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Die
Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Ultraschallprüfung von
Wandstärke
und Rissen in Rohrleitungen mittels Ultraschall-Sensoren. Insbesondere
richtet sich die Erfindung auf eine Trägerplatte, die die Sensoren
für die
Ultraschallprüfung
der Rohrleitung trägt.
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Mit
Ultraschall-Sensoren können
durch senkrechte Einschallung von Ultraschall Materialverluste (z.B.
Korrosion) und andere flächige
Fehler und Diskontinuitäten,
die parallel zur Rohrwand liegen, detektiert und vermessen werden.
Man bezeichnet derartige Messungen allgemein als Wanddickenmessung
mit Ultraschall oder als Ultraschallmessung mit senkrechter Einschallung.
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Durch
schräge
Einschallung können
Materialtrennungen (z.B. Risse) und andere Fehler und Diskontinuitäten, die
senkrecht zur Rohrwand liegen, detektiert und in der Länge vermessen
werden. Je nach Einschallrichtung, d.h. längs oder quer zur Rohrleitungsachse,
können
Fehler detektiert werden, die längs
oder quer zur Rohrleitungsachse liegen. Man bezeichnet derartige
Messungen allge mein als Rißprüfung mit
Ultraschall oder als Ultraschallmessung mit Schrägeinschallung, entweder längs oder
quer.
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Die
Erfindung betrifft eine Trägerplatte
mit Sensoren zur Ultraschallprüfung
von Rohrleitungen, die zum Verbinden mit einem Segment vorgesehen ist,
wobei das Segment ein Segment für
einen aus solchen Segmenten zusammengesetzten, einen Hohlkörper mit
zylindrischer Hüllfläche bildenden Sensorträgerkörper eines
Molches ist, der zur Rohrleitungsprüfung durch eine Rohrleitung
bewegbar ist, und wobei der Sensorträgerkörper mit zur Durchführung der
Rohrleitungsprüfung
erforderlichen Sensoren bestückt
ist. Derartige Molche werden zur Durchführung von Messungen und zur
zerstörungsfreien Werkstoffprüfung durch
Rohrleitungen bewegt. Sie umfassen in der Regel einen Sensorträgerkörper, der mit
den Sensoren zur Durchführung
der Rohrleitungsprüfung
bestückt
ist und einen oder mehrere weitere Molchkörper, die Geräte zur Meßwertaufzeichnung
und Meßwertverarbeitung
sowie die Einrichtung für
die Stromversorgung beinhalten.
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Molche
werden in Fernleitungen wie Ölpipelines
zur Ermittlung von Schäden
an der Rohrwand, wie z.B. Korrosionsbildung, Rißbildung oder Lochfraß, eingesetzt.
Der Molch dient dazu, genaue Kenntnis über Art, Ausmaß und Lage
von Schäden an
der Innenwand, im Material oder an der Außenwand des Rohres zu gewinnen.
Dabei tasten die Sensoren des Molches den gesamten Umfang der Rohrinnenwand
ab, wenn der Molch durch die Rohrleitung bewegt wird. Der Molch
wird üblicherweise mittels
des in der Rohrleitung transportierten Mediums durch die Rohrleitung
bewegt. Zur Rohrleitungsprüfung
werden Sensoren mit verschiedenen Funktionsweisen, beispielsweise
Ultraschall- oder
elektro-magnetische Sensoren eingesetzt. Der Sensorträgerkörper hat
die Aufgabe, die Sensoren in einer be stimmten Position bzw. in einem
bestimmten Abstand zu der Rohrinnenwand zu führen.
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Es
sind verschiedene Arten von Sensorträgerkörpern für Molche bekannt. Bei einer
bekannten Ausführungsform
werden Sensorträgerkörper eingesetzt,
bei denen die Sensoren auf Segmenten angeordnet sind, die einzelne,
hintereinander liegende Segmentringe bilden. Die Segmentringe sind
untereinander mit einer starren, in Bewegungsrichtung des Molches
orientierten Achse verbunden. Nachteilig wirken sich hier insbesondere
die geringe Anpassungsfähigkeit
des Sensorträgerkörpers an
Rohrkrümmungen
aufgrund der starren Achse und die resultierende große Baulänge des
Sensorträgerkörpers aus.
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Es
sind weiter Sensorträgerkörper bekannt, bei
denen die Sensoren mittels aufwendiger mechanischer Vorrichtungen,
wie z.B. einem Gestänge,
mit einem Träger
verbunden sind, um zu erreichen, daß die einzelnen Sensoren einen
weitgehend gleichen Abstand von der Rohrinnenwand aufweisen, wenn der
Sensorträgerkörper durch
die Rohrleitung bewegt wird. Nachteilig bei derartigen mechanischen Vorrichtungen
ist die hohe Störanfälligkeit,
wodurch die Meßgenauigkeit
der Sensoren beeinträchtigt wird.
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Eine
andere bekannte Ausführungsform
verwendet um die Längsrichtung
gedrallt verlaufende Kufen. Die Sensoren liegen hintereinander folgend
in den Kufen, und durch den Drall der Kufen wird ein seitlicher
Versatz und somit die Umfangsdeckung der Sensoren ermöglicht.
Nachteilig dabei ist, daß die nach
vorne weisenden Seitenkanten der gedrallten Kufen, die jeweils einen
großen
Bereich des Rohrumfangs abdecken, zum Abschaben von Verunreinigungen
an der Rohrwandung und zu Geradstellkräften auf die Kufen führen. Beides
beeinträchtigt
die Prüfergebnisse,
z.B.
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durch
Zusetzen der Sensoren mit Wachs oder durch Positionierungsfehler
der Sensoren. Da der Versatz der Sensoren durch den Drall der Kufen realisiert
wird, kann eine kürzere
Baulänge
nur durch eine Erhöhung
des Dralls realisiert werden. Aufgrund der damit einhergehenden
Nachteile kann somit keine kurze Baulänge des Sensorträgerkörpers und
nur eine geringe Bogenpassierbarkeit erzielt werden.
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Aus
der
DE 3626646 C2 ist
ein als Manschette ausgebildeter Sensorträgerkörper bekannt. Die Manschette
ist in parallele Streifensegmente, in denen die Sensoren angebracht
sind, unterteilt. Wenn die Streifensegmente achsparallel zur Molchachse
orientiert sind, läßt sich
ein Überlappen der
von den Sensoren erfaßten
Meßbereiche
oder ein Versatz der Sensoren in Umfangsrichtung kaum realisieren.
In einer bevorzugten Ausführungsform dieses
Sensorträgerkörpers bilden
daher die Mittelachsen der parallelen Streifensegmente einen spitzen
Winkel zur Rohrmittelachse, womit sich ein Versatz der Sensoren
in Umfangsrichtung ergibt, so daß von den in einem Streifensegment
hintereinander folgend angeordneten Sensoren ein Flächenstreifen
an der Rohrwandung überstrichen
wird, der breiter ist als die Wirkfläche eines einzelnen Sensors.
Nachteilig wirkt sich dabei aus, daß auf die schräg zur Bewegungsrichtung
des Molches orientierten Streifensegmente bei der Bewegung durch
eine Rohrleitung Stellkräfte
in Richtung auf eine Ausrichtung der Streifensegmente parallel zur
Rohrmittelachse führen. Dies
gefährdet
zum einen die angestrebte Meßgenauigkeit
und führt
zum anderen zum Schaben an Verschmutzungen oder Rohrunebenheiten
an der Rohrwand und damit zu einer weiteren Beeinträchtigung
der Meßergebnisse
oder Schädigung
des Molches.
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Aus
dem Dokument
US 5,616,854 ist
eine Vorrichtung für
die pneumatische Leckprüfung
von Rohrleitungen bekannt, bei der von außen eine Manschette an die
zu prüfende
Rohrleitung angelegt wird.
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Für die Betreiber
von Rohrleitungen ist die Überprüfung der
Rohrleitungen sowohl auf Materialverluste (Wanddickenmessung) als
auch die Überprüfung von
Rißbildungen
(Rißprüfung) von
sehr hoher Bedeutung. Nach dem Stand der Technik war es jedoch bisher
nicht möglich,
mit einem einzigen Durchlauf eines Molches durch eine Rohrleitung,
d.h. in einem Meßlauf
eine Aussage über
beide genannten Fehlerarten zu erhalten, sondern es ist notwendig,
zwei oder mehr Meßläufe mit
unterschiedlich bestückten
Sensorträgern
durchzuführen
und die Meßergebnisse
der verschiedenen Meßläufe zur
Fehlerauswertung zu kombinieren.
