DE10035221A1

DE10035221A1 - Vorrichtung für Rohrinnenarbeiten

Info

Publication number: DE10035221A1
Application number: DE2000135221
Authority: DE
Inventors: Jens Bauer
Original assignee: Jens Bauer
Current assignee: IMS ROBOTICS GMBH, DE
Priority date: 2000-07-13
Filing date: 2000-07-13
Publication date: 2002-01-31
Anticipated expiration: 2020-07-14
Also published as: DE10035221C2

Abstract

Bei einer Vorrichtung für Rohrinnenarbeiten in insbesondere Rohren kleiner Nennweiten, die im Rohrinneren bewegbar und an beliebiger Stelle festsetzbar ist, mit einem Arm (A) der mindestens ein Bearbeitungswerkzeug (17) und/oder eine Inspektionseinrichtung (16) trägt und bezüglich der Rohrachse axial drehbar und radial schwenkbar ist, wobei zum Schwenken des Armes (A) koaxial zur Schwenkachse (9) des Armes (A) ein hochübersetzendes Hohlwellengetriebe (G2) angeordnet ist, wird das Hohlwellengetriebe (G2) von einem Direktantriebsmotor (M2) angetrieben, der ebenfalls koaxial zur Schwenkachse (9) des Armes (A) angeordnet ist und mit dem Hohlwellengetriebe (G2) eine kompakte Antriebseinheit (M2, G2) bildet.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrich tung für Rohrinnenarbeiten in insbesondere Rohren kleiner Nennweiten, die im Rohrinneren bewegbar und an beliebiger Stelle festsetzbar ist, mit einem Arm, der mindestens ein Bearbeitungswerkzeug und/oder eine Inspektionseinrichtung trägt und bezüglich der Rohrachse axial drehbar und radial schwenkbar ist, wobei koaxial zur Schwenkachse des Armes ein hochübersetzendes Hohlwellengetriebe angeordnet ist.

Eine solche Vorrichtung ist aus der deutschen Gebrauchs musterschrift DE 297 18 247 U1 für Rohrnennweiten vorzugs weise gleich oder größer 100 mm bekannt. Sie wird zur Rohrinneninspektion und Rohrsanierung eingesetzt, um ein aufwendiges Aufgraben von Schadstellen in unbegehbaren Rohrleitungen, insbesondere Abwasserleitungen, zu vermei den, die beispielsweise durch Korrosion, Risse, Scherben brüche, undichte Muffen, Verkalkungen, Wurzeleinwuchs, Ab lagerungen usw. verursacht sind.

Seitens der Anwender besteht seit längerem Bedarf an leistungsfähigen Vorrichtungen mit guter Bogengängigkeit für kleinere Rohre sowie an Vorrichtungen für Rohrinnenar beiten in Rohren bis unterhalb der Nennweite 100 mm, woraus sich die Aufgabe stellt, ausgehend vom aufgezeigten Stand der Technik eine Vorrichtung zu schaffen, die sich durch noch größere Kompaktheit und Robustheit relativ zur Leistung sowie Einfachheit im Aufbau und in der Bedienung auszeichnet.

Die Aufgabe wird gelöst durch die in den Ansprüchen 1, 2 und 11 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Ausgestaltungen geben die abhängigen Ansprüche 3 bis 10 und 12 an.

Die Erfindung eröffnet die Möglichkeit, eine Vorrichtung zu bauen, die sich nicht nur durch einen besonders kleinen Außendurchmesser auszeichnet, sondern auch durch besonders kurze starre Bauteillängen, womit sich eine sehr gute Bogengängigkeit erzielen läßt. So ist es ein Aufgabenfeld für eine erfindungsgemäße Vorrichtung, 90°-Bögen von Roh ren der Nennweite ab DN 100 aufwärts zu überwinden. Ein anderes Einsatzgebiet ist es, sanierte Hausanschlußleitun gen und sanierte Hausinstallationsleitungen im Abwasserbe reich zu öffnen. Ein weiteres Einsatzgebiet ist es, vorbe reitende Arbeiten wie Wurzelfräsen und Fräsen von Ablage rungen durchzuführen. Wieder ein anderes Einsatzfeld ist es, Gas-, Trinkwasser-, Industrie- und Regenfallrohren mit Nennweiten um 80 mm zu durchmustern und gegebenfalls zu säubern und zu sanieren. Selbstverständlich eignet sich die Erfindung ebenso für den Bau größerer Vorrichtungen und den Einsatz in größeren Rohren. Die Erfindung erlaubt die Herstellung sehr zuverlässiger, leistungsstarker und sehr präzis steuerbarer und arbeitender Vorrichtungen. Ei ne vorteilhafte Wirkung der Erfindung besteht weiterhin im verringerten Bauteil-Einsatz im Vergleich zu einer ein gangs genannten Vorrichtung. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß für die Dreh- und Schwenkbewegung zwei identi sche Antriebsmodule eingesetzt werden können. Hervorzuhe ben ist außerdem die einfache Zerlegbarkeit der Vorrich tung zum Zwecke von Inspektions- und Wartungsarbeiten.

