DE102006033961B4

DE102006033961B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Ortung einer Beschädigung eines Kunststoffrohrs

Info

Publication number: DE102006033961B4
Application number: DE102006033961.4A
Authority: DE
Inventors: Dr. Leinders Harald; Dr. Fonrobert Benno; Thorsten Späth; Holger Hesse
Original assignee: Egeplast International GmbH
Current assignee: Egeplast International GmbH
Priority date: 2006-07-22
Filing date: 2006-07-22
Publication date: 2020-03-26
Anticipated expiration: 2026-07-23
Also published as: DE102006033961A1; CH699376B1

Abstract

Verfahren zur Ortung einer Beschädigung eines Kunststoffrohres (1), welches zwei Leiter (11, 12) aufweist, die sich in Längsrichtung wendelförmig um das Kunststoffrohr (1) erstrecken, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sonde (2) durch das Kunststoffrohr (1) bewegt wird und elektromagnetische Wellen (4) abstrahlt, die induktiv in die Leiter (11, 12) einkoppeln und Messsignale (6) erzeugen, und dass die Messsignale (6) in einer Messeinrichtung (5) ausgewertet werden, um eine Beschädigung des Kunststoffrohrs (1) zu erfassen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ortung einer Beschädigung eines Kunststoffrohrs. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Ortung einer Beschädigung eines Kunststoffrohrs.
Es ist bekannt, dass es insbesondere bei den so genannten grabenlosen Verlegeverfahren, bei denen das zu verlegende Kunststoffrohr beispielsweise mittels einer entsprechenden Vortriebseinrichtung mit Bohrkopf abschnittsweise durch das Erdreich gezogen wird, durch Störkörper (insbesondere durch Steine, Schutt oder dergleichen) zu Beschädigungen des Kunststoffrohrs kommen kann.
Da man bei der grabenlosen Verlegung keine Einsicht in die Verlegestrecke hat, ist es von großer Wichtigkeit, feststellen zu können, ob das Kunststoffrohr bei der Verlegung durch die im Erdreich gegebenenfalls vorhandenen scharfkantigen Gegenstände verletzt wurde. In manchen Fällen wird auch so vorgegangen, dass eine neue Kunststoffrohrleitung in eine bereits vorhandene ältere Rohrleitung eingezogen wird, um letztere zu ersetzen. Die für Ver- und Entsorgungsleitungen früher verwendeten Druckrohre bestanden zumeist aus Gusseisen oder Stahl. Bei dieser Variante des Verlegeverfahrens wird die vorhandene gusseiserne Leitung zertrümmert und die neue Leitung wird dem Bohrkopf nachfolgend eingezogen, so dass es vorkommen kann, dass die neue Rohrleitung durch Scherben der zertrümmerten alten Leitung, die naturgemäß scharfkantig sind, verletzt wird.
Es wurden für derartige Anwendungen bereits Mehrschichtrohre aus Kunststoff entwickelt, die mindestens eine äußere Schicht mit hoher Festigkeit aufweisen, die beispielsweise aus hochfestem Polyethylen oder Polypropylen bestehen kann. Die innere Schicht eines solchen Kunststoffrohrs kann beispielsweise aus einem speziellen Polyethylen bestehen, welches die geforderte Druckfestigkeit liefert und andere vorteilhafte Eigenschaften besitzt, insbesondere Langzeitstabilität, Diffusionsdichtigkeit gegenüber den in der Rohrleitung strömenden Medien, etc.
Kunststoffrohre für Ver- und Entsorgungszwecke werden heute für Gas-, Abwasser- und Trinkwasserleitungen verwendet. Die Gefahr der Beschädigung der Außenschicht aus hochfestem Kunststoff durch scharfkantige Gegenstände im Erdreich besteht aber auch bei diesen Kunststoffrohren nach wie vor. Kunststoffrohre für Ver- und Entsorgungsleitungen werden gegebenenfalls über große Wegstrecken horizontal im Erdreich verlegt und verbleiben nach der Verlegung über einen sehr langen Zeitraum im Erdreich. Es kann beispielsweise eine Lebensdauer von 100 Jahren gefordert sein. Der Verlegevorgang bei der grabenlosen Verlegung ist technisch vergleichsweise aufwändig. Die Verlegung kann in Bereichen erfolgen, in denen anschließend keine Zugänglichkeit zu der Rohrleitung mehr gegeben ist.
Zum Nachweis der Unversehrtheit von Kunststoffrohren nach dem grabenlosen Verlegen können diese in Längsrichtung mit zwei elektrischen Leitern umwickelt sein. Durch Herbeiführung eines Kurzschluss auf der einen und anschließende elektrische Durchgangsprüfung auf der anderen Seite des Kunststoffrohrs kann nachgewiesen werden, ob die elektrischen Leiter nach dem Verlegen beschädigt sind. Da die Abstände zwischen den einzelnen Windungen der elektrischen Leiter einen bestimmten Maximalabstand nicht überschreiten, der deutlich unterhalb einer typischen Länge einer Schadensstelle liegt, kann auf diese Weise auf die Unversehrtheit des Kunststoffrohrs geschlossen werden.
Im Falle einer Beschädigung liefert das vorstehend beschriebene statische Verfahren allerdings keinerlei Informationen über den Ort der Beschädigung. Mit anderen Worten kann also lediglich festgestellt werden, dass das Kunststoffrohr beschädigt ist. Ohne Informationen über die genaue Position der Schadensstelle bleibt in der Regel jedoch nur die Möglichkeit, mit Hilfe von Probegrabungen den defekten Abschnitt des Kunststoffrohrs zu finden. Im ungünstigsten Fall muss das Kunststoffrohr komplett neu verlegt werden.
Aus dem Stand der Technik sind darüber hinaus so genannte Reflexverfahren bekannt, die zur Ortung einer Rohrbeschädigung geeignet sind. Diese Verfahren basieren darauf, dass elektromagnetische Wellen in Pulsform in die elektrischen Leiter eingestrahlt werden. Anschließend wird die Laufzeit bis zum Eintreffen eines reflektierten Antwortsignals gemessen. Dieses Messprinzip wird auch in anderen Anwendungsgebieten erfolgreich eingesetzt (zum Beispiel bei einem Radar, Echolot etc.).
Im Fall von Rohrleitungen gibt es jedoch eine ganze Reihe von Nachteilen, die gegen den Einsatz derartiger Reflexverfahren sprechen:

- Die Ganghöhe (und damit die Anzahl der Windungen der Doppelspirale, die aus den beiden elektrischen Leitern gebildet wird) ist nicht zwangsläufig bei allen Rohren einer Produktionscharge gleich. Die Anzahl der Windungen hat aber einen unmittelbaren Einfluss auf die Länge der elektrischen Leiter und die Bestimmung der Schadensstelle. Durch den Herstellungsprozess kann die Anzahl der Windungen in gewissen Grenzen variieren und muss daher für jede Produktionscharge durch entsprechende Messungen und Mittelwertbildung bestimmt werden. Im Zweifelsfall muss jedes Kunststoffrohr vor dem Verlegen einzeln vermessen werden.
- Nicht nur die Kenntnis der genauen Ganghöhe ist für die Berechnung von Laufzeiten notwendig, sondern auch eine Kenntnis der Materialeigenschaften, insbesondere der Permittivität ε und der Permeabilität µ. Diese Parameter gehen unmittelbar in die Ausbreitungsgeschwindigkeit des eingestrahlten Pulses ein und wirken sich damit auf die Bestimmung aller Längen über die gemessene Laufzeit aus. Die Materialeigenschaften müssen daher gegebenenfalls für alle Produktionschargen separat bestimmt werden.
- Bei einer notwendigen Genauigkeit der Ortsbestimmung in der Größenordnung von wenigen Metern bis hin zu etwa einem Meter und möglichst auch darunter muss man einen erheblichen Messaufwand in Kauf nehmen. Dieser Umstand erklärt sich dadurch, dass der erste Schadensort zumindest theoretisch etwa einen Meter vom Einspeisepunkt der Signale (Rohrende) entfernt liegen kann. Daraus ergibt sich eine gesamte Weglänge, die das Signal zurücklegt, von etwa zwei Metern. Diese Wegstrecke wird in einer Laufzeit von etwa 6 ns zurückgelegt. Damit die Pulse (die eingekoppelten und die reflektierten Pulse) nicht ineinander laufen und somit deutlich voneinander getrennt sind, müssen sie mindestens um einen Faktor 10 kürzer sein als die Laufzeit. Da derartige Pulse mathematisch als Gauss'sche Wellenpakete beschrieben werden, gelten diese Grenzen für die Halbwertsbreiten der Pulse. Damit ist man im Bereich von einigen Picosekunden. Dieser Zeitbereich ist messtechnisch sehr anspruchsvoll und nur mit einem relativ großen Aufwand in der Praxis zu realisieren.

Es ist daher schwierig, die dafür notwendigen Rahmenbedingungen zum Beispiel auf einer Baustelle, auf der die Kunststoffrohre verlegt werden, zur Verfügung zu stellen.

- Werden als Eingangssignale zu schmale Pulse erzeugt, so laufen sie aufgrund der Dispersionsrelation merklich auseinander. Mit anderen Worten „zerfließen“ diese Pulse. Daraus ergibt sich in der Praxis das Problem, den exakten Zeitpunkt zu definieren, an dem das Signal nach der Reflexion beim Empfänger als „angekommen“ gilt.

