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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Pipelineinspektionsfahrzeuge.
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Die Erfindung wird bezüglich eines Fahrzeuges beschrieben, das
Gasverteilungspipelines aus duktilem Eisen inspiziert, wobei das Fahrzeug durch
die Pipeline mit Hilfe eines flexiblen Elementes gezogen wird, wie etwa
einem Kabel, das an einer Winde befestigt ist. Die Erfindung ist jedoch
ganz allgemein anwendbar und bezieht Fahrzeuge zur Verwendung bei
der Inspektion von Gas- oder Öltransportpipelines ein, oder Pipelines zur
Beförderung von Wasser oder anderen Flüssigkeiten, wobei die Fahrzeuge
in den meisten Fällen durch einen am Fahrzeug herrschenden
Druckunterschied durch die Pipeline getrieben werden, und zwar durch den
angelegten Druckunterschied zum Treiben des Fluids durch die Pipeline.
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Die britische Patentschrift Nr. GB-B-1535252 beschreibt ein
Pipelineinspektionsfahrzeug zum Inspizieren von Gastransportleitungen. Das
Fahrzeug weist eine Gruppierung von Sensorgestellen auf, die um den Körper
des Fahrzeugs angeordnet sind. Jeder Sensor ist auf einer metallischen
Platte oder Schlitten montiert, der angepaßt ist, um entlang der inneren
Oberfläche der zu inspizierenden Pipeline laufen zu können. Das vordere
Ende der Platte ist durch ein flexibles Element an eine Verankerung am
Fahrzeug angeschlossen. Eine Metallfeder, die ebenfalls auf einer
Verankerung am Fahrzeug befestigt ist, hat zwei Federarme, von denen der
erste gegen das flexible Element anliegt, und der zweite gegen das
hintere Ende der Platte anliegt.
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Die Platte wird also gegen die Pipeline durch Federkräfte angedrückt,
die an ihre Enden angelegt werden.
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Die Druckschrift GB-A- 1312229 beschreibt ein Pipelineinspektionsgerät,
das spiralig innerhalb der Pipeline bewegbar ist. Wandlergehäuseelemente
sind auf jeder Seite des Gerätes auf C-förmigen Rippen montiert, die
das Wandlergehäuseelement gegen die Rohrwand in fester; aber elastisch
nachgiebiger Weise halten. Das Gerät trägt weiter Drahtbürstenpolstücke
an jeder Seite zwischen den Wandlern, die einen Fluß in die Rohrwand
und aus derselben heraus übertragen, wobei der Fluß durch einen
Elektromagneten erzeugt wird, der zentral im Gerät angeordnet ist.
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Die Wandleraufnahmeelemente werden einzig von den C-förmigen Rippen
getragen. Zwischen jedem der Wandlergehäuseelemente und dem Rest
des Gerätes sind keine unausdehnbaren Glieder vorgesehen.
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Weiter erstreckt sich jede C-förmige Rippe und ihr Wandlergehäuse über
eine beträchtliche Entfernung entlang des Gerätes in Richtung der Länge
der Pipeline. Jede C-förmige Rippe ist ein relativ langes Bauteil und mit
einer Anzahl von Durchtrittsöffnungen durchbohrt, um ein Biegen der
Rippe zu erleichtern. Jedes Wandlergehäuse enthält eine Vielzahl von
Defekterfassungseinrichtungen, jede in Form einer Spule zur Erfassung
eines Magnetflußlecks. Jedes Wandlergehäuse stellt also eine Vielzahl von
Leckerfassungseinrichtungen bereit, die über eine beträchtliche Länge der
Leitung betriebsbereit sind. Wenn das Gehäuse veranlaßt wird, sich von
der Oberfläche der Leitung abzuheben (d.h. wenn ein Vorsprung
angetroffen wird), beeinflußt dies den Betrieb einer Vielzahl von
Defekterfassungseinrichtungen.
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Bei dem in der Druckschrift GB-A-1312229 beschriebenen Gerät gibt es
nur zwei C-förmige Rippen. Die Hälfte der Wandlergehäuse ist auf der
einen Rippe, und die andere Hälfte auf der anderen Rippe befestigt.
