Angewandter Umweltschutz im Untergrund

Die moderne Zivilisation kann auf ein funktionierendes Abwassersystem nicht verzichten. Wichtig ist dabei, dass kontaminierte Abwässer sicher bis zur Kläranlage gelangen. Da viele Kanalnetze und Hausanschlüsse inzwischen schon Jahrzehnte alt sind, besteht häufig Sanierungsbedarf. Die teuren Reparaturen lassen sich durch eine Vorabinspektion per Video-Fahrwagen exakt planen und auf die wirklich relevanten Stellen beschränken. Um alle Kanalstellen optimal inspizieren zu können, geben Kleinstantriebe dem Kamerakopf des Inspektionsgerätes volle Beweglichkeit mit Rundumblick für den Bediener. Kompakte Abmessungen für alle Komponenten des Inspektionssystems sind dabei wichtig, um auch schmale Kanäle und enge Rohre zu prüfen.

Abfallentsorgung war und ist für die moderne Zivilisation eine überlebenswichtige Aufgabe. Ein Bereich dieser Entsorgung ist das unterirdische Kanalnetz, zuständig für die Entwässerung der Oberfläche und den Transport von Abwässern zum Klärwerk. Schäden in diesem Bereich können sowohl Auswaschungen und damit Einbrüche von Straßen etc., als auch eine Kontamination des Bodens oder des Grundwassers verursachen. Aus diesem Grund schreiben viele Abwasser-Satzungen vor, in regelmäßigen Abständen die Kanäle zu inspizieren. Für diese Bestandsaufnahme der unterirdischen Schäden entwickelte die Kieler Firma IBAK ein mobiles Inspektionssystem mit sehr kompakten Abmessungen, dessen Herzstück eine Fernsehkamera in Kleinstbauweise ist. Um diese optimal ausrichten zu können, arbeiteten die Kanalexperten mit dem Kleinstantriebsspezialisten FAULHABER zusammen. Mehrere kleine Motoren mit Getriebevorsatz bewegen nun die Kamera so, dass der Bediener beliebige Blickwinkel einstellen kann.

Kanalnetze überwachen

Schätzungen ergeben für Deutschland etwa 1 Million km Abwasserleitungen. All diese unterirdischen Rohre und Kanäle unterliegen gleich mehreren Belastungen: Der Angriff „von innen“ durch chemische und biologische Reaktion des Abwassers mit der Wandung, und äußere Einflüsse wie Vibration durch Verkehr oder Bodensenkungen. Hinzu kommen noch Wurzeleinwachsungen an Muffen oder Mauerrissen, die sogar die stärkste Wandung platzen lassen können. Dies führt über kurz oder lang zu Schäden, die schnellstmöglich behoben werden müssen. Sanierungsarbeiten im Kanalnetz können aufwändig sein und in vielen Fällen den oberirdischen Verkehr erheblich beeinträchtigen. Je genauer man im Vorfeld die Schäden identifiziert und lokalisiert, desto besser kann eine Sanierungsmaßnahme geplant und durchgeführt werden. Mit den IBAK-Inspektionsanlagen ist es möglich, die Kanalrohre zu befahren und den Zustand von Leitungen zu überprüfen und zu dokumentieren.

Kontrolleur vor Ort

Ein modernes Inspektionssystem besteht normalerweise neben der Fernsehkamera noch aus einem Fahrwagen, der für den nötigen Vortrieb der Kamera in der Rohrleitung sorgt. Zur Ausleuchtung des Sehfeldes ver­fügen IBAK-Kameras über eine integrierte Beleuchtungseinheit. Für den Einsatz in Rohren mit sehr großen Durchmessern bietet IBAK Zusatzscheinwerfer an, die eine größere Reichweite haben. Neben der Beleuchtung befindet sich noch viel elektronische Messsensorik mit „an Bord“, die unter anderem eine Verlaufsbestimmung der Rohrleitung ermöglicht und eine objektive Größenbestimmung von betrachteten Objekten erlaubt. Für die Energie- und Datenübertragung kommt ein bis zu 500 Meter langes Kamerakabel zum Einsatz. Es verbindet das Inspektionssystem mit dem oberirdisch aufgestellten Bedienterminal. Neben der Hardware ist für den Inspekteur noch eine umfangreiche Software nötig, um Anzeigen und Bilder der Sensoren richtig be- und auswerten zu können. Wichtig sind dabei für alle Komponenten, die im Kanal eingesetzt werden, kompakte Abmessungen und hohe Zuverlässigkeit. Im Falle der hier vorliegenden Kamera ORION bedeutet dies, der kompakte Kamerakopf muss sich in alle Richtungen bewegen lassen. Dafür sorgen sozusagen als „Halsmus­kulatur“ drei Getriebe-Motor-Einheiten. Ein Mo­­tor ist für die (Endlos-) Drehbewegung des Kopfes zuständig, der zweite übernimmt den Kameraschwenk und Nummer drei arbeitet als Fokusmotor und sorgt so für scharfe Bilder. Alle drei Antriebe arbeiten unabhängig von­einander. Der Bediener lässt beispiels­weise den Video­­kopf bzw. die Kamera nach oben und unten schwenken, dabei kann der gesamte Kopf gleichzeitig auch um die Längsachse rotieren und so das Rohr rundum aufnehmen.

Der kompakte Kamerakopf ORION wird über drei Kleinstantriebe bewegt

Klein aber fein

Der Drehantrieb bewegt den gesamten Kamerakopf. Dafür leistet der ca. 12 mm durchmessende Motor mit Metallgehäuse rund 0,5 W bei 6 V Betriebsspannung. Als edelmetall­kom­­­­mutierter DC-Motor lässt er sich über PWM-Modulation leicht in der Drehzahl regeln. Ein 10-mm-Planetengetriebe mit einer Untersetzung von 256 : 1 reduziert die Drehzahl und erhöht das Abtriebsdrehmoment. Vorgespannte Kugel­lager minimieren das Lagerspiel und erlauben eine kontinuierliche Bewegung, was für ruckfreie Aufnahmen sehr wichtig ist.
Schwenkantrieb und Fokus arbeiten mit je einem 8 mm durchmessenden Motor mit durchmesserkonformem Getriebe. Mit rund 0,2 W Abgabeleistung bei einer Untersetzung von 1024 : 1 erlauben diese Antriebe eine sehr feinfühlige Schwenkbewegung bzw. Fokuseinstellung. Auch hier sind Präzision und Spielfreiheit des Antriebs gefragt. Die Kamera kann schließlich nur so gute Bilder aufnehmen, wie es die Ausrichtung durch den Bediener erlaubt. Trotz Abmessungen unter 12 bzw. 8 mm arbeiten die Motoren mit einem Wirkungsgrad von mehr als 70 bzw. 50 %.
DC-Motoren in Verbindung mit passenden Getrieben bieten eine optimale Anpassung der Abtriebsdrehzahl. Vorgespannte Kugellager in Motor und Getriebe ermöglichen einen feinfühligen, ruckfreien Lauf ab Drehzahl 0. Damit eignen sich diese Kraftzwerge selbst für anspruchsvolle Aufgaben, bei denen es auf hohe Kontinuität der Drehzahl oder exakte Positionierung ankommt.

Dreh- und Schwenkantriebe in Kompaktausfüh­­rung lassen sich gut in den Kamerakopf integrieren