BKP BEROLINA POLYESTER GMBH & CO. KG (Am Zeppelinpark 22, Berlin, 13591, DE)
| Patentansprüche 1. Als Flachbandkabel ausgebildetes optisches Sensorkabel, welches mit optischer Kabelseele und Kabelmantel wie folgt aufgebaut ist, zur optischen Kabelseele: • diese umfasst einen Licht kurzer Wellenlänge leitenden Lichtwellenleiter (8), wobei der Lichtwellenleiter (8) ein Coating aufweist, welches für Licht kurzer Wellenlänge transparent ist und mantelseitig eingestrahltes Licht einkoppelt und in Längsrichtung fortleitet. zum Kabelmantel: • dieser ist als ein im Querschnitt flacher Profilkörper (2) ausgebildet, • der Profilkörper (2) weist mindestens einen Teilbereich hoher optischer Transparenz für Licht kurzer Wellenlänge auf und in diesem Teilbereich (6, 6') ist der Lichtwellenleiter (8) eingebracht, wobei die Lage des Lichtwellenleiters (8) im Profilkörper (2) der neutralen Faser des Profilkörpers (2) entspricht, und • der hoch-transparente Teilbereich (6, 6') des Profilkörpers (2) erstreckt sich mindestens bis zu einer der Flachseiten des Profilkörpers (2), wobei die optischen Medien des Lichtwellenleiters (8) und des mindestens einen transparenten Teilbereich (6, 6') des Profilkörpers (2) derart stofflich ausgewählt sind, dass sie jeweils eine hohe optische Transparenz für Licht der Wellenlängen zwischen 200 und 480 nm aufweisen. 2. Als Flachbandkabel ausgebildetes optisches Sensorkabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtwellenleiter (8) einen Kern aus Quarz, ein Cladding aus Fluor-dotiertem Quarz und ein Coating aus Kunststoff aufweist. 3. Als Flachbandkabel ausgebildetes optisches Sensorkabel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der gesamte Profilkörper stofflich aus einem Material besteht mit einer hohen Transparenz für Licht der Wellenlängen zwischen 200 und 480 nm oder der Profilkörper (2) einen Teilbereich hoher optischer Transparenz für Licht der Wellenlängen zwischen 200 und 480 nm und einen Teilbereich geringer optischer Transparenz für Licht kurzer Wellenlänge aufweist. 4. Als Flachbandkabel ausgebildetes optisches Sensorkabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem hoch-transparenten Teilbereich (6, 6') eine Umhüllung (10) zur Aufnahme des Lichtwellenleiters (8) eingebracht ist, wobei die Umhüllung (10) selbst eine hohe Transparenz für Licht kurzer Wellenlänge aufweist, und die Lage der Umhüllung (10) im Profilkörper (2) der neutralen Faser des Profilkörpers (2) entspricht. 5. Als Flachbandkabel ausgebildetes optisches Sensorkabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Medien des Lichtwellenleiters (8), der transparenten Umhüllung (10) und des transparenten Teilbereichs (6, 6') des Profilkörpers (2) derart stofflich ausgewählt sind, dass sie jeweils eine hohe optische Transparenz für Licht der Wellenlängen zwischen 350 und 420 nm aufweisen. 6. Als Flachbandkabel ausgebildetes optisches Sensorkabel nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtwellenleiter (8) mit einem Sekundärcoating in Form einer Schicht aus Kunststoff mit einer hohen Transparenz für Licht der Wellenlängen zwischen 200 und 480 nm aufgedickt ist. 7. Als Flachbandkabel ausgebildetes optisches Sensorkabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Profilkörper (2) auf der gesamten Länge des Sensorkabels (1) langgestreckte Verstärkungselemente (4) eingebettet sind. 8. Als Flachbandkabel ausgebildetes optisches Sensorkabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Profilkörper (2) gesamt aus PVC oder aus Polycarbonat hergestellt ist, und/oder nichttransparente Bereiche des Profilkörpers (2) aus eingefarbtem PVC oder aus eingefärbtem Polycarbonat bestehen. 9. Als Flachbandkabel ausgebildetes optisches Sensorkabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Kabelseele neben dem ersten Lichtwellenleiter (8) ein zweiter Lichtwellenleiter (8A) vorhanden ist, der zur Erfassung der Raman-Streuung bei einem faseroptischen, ortsaufgelösten Messverfahren geeignet ist. 10. Als Flachbandkabel ausgebildetes optisches Sensorkabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Profilkörper (2) so biegesteif ausgebildet ist, dass bei Biegen des Profilkörpers (2) mit 180°-Umlenkung die Bruchfestigkeit des oder der im Profilkörper (2) liegenden Lichtwellenleiter (8, 8A) nicht erreicht wird. 11. Als Flachbandkabel ausgebildetes optisches Sensorkabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorkabel (1) flachliegend auf einer Oberfläche eines Reli- ning-Schlauchs (20) aufgebracht ist und dass oberhalb des auf die Oberfläche eines Relining- Schlauchs (20) aufgebrachten Sensorkabels (1) eine für Licht der Wellenlängen zwischen 200 und 480 nm intransparente Schutzfolie (24) auf dem Relining-Schlauchs (20) liegt. 12. Verwendung eines optischen Sensorkabels mit Eigenschaften nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorkabel (1) während eines Aushärtevorgangs eines mit Licht kurzer Wellenlängen aktivierbaren harzgetränkten Relining-Schlauchs (20) zur optischen Messung von Prozess-Parametern des Aushärtevorgangs eingesetzt wird. 13. Verwendung eines optischen Sensorkabels mit Eigenschaften nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorkabel (1) während eines Aushärtevorgangs eines mit Licht kurzer Wellenlänge aktivierbaren harzgetränkten Relining-Schlauchs (20) zur Messung der zeitlich veränderlichen Transparenz des Relining-Schlauchs (20) während des Aushärtvorgangs verwendet wird. 14. Verwendung eines optischen Sensorkabels mit Eigenschaften nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorkabel (1) zur Überwachung von Bestrahlungsvorgängen mit Licht im Wellenlängenbereich von 200 - 480 nm zur Desinfektion von mit Keimen belasteten Flüssigkeiten verwendet wird. 15. Verwendung eines optischen Sensorkabels mit Eigenschaften nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorkabel (1) während eines Aushartevorgangs eines mit Licht kurzer Wellenlängen aktivierbaren harzgetränkten Relining-Schlauchs (20) zur faseroptischen, ortsauflösenden Temperatur-Messung verwendet wird. |
und seine Verwendung bei Bestrahlungsvorgängen
Die Erfindung betrifft ein als Flachbandkabel ausgebildetes optisches Sensorkabel für Messungen im UV-Licht und seine Verwendung bei Bestrahlungsvorgängen mit UV-Licht.
