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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gelenkarm, der durch eine Öffnung in einer Platte unter die Platte abzusenken ist, um eine Vorrichtung oder ein Instrument eines beliebigen Typs unter der Platte und seitlich zur Öffnung zu transportieren und zu führen.
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Aus der
JP 09-188 290 A ist ein Gelenkarm bekannt, der es ermöglicht, das Innere eines Behälters zu inspizieren. Zu diesem Zweck umfasst der Gelenkarm zwei Abschnitte, einen vertikalen Abschnitt sowie einen im Wesentlichen horizontalen Abschnitt, über welche ein Seil geführt werden kann. Der horizontale Abschnitt lässt sich hierbei zieharmonikaartig in horizontaler Richtung ein- und ausfahren.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Gelenkarm bereitzustellen, welcher sich durch eine besonders präzise Steuerung auszeichnet, wobei der Gelenkarm möglichst einfach ausgestaltet ist.
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Ein entsprechender Gelenkarm kann bei der Entnahme von Proben nuklearen Abfalls angewendet werden, der in spezielle senkrechte zylindrische Behälter geschüttet wird, die an der Oberseite durch eine Betonplatte verschlossen sind, die als biologischer Schutz wirkt und die mit einer einzigen zentralen Öffnung mit einer kleinen Querschnittsfläche durchbohrt ist, deren Abdeckung dann entfernt wird. Die gegenwärtig vorhandenen Prozeduren zur Probenentnahme, von denen die Verwendung langer Stangen erwähnt werden kann, die schräg in die Öffnung eingeführt werden, sind nicht bequem und erlauben kaum, den Entnahmepunkt genau zu wählen. Der hier beschriebene Gelenkarm bietet im Gegensatz dazu die Möglichkeit der leichten Probeentnahme selbst am Rand des Behälters in der größten Entfernung von der Öffnung mit dem Vorteil, daß die Entnahmeausrüstung mit großer Genauigkeit und ohne die Notwendigkeit des empfindlichen oder ermüdenden Manövrierens eingesetzt werden kann. Selbstverständlich kann die Erfindung bei anderen Ausrüstungen außer Werkzeugen zur Probenentnahme und insbesondere bei Sensoren oder Meßausrüstungen angewendet werden.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst.
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In ihrer allgemeinsten Form betrifft die Erfindung einen Gelenkarm, der in eine Öffnung in einer als Abdeckung für einen Behälter wirkenden Platte abzusenken ist, mit einem oberen Abschnitt und einem unteren Abschnitt, die durch ein Gelenk miteinander verbunden sind, einer Einrichtung zum Steuern eines Winkels, der durch die Abschnitte gebildet wird, einem Auflager, das rund um die Öffnung angeordnet ist und einen mit der Platte einteilig ausgebildeten feststehenden Ring und einen mit dem oberen Abschnitt einteilig ausgebildeten Drehring umfaßt, einer Einrichtung zum Steuern der Drehung des Drehrings und einem Werkzeug, das am unteren Abschnitt an einem Seil mit veränderlicher Länge herabhängt.
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Somit ermöglicht eine kombinierte Bewegung aus einer Rotation des gesamten Arms um den feststehenden Ring und aus einem Schwenken des unteren Abschnitts, das freie Ende des unteren Abschnitts unter dem gewünschten Punkt der Platte anzuordnen; es ist dann ausreichend, das Werkzeug abzusenken, um ihm die richtige Höhe zu geben, und um die Oberfläche des Abfalls zu erreichen, von der eine Probe genommen werden soll.
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Der untere Abschnitt ist außerdem aus zwei Gelenkteilen gebildet, wobei am Gelenk zwischen den Abschnitten eine Umlenkrolle eingesetzt ist, am freien Ende des unteren Abschnitts eine Aufhängungsscheibe eingesetzt ist und das Aufhängungsseil des Werkzeugs, das sich über die Platte und den Arm hinaus erstreckt, unter der Umlenkrolle und über der Aufhängungsscheibe verläuft.
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Zur Vervollkommnung der Erfindung ermöglichen bestimmte Maßnahmen, trotz der notwendigen Bewegungen des Arms eine nahezu perfekte Abdichtung aufrechtzuerhalten, den Arm schnell anzubringen und abzunehmen und die verschiedenen Bewegungen genau zu steuern.
