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Die Erfindung betrifft einen magnetischen Schalter mit einem drehbar angeordneten Permanentmagnet, der in vorbestimmten Winkellagen auf magnetisch steuerbare Schaltkontakte einwirkt. Der Schalter soll sich insbesondere für die Fernsteuerung eines Untersuchungswagens für Pipelines eignen.
Bei den üblichen selbstfahrenden Wagen zur radiographischen Untersuchung von Pipelines mittels Röntgenstrahlen erfolgt die Steuerung der am Wagen vorgesehenen Programmiereinrichtung für die verschiedenen Arbeitsvorgänge von aussen her unter Zuhilfenahme einer radioaktiven Strahlenquelle von einigen Millicurie, die mit einem Geigerzähler zusammenarbeitet, der mit dem elektronischen System des Wagens verbunden ist. Aus Gründen der Sicherheit des Bedienungspersonals wäre es erwünscht, radioaktive Strahlen für die Fernsteuerung zu vermeiden.
Die Erfindung befasst sich deshalb mit der Aufgabe, einen magnetischen Schalter der einleitend angegebenen Gattung so auszubilden, dass er bei einfachem und widerstandsfähigem Gesamtaufbau eindeutig aus einer Ruhelage in gewünschte Arbeitslagen fernsteuerbar und dabei sehr empfindlich ist, so dass er insbesondere von ausserhalb einer Pipeline mit Hilfe eines z. B. hufeisenförmigen permanenten Steuermagneten trotz der Abschirmwirkung der metallischen Wandung der Pipeline bedient werden kann.
Diese Aufgabe ist bei einem gemäss der Erfindung ausgebildeten magnetischn Schalter dadurch gelöst, dass sein Permanentmagnet in einem Schwimmer eingebaut ist, der in eine Flüssigkeit mit sehr geringer Viskosität, wie Kerosin, taucht, welche sich in einem von einem unmagnetischen Gehäusemantel und zwei mit diesem verbundenen unmagnetischen Abschlussplatten gebildeten Gehäuse befindet, dass die Achse des Schwimmers drehbar an den Abschlussplatten des Gehäuses gelagert ist und einen beweglichen Anschlag trägt, der mit zwei gehäusefesten, den Drehwinkelbereich des Permanentmagneten begrenzenden Anschlägen zusammenwirkt, in deren Nähe je einer der Schaltkontakte angeordnet ist, und dass nahe dem Gehäusemantel ein die Abschlussplatten verbindender Weicheisenbolzen vorgesehen ist,
der bei fehlender Einwirkung eines schaltfähigen äusseren Magnetfeldes eine Ruhelage des Permanentmagneten zwischen den beiden durch die gehäusefesten Anschläge festgelegten Grenzlagen vorschreibt.
Wird der erfindungsgemässe magnetische Schalter in der Steuerschaltung eines radiographischen Untersuchungswagens für Pipelines angewendet, so stehen die Schaltkontakte mit logischen Kreisen einer Programmiereinrichtung des Untersuchungswagens in Verbindung und der Schalter ist am Wagen derart montiert, da seine Achse in der Längsrichtung der zu untersuchenden Pipeline liegt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen genauer beschrieben. Fig. 1 ist eine schematische Seitenansicht eines selbstfahrenden Wagens zur radiographischen Untersuchung der Schweissstellen von Pipelines von innen her, zu dessen Steuerung der fernbedienbare magnetische Schalter nach der Erfindung besonders geeignet ist, und Fig. 2 zeigt schematisch eine perspektivische, teilweise aufgeschnittene Ansicht des erfindungsgemässen magnetischen Schalters.
Das Chassis --1-- des in Fig. 1 gezeigten Wagens weist an seinem hinteren Ende zwei Treibräder --2-- auf, die mit einem reversierbaren Gleichstrom-Getriebemotor --3-- gekuppelt sind, so dass der Wagen vorwärts und rückwärts fahren kann.
