DE102004028741A1

DE102004028741A1 - Anordnung zur Zustandserfassung von nicht begehbaren Kanälen

Info

Publication number: DE102004028741A1
Application number: DE200410028741
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr. Berger; Hartmut Solas
Original assignee: FITR Gesellschaft fuer Innovation IM Tief und Rohrleitungsbau Weimar mbH
Current assignee: Gib - Gesellschaft fur Innovation Im Bauwesen De
Priority date: 2004-06-14
Filing date: 2004-06-14
Publication date: 2006-01-05
Anticipated expiration: 2024-06-15
Also published as: DE102004028741B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Zustandserfassung von nicht begehbaren Kanälen, insbesondere aus Fertigkeiten errichteten Heizkanälen, welche im Bodenbereich Medienrohre aufweisen, mittels Inspektionsroboter, wobei der Inspektionsroboter Mittel zur Ausführung einer Bewegung sowie eine Sensorik, insbesondere eine Kamera, ein Abtastradar, einen Ultraschall- oder Laserentfernungsmesser und/oder dergleichen Einrichtungen aufweist. Erfindungsgemäß ist der Inspektionsroboter über Kopf an den Seitenwänden und/oder an der Decke des Kanals gehalten oder geführt und es wird eine Bewegung des Roboters in Kanallängsrichtung erzeugt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Zustandserfassung von nicht begehbaren Kanälen, insbesondere aus Fertigteilen errichteten Heizkanälen, welche im Bodenbereich Medienrohre aufweisen, mittels Inspektionsroboter, wobei der Inspektionsroboter Mittel zur Ausführung einer Bewegung sowie eine Sensorik, insbesondere eine Kamera, ein Abtastradar, einen Ultraschall- oder Laserentfernungsmesser und/oder dergleichen Einrichtungen aufweist, gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Inspektions- oder Reinigungssysteme für Abwasserkanäle gehören seit vielen Jahren zum Stand der Technik. Betreiber von Abwasserkanälen sind gesetzlich verpflichtet, in regelmäßigen Abständen die Kanäle auf Schadensbilder zu untersuchen, die die statische Tragfähigkeit, die Dichtigkeit und die hydraulische Leistungsfähigkeit möglicherweise beeinträchtigen.

In vielen Fällen sind Abwasserkanäle nicht begehbar oder es ist der Aufwand zur Vorbereitung einer Begehbarkeit erheblich. Aus diesem Grunde werden selbstfahrende Roboter eingesetzt. Neben der optischen Inspektion durch Kamerasysteme können Sensorsysteme integriert werden, die auf optischem Wege nicht erkennbare Schäden frühzeitig deutlich werden lassen.

Ein bekannter Inspektionsroboter für Lüftungskanäle, zurückgehend auf die Fraunhofer-Gesellschaft, dient der regelmäßigen Inspektion, der Reinigung und der Hygieneüberprüfung von Lüftungs- und Klimakanälen in Bürogebäuden, Krankenhäusern oder Großküchen. Dieser Inspektionsroboter besitzt ein Raupenfahrwerk, wobei der Grundkörper des Roboters mit einer Kameraeinheit versehen ist und eine integrierte Beleuchtungseinrichtung aufweist. Die Kameraeinheit nebst Beleuchtungseinrichtung ist dreh- bzw. verschwenkbar. Der Roboter selbst wird kabelgeführt und ist in der Lage, aufgrund seiner kompakten Baugröße auch bei Rohrdurchmessern bzw. Kanälen mit einer Kantenlänge von etwa 150 mm eingesetzt zu werden. Die Steuerung des Roboters erfolgt mittels Joystick. Ein derartiger Roboter setzt jedoch voraus, dass die Oberfläche des jeweiligen Kanals im wesentlichen eben ist, um eine störungsfreie Fortbewegung des Gerätes zu ermöglichen. Ein Einsatz in Kanälen, die im Bodenbereich z.B. eine Vielzahl von Medienrohren mit einer entsprechend verklüfteten Struktur aufweisen, ist nicht oder nur sehr eingeschränkt möglich.