Optische Kabel sind vielfaltig bekannt, wobei typischer Weise der Querschnitt solcher Kabel kreisförmig ausgebildet ist (als Beispiel sei genannt DE 92 17 037 Ul). Es ist ein als Flachband ausgebildetes faseroptisches Sensorkabel bekannt (DE 2600100 AI). Ein solches Kabel hat in den beiden Richtungen der Querausdehnung eine unterschiedliche Steifigkeit, und hat bei Biegungen insbesondere um eine Achse der kleineren Querausdehnung eine höhere Flexibilität als bei Biegungen um eine Achse der größeren Querausdehnung.
Weiterhin ist in der US 6459 087 Bl ein anderes optisches Sensorkabel beschrieben. Es dient der Intensitätsmessung eines UV-Strahlers mit zwei oder mehr paarweise vorhandenen Lichtwellenleitern, die jeweils von einem Kantenglasfilter umschlossen und von einer gemeinsamen transparenten Um- mantelung umgeben sind. Beim Einsatz des Sensorkabels wird dieses parallel zum UV-Strahler angeordnet, wobei die Länge des Sensorkabels der Länge des UV-Strahlers entspricht Das zu messende Licht des UV-Strahlers dringt über die transparente Ummantelung und die Kantenglasfilter in die Lichtwellenleiter ein, wobei die Lichtwellenleiter derart dotiert sind, dass in ihnen eine Licht- Fortleitung vorzugsweise im blauen Spektralbereich in Längsrichtung des Kabels stattfindet.
Ein Verfahren zur Sanierung von Rohr- oder Kanalsystemen ist das sogenannte Schlauchlining- Verfahren (zum Beispiel EP 0712352 Bl, EP 1262708 AI oder WO 2006061129). Es werden flexible Schlauchträger aus korrosionsbeständigen Synthese- und oder Glasfasern verwendet, die mit einer Reaktionsharzformmasse getränkt sind. Der Einbau in einen Kanal erfolgt meistens so, dass der Schlauch (Liner) entweder durch Inversion (Einstülpen) mittels hydrostatischem Druck oder Luftdruck, durch Einziehen mittels Seilwinde und anschließendem Aufstellen mit Luft- oder Wasserdruck, oder durch eine Kombination von beiden eingebracht wird. Die Aushärtung zum festen Kunststoffrohr (Liner) kann durch Warmaushärtung mittels Heißwasser oder Dampf bzw. durch UV-Lichthärtung erfolgen (UVA- oder LED-Technik).
Die Steuerung beim lichtaushärtenden Verfahren wird u.a. in der EP 0122 246 AI beschrieben. Es wird die Temperatur punktförmig an verschiedenen Stellen der Lichterkette (Innenseite der Auskleidung) gemessen und die Luftstromfuhrung und die Schrittgeschwindigkeit der Lichtquelle gesteuert. In einer weiteren Schrift (DE 101 22 565 AI) wird eine Vorrichtung zur Steuerung der UV-
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BESTÄTIGUNGSKOPIE Strahlungsquelle in Kombination mit IR-Temperaturen beschrieben. Punktförmig Temperatursensoren haben den Nachteil, dass sie nicht lückenlos die Innenfläche der Auskleidung abdecken können.
Es ist ein zeitlich dauerhaft angelegtes Überwachungsverfahren einer Auskleidung (Reliner-Schlauch) in einem Rohr- oder Kanalsystem bekannt (DE 102007042546 AI). Hierbei ist gemeinsam mit der Auskleidung ein faseroptischer Sensor flächig ausgelegt. Über den Sensor kann die Oberflächentem- peraturverteilung der Innenseite der Auskleidung als flächiges Temperaturbild ermittelt werden.