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Die Patentschrift
US 4 805 650 A beschreibt einen Gelenkarm, der durch die Öffnung der Abdeckung eines Behälters abgesenkt und gedreht wird, um ein Instrument zum Verspritzen von Wasser im Behälter auszurichten; das Instrument kann außerdem durch Freigeben seines Aufhängungsseils abgesenkt werden.
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Es ist jedoch nicht angegeben, ob dieser Arm eine Einrichtung zum Einstellen des Winkels der Abschnitte nach Bedarf aufweist, um das Ende des Werkzeuges zu einer gewünschten radialen Position zu bewegen, da der untere Abschnitt in einer horizontalen Position bleibt, wobei er auf einem Anschlag ruht, so daß das Instrument nahe der Wand des zu reinigenden Behälters bleibt.
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Eine hier vorgeschlagene Verbesserung besteht darin, den unteren Abschnitt des Arms in zwei Teilen, die miteinander gelenkig verbunden sind, aufzubauen. Das Anbringen des Arms an der Öffnung der Platte wird somit vereinfacht, da der untere Abschnitt gegen den oberen Abschnitt gefaltet bleibt, wobei er weniger Raum einnimmt. Wenn der Arm am Drehring des Auflagers befestigt ist, wird der untere Abschnitt abgesenkt, indem er durch die Öffnung in der Platte eingefädelt wird, was möglich ist, weil er noch nicht ausgefahren wurde; das Anbringen des Arms wird beendet, indem er verlängert wird und die zwei Teile des unteren Abschnitts im Behälter verriegelt werden. Der Arm geht somit von einem gefalteten Zustand, in dem er leicht installiert werden kann, zu einem ausgefahrenen Zustand über, in dem der untere Abschnitt lang ist und eine hervorragende Möglichkeit bietet, auf alle Positionen im Behälter zuzugreifen. Ein solcher Vorgang der Verlängerung und Verriegelung kann insbesondere dann ausgeführt werden, wenn die Teile des unteren Abschnitts um eine Achse gelenkig verbunden sind, die sich an ihren Vorderkanten in einer Richtung befindet, um den unteren Abschnitt relativ zum oberen Abschnitt zu schwenken, wobei die Einrichtung zum Steuern des durch die Abschnitte gebildeten Winkels einen Umkehrantrieb umfaßt, der ermöglicht, daß der untere Abschnitt in zwei entgegengesetzte Richtungen geschwenkt werden kann, und wobei die Teile des unteren Abschnitts an ihren Hinterkanten eine Verriegelungseinrichtung besitzen.
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Die Verriegelungseinrichtung kann insbesondere Bolzen an einem ersten Abschnitt, Stichlöcher an dem anderen Abschnitt, Federn, die bewirken, daß die Bolzen vom ersten Abschnitt zum anderen Abschnitt vorstehen, und ein Seil, das angezogen werden kann, um zu bewirken, daß die Bolzen in den ersten Abschnitt eingepaßt werden, umfassen.
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Eine Ausführungsform der Erfindung wird mit Bezug auf die nachfolgende Zeichnung beschrieben.
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1 ist eine Gesamtansicht des Arms am Ort seiner Anwendung;
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2 ist ein Querschnitt des Arms am Gelenk zwischen den Abschnitten;
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3 zeigt genau den oberen Teil des Arms und seine Anbringungseinrichtung;
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4 dient dazu, die Funktionsweise, die Verlängerung und das Falten des Arms zu erläutern.
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Zuerst wird 1 beschrieben. Die Erfindung ist dazu vorgesehen, einen Greifer 1 zu betreiben, um Proben von Abfall aufzunehmen, der zuvor in einen Behälter 2 eines Silos 3 gekippt wurde, dessen Form ungefähr die einer Flasche mit einer schmalen Öffnung 4 an der Oberseite ist. Eine Betonplatte 5 bedeckt das Silo 3 und schützt die Umgebung vor der Strahlung, die durch den Abfall verursacht werden könnte; die Betonplatte kann jedoch an der Stelle der Öffnung 4 entfernt werden.
