AT517715B1 - Verfahren und Vorrichtung zur Messung der Position magnetisch und, oder elektrisch leitender Innenrohre in einer Rohrleitung - Google Patents

Abstract

Die Position eines Innenrohres (22), das zumindest teilweise aus magnetisierbarem und/oder elektrisch leitendem Material besteht, innerhalb des Innenraumes (14) einer Rohrleitung (1), in dem das Innenrohr (22) verläuft, wird vermessen durch: Führen des Innenraumes samt Innenrohr entlang eines vorgegebenen Weges (Z), der eine Messeinrichtung (4) durchläuft, Erzeugen eines Magnetfeldes, welches das den Innenraum zumindest im Bereich des Innenrohres (22) durchsetzt, und Messen des Ortes des Innenrohres durch Detektion des Magnetfeldes mithilfe zumindest eines magnetischen Sensors (41, 42) der Messeinrichtung (4) in Bezug auf den Weg, wobei der zumindest eine magnetische Sensor an einer vorbestimmten Position außerhalb des Innenraums angeordnet ist.

Description

Beschreibung

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR MESSUNG DER POSITION EINES INNENROHRES IN EINER ROHRLEITUNG

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen der Position eines Innenrohres innerhalb eines Mantelrohres, in dem das Innenrohr verläuft, bzw. innerhalb eines Innenraumes einer Rohrleitung, worin das Innenrohr verläuft.

[0002] Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen einer Rohrleitung mit einem solchen Mantelrohr.

[0003] Rohrleitungen der hier betrachteten Art werden in Rohrsystemen zur Verteilung eines fluiden Mediums (Gas oder Flüssigkeit) verwendet, insbesondere bei Fernwärmesystemen. In einer Rohrleitung sind ein oder mehrere Rohre positioniert, in denen das transportierte Medium in einem ummantelnden äußeren Rohr eingebettet ist. Nachstehend wird das bzw. jedes innen liegende Rohr, in dem ein Medium transportiert wird, als Innenrohr oder „Medienrohr" und das äußere Rohr als „Mantelrohr" bezeichnet. Der Zwischenraum der Rohre ist in der Regel mit einem Wärmeisolierschaum ausgefüllt.

[0004] Die Fertigung der Rohrleitungen, die der Erfindung zugrunde liegen, erfolgt in einer Fertigungslinie. In einer Fertigungslinie bekannter Art erfolgt der Herstellungsvorgang wie folgt: Die Medienrohre sind auf Rohrtrommeln aufgerollt. Nun werden ein, zwei oder mehrere Medienrohre durch einen verstellbaren Apparat in eine definierte Position gebracht und in eine Vorrichtung geschoben bzw. gezogen, in welcher der Schaum eingebracht wird. Die Medienrohre und der Schaum werden hierbei von einer schalenförmigen Kontur umgeben. Der Schaum breitet sich aus und schließt die Medienrohre fest in den Grenzen der schalenförmigen Kontur ein. Falls erforderlich, wird der Schaum über die schalenförmige Kontur gekühlt, da durch die chemische Reaktion, bzw. Aktivierung, Wärme entsteht. In einem folgenden Prozessschritt wird mittels Kunststoff-Extruder das Mantelrohr als äußere Kunststoffhülle aufgebracht. Dieses wird beispielsweise mittels Vakuum an die Kontur des ausgehärteten Schaumes angepresst. Hierbei können durch verfahrenstechnisch nicht vermeidbare Ungleichmäßigkeiten des Aufschäumens und/oder ungenaues Einbringen der Medienrohre Abweichungen der Positionierung entstehen.

[0005] Es ist erwünscht, dass das bzw. die Medienrohre im Mantelrohr definierte Positionen einnehmen, um möglichst günstige Eigenschaften zu erlangen, insbesondere hinsichtlich thermische Isolation und Flexibilität. Bekannte Lösungsansätze bestehen beispielsweise darin, mechanische Distanzhalter und/oder mechanische Fixierungen um die Medienrohre anzubringen, welche den Abstand eines Medienrohres zu dem Mantelrohr und gegebenenfalls die Lage der Medienrohre zueinander definieren. Dies erzeugt beachtliche laufende Kosten der Herstellung.

[0006] Prüfverfahren, mit welchen die Position der Medienrohre im Mantelrohr definiert wird, sind mittels Röntgenapparaten gegeben. Diese sind sehr teuer und führen zu gesteigertem Aufwand hinsichtlich der Sicherheit, insbesondere Strahlenschutz. Andere Verfahren zum Prüfen der Position sehen vor, den Schaummantel mit einem Prüfkörper (z.B. einer Nadel) zu durchbrechen und die (härtere) Innenwand der Medienrohre zu sondieren, was zu undichten Stellen in der Isolierung führt.

[0007] Die österreichische Patentanmeldung Nr. A 50047/2015 beschreibt ein Verfahren zum Messen der Position eines Innenrohres innerhalb eines Mantelrohres, bei welchem in das Innenrohr aus Kunststoff ein Prüfkörper aus magnetisierbarem Material eingebracht wird. Mittels eines von außen erzeugten magnetischen Feldes wird der Prüfkörper an einer definierten Längsposition in der Rohrleitung gehalten und hinsichtlich seiner lateralen Position detektiert. Die Verwendung eines Prüfkörpers und der Einrichtungen zu dessen Längspositionierung innerhalb des Innenrohres stellt jedoch einen oft beträchtlichen Zusatzaufwand dar. Zudem besteht das Risiko der Beschädigung des Innenrohres durch den Prüfkörper.