Zur faseroptischen, ortsauflösender Mess-Sensorik mittels Lichtwellenleiter-Sensorfasern seien die Raman-Messtechnik (EP 0 692 705 AI) oder die Temperatur-Messung mittels faseroptischer Bril- louin-Technik (DE 199 50 880 Cl) oder Rückstreumessung der Rayleigh-Strahlung genannt. Eins der wichtigen diagnostischen Messverfahren für faseroptische Übertragungsstrecken ist die Zeitbereichs- reflektometrie oder "Optical Time Domain Reflectometry", abgekürzt OTDR.
Die Verwendung mantelseitig eingekoppelten UV-Lichts bei Lichtwellenleitern wurde schon vorgeschlagen (US 4418338). Die Verwendung dient der Erkennung von Bränden, wobei der Lichtwellenleiter entweder transparent ummantelt ist oder ohne Mantel ausgeführt ist
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine biegesteife Hülle für mindestens eine zur optischen Sensorik im Bereich kurzer Wellenlängen einsetzbare Sensorfaser anzugeben, wobei auf der Länge des als biegesteife Hülle ausgebildeten Kabelmantels Einkopplung von UV-Licht (mantelseitig) in die Sensorfaser möglich ist.
Zu einem weiteren Teil der Aufgabe gehört es, das Sensorkabel zur Überwachung des Aushärtevorgangs einer Auskleidung in einem Rohr- oder Kanalsystem oder zur Überwachung von UV- Bestrahlung von mit Keimen belasteten Abwässern einzusetzen.
Die Lösung der Aufgabe findet sich im Hauptanspruch und in Verwendungsansprüchen. Weiterführende und vorteilhafte Ausgestaltungen sind in Unteransprüchen formuliert.
Der Kern der Erfindung besteht in einer besonderen Ausgestaltung von optischer Kabelseele und Kabelmantel eines als Flachbandkabel ausgebildeten optischen Sensorkabels.
Die optische Kabelseele umfasst einen Licht kurzer Wellenlänge leitenden Lichtwellenleiter, wobei der Lichtwellenleiter ein Coating aufweist, welches für Licht kurzer Wellenlänge transparent ist und mantelseitig eingestrahltes Licht einkoppelt und in Längsrichtung fortleitet. Der Kabelmantel ist als ein im Querschnitt flacher Profilkörper ausgebildet. Der Profilkörper weist mindesten einen Teilbereich hoher optischer Transparenz für Licht kurzer Wellenlänge auf. Zwei bevorzugte Ausbildungen des Profilkörpers werden vorgeschlagen: eine erste Ausbildung, in dem der gesamte Profilkörper eine hohe optische Transparenz für Licht kurzer Wellenlänge aufweist oder eine zweite Ausbildung mit einem hoch-transparenten Teilbereich, in dem der Lichtwellenleite liegt, und einem zweiten eingefärbten Teilbereich geringer optischer Transparenz.
In dem Teilbereich hoher optischer Transparenz kann eine Umhüllung zur Aufnahme des Lichtwellenleiters eingebracht sein, wobei die Umhüllung selbst eine hohe Transparenz für Licht kurzer Welleillänge aufweist, und die Lage der Umhüllung im Profilkörper der neutralen Faser des Profilkörpers entspricht. Der hoch-transparente Teilbereich des Profilkörpers umfasst die geometrische Mitte des Profilkörpers und ist derart ausgebildet, dass er sich trichterförmig zu einer der Flachseiten des Profilkörpers öffnet.
Die optischen Medien des Lichtwellenleiters, nämlich Kern, Cladding, Coating und Sekundärcoating, die optischen Medien der transparenten Umhüllung (wenn vorhanden) und die optischen Medien des transparenten Teilbereichs des Profilkörpers sind derart stofflich ausgewählt, dass sie jeweils eine hohe optische Transparenz für Licht der Wellenlängen zwischen 200 und 480 nm aufweisen* vorzugsweise eine hohe optische Transparenz für Licht der Spektrallinien einer Quecksilberdampflampe im vorgenannten Wellenlängenbereich.
Die verkürzt mit ,hoher optischer Transparenz' gekennzeichneten optischen Eigenschaften sollen für die Erfindung so verstanden werden, dass die optischen Medien eine geringe spektrale Absorption aufweisen, verbunden mit der stofflich bedingten, und gewünschten Eigenschaft an diffusen Streuung. Transparenz wird also als Differenz von eingestrahlten minus hindurchtretendem Licht definiert, wobei das hindurchtretende Licht einen gewissen Anteil Streulicht enthält.
Wenn im folgenden der Begriff UV-Licht erwähnt wird, soll damit immer Licht im Wellenlängenbereich von 200 bis 480 nm, insbesondere aber für Licht mit Wellenlängen zwischen 350 und 450 nm gemeint sein. Weiterhin vorzugsweise kann der Begriff UV-Licht auf die starken Spektrallinien einer Quecksilberdampflampe im genannten Wellenlängenbereich eingeschränkt sein. Bei dieser bevorzugten Ausgestaltung kommen besondere Transparenzbereiche infrage für eine der folgenden Hg-Linien: Hg-Linie g bei 436 nm; Hg-Linie h bei 405 nm; Hg-Linie i bei 365 nm, oder der Hg-Linie bei 334 nm.