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Aus
den Dokumenten
DE 3
336 337 A1 und
EP
301 906 A2 ist die Einschallung von Ultraschall senkrecht
und schräg
zur Wandung eines Rohres durch Ultraschallsensoren, die auf einer
durch ein Rohr geführten
Sonde angeordnet sind, bekannt.
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Im
Stand der Technik sind verschiedene Verfahren bekannt, um Materialverluste
in Rohrleitungen zu detektieren und zu vermessen. Diese Techniken basieren
auf der Verwendung von Ultraschall, Magnetstreufluß oder Wirbelstrom.
Mit den gleichen Technologien können
auch rißartige
Fehler detektiert werden. Es gibt aber im Stand der Technik keine
Lösung,
mit der sowohl Materialverluste als auch rißartige Fehler bei einem einzigen
Meßlauf
gleichzeitig erfaßt
werden können.
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In
dem Dokument
EP 1 333
277 A2 werden Phased-Array-Prüfköpfe vorgeschlagen, um das vorstehend
angesprochene Problem zu lösen.
Das dort beschriebene Verfahren hat sich jedoch bisher nicht bewährt, weil
es technisch sehr aufwendig und kostenintensiv ist und die technische
Umsetzung für
seine Anwendung in einer Rohrleitung aufgrund der sehr vielen Ultraschallkanäle, des
sehr hohen Datenverarbeitungsaufwandes und der hohen Takt- und Umschaltraten,
die für
eine sinnvolle Meßgeschwindigkeit
im Bereich von 1m/s erforderlich sind, sehr schwierig ist.
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So
gibt es für
den in dem Fachbuch "Pipeline Pigging & Integrity Technology", John Tiratsoo (Editor),
Clarion, 2003, 5.372 ausgesprochenen Wunsch, in Zukunft kombinierte
Molche zur Verfügung
zu haben, die sowohl Materialverluste als auch Risse vermessen können, im
Stand der Technik bisher keine zufriedenstellende Lösung, obwohl
ein sehr großer Bedarf
dafür besteht.
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Die
Durchführung
von zwei oder mehr Meßläufen ist
nämlich
für einen
Rohrleitungsbetreiber sehr teuer. Dabei sind die Kosten für die Einschränkungen
im Rohrleitungsbetrieb, d.h. die während der Messung auftretenden
Förderverluste,
in der Regel noch wesentlich höher
als die direkten Kosten für
die Durchführung
der Meßläufe.
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Manche
Ergebnisse einer Ultraschallüberprüfung nach
dem Stand der Technik, insbesondere bei der Rißprüfung, sind für sich allein
genommen nicht eindeutig. Bei einer kombinierten Messung von Wanddicke
und Rissen ist eine bessere und zuverlässigere Überprüfung möglich. Bei einer kombinierten
Messung kann auch das Auftreten eines kombinierten Wanddicken-Riß-Fehlers,
der besonders kritisch für
die Beurteilung der Sicherheit von Rohrleitungen ist, zuverlässiger detektiert
werden. Derartige Zuordnungen von Messungen aus verschiedenen Meßläufen sind
nach dem Stand der Technik sehr aufwendig und wenig präzise, da
die in mehreren Meßläufen gewonnenen
Meßdaten
hinsichtlich ihrer Weg-, Winkel- und Zeitdaten aufeinander abgeglichen
werden müssen,
was bei üblichen
Meßfehlern nicht
hochgenau möglich
ist. Zum Abschätzen
des Versagensrisikos einer Pipeline ist es enorm wichtig, Kombinationen
von Materialverlusten und rißähnlichen
Fehlern am gleichen Ort zuverlässig
zu erkennen. Dazu ist eine genaue Ortung erforderlich.
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Bei
manchen Messungen nach dem Stand der Technik können die Rohrleitungen (Pipelines)
nur kurzfristig für
die Durchführung
der Messung eingeschränkt
betrieben werden oder außer
Betrieb genommen werden, so daß Messungen
nur in großen zeitlichen
Abständen
möglich
sind. Dadurch wird die Vergleichbarkeit der in verschiedenen Meßläufen gewonnenen
Daten beeinträchtigt.
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Besondere
Beeinträchtigungen
gibt es bei der Messung von Gasleitungen. Für die Ultraschallmessung ist
ein flüssiges
Koppelmedium notwendig. Bei Ultraschallmessungen in Gasleitungen
wird ein sogenanntes Flüssigkeits-Batch
in die Rohrleitung gebracht, mit dem sich der Molch bewegt und die
Ultraschallprüfung
durchführt.
Die Einbringung des Batches ist technisch schwierig und zeitaufwendig.
Nach dem Meßlauf
muß die
Rohrleitung von den Rückständen der
Flüssigkeit
gereinigt und getrocknet werden. Das ist insbesondere für Rohrleitungslängen von
100 km und mehr sehr aufwendig.
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Eine
weitere besonders aufwendige Maßnahme
zur Ultraschallmessung in Pipelines ist in Rohrleitungen mit großem Höhenunterschied
notwendig. In diesen wird das geforderte Produkt in der Regel so über die
Hochpunkte gepumpt, daß an
diesen Stellen keine ausreichende Flüssigkeitsmenge in der Rohrleitung
für die
Ultraschallmessung vorhanden ist. In aufwendigen Stauprozeduren
muß dann dafür gesorgt
werden, daß eine
ausreichende Menge an Koppelmedium in der Rohrleitung zur Durchführung der
Ultraschallmessung enthalten ist.
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Bei
einer Senkrechteinschallung können rißähnliche
Fehler nicht detektiert werden. Umgekehrt können bei der Schrägeinschallung
Materialverluste (Korrosionen) zu Meßergebnissen führen, die
schwer interpretierbar sind oder falsch interpretiert werden. Das
führt zu
unnötigen
Reparaturmaßnahmen,
Aufgrabungen der Pipeline und Suche nach der vermeintlichen Fehlstelle.
Die Ausgrabung kann unter Umständen
sehr aufwendig sein, je nach Gelände
und sonstigen Randbedingungen.
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Wenn
nach dem Stand der Technik in einem zusätzlichen Meßlauf zu der Schrägschallung
auch eine Senkrechtschallung gemessen wird, können diese Fehlinterpretationen
erheblich verringert werden. Das funktioniert aber nur zuverlässig, wenn
die Ortsangaben sowohl in Längsrichtung
der Rohrleitung (Laufstrecke des Molches) und in Umfangsrichtung
der Rohrleitung sehr genau sind. Bei üblichen Fehlern in der Längenmessung
von 0,5% und der Winkelmessung in Umfangsrichtung von +–10° ist der
Abgleich und die Zuordnung der in getrennten Meßläufen erhaltenen Daten in vielen
Fällen
nicht hinreichend genau möglich.
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Außerdem können kritische
Meßwerte,
die durch unterschiedliche Reinigungszustände der Rohrleitung zu unterschiedlichen
Zeitpunkten der Meßläufe, die
Wochen oder Monate auseinanderliegen können, beeinträchtigt werden.
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Der
Erfindung liegt unter Berücksichtigung des
Standes der Technik die Aufgabe zugrunde, eine Lösung für das seit langer Zeit bestehende
Problem zu schaffen, die mit der zeitlich getrennt durchgeführten Wanddicken-
und Rißprüfung verbundene
Nachteile bei der Ultraschallmessung von Rohrleitungen zu vermeiden.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine
Trägerplatte
mit den Merkmalen des beigefügten
Anspruchs 1 und ein Verfahren zum Ultraschallprüfen mit den Merkmalen des beigefügten Anspruchs
30 gelöst.
Bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben
sich aus den abhängigen
Patentansprüchen
und der nachfolgenden Beschreibung mit zugehörigen Zeichnungen.