Durch die hochübersetzenden Hohlwellengetriebe in Verbin dung mit den Direktantriebsmotoren und den robusten Dreh lagern läßt sich sowohl der Arm als kräftige, kompakte Einheit direkt an den Armträger anschrauben als auch der rotationsfähige armtragende Abtriebsflansch des Korpus an den Befestigungsflansch der Festsetzeinrichtung. Übliche bewegungsübertragende Elemente wie Zahnräder oder Zahnrie men zwischen einem Motor und einem Getriebe oder einem Ge triebe und einem Arm oder Korpus entfallen. Die vorzugs weise auf den Hohlwellen der hochübersetzenden Hohlwellen getriebe sitzenden Direktantriebsmotoren nehmen im Ver gleich zu bekannten Anordnungen, wo sie etwa parallel zu einander längs im armtragenden Korpus angeordnet sind, kaum Raum ein, insbesondere beeinträchtigen sie nicht die Armlänge und nur unwesentlich die Korpuslänge.

Die Hohlwellengetriebe weisen eine Drehzahlreduzierung und damit Drehmomenterhöhung vom Direktantriebsmotor in Rich tung Abtrieb um bevorzugt einen Faktor 50 bis 100 oder noch größer auf, wodurch sich auch bei relativ kleinen und deshalb leistungsschwächeren Motoren hohe Stellkräfte am Arm erzielen lassen.

Durch die Hohlwellen der Hohlwellengetriebe hindurch las sen sich platzsparend und mechanisch geschützt Druckluft und/oder elektrische Signal- und Versorgungsleitungen ohne Einbuße am Dreh- bzw. Schwenkbeweglichkeit führen, wobei vorzugsweise die elektrischen Leitungen noch geschützt innerhalb der Druckluftzuleitung liegen.

Die stabile Ausbildung des Armes und seine stabile Dreh- und Schwenklagerung ermöglichen es, selbst problembehafte te Fräs- und Bohrarbeiten im Rohr bei guten Arbeitsge schwindigkeiten und ohne vorzeitigen Verschleiß an der Vorrichtung durchzuführen.

Für den Antrieb werden in vorteilhafter Weise Gleichstrom- Torque-Motoren verwendet. Diese erlauben eine feinmotori sche, einfache und wartungsarme Steuerung aller Armbewe gungen.

Die Schwenkachse des Armes liegt etwa mittig zur Länge der Vorrichtung, wodurch der Korpus und der Arm etwa gleiche Längen aufweisen, die im Verhältnis zum maximalen Durch messer der Vorrichtung kleiner/gleich dem 2,2fachen be tragen. Die Vorrichtung ist dadurch extrem kurvengängig, selbst wenn man berücksichtigt, daß an einer Stirnseite noch ein Werkzeug geringeren Durchmessers angesetzt ist und die andere Stirnseite starr mit dem schmalen scheibe nartigen Befestigungsflansch der Festsetzeinrichtung ver bunden ist. Beispielsweise lassen sich bei einem maximalen Außendurchmesser der Vorrichtung von 70 mm im Zusammenwir ken mit den kurzen starren Bauteillängen von Korpus und Arm 90°-Bögen ab Rohrnennweiten DN 100 durchschieben.

Indem die Festsetzeinrichtung eine biegeelastische Seele aufweist, ist sie im druckentspannten Zustand gleichfalls gut kurvengängig und kann der Vorrichtung somit problemlos in Bögen folgen.

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.