Der erfindungsgemäße (erste) Lichtwellenleiter ist eine Lichtleitfaser, welche optisch so aufgebaut sind, dass mantelseitig Licht im vorgenannten Wellenlängenbereich in die Lichtleitfaser eindringen kann und das Licht längs der Lichtleitfaser transportiert wird. Für den Einsatz bei sehr kurzen Wellen- längen im UV-Bereich unterhalb von etwa 315 nm ist zu beachten, dass eine Standard-Quarzfaser nicht unbedingt geeignet ist. Für den genannten Wellenlängenbereich muss eine solarisations- resistente Quarzglasfaser (beispielsweise im Handel unter der Bezeichnung j-Ultrasol-Fiber' der Firma Leonie bekannt) verwendet werden.
Der Lichtwellenleiter, der transparente Teilbereich und - wenn vorhanden - die transparente Umhüllung - sind auf der gesamten Länge des Profilkörpers ausgebildet. Der transparente Teilbereich kann auch innenseitig verspiegelt sein.
Die im Profilkörper liegende Umhüllung (als mögliche weitere Ausgestaltung) ist als Röhrchen aus Kunststoff mit einer hohen Transparenz für Licht kurzer Wellenlänge, insbesondere für einen Wellenlängenbereich zwischen 200 und 480 nm ausgebildet. Das Röhrchen kann aus Polyamid hergestellt sein, wobei es beispielsweise einen Durchmesser von 1,6 mm hat und den Lichtwellenleiter lose aufnimmt. Der Aufbau des Profilkörpers aus einem ersten Kunststoff und innenliegender Umhüllung aus einem zweiten (verschiedenen) Kunststoff hat den Vorteil, dass sich bei der Steckerkonfektionierung der Profilkörper, die Umhüllung (Röhrchen) und die Lichtleitfaser optimal trennen und absetzen lassen.
Der Lichtwellenleiter weist einen Kern aus Reinstquarz, ein Cladding aus Fluor-dotiertem Quarz und ein Coating aus transparentem Kunststoff auf, wobei weiterhin - als weitere vorteilhafte Ausgestaltung - dieser Lichtwellenleiter mit einem Sekundärcoating in Form einer Schicht aus Kunststoff mit einer hohen Transparenz für Licht kurzer Wellenlänge, insbesondere für Wellenlängen zwischen 200 und 480 nm aufgedickt sein kann. Solche Lichtwellenleiter haben typischerweise eine Brechzahl des Kerns mit n = 1,46 und eine geringere Brechzahl als 1,46 für das Cladding. Das Coating und das Sekundärcoating ist typischer Weise aus einer oder zwei Sorten Acrylat.
Typische Maße des Lichtwellenleiters: Kerndurchmesser = 110 μπι, Dicke des Cladding = 140 μπι, Dicke des Coating = 250 μπι, Gesamtdurchmesser mit der Aufdickung (wenn vorhanden) = 900 μιη, Material der Aufdickung: PVC, wobei dessen Polymerkomposition und mögliche Additive auf die erwähnte optische Eigenschaft eingestellt sind. Daneben können auch handelsübliche Lichtwellenleiter auf Quarzbasis eingesetzt werden: solche Lichtwellenleiter haben die Abmessungen Kerndurchmesser = 200 μπι; Dicke des cladding = 220 μπι; Dicke des Coating = 250 μπι. Im Handel werden Lichtwellenleiter auf Quarzbasis beispielsweise von der Firma Leoni (Österreich) unter der Bezeichnung ,pur- silica-Faser' angeboten.
Der transparente Teilbereich mit in ihm eingebettetem Lichtwellenleiter ist derart ausgebildet, dass der transparente Teilbereich sich zu beiden Flachseiten des Profilkörpers öffnet. Es sind zwei transparente Teilbereiche derart ausgebildet, dass sie sich trichterförmig zu je einer der Flachseiten des Profilkörpers öffnen. Der Profilkörper ist gesamt aus PVC oder Polycarbonat hergestellt; die nichttransparente Bereiche des Profilkörpers bestehen aus eingefärbtem PVC oder auch aus Polycarbonat.
Zur Reduzierung der Reflexionsverluste können optional Anti-Reflexschichten auf den brechenden Medien verwendet werden.
Das Profilkörpermaterial ist derart mechanisch fest ausgebildet, dass an den Enden des Profilkörpers optische Stecker angeklemmt werden können.
Der Profilkörper soll so biegesteif ausgebildet sein, dass bei Biegen des Profilkörpers mit 180°-Um- lenkung die Bruchfestigkeit des oder der im Profilkörper liegenden Lichtwellenleiter nicht erreicht wird.
Der Profilkörper kann mit einer Schutzumhüllung aus Kunststoff umgeben sein. Die Schutzumhüllung soll im Bereich des transparenten Teilbereichs ebenfalls optisch transparent ausgebildet sein.
Der oder die Lichtwellenleiter sollen unverlierbar im Profilkörper eingebettet sein. Der Lichtwellenleiter auf Quarzbasis liegt erfindungsgemäß im hoch-transparenten Teilbereich. Der zweite Lichtwellenleiter liegt außerhalb des Teilbereichs, in dem der Lichtwellenleiter auf Quarzbasis liegt. Vorzugsweise soll dieser Teilbereich eingefärbt, also nicht-transparent ausgebildet sein. Eine Lage des zweiten Lichtwellenleiter in der Nähe von Verstärkungselementen im Profilkörper hat den Vorteil, dass bei der Steckerkonfektionierung die Verstärkungselemente mit erfasst werden, und für die Stecker unmittelbar Zugentlastungselemente darstellen.