[0008] Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein System zu schaffen, mit welchem eine hochgenaue Messung der Position von Medienrohren in einer Rohrleitung ohne in das Innenrohr ein-gebrachte Messkörper (oder andere Gegenstände) möglich ist. Die Messung soll entweder an der Rohrleitung mit Mantelrohr und Medienrohr(en) (z.B. zum Zweck einer Qualitätskontrolle), oder - noch vor Aufbringen/Herstellen des Mantelrohrs - an dem Innenraum der Rohrleitung durchführbar sein, d.h. an dem Ensemble, das das Medienrohr bzw. die Medienrohren und die Einrichtungen, die das/die Medienrohr(e) im Innenraums halten, wie z.B. ein Füllmaterial des Innenraums, umfasst.

[0009] Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Messen der Position eines Innenrohres innerhalb eines Mantelrohres bzw. Innenraums, in dem das Innenrohr verläuft, erfindungsgemäß unter Verwendung von Innenrohren, die aus einem magnetisierbaren und/oder elektrisch leitenden Material bestehen, mit folgenden Schritten gelöst: [0010] - Führen des zumindest einen Innenrohres in dem Innenraum (oder gegebenenfalls des Mantelrohres samt dem/den Innenrohr(en)) entlang eines vorgegebenen, eine Messeinrichtung passierenden Weges, [0011] - Erzeugen eines Magnetfeldes, welches den Innenraum zumindest im Bereich der

Innenrohre/des Innenrohres durchsetzt, und [0012] - Messen des Ortes des Innenrohres durch Detektion des Magnetfeldes mithilfe zu mindest eines magnetischen Sensors der Messeinrichtung in Bezug auf den Weg, wobei der zumindest eine magnetische Sensor an einer vorbestimmten Position außerhalb des Innenraums (bzw. des Mantelrohres) angeordnet ist.

[0013] Diese Lösung ermöglicht eine genaue Messung der Position eines Innenrohres auf einfache, effiziente und zerstörungsfreie Art.

[0014] Hierbei wird unter elektrisch leitendem Material ein Material verstanden, dessen elektrische Leitfähigkeit deutlich (z.B. mindestens eine Größenordnung) über jener der übrigen Materialien der Rohrleitung liegt. Des Weiteren wird magnetisierbares Material als Material mit einer hohen Suszeptibilität verstanden, die deutlich (z.B. mindestens eine Größenordnung) über jener der übrigen Materialien der Rohrleitung liegt. Als magnetisierbares Material gelten hierbei auch Materialien mit einem messbaren Hystereseverhalten der Magnetisierung.

[0015] In entsprechender Weise wird die genannte Aufgabe durch eine Vorrichtung zum Messen der Position eines Innenrohres innerhalb eines Innenraumes einer Rohrleitung, z.B. innerhalb eines Mantelrohres gelöst, umfassend [0016] - Einrichtungen zum Führen des zumindest einen Innenrohres in dem Innenraum bzw. des Mantelrohrs entlang eines vorgegebenen Weges, [0017] - außerhalb des Weges angeordnete Mittel zum Erzeugen eines Magnetfeldes, wel ches den Innenraum zumindest im Bereich der/des Innenrohre(s) durchsetzt, und [0018] - eine den Weg umgebend oder diesem benachbart angeordnete Messeinrichtung mit zumindest einem magnetischen Sensor, der dazu eingerichtet ist, den Ort des Innenrohres zu messen, [0019] wobei wie bereits erwähnt das Innenrohr zumindest teilweise aus einem magnetisierbaren und/oder elektrisch leitenden Material besteht.

[0020] Bei der Verwendung eines Medienrohres, welches zumindest teilweise aus einem elektrisch leitendem Material besteht, wird durch das angelegte Magnetfeld (Erregerfeld) ein elektrischer Strom im Medienrohr induziert. Das sich durch den Stromfluss ausbildende Magnetfeld hat eine dem Erregerfeld entgegengesetzte Ausrichtung und führt daher zu einer lokalen Schwächung des Gesamtfeldes. Bei einem magnetisch leitenden Material wird ein ähnlicher Effekt zu beobachten sein, wobei je nach Art des magnetisierbaren Materials eine lokale Abschwächung oder Verstärkung des Magnetfeldes möglich ist. Im Allgemeinen wird - je nach Werkstoff (Material) des Innenrohres - aufgrund der magnetischen und/oder elektrischen Wech selwirkung der Augenblickswert des gemessenen Magnetfeldes in Amplitude und Phase beeinflusst.

[0021] Somit kann insbesondere dann, wenn das Magnetfeld ein Wechselfeld ist, die Messung des Ortes des Innenrohres durch Detektion in zumindest einer Messspule unter Verwendung der Variation der Amplitude und/oder Phasenverschiebung gegenüber der Versorgungsspannung des Wechselfelds erfolgt.

[0022] Das Magnetfeld kann günstiger Weise mittels zumindest einer außerhalb des Innenraums bzw. Mantelrohres angeordneten Erregerspule erzeugt werden. Die Erregerspule, welche das Magnetfeld erzeugt, kann vorteilhafter Weise als Luftspule, das Mantelrohr umschließend, ausgebildet sein. Diese wird mit einem einer elektrischen Wechsel- und/oder Gleichspannung beaufschlagt. Das Magnetfeld ist in einer Variante dieser Erfindung als ortsfestes, noch bevorzugter stationäres, Feld ausgebildet. Hierbei kann es günstig sein, wenn das Magnetfeld ein lokales Maximum der Magnetfeldstärke an einer Sollposition des Innenrohres bzw. eines der Innenrohre aufweist. Es bestehen auch weitere Möglichkeiten zur Erzeugung eines Magnetfeldes, wie z.B. der Einsatz von Permanentmagneten.

[0023] Für eine absolute Positionsbestimmung des Medienrohres kann die Außenrohrposition erfasst werden, was z.B. mit Sensoren bekannter Art erfolgen kann, und in die Positionsbestimmung einkalkuliert werden.