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Die
erfindungsgemäße Trägerplatte
ermöglicht
es, bei einem einzigen Meßlauf
die Ultraschall-Meßdaten
zu erfassen, so daß sie
mit identischen Weg- und Zeitmarken versehen sind. Dies ist erheblich
weniger aufwendig und präziser
als die Zuordnung von Meßdaten
aus verschiedenen Meßläufen. Die
Messung mit der erfindungsgemäßen Trägerplatte
läßt eine
exakte lokale Zuordnung der Wanddicken- und Riß-Prüfung zu, weil die beiden Messungen
quasi zeitgleich erfolgen und die Sensoren durch die Trägerplatte
und dem Molch in einer festen räumlichen
Anordnung zueinander stehen.
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Da
die Wanddickenmessung und die Rißprüfung in einem einzigen Meßlauf erledigt
werden kann, werden für
den Betreiber der Rohrleitung, insbesondere einer Pipeline enorme
Kosten eingespart, da der Pipeline-Betrieb nur einmal gestört oder
unterbrochen werden muß.
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Die
Erfindung ermöglicht
die Anbringung einer hohen Anzahl von Sensoren auf einer Trägerplatte,
wobei unaufwendige Ultraschall-Sensoren, die eine einfache Datenverarbeitung
ermöglichen,
verwendet werden, und auch die elektrischen Anschlüsse und
die Kabelführung
der Sensoren möglich
ist. Eine räumlich
besonders kompakte Anordnung oder eine vereinfachte Datenauswertung
kann sich ergeben, wenn die Ultraschall-Sensoren für die Wandstärkenprüfung und
die Ultraschall-Sensoren für
die Rißprüfung jeweils
in einer geometrischen Feldanordnung gruppiert angeordnet sind.
Vorteilhafterweise handelt es sich bei der geometrischen Feldanordnung
um ein regelmäßiges geometrisches
Muster.
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Nach
einem anderen vorteilhaften Merkmal wird vorgeschlagen, daß die Gruppe
der Ultraschall-Sensoren für
die Wandstärkenprüfung in
einem Abstand zu der Gruppe der Ultraschall-Sensoren für die Rißprüfung auf
der Trägerplatte
angeordnet ist, damit sich die verschiedenen Messungen nicht gegenseitig
stören
und eine optimale Ausnutzung des Platzes auf der Trägerplatte
ermöglicht wird.
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Die
erfindungsgemäße Trägerplatte
kann prinzipiell in jedem geeigneten Molch für die Rohrleitungsprüfung verwendet
werden. Eine hinsichtlich des Platzbedarfs und der Kurvengängigkeit
des Molches besonders vorteilhafte Ausführungsform ergibt sich jedoch,
wenn die erfindungsgemäße Trägerplatte
in einem Segment, Sensorträgerkörper oder
Molch verwendet, wie er in dem Dokument WO 03/076841 A1 beschrieben
ist. Der Offenbarungsgehalt dieses Dokuments wird diesbezüglich vollinhaltlich
in Bezug genommen.
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Dementsprechend
wird eine erfindungsgemäße Trägerplatte
vorteilhafterweise mit einem Segment verbunden, das ein Segment
für einen
aus solchen Segmenten zusammengesetzten, einen Hohlkörper mit
zylindrischer Hüllfläche bildenden
Sensorträgerkörper eines
Molches ist, der zur Rohrleitungsprüfung durch eine Rohrleitung
bewegbar ist, wobei der Sensorträgerkörper mit
zur Durchführung
der Rohrleitungsprüfung
erforderlichen Sensoren bestückt
ist.
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Um
eine optimale, kompakte Anordnung der Ultraschall-Sensoren zu erzielen,
kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, daß das Segment Aussparungen
aufweist, um die Messung der schräg schallenden Ultraschall-Sensoren
für die
Rißprüfung nicht zu
behindern.
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Ein
Segment gemäß der WO
03/076841 A1 mit einer erfindungsgemäßen Trägerplatte umfaßt also
mindestens zwei Kufenpaare, die jeweils aus zwei im wesentlichen
zueinander parallelen Kufen bestehen. Die Kufenpaare sind entgegen
der Bewegungsrichtung des Molches hintereinanderfolgend angeordnet.
Die Kufen sind in Bewegungsrichtung des Molches, also in Längsrichtung
des Segments orientiert. Hintereinander folgende Kufen sind mit Verbindungselementen
elastisch miteinander verbunden. Die elastische Verbindung, beispielsweise aus
einem elastischen Werkstoff, vorzugsweise Kunststoff, oder mit Metallfederelementen
der Kufen bewirkt, daß sich
die Kufen an Unebenheiten der Rohrinnenwand, wie z.B. Einbeulungen,
anpassen können
und der gesamte Sensorträgerkörper Durchmesserschwankungen
der untersuchten Rohrleitung ausgleichen kann, wobei die Kufen immer
mit ihrer Oberseite an der Rohrinnenwand anliegen und die Sensoren
in ihrem Sollabstand zur Rohrwand führen.
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Zwischen
den Kufen mindestens eines Kufenpaares ist eine Trägerplatte
für Sensoren
angeordnet. Die Trägerplatte
kann als separates Bauteil an den Kufen angebracht oder einstückig mit
den Kufen ausgebildet sein.
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Das
Segment ist derart ausgebildet, daß es mit Hilfe einer die Segmente
verbindenden Verbindungsvorrichtung mit weiteren solchen Segmenten zu
dem Hohlkörper
mit zylindrischer Hüllfläche zusammengefügt werden
kann.
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Mit
einem solchen Segment kann ein Sensorträgerkörper für einen Molch gebildet werden,
der eine hohe Betriebs- und Funktionssicherheit aufweist, die Sensoren
in einer definierten Lage zu der Rohrinnenwand führt, flexibel ist, so daß Rohrdurchmesserschwankungen
kompensiert werden und an Unebenheiten der Rohrinnenwand ein materialschonendes
Nachgeben möglich
wird, eine kompakte und kurze Baulänge aufweist, wodurch sich
die Bogenpassierbarkeit verbessert, ohne Querkräfte bzw. Geradstellkräfte an den
Segmenten durch den Molch bewegbar ist, so daß die Meßgenauigkeit hoch und der Abrieb
an Rohr und Segmenten gering ist und der zudem aufgrund seiner Struktur
unaufwendig zu montieren, zu demontieren und zu warten ist.
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Das
Merkmal, daß die
Kufen im wesentlichen parallel sind, ist so zu verstehen, daß der Winkel
zwischen den Kufen kleiner als 15°,
bevorzugt kleiner als 10° und
besonders bevorzugt kleiner als 5° ist.
Bei einer solchen Geradstellung bleiben die Vorteile hinsichtlich
der geringen Schabwirkung und der kurzen Baulänge erhalten.
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Aufgrund
der Geradstellung der Kufen ist die Verschmutzungsgefahr durch Abschaben
minimiert. Die Sensoren können
in den Trägerplatten
beliebig montiert werden, so daß eine
kompakte Bauform oder auch ein zur Erhöhung der Meßgenauigkeit überlappender
Abtastbereich realisiert werden kann.
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Es
ist kein Drall der Kufen erforderlich um einen Versatz der Sensoren
zu erzielen, und die Sensoren können
beliebig und kompakt auf den Trägerplatten
angeordnet werden. Daraus resultieren eine kurze Baulänge, eine
gute Bogengängigkeit
und eine geringe Schabwirkung.
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Die
Kufen selbst können
aus einem relativ festen, unelastischen Material bestehen, falls
eine hohe Eigenstabilität
der Kufen gewünscht
wird. In diesem Fall wird die Elastizität des Sensorträgerkörpers im
wesentlichen durch die elastischen Verbindungselemente zwischen
den Kufen und/oder Segmenten erzielt. In einer bevorzugten Ausführungsform
bestehen die Kufen aus elastischem Material, vorzugsweise demselben
wie die Verbindungselemente, insbesondere bei einer einstückigen Ausbildung,
um eine hohe Flexibilität
des Segmentes zu erzielen. Erforderlichenfalls können die Kufen auch mit versteifenden
Elementen versehen werden, sofern die durch die Verbindung mit den
Trägerplatten
erzielte Festigkeit nicht ausreichen sollte.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
ist mindestens eine weitere Trägerplatte für Sensoren
zwischen einer Kufe eines Segmentes und einer Kufe eines benachbarten
Segmentes anbringbar. Die Segmente eines Sensorträgerkörpers können mit
zwischen den Segmenten angeordneten Trägerplatten zu dem Sensorträgerkörper verbunden werden.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Segmentes ist
die Verbindungsvorrichtung in der in Bewegungsrichtung des Molches liegenden
Stirnseite des Segmentes anbringbar. Die Verbindungsvorrichtung
ist vorzugsweise als Flansch ausgebildet, der die Segmente stirnseitig
verbindet. Eine andere vorteilhafte Ausführungsform einer Verbindungsvorrichtung
sind zwischen benachbarten Segmenten angebrachte U-förmige Federplatten.