Alles in allem bedeutet es einen hohen messtechnischen Aufwand, die Laufzeit von sich annähernd mit Lichtgeschwindigkeit bewegenden Wellenpaketen so exakt zu bestimmen, dass man eine Ortsauflösung von unter zehn Metern mit Hilfe des Reflexverfahrens erzielen kann.
Diese Nachteile treten durchweg bei allen Verfahren auf, bei denen quasistationären Zustände und deren Wellenlänge bestimmt werden (so genannte Reflektometer). Bei diesen Verfahren wird die Frequenz einer permanenten periodischen Anregung in der Weise durchgestimmt, dass die Resonanzmoden auf der Leitung bestimmt werden können. Die Mode mit der kleinsten Resonanzfrequenz bildet die so genannte Grundmode, bei der die Gesamtlänge der Leitung genau der halben Wellenlänge der elektromagnetischen Wellen entspricht. Abgesehen von der Tatsache, dass alle oben angesprochenen Probleme mit der Wellengeschwindigkeit auch hier gelten (quasistationäre Zustände sind keine statischen Zustände, sondern eine Überlagerung von hin- und zurücklaufenden Wellen), funktionieren diese Verfahren zudem eigentlich nur dann einwandfrei, wenn beide elektrischen Leiter kurzgeschlossen sind. Eine Schadensstelle in einem Kunststoffrohr dürfte aber nur in sehr seltenen Fällen und somit eher zufällig einen Kurzschluss zwischen den beiden Leitern der Doppelspirale herstellen.
Die vorstehend aufgezeigten Nachteile des Reflexionsverfahrens zeigen, dass dieses bei Kunststoffrohren nur mit erheblichen Schwierigkeiten eingesetzt werden kann. Hier setzt die vorliegende Erfindung an.
Aus der EP 1 564 366 A1 ist ein Verfahren zur Ortung einer Beschädigung eines Kunststoffrohrs, welches mindestens einen wendelförmigen Leiter aufweist, bekannt. Bei diesem bekannten Verfahren wird ein wendelförmiger Leiter in Form eines flachen Kupferbandes um eine Innenschicht eines Rohres gewickelt und von einer harten Außenschicht des Rohres überdeckt. Der Leiter bildet einen geschlossenen elektrischen Stromkreis und nach Verlegung des Rohres wird mittels einer Messeinrichtung der Stromfluss durch den Leiter geprüft und anhand dessen wird entschieden, ob das Kunststoffrohr beschädigungsfrei verlegt wurde.
Die DE 31 49 726 A1 beschreibt ein Suchverfahren für unter der Erdoberfläche angeordnete, nichtmetallische Rohrleitungen, bei dem in der Rohrleitung elektromagnetische Wellen erregt werden und aus dem Empfang der Streustrahlung dieser Wellen oberhalb der Erdoberfläche die Rohrlage erkannt wird. Als Erregeranordnung kann dabei eine Spiralantenne verwendet werden, die an ein Kabel als Innenleiter angeschlossen wird, wobei als Außenleiter eine Rückstrahlfläche gelegt wird, die gabelförmig um die Rohrleitung gesteckt wird und zirkulär polarisierte Wellen in der Rohrleitung erregt.
In beiden vorgenannten Schriften ist eine Bewegung einer Sonde durch das Kunststoffrohr für die Ortung nicht vorgesehen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Ortung einer Beschädigung eines Kunststoffrohrs, welches zwei Leiter aufweist, die sich in Längsrichtung im Wesentlichen wendelförmig um das Kunststoffrohr erstrecken, zur Verfügung zu stellen, welches mit einem verhältnismäßig geringen messtechnischen Aufwand eine möglichst genaue Lokalisierung eines Schadensorts ermöglicht. Darüber hinaus liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung zur Ortung einer Beschädigung eines Kunststoffrohrs bereitzustellen, welche eine Lokalisierung eines Schadens in einem Kunststoffrohr mit einer hohen Genauigkeit ermöglicht.
Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Hinsichtlich der Vorrichtung wird die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung.
Gemäß Anspruch 1 zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren dadurch aus, dass eine Sonde durch das Kunststoffrohr bewegt wird und elektromagnetische Wellen abstrahlt, die induktiv in die Leiter einkoppeln und Messsignale erzeugen, und dass die Messsignale in einer Messeinrichtung ausgewertet werden, um eine Beschädigung des Kunststoffrohrs zu erfassen. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, den Ort einer Beschädigung des Kunststoffrohrs, die beispielsweise bei der grabenlosen Verlegung entstanden ist, mit relativ hoher Genauigkeit zu bestimmen. Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass bei Kenntnis der Position der Sonde im Kunststoffrohr der Ort der Beschädigung mit einer Genauigkeit von wenigen Metern bestimmt werden kann. Es ist möglich, das erfindungsgemäße Verfahren mit einer so hohen Genauigkeit zu betreiben, dass der Ort der Beschädigung des Kunststoffrohrs mit einer Genauigkeit von etwa einem Meter und darunter bestimmt werden kann.
Wird mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens der Ort einer Beschädigung des Kunststoffrohrs bestimmt, kann die schadhafte Stelle des Kunststoffrohrs anschließend mit einer gezielten Grabung freigelegt werden und der Defekt behoben werden. Das hier beschriebene Verfahren eignet sich insbesondere für die Untersuchung von Kunststoffrohren für Ver- und Entsorgungszwecke, die beispielsweise für Gas-, Abwasser- und Trinkwasserleitungen verwendet werden und grabenlos verlegt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat im Vergleich zu den aus dem Stand der Technik bekannten Reflexverfahren mehrere Vorteile:

- Es kann auf eine externe Skala zurückgegriffen werden, so dass insbesondere die Ganghöhe der aus den beiden elektrischen Leitern gebildeten Doppelspirale und darüber hinaus auch die Materialeigenschaften der elektrischen Leiter keine Rolle spielen.
- Weder der Ankunftszeitpunkt der Messsignale noch die Pulsform der in die elektrischen Leiter induktiv eingekoppelten elektromagnetischen Wellen sind für die Messungen von Bedeutung, so dass auch in dieser Hinsicht keinerlei technischer Aufwand betrieben werden muss.
- Die dem Verfahren zugrunde liegende Messtechnik kann sehr einfach praktisch umgesetzt werden, da nur die Existenz eines Messsignals nachgewiesen werden muss. Weder die Frequenz des Messsignals noch dessen Flankensteilheit müssen ausgewertet werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass die Position der Sonde im Kunststoffrohr kontinuierlich erfasst wird. Während der Durchführung des Verfahrens ist somit die Position der Sonde innerhalb des Kunststoffrohrs fortwährend bekannt, so dass die Position der Sonde stets mit einer etwaigen Erfassung einer Beschädigung des Kunststoffrohrs korreliert werden kann. Dadurch kann das Kunststoffrohr mit einer hohen Auflösung im Hinblick auf den Ort einer möglichen Beschädigung untersucht werden.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass die Sonde die elektromagnetischen Wellen in radialer Richtung abstrahlt.
Beispielsweise kann die Sonde die elektromagnetischen Wellen mit einer definierten Leistung emittieren. Es besteht in einer bevorzugten Ausführungsform die Möglichkeit, dass die Sonde im Wesentlichen sinusförmige elektromagnetische Wellen abstrahlt.
Um einem Benutzer die Wahrnehmung einer Beschädigung des Kunststoffrohrs, die mit Hilfe des hier beschriebenen Verfahrens erfasst werden kann, zu erleichtern, wird in einer vorteilhaften Ausführungsform vorgeschlagen, dass eine Beschädigung des Kunststoffrohrs optisch signalisiert wird. Beispielsweise kann die optische Signalisierung mit Hilfe verschiedenfarbiger Anzeigemittel erfolgen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann zusätzlich oder alternativ zu der vorstehend beschriebenen optischen Signalisierung eine Beschädigung des Kunststoffrohrs auch akustisch signalisiert werden.
Die Messeinrichtung kann in verschiedenen Betriebsarten betrieben werden. In einer bevorzugten Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass einer der beiden Leiter an die Messeinrichtung angeschlossen wird. Die Erfassung der Messsignale erfolgt dann vorzugsweise gegen Masse. Es hat sich gezeigt, dass es bei relativ eng beieinander liegenden elektrischen Leitern, die in Längsrichtung um das Kunststoffrohr gewickelt sind und dabei eine Doppelspirale bilden, besonders vorteilhaft ist, gegen Masse zu messen, da ansonsten das Potentialgefälle zwischen den beiden elektrischen Leitern unter Umständen nicht für ein signifikantes und damit messtechnisch relativ einfach erfassbares Messsignal ausreicht.
Es kann in einer alternativen Ausführungsform vorgesehen sein, dass beide Leiter an die Messeinrichtung angeschlossen werden. Bei entsprechender Ganghöhe der elektrischen Leiter kann auch in dieser Ausführungsform ein ausreichendes Messsignal erhalten werden.
Um die Qualität der Messsignale zu erhöhen und die Zuverlässigkeit des Verfahrens bei der Ortung einer Beschädigung zu verbessern, sieht eine bevorzugte Ausführungsform vor, dass die Messsignale mit einer Filtereinrichtung gefiltert werden. Es besteht zum Beispiel die Möglichkeit, dass der Messeinrichtung ein Hochpassfilter vorgeschaltet wird.
Um die Qualität der Messsignale zu erhöhen und die Zuverlässigkeit bei der Ortung einer Beschädigung weiter zu verbessern, wird in einer besonders bevorzugten Ausführungsform vorgeschlagen, dass die Messsignale verstärkt werden.
Des Weiteren besteht in einer vorteilhaften Ausführungsform die Möglichkeit, dass die Messsignale gleichgerichtet werden.
Vorzugsweise werden die Messsignale zunächst gefiltert, anschließend verstärkt und dann gleichgerichtet. Nachdem die Messsignale diese Verarbeitungsschritte durchlaufen haben, können sie der Messeinrichtung zugeführt werden, die zum Beispiel ein herkömmliches Multimeter umfassen kann.
Gemäß Anspruch 13 umfasst eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Ortung von Defekten in einem Kunststoffrohr, welches zwei Leiter aufweist, die sich in Längsrichtung im Wesentlichen wendelförmig um das Kunststoffrohr erstrecken:

- mindestens eine Sonde, die durch das Kunststoffrohr bewegbar ist und im Betrieb elektromagnetische Wellen abstrahlen kann, welche induktiv in die elektrischen Leiter des Kunststoffrohrs einkoppeln und Messsignale erzeugen können;
- mindestens eine Messeinrichtung, die an mindestens einen der beiden Leiter anschließbar ist und zur Erfassung der Messsignale geeignet ist;
- Mittel zur Erfassung der Position der Sonde innerhalb des Ku nststoffrohrs.

Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die insbesondere zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens geeignet ist, kann eine Beschädigung eines Kunststoffrohrs mit einer relativ hohen Genauigkeit detektiert werden, so dass der Ort der Beschädigung mit einer entsprechend hohen Genauigkeit bestimmt werden kann. Es besteht die Möglichkeit, dass die Sonde Mittel zum Einstellen der Frequenz und/oder der Form und/oder der Leistung der elektromagnetischen Wellen aufweist.
Um die Qualität der Messsignale zu verbessern und damit auch die Messgenauigkeit zu erhöhen, wird in einer besonders vorteilhaften Ausführungsform vorgeschlagen, dass die Messeinrichtung Mittel zum Filtern der Messsignale aufweist.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform besteht darüber hinaus die Möglichkeit, dass die Messeinrichtung Mittel zum Gleichrichten der Messsignale aufweist.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform besteht die Möglichkeit, dass die Messeinrichtung Mittel zum Verstärken der Messsignale aufweist.
Vorzugsweise sind die Mittel zum Filtern der Messsignale, die Mittel zum Gleichrichten der Messsignale und die Mittel zum Verstärken der Messsignale derart hintereinander geschaltet sind, dass die Messsignale zunächst gefiltert, anschließend verstärkt und dann gleichgerichtet werden.
Die Messeinrichtung kann in einer vorteilhaften Ausführungsform mindestens ein Oszilloskop umfassen. Mit Hilfe eines Oszilloskops können die Messungen mit einer relativ hohen Genauigkeit durchgeführt werden.
Es besteht in einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform die Möglichkeit, dass die Messeinrichtung mindestens ein Multimeter umfasst. Ein Multimeter hat gegenüber einem Oszilloskop den Vorteil, dass es wesentlich robuster ist und sich damit auch für den Einsatz unter widrigen Witterungs- und Umwelteinflüssen, wie sie häufig auf Baustellen auftreten, eignet.
Es kann in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform vorgesehen sein, dass die Messeinrichtung mindestens einen X-Y-Schreiber umfasst. Ein X-Y-Schreiber eignet sich insbesondere zur Aufzeichnung der für die Darstellung mit Hilfe des X-Y-Schreibers entsprechend verarbeiteten Messsignale (Y-Koordinate) in Abhängigkeit von der Position der Sonde (X-Koordinate). Die mit Hilfe des X-Y-Schreibers aufgezeichneten Daten können zum Beispiel nachträglich, das bedeutet, nach Abschluss der Messungen ausgewertet werden.
Es besteht in einer besonders vorteilhaften Ausführungsform die Möglichkeit, dass die Vorrichtung Mittel zur optischen Signalisierung einer Beschädigung des Kunststoffrohrs aufweist. Die Mittel zur optischen Signalisierung einer Beschädigung des Kunststoffrohrs können beispielsweise eine Anzeigevorrichtung mit verschiedenfarbigen Leuchtmitteln umfassen.
Die Vorrichtung kann alternativ oder zusätzlich zu den Mitteln zur optischen Signalisierung einer Beschädigung des Kunststoffrohrs Mittel zur akustischen Signalisierung einer Beschädigung des Kunststoffrohrs aufweisen.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Abbildungen. Darin zeigen

1a eine schematische Darstellung eines Kunststoffrohrs, das mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens auf Beschädigungen untersucht werden kann;
1b eine schematische Darstellung zweier elektrischer Leiter, die eine Lecher-Leitung bilden;
2 eine schematisch stark vereinfachte Darstellung des prinzipiellen Messaufbaus, auf dem das erfindungsgemäße Verfahren basiert;
3 ein typisches Messsignal, das bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer Messeinrichtung 5 gemessen werden kann;
4 schematische Darstellungen einer Abfolge einzelner Verfahrensschritte bei der Verarbeitung der Messsignale.

