DE102015010977A1

DE102015010977A1 - "Verfahren und Vorrichtung zum Erfassen einer beim Einziehen eines Rohres oder einer Leitung eingeleiteten Zugkraft"

Info

Publication number: DE102015010977A1
Application number: DE102015010977.4A
Authority: DE
Inventors: Holger Hesse
Original assignee: Tracto Technik GmbH and Co KG
Current assignee: Tracto Technik GmbH and Co KG
Priority date: 2015-08-26
Filing date: 2015-08-26
Publication date: 2017-03-02
Also published as: US20190316418A1; WO2017032457A1; EP3341557A1; US10982489B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erfassen einer beim Einziehen eines Rohres oder einer Leitung eingeleiteten Zugkraft, bei dem eine Dehnung des Rohres oder der Leitung mittels eines oder mehrerer an dem Rohr oder der Leitung angeordneter Sensoren erfasst wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erfassen einer beim Einziehen eines Rohres oder einer Leitung eingeleiteten Zugkraft.
Ein Einziehen eines Rohres oder einer Leitung erfolgt üblicherweise derart, dass zunächst eine Pilotbohrung von einem Startpunkt zu einem Zielpunkt eingebracht wird, in dem ein Bohrgestänge von einer Antriebsvorrichtung durch das Erdreich vorgetrieben wird. Das Bohrgestänge kann drehend und/oder drückend bzw. ziehend durch das Erdreich vorgetrieben werden. Es ist auch ein Antrieb mittels einer schlagenden Vorrichtung möglich. Am Zielpunkt lässt sich dann ein Rohr oder eine Leitung mit dem Bohrgestänge verbinden, wobei die Kupplung Zugkräfte, aber keine Drehung von dem Bohrgestänge auf das Rohr oder die Leitung überträgt. Ist der Durchmesser des Rohrs oder der Leitung gleich oder kleiner als der Durchmesser des Bohrgestänges, ist ein Aufweiten der Pilotbohrung beim Einziehen des Rohres oder der Leitung nicht erforderlich. Ist der Durchmesser des Rohres oder der Leitung größer als der Durchmesser des Bohrgestänges, muss zwischen dem Bohrgestänge und der Kupplung für das Rohr oder die Leitung ein Aufweitkopf eingesetzt werden, der dazu dient, das Erdreich und Gestein um die Pilotbohrung herum bis zum Durchmesser des Aufweitkopfs zu lockern und abzutragen. Um das Lockern und Abtragen des Erdreichs und Gesteins zu erleichtern und das Abfördern an die Erdoberfläche zu bewerkstelligen, kann dem Aufweitkopf eine Spülflüssigkeit zugeführt werden, die eine Bentonit-Suspension mit einstellbarer Viskosität aufweisen kann. Zumindest ein Teil der thixotropen Bentonit-Suspension fließt in der Regel durch einen Ringkanal zwischen der aufgeweiteten Bohrung und dem einzuziehenden Rohr bzw. Leitung und vermindert die Reibung zwischen der Wandung der aufgeweiteten Bohrung und dem Rohr oder der Leitung.
Die Erfassung der eingeleiteten Zugkräfte auf das Rohr oder die Leitung erfolgt üblicherweise mittels einer an der Kupplung zwischen dem Ende des Bohrgestänges und dem Rohr bzw. der Leitung angeordneten Zugkraftmessvorrichtung, wobei die ermittelte Zugkraft einem Datenlogger zugeführt wird und/oder die Weitergabe der Daten simultan über Funkwellen erfolgt. Beispielsweise beschreibt DE 297 24 364 U1 eine Vorrichtung zum Einziehen von Rohren oder Kabeln in eine Pilotbohrung, bei der zwischen dem einzuziehenden Rohr bzw. dem Kabel eine Kupplung angeordnet ist, in der eine Zugkraftmessvorrichtung integriert ist.