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Ein Pipelineinspektionsfahrzeug zur Erkennung von Defekten in der
Wand der Pipeline ist aus der Druckschrift GB-A-1312229 bekannt,
aufweisend: einen Körper; zwei beabstandete Flußleiter zum Angreifen an
der Innenseite, und Einrichtungen zum Erzeugen eines Flusses, entweder
elektromagnetisch oder durch Permanentmagnetismus, wobei der Fluß
fähig ist in einem Pfad zu zirkulieren, der die Wand, einen der Leiter;
den Körper oder die an dem Körper befestigten Rückführungspfadglieder
und den anderen der genannten Leiter umfaßt und eine Gruppierung
von Defektsensoren, die zwischen den Leitern angeordnet sind, wobei
jeder Sensor auf einer Einheit montiert ist, die ein Gehäuse für den
Sensor; einen Schlitten, der an dem Gehäuse befestigt ist, und eine
Feder urnfaßt, die zwischen das Sensorgehäuse und den Körper eingeftigt
ist, derart, daß wenn das Fahrzeug in der Pipeline plaziert ist, die
Feder das Gehäuse und den Schlitten vom Körper weg in Richtung auf
die Innenwand der Pipeline drückt.
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Das Ziel der Erfindung besteht darin ein Inspektionsfahrzeug zu schaffen,
bei dem die Feder jedes Defektsensors auf den entsprechenden Schiitten
im wesentlichen nur eine senkrecht zur Rohrwand gerichtete Kraft
ausübt.
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Gemäß der Erfindung ist das Pipelineinspektionsfahrzeug dadurch
gekennzeichnet, daß die genannte Gruppierung eine kreisförmige, um den
Körper herum angeordnete Gruppierung ist, und daß jeder Defektsensor
mit seiner eigenen Einheit versehen ist, und daß in jeder dort
befindlichen Einheit ein vorangehendes Bauelement und ein nachfolgendes
Bauelement ist, die sich vom Schlitten zu entsprechenden Verankerungen
erstrecken, welche in Richtung der Länge des Fahrzeuges entlang einer
Oberfläche beanstandet sind, die auf dem Körper vorgesehen ist und
radial dem Gehäuse gegenüberliegt, wobei die Verankerungen um einen
größeren Abstand als die Länge des Schiittens getrennt sind, wobei die
Feder zwischen dem vorangehenden und dem nachfolgenden Bauelement
gegen das Sensorgehäuse und gegen die genarmte Oberfläche plaziert ist,
wobei das vorangehende und das nachfolgende Bauelement nlcht dehnbar
sind und jedes von ihnen durch Kräfte zusammenlegbar ist, die dahin
streben, ihre Enden näher aneinander zu bringen.
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Vorzugsweise weist jedes Bauelement Gurtmaterial aus Polymerfasem auf.
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Vorzugsweise ist jede Feder aus einem nlchtmetallischen
Elastomermaterial hergestellt.
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Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung beispielshalber
unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
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Fig. 1 ist ein senkrechter Längsquerschnitt durch den oberen Teil einer
ersten Ausführungsform des Pipelineinspektionsfahrzeuges;
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Fig. 2 ist eine fragmentarische senkrechte Endseitenansicht durch die
Feder des in Fig. 1 dargestellten Defektsensors entlang der
Linie II-II in Fig. 1;
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Fig.3 ist ein partieller; senkrechter Längsschnitt durch einen Teil des
in Fig. 1 dargestellten Defektsensors;
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Fig. 4 ist eine Vorderansicht des vorderen Folienpackes; und
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Fig. 5 zeigt eine zweite Ausführungsform des Fahrzeugs.
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Die Zeichnungen zeigen einen Teil eines Pipelinefahrzeuges zum
Inspizieren von Gasverteilungspipelines aus duktilem Gußeisen, im
vorliegenden Falle 300-mm-Pipelines (12-Inch-Pipelines), d. h., Pipelines mit
einem nominellen Innendurchmesser von 300 mm (12 Inches). Die
Erfindung ist auf Fahrzeuge zum Inspizieren unterschiedlich großer
Pipelines anwendbar; beispielsweise Gasverteilungspipelines des Typs 150
mm (6") und 200 mm (8"), und auch auf Gastransportleitungen aus
Stahl mit einem Innendurchmesser von beispielsweise 150 mm (6"), und
darüber. Die Erfindung ist ferner auf Fahrzeuge zum Inspizieren von
Pipelines anwendbar; die kein Gas führen, wie beispielsweise Pipelines
aus Stahl für Wasser oder Öl oder andere Substanzen.