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Der Greifer 1 hängt an einem Seil 6 herab, das einen Laufkran 7, der über der Platte 5 und der Öffnung 4 angebracht ist, und eine Rolle 8 dieses Krans 7 erreicht, an der es seitwärts zu einer zweiten Rolle 9 und anschließend zu einer Motorwinde 10 umgelenkt wird, die nicht genau gezeigt ist. Diese Ausrüstung ermöglicht, daß der Greifer 1 hinunter zur Oberfläche des Abfalls abgesenkt wird, sie kann jedoch den Greifer im Behälter 2 nicht seitlich verschieben; der nachfolgend beschriebene Gelenkarm füllt diese Lücke aus.
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Der Gelenkarm trägt das allgemeine Bezugszeichen 11 und umfaßt im wesentlichen einen oberen Abschnitt 12, der durch die Öffnung 4 abgesenkt wird, und einen unteren Abschnitt 13, der mit dem vorherigen Abschnitt durch ein Gelenk 14 verbunden ist und sich tiefer in den Behälter 2 erstreckt; sein freies Ende trägt eine Rolle 15, über die ein Seil 6 verläuft. Der Greifer 1 hängt somit von dieser Rolle 15 vertikal nach unten und kann in Abhängigkeit vom Winkel, der durch Steuerung des Gelenks 14 zwischen den Abschnitten 12 und 13 eingenommen wird, auf jede Position im Behälter 2 eingestellt werden. Es ist anzumerken, daß das Gelenk 14 mit einer weiteren Rolle 16 ausgerüstet ist, unter der das Seil 6 verläuft, um zu gewährleisten, daß es ziemlich genau in der Ausrichtung der Abschnitte 12 und 13 verläuft, und um zu verhindern, daß es an der Kante der Öffnung 4 reibt. In 2 ist ersichtlich, daß der untere Abschnitt 13 zwei parallele Träger 17 enthält, deren Abstand ausreichend ist, um zu ermöglichen, daß der Greifer 1 zwischen ihnen abgesenkt wird (sein äußerer Umfang ist gekennzeichnet). Das Gelenk 14 ist so ausgerichtet, daß der untere Abschnitt in den senkrechten und radialen Ebenen (die längs der Mittelachse der Öffnung 4 verlaufen) schwenkt.
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In 3 ist nun ersichtlich, daß die Platte 5 rund um die Öffnung 4 einen Rahmen 18 trägt, der insbesondere einen feststehenden Ring 19 mit Kugellagern 20 enthält, deren drehbarer Außenring 21 mit einem Aufsatz 22, auf den die Tragkonstruktion 23 aufgesetzt und durch eine Reihe seitlicher Schrauben 24 und vertikaler Schrauben 25 befestigt werden kann, einteilig ausgebildet ist. Der Arm 11 ist an der Tragkonstruktion 23 aufgehängt. Ein Ritzel 26 eines an der Tragkonstruktion 23 befestigten Antriebsmotors 27 gelangt dann an einem mit Zähnen versehenen Aufsatz 28, der an der inneren Oberfläche des feststehenden Rings 19 ausgebildet ist, in Eingriff: Dieser Aufbau hat zur Folge, daß ein Starten des Motors 27 das Ritzel 26 und folglich die Tragkonstruktion 23 und den Gelenkarm 11 als Ganzes gemeinsam mit dem Zahnrad 28 und rund um die Öffnung 4 verschiebt, wodurch der untere Abschnitt 13 und der Greifer 1 in die erforderliche Winkelrichtung gebracht werden. Die Tragkonstruktion 23 umfaßt einen weiteren Motor 29, der eine Reihe von Ritzeln 30 bewegt und an deren Ende eine Endloskette 31 verschiebt; die Kette 31 erstreckt sich längs des oberen Abschnitts 12 bis zu einem Ritzel 32, das am Gelenk 14 eingesetzt ist und mit dem unteren Abschnitt 13 einteilig ausgebildet ist: Dies ist der Mechanismus, der den Winkel des Gelenks 14 ändert und den unteren Abschnitt 13 und die Rolle 15 um den geforderten Betrag zu den Wänden des Silos 2 verschiebt. 2 zeigt, daß die Kette 31 und das Ritzel 32 doppelt vorhanden sein können und an jeder Seite der Gelenkrolle 16 angeordnet sein können, wodurch die Beanspruchungen der Träger 17 ausgeglichen werden. Die Kette 31 bietet gegenüber anderen Antrieben die Vorteile, daß sie mechanischen Belastungen und Strahlung besser widersteht, sowie die Möglichkeit, daß sie schnell montiert und demontiert werden kann.