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Die
Anzahl der Kufenpaare aus jeweils zwei zueinander parallelen Kufen
eines Segmentes liegt vorzugsweise zwischen zwei und zehn, besonders bevorzugt
zwischen zwei und vier. Sie hängt
unter anderem von der zur Erzielung einer bestimmten Meßgenauigkeit
erforderlichen Anzahl von Trägerplatten
für die
Sensoren und von der gewünschten Bogenpassierbarkeit
des Sensorträgerkörpers ab.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform
ist die in Bewegungsrichtung eines Molches liegende Stirnseite eines
Segmentes derart konisch zulaufend ausgebildet, beispielsweise durch
einen konisch zulaufenden Abschnitt des Segments, daß der aus
den Segmenten zusammengesetzte zylindrische Hohlkörper an
seiner Stirnseite einen kegelstumpfförmigen Abschnitt aufweist.
Dadurch kann der als Sensorträgerkörper dienende
Hohlkörper
auch dann problemlos durch eine Rohrleitung gezogen werden, wenn
sich ihr Querschnitt durch Unregelmäßigkeiten der Rohrwand wie
Einbeulungen verringert.
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Die
hintereinander angeordneten Kufenpaare werden vorteilhafterweise
mit elastischen, vorzugsweise gewinkelt an den Kufen angebrachten Zwischengliedern,
die vorzugsweise einen runden, ovalen, rechteckigen oder trapezförmigen Querschnitt,
aufweisen, miteinander verbunden. Der Querschnitt der Zwischenglieder
kann kleiner als der Querschnitt der Kufen sein, um die elastische
Nachgiebigkeit der Segmente zu verbessern. Die Zwischenglieder können parallel,
aber auch auseinander oder zueinander verlaufen, wobei die Zwischenglieder
verschiedener Kufenpaare eines Segmentes einen unterschiedlichen
derartigen Verlauf aufweisen können.
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Durch
die elastischen Zwischenglieder wird erreicht, daß die hintereinander
angeordneten Kufenpaare möglichst
parallel zur Rohrachse ausgerichtet sind und die Kufen Durchmesserschwankungen
und Unebenheiten folgen können.
Außerdem
kann mit Hilfe dieser elastischen Zwischenglieder und einer geringen
Baulänge
eines aus Segmenten zusammengesetzten Sensorträgerkörpers die Bogenpassierbarkeit
des Sensorträgerkörpers entscheidend erhöht werden,
so daß auch
Abschnitte von Rohrleitungen mit starken Rohrkrümmungen und einem geringen
Krümmungsradius
passierbar sind.
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Zur
Verbesserung der Stabilität
des Sensorträgerkörpers, zur
Erhöhung
der Zugbelastbarkeit der Segmente und des Sensorträgerkörpers, beispielsweise
zur Verhinderung des Abreißens
oder Beschädigens
des Segments bei abrupt auftretenden Kräften beim Passieren von in
das Rohrinnere ragenden Abgängen,
und zur Verbesserung der Spurhaltigkeit der Sensoren bei der Bewegung
durch das Rohr können
die nachfolgend erläuterten
Merkmale vorteilhaft sein.
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Nach
einem ersten vorteilhaften Merkmal wird vorgeschlagen, daß das Segment
zwischen mindestens einem Kufenpaar an seiner in Bewegungsrichtung
des Molches vorderen Seite ein die Kufen des Kufenpaares verbindendes
Querstegteil aufweist. Nach einem anderen vorteilhaften Merkmal kann
vorgesehen sein, daß das
Segment zwischen der Trägerplatte,
die zwischen einem Kufenpaar angebracht ist und einer Kufe eines
entgegen der Bewegungsrichtung des Molches nachfolgenden Kufenpaares
ein die Trägerplatte
und die Kufe verbindendes Verbindungsglied aufweist. Vorzugsweise
ist das Verbindungsglied in Längsrichtung
der Kufe angeordnet und sind die Verbindungsglieder zwischen einer
Trägerplatte
und einer Kufe mit Hülsen
an der Trägerplatte
angebracht.
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Nach
einem weiteren vorteilhaften Merkmal wird vorgeschlagen, daß das Segment
ein Querstegteil aufweist, mit dem es mit einem benachbarten Segment
verbindbar ist. Dabei kann ferner vorgesehen sein, daß das Querstegteil
derart ausgebildet ist, daß es
mit einem korrespondierenden Querstegteil eines benachbarten Segments
verbindbar ist, so daß sich
die beiden Querstegteile zu einem benachbarte Segmente verbindenden
Quersteg ergänzen.
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Dabei
kann ein Zwischenglied zur Verbindung zweier aufeinander folgender
Kufen mit einer Hülse
an dem Querstegteil eines Segmentes angelenkt sein. Die Hülse schafft
eine zugfeste, aber flexible Verbindung.
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Die
Länge der
Kufen beträgt
vorzugsweise zwischen 5 cm und 300 cm, besonders bevorzugt zwischen
10 cm und 50 cm. Sie richtet sich nach der bevorzugten Länge der
anbringbaren Trägerplatten und
nach der erforderlichen Bogenpassierbarkeit der Kufen und des Sensorträgerkörpers. Je
geringer die Länge
der Kufen, desto höher
ist ihre Bogenpassierbarkeit, desto geringer aber auch die Länge der
zwischen den Kufen anbringbaren Trägerplatten und damit die Anzahl
der Sensoren, mit der eine Trägerplatte
bestückt
werden kann.
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Die
Länge der
Zwischenglieder, mit denen hintereinander angeordnete Kufen miteinander
verbunden sind, liegt vor zugsweise zwischen 2 cm und 50 cm. In einer
bevorzugten Ausführungsform
eines Segmentes weisen sämtliche
Kufen eine einheitliche Länge
auf. Auch die Zwischenglieder, die angrenzende Kufen miteinander
verbinden, können
alle eine einheitliche Länge
aufweisen. Dies führt
zum einen zur Senkung der Herstellungskosten und zum anderen zu
einem einheitlichen mechanischen Verhalten des Segmentes auf seiner
gesamten Länge.
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Das
Verhältnis
der Länge
der Zwischenglieder zur Länge
der durch die Zwischenglieder verbundenen angrenzenden Kufen liegt
vorzugsweise zwischen 1/10 und 5, besonders bevorzugt zwischen 2/10
und 1. Hierbei ist zu berücksichtigen,
daß einerseits
eine geringe Länge
der Zwischenglieder die Baulänge
des Segmentes bzw. Sensorträgerkörpers verringert,
andererseits eine größere Länge der
Zwischenglieder die Flexibilität
des Segmentes bzw. Sensorträgerkörpers erhöht, beides
sich jedoch günstig
auf die Bogenpassierbarkeit auswirkt.
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Der
Querschnitt der Kufen kann zur Erhöhung ihrer Stabilität vorteilhafterweise
trapezförmig, parallelogrammartig
oder rechteckig ausgebildet sein. Ebenfalls stabilitätsbeeinflussend
wirkt sich das Verhältnis
von Höhe
der Kufe, d.h. der Ausdehnung der Kufe in Radialrichtung des aus
den Segmenten zusammengesetzten Sensorträgerkörpers zur Breite der Kufe,
d.h. der Ausdehnung der Kufe in Umfangsrichtung des Sensorträgerkörpers aus,
das vorzugsweise zwischen 1/3 und 3 liegt.
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Die
Kufen können
an ihrer Oberseite quer zu ihrer Längsrichtung, die der Bewegungsrichtung
des Molches entspricht, eben oder vorzugsweise gewölbt sein.