Beide Lichtwellenleiter können lose (als Hohlader-Aufbau), eventuell auch mit Polsterung oder Gleitmittel eingebracht sein. Neben der direkten losen Einbettung im transparenten Bereich kann auch vorgesehen sein, dass im transparenten Bereich eine transparente Umhüllung in Form eines Röhrchens eingebracht ist, in welches der Lichtwellenleiter eingebracht ist.
Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Sensorkabels werden kurz gefasst folgende Schritte erwähnt:
- Einsatz eines Quarzlichtwellenleiters; wie zuvor spezifiziert;
- für den Fall, dass ein Lichtwellenleiter mit Sekundärcoating als Aufdickung verwendet wird:
Herstellen des Sekundärcoatings auf dem Quarzlichtwellenleiters in einem Extrusions- vorgang mit transparentem Kunststoff; - für den Fall, dass eine gesonderte Umhüllung verwendet wird: Einziehen des Quarzlichtwellenleiters in ein Röhrchen (beispielsweise aus Polyamid und beispielsweise mit einem Durchmesser von 1,6 mm) als Umhüllung,
- Herstellen eines Profilkörpers (vorzugsweise PVC oder Polycarbonat) etwa mit den Abmessungen 6 mm Dicke und 12 mm Breite durch Extrusion mit im Zentrum des Profilkörpers liegendem Lichtwellenleiter (und/oder Röhrchen - wenn vorhanden);
- das Material des Profilkörpers kann aus zwei verschieden stofflich zusammengesetzten
Kunststoffen bestehen, einem ersten hoch-transparentem Kunststoff für den hochtransparenten Teilbereich und einem eingefärbten Kunststoff (beispielsweise in dunkler Färbung).
Der Einsatz der optischen Messtechnik zielt sowohl auf eine UV-Lichtmessung (vorzugsweise im UV- Spektrum und Transparenz im UV-Bereich) mit dem ersten Lichtwellenleiter (im folgenden kurz mit ,LWL' bezeichnet), als auch auf eine faseroptische, ortsauflösende Temperatur-Messung mit einem zweiten LWL. Anwendungsmöglichkeiten werden weiter unten angesprochen.
Das Einkoppeln und Führen von UV-Licht in LWLs hat bestimmte Grenze. Die kleinen geometrischen Abmessungen eines LWLs auf Quarzbasis limitieren die Wechselwirkungsfläche des Lichtwellenleiters, der vom UV-Licht durchleuchtet wird. Bei einer Dickkernfaser mit einem Kerndurchmesser von z.B. 0,6 mm und einem UV-Ausleuchtungslänge des LWL durch eine UV-Lichterkette von ca. 1 m beträgt die Wechselwirkungsfläche nur 600 mm 2 . Die Wechselwirkungsfläche wird erfindungsgemäß durch Aufdickung des Lichtwellenleiters und durch Einsatz der im Profilkörper liegenden Umhüllung aus hoch-transparentem Kunststoff erhöht. Das UV-Licht wird in den optischen Medien der Umhüllung und der Aufdickung gestreut, so dass nicht nur senkrecht auf den Lichtwellenleiter einstrahlendes Licht erfasst wird, sondern auch (durch die Streuung) schräg einstrahlendes UV-Licht.
Zur Erhöhung der Biegesteifigkeit des Sensorkabels können Verstärkungs- oder Armierungselemente in Längsrichtung im Profilkörper eingelegt sein (Stahldraht, Kunststoff-Faserbündel etc.), die sich im wesentlichen parallel zur Achse des Kabels erstrecken. Auch quer zur Achse des Profilkörpers können Versteifungselemente vorhanden sein. Beim Knicken des Sensorkabels verhindern Armierungselemente, dass der minimale Radius des Lichtwellenleiters (seine Bruchgrenze) nicht unterschritten wird. Die Armierungselementen nehmen Zugkräfte während der Installation des Sensorkabels auf und reduzieren Längsdehnungen am Sensorkabel.
Wie schon kurz beschrieben kann in der Kabelseele kann neben dem ersten Lichtwellenleiter ein zweiter Lichtwellenleiter vorhanden sein. Der zweite Lichtwellenleiter ist ein zur faseroptischen, ortsaufgelösten Temperaturmessung geeigneter Lichtwellenleiter, wobei dieser eine Standardfaser ist (typi- scherweise mit einem Germanium-dotierten Faserkern). In ihm wird die temperaturabhängige Raman- Streuung erzeugt, die zur faseroptischen, ortsaufgelösten Temperatur-Messung ausgewertet wird. Dieser zweite Lichtwellenleiter kann auch mit Zugelementen zur Zugentlastung versehen sein. Der zweite Lichtwellenleiter soll vorzugsweise außerhalb (asymmetrisch) des Teilbereichs liegen, in dem der erste Lichtwellenleiter liegt, jedoch auch in der Mittenebene, wie der ersten erste Lichtwellenleiter.
Das erfindungsgemäße Sensorkabel kann verschiedentlich verwendet werden.
