DE102007011445A1

DE102007011445A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Untersuchung von Hohlprofilen

Info

Publication number: DE102007011445A1
Application number: DE200710011445
Authority: DE
Inventors: Jens Prof. Dipl.-Ing. Hölterhoff; Kersten Prof. Dr.-Ing. Latz
Original assignee: HOCHSCHULE WISMAR UNIVERSITY O; HOCHSCHULE WISMAR UNIVERSITY OF TECHNOLOGY BUSINESS AND DESIGN
Current assignee: HOCHSCHULE WISMAR UNIVERSITY O; HOCHSCHULE WISMAR UNIVERSITY OF TECHNOLOGY BUSINESS AND DESIGN
Priority date: 2007-03-06
Filing date: 2007-03-06
Publication date: 2008-09-18
Anticipated expiration: 2027-03-07
Also published as: WO2008107461A1; WO2008107461B1; DE102007011445B4

Abstract

Zur Untersuchung von Hohlprofilen wird in diesen ein Über- oder Unterdruck erzeugt und zur Feststellung von Rissen und Löchern das in diesen aufgrund des Druckunterschieds zur Umgebung erzeugte Strömungsgeräusch mit auf einer mobilen Inspektionseinheit (7) angeordneten, mit einer Auswerte- und Steuereinheit (18) sowie einer Weglängenmesseinrichtung (15) verknüpften Schallsensoren (10) gemessen. Die Schallmessung kann mit einer bildlichen Untersuchung mittels Videokamera (11), einer Wandstärkenmessung mit einer in die Inspektionseinheit integrierten Wandstärkenmessvorrichtung (16) mittels Ultraschall oder Magnetwellen sowie einer an der Inspektionseinheit montierten Reinigungsvorrichtung (14) kombiniert sein.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Untersuchung von Hohlprofilen, insbesondere von Trapez-, Dreiecks- oder Trogprofilen orthotroper Fahrbahnplatten von Stahlbrücken, und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Als Bauelemente im Stahlbau eingesetzte Hohlprofile, beispielsweise an eine Stahlplatte geschweißte Hohlprofile von im Brückenbau eingesetzten Fahrbahnplatten, können im Innern aufgrund der über kleine Risse in den Schweißnähten in den Hohlraum eindringenden, gegebenenfalls aggressive Bestandteile enthaltenden Feuchtigkeit korrodieren. Ein verlässlicher Innenkorrosionsschutz oder eine sichere Abdichtung gegen von außen eindringendes Wasser ist bei kleinen, nicht begehbaren und langen Hohlprofilen, die sich bei beispielsweise bei Brückenkonstruktionen über eine Länge von mehreren Hundert Metern erstrecken können, in der Regel nicht möglich oder mit einem hohen Aufwand verbunden. Daher ist auch die Tragfähigkeit der Hohlprofile bzw. der gesamten Metallkonstruktion über einen längeren Zeitraum nicht gewährleistet, wenn Risse im Schweißnahtbereich, die zum Eindringen von Feuchtigkeit und zu Korrosionserscheinungen führen können, und im Laufe der Benutzung im Innern des Hohlprofils auftretende, zu erheblicher Materialschwächung und damit zur Verminderung der Festigkeit und der Tragfähigkeit der Stahlkonstruktion führende Korrosionsschäden von außen nicht erkennbar sind.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Feststellung von Rissen im Schweißnahtbe reich und von Korrosionsschäden im Innern von langgestreckten Hohlprofilen anzugeben, um rechtzeitig geeignete Maßnahmen zur Vermeidung einer weiteren Korrosion und von Folgeschäden treffen zu können.