DE19745497C2

DE19745497C2 - Vorrichtung zum Beobachten und/oder Bearbeiten der Innenwände von Rohren

Info

Publication number: DE19745497C2
Application number: DE1997145497
Authority: DE
Inventors: Jens Bauer; Bernd Ciesla
Original assignee: Individual
Current assignee: Ims Robotics De GmbH
Priority date: 1997-10-15
Filing date: 1997-10-15
Publication date: 2000-01-20
Anticipated expiration: 2017-10-16
Also published as: DE19745497A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrich tung zum Beobachten und/oder Bearbeiten der Innenwände von Rohren, insbesondere kleiner Nennweiten, das im Rohrinne ren bewegt und an beliebiger Stelle festgelegt werden kann. Der vordere Teil der Vorrichtung ist als beweglicher Arm ausgebildet, der mindestens ein Bearbeitungswerkzeug und/oder eine Inspektionseinrichtung trägt und gegenüber der Rohrachse axial drehbar und radial schwenkbar ist.

Um ein aufwendiges Aufgraben von Schadstellen in unbegeh baren Rohrleitungen, insbesondere Abwasserleitungen, zu vermeiden, die beispielsweise durch Korrosion, Risse, Scherbenbrüche, undichte Muffen, Verkalkungen, Wurzelein wuchs, Ablagerungen usw. verursacht sind, ist es bekannt, die Rohrleitungen vom Rohrinneren aus zu sanieren.

Hierzu werden mittels einer im Rohr bewegbaren Vorrichtung die Schadstellen unter Beobachtung einer Videokamera besei tigt.

Mit fortschreitender Technik ist es gelungen, auch Rohre kleinerer Nennweiten, beispielsweise Hausanschlußleitun gen, auf diese Weise zu sanieren. Die hierfür in Einsatz zu bringenden Vorrichtungen erfordern eine außerordentlich hohe Packungsdichte aller funktionellen Teile, um bei spielsweise für Nennweiten von DN 100 und darunter geeig net zu sein, andererseits wird ein hohes Maß an Robustheit und Lebensdauer des teuren Geräts gegen mechanische, che mische und Flüssigkeitseinflüsse beim Befahren im Rohr ab verlangt. Hinzu kommen Kräfte, die die Vorrichtung selbst beim Manipulieren und Bearbeiten freisetzt, insbesondere verursacht durch sehr hohe Drehmomente bei den Verstellbe wegungen und den außerordentlich hohen Drehzahlen des in der Regel pneumatisch angetriebenen Bearbeitungskopfes, beispielsweise Fräskopfes, begleitet von Schwingungen und Vibrationen infolge unrunder Werkzeuge, unzureichender Möglichkeit der Festlegung der Vorrichtung im Rohr, ungün stig konfigurierter oder extrem harter Schadstellen usw.

Die Vorrichtungen können zugunsten einer schlankeren Bau weise auch nicht beliebig verlängert werden, um die Kur vengängigkeit nicht einzuschränken. Auch sind elektrische und pneumatische Versorgungsleitungen zu integrieren, bei spielsweise für Stellmotoren, für die Videokamera, für Be leuchtungszwecke oder die Bearbeitungseinheit.

Üblicherweise kann zur Positionierung der Kameraeinheit bzw. Bearbeitungseinheit ein rohrförmiges Innengehäuse innerhalb eines im Leitungsrohr festgelegten rohrförmigen, konzentrischen Außengehäuses um die Längsachse rotieren, wobei ein mit dem freien Ende des Innengehäuses verbunde ner Drehkopf mitgenommen wird, der seinerseits Mittel zum Verschwenken der Bearbeitungseinheit quer zur Längsachse besitzt.

Der Rotationsantrieb für das Innengehäuse der Vorrichtung bereitet weniger Probleme. Hierzu ist es beispielsweise aus der DE 195 15 927 C1 bekannt, über einen Getriebemotor und ein Stirnradgetriebe ein Planetengetriebe zu beauf schlagen, das den Drehkopf rotieren läßt, wobei durch das Zusammenfallen von Getriebeachse und Rotationsachse eine sehr platzsparende Bauweise sich mit einer günstigen Dreh momentübertragung paaren.