Eine besondere erste Verwendung des Sensorkabels kann der Einsatz bei der Technik der Sanierung von Kanälen und Röhren sein. Das Sensorkabel wird dabei flachliegend auf einer Oberfläche in Längsrichtung eines Relining-Schlauchs aufgebracht. Vorzugsweise sollte die Lage des Sensorkabels auf dem Relining-Schlauch derart sein, dass das Sensorkabel im Scheitelbereich (12-Uhr-Lage) eines zu sanierenden Altrohrs oder Kanals zu liegen kommt.
Bei der Methode der UV-Lichtaushärtung verändert sich das Transmissionsverhalten des Relining- Schlauchmaterials. Das UV-Licht wird im Schlauchmaterial absorbiert und ruft darin eine exotherme Reaktion hervor, die den Aushärtungsvorgang aktiviert. Mit zunehmender Einwirkungszeit des UV- Lichtes härtet das Material aus und wird transparenter. Die spektrale Verteilung des UV-Lichtes besitzt einen signifikanten Einfluss auf die exotherme Reaktion im Schlauchmaterial und beeinflusst somit den Aushärtungsprozess. Daher soll das Sensorkabel zur Messung der UV-Absorption, bzw. der UV-Intensität eingesetzt werden. Mit der vorgeschlagenen Messtechnik werden Kenngrößen bei der Beurteilung des Aushärtungszustandes ermittelt.
Da harzgetränkte, lichtaushärtende Reliner-Schläuche mittels UV-Licht aktiviert werden, tragen die Reliner-Schläuche auf ihrer Oberfläche eine UV-undurchlässige Schutzfolie, um den Aktivierungsvorgang durch vorzeitige Belichtung auszuschließen. Das Sensorkabel wird deshalb unter der UV- undurchlässige Schutzfolie auf der Oberfläche des Relining-Schlauchs eingebracht. Für den genannten Zweck sind Längen von Relining-Schlauch und Sensorkabel in der Größenordnung von bis zu 300 Meter gewünscht.
Das Verfahren zur Überwachung während des Aushärtvorgangs eines mit Licht kurzer Wellenlängen, beispielsweise durch Licht einer Quecksilber-Hochdrucklampe - aktivierbaren aushärtbaren Harz getränkten Schlauchliners kann folgende Verfahrensschritte umfassen:
- Einbringen der Auskleidung in Form des Relining-Schlauchs gemeinsam mit dem Sensorkabel in ein
System von Rohren oder Kanälen,
- Durchziehen einer UV- Lichtquelle durch das Rohr und Abstrahlen von UV- Licht von der Lichtquelle auf den Relining-Schlauch, wodurch das Harz gehärtet wird, - Messen und Überwachung des zeitlichen Verlaufs des UV-Spektrums und/oder der UV-Transmission und/oder
- Messen und Überwachung des zeitlichen Verlaufs der Temperatur mittels Sensorkabel als ortsaufgelöste Temperaturmessung über faseroptische, ortsauflösende Temperatursensorik.
Die optischen Messungen liefern Prozess-Parameter des Aushärtevorgangs, wobei auch die Erfassung der Parameter in Abhängigkeit des Vorschubs und der Geschwindigkeit einer UV-Lichterkette im Altrohr erfolgen kann.
Bekannte Flachbandkabeikonstruktionen sind auf lange Lebensdauer, insbesondere die der Faseroptik ausgelegt. Bei der Kanalsanierung liegen andere Anforderungen vor. Das Sensorkabel dient der Temperatur- und/oder der UV-Licht-Messung. Nach der Sanierungsmassnahme wird das Sensorkabel nicht mehr benötigt. Daher kann das Sensorkabel für den Einmalgebrauch konzipiert werden. Die Anforderungen bzgl. Biegung, Druck, und Zug sollen allerdings schärfer auslegt werden, weil die Druckkräfte am Sensorkabel während Fertigung, Transport und Einzug eine Rolle spielen. Nach dem Einzug des Relining-Schlauchs entspannt sich die Faser. Wichtig für die Kabelkonstruktion ist, dass der oder die Lichtwellenleiter nicht durch äußere Kräfte zerstört werden (brechen). Aus diesem Grund hat die Ausbildung (auch die Dicke) des Profilkörpers eine entscheidende Bedeutung.
Die vorgeschlagene Flachbandkonstruktion ermöglicht im Gegensatz zu einer runden Kabelkonstruktion eine optimale Lage auf den Relining-Schlauch während des werkseitigen Fertigungsprozesses. Die geradlinige Lage verhindert die Gefahr einer Drehbewegung (Torsion) in Längsrichtung des Sensorkabels und reduziert die Bruchgefahr. Außerdem wird durch die Flachbandkonstruktion die Lage des UV-Fensters in Richtung zur UV-Lichtquelle gewährleistet.
Bei der Messung des UV-Lichtes kann (im Gegensatz zur Temperaturmessung) keine ortsauflösende Messung vorgenommen werden. Mit Hilfe der Sensoranordnung wird die Transmission des Liners während der Aushärtung und/oder die spektrale Verteilung des UV-Lichtes am Ort des Reliner- Schlauchs gemessen, an der die UV-Lichtquelle sich befindet (und einwirkt). Während der Sanierungsmassnahme wird die UV-Quelle (bzw. die UV-Lichterkette) entlang des Relining-Schlauchs gezogen. Die momentane Position der Lichterkette ist während der UV-Aushärtung bekannt. Die Messgrößen des optischen Sensorkabels können somit (indirekt) der örtlichen Lage entlang des Reli- ner-Schlauchs zugeordnet werden.