Vorne sind am Wagen zwei weitere, miteinander starr gekuppelte Räder --4-- angeordnet, die ebenfalls als Treibräder ausgebildet sein können. Im Mittelteil des Wagens ist die Elektronik --5-- zum Programmieren und Steuern des Betriebsablaufes untergebracht sowie eine normale Kraftfahrzeugbatterie - -6--, an die sowohl die elektrischen und elektronischen Einrichtungen als auch der Getriebemotor --3--angeschlossen sind.
Ein Druckknopfschalter --7-- ermöglicht die Stromversorgung des Getriebemotors --3-- durch die Batterie --6-- zwecks Fortbewegung des Wagens, wobei alle sonstigen Einrichtungen abgeschaltet bleiben. Die Röntgenröhre --8-- zum Durchführen radiographischer Längs- oder Panoramaaufnahmen ist am Vorderende des Wagens auf stossdämpfenden Halterungen--10, 13--gelagert. Ein am Hinterende der Röhre vorgesehener Zapfen --9-- ist in die hintere Halterung --10-- eingesetzt und mittels eines Splintes - -11-- gesichert ; der Körper der Röhre ruht auf einem halbkreisförmigen Sattelglied --12--, das von den Halterungen --13-- getragen wird. Zum Festhalten der Röhre ist ein Gurt mit einem federnden Schnellverschluss --15-- vorgesehen.
An den Enden der Röhre --8-- sind gummiüberzogene Handgriffe - 16 und 17-- vorgesehen, die auch dem Schutz der Röhre dienen. Die Halterungen --10, 13-- sind auf teleskopischen Stützen --18-- montiert, so dass die Röntgenröhre einstellbar ist, um sie in die Achse des zu untersuchenden Rohrabschnittes der Pipeline zu bringen. Am Hinterende der Karosserie-l-des Wagens ist ein Kardangelenk --19-- vorgesehen, an dem mittels eines Zapfens --20-- die Gabel --21--
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eines Anhängers --22-- angelenkt ist, der auf zwei selbsteinstellenden Rädern --23-- von analoger Bauart wie die Räder-2 und 4-läuft und eine Kraftanlage trägt.
Die Kraftanlage umfasst einen Verbrennungsmotor --24--, direkt gekuppelt mit einem elektrischen Stromerzeuger --25-- mit einer Leistung von einigen kVA in Form einer an sich bekannten Mehrzweckmaschine, d. h. einen auch als Anlasser verwendbaren Gleichstromgenerator, der mit zusätzlichen Windungen für die Lieferung von Wechselstrom versehen ist.
Die Wechselstromwindungen für die Versorgung der Röntgenröhre sind mit einer Stabilisierschaltung für die Röhren-Betriebsspannung verbunden, die Gleichstromwindungen hingegen mit der als Energiespeicher geschalteten Akkubatterie --6--. Die Arbeitsweise ist leicht verständlich : Anfangs liefert die Batterie --6-- den Strom für die als Anlasser wirkende Maschine --25--, welche den Verbrennungsmotor - startet. Hierauf liefert die als Stromerzeuger laufende Maschine --25-- den Wechselstrom für den Betrieb der Röntgenröhre und den Gleichstrom zum Aufladen der Batterie --6-- und den Betrieb der elektrischen und elektronischen Steuereinrichtungen sowie des Fahr-Getriebemotors d. h. die gesamte vom Wagen benötigte Energie wird vom Verbrennungsmotor --24-- über den Stromerzeuger --25-geliefert, wobei die Batterie stets aufgeladen wird.
Dies bringt einen sehr grossen Aktionsradius des Wagens mit sich, der nur von der Kapazität des Brennstoff tanks --26-- für den Verbrennungsmotor abhängt, und die aufgeladene Batterie bringt einen zusätzlichen Aktionsradius von 4 oder 5 km, wodurch die Bergung des Wagens im Falle eines Defektes an der Kraftanlage gesichert wird.