Unbefriedigend gelöst für insbesondere Vorrichtungen klei ner Rohrdurchmesser hingegen ist der elektromotorische Verstellantrieb für die Schwenkbewegung.

Nach den DE 42 43 529 A1, DE 43 11 365 C2 und EP 0 647 812 A1 sind hierzu rechts und links vom Drehkopf parallelo grammartig angeordnete Führungs- und Koppelstangen befe stigt, die mit dem Werkzeughalter ein Gelenkviereck bil den. Im Werkzeughalter ist z. B. ein Schleifer oder Spacht ler angesetzt, der sich beim Verstellen des Parallelkur belgetriebes über ein Schneckengetriebe parallel zur Läng sachse bewegt.

Abgesehen von der möglichen Verschmutzung des Gestänges und der Lager, stößt diese Bauweise z. B. beim Einsatz ei nes Bohrers oder Fräsers sehr schnell an ihre Grenzen. Es müssen ja nicht nur das Gewicht des Werkzeugkopfes und des Werkzeugs, sondern vor allem auch die bei der Arbeit des Bohr- oder Fräswerkzeuges entstehenden beachtlichen, auf das Werkzeug und damit auf den Bohrkopf einwirkenden Druck- und Gegendrehmomentkräfte sowie Schwingungen direkt auf das Gelenkviereck und dessen Lagerbolzen aufgenommen wer den. Man denke nur an einen Bohrer, der sich in ein Gußei sen- oder Betonrohr hineinarbeitet und womöglich noch ver klemmt. Nachteilig wirkt sich dabei zusätzlich aus, daß die Führungs- und Koppelstangen relativ lang sein müssen, um einen ausreichenden Weg quer zur Rohrlängsachse zu schaffen, was die Stabilität und Schwingungsanfälligkeit noch in besonderem Maße belastet und die Gesamtlänge des Gerätes unliebsam vergrößert.

Letzteren Nachteil vermeidet die Vorrichtung nach DE 44 35 689 A1 durch Verwendung eines Scherengelenks, wobei die prinzipiellen Nachteile bezüglich Verschmutzung und Stabi lität jedoch fortbestehen.

Bei einer weiteren Vorrichtung zur Bearbeitung von Rohren ist der Innenrotor frontseitig mit einer Platte abgeschlos sen, auf der exentrisch ein kardanisch gelagerter und da mit allseitig schwenkbarem Arm angeordnet ist, der am vor deren Ende einen Fräser o. dgl. trägt (EP 0 682 205 A1). Die Verschwenkung des Kardangelenks erfolgt über Verstell einrichtungen, die von in Bewegungsrichtung des Geräts durch einen Hydraulikkolben verschiebbaren Zahnstangen ge bildet sind, welche in entsprechende Zähne im Kardangelenk eingreifen oder durch einen Hydraulikmotor, dessen Welle eine Verdrehung des Kardangelenks bewirkt. Abgesehen von dem hydraulischen Antrieb, der spezielle Wartungsarbeiten erfordert, lassen sich durch die exzentrische Bewegung, kombiniert mit der Knickbewegung des Kardangelenks, keine optimalen Drehmomente übertragen. Außerdem lassen Kardan gelenke infolge der hohen Reibungsverluste bei großen Dreh momenübertragungen nur Stellwinkel unter 20° zu.

