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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Inspektion von Rohren, mit
einer mit einem Kabel verbundenen Inspektionseinrichtung.
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Derartige
Inspektionseinrichtungen werden nicht nur zur Überprüfung des Zustands von Rohrsystemen,
sondern auch zur Kanalrohrverlaufs- und Krümmungsmessung verwendet. Zur
Vermessung von Rohrbögen
ist allerdings regelmäßig die
aktive Mitwirkung des Operators notwendig, der die Rohrbögen mit
Hilfe der in das Kanalrohrsystem eingebrachten als Kamera ausgebildeten
Inspektionseinrichtung genau anpeilen muss, worauf eine Software den
Winkel des Krümmers
berechnen kann.
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Da
die Bestimmung des Krümmungswinkels des
Krümmers
per Softwaretool nicht vollständig
automatisch erfolgen kann, ist einerseits eine ausrechend hohe Qualifikation
des Bedienpersonals notwendig, andererseits muss für derartige
Messungen auch mehr Zeit als bei vollautomatisierten Verfahren eingerechnet
werden. Außerdem
ist die Vermessung von kurz hintereinander beabstandeten Krümmungen
oftmals nicht mit dem halbautomatischen Verfahren möglich.
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Die
alternativen vollautomatischen Lösungen,
die eine Ortung der Inspektionsgeräts im Kanalrohrsystem bzw.
eine Aufzeichnung der im Kanalrohrsystem zurückgelegten Wegstrecke ermöglichen,
haben hingegen den Nachteil, dass diese sehr komplex aufgebaut und
aufgrund der zu großen
Abmessungen der dafür
notwendigen Sensorkomponenten nicht für die Anwendung in Kanälen mit
geringen Nennweiten, wie sie z. B. in Hausanschlüssen vorkommen, geeignet sind.
Außerdem
führt der
Aufbau dieser Inspektionseinrichtungen zu einer erheblichen Einschränkung der
Bogengängigkeit
und Reichweite im Rohr. Schließlich
ist die bei diesem Verfahren anfallende Datenmenge erheblich, wobei störende, die
Messgenauigkeit beeinträchtigende, dreidimensionale
Beschleunigungen z. B. infolge der Überwindung von Verbindungsstellen,
auftreten und große
Fehler bei der Positionsbestimmung durch Drift zu erwarten sind.
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zur Inspektion von
Rohren zu schaffen, mit der speziell der Krümmungswinkel der in Rohrleitungen
angeordneten Krümmer
weitgehend automatisch, zuverlässig
und insbesondere einfach bestimmt werden kann.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Rohrinspektionseinheit mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Die
Unteransprüche
geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung wieder.
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Grundgedanke
der Erfindung ist es, wenigstens eine Knickwinkelsonde in wenigstens
einem Teilabschnitt des Kabels zum Erfassen der Biegung des Teilabschnitts
vorzusehen, wobei die Biegung des durch einen Krümmer gelegten Kabels näherungsweise
dem Krümmungswinkel des
Krümmers entspricht.
Derart ausgestaltet wird eine einfach herzustellende und ohne besondere
Anforderungen leicht zu bedienende Vorrichtung geschaffen, mit der der
Krümmungswinkel
von Krümmern
automatisch bestimmt werden kann.
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Allerdings
sind die herkömmlichen
Knickwinkelsonden aufgrund der relativ langen Vorläufer und Nachläufer nur
für die
Vermessung von Rohrsystemen mit relativ großen Krümmungsradien, nicht jedoch
für Abwässerkanäle und Hausanschlüsse geeignet.
Darüber
hinaus ist auch das für
herkömmliche Knickwinkelsonden
verwendete optische Messprinzip für die Vermessung von Abwässerkanälen und Hausanschlüssen ungeeignet,
da die verwendeten optischen (CCD) Messsysteme relativ viel Platz
auf der Stirnfläche
zumindest eines Läufergliedes
sowie aufwändige
Abdichtung gegen Verschmutzungen benötigen.
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Erfindungsgemäß ist daher
bevorzugt vorgesehen, dass das optische Messverfahren durch ein magnetisches
Messverfahren ersetzt wird, an das keine so hohen Anforderungen
gestellt werden muss. Hauptvorteile der Magnetfeldsensorik gegenüber den
optischen Messverfahren sind die wesentlich geringe Empfindlichkeit
gegen Verschmutzung, die kleineren Abmessungen sowie die geringeren
Herstellkosten der Sensorkomponenten, i. e. Sensorchip und Hartmagnet.