[0024] Um eine genauere Bestimmung der Position zu erzielen, können zumindest zwei magnetische Sensoren verwendet werden. Die Sensoren können nebeneinander auf gleicher Höhe des Weges der Rohrleitung bzw. des Mantelrohres, um einen Winkel versetzt, angeordnet sein; alternativ oder in Kombination dazu können Sensoren entlang des Weges der Rohrleitung bzw. des Mantelrohres hintereinander angeordnet sein.

[0025] Vorteilhafterweise kann der Abstandswert zwischen einem magnetischen Sensor und dem Medienrohr bestimmt werden; vorzugsweise kann der Ort des Medienrohres aus mehreren derartigen Abstandswerten in Bezug auf die Orte mehrerer Sensoren berechnet werden.

[0026] Die Erfindung eignet sich besonders in einem Verfahren zum Herstellen einer Rohrleitung mit einem Mantelrohr und zumindest einem Innenrohr, das in einem von dem Mantelrohr umschlossenen Innenraumes verläuft, bei welchem die Position eines Innenrohres gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren gemessen wird, eine Abweichung der so gemessenen Position von einer Sollposition des Innenrohres bestimmt wird und aufgrund der so bestimmten Abweichung die Position des Innenrohres neu eingestellt wird. Hierbei kann die Messung der Position des zumindest einen Innenrohres in dem Innenraum zunächst ohne Mantelrohr erfolgen, wobei erst nach der Messung und einem gegebenenfalls erfolgenden Neu-Einstellen des Position des Innenrohres das Aufbringen des Mantelrohr erfolgen kann, indem der Innenraum samt Innenrohr mit dem Mantelrohr umgeben wird.

[0027] Eine Vorrichtung zum Herstellen einer solchen Rohrleitung umfasst dem entsprechend eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Messen der Position eines Innenrohres, eine Einrichtung zum Bestimmen einer Abweichung der Position des Innenrohres von einer Sollposition, sowie eine Einrichtung zum Einstellen der Position des Innenrohres zum Ausgleich der Abweichung von der Sollposition des Innenrohres. Hierbei kann die Einrichtung zum Erzeugen des Mantelrohrs stromaufwärts oder bevorzugt stromabwärts der Vorrichtung zum Messen der Position eines Innenrohres angeordnet sein.

[0028] Die Erfindung samt weiterer Vorzüge und Weiterbildungen wird im Folgenden anhand einiger Ausführungsbeispiele erläutert, die in den beigefügten Zeichnungen gezeigt sind.

[0029] Die Zeichnungen zeigen: [0030] Fig. 1 eine Illustration des Messprinzips gemäß der Erfindung anhand einer Quer schnittsansicht einer Rohrleitung; [0031] Fig. 2a-2d mögliche Anordnungen der Medienrohre in einem Mantelrohr; [0032] Fig. 3 eine Längsschnittansicht einer Messanordnung gemäß einer ersten Ausfüh- rungsform; [0033] Fig. 4 eine Längsschnittansicht einer Messanordnung gemäß einer weiteren Aus- führungsform; [0034] Fig. 5 eine schematische Übersicht einer Fertigungsanlage mit einer erfindungs gemäßen Messanordnung gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel in Seitenansicht im Längsschnitt; [0035] Fig. 6 eine Querschnittsansicht, in welcher die Formgebung des Schaummaterials der Rohrleitung durch Halbschalen dargestellt ist; und [0036] Fig. 7 ein schematisches Schaltdiagramm der Messvorrichtung der Fig. 5.

[0037] Es sei festgehalten, dass die hier beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung lediglich beispielhaft gegeben sind und nicht einschränkend für die Erfindung auszulegen sind. Sämtliche Ausführungsbeispiele können frei miteinander kombiniert werden, wo immer dies zweckmäßig ist.

[0038] Fig. 1 zeigt eine Übersicht des kontaktfreien Messprinzips anhand eines Querschnitts einer zu vermessenden Rohrleitung 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

[0039] Ein Mantelrohr 13 umgibt zwei parallel zueinander angeordnete Medienrohre 21, 22, wobei der Raum 14 zwischen den Medienrohren 21, 22 und dem Mantelrohr 13 mit einem Isolierschaum ausgefüllt ist. Gemäß der Erfindung wird die Position eines Medienrohres, in der Zeichnung am Beispiel des Rohres 22 gezeigt, mithilfe der Erregerspulen 31, 32 und einer Messvorrichtung 4, die hier beispielsweise zwei Sensorspulen 41, 42 umfasst, bestimmt. Die Sollposition der Medienrohre 21, 22 im Mantelrohr 13 ist (ebenso wie deren anderen Maße, wie Durchmesser, Dicke etc.) vorgegeben und hängt von der jeweiligen Anwendung der Rohrleitung ab.

[0040] Die Medienrohre 21, 22 bestehen aus einem metallischen Material, beispielsweise aus Aluminium oder Kupfer, oder sind - als sogenannte Verbundröhre - mit einem derartigen metallischen Material beschichtet. Beispielsweise können Verbundröhre als Aluminiumrohre mit einer innen oder außen liegenden Kunststoffbeschichtung ausgebildet sein, oder umgekehrt als Kunststoffrohre mit einer metallischen Beschichtung (die in der Regel außen liegt, jedoch für die Zwecke der Erfindung auch innen liegen könnte). In einer Variante können auch Medienrohre zum Einsatz kommen, die aus einem anderen Material mit erhöhter elektrischer Leitfähigkeit bestehen, wie z.B. einem elektrisch leitenden Kunststoff. Auch kann ein Rohr aus isolierendem Material wie Kunststoff mit einem oder mehreren Metallfäden ausgestattet werden, um eine Messung gemäß der Erfindung zu ermöglichen.