Die zulässigen Zugkräfte sind beispielsweise bei einzuziehenden Kunststoffrohren von der Zeit und der Temperatur der Rohrwand des Kunststoffrohrs abhängig. Es besteht ein Bedürfnis, dass die Qualität der Verlegung bewertet und die Güte der verlegten Rohrleitung schon aus Gründen der Gewährleistung bewertet werden muss. Gemäß den bekannten technischen Lösungen werden nur die in Längsrichtung eingeleiteten Zugkräfte am Rohranfang erfasst. Die Betrachtung der zulässigen Zugkräfte erfolgt immer unter Berücksichtigung der Annahme, dass die Rohrwanddicke der minimal zulässigen Wanddicke entspricht. Da eine indirekte Erfassung vorgenommen wird, werden Toleranzwerte angegeben, die dazu führen, dass in der Regel eine viel geringere Zugkraft verwendet wird, als sie rein technisch möglich wäre. Damit bleibt Potenzial ungenutzt, da eine höhere Zugkraft direkt in eine längere Verlegestrecke umgesetzt werden könnte.
Zum anderen führen höhere Rohrwandtemperaturen, als die in den Bemessungsgrundlagen vorgesehen sind, zu einer Verringerung der zulässigen Zugkraft und damit erhöht sich die Gefahr der Zerstörung des Rohres während des Einziehvorgangs.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Möglichkeit zu schaffen, den Einfluss der aufgebrachten Zugkraft beim Einziehen zu erfassen, um ein verbessertes Verlegen eines Rohres oder einer Leitung zu ermöglichen.
Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, eine Dehnung des in das Erdreich oder Altrohr einzuziehenden Rohrs oder Leitung zu betrachten, da die Veränderungen der drucktragenden Wandung des einzuziehenden Elements erfasst werden können und unzulässige Veränderungen schon auf der Baustelle direkt beim Einziehen nachgewiesen werden können. Da im Wesentlichen der genaue Rohraufbau hinsichtlich Durchmesser und Wanddickentoleranz nicht ermittelt wird, der exakte E-Modul unbekannt und die Wandtemperatur des einzuziehenden Elements zunächst auch unbekannt ist, kann die Dehnung des Rohrs oder der Leitung in axialer Richtung sicher und einfach ermittelt werden. An die Wandung des einzuziehenden Elements, in Einziehrichtung gesehen am Anfang, kann eine Erfassungseinrichtung eingebracht werden, die die Dehnung in Längsrichtung an einer oder mehreren Stellen der Wandung des einzuziehenden Elements aufzeichnet. Mit dem erfindungsgemäßen Ansatz kann eine Zugkraftmesseinrichtung durch Dehnungsmessung am einzuziehenden Element direkt erfasst werden.
Der der Erfindung zugrundeliegende Gedanke ist auf alle grabenlosen Verlegeverfahren von Rohren, insbesondere Kunststoffrohren anwendbar. Die Rohre können auch metallisch sein.
Die Erfindung schafft ein Verfahren zum Erfassen einer beim Einziehen eines Rohrs oder einer Leitung eingeleiteten Zugkraft, wobei die Dehnung des Rohres oder der Leitung mittels eines oder mehrerer an dem Rohr bzw. der Leitung angeordneten Sensors erfasst wird. Auf diese Weise wird die Betrachtung der Auswirkung der auf das einzuziehende Element wirkenden Kräfte direkt erfasst. Bei der Erfassung gehen die tatsächliche Wanddicke und die Wandtemperatur des einzuziehenden Elements automatisch in die Messung ein. Beispielsweise führt eine zu hohe Zugkraft zu einer plastischen Verformung des einzuziehenden Elements, was direkt mittels einer Veränderung des einzuziehenden Elements nachgewiesen werden kann.
Der Begriff „Rohr” im Sinne der Erfindung umfasst jedweden länglichen Hohlkörper, dessen Länge in der Regel wesentlich größer ist als sein Durchmesser. Ein „Rohr” im Sinne der Erfindung kann insbesondere einen kreisrunden Querschnitt aufweisen, wobei auch andere Querschnittsformen, beispielsweise ellipsenförmig oder polygonförmig möglich sind. Der Begriff „Rohr” umfasst Rohre aus unterschiedlichen Werkstoffen, wobei der Werkstoff Kunststoff bevorzugt ist. Der Begriff „Leitung” erfasst erfindungsgemäß Rohrleitungen, die beispielsweise dem Transport von Fluiden oder pumpfähigen Feststoffen dienen, wobei eine Rohrleitung auch Armaturen, Verbindungselemente und/oder Dichtungen aufweisen kann. Der Begriff „Leitung” umfasst auch Kabel.