Eine ebene Ausbildung ist bei schmalen Kufen oder kleinen Rohrdurchmessern
zweckmäßig und eine
gewölbte
Oberseite ist beson ders bei breiten Kufen oder großen Rohrdurchmessern
vorteilhaft. Bevorzugt ist der Krümmungsradius der Wölbung dem
Radius der zylindrischen Hüllenfläche des
aus Segmenten zusammengesetzten Sensorträgerkörpers angepaßt, damit
die Kufen eines Sensorträgerkörpers, der
durch eine Rohrleitung bewegt wird, weitgehend an der Rohrinnenwand
anliegen. Zur Verringerung der Reibung zwischen den Kufen und der
Rohrinnenwand, und damit zur Verringerung des Abriebes der Kufen
sowie zur Erhöhung
ihrer Standzeit, können
in die Kufen in regelmäßigen Abständen Verschleißschuhe
aus metallenem Werkstoff eingelassen sein, die bündig mit der Oberfläche der
Kufen abschließen.
Zudem erhöht
sich durch die Verschleißschuhe
die Stabilität
der Kufen. Eine Kufe ist vorzugsweise zwischen 1/10 und 3/4 ihrer
Länge mit eingelassenen
Verschließschuhen
besetzt.
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Die
Kufen können,
beispielsweise zwischen den Verschleißschuhen, Aussparungen aufweisen. Besonders
vorteilhaft können
derartige Aussparungen sein, um einen Freiraum für das Meßfeld der Sensoren, beispielsweise
für schräg schallende
Ultraschall-Ssensoren zu schaffen.
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Die
Trägerplatten
für Sensoren
können
an der Unterseite der Kufen angebracht werden. Dies erhöht die Stabilität des Segmentes
und damit des Sensorträgerkörpers. Dabei
können
die Kufen Bohrungen zur Aufnahme von Schrauben aufweisen, während die
Trägerplatten
mit zu den Schrauben passenden Innengewinden versehen sind, so daß die Trägerplatten
an die Kufen angeschraubt werden können. Dies ermöglicht eine
einfache Montage des Segmentes und des Segmentträgerkörpers und einen einfachen Austausch
von Segmenten, Trägerplatten
und Sensoren bei einer Reparatur.
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Die
Trägerplatten
können
gewölbt
oder vorzugsweise zur Einsparung von Herstellungskosten eben sein,
wobei ein etwa erforderlicher gleichbleibender Abstand der Sensoren
zur Rohrinnenwand durch die entsprechende Anpassung der Einbauhöhe der Sensoren
erreicht wird.
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Die
Unterseiten der Kufen sind vorzugsweise ebenfalls eben und derart
abgeschrägt,
daß sie
der Orientierung der anzubringenden Trägerplatten in Radialrichtung
des Sensorträgerkörpers angepaßt sind.
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Ein
Segment kann ganz oder in wesentlichen Teilen als einstückiges Teil
ausgebildet sein. Das einstückige
Teil kann vorzugsweise insbesondere eines oder mehrere der folgenden
Komponenten umfassen: Kufen, elastische Verbindungselemente, Zwischenglieder,
konisch zulaufender Segmentabschnitt, Querstegteile. Durch die einstückige Ausbildung
ist die Herstellung vereinfacht.
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Das
Segment oder Teile hiervon, insbesondere ein mehrere Komponenten
umfassendes Teil, besteht vorzugsweise aus einem elastischen Kunststoff,
der einerseits genügend
elastisch ist, um eine Beweglichkeit, insbesondere der Verbindungselemente
der Zwischenglieder zu ermöglichen,
und andererseits über
eine ausreichende Festigkeit und Stabilität verfügt, damit die Segmente, insbesondere die
Kufen, ihre Aufgabe zum Führen
der Sensoren erfüllen.
In der Praxis haben sich elastische Kunststoffe mit einer Härte von
65 bis 95 Shore A als vorteilhaft erwiesen. Ein geeignetes Material
ist beispielsweise Polyurethan.
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Mehrere
Segmente können
einen Sensorträgerkörper in
Form eines zylindrischen Hohlkörpers für einen
Molch bilden. Der Sensorträgerkörper wird vorzugsweise
aus einzelnen Segmenten zusammengesetzt, kann aber auch einstückig ausgebildet
sein. Zwischen benachbarten Segmenten eines solches Sensorträgerkörpers können U-förmige Federplatten angebracht
werden, um eine Vorspannung des Sensorträgerkörpers zu erzeugen, so daß die Kufen
der Segmente an die Innenwand des Rohres, in dem der Sensorträgerkörper bewegt
wird, angedrückt
werden. Bevorzugterweise werden diese U-förmigen Federplatten an den
Trägerplatten
befestigt, die an der Unterseite der Kufen angebracht sind. Ein
Molch, der mindestens einen Sensorträgerkörper umfaßt, kann zur Durchführung von
Messungen und zur zerstörungsfreien
Werkstoffprüfung
durch Rohrleitungen bewegt werden.
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Es
werden im folgenden anhand von zwei Figuren Ausführungsbeispiele bekannter Sensorträgerkörper erläutert. Anhand
der in den weiteren Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele wird die Erfindung
näher erläutert. Es
zeigen
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1 eine
schematische Seitenansicht eines bekannten Sensorträgerkörpers mit
verdrallten Kufen,
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2 eine
schematische Seitenansicht eines anderen bekannten Sensorträgerkörpers mit zwei
aus Streifensegmenten gebildeten Segmentringen,
-
3 eine
Seitenansicht eines Abschnitts eines Molches mit einem ersten Sensorträgerkörper nach
dem Stand der Technik und einem weiteren Molchkörper,
-
4 eine
perspektivische Ansicht eines Segmentes mit zwei Kufenpaaren zu 3,
-
5 eine
Seitenansicht des Segmentes von 4,
-
6 eine
Aufsicht auf das Segment von 4,
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7 eine
schematische Aufsicht auf ein Kufenpaar eines Segmentes gemäß 4 mit
Darstellung der Bewegungsspuren der Sensoren,
-
8 eine
perspektivische Ansicht eines abgewandelten Segmentes gemäß 4 mit
zwei Kufenpaaren mit Verschleißschuhen,
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9 eine
Seitenansicht eines Sensorträgerkörpers gemäß 3 mit
Segmenten gemäß 4,
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10 einen
Schnitt A-A' zu 9,
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11 einen
Schnitt B-B' zu 9,
-
12 einen
Schnitt C-C' zu 9,
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13 die
Stirnseite eines Sensorträgerkörpers gemäß 9 mit
Flansch,
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14 die
Stirnseite des Sensorträgerkörpers von 9 ohne
Flansch,
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15 eine
Seitenansicht eines zweiten Sensorträgerkörpers nach dem Stand der Technik mit
Segmenten mit vier Kufenpaaren,
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16 eine
Detaildarstellung eines Schnittes A-A' zu 15,
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17 eine
perspektivische Ansicht eines Segmentes mit vier Kufenpaaren zu 15,
-
18 eine
Seitenansicht des Segmentes von 17,
-
19 eine
Aufsicht auf das Segment von 17,
-
20 eine
schematische Aufsicht auf vier Kufenpaare eines Segmentes mit Darstellung
der Bewegungsspuren der Sensoren,
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21 eine
perspektivische Ansicht einer dritten Ausführungsform eines Segmentes
nach dem Stand der Technik mit drei Kufenpaaren,
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22 eine
perspektivische Ansicht von drei zusammengesetzten Segmenten gemäß 21,
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23 eine
perspektivische Ansicht eines Sensorträgerkörpers, der aus Segmenten gemäß 21 zusammengesetzt
ist,
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24 eine
Seitenansicht eines Sensorträgerkörpers gemäß 23,
-
25 einen
Schnitt zu 24,
-
26 einen
weiteren Schnitt zu 24,
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27 eine
schematische Aufsicht auf ein Kufenpaar eines Segmentes gemäß 21 mit
Darstellung der Bewegungsspuren der Sensoren,
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28 eine
erfindungsgemäße Trägerplatte,
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29 ein
erfindungsgemäßes Segment und
-
30 eine
Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Sensorträgerkörpers.
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Die 1 und 2 zeigen
Einzelheiten bekannter Molche nach dem Stand der Technik. Die 3 bis 27 veranschaulichen
Einzelheiten eines bekannten Molches gemäß dem Dokument WO 03/076841
A1. Die 28 bis 30 zeigen
Details der Erfindung, die insbesondere in dem in den 3 bis 27 dargestellten
Molch vorteilhaft eingesetzt werden können.