Die Betätigungsmittel für die Steuereinrichtung zum Stillsetzen des Wagens an der zu untersuchenden Schweissstelle, zum Einleiten des radiographischen Zyklus und zum Wiederanfahren des Wagens sind, wie in üblichen Systemen, ausserhalb der Pipelinie vorgesehen, doch an Stelle einer radioaktiven Strahlenquelle, die auf einen mit der elektronischen Programmiersteuerung zusammenarbeitenden Geiger-Zähler einwirkt, wird erfindungsgemäss eine ausschliesslich auf Magnetwirkung beruhende Steuereinrichtung verwendet ; diese erfordert zu ihrem Betrieb weder vom Wagen zu liefernde Energie noch gefährliche radioaktive Strahlen, und gestattet auch das Reversieren des Wagens sowie das Abstellen seiner Kraftanlage und seines elektrischen und elektronischen Systems während längerer Ruhezeiten, z. B. während der Nacht.
Das Betätigungsmittel für die Steuereinrichtung ist ein Dauermagnet von Hufeisenform oder ein Elektromagnet, der oberhalb der Pipeline in Querrichtung gehalten wird, so dass sein Magnetfeld, dessen Polarität durch Schwenken des Magneten um 180 umkehrbar ist, auf einen innerhalb der Pipeline am Wagen angeordneten magnetischen Schalter --61-- einwirkt, der drei chrakteristische Positionen einnehmen kann : Ohne Einwirkung eines fremden Magnetfeldes ist das Schaltglied stets in der Längsrichtung der Pipeline orientiert ; es kann wahlweise nach rechts oder links verstellt werden, um den einen oder den andern von zwei Magnetkontakten zu schalten, die mit logischen Kreisen der elektronischen Programmsteuerung verbunden sind.
Der magnetische Schalter --61-- mit seinen. drei charakteristischen Positionen ist in Fig. 2 dargestellt und umfasst einen Dauermagnet --62--, der wie bei einem Magnetkompass in einen in Kerosin od. dgl. tauchenden zylindrischen Schwimmer --63-- eingesetzt ist. Er weist einen unmagnetischen Gehäusemantel - auf, der mittels zweier unmagnetischer Platten --65 und 66-- abgeschlossen ist, welche von drei Bolzen zusammengehalten werden, von denen zwei, nämlich die Bolzen --67 und 68--, unmagnetisch sind, wogegen der dritte, nämlich der Bolzen --69--, aus Weicheisen besteht.
Der Weicheisenbolzen --69-- hat die Aufgabe, ein magnetisches Orientierungsmoment zu bewirken, damit der Magnet --62-- ohne Einwirkung eines entsprechend starken äusseren Magnetfeldes stets nach der den Bolzen --69-- durchsetzenden Mittelachse m-m orientiert ist. Um eine Verlagerung des Schwimmers - innerhalb des Gehäuses zu verhindern und nur eine Drehung desselben zu ermöglichen, ist am Schwimmer eine kurze Achse --70-- vorgesehen und an ihren Enden in Büchsen --71-- gelagert, die an den Abschlussplatten --65 und 66-- montiert sind.
Ein auf der Achse --70-- befestigtes Plättchen --72-- begrenzt im Zusammenwirken mit zwei
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im bzw. entgegen dem Uhrzeigersinn, und somit auch die Schwenkung des Magneten --62--. Es ergeben sich also drei genau festliegende charakteristische Positionen des magnetischen Schalters, von denen eine die nach der Achse m-m orientierte Mittel- oder Nullage des Magneten --62-- ist und die beiden andern durch die rechte und die linke Endlage dieses Magneten gegeben sind.
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In Übereinstimmung mit den beiden Endlagen des Magneten --62-- sind zwischen den Abschlussplatten - 65 und 66-- zwei Schaltkontakte --75 und 76-- angeordnet, die nur dann von dem Magneten --62-geschaltet werden, wenn sich dieser in einer seiner beiden Endlagen gegenüber dem betreffenden Schaltkontakt befindet. Die Schaltkontakte --75 und 76-- sind mit den logischen Kreisen der elektronischen Programmsteuerung in einer dem Fachmann geläufigen Weise verbunden und befähigt, dem Wagen verschiedene Signale zu geben, so dass die vorstehend erwähnten Operationen ausführbar sind.
Der in Fig. l nur schematisch dargestellte Schalter --61-- ist am Wagen derart montiert, dass seine Achse m - m in der Längsrichtung der zu untersuchenden Pipeline liegt, so dass der Magnet --62-- stets in die Fahrtrichtung des Wagens weist, solange er nicht der Einwirkung eines entsprechend starken magnetischen Feldes von aussen her ausgesetzt wird.