Die Dehnung kann optisch, elektrisch oder mechanisch gemessen werden. Entsprechende Sensoren und Messvorrichtungen sind möglich. Die Dehnung kann aufgezeichnet und/oder an eine andere Vorrichtung übertragen werden. Die andere Vorrichtung kann insbesondere ein Speichermedium oder Auswerteeinheit sein.
Der Begriff „Dehnungssensor” im Sinne der Erfindung umfasst einen Dehnungsmessstreifen, mit dem eine direkte Methode der Messung einer Dehnung mittels Veränderung elektrischer Anschlusswerte angewendet werden kann. Hierzu kann der Dehnungsmessstreifen vorzugsweise mit dem einzuziehenden Element, d. h. dem Rohr oder der Leitung stoffschlüssig verbunden werden. Die Verwendung von Dehnungsmessstreifen mit Mehrfach-Messgittern ermöglicht die gleichzeitige Erfassung von Längendehnung und Umfangsreduktion. Eine weitere Möglichkeit, geringe Dehnungen über große Längen erfassen zu können, besteht in der Verwendung eines Faser-Bragg-Gitters. Der Begriff „Dehnungssensors” umfasst demzufolge auch ein Faser-Bragg-Gitter. Zur Ausbildung eines Faser-Bragg-Gitters können Lichtleitfasern aufgeklebt werden, die ihrerseits abhängig von ihrer Länge eine bestimmte Lichtwellenlänge filtern, die mit optischen Methoden analysiert werden kann. Wird die Länge der Lichtleitfasern aufgrund der Dehnung verändert, so wird die gefilterte Lichtwellenlänge verändert und gilt als Maß für die vorliegende Dehnung. Gleichzeitig kann die Änderung der Rohrwandtemperatur während der Verlegung aus der Wellenlängenänderung abgeleitet und kompensiert werden.
Beispielsweise kann die Dehnung während des Einziehens des einzuziehenden Elements direkt ausgewertet werden. Die Dehnung kann direkt in den elastischen und plastischen Anteil der Dehnung aufgeschlüsselt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der eine oder die mehreren Sensoren an dem Rohr oder der Leitung befestigt. Hierdurch wird eine einfache Möglichkeit geschaffen, die Dehnung am einzuziehenden Element direkt zu bestimmen. Der Dehnungssensor kann an die Innenwandung eines einzuziehenden Elements, insbesondere eines Rohrs oder einer Leitung befestigt werden. Vorzugsweise erfolgt die Befestigung mittels einer stoffschlüssigen Verbindung, wie Aufkleben auf dem Rohr, vorzugsweise auf der Innenoberfläche, oder mechanische Ankopplung, wie Verspannen oder Verzahnen.
Vorzugsweise wird der eine oder die mehreren Sensoren an einem Zugkopf befestigt, mit dem das Rohr oder die Leitung eingezogen wird. Der Dehnungssensor kann an einem Ende mit dem Zugkopf und mit dem anderen Ende am einzuziehenden Element befestigt werden, so dass eine flächige Verbindung entlang des Dehnungssensors mit der Rohrwandung entfallen kann. Es kann stattdessen vorgesehen sein, ein Ende des Dehnungssensors mit dem Zugkopf und ein anderes Ende mit dem einzuziehenden Element zu verbinden.
Vorzugsweise kann die Temperatur im Bereich des Sensors erfasst werden, um eine Kompensation der gemessenen Ergebnisse zu ermöglichen. Die im Bereich des Sensors erfasste Temperatur kann aufgezeichnet und/oder an eine Auswerteeinheit simultan übermittelt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Dehnung des Rohrs oder der Leitung umfänglich verteilt erfasst. Vorzugsweise werden mehrere Dehnungssensoren winkelversetzt am Umfang des einzuziehenden Elements verteilt angeordnet. Die Anordnung der Dehnungssensoren kann winkeläquidistant erfolgen. Es ist aber auch möglich, eine Dehnung des einzuziehenden Elements an mehreren Stellen in longitudinaler Richtung voneinander beabstandet zu erfassen. Beispielsweise können zwei Dehnungssensoren in longitudinaler Richtung hintereinander bzw. versetzt (d. h. winkelversetzt) zueinander angeordnet sein.
