich, die Messdaten in dem betreffenden Verlegeuntergrund direkt zu messen und somit Veränderung des Verlegeuntergrunds festzustellen. Hierbei kommen insbesondere Bauteile in Betracht, die unter großen mechanischen Belastungen stehen und somit durch die Messung Ermüdungserscheinungen des Werkstoffs frühzeitig erkannt werden können. Da die Verbundqualität sich direkt auf die Qualität der Messdaten auswirkt, können die oben beschrieben Einflussfaktoren auch direkt mit der Messqualität in Verbindung gebracht werden.
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Das Verfahren ist dazu ausgebildet, mit der beschriebenen Vorrichtung durchgeführt zu werden, d. h. die Vorrichtung ist geeignet, das beschrieben Verfahren durchzuführen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend anhand der 1 und 2 beschrieben. Wiederkehrendende Merkmale sind mit identischen Bezugszeichen versehen.
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Es zeigen:
- 1 eine schematische seitliche Darstellung der Vorrichtung während des Verlegeprozesses mit einer ersten Ausführungsvariante der Aushebungseinheit und
- 2 eine schematische seitliche Darstellung der Vorrichtung während des Verlegeprozesses mit einer zweiten Ausführungsvariante der Aushebungseinheit.
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In 1 ist die Vorrichtung 15 während des Prozesses dargestellt. In dieser Ausführungsform wird eine Aushebung 6 durch die Aushebungseinheit 1, die einen Hauptkörper und einen Fräskopf 3 umfasst, in den Verlegeuntergrund 13, hier Beton, eingebracht.
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Hierbei wird grundsätzlich unter einer Aushebung 6 jede Vertiefung verstanden, die beabsichtigt in den Verlegeuntergrund 13 eingebracht wird, z. B. eine Nut, ein Graben oder ein Kanal. Hierbei beträgt die minimale Tiefe der Aushebung 6 mindestens den Durchmesser des zu verlegenden Kabels 9.
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In dieser Ausführungsform handelt es sich um faseroptische Sensoren, die in der Aushebung 6 verlegt werden. Neben Beton als Verlegeuntergrund 13 können auch andere Werkstoffe in Betracht kommen. Hierbei sind alle im Bauwesen verwendeten Werkstoffe bzw. Verlegeuntergründe denkbar, insbesondere Natur- und Kunststeine wie (Stahl-)Beton, Mauerwerke, gewachsener Fels, Sedimentgesteine, Lehm, Asphalt, Glas sowie Metalle z. B. Stahl, Aluminium und Holz, Kunststoffe, Verbundwerkstoffe. Dabei spielt der Verlegeuntergrund 13 bei der Wahl der entsprechenden Aushebungseinheit 1 sowie des Füllwerksstoffs 12 eine maßgebliche Rolle.
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Zudem ist eine Aufwirbeleinheit 5 hier eine Drucklufteinheit vorgesehen, die die durch die Fräsung entstanden Verunreinigung in der Aushebung 6 durch den Einsatz von Druckluft aufwirbelt. Außerdem wird durch die Absaugeeinheit 4 die Verunreinigungen aus der Aushebung 6 absaugt. Durch das Zusammenspiel dieser beiden Einheiten können Verunreinigung besonders effektiv aus der Aushebung 6 entfernt werden. Das bedeutet nicht, dass die Vorrichtung 15 stets mit beiden Einheiten ausgebildet sein muss. Die Aufwirbeleinheit 5 und die Absaugeeinheit 4 sind als eigenständige Einheiten zu verstehen, die in ihrer Funktionsfähigkeit nicht voneinander abhängen. Durch die vorherige Entfernung von Verunreinigung aus der Aushebung 6 wird das Auftreten von Fehlstellen in dem Füllwerkstoff 12 vermieden, sodass die Verbundqualität in der Gesamtheit gesteigert wird.
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Außerdem ist gezeigt, wie der Füllwerkstoff 12 durch die Zuführeinheit 7 in die Aushebung 6 gefüllt wird. Hierbei kann insbesondere schnell aushärtbarer Füllwerkstoff 12 verwendet werden, sodass Überkopfarbeiten ermöglicht werden. Hierbei kommen insbesondere Mörtel, polymerversetze Mörtel, Epoxidharze, Ein- und Zweikomponentenkleber, Gips, Spachtelmassen, Silikon und Bauschaum als Füllwerkstoff 12 infrage. Hierbei kann der Füllwerkstoff 12 insbesondere bei Überkopfarbeiten pastöse Fließeigenschaften aufweisen, d. h. der Füllwerkstoff weist eine Viskosität in einem Bereich von 102 bis 107 mPa s auf.