Zur Sanierung gemauerter Abwasserkanäle sind Kanalroboter bekannt geworden, welche über optische Einrichtungen in der Lage sind, die Fugenstruktur zu erkennen, so dass eine Sanierung des Mauerwerks in automatisierter Weise erfolgen kann. Bei einer auf die Technische Universität Ilmenau zurückgehenden Lösung SAN3 erfolgt mit Hilfe des Roboters ein automatisches Ausräumen der Fugen im Mauerwerk und ein Einbringen von neuem Fugenmaterial im Sinne einer Vollsanierung der Kanäle. Entsprechend der ovalen oder kreisförmigen Querschnittsform des jeweiligen Kanals stützt sich der Roboter an der Innenwandung ab und führt sowohl um seine eigene Achse als auch in Längsrichtung eine Bewegung aus. Nachdem ein Ausräumen der Fugen in einem ersten Abschnitt vorgenommen wurde, erfolgt dann das Umsetzen des Roboters in das nächste Verarbeitungssegment durch eine Schreitbewegung. Auch diese Roboterkonstruktion setzt im wesentlichen ebene Oberflächen innerhalb des Abwasserkanals voraus, wobei in Längsrichtung des Kanals keine störenden Medienrohre oder dergleichen vorhanden sein dürfen.

Vor der Einführung erdverlegter Kunststoffmantelrohre als Medienleitungen für Wärmemedien oder aber auch bei entsprechenden Erfordernissen erfolgte die Verlegung von isolierten Medienrohren in begehbaren Sammelkanälen bzw. nicht begehbaren Heizkanälen.

Diese Heizkanäle wurden im Regelfall aus Betonfertigteilen im System Trog/Abdeckplatte oder Haube/Bodenplatte erstellt.

Im Bodenbereich derartiger Heizkanäle erfolgte dann die Verlegung der mit einem Isoliermaterial versehenen Medienrohre auf Gleitlagerschienen oder Festpunktlager.

Die seitlichen und vertikalen Räume im Kanal wurden im Sinne einer Minimierung des Baukörpers im Regelfall vollständig oder stark ausgenutzt, ohne dass Restfreiräume verblieben.

Nach entsprechender Liegezeit derartiger Kanäle stellt sich die Notwendigkeit der baulichen Beurteilung, um entsprechende Entscheidungen bezüglich der Weiternutzung, Sanierung oder Umnutzung treffen zu können.

Dem derzeitigen Stand der Technik entsprechend erfolgt bei solchen nicht begehbaren Heizkanälen eine optische Begutachtung in Form von Einsichtnahme bei zugänglichen Kanalöffnungen, mittels Kanalöffnungen bei zufälligen Arbeiten an querenden oder nähernden Leitungen oder aber auch durch Anbohren im Abstand von beispielsweise 10 m mit nachfolgender Untersuchung über ein Endoskop. All diese vorstehend erwähnten Untersuchungsvarianten liefern jedoch nur partielle bzw. stark eingeschränkte Informationen über den jeweiligen nur engen Beurteilungsraum von wenigen Metern.

Der Einsatz von Robotern zum Zweck der Begutachtung über größere Längenabschnitte ist deshalb nicht möglich, da eine Belegung der Kanalsohle mit Medienrohren und querverlaufenden Hindernissen in Form von Gleit- und Festpunktlagern vorliegt. Damit kann ein Inspektionswagen im Bereich der Kanalsohle nicht geführt werden bzw. kann sich dort nicht ungestört fortbewegen. Weitere Behinderungen ergeben sich durch im unteren Teil der Kanäle befindliche Verschmutzungen aufgrund beschädigter Isolierungen und gegebenenfalls von Abplatzungen herrührendem Schutt.

Aus dem Vorgenannten ist es daher Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung zur Zustandserfassung von nicht begehbaren Kanälen, insbesondere aus Fertigteilen errichteten Heizkanälen, welche im Bodenbereich Medienrohre aufweisen, mittels Inspektionsroboter anzugeben, wobei die Anordnung in der Lage sein soll, auch über größere Längenabschnitte des jeweiligen Kanals signifikante Untersuchungsergebnisse zu liefern.

Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt durch eine Anordnung gemäß der Merkmalskombination nach Schutzanspruch 1, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen darstellen.

Demnach wird der eingesetzte Inspektionsroboter über Kopf an den Seitenwänden und/oder an der Decke des Kanals gehalten oder geführt und es wird über geeignete Antriebsmittel die gewünschte Bewegung in Kanallängsrichtung realisiert.

Mit anderen Worten ist zum Einsatz eines Inspektionsroboters mit Kamera eine querschnittsbezogene Fixierung eines Kameraschlittens oder Kamerawagens an der Kanaldecke vorgesehen. Der Kameraschlitten bzw. Kamerawagen kann mit Hilfe magnetischer Mittel unter Ausnutzung der Stahlbewehrung in der Kanaldecke oder mittels Unterdruck in Form von Saugfüßen, aber auch mechanisch über Spreizfüße an der Decke oder den Wänden gehalten werden.