[0041] In anderen Ausführungsformen kann ein Medienrohr 21, 22 auch aus einem magnetisierbaren Material gefertigt sein oder bevorzugt ein magnetisierbares Material beinhalten; z.B. könnte ein Medienrohr aus Kunststoff mit einer magnetisierbaren Beschichtung oder mit einem oder mehreren, in Längsrichtung verlaufenden Bändern aus magnetisierbarem Material versehen sein. Unter magnetisierbarem Material wird hier ein Material mit hoher magnetischer Suszeptibilität verstanden, die vorzugsweise über die Suszeptibilität einfacher paramagnetischer Materialien hinausgeht, sodass eine magnetische Detektion und Positionierung des Prüfkörpers innerhalb der Rohrleitung ermöglicht wird. Hierbei kann es günstig sein, wenn sich das magnetisierbare Material des Medienrohres hinsichtlich seiner magnetischen Eigenschaften von den Materialien der Rohrleitung 1 unterscheidet. Ein magnetisierbares Material des Medienrohres kann z.B. auch dadurch erreicht werden, dass bei der Rohrfertigung der Kunststoffmasse eine magnetisierbare Beimischung, z.B. ein Ferrit-Material, zugeschlagen wird.

[0042] Das Medienrohr kann auch für den Zweck der Messung mit einem elektrisch leitenden oder magnetisierbaren Material versehen werden, beispielsweise mit einem längs verlaufenden Draht, der in das Wandmaterial eingebettet wird; hierfür können beispielsweise auch Leckwarndrähte verwendet werden.

[0043] Das Mantelrohr 13 besteht z.B. aus einer Innenschicht aus einer flexiblen Kunststofffolie, die den Isolierschaum umgibt, und einer von einem steifen Kunststoffrohr (z.B. aus PVC) gebildeten Außenschicht. In anderen Ausführungsformen kann das Mantelrohr eine oder mehrere Schichten umfassen. Das Mantelrohr wird entlang der Produktionslinie durch verschiedene Apparate und Anlagenteile an sich bekannter Art durchgeführt, welche eine definierte Position des Mantelrohres einstellen. Das Mantelrohr 13 besteht somit bevorzugt aus einem Material, welches das Magnetfeld der Erregerspule nicht bzw. nur in vernachlässigbarem Ausmaß beeinflusst; dies sind insbesondere elektrische Isolatoren mit kleinen elektrischen und magnetischen Suszeptibilitäten. Das Mantelrohr kann gegebenenfalls auch selbst magnetisierbar und/oder elektrisch leitend sein; auch in einem solchen Fall gibt es einen „Durchgriff" des von den Erregerspulen erzeugten Feldes zu den Medienrohren hin, sodass eine Messung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren durch geeignete Anpassung der Messparameter hinsichtlich Frequenz und Pulsform der Erregersignale der Erregerspulen möglich ist.

[0044] Die Rohrleitung 1 wird durch die Messvorrichtung hindurch, die die Spulen 31, 32, 41,42 beinhaltet, entlang eines vorgegebenen Weges (Symbol Z) gemäß einer als hier z-Achse be-zeichneten axialen Richtung geführt, die in Fig. 1 senkrecht zur Papierebene verläuft. Diese z-Achse gibt somit die Soll-Längsachse der Rohrleitung am Ort der Messvorrichtung vor. In Fig. 1 ist die Lage der Messvorrichtung exzentrisch zur Mittellinie der Rohrleitung 1, entsprechend dem (Soll-)Maß, um welches das Medienrohr 22 von der Mittellinie (hier die z-Achse) ausgerückt ist. Die Anbringung der Spule(n) bzw. Magneten in der Positionierungsvorrichtung kann parallel oder radial zur z-Achse ausgelegt sein.

[0045] Fig. 2a zeigt eine erste Ausbildung einer Rohrleitung, wobei sich ein Medienrohr 20 im Zentrum des Mantelrohres befindet.

[0046] Fig. 2b zeigt eine zweite Ausbildung einer Rohrleitung, wobei wie in Fig. 1 zwei Medienrohre 21,22 symmetrisch zueinander vom Mittelpunkt des Mantelrohres ausgerückt sind.

[0047] Fig. 2c zeigt eine dritte Ausbildung einer Rohrleitung mit drei Medienrohren. Die Mittelpunkte der Medienrohre 23a, 23b, 23c können in einem - beispielsweise gleichseitigen - Dreieck angeordnet sein, wobei das Zentrum des Dreiecks mit dem Mittelpunkt des Mantelrohres zusammenfällt.

[0048] Fig. 2d zeigt eine vierte Ausbildung einer Rohrleitung, worin die Mittelpunkte der vier Medienrohre 24a-24d ein Viereck, z.B. ein Rechteck oder Quadrat, bilden und der geometrische Mittelpunkt des Vierecks mit dem Mittelpunkt des Mantelrohres zusammenfällt.

[0049] Selbstverständlich können weitere Ausführungsformen mit einem oder mehreren Medienrohren im Mantelrohr ohne Weiteres verwirklicht werden. Beispielsweise können in einer (nicht gezeigten) Variante drei oder mehr Medienrohre auch linear nebeneinander angeordnet sein. Die Zahl der Medienrohre kann bei Bedarf auch höher sein als vier (nicht gezeigt), wobei die Medienrohre nebeneinander, in einem Polygon oder gruppenweise angeordnet sein können.