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In 1 ist ein zweiteiliger Stopfen 33 zu sehen, wobei dessen kleinster Teil 34 den Querschnitt des oberen Abschnitts 12 besitzt; der Stopfen 33 wird über der Öffnung 4 installiert, um sie zu verschließen, und zwar vollständig beim Fehlen des Gelenkarms 11, wobei jedoch das Teil 34 abgenommen wird, wenn der Gelenkarm 11 durch die Öffnung eingesetzt wird und dort feststehend verbleibt; er richtet sich dann selbst um den oberen Abschnitt 12 herum aus und gewährleistet eine nahezu perfekte Abdichtung. Eine weitere Vorsichtsmaßnahme zur Gewährleistung der Abdichtung rund um die Öffnung 4 besteht darin, kreisförmig und ununterbrochen unter dem feststehenden Ring 19 eine Metallschürze 35 zusätzlich anzubringen, wobei die Basis in eine Flüssigkeit eintaucht, die in eine kreisförmige Metallrinne 36 mit trogförmigem Querschnitt geschüttet ist, wobei die Metallrinne auf der Platte 5 rund um die Öffnung 4 befestigt ist (3).
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Die Montage beginnt durch das Installieren des Gestells 18 und des Aufsatzes 22 rund um die Öffnung 4, anschließend wird der Gelenkarm 11 durch die Öffnung 4 abgesenkt und seine Tragkonstruktion 23 wird an dem Aufsatz 22 festgeschraubt. Der untere Abschnitt 13 wird in eine nahezu horizontale Position zurückgeschwenkt, die nach links gerichtet ist, wie in 1 durch die Strichpunktlinie dargestellt ist, bevor der Greifer 1 abgesenkt wird und zwischen den Trägern 17 durchgefädelt wird. Ein entgegengesetztes Schwenken des unteren Abschnitts 13 nach vorn ermöglicht, daß die Zugrolle 15 das Seil 6 auffängt und erfaßt. Der Greifer 1 wird schließlich über den gewünschten Punkt im Behälter gebracht, um eine Probe aufzunehmen, indem der Gelenkarm 11 rund um die Öffnung 4 verschoben wird, um den unteren Abschnitt 13 in der gewünschten Ausrichtung anzuordnen, und indem er so geschwenkt wird, daß der Greifer 1 im gewünschten Abstand von der Öffnung angeordnet wird, so daß eine Führung in Polarkoordinaten geschaffen wird. Die Möglichkeit, das Schwenken nach hinten auszuführen, um den Durchgang des Greifers 1 zu ermöglichen, und nach vorn auszuführen, um ihn zu führen, ist infolge der Möglichkeit der Steuerungsumkehr der Bewegung durch die Kette 31 ein wichtiger Aspekt der Vorrichtung.