Die Vorgangsweise bei der Betätigung des Schalters --61-- ist leicht verständlich : Wenn ein Hufeisen-Dauermagnet in Querlage über der Pipeline angeordnet wird, erzeugt er innerhalb derselben z. B. ein magnetisches Feld --77--, das quer zur Pipeline und daher rechtwinkelig zur Achse m - m verläuft. Unter der Wirkung dieses Magnetfeldes dreht sich der Magnet --62-- aus seiner Nullage nach rechts, d. h. im Uhrzeigersinn, und bewirkt ein Schalten des Kontaktes-75-. Durch Verschwenken des Hufeisenmagneten um 180 wird die Polarität seines Magnetfeldes umgekehrt, der Magnet --62-- dreht sich in entgegengesetzter Richtung und schaltet den Kontakt --76--.
Mit andern Worten kann der Magnet - durch magnetisches Steuern von der Aussenseite der Pipeline her wahlweise zum Schalten eines der Kontakte --75 oder 76-- gebracht werden, wodurch dem Wagen aufeinanderfolgende Befehle erteilt werden können.
Nachstehend wird die in der Praxis vorzugsweise gewählte Reihenfolge der Befehle angeführt : Der Hufeisen-Dauermagnet wird an einer vorbestimmten Stelle der Pipeline so angeordnet, dass sein Magnetfeld den Magneten --62-- nach rechts, also im Uhrzeigersinn schwenkt, worauf der Schalter --61-- bei Erreichen dieser Stelle den Kontakt --75-- schaltet, wodurch der Wagen gestoppt und die Arbeitsphase der radiographischen Durchleuchtung vorbereitet wird.
Ein Entfernen des Hufeisen-Dauermagneten von der Pipeline bewirkt dann die Rückkehr des Magneten --62-- in seine Nullage, wobei der Kontakt --75-- wieder schaltet und die radiographische Durchleuchtung bewirkt.
Wenn der Dauermagnet wieder in die gleiche Lage wie vorher gebracht wird, dann wiederholt sich der Zyklus und die radiographische Durchleuchtung findet noch einmal statt.
Ein Anordnen des Dauermagneten auf der Pipeline in umgekehrter, d. h. gegenüber der früheren um 1800 verschwenkter Lage, bewirkt ein Schalten des Kontaktes --76--, der den Wagen stoppt und seine Rückwärtsbewegung vorbereitet.
Wird der Dauermagnet hierauf entfernt, dann kehrt der Magnet --62-- in seine Nullage zurück, der Koncakt-76-- schaltet wieder und der Wagen bewegt sich rückwärts.
Wird der Dauermagnet neuerlich in seiner um 180 verschwenkten Lage angeordnet, dann bewirkt das Schalten des Kontaktes --76-- das Stillsetzen des Wagens und Abschalten der elektronischen Einrichtungen sowie der Kraftanlage.
Wird der Magnet hierauf entfernt, dann werden sämtliche Stromkreise unterbrochen, z. B. für lange Stillstandszeiten während der Nacht. Neuerliches Anordnen des Dauermagneten in seiner verschwenkten Lage bewirkt durch das Schalten des Kontaktes --76-- wieder die Vorwärtsbewegung des Wagens.
Es versteht sich, dass die vorstehend geschilderte Befehlsfolge keine einschränkende Bedeutung hat und jede gewünschte Folge angewendet werden kann, wobei die Originalität der Erfindung in der Einfachheit und der rationellen Weise liegt, auf welche eine Zweiwegsteuerung (links-rechts) magnetisch herbeiführbar ist, die dem Wagen eine Mehrzahl von Betriebsbefehlen zu erteilen gestattet.
Ferner ist es offensichtlich, dass der Wagen nicht allein für radiographische Panorama- oder Längsaufnahmen der Schweissstellen von Pipelines verwendet werden kann, was seine Hauptaufgabe ist, sondern auch dazu, das Reinigen, Glattschleifen, Anstreichen usw. von Gas-, Öl-oder Wasserkraft-Rohr- leitungen, z. B. während ihres Baues, vorzunehmen.