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einem Verfahren zur Untersuchung von Hohlprofilen gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen oder zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Der dem Verfahren zugrunde liegende Kern der Erfindung besteht in der Feststellung von Schweißnahtrissen oder durch Korrosion bedingten Löchern in der Hohlprofilwand aufgrund eines mit in dem Hohlprofil verfahrbaren Schallsensoren gemessenen Strömungsgeräuschs in solchen Öffnungen, wenn in dem an den beiden Enden abdichtend verschlossenen Hohlprofil ein Unterdruck oder ein Überdruck erzeugt wird. Mit Hilfe des nach einem bestimmten Verfahrweg gemessenen Strömungsgeräuschs können somit Risse und Löcher festgestellt und örtlich zugeordnet werden.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung können die Innenflächen des Hohlprofils – zusätzlich zu der Schallmessung – bildlich untersucht werden, beispielsweise mit einer Videokamera, um dadurch die Schalluntersuchung zu unterstützen oder auf gefährdet erscheinende Bereiche mit bildlich ermittelten Korrosionserscheinungen zu konzentrieren.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung können die Innenflächen des Hohlprofils während der Inspektion, vorzugsweise in Kombination mit der bildlichen Darstellung von Korrosionserscheinungen, gereinigt werden, um korro dierte Materialschichten abzutragen und die Korrosion zu unterbrechen, aber auch Risse und Löcher leichter erfassen zu können.
In weiterer Ausbildung der Erfindung kann während der Untersuchung des Hohlprofils eine vorzugsweise mit einem Ultraschallmesskopf durchgeführte Wandstärkenmessung erfolgen, und zwar in Kombination mit der bildlichen Darstellung insbesondere in zuvor gereinigten Bereichen mit Korrosionserscheinungen.
Kern der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist eine mit einem Antrieb versehene Inspektionseinheit, die in dem an den Enden mit Hilfe von Dichtelementen verschlossenen Hohlprofil verfahrbar ist. Zur Erzeugung eines Über- oder Unterdrucks in dem Hohlprofil ist in mindestens ein Dichtelement eine an ein Saug- oder Druckpumpe bzw. Kompressor angeschlossene Ventilanordnung eingebunden. Die Inspektionseinheit weist mindestens Schallsensoren sowie eine Weglängenmesseinrichtung und eine Auswerte- und Steuereinheit auf, von der die Messdaten über ein in einem der Dichtelemente abdichtend geführtes Verbindungskabel zu einer Zentrale geleitet werden. Das Verbindungskabel dient gleichzeitig als Steuerleitung und zur Energieübertragung. Die Datenübertragung und Steuerung kann aber auch telemetrisch erfolgen und die Energieversorgung des Antriebs der Inspektionseinheit kann aus einer Batterie erfolgen.
In weiterer Ausbildung der Erfindung ist an der Inspektionseinheit eine Videokamera schwenkbar und drehbar montiert, die ebenfalls mit der Weglängenmesseinrichtung und der Auswerte- und Steuereinheit verbunden ist.
Gemäß noch einem anderen Merkmal der Erfindung sind an einem mit der Inspektionseinheit verbundenen Manipulator eine Reinigungsvorrichtung und eine Wandstärkenmessvorrichtung angebracht, die ebenfalls an die Weglängenmesseinrichtung und an die Auswerte- und Steuereinheit angeschlossen sind.
Bereits mit der nach Anspruch 9 mit Schallsensoren sowie einer Weglängenmesseinrichtung und einer Auswerte- und Steuereinheit ausgerüsteten mobilen Inspektionseinheit können wesentliche Mängel der Hohlprofile erfasst und örtlich zugeordnet werden. Eine weitere Verbesserung der Untersuchungsqualität kann durch die Kombination der Schalluntersuchung mit einer Videountersuchung und/oder einer Wandstärkenmessung und/oder einer Reinigung aller oder bestimmter Hohlkörperinnenflächen erzielt werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 einen Längsschnitt eines Hohlprofils mit einer in diesem verfahrbaren Inspektionseinheit;