Einzelheiten des Sensorkabels, bei der besonderen Verwendung im Zusammenhang mit einem Relining-Schlauch:
■ Optisch transparentes Fenster für die Messung des UV-Lichtes ■ Umlenken von 180° des Sensorkabels (Knicken) ist möglich, ohne die Gefahr eines Bruches des LWLs (Knickschutz)
■ Vermeidung von Drehbewegung (Torsion) des LWLs bei der werkseitigen Einbettung in den Relining-Schlauch geradlinig auf der Schlauchoberfläche
■ Erhöhter mechanischer Schutz des Sensorkabels gegenüber äußeren Druckkräften und Zugkräften
■ Kompakter Aufbau in Umfangsrichtung des Relining-Schlauchs
■ Bei konfektionierten UV-Messkabeln kann eine adäquate Schutzkassette (Silikon-Kassette als Schutz für LWL-Stecker) verwendet werden.
Die rechteckförmige Flachbandkonstruktion (Verhältnis Breite / Höhe = Faktor 2) des Sensorkabels ermöglicht einen kompakter Aufbau in Umfangsrichtung des Relining-Schlauchs.
Neben der zuvor genannten ersten Verwendung des Sensorkabels soll eine weitere Verwendung genannt werden.
Das Sensorkabel kann zur zerstörungsfreien Materialprüfung oder zur Überwachung von Bestrahlungsvorgängen im UV-Bereich eingesetzt werden. Beispielsweise in der Medizintechnik zur Prüfung von Medikamenten auf ihre Photostabilität, oder in der UV-Desinfektion von Trink- und Abwasser. Hierbei wird eine Bestrahlung zur Abtötung von Keimen, Bakterien und Pilzen eingesetzt.
Die Erfindung wird in Figuren näher erläutert, wobei diese im Einzelnen zeigen:
Fig. 1A und 1B: Querschnitte von zwei Sensorkabelausführungen,
Fig. 2: Schlauchliner mit Sensorkabel in Transportsituation,
Fig. 3: Querschnitt durch Sensorkabel auf einem Relining-Schlauch und
Fig. 4: fertigungstechnische Einbausituation eines Sensorkabels auf einem Relining-Schlauch mit UV- Schutzfolie.
Die Figuren zeigen Einzelheiten des als Flachbandkabel ausgebildeten optischen Sensorkabels 1. Es umfasst einen im Querschnitt flachen Profilkörper 2 mit mindestens einem sich parallel zur Achse des Sensorkabels erstreckenden hoch-transparenten Teilbereich 6 zur Aufnahme von Lichtwellenleitern 8, 8A. Der hoch-transparente Teilbereich 6 bildet ein optisches Fenster seitlich zur Flachseite des Profilkörpers.
Der erste Lichtwellenleiter 8 ist für UV-Licht lichtleitend und ist mit einem optisch transparenten Coa- ting ummantelt. Ein zweiter Lichtwellenleiter 8A ist eine Standardfaser geeignet zur faseroptischen ortsaufgelösten Temperaturmessung (im Allgemeinen mit einem Germanium dotierten Faserkern). Vorzugsweise - wie in der Fig. 1B gezeigt - liegt der zweiter Lichtwellenleiter 8A asymmetrisch außerhalb des Bereichs, in dem der erste Lichtwellenleiter 8 liegt.
Mehrere langgestreckte Versteifimgs- oder Armierungselemente 4 liegen im Profilkörper 2. Auch quer zur Achse des Kabels können Versteifungselemente vorhanden sein (in den Figuren jedoch nicht dargestellt).
Der Querschnitt des Profilkörpers 2 ist etwa rechteckförmig, und hat eine größere Ausdehnung parallel zur Unterlage (in der Breite) und eine kleinere Ausdehnung senkrecht (in der Dicke) dazu. Der Profilkörper kann in der Breitenausdehnung typische Abmessungen von ca. 5 bis 15 mm, und in der Dicke (schmäleren Ausdehnung) typische Abmessungen von 3 bis 6 mm haben. Der erste Lichtwellenleiter 8 liegt bezüglich Biegebeanspruchung in der neutralen Faser des Profilkörpers 2, damit in der halben Dicke des Profilkörpers 2.
Durch diesen Aufbau als Flachbandkabel hat das Sensorkabel in den beiden senkrecht zu Kabelachse liegenden Ebenen unterschiedliche Biegesteifigkeiten. Vornehmlich kommt es darauf an, dass die Biegesteifigkeit des Profilkörpers um die Achse, welche parallel zur Quererstreckung und senkrecht zur Längsrichtung des Profilkörpers liegt, so hoch ist, dass der Profilkörper bei normaler Beanspruchung während der Verlegung eines Relining-Schlauchs und auch schon bei den Vorbereitungshandlungen einschließlich des Herstellprozesses nicht stärker gekrümmt wird, als dass die Bruchfestigkeit des im Profilkörper liegenden Lichtwellenleiters nicht überschritten wird. Moderne Lichtwellenleiter haben eine hohe Bruchfestigkeit bei Biegungen.