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Die
Erfindung wird anhand eines in den Zeichnungen dargestellten, besonders
bevorzugt für die
Inspektion von Abwasserleitungen ausgestalteten Ausführungsbeispiels
näher erläutert. Es
versteht sich jedoch, dass die Erfindung auch für die Inspektion und Vermessung
anderer Rohrsysteme, wie z. B. Wasser- und Gasleitungen, verwendet
werden kann. Die Abbildungen zeigen:
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1 eine
geschnittene Ansicht eines um 90° gekrümmt verlaufenden
Rohrs mit einer darin eingebrachten erfindungsgemäßen Rohrinspektionseinheit
(a) und eine Detailansicht der Rohrinspektionseinheit im Bereich
des Vorschubkabels (b);
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2 eine
geschnittene, perspektivische Ansicht der in 1 abgebildeten
Anordnung;
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3 eine
weitere geschnittene Ansicht eines weiteren, nur schwach gekrümmten Rohrs
mit einer darin eingebrachten erfindungsgemäßen Rohrinspektionseinheit;
und
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4 eine
geschnittene, perspektivische Ansicht der in 3 abgebildeten
Anordnung.
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1a zeigt
eine geschnittene Ansicht eines um 90° gekrümmt verlaufenden Rohrs mit
einer darin eingebrachten erfindungsgemäß ausgestalteten Rohrinspektionseinheit.
Das Rohr R weist einen gekrümmten
Abschnitt, einen sogenannten „Krümmer”, auf,
der im gezeigten Beispiel einen Krümmungswinkel von 90° besitzt.
Die in das Rohr R vorgeschobene als Vorschubkamera ausgebildete
Inspektionseinheit 10 ist durch den Krümmer hindurchgeschoben, sodass
das mit der die Kamera aufweisenden Inspektionseinrichtung 30 verbundene
Kabel 20 mit dem Teilabschnitt im Krümmer zu liegen kommt, in dem
die Knickwinkelsonde 40a, 40b, 50, 60 angeordnet
ist.
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2 zeigt
zum besseren Verständnis
eine perspektivische Ansicht, wobei 3 und 4 ein anderes
Rohr R mit einem geringen Krümmungswinkel
darstellen.
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Es
versteht sich, dass die Inspektionseinrichtung 10 nicht
unbedingt als Vorschubkamera und das Kabel als Vorschubkabel ausgebildet
sein muss. Es ist auch denkbar, dass die Inspektionseinrichtung
einen Fahrwagen aufweist, der wiederum eine Kamera aufweisen kann.
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1b zeigt eine Detailansicht der Rohrinspektionseinheit
aus 1a im Bereich des Kabels 20.
Die bevorzugt in räumlicher
Nachbarschaft zur Inspektionseinrichtung 10 angeordnete,
vom Kabel 20 ummantelte oder einen gesonderten Schutzmantel aufweisende
Knickwinkelsonde 40a, 40b, 50, 60 weist
einen Knickwinkelsensor 50, 60 auf, der aus einem
Magneten 50, bevorzugt aus einem Hartmagneten, und einem
Magnetfeldsensor 60 gebildet ist. Im gezeigten Beispiel
ist der Hartmagnet 50 am Vorläufer 40a und der Magnetfeldsensor 60 am
Nachläufer 40b der
Knickwinkelsonde 40a, 40b, 50, 60 angeordnet.
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Die
Knickwinkelsonde 40a, 40b, 50, 60 kann in
das Kabel 20 selbst integriert sein oder eine eigene flexible,
schlauchförmige
Umhüllung
aufweisen, die an ihren Enden wasserdicht verschlossen ist. Dabei weist
die Knickwinkelsonde 40a, 40b, 50, 60 bevorzugt
einen achsparallelen tangentialen Übergang zum Kabel 20 sowie
einen längsachsparallelen Übergang
zur Inspektionseinrichtung 10 auf.
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Um
Rohrverlaufs- bzw. Krümmungsmessungen
in möglichst
kleinen Rohren mit engen Krümmungsradien
durchzuführen,
wird vorgeschlagen, bevorzugt mehr als zweigliedrige Knickwinkelsonden 40a, 40b, 50, 60 mit
kurzen Läufersegmenten 40a, 40b zu
verwenden, da bei größerer effektiver
Gesamtlänge
der Knickwinkelsonde 40a, 40b, 50, 60 eine
genauere Anpassung der Knickwinkelsonde 40a, 40b, 50, 60 an
das vermessende Rohr R, bei gleichzeitig verbesserter Passierbarkeit
von Krümmern
mit sehr geringem Krümmungsradius,
ermöglicht
ist.
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Ist
die Knickwinkelsonde 40a, 40b, 50, 60 wenigstens
dreigliedrig ausgebildet, ist das mittlere Glied als Vor- und Nachläufer ausgebildet,
d. h. das mittlere Glied weist an seinem Ende einen Hartmagneten 50 und
an seinem anderen Ende einen Magnetfeldsensor 60 auf, die
jeweils mit an einem diesen Elementen gegenüberliegenden Magnetfeldsensor 60 bzw.
Hartmagneten 50 zusammenwirken.
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Vorläufer 40a und
Nachläufer 40b der
Knickwinkelsonde 40a, 40b, 50, 60 sind
(jeweils) über
ein Gelenk mit wenigstens einem Freiheitsgrad miteinander verbunden.