Zunächst wird auf 1a Bezug genommen, in der ein Kunststoffrohr 1 dargestellt ist, das mit Hilfe eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ortung von Rohrdefekten auf Beschädigungen untersucht werden kann.
Das Kunststoffrohr 1 ist aus Polyolefinen hergestellt und in diesem Ausführungsbeispiel als Mehrschichtrohr ausgeführt. Das Kunststoffrohr 1 weist eine Innenschicht 10 auf, die beispielsweise aus Polyethylen hergestellt sein kann. Zum Nachweis der Unversehrtheit des Kunststoffrohrs 1 nach dem Verlegen weist das Kunststoffrohr 1 zwei elektrische Leiter 11, 12 auf, die sich in Längsrichtung des Kunststoffrohrs 1 erstrecken und im Wesentlichen wendelförmig um die Innenschicht 10 gewickelt sind. Da die Abstände zwischen den benachbarten Abschnitten der elektrischen Leiter 11, 12 einen maximalen Abstand nicht überschreiten, der deutlich unterhalb einer typischen Länge einer Schadensstelle des Kunststoffrohrs 1 liegt, kann mit Hilfe des nachfolgend näher beschriebenen Verfahrens auf die Unversehrtheit des Kunststoffrohrs 1 geschlossen werden. Die beiden elektrischen Leiter 11, 12 sind in diesem Beispiel von einer Außenschicht 13 überdeckt, die vorzugsweise aus einem Material mit besonderer Härte besteht. Die Außenschicht 13 kann beispielsweise aus Polypropylen bestehen und zusätzlich Füllkörper aus einem Material großer Härte, insbesondere Füllkörper aus Quarz, aufweisen, um die Abriebfestigkeit der Außenschicht 13 insgesamt zu erhöhen. Die Außenschicht 13 geht einen festen Verbund mit der Innenschicht 10 ein und ist vorzugsweise auf die Innenschicht 10 aufextrudiert. Das Kunststoffrohr 1 kann so ausgeführt sein, dass es insbesondere für Versorgungs- und Entsorgungsleitungen geeignet ist. Das Kunststoffrohr 1 kann zum Beispiel mit Hilfe des in der Beschreibungseinleitung ausführlich erläuterten grabenlosen Verlegeverfahrens verlegt werden.
Die beiden im Wesentlichen wendelförmigen elektrischen Leiter 11, 12 können zum Beispiel aus Kupfer oder Aluminium bestehen und vorzugsweise als vergleichsweise flache Leiterbänder ausgeführt sein, welche sich bei der Herstellung des Kunststoffrohrs 1 relativ einfach um die Innenschicht 10 wickeln lassen und eine besonders feste und dichte Auflage der äußeren Schicht 13 der Wandung auf der inneren Schicht 10 mit einer hohen Verbundfestigkeit zulässt.
Es hat sich gezeigt, dass Polyethylen als Material für Kunststoffrohre 1, die insbesondere als Versorgungs- und Entsorgungsleitungen eingesetzt werden, eine besonders große Langzeitstabilität aufweist, die eine hohe Lebensdauer der Kunststoffrohrleitung von bis zu 100 Jahren und länger ermöglicht. Dennoch ist bei der Verwendung von Polyethylenen beziehungsweise Polypropylenen eine vergleichsweise kostengünstige Herstellung der Kunststoffrohre möglich.
Die beiden elektrischen Leiter 11, 12 sind auf der gesamten Länge um die innere Schicht 10 des Kunststoffrohrs 1 gewickelt. Sie bilden auf diese Weise eine Doppelspirale, die nicht nur einen Ladungstransport innerhalb eines der beiden Leiter 11, 12, sondern auch die Ausbreitung von elektromagnetischen Feldern zwischen den beiden Leitern 11, 12 ermöglicht. Stellt man sich die aus den beiden elektrischen Leitern 11, 12 gebildete Doppelspirale vom Kunststoffrohr 1 abgewickelt vor, so wird deutlich, dass sie eine so genannte Lecher-Leitung bilden, die in 1b schematisch dargestellt ist. Man erkennt dort die beiden Leiter 11, 12, die jeweils zwei gegenüberliegende Leiterenden 110, 111 beziehungsweise 120, 121 aufweisen.
In 2 ist der grundlegende Messaufbau, der dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Ortung einer Beschädigung eines Kunststoffrohrs 1 zugrunde liegt, schematisch stark vereinfacht dargestellt. Man erkennt wiederum die in 1b bereits gezeigte Lecher-Leitung, die aus den beiden elektrischen Leiter 11, 12 gebildet wird. Das Kunststoffrohr 1 weist eine Beschädigung 3 auf, so dass einer der beiden elektrischen Leiter 11, 12 beschädigt (unterbrochen) ist.
Bei dem hier beschriebenen Verfahren zur Ortung einer Beschädigung eines Kunststoffrohrs 1 wird eine Sonde 2 mittels einer geeigneten Antriebsvorrichtung durch das Kunststoffrohr 1 bewegt (geschoben oder gezogen) und löst beim Passieren des Ortes der Beschädigung 3 ein Signal aus. Da das Kunststoffrohr 1 die oben bereits beschriebene, aus den beiden im Wesentlichen wendelförmigen Leitern 11, 12 gebildete Wicklung aufweist und somit ein geeigneter Wellenleiter vorhanden ist, wird als Sonde 2 vorzugsweise eine Sendeeinrichtung, die elektromagnetische Wellen 4 abstrahlt, eingesetzt. Die von der Sonde 2 abgestrahlten elektromagnetischen Wellen 4 koppeln induktiv in die aus den beiden elektrischen Leitern 11, 12 gebildete Lecher-Leitung ein. Die beiden elektrischen Leiter 11, 12 wirken dabei gewissermaßen als Empfangsantenne für die elektromagnetischen Wellen 4, die von der Sonde 2 abgestrahlt werden. Die Sonde 2 kann beispielsweise so ausgeführt sein, dass sie die elektromagnetischen Wellen 4 in radialer Richtung abstrahlen kann. Die Sonde 2 kann die elektromagnetischen Wellen 4 insbesondere mit einer definierten Leistung abstrahlen. Die elektromagnetischen Wellen 4 können zum Beispiel im Wesentlichen sinusförmig sein. Es besteht die Möglichkeit, dass die Sonde 2 Mittel zum Einstellen der Frequenz und/oder der Form und/oder der Leistung der elektromagnetischen Wellen 4 aufweist.