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Es wird angemerkt, daß der untere Abschnitt 13 aus zwei Teilen aufgebaut ist, die gelenkig miteinander verbunden sind, die nun mit Bezug auf 4 beschrieben werden. Diese beiden Teile tragen die Bezugszeichen 41 und 42 und sind durch eine Gelenkachse 43 miteinander verbunden, die zwischen ihren Vorderkanten 44 angeordnet ist. Während des Absenkens und der Montage des Arms 11 sind sie gegeneinander und gegen den oberen Abschnitt 12 gefaltet, wobei der obere Teil 41 dann nach oben gerichtet ist und der gesamte Gelenkarm 11 ungefähr ein ”N” mit geringer Höhe bildet. Wenn der Gelenkarm 11 montiert ist, wird der untere Abschnitt 13 im geschwenkten Zustand in den Behälter 2 abgesenkt; der obere Teil 41, der eher kurz ist, geht frei durch die Öffnung 4. Die Teile 41 und 42 werden schließlich ausgefahren und berühren einander, wobei sie dann verriegelt werden können. Ein hier vorgeschlagenes Verriegelungssystem umfaßt wenigstens einen Stift 46, der an der Unterseite des oberen Teils 41 nahe der hinteren Kante 47 dem Gelenk 43 gegenüberliegend eingesetzt ist. Der Stift 46 ist nach unten gerichtet und wird durch eine nichtgezeigte Feder in diese Richtung gedrückt, wodurch er vom oberen Teil 41 nach außen übersteht. Der Wirkung der Feder wirkt jedoch ein Seil 51 entgegen, das am Stift 46 hinten eingehakt ist und sich zunächst um die Gelenkrolle 16 und dann längs des oberen Abschnitts 12 erstreckt, bevor es oberhalb der Platte 5 endet. Das Seil 51 kann von einem Fernmanipulator oder dergleichen aufgenommen und gezogen werden, um die Wirkung der Feder 48 zu überwinden und den Stift 46 in den oberen Teil 41 des unteren Abschnitts 13 zurückzuziehen. Dies erfolgt, wenn die Teile 41 und 42 bei der Montage ausgefahren werden, so daß der Stift 46 bei der Annäherung der Hinterkanten 47 der beiden Teile 41 und 42 nicht stört; anschließend wird das Seil 51 freigegeben, so daß der Stift 46 vom oberen Abschnitt 41 übersteht und in ein Stichloch 52 eintritt, das im unteren Teil 42 hergestellt ist und sich dann vor dem Stift befindet. Der Stift 46 ist nun in die Teile 41 und 42 integriert und wirkt jeder Drehung um das Gelenk 43 entgegen, bis das Seil 41 wieder gezogen wird.
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Die Verriegelungs- und Entriegelungsaktion kann automatisch erfolgen, so daß sie nicht auf einem Seil 51 beruht, das außerhalb der Öffnung 4 endet und somit anfällig ist, die Abdichtung zu beeinträchtigen. Das in diesem Fall verwendete Seil entspricht lediglich dem hinteren Abschnitt 53 des Seils 51, das an seinem dem Stift 46 entgegengesetzten Ende an einem Gelenkpunkt 14 eingehakt ist, der mit dem oberen Abschnitt 12 derart verbunden ist, das dann, wenn der obere Abschnitt 13 zu seinem Maximalwert schwenkt, der Seilabschnitt 53 sich selbst um das Gelenk 14 wickelt, sich spannt und den Stift 46 in der gleichen Weise wie zuvor zieht; der Seilabschnitt 53 wird nachgelassen, wenn der untere Abschnitt 13 leicht nach unten gesenkt wird, wodurch der Stift 46 freigegeben wird und wodurch ermöglicht wird, daß er in das Stichloch 52 eintritt und die Verbindung zwischen den Teilen 41 und 42 wie zuvor sichert.
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Die Spannung des Abschnitts des Seils 53 wird lediglich in den extremen Schwenkpositionen des Winkels β in 4 zur Vorderseite hin erzeugt. Der Winkel α entspricht dem Schwenkbereich, in dem das Seil 53 freigegeben ist und in dem die Verriegelung der Teile 41 und 42 aufrechterhalten werden kann.
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Ein Nocken, der nicht gezeigt ist, jedoch vom allgemein bekannten Typ ist und durch die Spannung des Seilabschnitts 53 bewegt wird, ermöglicht alternativ, daß der Stift 46 vorsteht oder im Teil 41 bleibt, wenn der Seilabschnitt 53 freigegeben wurde, und somit das Verriegeln der Teile 41 und 42.
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Es ist somit ausreichend, nach der Montage des Gelenkarms 11 den unteren Abschnitt 13 in seine äußerste vordere Position im Winkel β zu bringen, um die Teile 41 und 42 zu verriegeln, und ihn anschließend am Ende der Operationen einmal zurückzubringen, um die Entriegelung zu steuern, wobei sich die Teile 41 und 42 zusammenfalten, sobald der untere Abschnitt 13 rückwärts über die Vertikale hinaus verschoben wird. Der Gelenkarm 11 kann dann aus der Öffnung 4 entfernt werden. Der Greifer 1 wurde vor dem Entriegeln und nach der Bewegung des unteren Abschnitts 13 nach hinten in der für die Teile 41 und 42 ausgedehnten Stellung zur Freigabe des Seils 6 angehoben und entnommen.