[0050] Fig. 3 zeigt eine Ausführung der Messanordnung mit einer Erregerspule 30 in Form einer als Solenoid gestalteten Luftspule, deren Achse parallel zur z-Achse orientiert ist. Eine Rohrleitung 1 wird durch die Öffnung der Erregerspule 30 geführt, die vorzugsweise symmetrisch um die Mittellinie der Rohrleitung 1 angeordnet ist. Die Erregerspule 30 erzeugt ein Magnetfeld, das als Gleichfeld und/oder Wechselfeld ausgebildet sein kann. Die Sensoren 43, 44, 45, 46 detek-tieren Variationen der Magnetfelder, die durch eine Änderung der Position der Medienrohre 21, 22 hervorgerufen werden. Hierbei sprechen die Sensoren 45, 46 stärker auf die Position des Medienrohres 21 an, während die Sensoren 43, 44 vorrangig Magnetfelder, welche durch den Ort des Medienrohres 22 beeinflusst werden, detektieren. In Varianten dieser Ausführung kann auch vorgesehen sein, mehrere Luftspulen dieser Art um das Mantelrohr anzubringen.

[0051] Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel, worin die Erzeugung des Magnetfeldes durch Spulen 33, 34, welche mit ihren Längsachsen normal zu dem Mantelrohr positioniert sind, beispielsweise radial zur z-Achse orientiert, erreicht wird. Im Übrigen beruht dieses Ausführungsbeispiel auf dem gleichen Messprinzip wie in Fig. 3 beschrieben.

[0052] Die Zahl und Positionen der Sensorspulen kann entsprechend den Erfordernissen der Messung variiert werden.

[0053] Die Spulen 30-34 können als Luftspule, mit magnetischen Kern (z.B. Eisenkern) und/oder mit Permanentmagneten ausgeführt werden. Hierbei ist zudem eine zu der Längsachse der Rohrleitung 1 verschobene Anordnung der Spulen 41, 42, sowie eine winkelig versetzte Anordnung ist möglich.

[0054] Die Anordnungen der Spulen können auch miteinander kombiniert werden, um eine Steigerung der Messgenauigkeit zu erreichen. Außerdem können die einzelnen magnetischen Komponenten zueinander in Umfangsrichtung und/oder axialer Richtung versetzt angeordnet sein.

[0055] Das erregte Magnetfeld kann ein Gleichfeld, ein Wechselfeld oder ein kombiniertes Gleich-Wechsel-Feld sein. Durch Gleichstromvormagnetisierung könnten magnetisierbare Teile, wie z.B. ein metallisches Mantelrohr, indem sie in den Sättigungsbereich gebracht werden, sowohl messbar, als auch „unsichtbar" gemacht werden. Dasselbe gilt auch umgekehrt für das Mediumrohr. Für den Wechselstromanteil können verschiedene Frequenzen (beispielsweise von 50 Hz bis 50 kHz, je nach dem verwendeten Material des Medienrohres) und Pulsformen (z.B. Sinus, Rechteck, Dreieck, usw.) verwendet werden.

[0056] Vorzugsweise wird die Position des Medienrohres über ein Messverfahren bestimmt, bei welchem die Änderung des magnetischen Feldes gemessen wird. Als Sensoren können dezidierte Messspulen zum Einsatz kommen. Beispielsweise werden zwei Messspulen 41, 42 verwendet, die wie in Fig. 1 gezeigt an zwei verschiedenen bekannten Positionen radial neben der Erregerspule, knapp außerhalb der Rohrleitung 1, angeordnet sind. Die Messspulen sind um einen Winkel um die z-Achse gegeneinander versetzt, vorzugsweise um einen Winkel von 90°, oder einen anderen, spitzen Winkel; insbesondere 3607 n (wobei n eine ganze Zahl ist) bei Verwendung von mehreren (bis zu n) Messspulen. Für jede Messspule 41,42 kann der Abstand zu dem zu vermessenden Medienrohr bestimmt werden, und aufgrund der spezifischen, bekannten Geometrie des Medienrohres können beispielsweise kartesischen Koordinaten über dessen Position ausgegeben werden.

[0057] Die Messspulen können als passive oder bevorzugt aktive Komponenten ausgeführt sein. Bei einer aktiven Spule kann Gleich- und/oder Wechselspannung anliegen. Es kann eine Spule zum Erzeugen des Mess-Magnetfeldes und eine Spule zum Messen des Feldes als getrennte Spulen vorgesehen sein, oder beide Funktionen können von derselben Spule realisiert sein.

[0058] Beispielsweise wird ein Messverfahren durchgeführt, bei welchem ein Magnetfeld durch die eine Spule 41 als Messspule erzeugt wird, welches nach einer vordefinierten Dauer abgeschaltet wird. Unmittelbar darauf wird durch dieselbe Spule 41 und/oder die andere Spule 42 die magnetische Antwort (Neukurve) gemessen. Aufgrund des so gewonnenen Signals kann der Abstand zwischen der Messspule und dem Prüfkörper bestimmt werden. Dieser Vorgang wird sodann für die andere Spule 42 wiederholt.

[0059] Jede der Messspulen 41 und 42 besitzt spezielle Charakteristiken, welche z.B. mit zu-bzw. abnehmenden Abstand des Medienrohres zur Messspule andere Spannungswerte ausgeben. Mit der Anordnung von zwei Sensoren in einem gegebenen Winkel, wobei von jeder Spule die Messcharakteristika bekannt sind, werden zwei Spannungswerte ausgegeben. Durch eine Auswerteinheit kann durch diese zwei Spannungswerte die Position des Medienrohres ermittelt werden.

[0060] Selbstverständlich können mit mehreren Sensoren, die an verschiedenen Stellen entlang des Rohres bzw. an verschiedenen Stellen der Fertigungslinie vorgesehen sind, mehrere Messungen durchgeführt werden. Die Sensoren können hierbei je nach gewünschter Anwendung entlang der z-Achse versetzt und/oder um die Achse herum winkelmäßig versetzt angeordnet sein.

[0061] Versuche mit einer Rohrleitung mit zwei Medienrohren haben ergeben, dass sich die Streuwirkung der magnetischen Felder, die durch einen Sensor erzeugt werden, stark begrenzt hält. Daher ist eine dedizierte Messung jedes Medienrohres möglich.