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Beim vorliegenden Beispiel wird die Pipeline inspiziert, wenn sie "tot" ist,
d. h., daß in ihr keinerlei Gas enthalten ist, und das Fahrzeug ist dazu
bestimmt, mit einem an einer Winde befestigten Kabel durch die
Pipeline gezogen zu werden. Bei Transportleitungen ware das Fahrzeug
normalerweise mit Topfmanschetten ausgerüstet, die an der Rohrwand
angreifen, und das Fahrzeug würde durch den Druckunterschied (der an der
Topfmanschette entsteht) im Produkt angetrieben, das durch die Pipeline
befördert wird.
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Andere mögliche Antriebsoptionen schließen die Benutzung eines
angebundenen Fahrzeugs ein, das durch Antriebstöpfe vorwärts bewegt wird,
die an der Rohrwand anliegen (beispielsweise könnte das Fahrzeug durch
das Speisekabel gezogen werden). Der Druckunterschied an der
Topfmanschette kann von der Luft herrühren, die bei der Inspektion von "toten"
Pipelines durch die Leitung geblasen wird; oder da, wo der Druck hoch
genug ist, könnte der Druckunterschied an den Topfmanschetten von dem
durch die Pipeline bewegten Gas verursacht werden, wie bei
Verteilungsleitungen mittleren (und höheren) Drucks. Weiter ist als Anriebsoption
die Benutzung eines Zugfahrzeugs einbezogen, um das
Inspektionsfahrzeug zu ziehen; oder es können Inspektionseinrichtungen in das
Zugfahrzeug selbst einbezogen sein. Ein Zugfahrzeug ist in
Gasverteilungsleitungen, Gasbeförderungsleitungen und in Leitungen für Wasser oder Öl oder
andere Substanzen verwendbar.
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In Fig. 1 ist der kleinste Durchmesser der Pipeline 10 an der Stelle 12,
und der größte Durchmesser der Pipeline 10 bei 14 dargestellt. Die
Pipeline besteht aus duktilem Gußeisen, und der Durchmesser schwankt
zwischen den dargestelltem Höchst- und Mindestwerten.
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Das Fahrzeug 16 besteht aus den folgenden Hauptbauteilen: einem
Körper 18; einer elektromagnetischen Wicklung 20, die auf eine
Wickelform 22 aufgewickelt ist; Folienpacke 24, 26; und sechsunddreißig
Einheiten 28 (von denen nur eine einzige dargestellt ist), die in gleichen
Winkelabständen um den Körper 18 des Fahrzeugs 16 angeordnet sind.
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Jedes Folienpack 24, 26 besteht aus einer Anzahl von Blättern, von
denen jedes die in Fig. 4 dargestellte Form besitzt. Diese Form weist
vorzugsweise zwölf Finger 25 auf. Für verschiedene Fahrzeuggrößen kann
es verschiedene Anzahlen von Fingern geben. Beispielsweise kann das
150 mm - Fahrzeug (6 Inches) Folienpacke aufweisen, bei denen jedes
Blatt neun Finger hat. Das 200 mm - Fahrzeug (8 Inches) hat zwölf
Finger je Blatt, wie im vorliegenden Falle. Beim 150 mm - Fahrzeug (6
Inches) werden achtzehn Sensoren bevorzugt, während beim 200 mm
- Fahrzeug (8 Inches) vierundzwanzig Sensoren bevorzugt werden.
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Bei modifizierten Fahrzeugen können die Folien durch Borstengebinde
ersetzt werden. Beim vorliegenden Beispiel bringt aber die Verwendung
von Folien einen größeren Vorteil mit sich, indem sie angesichts der
erforderlichen Metalffiäche für die angemessene Flußübertragung in die
Rohrwand ein kleineres besetztes Volumen ermöglicht. In dieser
Beschreibung wird auf jedes der Packe 24, 26 oder auf jedes
Borstengebinde durch den Ausdruck "Flußleiter" Bezug genommen. Die Funktion der
Folien 24, 26 wird nachstehend erläutert.