In der DE 296 17 158 U1 ist eine Vorrichtung zum Transport und zur Manipulation eines Werkzeugs in einem Abwasserrohr eines Kanalnetzes beschrieben, dessen Kopf an die Antriebs einheit des Fahrzeugs durch einen Lagerbock gekoppelt ist. Die Antriebseinheit umfaßt ein Kegelradgetriebe, durch wel ches der Lagerbock um eine Welle und damit um die Längsach se des Fahrzeugs verschwenkbar ist. Der Kopf umfaßt wei terhin zwei endseitig über ein Aufnahmeglied miteinander verbundene Arme, die durch eine quer zur Längsrichtung des Fahrzeugs verlaufende Achse verschwenkbar aufnehmbar sind. Um die Arme zu verschwenken, ist ein Kolbenzylinderantrieb vorgesehen, der sich an mindestens einem Arm abstützt und ebenfalls am Lagerbock angelenkt ist. Zusammenfassend heißt dies, daß der Kopf zum einen parallel zur Längsachse des Fahrzeugs verschwenkbar ist, die Arme selbst um die Achse verschwenkbar sind und darüber hinaus das Aufnahme glied um eine weitere Achse parallel zur erstgenannten Achse verdrehbar ist. Über den Kolbenzylinderantrieb wer den die Anpreßkräfte während einer Bearbeitung des Rohres aufgebracht, was einen hydraulischen oder pneumatischen Antrieb voraussetzt und die Vorrichtung insgesamt recht sperrig macht.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine äußerst klein bauende, kurvengängige und damit für kleine Rohrnennweiten geeigne te Vorrichtung mit extremen Anforderungen an Robustheit, Langlebigkeit, Einsatzvielfalt und Betriebsicherheit zu entwickeln. Aus Gründen des Aufwands für die Medienführung sowie für die Wartung und Reinigung soll dabei auf hydrau lische Stellglieder zugunsten von Elektromotoren verzich tet werden, wie auf äußerlich angeordnete Stellmittel, wie Führungs- und Koppelstangen, Kolbenzylinderantriebe, Zahn stangen, sowie auch auf äußerlich angeordnete Medienlei tungen. Sie soll leicht für Inspektionsarbeiten zerlegbar sein. Insbesondere soll ein leichtgängiger, weit schwenk barer und relativ kurzer Arm als Träger für Inspektionsge räte und/oder Werkzeuge geschaffen werden, der geeignet ist, hohe Kräfte aufzunehmen und hohe Drehmomente zu über tragen.

Die Aufgabe wird mit einer Vorrichtung nach Anspruch 1 ge löst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den begleiten den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Durch die Anordnung eines hochübersetzenden Getriebes und einer robusten Lagerung koaxial zur Schwenkachse des Arms, läßt sich der Arm als kräftige, kompakte Einheit direkt an die konzentrisch zur Antriebswelle gelagerte Abtriebswelle bzw. den Abtriebsflansch anschrauben, wodurch weitere be wegungsübertragende Elemente - wie Zahnräder oder Zahnrie men - zwischen dem Arm und dem Getriebe entfallen. Diese Elemente würden aufgrund der hohen Bearbeitungskräfte sehr groß bauen und damit wäre ein Einsatz der Vorrichtung in Rohren kleiner Nennweiten nicht möglich. Die Elemente der Bewegungs- und Kraftübertragung, die zwischen dem Elektro motor und dem hochübersetzenden Getriebe angeordnet sind, können aufgrund der hohen Übersetzung von vorzugsweise größer oder gleich 50 und der damit verbundenen Drehmomen tenreduktion kleine Abmessungen besitzen. Daher liegt in der Ausführung und Anordnung des Getriebes eine entschei dende Platzersparnis bei hoher Robustheit begründet.

Durch die Hohlwelle des hochübersetzenden Getriebes hin durch lassen sich platzsparend und mechanisch geschützt Luft oder elektrische Signal- und Versorgungsleitungen oh ne Einbuße am Dreh- bzw. Schwenkbeweglichkeit führen, wo bei vorzugsweise die elektrischen Leitungen noch geschützt innerhalb der Luftzuleitung liegen. Die stabile Ausbildung des Arms und seiner Lager ermöglicht es, auch die eingangs geschilderten problembehafteten Fräs- und Bohrarbeiten im Rohr bei guten Arbeitsgeschwindigkeiten und ohne vorzeiti gen Verschleiß am Gerät durchzuführen.