Die Erfindung schafft auch eine Vorrichtung zur Erfassung einer beim Einziehen eines Rohrs oder einer Leitung eingeleiteten Zugkraft, wobei die Vorrichtung einen Dehnungssensor umfasst. Der Dehnungssensor kann eine Verbindung mit einem Zugkopf einer Einzugsvorrichtung aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann der Dehnungssensor eine Verbindung für eine drahtlose Kommunikation von Signalen aufweisen.
Unter einer „Einzugsvorrichtung” wird jede Vorrichtung verstanden, mit dem ein Rohr oder eine Leitung in Erdreich eingezogen werden kann. Die Vorrichtung kann eine HDD-Vorrichtung oder eine selbstschlagende Vorrichtung sein.
Im Sinne der Erfindung umfasst der Begriff „Verbindung mit einem Zugkopf” auch eine Durchführung eines Kabels, mit dem der Dehnungssensor verbunden ist, und das zur Übertragung des vom Dehnungssensor erfassten Signals verwendet werden kann. Auf diese Weise ist es möglich, dass die am Dehnungssensor in Abhängigkeit von der Dehnung anstehenden Signale mittels des Kabels und eines eventuell weiterführenden Kabels vom Zugkopf zur Erdoberfläche übermittelt werden können. Es ist aber alternativ oder zusätzlich möglich, dass der Dehnungssensor eine Verbindung mit einer Aufzeichnungsvorrichtung aufweist, die beispielsweise nach dem Einziehen des Rohres und Bergen des Zugkopfs erst hinsichtlich der Daten der Signale des Dehnungssensors ausgewertet wird. Alternativ oder zusätzlich kann der Dehnungssensor eine Verbindung für eine drahtlose Kommunikation von dem am Dehnungssensor anstehenden in Reaktion auf die Dehnung des einzuziehenden Elements hervorgerufenen Signal aufweisen. Eine drahtlose Kommunikation, die eine Überwachung der Grenzwerte während des Einziehungsvorgangs ermöglicht, ist bevorzugt.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Dehnungssensor zumindest teilweise am Zugkopf befestigt. Vorzugsweise ist eines der Enden eines Dehnungssensors mit dem einzuziehenden Element verbunden, so dass eine Dehnung zwischen dem Zugkopf und dem einzuziehenden Element ermittelt werden kann. Sofern der Dehnungssensor am Zugkopf zumindest teilweise befestigt ist, so wird technisch ausgenutzt, dass das einzuziehende Element fest mit dem Zugkopf verspannt ist und eine Dehnung zwischen dem Zugkopf und dem einzuziehenden Element der Dehnung des einzuziehenden Elements über der Distanz zwischen den beiden Befestigungspunkten des Dehnungssensors entspricht.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Temperatursensor benachbart zum Dehnungssensor in der Nähe des Zugkopfes angeordnet. Durch einen Temperatursensor kann eine Temperatur im Bereich des Dehnungssensors ermittelt werden, und eine Kompensation der gemessenen Signale aufgrund der Dehnung ist möglich.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Dehnungssensor endseitig ein Befestigungselement auf, welches derart ausgestaltet ist, mit dem Rohr, der Rohrleitung oder dem Kabel ausgerichtet verbunden zu werden.
Die vorstehenden Ausführungen stellen ebenso wie die nachfolgende Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen keinen Verzicht auf bestimmte Ausführungsformen oder Merkmale dar.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
In den Zeichnungen zeigen:
1 eine Ausführungsform in teilweise geschnittener schematischer Darstellung, bei der ein Dehnungssensor hinter einem Zugkopf angeordnet ist; und
2 eine weitere Ausführungsform in teilweise geschnittener schematischer Darstellung, bei der ein Dehnungssensor mechanisch mit einem Zugkopf verbunden ist.
1 zeigt eine Ausführungsform einer Vorrichtung zur Erfassung einer beim Einziehen eines Rohres 1 oder einer Leitung eingeleiteten Zugkraft. Das Rohr 1 ist mit einem Zugkopf 2 mittels einer Spannhülse 3 verspannt, so dass das Rohr 1 mit dem Zugkopf 2, welcher mit einer Zugvorrichtung, die nicht dargestellt ist, verbunden ist, in Erdreich eingezogen werden kann. Im Bereich des Endes des Rohres 1, welches benachbart zum Zugkopf 2 ist, ist an der Innenwandung des Rohres 1 ein als Dehnungssensor ausgestalteter Sensor 4 befestigt. Mittels einer Erfassungseinheit 5 kann die Dehnung am Sensor 4 ermittelt werden.