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Im vorliegenden Falle läuft das Fahrzeug auf Folienpacken, ohne
irgendein anderes an der Wand des Rohres angreifendes Aufhängungsbauteil.
Alternative Fahrzeugformen können Räder am Fahrzeug aufweisen, die
entlang der Rohrwand laufen, um das gesamte Gewicht des Fahrzeugs
oder einen Teil davon zu tragen. Die Räder können relativ zum Rumpf
gegen Federn verschiebbar sein. An Stelle von, oder zusätzlich zu, den
Rädern kann das Gewicht des Fahrzeuges teilweise oder ganz auf den
oben angesprochenen Antriebstopfmanschetten abgestützt werden.
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Jede Einheit 28 weist einen Schlitten aus austenischem, rostfreiem Stahl
auf, der an einem Sensorgehäuse 42 durch eine Länge aus Gurtmaterial
44 befestigt ist, das zwischen Schlitten und Gehäuse eingefügt ist. Die
Endabschnitte des Gurtmaterials 44 bilden ein vorangehendes Bauelement
46 und ein nachfolgendes Bauelement 48, die jeweils entsprechend das
vorangehende und das nachfolgende Ende des Schlittens 40 mit dem
Fahrzeug verbinden. Das Gurtmaterial 44 besteht aus
polyurethanüberzogenen Polyesterfasern und ist im wesentlichen undelmbar.
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Die Enden der Bauelemente 46, 48 werden jeweils durch eine Schraube
50 gehalten (Fig. 3) die einen runden Kopf 52 besitzt und eine
Unterlegscheibe 54 mit einem abgerundeten Randabschnitt 56 gegen das
Gurtmaterial 46 oder 48 festhält. Die Schraube 50 spannt die
Bauelemente 46 oder 48 gegen ein Anpreßelement 58 aus rostfreiem Stahl, das
eine Basisplatte bildet, die ihrerseits auf den äußeren Rändern 60, 62
der Wickelform 22 in ihrer Stellung gehalten wird.
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Die Einheit 28 ist gegen eine Feder 64 angesetzt, die auch gegen das
Fahrzeug, oder vielmehr gegen das entsprechende Anpreßelement bzw.
die Basisplatte 58, angesetzt ist. Die Feder 64 ist annähernd O-förmig
und besteht aus elasomerem Polyurethanmaterial. Die Feder 64 hat bei
66 eine flache Form und greift an der Basisplatte 58 an. Die Feder 64
wird gegen die Basisplatte 58 durch einen Stift 68 in Stellung gehalten,
der in Löcher in den Seiten der Platte 58 eingreift, die einen
U-Querschnitt besitzt. Die Feder 64 wird an ihrem entgegengesetzten Ende
durch Ohren 70 gehalten, die am Sensorgehäuse 42 ausgebildet sind,
wobei sich von den Ohren 70 jeweils ein einzelnes an jeder Seite der
Feder 64 erstreckt, um sie gegen seitliche Verschiebung senkrecht zur
Ebene der Feder 64 festzuhalten.
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Das Inspektionsfahrzeug 16 ist in dem Zustand dargestellt, der für das
Fahrzeug zutrifft, ehe es in die Pipeline eingeführt wird. Es sei nun
angenommen, daß sich das Fahrzeug in der Richtung des Pfeiles 30
bewegen soll, wie in Fig. 1 gezeigt ist. Wenn das Fahrzeug 16 in die
Pipeline eingeführt wird, würde die Folienpacke 24, 26 nach rechts hin
umgebogen, so daß sie sich krümmen, wie durch die Phantomumrisse bei
32 und 34 gezeigt ist.
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Die Einheiten 28 würden also verformt, und während das Fahrzeug 16
in der Pipeline still steht, sind die Bauelemente 46, 48 schlaff, und nur
die Feder 64 ist wirksam, um eine Kraft auf den Schlitten 40 auszuüben,
der im wesentlichen senkrecht zur Wand der Pipeline gerichtet ist.