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Die 1 zeigt
schematisch einen bekannten Sensorträgerkörper 1, der aus Streifensegmenten 2 in
Form von um die Längsachse
des Sensorträgerkörpers 1 verdrallten
Kufen zusammengesetzt ist, die zur Mittelachse 3 des Sensorträgerkörpers 1 einen
spitzen Winkel bilden. In den Streifensegmenten 2 befinden
sich Bohrungen 4 zur Aufnahme von Sensoren. An der Stirnseite
weist der Sensorträgerkörper 1 einen
konisch zulaufenden Streifenabschnitt 5 auf. Die Streifensegmente 2 sind
mittels eines Flansches 6 miteinander verschraubt. An dem
Flansch 6 befindet sich zentral ein Kupplungsstück 7.
Es dient zum Verbinden mit anderen Molchkörpern und ist vorzugsweise
als Kardangelenk ausgebildet.
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Bei
der Bewegung eines solchen Sensorträgerkörpers 1 durch eine
Rohrleitung treten an den verdrallten Streifensegmenten 2 Rückstellkräfte in Richtung
auf eine parallele Ausrichtung zur Mittelachse auf. Ferner hat der Sensorträgerkörper 1 aufgrund
seiner Konstruktionsweise eine feste Länge. Bei kleinen Rohrdurchmessern
resultiert hieraus eine schlechte Bogenpassierbarkeit. In der Praxis
liegen die von einem Molch zu durchlaufenden Krümmungsradien bei bis zu dem
1,5-fachen des Rohrdurchmessers. Die Anwendung des vorbekannten Molches
mit vorgegebener Baulänge
ist somit auf größere Rohrdurchmesser
beschränkt.
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Die 2 zeigt
schematisch einen weiteren bekannten Sensorträgerkörper 1, der zwei hintereinander
angeordnete Segmentringe 8 aufweist, die aus parallel zur
Bewegungsrichtung ausgerichteten Streifensegmenten 2 zusammengesetzt
und mit einer starren Achse 9 miteinander verbunden sind.
In den Streifensegmenten 2 sind Bohrungen 4 zur
Aufnahme von Sensoren angebracht. An den konisch zulaufenden Streifenabschnitten 5 sind
die Streifensegmente 2 über
einen Flansch 6 verbunden. Die Achse 9 trägt an ihren
Enden Manschetten 10 zur Führung und an ihrer Stirnseite
ein Kupplungsstück 7 zum Verbinden
mit anderen Molchkörpern.
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Die 3 zeigt
die Seitenansicht einer ersten Ausführungsform eines Sensorträgerkörpers 11 und
einen mit einem Kupplungsstück 7 mit
kardanischem Gelenk verbundenen weiteren Molchkörper 12 in einem Längsschnitt
einer Rohrleitung 13. Der Sensorträgerkörper 11 ist aus Segmenten 15 zusammengesetzt,
die jeweils zwei hintereinander angeordnete parallele Kufenpaare 16 umfassen.
Der Molchkörper 12 kann
beispielsweise Meßwertaufzeichnungsgeräte oder
eine Stromversorgungseinrichtung aufnehmen und ist mit zwei an der
Rohrinnenwand anliegenden Manschetten 10 versehen.
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Die 4 zeigt
eine perspektivische Ansicht eines Segmentes 15 zu 3 mit
zwei hintereinander angeordneten Kufenpaaren 16a, 16b,
die durch zwei zusammenlaufende elastische Zwischenglieder 17 verbunden
sind. An der in Bewegungsrichtung des Molches vorderen Seite ist
das Segment 15 in Form eines Abschnittes eines Kegelstumpfmantels
als konischer Segmentabschnitt 18 ausgebildet. An seiner Stirnseite
ist der konisch zulaufende Segmentabschnitt 18 derart abgewinkelt,
daß ein
Flansch angebracht werden kann.
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Zwischen
den Kufen 19 des in Bewegungsrichtung des Molches ersten
Kufenpaares 16a ist eine Trägerplatte 20, die
mit Sensoren 21 bestückt ist,
befestigt. Die Sensoren 21 sind derart auf der Trägerplatte 20 angebracht,
daß die
Sensoranschlüsse 22 (z.B.
Stifte oder Steckverbinder) an der Unterseite der Trägerplatte 20 hervorragen.
Je nach Anwendungszweck und Meßgröße können die
Sensoren 21 senkrecht oder schräg zur Rohrinnenwand ausgerichtet
sein.
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Die
Kufen 19 mit vorzugsweise trapezförmigem Querschnitt weisen über Öffnungen 23 zugängliche
Bohrungen 24 zur Aufnahme von Schrauben auf, mit denen
die Trägerplatten 20 an
den Kufen 19 befestigt sind.
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An
den Seitenflächen
der Trägerplatten 20 sind
U-förmige
Federplatten 25 mittels Schrauben 26 befestigt.
An den Kufen 19 des zweiten Kufenpaares 16b ist
jeweils eine Trägerplatte 20 angeschraubt,
die ihrerseits beim Zusammensetzen solcher Segmente 15 zu
einem Sensorträgerkörper 11 jeweils
an die Kufen 19 von benachbarten Kufenpaaren 16 benachbarter
Segmente 15 angeschraubt werden.
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Die 5 zeigt
eine Seitenansicht und die 6 eine Aufsicht
des Segmentes 15 von 4. Das Segment 15 ist
im wesentlichen achsensymmetrisch zur Mittelachse 27.
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In 7 ist
in Form einer schematischen Abwicklung der Verlauf der Bewegungsspuren 28 der Sensoren 21 veranschaulicht,
die auf den Trägerplatten 20 zwischen
den Kufenpaaren 16 und zwischen benachbarten Kufen 19 benachbarter
Kufenpaare 16 angebracht sind. Die Bewegungsspuren 28 sämtlicher
Sensoren 21 sind äquidistante
parallele Geraden, so daß gewährleistet
ist, daß die
Wirkflächen der
Sensoren 21 die Rohrinnenwand vollständig überstreichen. Dabei sind die
Sensoren 21, deren Bewegungsspuren 28 benachbart
sind, in der Regel auf einer Trägerplatte 20 angeordnet.
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Die 8 zeigt
eine perspektivische Ansicht eines Segmentes 15 mit zwei
Kufenpaaren 16. In die Kufen 19 sind jeweils zwei
Verschleißschuhe 29,
die bündig
mit der Oberfläche
der Kufen 19 abschließen, eingelassen.
In der Figur ist angedeutet, wie die Verschleißschuhe 29 umgossen
werden. Ferner sind die Aussparungen 30 in den Kufen 19 dargestellt,
die freien Raum für
seitlich schallende Sensoren 21 schaffen.
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Die 9 zeigt
eine Seitenansicht des Sensorträgerkörpers 11 in
einem Längsschnitt
einer Rohrleitung 13. Der Sensorträgerkörper 11 ist aus Segmenten 15 zusammengesetzt,
die jeweils zwei hintereinander angeordnete Kufenpaare 16 aus
parallelen Kufen 19 aufweisen. Die Kufenpaare 16 sind mit
elastischen, auseinander laufenden Zwischengliedern 17 verbunden.
Die konisch zulaufenden Segmentabschnitte 18 der Segmente 15 bilden
einen Kegelstumpf. Sie werden durch einen Flansch 6, der an
der Stirnseite mit Flanschmuttern angebracht ist, zusammengehalten.
Der Flansch 6 weist in seiner Mitte ein Kupplungsstück 7 auf,
mit dem der Sensorträgerkörper 11 an
einen weiteren Molchkörper
angehängt
werden kann.
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Die 10 zeigt
einen Schnitt A-A' des
Sensorträgerkörpers 11 von 9.
In der Figur ist, wie auch in anderen Figuren, der Übersichtlichkeit
halber die Rohrleitung 13, deren Innenwand der zylindrischen
Hüllfläche des
Sensorträgerkörpers 11 entspricht,
nur in jeweils einer Hälfte
der Figur dargestellt. Die zwischen den Kufenpaaren 16 angebrachten
Trägerplatten 20,
die mit Sensoren 21 versehen sind, sind zwischen einer
Kufe 19 eines Kufenpaares 16 und der benachbarten
Kufe 19 eines benachbarten Kufenpaares 16 angebracht.