[0062] Die Sensoren können auch während eines Messvorgangs bewegt werden, vorzugsweise hinsichtlich der Winkellage um die Längsachse; dies ist in Fig. 1 für den Sensor 42 durch den Doppelpfeil W illustriert. Dadurch kann schon mit einem einzigen Sensor oder einer kleinen Zahl von Sensoren eine Messreihe für viele Winkelstellungen erzielt werden. Der auf diese Weise bewegliche Sensor kann beispielsweise zwischen zwei Endwinkellagen, z.B. -180° und +180°, hin und her bewegt werden, wobei die Datenübertragung über ein flexibles Kabel erfolgt. In einer Variante kann eine Bewegung des Sensors in gleichbleibender Drehrichtung und/oder mit mehreren Umdrehungen durchgeführt werden, wobei zur Datenübertragung die Verwendung z.B. eines Schleifrings oder einer drahtlosen Kommunikationsstrecke vorteilhaft sein kann. Die Bewegung in Umfangsrichtung kann für eine, alle oder ausgewählte der Sensoren der Messvorrichtung 4 vorgesehen sein. Alternativ oder in Kombination kann auch eine Bewegung eines oder mehrerer Sensoren entlang der Längsachse Z möglich sein, wie in Fig. 3 mithilfe der Doppelpfeile U, V für die Sensoren 43 und 45 beispielhaft angezeigt ist. Anstelle mehrerer Sensoren kann auch zB. ein einziger Sensor für Gleich- und/oder Wechselfeldmessung eingesetzt werden, wobei dieser Sensor um den zu messenden Körper rotiert und hierbei dessen Winkelposition gemessen und mit der Sensormessung verknüpft registriert wird; hierbei kann falls gewünscht auch die axiale Position verändert werden. Diese Variante kann im Besonderen für Fertigungslinien mit geringer Arbeitsgeschwindigkeit, z.B. bis etwa 0,5m/s, geeignet sein.

[0063] Des Weiteren ist es möglich, durch eine geeignete Wahl der Frequenz und der Wellenform bestimmte Komponenten der Rohrleitung spezifisch zu vermessen. Beispielsweise kann bei den Erregerspulen eine Wechselspannung mit ausreichend großer Amplitude und Frequenz eingeprägt werden, sodass im Laufe einer Halbwelle ein Eintreten magnetischer Sättigung des Systems, das aus den Spulen und der Rohrleitung gebildet wird, vermieden wird. Dies gestattet die Messung und Ortung des magnetisch leitenden Materials über eine Bestimmung der Intensität des Magnetfeldes und der Phasendrehung. Diese Wechselspannung kann z.B. ein Sinussignal oder ein Rechtecksignal mit Tastverhältnis 50% (d.h. 1:1) sein. In einem anderen Beispiel kann durch Anlegen eines Wechselspannungssignal mit einem von 50% abweichenden Tastverhältnis, z.B. mit einem Rechtecksignal im Tastverhältnis x : (1 - x) (mit x>0,5, z.B. x= 0,7 ... 0,9), das magnetisierbare Material der Rohrleitung in einen Bereich der magnetischen Sättigung gebracht werden, und nach Erreichen des Sättigungsbereiches erfolgt die Messung des elektrisch leitenden Anteils der Rohrleitung aufgrund der Messung der Feldschwächung und Phasendrehung des Messsignals gegenüber dem Erregersignal. Um eine Sättigung zu erreichen, kann auch fortdauerend oder vorübergehend ein Gleichfeld eingesetzt werden, wobei das zeitliche Einschwing/Einstellverhalten auf das angelegte Gleichfeld beobachtet wird. Noch vor dem Erreichen des Sättigungsbereichs kann mithilfe der kleinen negativen Tastanteile die lokale Hysterese vermessen werden, woraus sich nicht nur bestimmen lässt, ob die Sättigung erreicht worden ist, sondern auch zusätzliche Information hinsichtlich der Komponenten der Rohrleitung gewonnen werden können.

[0064] Grundsätzlich kann die erfindungsgemäße Prüfung an bereits fertigen Rohrleitungen erfolgen, z.B. beim Ablängen, oder in jedem beliebigen Fertigungsschritt der Produktion der Rohrleitungen.

[0065] Bei der Herstellung kann vor Beginn der Messungen bei der laufenden Produktion eine Kalibrierung mit einer als „Referenzrohr" verwendeten Rohrleitung durchgeführt werden, wobei die Messapparatur Messungen durchführt, die dann als Referenzwerte gespeichert werden. Bei der nachfolgenden Messung in der laufenden Produktion werden dann die gemessenen Ist-Werte mit den Referenzwerten verglichen, unter Berücksichtigung einer vorgegebenen bzw. einstellbaren Toleranz. Falls die Abweichung über die Toleranz hinausgeht, wird eine Warnung ausgegeben.

[0066] Alternativ kann ein Korrekturwert errechnet werden, der über eine Schnittstelle an die

Fertigungslinie zurückgeführt wird und der dazu verwendet wird, die Zufuhr der Medienrohre hinsichtlich ihrer lateralen Position zu adjustieren, um die Abweichung auszugleichen.

[0067] Die Übergabe kartesischer Koordinaten der Position der Medienrohre ist hierbei ebenfalls möglich, wodurch es möglich ist, die durch das Messsystem bestimmten Positionen der Medienrohre in für die Fertigungsanlage gültige Koordinaten auszugeben und bei der Positionierung zu verwenden.

[0068] Fig. 5 bis 7 illustrieren weitere bevorzugte Ausführungsformen für die Fertigung einer Rohrleitung 1 gemäß der Erfindung.