Der Sensor 4 ist so im Rohr 1 positioniert, dass eine Lageverschiebung verhindert wird. Mit dem Sensor 4 wird mittels der Erfassungseinheit 5 die Dehnung des Rohres 1 an der Oberfläche erfasst. Hierzu werden der Anfang und das Ende des Sensors 4 fest mit dem Rohr 1 verbunden. Der Sensor 4 stellt eine mit dem Rohr 1 verbundene Messstrecke dar. Das Verbinden des Sensors 4 mit dem Rohr 1 kann durch Aufkleben des Sensors 4 auf das Rohr 1 realisiert sein. Eine mechanische Verbindung, beispielsweise mittels Verschrauben, Verspannen oder Verzahnen, kann alternativ oder zusätzlich vorgesehen sein.
Benachbart zum Sensor 4 ist an der Innenwandung des Rohrs 1 ein Temperatursensor 6 angeordnet, mit dem die Temperatur im Bereich der Innenwandung des Rohres 1 erfasst werden kann. Der Messwert kann durch Anlegen eines Sensors an die Rohrwand erfasst werden, wobei es zusätzlich oder alternativ möglich ist, den Messwert berührungslos mittels geeignetem Messwertumformer aufzunehmen.
2 zeigt eine Vorrichtung zur Erfassung einer beim Einziehen eines Rohrs 1 oder einer Leitung eingeleiteten Zugkraft in einer weiteren Ausführungsform. Der Sensor 4 ist zum einen mit dem Zugkopf 2 verbunden und zum anderen ist ein weiteres Ende des Sensors 4 mit einem Steg bzw. einer Innenspanneinrichtung 7 verbunden, der bzw. die stoffschlüssig mit dem Rohr 1 verbunden werden kann. Der in der 2 dargestellte Zugkopf 2 ist gegenüber der Ausführungsform in 1 derart modifiziert, dass ein Anschlag für den Steg 7, der sich bei einer Dehnung des Rohrs 1 bewegen kann und einen größeren Abstand zum Zugkopf 2 annehmen kann, vorgesehen ist. Der Anschlag dient als Dehnungsbegrenzung, um im Fall einer Überlastung eine Überbeanspruchung zu verhindern. Ferner ist in dem Zugkopf 2 gemäß der Ausführungsform der 2 eine Aufnahme 8 für den Temperatursensor 6 vorgesehen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 29724364 U1 [0003]

Claims

Verfahren zum Erfassen einer beim Einziehen eines Rohres (1) oder einer Leitung eingeleiteten Zugkraft, gekennzeichnet durch Erfassen der Dehnung des Rohres (1) oder der Leitung mittels eines oder mehrerer an dem Rohr (1) oder der Leitung angeordneter Sensoren (4).
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Befestigen des einen oder der mehreren Sensoren (4) an dem Rohr (1) oder der Leitung.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Befestigen des einen oder der mehreren Sensoren (4) an einem Zugkopf (2), mit dem das Rohr (1) oder die Leitung eingezogen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch Erfassen der Temperatur im Bereich des Sensors (4).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dehnung des Rohres (1) oder der Leitung umfänglich verteilt erfasst wird.
Vorrichtung zur Erfassung einer beim Einziehen eines Rohres (1) oder einer Leitung eingeleiteten Zugkraft, wobei die Vorrichtung einen Sensor (4) zum Erfassen der Dehnung umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (4) eine Verbindung mit einem Zugkopf (2) einer Einzugsvorrichtung, der Dehnungssensor (3) eine Verbindung mit einer Aufzeichnungsvorrichtung, und/oder der Sensor (4) eine Verbindung für eine drahtlose Kommunikation von Signalen aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (4) zumindest teilweise am Zugkopf (2) befestigt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass am Zugkopf (2) benachbart zum Sensor (4) ein Temperatursensor (6) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (4) endseitig einen Steg (7) aufweist, welcher derart ausgestaltet ist, um mit dem Rohr (1) oder der Leitung ausgerichtet verbunden zu werden.