Ein Vorteil des hier beschriebenen Verfahrens besteht darin, dass die Lecher-Leitung, die aus den beiden elektrischen Leitern 11, 12 gebildet wird, nicht als Wellenleiter, sondern als Antenne für die von der Sonde 2 abgestrahlten elektromagnetischen Wellen 4 eingesetzt wird. Somit wird deutlich, dass die elektromagnetischen Felder am Besten an der Stelle mit dem größten Impedanzsprung in die Lecher-Leitung einkoppeln können. Dazu gehören sowohl der Anfang und das Ende des Kunststoffrohrs 1 (hier wird man grundsätzlich ein Signal detektieren können) sowie jede Schadensstelle 3.
Wenn die geforderte Ortsauflösung in einer Größenordnung von etwa einem Meter und möglicht auch darunter erreicht werden soll, wird dadurch gleichzeitig eine Obergrenze für die Länge der bei der Sonde 2 verwendeten Antenne festgelegt. Im Fall eines klassischen Hertz'schen Dipols entspricht die Länge der Antenne der halben Wellenlänge des gesendeten Signals.
Zum Nachweis des eingestrahlten Signals wird in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ein Ende 120 der aus den beiden Leitern 11, 12 gebildeten Lecher-Leitung mit einer Messeinrichtung 5, die zur Erfassung der Messsignale 6 geeignet ist, verbunden. Die Messeinrichtung 5 kann zum Beispiel ein Oszilloskop, eine Multimeter-Schaltung oder dergleichen umfassen. Die Messschaltung kann zum Beispiel auch als Differenzschaltung realisiert werden, indem beide elektrischen Leiter 11, 12 der Lecher-Leitung an die Messeinrichtung 5 angeschlossen werden. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel wird allerdings gegen Masse gemessen. Es hat sich gezeigt, dass es bei relativ eng beieinander liegenden elektrischen Leitern 11, 12 sinnvoll ist, gegen Masse zu messen, da ansonsten das Potentialgefälle zwischen den beiden Leitern 11, 12 unter Umständen nicht für ein signifikantes Signal ausreicht Ein typisches Antwortsignal (Messsignal 6) auf die in die Lecher-Leitung induktiv eingekoppelten elektromagnetischen Wellen 4, das mit der Messeinrichtung 5 (hier: mit einem Oszilloskop) gemessen werden kann, ist in 3 mit frequenzmodulierter Amplitude dargestellt. Die Sonde 2 strahlt dabei elektromagnetische Wellen 4 mit einer festen Frequenz in die Lecher-Leitung ein. Sobald die Sonde 2 die schadhafte Stelle 3 des Kunststoffrohrs 1 passiert, vergrößert sich die Amplitude des Messsignals 6 deutlich, so dass das Vorhandensein einer Beschädigung des Kunststoffrohrs 1 zuverlässig detektiert werden kann.
Bei geeigneter Kalibrierung kann man durch eine geeignete Verstärkerschaltung erreichen, dass die beim Passieren der Schadensstelle 3 auftretende Vergrößerung der Amplitude des Messsignals 6 schon mit einem herkömmlichen Multimeter erfasst werden kann. Aus der Kenntnis der Position der Sonde 2, die durch entsprechende Positionserfassungsmittel bestimmt werden kann, kann man an einer externen Skala den Abstand des Ortes der Beschädigung 3, an dem mindestens einer der beiden Leiter 11, 12 unterbrochen ist, von den beiden Enden des Kunststoffrohrs 1 erfassen. Das hier beschriebene Verfahren liefert somit erheblich genauere Ergebnisse als die aus dem Stand der Technik bekannten Reflexionsverfahren, bei denen aufwendige Berechnungen, die bei Laufzeitanalysen erforderlich sind, durchgeführt werden müssen.
Als Messeinrichtung 5 eignet sich grundsätzlich jedes Messinstrument, welches dazu geeignet ist, eine elektrische Spannung zu messen und anzuzeigen. Dazu gehören insbesondere Oszilloskope, Multimeter sowie XY-Schreiber, die gegebenenfalls in Kombination mit einem entsprechenden Anschluss einer externen Skala der Sonde 2 betreiben werden können. Auf diese Weise kann zum Beispiel entlang des Kunststoffrohrs 1 ein Schadensprofil erstellt werden.
Kunststoffrohre 1 sind auf Grund ihrer Länge relativ gute Antennen für langwellige Signale, die proportional zur wachsenden Wellenlänge eine zunehmende Eindringtiefe ins Erdreich haben. Dieses elektrische Feld kann allerdings die relativ empfindlichen Eingänge eines Oszilloskops zerstören. Daher wird der Messeinrichtung 5 vorzugsweise ein Hochpassfilter vorgeschaltet, der alle Signale unterhalb einer Frequenz von einigen Kilohertz ausfiltert. Benutzt man ein Oszilloskop, welches das Messsignal 6 in Form einer Sinuswelle darstellen kann, so erwartet man beim Passieren der Schadstelle 3 eine Vergrößerung der Amplitude des Messignals 6.
Oszilloskope sind relativ teure und empfindliche Geräte und damit nur begrenzt für eine Umgebung unter widrigen Umweltbedingungen (Schmutz, Wasser, Kälte, etc.) geeignet. Daher wird bei der praktischen Durchführung des Verfahrens vorzugsweise eine baustellengerechte Messeinrichtung 5 eingesetzt, die als Anzeigemittel ein herkömmliches Multimeter benutzt. Hierbei besteht jedoch die Schwierigkeit, dass verschiedene Schaltungen die Messsignale 6 so transformieren müssen, bis man zu einem geeigneten Gleichspannungssignal kommt. Dazu gehören im Besonderen:

• Gleichrichten der Wechselspannung der Messsignale 6,
• Verstärken der Messsignale 6,
• Filtern der Messsignale 6.

Allerdings ist hierbei darauf zu achten, dass die Messsignale 6, die das Eingangssignal für die Messeinrichtung 5 bilden, unter Umständen sehr schwach sein können und unterhalb der Ansprechspannung herkömmlicher Halbleiterelemente von etwa 300-400 mV liegen können. Andererseits möchte man auch nicht alle Störsignale mitverstärken, und ein Hochpassfilter ist selbstverständlich nur bei Wechselspannungen einsetzbar.
Dies führt zu einer bevorzugten Reihenfolge bei der Verarbeitung der Messsignale 6:

1. Filtern der Messsignale 6;
2. Verstärken der Messsignale 6;
3. Gleichrichten der Messsignale 6.

Die einzelnen Verfahrensschritte bei der Verarbeitung der Messsignale 6 sind in 4 dargestellt.
In 4 (oben) ist ein typisches Messsignal 6 gezeigt, welches an einem Ende der Lecher-Leitung abgegriffen werden kann. In einem ersten Schritt A wird das Messsignal 6 mit Hilfe eines Hochpassfilters 6 gefiltert. In einem zweiten Schritt B wird das Messsignal 6 mittels einer geeigneten Verstärkereinrichtung verstärkt. In einem dritten Schritt C erfolgt eine Gleichrichtung des Messsignals 6 mit Hilfe geeigneter Gleichrichtermittel. Das resultierende Messsignal 6 ist in 4 (unten) dargestellt.
Nachdem die Messsignale 6 die soeben erläuterten Verarbeitungsschritte A bis C durchlaufen haben, kann als Messeinrichtung 5 ein herkömmliches Multimeter eingesetzt werden. Es besteht auch die Möglichkeit, eine dedizierte Anzeige durch analoge Skaleninstrumente oder Leuchtdioden vorzusehen. Es ist ebenfalls möglich, andere Mess- und Anzeigeeinrichtungen, die eine konstante elektrische Spannung mit einer definierten Minimalstärke messen und anzeigen können, einzusetzen. Der Verstärkungsfaktor muss dabei variabel ausgelegt sein, um die Schaltung an die jeweilige Mess-Situation anzupassen.

Claims

Verfahren zur Ortung einer Beschädigung eines Kunststoffrohres (1), welches zwei Leiter (11, 12) aufweist, die sich in Längsrichtung wendelförmig um das Kunststoffrohr (1) erstrecken, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sonde (2) durch das Kunststoffrohr (1) bewegt wird und elektromagnetische Wellen (4) abstrahlt, die induktiv in die Leiter (11, 12) einkoppeln und Messsignale (6) erzeugen, und dass die Messsignale (6) in einer Messeinrichtung (5) ausgewertet werden, um eine Beschädigung des Kunststoffrohrs (1) zu erfassen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Position der Sonde (2) im Kunststoffrohr (1) kontinuierlich erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonde (2) die elektromagnetischen Wellen (4) in radialer Richtung abstrahlt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonde (2) sinusförmige elektromagnetische Wellen (4) abstrahlt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Beschädigung des Kunststoffrohrs (1) optisch signalisiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Beschädigung des Kunststoffrohrs (1) akustisch signalisiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass einer der beiden Leiter (11, 12) an die Messeinrichtung (5) angeschlossen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass beide Leiter (11, 12) an die Messeinrichtung (5) angeschlossen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Messsignale (6) mit einer Filtereinrichtung gefiltert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Messeinrichtung (5) ein Hochpassfilter vorgeschaltet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Messsignale (6) verstärkt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Messsignale (6) gleichgerichtet werden.
Vorrichtung zur Ortung einer Beschädigung eines Kunststoffrohrs (10), welches zwei Leiter (11, 12) aufweist, die sich in Längsrichtung wendelförmig um das Kunststoffrohr (1) erstrecken, umfassend: --mindestens eine Sonde (2), die durch das Kunststoffrohr (1) bewegbar ist und im Betrieb elektromagnetische Wellen (4) abstrahlt, welche induktiv in die elektrischen Leiter (11, 12) des Kunststoffrohrs (1) einkoppeln und Messsignale (6) erzeugen; --eine Messeinrichtung (5) die an mindestens einen der beiden Leiter (11, 12) anschließbar ist und zur Erfassung der Messsignale (6) geeignet ist; --Mittel, die zur Erfassung der Position der Sonde (2) in der Kunststoffrohrleitung (1) geeignet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (5) Mittel zum Filtern der Messsignale (6) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13, oder 14, dadurch gekennzeichnet, das die Messeinrichtung (5) Mittel zum Gleichrichten der Messsignale (6) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (5) Mittel zum Verstärken der Messsignale (6) aufweist.
Vorrichtung nach einem den Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (5) mindestens ein Oszilloskop umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (5) mindestens ein Multimeter umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (5) mindestens einen X-Y-Schreiber umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung Mittel zur optischen Signalisierung einer Beschädigung des Kunststoffrohrs (1) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung Mittel zur akustischen Signalisierung einer Beschädigung des Kunststoffrohrs (1) aufweist.