[0069] Fig. 5 zeigt eine schematische Übersicht einer Fertigungsanlage 5 für eine Rohrleitung 1 mit zwei Medienrohren, in der eine Positionskorrektur gemäß der Erfindung eingerichtet ist. Die beiden Medienrohre 21, 22 werden in Fig. 5 von rechts zugeführt (die Zuführeinrichtungen für die Medienrohre sind in Fig. 5 der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt). Mithilfe von Einstelleinrichtungen 50, 51, 52 kann nach an sich bekannter Art die Position der Medienrohre in x-und y-Richtung (mittels 51 und 52) und deren Abstand zueinander (mittels 50) eingestellt werden; diese Positionierung wird durch die Erfindung kontrolliert bzw. überwacht, wie nachstehend erläutert wird. Die so eingerichteten Medienrohre durchlaufen dann eine Formungsanlage 57, an deren Eingangsöffnung 53 über (nicht gezeigte) Düsen ein Schaummaterial eingebracht wird, das durch Halbschalen 54 (Fig. 6) um die Medienrohre geformt wird. (Das Schaummaterial ist durch eine Punktschraffur dargestellt.) Die Halbschalen 54 bewegen sich für die Zeitdauer, die zum Verfestigen des Schaummaterials benötigt wird, mit dem Schaum und den Medienrohren mit, somit bis zur Ausgangsöffnung 55, und werden dann zurück zur Eingangsöffnung 53 transportiert.

[0070] Sodann durchläuft die Rohrleitung eine Messvorrichtung 6 nach der Erfindung, in der die Position der Medienrohre innerhalb der Rohrleitung bestimmt wird. Die Rohrleitung wird anschließend - in der Figur nicht gezeigt - nach links weitergeführt, um das Mantelrohr aufzubringen, und anschließend aufgerollt oder in gewünschte Längen zugeschnitten. Die Messvorrichtung 6 gibt das Ergebnis der Positionsbestimmung an einen Steuerrechner 7 weiter, der daraus unter Vergleich mit den vorgegeben Sollpositionen Steuersignale 56 der Positionskorrektur für die Einstelleinrichtungen erzeugt und an letztere leitet. Auf diese Weise ergibt sich ein Regelkreis, der eine zuverlässige Einstellung der gewünschten Position der Medienrohre 21,22 in der Rohrleitung 1 liefert.

[0071] Fig. 6 zeigt zwei Halbschalen 54 im Querschnitt, welche Teil der Fertigungsanlage 5 sind, wobei ein Medienrohr 2 von den Halbschalen umschlossen wird. Der Hohlraum 14 wird von einem schaumartigen Material ausgefüllt, welches sich durch einen exothermen Prozess innerhalb der Halbschalen ausbreitet und das Medienrohr formschlüssig einbindet. Die Halbschalen können zusätzlich gekühlt werden. Nach einer Abkühlphase härtet das schaumartige Material aus und erreicht sodann die endgültige Position an der Ausgangsöffnung 55 wie in Fig. 5 dargestellt.

[0072] E in beispielhaftes Schaltdiagramm der elektrischen Versorgung der Messvorrichtung der Fig. 5 für eine erfindungsgemäße Messvorrichtung ist in Fig. 7 gezeigt. Eine Wechselspannung, beispielsweise 230 V / 50 Hz, wird in einem Wechselspannungsgenerator 71 erzeugt; z.B. kann durch einen Stelltransformator die Höhe der Spannung eingestellt werden; zusätzlich kann bei Bedarf eine gewünschte Frequenz und/oder Pulsform des Wechselspannungssignals eingestellt werden. Außerdem kann mithilfe einer Gleichspannungsquelle 72 eine Gleichspannung überlagert werden; hierbei können z.B. die Höhe der Gleichspannung sowie, falls gewünscht, die Dauer von Gleichstrompulsen und deren Abstand zueinander gewählt werden. Die so erzeugte Gleichwechselspannung wird der Erregerspulenanordnung 73 („Hauptspule") der Messvorrichtung zugeführt, die in Fig. 7 durch eine Induktivität 73 symbolisiert ist. Messaufnehmer 74, 75 und zugeordnete Messgeräte (nicht gezeigt) dienen der Überwachung der Istwerte der an der Erregerspule 73 anliegenden Spannung und/oder des durch diese fließenden Stroms. Eine Steuereinheit 76 dient der Ansteuerung der Spannungsquellen 71, 72 und Überwachung der Spannungs/Stromversorgung mithilfe der Istwert-Überwachung 73, 74; die Steuereinheit 76 wird über eine Befehls- und Auswerteeinheit 82 (entsprechend dem Steuerrechner 7 der Fig. 5) gesteuert und kontrolliert. Zusätzlich kann eine Referenzspule 77 vorgesehen sein, zur Überwachung des Magnetfelds im Messbereich. Die Signale der Sensorspulen 78, 79 sowie der Istwert-Überwachungen 73, 75 und gegebenenfalls der Referenzspule 77 werden einer Signalaufbereitung 80 zugeführt, die z.B. die Messsignale der Sensorspulen in Beziehung mit den (über die als Referenzsignale rückgeführten) Erregersignalen setzt, beispielsweise hinsichtlich einer relativen Amplitude sowie Phase. Die Signalaufbereitung 80 leitet die die gemessenen und gegebenenfalls digitalisierten Daten an die Befehls- und Auswerteeinheit 82 weiter, die die so erhaltenen Daten sammelt, gegebenenfalls speichert, auswertet und die so erhaltenen Ergebnisse ausgibt, beispielsweise über eine Ein/Ausgabeeinheit 81, die z.B. als Computer mit Tastatur und Bildschirm od.dgl. ausgebildet sein kann. Über die Ein/Ausgabeeinheit 81 kann auch die Eingabe der Sollparameter des zu erzeugenden bzw. zu vermessenden Produkts erfolgen. Die Befehls- und Auswerteeinheit 82 kann auch dazu genutzt werden, aus den gemessenen Daten Rückmeldungen für die Produktionsmaschine der Fig. 5 zu erzeugen, beispielsweise um Korrektursignale 56 zu bestimmen, die an die Positionskorrektur in der Produktionsmaschine weitergeleitet werden können. Selbstverständlich sind auch Varianten möglich, in denen komplexere Leistungselektronik zu Einsatz kommt, mit welcher sowohl Spannung als auch Frequenz variiert werden können.