Für die Verstellung der Achsen werden in vorteilhafter Weise Gleichstrommotoren verwendet, denen Getriebe vorge schaltet sind. Dies erlaubt bei kleinen Antriebsmotoren eine kräftige, feinmotorische und wartungsarme Steuerung aller Armbewegungen.

Weitere vorteilhafte Ausbildungen sind in der nachstehen den Beschreibung erläutert.

In der zugehörigen Zeichnung zeigt hierzu:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung in der Seitenan sicht und

Fig. 2 die Vorrichtung nach Fig. 1 in der Draufsicht, teilweise in schematischer Schnittdarstellung.

In einem rohrförmigen Außengehäuse 1 ist ein zylindrisches Innenteil 2 so buchsengelagert, daß es um mindestens 360° im Außengehäuse 1 rotieren kann. Der Rotationsantrieb er folgt über einen Gleichstrom-Getriebemotor 3, ein Pla netengetriebe 4, eine Stirnradstufe 5 und ein hochüberset zendes Getriebe 6. Am freien Ende des Innenteils 2 ist ein Arm 7 um die Achse 9 schwenkbar gelagert. Dieser Arm 7 läßt sich über einen Gleichstrom-Getriebemotor 10, ein Planetengetriebe 11, eine Kegelradstufe 12, einen Zahn riementrieb 13 und ein hochübersetzendes Getriebe 14 mit einer zentrischen Hohlwelle 8 um einen Winkel von über 90° in beiden Richtungen quer zur Rohrachse verschwenken, wo bei sich die Abtriebswelle bzw. der Abtriebsflansch 15 konzentrisch zur Antriebswelle 16 des hochübersetzenden Getriebes 14 dreht, in das die Lagerung 17 des Arms 7 in tegriert ist. Durch die integrierte Lagerung 17 des Arms in das hochübersetzende Getriebe 14 hinein wird eine sehr kompakte und hochbeanspruchbare Lagerung des Arms 7 mit einer hohen Kraftübersetzung sowie mit einem sehr guten Wirkungsgrad in der Drehmomentübertragung erzielt, was es ermöglicht, die vorgelagerten Elemente zur Bewegungserzeu gung, -übertragung und -umformung ungewöhnlich klein zu halten und somit insgesamt ein im Durchmesser sehr klei nes, jedoch leistungsstarkes und robustes Gerät kurzer Baulänge und somit guter Kurvengängigkeit zu bauen.

Im vorderen Bereich des Arms 7 ist eine Kamera 18 mit ei ner entsprechenden Beleuchtungseinrichtung zur Beobachtung und Dokumentation der Arbeit und des Arbeitsergebnisses untergebracht. Die Spitze des Arms 7 trägt ein druckluft getriebenes Werkzeug 19, im Beispiel einen Fräser. Der Arm 7, die Beobachtungseinrichtung und der Werkzeugantrieb sind weitgehend ummantelt und damit sehr gut stoß- und schmutzgeschützt. Sperrige Hebelgetriebe entfallen völlig. Die Wartung beschränkt sich im wesentlichen auf eine pro blemlose Reinigung.

Zur Vorrichtung führen ferner elektrische Signal- und Ver sorgungsleitungen 20 und eine Luftzuleitung 21 für den An trieb des Werkzeugs. Ein Modul in der Luftzuleitung 21 dient zum Einbringen der elektrischen Signal- und Versor gungsleitungen 20 in die Luftzuleitung 21 hinein. Die Lei tungen 20, 21 werden in Drehdurchführungen koaxial durch die Hohlwelle 8 des hochübersetzenden Getriebes 14 hin durch zum vorderen Teil des Arms 7 geführt, wodurch die mechanische Beanspruchung der Leitungen insgesamt auf ein Minimum sinkt und Raum gespart wird.