Zwischen den Trägerplatten 20 sind
mit Schrauben an den Seitenflächen
der Trägerplatten
U-förmige
Federplatten 25 befestigt, die eine Vorspannung des Sensorträgerkörpers 11 bewirken,
so daß die
Kufen 19 satt an der Rohrinnenwand der Rohrleitung 13 anliegen.
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Die 11 zeigt
einen Schnitt B-B' und
die 12 zeigt einen Schnitt C-C' des Sensorträgerkörpers 11 von 9.
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Die 13 zeigt
die Stirnseite eines Sensorträgerkörpers 11.
Die konisch zulaufenden Segmentabschnitte 18 der Segmente 15 werden
durch einen mit Schrauben 31 befestigten kreisförmigen Flansch 6 zusammengehalten.
Der kreisförmige
Flansch 6 weist Durchlaßöffnungen 32 für die Durchführung von
Kabeln auf. In der Mitte des kreisförmigen Flansches 6 ist
ein Kupplungsstück 7 angebracht.
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Die 14 zeigt
die Stirnseite eines Sensorträgerkörpers 11 ohne
den an die konisch zulaufenden Segmentabschnitte 18 angebrachten
Flansch 6 und unter Weglassung eines Segmentes 15.
Die konisch zulaufenden Segmentabschnitte 18 sind ringförmig aneinander
gereiht und bilden an ihrer Stirnseite eine ringförmige, ebene
Flanschaufnahmefläche 33.
In der Flanschaufnahmefläche 33 sind Gewindebohrungen 34 für die Flanschschrauben 31 angebracht.
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Die 15 zeigt
die Seitenansicht eines zweiten Sensorträgerkörpers 11 in einem
Längsschnitt
einer Rohrleitung 13, wie er vorzugsweise zur Rißprüfung eingesetzt
wird. Der Sensorträgerkörper 11 ist
aus Segmenten 15 mit jeweils vier Kufenpaaren 16a, 16b, 16c, 16d zusammengesetzt,
die mit zusammenlaufenden, parallelen und auseinanderlaufenden elastischen
Zwischengliedern 17 verbunden sind.
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Die 16 zeigt
ein Detail eines Schnittes A-A' zu 15.
Auf den mit U-förmigen
Federplatten 25 verbundenen Trägerplatten 20 sind
Sensoren 21 derart angebracht, daß die Sensoranschlüsse 22 an der
Unterseite der Trägerplatte 20 hervorragen.
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Die 17 zeigt
eine perspektivische Ansicht eines Segmentes 15 aus 15 mit
vier hintereinander angeordneten parallelen Kufenpaaren 16a, 16b, 16c, 16d,
wobei zwischen dem ersten Kufenpaar 16a und zwischen dem
vierten Kufenpaar 16d Trägerplatten 20 für Sensoren 21 angebracht
sind. Bei dem zweiten und dritten Kufenpaar 16b, 16c ist an
jeder Kufe 19 jeweils eine Trägerplatte 20 angebracht,
die mit einer Kufe eines benachbarten Segmentes verbunden werden
kann. Das erste und zweite Kufenpaar 16a, 16b sind
mit zusammenlaufenden, das zweite und dritte Kufenpaar 16b, 16c sind
mit parallelen und das dritte und vierte Kufenpaar 16c, 16d sind
mit auseinanderlaufenden elastischen, gewinkelt an den Kufen 19 angreifenden
Zwischengliedern 17 miteinander verbunden.
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Die 18 zeigt
eine Seitenansicht und die 19 eine
Aufsicht auf das Segment 15 von 17. Das
dritte und vierte Kufenpaar 16c, 16d sind gegenüber der
Mittelachse 27 des ersten und zweiten Kufenpaares 16a, 16b seitlich
versetzt angeordnet, so daß sich
ein Ergänzen
nebeneinander liegender Wirkflächen
von Sensoren 21 verschiedener Trägerplatten 20 ergibt.
Dadurch wird auch eine hohe Meßgenauigkeit,
wie sie für
die Rißprüfung einer Rohrleitung
erforderlich ist, ermöglicht.
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In 20 sind
in Form einer schematischen Abwicklung zu 15 die
Bewegungsspuren 28 der Sensoren 21 veranschaulicht.
Durch die Anzahl und Anordnung der Sensoren 21 und den
Versatz der Trägerplatten 20 in
Umfangsrichtung wird erreicht, daß jeweils zwei Sensoren 21 zweier
verschiedener Trägerplatten 20 dieselbe
Bewegungsspur 28 aufweisen. Die Wirkflächen der Sensoren 21 auf
derselben Bewegungsspur 28 können sich überlappen, beispielsweise um
eine höhere
Meßgenauigkeit
zu erreichen. Die Sensoren 21 können aber auch in unterschiedliche
Richtungen, z.B. links-rechts, schallen, beispielsweise für die Rißprüfung.
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Die 21 zeigt
eine weitere vorteilhafte Ausführungsform
eines Segmentes 15, das besonders hinsichtlich der Standfestigkeit
gegenüber
hohen Zugkräften
ausgebildet ist. Es umfaßt
drei hintereinander angeordnete Kufenpaare 16a, 16b, 16c mit jeweils
zwei parallelen Kufen 19. An seiner Stirnseite ist das
Segment 15 konisch zulaufend ausgebildet.
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Im
Unterschied zu den Ausführungsformen der 8 und 17 sind
die Zwischenglieder 17 zwischen hintereinander angeordneten
Kufen 19 in Bewegungsrichtung des Molches orientiert, so
daß in ihnen
keine Querkräfte
auftreten. Ferner sind bei dieser Ausführungsform zusätzliche
längsverlaufende Verbindungsglieder 35 vorgesehen,
die zwischen Kufen 19 und Trägerplatten 20 (siehe 22)
lastaufnehmend verbunden sind. Das eine Zwischenglied 17 zwischen
dem ersten Kufenpaar 16a und dem zweiten Kufenpaar 16b verläuft geradlinig
zwischen den hintereinander angeordneten Kufen 19 der Kufenpaare 16a, 16b.
Das andere Zwischenglied 17 zwischen dem ersten Kufenpaar 16a und
dem zweiten Kufenpaar 16b ist mittels eines Querstegteils 36a,
an dem das Zwischenglied 17 mittels einer Hülse 37 angebracht
ist, mit einer parallelen, seitlich versetzten Kufe 19 des
zweiten Kufenpaares 16b verbunden.
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Diese
seitlich versetzte Kufe 19 des zweiten Kufenpaares 16b weist
in Richtung des konisch zulaufenden Segmentsabschnitts 18 ein
Verbindungsglied 35 auf, das mit einer Hülse 37 versehen
ist, an die eine zu dem ersten Kufenpaar 16a gehörende Trägerplatte 20 angebracht
werden kann. Diese Kufe 19 ist ferner über ein Zwischenglied 17 geradlinig
mit einer Kufe 19 des dritten Kufenpaares 16c verbunden.
Die andere Kufe 19 des zweiten Kufenpaares 16b weist
an ihrer Stirnseite ein Querstegteil 36b auf, das zur Aufnahme
einer Hülse 37 eines
Zwischenglieds 17 und eines Querstegteils 36a eines
benachbarten Segmentes 15 geeignet ist. Sie ist geradlinig durch
ein Zwischenglied 17 mit einem Quersteg 36, der
zwischen den Kufen 17 des dritten Kufenpaares 16c an
deren Stirnseite angebracht ist, verbunden.
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Korrespondierende,
zusammengesetzte Querstegteile 36a, 36b entsprechen
in ihrer Funktion einem Quersteg 36. Die Kufe 19 des
dritten Kufenpaares 16c, die nicht mit einer Kufe 19 des
zweiten Kufenpaares 16b durch ein Zwischenglied 17 geradlinig
verbunden ist, weist an ihrer Stirnseite ein Verbindungsglied 35 auf,
das mit einer Hülse 37 versehen
ist, an die eine Trägerplatte 20 angebracht
werden kann.