Claims (13)

Patentansprüche

1. Verfahren zum Messen der Position zumindest eines Innenrohres (20, 21, 22) innerhalb eines Innenraumes (14) einer Rohrleitung (1), worin das zumindest eine Innenrohr (20, 21, 22) verläuft, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Innenrohr (20, 21,22) zumindest teilweise aus einem magnetisierbaren und/oder elektrisch leitenden Material besteht, und das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: - Führen des zumindest einen Innenrohres (20, 21,22) in dem Innenraum (14) entlang eines vorgegebenen, eine Messeinrichtung (4, 6) passierenden Weges (Z), - Erzeugen eines Magnetfeldes, welches den Innenraum (14) zumindest im Bereich der/des Innenrohre(s) (20, 21,22) durchsetzt, und - Messen des Ortes des Innenrohres durch Detektion des Magnetfeldes mithilfe zumindest eines magnetischen Sensors (41, 42, 43-46) der Messeinrichtung (4, 6) in Bezug auf den Weg, wobei der zumindest eine magnetische Sensor an einer vorbestimmten Position außerhalb des Innenraums angeordnet ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mittels zumindest einer außerhalb des Innenraumes (14) angeordneten Erregerspule (30, 31,32, 33, 34) ein örtlich veränderliches, bevorzugt ortsfestes Magnetfeld erzeugt wird, das bevorzugt ein lokales Maximum der Magnetfeldstärke an einer Sollposition des Innenrohres (20) bzw. eines der Innenrohre (21,22, 23, 24) aufweist.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetfeld durch zumindest eine Erregerspule erzeugt wird, die als Luftspule, die Rohrleitung (1) umschließend, ausgebildet ist.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei magnetische Sensoren (41,42) verwendet werden, die nebeneinander auf gleicher Höhe des Weges der Rohrleitung (1), um einen Winkel versetzt, angeordnet sind.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei magnetische Sensoren (43, 44, 45, 46) verwendet werden, die entlang des Weges der Rohrleitung (1) hintereinander angeordnet sind.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstandswert zwischen einem magnetischen Sensor und dem zu vermessenden Innenrohr bestimmt wird, und vorzugsweise aus mehreren derartigen Abstandswerten in Bezug auf die Orte mehrerer Sensoren der Ort des Innenrohres berechnet wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetfeld ein Wechselfeld ist und die Messung des Ortes des Innenrohres durch Detektion in zumindest einer Messspule (41, 42, 43-46) unter Verwendung der Variation der Amplitude und/oder Phasenverschiebung gegenüber der Versorgungsspannung des Wechselfelds erfolgt.

8. Verfahren zum Herstellen einer Rohrleitung mit einem Mantelrohr (13) und zumindest einem in einem von dem Mantelrohr umschlossenen Innenraumes (14) verlaufenden Innenrohr (20, 21, 22), bei welchem die Position eines Innenrohres innerhalb des Innenraumes (14) gemäß dem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche gemessen wird, eine Abweichung der so gemessenen Position von einer Sollposition des Innenrohres bestimmt wird und aufgrund der so bestimmten Abweichung die Position des Innenrohres neu eingestellt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, bei welchem die Messung der Position des zumindest einen Innenrohres in dem Innenraum ohne Mantelrohr (13) erfolgt und erst nach der Messung und gegebenenfalls Neueinstellung des Position des Innenrohres der Innenraum (14) einschließlich des Innenrohres mit dem Mantelrohr (13) umgeben wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrleitung (1) ein Mantelrohr (13) aufweist, das den Innenraum (14) umgibt.

11. Vorrichtung zum Messen der Position eines Innenrohres (20, 21, 22) innerhalb eines Innenraumes (14) einer Rohrleitung (1), worin das Innenrohr (11) verläuft, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Innenrohr (20, 21, 22) zumindest teilweise aus einem magnetisierbaren und/oder elektrisch leitenden Material besteht, wobei die Vorrichtung umfasst: - Einrichtungen zum Führen des zumindest einen Innenrohres (20, 21, 22) in dem Innenraum (14) entlang eines vorgegebenen Weges, - außerhalb des Weges angeordnete Mittel (30, 31,32, 33, 34) zum Erzeugen eines Magnetfeldes, welches den Innenraum (14) zumindest im Bereich der/des Innenrohre(s) (20, 21,22) durchsetzt, und - eine den Weg umgebend oder diesem benachbart angeordnete Messeinrichtung (4, 6) mit zumindest einem magnetischen Sensor, der dazu eingerichtet ist, den Ort des Innenrohres zu messen.

12. Vorrichtung zum Herstellen einer Rohrleitung mit einem Mantelrohr (13) und zumindest einem darin verlaufenden Innenrohr (20, 21, 22), umfassend eine Vorrichtung zum Messen der Position eines Innenrohres nach dem vorangehenden Anspruch, eine Einrichtung zum Bestimmen einer Abweichung der Position des Innenrohres von einer Sollposition, sowie eine Einrichtung (50, 51, 52) zum Einstellen der Position des Innenrohres zum Ausgleich der Abweichung von der Sollposition des Innenrohres.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, zudem aufweisend eine Einrichtung zum Erzeugen des Mantelrohrs (13), das den Innenraum (14) umgibt, wobei die Einrichtung zum Erzeugen des Mantelrohrs stromabwärts der Vorrichtung zum Messen der Position eines Innenrohres angeordnet ist. Hierzu 7 Blatt Zeichnungen