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Wenn sich das Fahrzeug 16 bewegt (beispielsweise in der Richtung des
Pfeiles 30, wie in Fig. 1 gezeigt) wird das vorangehende Bauelement 46
gestrafft und die Bewegung des Fahrzeuges wird durch das Bauelement
46 auf den Schlitten 40 übertragen. Das nachfolgende Bauelement 48
wird schlaff und spielt bei der Steuerung der Einheit 28 so lange
keinerlei Rolle, wie der Schlitten 40 entlang der Innenseite der Rohrwand
läuft.
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Wenn der Schlitten 40 in den Rohrleitungen über eine hohle Stelle fährt
(beispielsweise da, wo sich eine Zweigleitung mit der Pipeline verbindet),
bewegt sich der Schlitten 40 radial nach außen, und beide Bauelemente
46, 48, das vorangehende und das nachfolgende, treten in Aktion und
üben nach innen gerichtete Kräfte auf den Schlitten 40 aus, um der
nach außen gerichteten Kraft der Feder 64 entgegenzuwirken.
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Das Fahrzeug 16 ist so konstruiert, daß es rückwärts fahren kann, sollte
es sich als unmöglich herausstellen, es nach vorne zu bewegen. In diesem
Falle wird die Rolle der Bauelemente 46, 48 vertauscht. Die Folienpacke
würden im entgegengesetzten Sinne verformt und sich nach links, statt
nach rechts, krümmen.
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Jede Einheit 28 muß mit Änderungen des Durchmessers der Pipeline 10
und mit Seitenbewegungen des Fahrzeuges in der Pipeline fertig werden.
Weiter wird vom Fahrzeug verlangt, daß es Biegungen in der Pipeline
nimmt. Solche Biegungen können so eng wie ein Durchmesser sein, d.h.,
daß der Krümmungsradius der Biegung (gemessen zur Rohrmitte hin)
dem Innendurchmesser der Biegung entspricht. Eine solche Biegung ist
im Falle der 150 nm - Leitung (6") schwer zu nehmen. Dies ist in Fig.
5 dargestellt, in der ein 150 mm - Fahrzeug (6") dargestellt ist, wie es
in einer Verteilungspipeline eine Biegung von der Größe eines
Durchmessers
bewältigt. Die Einheit 28 im Inneren der Biegung ist jedoch in
dem Zustand dargestellt den sie aufweist, wenn sich das Fahrzeug
außerhalb der Pipeline befindet. Bei der Bemühung, eine solche Biegung
zu bewältigen, muß sich die Sensorgruppe 28 an der Innenseite der
Biegung vollständig einknicken. Dies ist aufgrund der Ausbildung des
vorangehenden und des nachfolgenden Bauelementes 46 bzw. 48 möglich.
In dieser Lage wird vom Folienpack 24 an der Innenseite der Biegung
gefordert, daß sie so lange rechtsherum gebogen wird, bis die hinterste
Folie gegen den Anschlag 70 (in den Fig. 1 und 5 dargestellt), der vom
Fahrzeugkörper 18 getragen wird, und gegen den oberen Rand 72 der
Flügel des Anpreßelementes 58 anllegt. Der Folienpack 26 neben der
äußeren Wand der Pipeline wird stark verformt, und die hinterste Folie
paßt sich dem Anschlag 74 (in den Fig. 1 und 5 dargestellt) an, der
vom Fahrzeugkörper 18 getragen wird.
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Unter bestimmten Bedingungen kann die Feder 64 am vorangehenden
Bauelement 46 und am nachfolgenden Bauelement 48 angreifen.
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Beispielsweise kann die Größe der Leitung eine Feder mit einer solchen
Charakteristik verlangen, daß die Feder nahezu die Gesamtheit des
Raumes zwischen dem vorangehenden Bauelement 46 und dem
nachfolgenden Bauelement 48 ausfüllt. Im Fahrzustand kann die Feder 64 in
der Pipeline 10 das vorangehende Bauelement 46 veranlassen, sich nach
außen durchzubiegen.
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Aber selbst unter diesen Bedingungen übt die Feder nach wie vor eine
Kraft auf den Schlitten 40 auf, die im wesentlichen senkrecht zur
Rohrwand gerichtet ist. Auch wird die Bewegung des Fahrzeuges durch das
vorangehende Bauelement 46 nach wie vor auf den Schlitten 40
übertragen, trotz seiner durchgebogenen Form.