2 eine vergrößerte Darstellung der Inspektionseinheit nach 1; und
3 einen senkrechten Schnitt durch eine Inspektionseinheit in einem trapezförmig ausgebildeten Hohlprofil einer orthotropen Fahrbahnplatte für eine Brückenkonstruktion.
Das in den 1 bis 3 dargestellte Hohlprofil 1, das hier beispielsweise mir einer im Brückenbau eingesetzten orthotropen Fahrbahnplatte 2 verbunden ist, wird während der Inspektion an den beiden Enden durch erste und zweite Dichtelemente 3, 4 in Form von Absperrmolchen druckdicht verschlossen. Während in das erste Dichtelement 3 eine Ventileinrichtung 5 zur Zuführung eines Druckmediums in den Innenraum des Hohlprofils 1 (oder auch zur Erzeugung eines Unterdrucks im Innern des Hohlprofils) integriert ist, weist das zweite Dichtelement 4 eine Kabeldurchführungsdichtung 6, zum Beispiel eine Kabelschleuse oder eine Lippendichtung, zur abdichtenden Durchführung eines an eine Inspektionseinheit 7 angeschlossenen Verbindungskabels 8 zur Energie- und Datenübertragung und zur Steuerung der Inspektionseinheit auf. Die Inspektionseinheit 7 verfügt über von einem Antrieb (nicht dargestellt) angetriebene Laufräder 17 auf und ist innerhalb des Hohlprofils 1 verfahrbar.
Kernstück der Inspektionseinheit 7 ist ein Schallsensor 10, der hier speziell auf die Schweißnähte 9 des Hohlprofils 1 gerichtet ist. Sofern die aneinanderstoßenden und durch die Schweißnaht 9 verbundenen Teile nicht abdichtend miteinander verschweißt sind oder Risse in der Schweißnaht 9 vorhanden sind, strömt über die undichten Stellen (die durch Lochfraß auch direkt in der Wand des Hohlprofils entstehen können) infolge des durch Unterdruck oder Überdruck im Hohlprofil bestehenden Druckunterschieds zur Atmosphäre Luft. Das dabei entstehende Geräusch wird von dem Schallsensor 10 erfasst und in einer Auswerte- und Steuereinheit 18, in der auch der von der Inspektionseinheit 7 jeweils zurückgelegte und von einer Weglängenmesseinrichtung 15 ermittelte Weg aufgezeichnet wird, registriert. Auf diese Weise können kleinste Öffnungen, über die Feuchtigkeit oder andere korrosive Medien in das Hohlprofil 1 eindringen und zu einer von außen nicht sichtbaren Korrosion führen können, erfasst und lokalisiert werden. Die Messdaten werden in der Auswerteeinheit 18 aufgezeichnet und/oder über das Verbindungskabel 8 zu einer Zentrale weitergeleitet, so dass später entsprechende Maßnahmen zum Schließen der Öffnungen getroffen werden können.
An der Inspektionseinheit 7 ist des Weiteren eine um 360° verschwenkbare, über die Auswerte- und Steuereinheit 18 mit der Weglängenmesseinrichtung 15 verbundene Videokamera 11 zur Erfassung und örtlichen Bestimmung von Korrosionsschäden an den Innenflächen des Hohlprofils 1 angebracht. Die Videobilder werden zu der Zentrale übertragen. Mittels einer an einem Manipulator 12 angebrachten, rotierende Drahtbürsten 13 umfassenden Reinigungsvorrichtung 14 kann korrodiertes Material entfernt werden um eine exakte Schichtdickenmessung durchführen zu können.
An dem Manipulator 12 ist außerdem eine ebenfalls an die Weglängenmesseinrichtung 15 und die Auswerte- und Steuereinheit 18 angeschlossene Wandstärkenmessvorrichtung 16 in Form eines Ultraschall- oder Magnetmesskopfes zur ortsbestimmten Erfassung von Bereichen mit infolge Korrosion verminderter Wandstärke angebracht.