Über angetriebene Räder, mit Hilfe eines Raupenfahrwerks oder unter Rückgriff auf einen Schreitmechanismus erfolgt dann die Ausführung der Längsbewegung im Kanal.

Die Antriebseinrichtung des Inspektionsroboters sorgt dafür, dass über Reibkräfte zwischen mindestens einem Rad oder einer Raupe oder dergleichen und der Innenoberfläche der Kanaldecke und/oder den Seitenwänden die Fortbewegung erfolgt. Auch besteht die Möglichkeit, an der Decke und/oder den Kanalseitenwänden mindestens zeitweise eine Führungsschiene für die Aufnahme des Inspektionsroboters zu befestigen. Diese Führungsschiene kann wiederum mit Hilfe von Saugfüßen oder aber auch einer Spreizvorrichtung an den Innenoberflächen der Seitenwände bzw. der Decke des Kanals gehalten werden.

Der Inspektionsroboter kann ausgestaltend einen verschwenkbaren Kamerakopf aufweisen, wobei die Schwenkbewegung in Kanalquerrichtung, aber auch in Kanallängsrichtung ausführbar ist. Damit kann, insbesondere beim Ausführen einer schreitenden Bewegung, von Schritt zu Schritt über das Verschwenken segmentweise eine Bildaufnahme mit nachfolgender Bildverarbeitung vorgenommen werden, wobei sich die einzelnen aufgenommenen Segmente datenverarbeitungsgestützt aneinander fügen lassen, mit der Folge, dass eine zwei- oder dreidimensionale Ansicht des Kanalinneren erstellbar ist.

Bei einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist der Inspektionsroboter mittels eines schwebenden gasgefüllten Körpers, z.B. eines Ballons oder eines Kissens, an der Kanaldecke gehalten. In diesem Falle kann dann zwischen der Ballonoberseite und der Kanaldecke ein Antriebselement zum Ausführen der Längsbewegung des Inspektionsroboters vorgesehen sein.

Die Erfindung soll nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen sowie unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert werden.
Hierbei zeigen:
1 eine Querschnittsdarstellung eines Heizkanals mit Inspektionsroboter, welcher über Saugfüße gehalten ist, und
2 eine Querschnittsdarstellung analog 1, jedoch mit einem Inspektionsroboter, welcher über eine Spreizeinrichtung zwischen den Seitenwänden des Heizkanals fixiert ist.
Bei den Ausführungsbeispielen nach 1 und 2 wird von einem aus Betonfertigteilen hergestellten Heizkanal im System Trog und Abdeckplatte ausgegangen.
Der Trog 1 befindet sich versenkt im Erdreich und weist die Form eines angenäherten U auf.
Im Bodenbereich des Troges 1 sind Gleit- und Festpunktlager 2 vorgesehen, die sich in Querrichtung erstrecken und eine Vielzahl von Medienrohren 3 aufnehmen.
Die Medienrohre 3 liegen im wesentlichen eng gepackt auf den Gleit- und Festpunktlagern 2 auf und sind mit einer nicht gezeigten Isolierung, z.B. aus Mineralwolle umgeben.
Der Trog 1 wird von Abdeckplattenelementen 4 oberseitig verschlossen. Anschließend wird der so geschaffene Kanal mit Erdreich abgedeckt oder mit einer andersartigen Schutzschicht versehen.
Die Abmessungen im Inneren des Kanals sind für die Aufnahme der Medienrohre 3 ausreichend, jedoch nicht so groß gegeben, dass eine Begehung möglich ist.
Da ein Inspektionsroboter aufgrund der zerklüfteten Struktur auf der Bodenseite im Trog 1 in herkömmlicher Weise nicht zum Einsatz kommen kann, ist gemäß 1 vorgeschlagen, den Roboter 5, welcher einen verschwenkbaren Kamerakopf 6 aufweist, mit Hilfe von Saugfüßen 7 an der Innenoberseite der Abdeckplatte 4 zu halten. Die Saugfüße sind beim Ausführungsbeispiel nach 1 Elemente eines Schreitmechanismus, bei welchem jeweils mindestens ein Saugfuß in Halteposition befindlich ist und ein weiterer Saugfuß eine Schreitbewegung in Längsrichtung ausführt.
Durch diese Schreitbewegung kann dann der Inspektionsroboter 5 über die Länge des jeweiligen Heizkanals eine Bewegung ausführen und die gewünschten Aufnahmen zur Interpretation des Zustands im Inneren des Kanals liefern. Eine Datenübertragung nach außen erfolgt entweder drahtgebunden oder über eine Telemetriestrecke drahtlos.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach 2 wird ein ähnlicher Inspektionsroboter 5 eingesetzt, jedoch ist diesr mit Hilfe einer im Prinzip dargestellten Spreizvorrichtung zwischen den Seitenwänden 8 des Troges 1 gehalten.
Die Spreizvorrichtung umfasst beim gezeigten Beispiel Teleskopbeine 9 und Federelemente 10. Über eine Raupenkette oder ein Rad 11 ist dann die gewünschte Bewegung in Längsrichtung des Heizkanals realisierbar.
Die Pfeildarstellungen in den 1 und 2 symbolisieren die mögliche Verschwenkung des Kamerakopfes sowohl in Heizkanalquer- als auch in Heizkanallängsrichtung, so dass auch der Zustand der Innenoberfläche des Troges mit erfasst werden kann.
Bei einem weiteren, figurlich nicht dargestellten Ausführungsbeispiel befindet sich eine miniaturisierte CCD-Kamera an der Unterseite eines schwebenden, gasgefüllten Körpers, z.B. eines Ballons oder eines Körpers in Zeppelinform. Dieser gasgefüllte Körper mit CCD-Kamera ist dann in der Lage, an der Unterseite der Abdeckplatte 4 über eine geeignete Antriebseinrichtung entlang zu gleiten, so dass Zug um Zug Aufnahmen vom Inneren des Kanals erstellt werden können.
Bei einer Ausführungsform mit magnetischer Fixierung des Inspektionsroboters kann zum einen auf die ferromagnetischen Eigenschaften von Bewehrungsstählen zurückgegriffen werden, welche sich im Inneren der Abdeckplatte 4 befinden. Zum anderen kann aber auch ein externer Magnet auf der Oberfläche der Abdeckplatte 4 vorhanden sein. Hierbei besteht die Möglichkeit, nicht nur den Inspektionsroboter innenseitig zu fixieren, sondern es kann durch ein Führen eines Magnets bzw. einer Magnetanordnung auf der Oberseite der Abdeckplatte auch eine Bewegung des Roboters durch einen magnetischen Mitzieheffekt vorgenommen werden.