Für die Drehbewegung des Innenteils 2 im Außengehäuse 1 wird in vorteilhafter Weise ein hochübersetzendes Getriebe 6 in gleicher Bauart wie das hochübersetzende Getriebe 14 für die Schwenkbewegung des Arms 7 eingesetzt, wodurch sich die Herstellung in Serie vereinfacht.

Ferner kann die Vorrichtung aus einer Aneinanderkettung mehrerer Module bestehen, die gegeneinander verschwenkbar, aber nicht verdrehbar sind, um eine noch größere Kurven gängigkeit in sehr engen Rohren zu erreichen.

Das Befahren im Abwasserrohr kann z. B. dadurch erfolgen, daß am Außengehäuse 1 Kuven angeschweißt sind, auf denen die Vorrichtung im Rohr von außen gezogen oder geschoben wird. Weiterhin kann die Vorrichtung mit einem Antriebs modul gekoppelt oder mit einem Eigenantrieb ausgerüstet sein.

Bezugszeichenliste

1

Außengehäuse

2

Innenteil

3

Gleichstrom-Getriebemotor

4

Planetengetriebe

5

Stirnradstufe

6

hochübersetzendes Getriebe

6

7

Arm

8

Hohlwelle

9

Schwenkachse des Arms

7

10

Gleichstrom-Getriebemotor

11

Planetengetriebe

12

Kegelradstufe

13

Zahnriementrieb

14

hochübersetzendes Getriebe

15

Abtriebsflansch

16

Antriebswelle

17

integrierte Lagerung

18

Kamera

19

Werkzeug

20

elektrische Signal- und Versorgungsleitungen

21

Luftzuleitung

22

Trenmodul

Claims

1. Vorrichtung zum Beobachten und/oder Bearbeiten der In nenwände von Rohren, insbesondere von Rohren kleiner Nenn weiten, die im Rohrinneren bewegbar und an beliebiger Stel le festlegbar ist, mit einem schwenkbaren Arm, der minde stens ein Bearbeitungswerkzeug und/oder eine Inspektions einrichtung trägt und gegenüber der Rohrachse axial dreh bar und radial schwenkbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß koaxial zur Schwenkachse (9) des Arms (7) ein hochüberset zendes Getriebe (14) mit mindestens einer Hohlwelle (8) angeordnet ist und die Abtriebswelle des hochübersetzenden Getriebes (14) bzw. der Abtriebsflansch (15) koaxial zur Antriebswelle (16) des hochübersetzenden Getriebes (14) drehbeweglich gelagert ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Hohlwelle (8) des hochübersetzenden Getrie bes (14) hindurch Luft oder andere Medien oder elektrische Signal- und Versorgungsleitungen (20, 21) geführt sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in das hochübersetzende Getriebe (14) die Lagerung des Arms (7) integriert ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Verstellung um die Drehachse und Schwenkachse (9) Gleichstrommotoren (3, 10) verwendet werden, denen Ge triebe (4, 5; 11, 12, 13) vorgeschaltet sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekenn zeichnet, daß für die Dreh- und Schwenkbewegung hochüber setzende Getriebe (6, 14) gleicher Bauart verwendet wer den.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bewegungsübertragung auf die Antriebswelle (16) des hochübersetzenden Getriebes (14) ein Zahnriemen (13) dient.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekenn zeichnet, daß das Übersetzungsverhältnis des hochüberset zenden Getriebes (14) größer oder gleich 50 ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die elektrischen Signal- und Versorgungslei tungen (20) innerhalb einer Luftzuleitung (21) geführt sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Hohlwelle (8) des hochübersetzenden Ge triebes (14) Drehdurchführungen für Luft oder andere Me dien und/oder für Signale oder Energie besitzt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 8, dadurch gekenn zeichnet, daß in der Luftzuleitung (21) ein Modul (22) zum Einbringen der elektrischen Signal- und Versorgungsleitun gen (20) in die Luftzuleitung (21) sitzt.

11. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung aus einer An einanderkettung mehrerer Module besteht, die gegeneinander verschwenkbar, aber nicht verdrehbar sind.