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Wird
an dem ersten Kufenpaar 16a und dem dritten Kufenpaar 16c jeweils
eine Trägerplatte 20 befestigt,
verläuft
beim Ziehen des Sensorträgerkörpers durch
eine Rohrleitung ein geradliniger Kraftfluß von der einen Kufe 19 des
ersten Kufenpaares 16a bis zum Quersteg 36 des
dritten Kufenpaares 16c und ein weiterer geradliniger Kraftfluß von der
Trägerplatte 20 zwischen
dem ersten Kufenpaar 16a über das Verbindungsglied 35,
das mit einer Hülse 37 an
der Trägerplatte 20 befestigt
ist und das die Trägerplatte 20 mit
der Kufe 19 des zweiten Kufenpaares 16b verbindet,
bis zu der einen Kufe 19 des dritten Kufenpaares 16c.
Entsprechendes gilt für
die Trägerplatte 20,
die an dem zweiten Kufenpaar 16b befestigt ist und die
Verbindung zu einem benachbarten Segment herstellt.
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Dadurch
erreichen das Segment 15 und der aus solchen Segmenten
zusammengesetzte Sensorträgerkörper eine
sehr hohe Stabilität
und auch bei hohen Zugkräften
eine hohe Spurtreue der Sensoren.
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Die 22 zeigt
in einem Ausschnitt eines Sensorträgerkörpers drei zusammengesetzte
Segmente 15 gemäß 21,
bei denen zwischen dem ersten Kufenpaar 16a und dem dritten
Kufenpaar 16c jeweils eine Trägerplatte 20 befestigt
ist. Außerdem ist
zwischen jeder Kufe 19 des zweiten Kufenpaares 16b eines
Segmentes 15 und der benachbarten Kufe 19 des
zweiten Kufenpaares 16b des benachbarten Segmentes 15 ebenfalls
eine Trägerplatte 20 befestigt.
Man erkennt hier den kompakten und hoch stabilen Aufbau, bei dem
dennoch eine Vielzahl von Sensoren 21, auch mit überlappenden
Bewegungsspuren, insbesondere von unterschiedlichen Trägerplatten 20,
realisierbar ist. Die U-förmigen Federplatten zwischen
benachbarten Kufen 19 sind der Übersichtlichkeit halber hier
nicht dargestellt.
-
Die 23 zeigt
einen Sensorträgerkörper 11,
der aus Segmenten 15 nach 21 zusammengesetzt
ist. Die Trägerplatten 20 sind
in dieser Darstellung der Übersichtlichkeit
halber nicht eingezeichnet. Ferner ist zur Verdeutlichung der Struktur
und des modularen Aufbaus aus gleichartigen Segmenten 15 gemäß 21 ein
Segment 15 durch eine Schraffur gekennzeichnet.
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Die 24 bis 27 sind
weitere Darstellungen des Sensorträgerkörpers 11 gemäß 23. Die 24 entspricht
der 9, die 25 und 26 den 10 bis 12,
wobei die U-förmigen Federplatten
nicht dargestellt wurden, und die 27 der 20.
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Die 28 zeigt
eine erfindungsgemäße Trägerplatte 20,
die anstelle der in den 3 bis 27 dargestellten
Trägerplatten 20 in
den dort beschriebenen Molchen verwendet werden kann. Sie ist mit
Sensoren 21 zur Ultraschallprüfung von Rohrleitungen bestückt und
weist erfindungsgemäß die Besonderheit
auf, daß sie
sowohl senkrecht schallende Ultraschall-Sensoren für die Wandstärkenprüfung 21a als
auch schräg
schallende Ultraschall-Sensoren für die Rißprüfung 21b, 21c umfaßt. Dabei
sind die Ultraschall-Sensoren 21a, 21b, 21c Einzelprüfköpfe, d.h.
Ultraschall-Sensoren mit einem Ultraschall-Schwinger. Bei den Ultraschall-Sensoren 21b handelt
es sich beispielsweise um nach links und bei den Ultraschall-Sensoren 21c um
nach rechts schallende Prüfköpfe.
-
Zu
erkennen ist auch, daß die
Ultraschall-Sensoren 21a, 21b und 21c jeweils
in einer geometrischen Anordnung gruppiert sind, wobei in jeder
Gruppe ein regelmäßiges geometrisches
Muster realisiert wird, und daß die
Gruppen der Ultraschall-Sensoren 21a, 21b und 21c jeweils
in einem Abstand zueinander angeordnet sind.
-
Die 29 zeigt
den Einbau der Trägerplatte 20 gemäß 28 in
einem Segment 15 gemäß 21.
Zu erkennen sind darin auch die Aussparungen 30 in den
Kufen 19, die dafür
sorgen, daß die schräg schallenden
Ultraschall-Sensoren 21b, 21c möglichst
nicht behindert werden. Die Aussparungen 30 in den Kufen 19 dienen
zur Ermöglichung
der freien Schallausbreitung und zur Verminderung der Störsignalanteile.
-
Die 30 zeigt
Segmente 15 gemäß 29,
die entsprechend zu 24 zu einem Sensorträgerkörper 11 zusammengesetzt
sind.
-
Mit
erfindungsgemäßen Trägerplatten 20, Segmenten 15,
Sensorträgerkörpern 11 oder
einen entsprechenden Molch ist es möglich, beim Bewegen eines Molches
für die
Rohrleitungsprüfung
durch eine Rohrleitung 13 die Wandstärkenprüfung mittels senkrecht schallender
Ultraschall-Sensoren 21a gleichzeitig mit der Rißprüfung mittels
schräg
schallender Ultraschall-Sensoren 21b, 21c, die
auf derselben Trägerplatte 20 wie
für die
gleichzeitige Wandstärkenprüfung verwendete
senkrecht schallende Ultraschall-Sensoren 21a angeordnet
sind, durchzuführen.
Damit ist die Möglichkeit
geschaffen, daß die Rohrleitungsprüfung in
einem einzigen Durchgang des Molches durch die Rohrleitung 13 erfolgt,
wobei die Rohrleitung 13 gleichzeitig sowohl mit senkrecht schallenden
Ultraschall-Sensoren 21a für die Wandstärkenprüfung als
auch mit schräg
schallenden Ultraschall-Sensoren 21b, 21c für die Rißprüfung überprüft wird.
-
Vorteilhafterweise
ist ferner vorgesehen, daß der
gesamte Umfang der Rohrleitung 13 auf seine Wanddicke und
auf Risse überprüft wird.
-
- 1
- Bekannter
Sensorträgerkörper
- 2
- Streifensegment
- 3
- Mittelachse
des Sensorträgerkörpers
- 4
- Bohrung
für Sensor
- 5
- konisch
zulaufender Streifenabschnitt
- 6
- Flansch
- 7
- Kupplungsstück
- 8
- Segmentring
- 9
- starre
Achse
- 10
- Manschette
- 11
- Sensorträgerkörper
- 12
- Molchkörper
- 13
- Rohrleitung
- 15
- Segment
- 16
- paralleles
Kufenpaar
- 16a
- erstes
Kufenpaar
- 16b
- zweites
Kufenpaar
- 16c
- drittes
Kufenpaar
- 16d
- viertes
Kufenpaar
- 17
- elastisches
Zwischenglied
- 18
- konisch
zulaufender Segmentabschnitt
- 19
- Kufe
- 20
- Trägerplatte
- 21
- Sensor
- 21a
- Sensoren
für Wandstärkenprüfung
- 21b
- Sensoren
für Rißprüfung
- 21c
- Sensoren
für Rißprüfung
- 22
- Sensoranschluß
- 23
- Öffnung in
einer Kufe
- 24
- Gewindebohrung
in einer Trägerplatte
- 25
- U-förmige Federplatte
- 26
- Befestigungsschraube
für eine
U-förmige
Federplatte
- 27
- Mittelachse
eines Kufenpaares
- 28
- Bewegungsspur
eines Sensors
- 29
- Verschleißschuh
- 30
- Aussparung
- 31
- Flanschschraube
- 32
- Durchlaßöffnung
- 33
- Flanschaufnahmefläche
- 34
- Gewindebohrung
für Flanschschraube
- 35
- Verbindungsglied
- 36
- Quersteg
- 36a
- erstes
Querstegteil
- 36b
- zweites
Querstegteil
- 37
- Hülse