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Zusätzlich ist gezeigt, dass das Kabel 9 von einer Kabelverlegungseinheit 8 über eine Eindrückeinheit 11 in die mit dem Füllwerkstoff 12 gefüllte Aushebung 6 hineingedrückt wird. Hierbei kann das Kabel 9 derart von der Eindrückeinheit 11 eingedrückt werden, sodass es möglichst oberflächennah verläuft. Das bedeutet das Kabel 9 in einem Abstand von maximal dem halben Durchmesser des Kabels 9 von der ursprünglichen Oberfläche des Verlegeuntergrunds 13 verläuft. Dadurch kann die Qualität der Messwerte signifikant gesteigert werden, da so keine Mikrokrümmungen in dem verlegten Kabel 9 vorliegen.
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Weiterhin ist die Dosierung des Füllwerkstoffs 12 von der Tiefe der Aushebung 6 abhängig und so gewählt, dass möglichst die Aushebung 6 vollständig gefüllt ist und somit auch das Kabel 9 vollständig umschlossen ist.
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Die Kabelverlegungseinheit 8 ist insbesondere als Trommel ausgebildet, auf der das Kabel 9 aufgewickelt ist. Zudem kann diese Trommel drehbar gelagert sein, sodass beim Verlegen des Kabels 9 eine einfache Abwicklung möglich ist. In diesem Ausführungsbeispiel wird das Kabel 9 direkt von der Kabelverlegungseinheit 8 über eine Eindrückeinheit 11 in die Aushebung 6 geführt. Das bedeutet nicht, dass zwischen Kabelverlegungseinheit 8 und Eindrückeinheit 11 noch zusätzliche Führungseinheiten vorgesehen werden können. U. a. ist es möglich, das Kabel 9 direkt durch die Zuführeinheit 7 zu führen. Dadurch wird das Kabel 9 bereits vor dem Eindrücken mit einer Schicht aus dem Füllwerkstoff 12 beschichtet, sodass eine verbesserte Verbundqualität erreicht werden kann.
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Zudem ist eine Abziehvorrichtung 10 dargestellt, die nach der Verfüllung der Aushebung 6 den überschüssigen Füllwerkstoff 12 abzieht und somit eine verfüllte Aushebung 6 erreicht wird, die präzise mit der ursprünglichen Oberfläche des Verlegeuntergrunds 13 abschließt. Dies erhöht abermals die Qualität des Verbunds und somit auch die Qualität der Messdaten.
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Schließlich ist auch eine Verbindungsvorrichtung 2 dargestellt, die alle Einheiten indirekt miteinander verbindet. In diesem Ausführungsbeispiel ist dies als Schlitten dargestellt. Durch diese Verbindung wird eine kompakte Anordnung der Einheiten erreicht.
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Diese Verbindung mit dem Schlitten kann montierbar ausgebildet sein, sodass die Einheit einzeln abgenommen bzw. demontiert und separat gereinigt werden können. Dies erleichtert den Reinigungs- und Wartungsaufwand und erhöht somit die Lebensdauer der Vorrichtung 15.
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Somit können die entsprechenden Arbeiten in einem einzigen Arbeitsgang ausgeführt werden, was insbesondere bei Arbeiten an Brücken wertvoll ist, wo der Zugang zur beabsichtigten Lage aufwändig und kostspielig ist. Insbesondere bei einer Ausführung als Schlitten kann auch die Möglichkeit vorgesehen sein, die Vorrichtung 15 automatisiert zu verfahren bzw. zu bedienen. Hierzu wird typischerweise eine steuerbare Antriebsvorrichtung verwendet, so dass die Vorrichtung 15 zwar immer noch tragbar ausgestaltet ist, das eigentliche Verfahren im Einsatz allerdings mittels Motoren und nicht händisch erfolgt.
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2 zeigt eine leicht abgeänderte Ausführungsform der Vorrichtung 15. Hierbei umfasst die Aushebungseinheit 1 anstelle des Fräskopfs 3 eine Frässcheibe 14. Andere Ausführungsformen zum Einbringen der Aushebung können hier zudem angewendet werden. Insbesondere sind Bohrungen parallel zur Oberfläche (mit schlitzförmigen Aushebungen z. B. durch teilweises Herausschauen des Bohrkopfes) und Sägen mit sich kreuzenden Sägeschnitten möglich.