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Wie gezeigt soll das Fahrzeug 16 normalerweise in Richtung des in Fig.
1 gezeigten Pfeiles 30 fahren, wobei es durch ein Zugkabel (nicht
dargestellt) gezogen wird, das an einer Drehvorrichtung 60 befestigt ist, die
auf einem Bolzen 62 gelagert ist, der am vorangehenden Ende des
Körpers 18 gehaltert ist. Ein weiteres Zugkabel (nicht dargestellt) zum
Zurückziehen des Fahrzeuges 16 in umgekehrter Richtung ist mit dem
Auge 64 verbunden, das am nachfolgenden Ende des Körpers 18
befestigt ist.
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Die Inspektion wird unter Anwendung des Flußleckverfahrens
durchgeführt. Durch die elektromagnetische Wicklung 20 wird ein kräftiges
Magnetfeld erzeugt und durch die Folienpacks 24, 26 in die Wand der
Pipeline 10 und aus dieser heraus übertragen. Elektrischer Strom zur
Speisung der elektromagnetischen Wicklung 20 wird von der
Erdoberfläche her über ein Speisekabel (nicht dargestellt) versorgt, da an die
Wicklung angeschlossen ist. Defekte, wie etwa ein durch Korrosion in
der Wand des Rohres verursachter Metallverlust, bewirkt das Austreten
des magnetischen Flusses aus der Wand des Rohres, und dies wird durch
den im Gehäuse 42 befindlichen Sensor erfaßt. Während sich der Molch
durch die Pipeline bewegt, sendet jeder Sensor ein kontinuierliches Signal
aus, und dieses Signal wird mit den von den anderen Sensoren
kommenden Signalen über ein zweites Speisekabel (nicht dargestellt)
übertragen, da sich vom Fahrzeug zu einem Personalkomputer mit einer
Festplattenaufnahmeeinrichtung an der Oberfläche des Erdbodens
erstreckt. Die Position des Fahrzeugs entlang der Pipeline ist über eine
Überwachungseinrichtung bekannt, die die Länge des von der Winde
ausgegebenen Zugkabels mißt.
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In einigen Fällen (beispielsweise wenn ein Speisekabel nicht verwendet
werden kann) wird die elektromagnetische Wicklung 20 durch einen
einzelnen oder durch mehrere Permanentmagneten ersetzt.
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Der durch die elektromagnetische Wicklung 20 erzeugte magnetische Fluß
zirkuliert in einem Pfad, der die Wand der Pipeline 10, den Flußleiter
bzw. das Folienpack 26 einschließt, wobei der Rückweg durch den
Körper 18 und den anderen Folienpack 24 bereitgestellt wird, der den
anderen Flußleiter bildet.
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Bei anderen Modifikationen (nicht dargestellt) kann der Pfad
Flußrückwege urnfassen, die durch die vom Körper getragenen Bauelemente gebildet
werden, statt daß der Körper selber den Rückweg bereitstellt. Wo
beispielsweise Permanentmagnete an Stelle eines Elektromagneten verwendet
werden, kann die Anordnung so getroffen sein, wie sie in der englischen
Patentschrift Nr. GB-B-1535252 dargestellt ist. In dieser Patentschrift sind
die Magnete flache Platten, die magnetische Pole an ihren breiten Seiten
tragen, und diese Seiten sind parallel zur inneren Leitungsoberfläche
angeordnet. Die Magnete sind, einer an jedem Ende, an um den Körper
angeordneten Magnetrückwegelementen angeordnet. Die Elemente sind
auf Federn montiert, so daß sie sich radial nach innen und außen
bewegen, um Anpassungen an Anderungen des Durchmessers der Pipeline
zu ermöglichen. Die Flußleiter sind auf den Magneten befestigt. Die
Einheiten 20 würden bei dieser Anordnung nicht nur auf dem
Fahrzeugkörper selber; sondern auf einem Ring montiert sein, der ein
"schwimmender" Ring ist. D. h., daß der Ring die Flußrückwegelemente umgibt
und mit ihnen durch radiale Stützen verbunden ist, die Löcher im Ring
durchqueren. Der Ring kann sich so relativ zu den
Flußrückwegelementen radial bewegen, wenn sich das Fahrzeug durch Biegungen arbeitet.