1: Hohlprofil
2: Fahrbahnplatte
3: Erstes Dichtelement
4: Zweites Dichtelement
5: Ventileinrichtung
6: Kabelführung
7: Inspektionseinheit
8: Verbindungskabel
9: Schweißnähte
10: Schallsensor
11: Videokamera
12: Manipulator
13: Drahtbürsten
14: Reinigungsvorrichtung
15: Weglängenmesseinrichtung
16: Wandstärkenmessvorrichtung
17: Laufräder v. 7
18: Auswerte- und Steuereinheit

Claims

Verfahren zur Untersuchung von Hohlprofilen, insbesondere von geschweißten Trapez-, Dreiecks- oder Trogprofilen orthotroper Fahrbahnplatten von Stahlbrücken, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlprofile an den Enden druckdicht geschlossen werden und in diesen gegenüber der Umgebung ein Überdruck oder ein Unterdruck erzeugt wird, und das infolge des Druckunterschieds in durch Rissbildung im Schweißnahtbereich oder Korrosion im Hohlprofil entstandenen Öffnungen bewirkte Strömungsgeräusch mit einem im Innern des Hohlprofils auf einer mobilen Inspektionseinheit angeordneten Schallsensor erfasst und entsprechend dem Verfahrweg lokalisiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung des Druckunterschieds zur Umgebung in das abgedichtete Hohlprofil Druckluft eingeführt oder in diesem vorhandene Luft abgesaugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass gleichzeitig mit der Audioinspektion eine Videoinspektion der Innenflächen des Hohlprofils zur bildlichen Erfassung und Lokalisierung von Korrosionsschäden durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass an den Innenflächen des Hohlprofils mittels einer an der mobilen Inspektionseinheit angebrachten Reinigungsvorrichtung eine mechanische Reinigung und Entrostung durch geführt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigung und Entrostung im Bereich der durch Videoinspektion ermittelten Korrosionsschäden durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer mit der Inspektionseinheit verbundenen Messvorrichtung die Wandstärke des Hohlprofils gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärkenmessung in bildlich erfassten und/oder gereinigten Korrosionsbereichen durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärkenmessung mit Ultraschall oder Magnetfeldern durchgeführt wird.
Vorrichtung zur Untersuchung von Hohlprofilen, die während der Untersuchung im Innern unter Über- oder Unterdruck stehen, insbesondere von Trapez-, Dreiecks- oder Trogprofilen orthotroper Fahrbahnplatten von Stahlbrücken, gekennzeichnet durch eine in dem mit ersten und zweiten Dichtelementen (3, 4) beidseitig abdichtend verschlossenen Hohlprofil (1) verfahrbare, mit einem Antrieb versehene Inspektionseinheit (7), die mit Schallsensoren (10) und einer Weglängenmesseinrichtung (15) zur Erfassung und Lokalisierung von Rissen und Löchern sowie einer mit diesen verknüpften Auswerte- und Steuereinheit (18) zum Speichern und/oder Übertragen der Messdaten zu einer Zentrale sowie zur Steuerung der Inspektionseinheit (7) ausgerüstet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass an die Inspektionseinheit (7) ein Verbindungskabel (8) zur Energieversorgung und Steuerung der Inspektionseinheit (7) und zur Datenübertragung angeschlossen ist, das in einem der Dichtelemente (3, 4) in einer Kabelführung (6) abdichtend geführt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kabelführung (6) als Lippendichtung oder Kabelschleuse ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zur bildlichen Erfassung und Ortsbestimmung von Korrosionserscheinungen an der Inspektionseinheit (7) eine an die Weglängenmesseinrichtung (15) und die Auswerte- und Steuereinheit (18) angeschlossene Videokamera (11) so angebracht ist, dass alle Innenflächen des Hohlprofils (1) bildlich erfasst werden können.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass an einem an der Inspektionseinheit (7) angeordneten Manipulator (12) eine Reinigungsvorrichtung (14) angebracht ist.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungsvorrichtung (14) rotierenden Reinigungskopf (13) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungsvorrichtung (14) an die Auswerte- und Steuereinheit (18) angeschlossen ist und in Abhängigkeit von den ermittelten Korrosionserscheinungen steuerbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass an der Inspektionseinheit (7) eine mit der Weglängenmesseinrichtung (15) und der Auswerte- und Steuereinheit (18) verbundene Wandstärkenmessvorrichtung (16) zur ortsbestimmten Erfassung von Bereichen mit infolge Korrosion verminderter Wandstärke angebracht ist.
Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärkenmessvorrichtung (16) ein Ultraschall- oder Magnetfeldmesskopf ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schallsensoren (10) auf die Schweißnähte (9) ausgerichtet sind.