Die Sensorfaser (der erste LWL) liegt im für UV-Licht transparenten Teilbereich 6 und ist mit einer transparenten Hülle 10 umgeben.
Die Figuren 1 A und 1B zeigen Ausführungsbeispiele eines Profilkörpers mit transparenten Teilbereiche 6, 6\ die sich zu je einer Flachseite des Profilkörpers trichterförmig öffnen. Weiterhin ist in Figur 1B eine mögliche Anordnung mit LWL 8 auf Quarzbasis und einer Temperatursensorfaser 8A gezeigt.
Durch die lose Anordnung der Sensorfaser 8 auf Quarzbasis innerhalb eines transparenten, UV-Lichtstreuenden Röhrchens (Umhüllung 10) erreicht man den weiteren Vorteil, dass mehr UV-Licht in den Faserkern eingekoppelt wird.
In Fig. 2 ist ein Relining-Schlauch 20 mit einem Sensorkabel 1,2 in einem Zustand gezeigt, wie der Relining-Schlauch 20 in einer Transportkiste 40 zum Einsatzort transportiert wird. Die Figur verdeut- licht das Problem der Biege- und Druckbeanspruchung des Relining-Schlauchs bei der werkseitigen Fertigung (Verpackung) und beim Transport. Vom Produktionsband wird der flach zusammengelegte Relining-Schiauch direkt in Transportkisten 40 (mäanderförmig) abgelegt. Bei der Einbettung des Sensorkabels (z.B. in der 12-Uhrstellung, dies ist der Scheitelbereich im Altrohr des zu sanierenden Kanals) auf dem Relining-Schiauch und der nachfolgenden Ablage in der Transportkiste erfahren die äußeren Schlauchbereiche in den Umkehrpunkten 42 (180°- Wendungen) hohe Biegebeanspruchungen und durch das hohe Gewicht des Relining-Schlauchs (bis zu einigen Tonnen Gewicht) auch hohe Druck-Beanspruchungen. Beim Biegen des Sensorkabels 2 wird die Bruchfestigkeit des (oder der) im Profilkörper liegenden Lichtwellenleiter(s) 8 nicht erreicht, trotz Berührung der beiden Außenmäntel des Sensorkabels nach einer 180°-Umlenkung. Eine Voraussetzung für den mechanischen Schutz der Lichtwellenleiter ist die Einbettung des Lichtwellenleiters im Sensorkabel in der bezüglich der Biegebeanspruchung neutralen Faser des Profilkörpers. In der neutralen Faser des Profilkörpers erfahrt der Lichtwellenleiter keine oder die geringste Zug- oder Dehnbeanspruchung bei Biegungen. Biegungen treten nur zeitlich in beschränkter Dauer auf, nämlich nur in der Zeit zwischen der Verpackung in Transportkisten bis zur Entnahme aus der Transportkiste kurz vor der Installation.
Die Fig. 3 zeigt ein Sensorkabel im Schnitt, welches flachliegend auf einer Oberfläche eines Relining- Schlauchs 20 aufgebracht ist. Die Schlauchlage 20' besteht aus glasfaserverstärktem, lichtaushärtba- rem Kunststoff (Harz) mit einer Dicke, die jeweils abhängig ist vom Durchmesser des Relining- Schlauchs. Die Dicke kann einige mm bis zu 10 mm betragen. Die glasfaserverstärkte Kunstharz- Schicht ist beiderseits mit einer Deckfolie 22 versehen. Bei der Befestigung des Sensorkabels auf dem Relining-Schiauch wird das Sensorkabel zwischen dem Relining-Schiauch (direkt auf seiner Oberfläche) und der UV-Schutzfolie 24 eingelegt. Daher liegt oberhalb des aufgebrachten Sensorkabels 1,2 die UV-intransparente Schutzfolie 24. In der Einbausituation eines zum Zwecke Bei der Sanierung eines defekten Abwasserkanals wird ein Relining-Schiauch mit dem Sensorkabel eingebrachten. Dabei geht man vorteilhafter weise so vor, dass das Sensorkabel möglichst oben - in 12-Uhr-Position - im Altrohr zu liegen kommt.
In der Figur 4 findet sich eine Zeichnung der Einbausituation während der Fertigung eines Relining- Schlauchs 20 mit einem auf der Oberfläche des Relining-Schlauchs 20 und unter einer UV-Schutzfolie 24 aufgebrachten Sensorkabels 1,2. Es handelt sich um die Situation vor dem Einfuhren des Faserschlauches in ein defektes Abwasserrohr, und vor dem Aufblasen des Schlauches mit Druckluft, wobei er sich an die Innenwand des Rohrs anschmiegt,
Bezugszeichen
1 Sensorkabel
2 Kabelmantel, Profilkörper
4 Armierungselemente 6, 6' transparente Teilbereiche
8 erster Lichtwellenleiter (UV-Licht leitend)
8A zweiter Lichtwellenleiter
10 transparente Hölle, Röhrchen
20 Relining-Schlauch
20' GFK-Körper (Schlauchlage)
22 Deckfolie(n) des Relining-Schlauchs
24 UV-Schutzfolie
40 Transportkiste
42 Krümmungsbereiche
R' Krümmungsradius Relining-Schlauch