Claims

Anordnung zur Zustandserfassung von nicht begehbaren Kanälen, insbesondere aus Fertigteilen errichteten Heizkanälen, welche im Bodenbereich Medienrohre aufweisen, mittels Inspektionsroboter, wobei der Inspektionsroboter Mittel zur Ausführung einer Bewegung sowie eine Sensorik, insbesondere eine Kamera, ein Abtastradar, einen Ultraschall- oder Laserentfernungsmesser und/oder dergleichen Einrichtungen aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Inspektionsroboter über Kopf an den Seitenwänden und/oder an der Decke des Kanals gehalten oder geführt ist und eine Bewegung in Kanallängsrichtung ausführt.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Inspektionsroboter über Vakuum- oder Saugfüße an der Decke und/oder den Seitenwänden fixiert ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Inspektionsroboter über eine Spreiz- und Klemmeinrichtung zwischen den Seitenwänden des Kanals fixiert ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Inspektionsroboter magnetisch an der Kanaldecke gehalten ist.
Anordnung nach Anspruch 1, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Inspektionsroboter eine Antriebseinrichtung aufweist, welche über Reibkräfte zwischen mindestens einem Rad oder einer Raupe oder dergleichen und der Innenoberfläche der Kanaldecke und/oder den Seitenwänden die Bewegung in Längsrichtung ausführt.
Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Inspektionsroboter eine Schreiteinrichtung zur Ausführung der Bewegung in Längsrichtung aufweist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an der Decke und/oder den Kanalseitenwänden mindestens temporär eine Führungsschiene für die Aufnahme des Inspektionsroboters befestigt ist.
Anordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Inspektionsroboter einen verschwenkbaren Kamerakopf aufweist, wobei die Schwenkbewegung in Kanalquerrichtung und/oder Kanallängsrichtung ausführbar ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Inspektionsroboter mittels eines schwebenden, gasgefüllten Körpers, insbesondere eines Ballons, an der Kanaldecke gehalten ist.
Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Ballonoberseite und Kanaldecke ein Antriebselement zur Ausführung der Längsbewegung des Inspektionsroboters wirksam ist.