Besonders bevorzugt sind Vorläufer 40a und
Nachläufer
der Knickwinkelsonde 40a, 40b, 50, 60 jedoch über ein
Kugelgelenk miteinander verbunden, sodass eine genaue dreidimensionale
Vermessung vorgenommen werden kann.
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Als
Magnetfeldsensoren 60 kommen zweidimensionale Hall-, AMR-,
GMR- oder GMI-Sensoren in
Betracht, bevorzugt werden jedoch dreidimensionale Hall, AMR, GMR
oder GMI Sensoren verwendet. Die dreidimensionalen Magnetfeldsensoren 60 messen
den relativen dreidimensionalen Winkel des Magnetfeldes des Gebermagneten 50 zum
Magnetfeldsen sor 60. Dafür werden die X-, Y-, und Z-Komponenten
des Magnetfeldes erfasst sowie anschließend einem Berechnungsalgorithmus
zur Bestimmung des Winkels zugeführt.
Der resultierende räumliche
Gesamtwinkel der Rohrkrümmung
ergibt sich durch die geometrische Addition der gemessenen Einzelwinkel
aller Knickwinkelsensoren 50, 60 der Knickwinkelsonde 40a, 40b, 50, 60 unter
Berücksichtigung
der bekannten Länge
der Läufersegmente 40a, 40b.
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Bevorzugt
weist die erfindungsgemäße Vorrichtung
in einem Teilabschnitt des Kabels, bevorzugt am Vor- oder am Nachläufer, oder
an der Inspektionseinrichtung wenigstens einen Schwerkraftsensor auf.
Zur Ermittlung des Nick- und Rollwinkels sind Vorläufer 40a und
Nachläufer 40b bevorzugt
mit jeweils entsprechenden Schwerkraft-Sensorpaaren ausgerüstet, wobei
bei mehrgliedrigen Knickwinkelsonden 40a, 40b, 50, 60 besonders
bevorzugt nur die endständigen
Glieder der Knickwinkelsonde 40a, 40b, 50, 60 einen
Schwerkraftsensor aufweisen. Derart ausgebildet kann auch eine Torsion
des Kabels 20 bei der Auswertung berücksichtigt werden.
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Des
Weiteren ist die Integration aller Sensorglieder bzw. des im Schlauch
montierten Sensorsystems in einer flexiblen Schiebestabumhüllung, zusammen
mit weiteren Leitungen sowie einem Glasfaserstab, möglich. Diese
Bauart oder ersatzweise eine tangentiale Befestigung des Anfangs-
und Endpunktes der Sensorkette an einem Schiebestab zum einem und
der Vorschubeinheit bzw. einer Kamera zum anderen, ermöglicht die
Verwendung des Schiebestabes bzw. Schiebestabschlauches als zusätzliche
Verlängerung
des Knickwinkelsonde. Diese führt wie
bereits weiter oben dargestellt, aufgrund der vergrößerten effektiven
Sensorlänge,
zu einer genaueren Erfassung des Kanalverlaufes und somit zu einer genaueren
Messung des Knickwinkels.
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Sollte
die Kameraachse nicht achsparallel im Rohr liegen, kann mittels
Schwenken des Kamerakopfes in Richtung der Längsachse des Rohres, unter
Berücksichtigung
des damit verbundenen Schwenkwinkels, eine rechnerische Fehlerkompensation
durchgeführt
werden.
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Da
auch nur eine begrenzte Anzahl von Krümmern mit vorbestimmtem Krümmungswinkel verbaut
wird, ist eine exakte Bestimmung des Krümmungswinkels oftmals nicht
notwendig. Vielmehr ist es ausreichend, eine Auswerteeinrichtung
vorzusehen, die einen Krümmer
aufgrund des von der Knickwinkelsonde 40a, 40b, 50, 60 gemessenen
Winkels klassifiziert. Hierzu kann beispielsweise eine tabellarische
Zuordnung von durchschnittlich gemessenen Winkeln zu tatsächlich vorliegendem
Krümmungswinkel
des Krümmers
hinterlegt sein, die eine Klassifizierung ermöglicht.
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Es
versteht sich, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 zur
Erfassung der genauen Lage des Krümmers mit einem Meterzähler für die eingeschobene
Schubstab- bzw. ausgefahrene Kabellänge ausgestattet werden kann.
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Schließlich ist
es von Vorteil, dass die Sensorchips per Datenbus untereinander
elektrisch verbunden werden, damit die Anzahl der benötigten Verbindungsadern
nicht zu groß ausfällt.
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Grundlegende
Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung
sind ein einfacher, aufgrund der Verwendung preisgünstiger
Sensorelemente kostengünstiger
kompakter Aufbau mit geringem Gesamtgewicht und unverminderter Reichweite
und Bogengängigkeit.
Diese ermöglicht
eine weitgehend automatische und hinreichend genaue Vermessung des Rohverlaufes,
auch bei kurz zu einander beabstandeten Krümmungen. Dabei ist das Messverfahren weitgehend
störgrößenunempfindlich,
da kein Einfluss von Beschleunigungen des Schiebebetriebes besteht.