Die Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einem armtra genden Korpus K und einem Arm A. Sie wird mit Hilfe einer Einrichtung F in einem nicht dargestellten Rohr festge legt, die am Korpus befestigt ist. Tragender Teil des Kor pus K ist ein rotationssymmetrischer Abtriebsflansch 1. Auf diesem Abtriebsflansch 1 ist ein im wesentlichen zy lindrischer Armträger 2 so buchsengelagert, daß er um min destens 360° um die Mittelachse des Abtriebsflansches 1 rotieren kann. Die Mittelachse des Abtriebsflansches 1 ist die Drehachse 3 für den Arm A. Der Rotationsantrieb er folgt über einen Gleichstrom-Torque-Direktantriebsmotor M1, von dem nur der Stator 4, der Rotor 5 und die An triebshohlwelle 6 schematisch dargestellt sind, wobei der Rotor 5 fest auf einer Hohlwelle 7 eines hochübersetzenden Hohlwellengetriebes G1 sitzt. Es ist aber auch jede andere geeignete Wirkverbindung zwischen dem Direktantriebsmotor M1 und dem Hohlwellengetriebe G1 möglich, die eine kompak te Motor-Getriebe-Einheit M1, G1 schafft und bei der die gedachten Drehachsen des Direktantriebsmotors M1 und des Hohlwellengetriebes G1 fluchten. Der Direktantriebsmotor M1 und die Hohlwelle 7 des Hohlwellengetriebes G1 besitzen ein gemeinsame integrierte Lagerung 8 im Abtriebsflansch 1. Der Stator 4 des Motors M1 ist mit dem Armträger 2 fest verbunden. Der Rotor 3 dreht über das Getriebe G1 den Ab triebsflansch 1 des Korpus K. Wird dieser festgelegt, dreht sich der Armträger 2 um die Rotationsachse 3.

Am freien Ende des Armträgers 2 ist der Arm A um eine Schwenkachse 9 schwenkbar gelagert. Dieser Arm A läßt sich angetrieben von einem Gleichstrom-Torque-Direktantriebsmo tor M2 mit einem Stator 10, einem Rotor 11 und einer An triebshohlwelle 12 über ein hochübersetzendes Hohlwellen getriebe G2 mit seiner Hohlwelle 13 um einen Winkel von über 90° in beiden Schwenkrichtungen quer zur Rohrachse verstellen, wobei sich der Abtriebsflansch 14 des Armes A konzentrisch zur Antriebshohlwelle 12 des Direktantriebs motor M2 dreht. Es ist aber auch jede andere geeignete Wirkverbindung zwischen dem Direktantriebsmotor M2 und dem Hohlwellengetriebe G2 möglich, die eine kompakte Motor-Ge triebe-Einheit M2, G2 schafft und bei der die gedachten Achsen des Direktantriebsmotors M1 und des Hohlwellenge triebes G1 fluchten. Durch die integrierte Lagerung 15 des Armes A in das hochübersetzende Getriebe G2 bzw. den Di rektantriebsmotor M2 hinein wird eine sehr kompakte und hochbeanspruchbare Lagerung des Armes A mit einer hohen Kraftübersetzung sowie mit einem sehr guten Wirkungsgrad in der Drehmomentübertragung erzielt, was es ermöglicht, ein im Durchmesser sehr kleines, jedoch leistungsstarkes und wartungsarmes Gerät kurzer Baulänge und somit guter Kurvengängigkeit zu bauen. Der Stator 10 des Motors M2 ist mit dem Armträger 2 fest verbunden.

Im vorderen Bereich des Armes A ist eine Kamera 16 mit ei ner entsprechenden Beleuchtungseinrichtung zur Beobachtung und Dokumentation der Arbeit und des Arbeitsergebnisses untergebracht. Die Spitze des Armes A trägt ein druckluft getriebenes Werkzeug 17, im Beispiel einen Fräser. Der Arm A, die Kamera 16 und der Werkzeugantrieb sind weitgehend ummantelt und damit sehr gut stoß- und schmutzgeschützt. Sperrige Hebelgetriebe entfallen völlig. Die Wartung be schränkt sich im wesentlichen auf eine problemlose Reini gung.

Der Abtriebsflansch 1 des Korpus ist mit einem Befesti gungsflansch 18 für die Einrichtung F zum Festlegen der Vorrichtung im Rohr in nicht näher dargestellter Weise verschraubt. Die Festsetzeinrichtung F besteht hauptsäch lich aus einer biegsamen Hohlseele 19 und einem aufblasba ren Balg 20. Bei aufgeblasenem Balg 20 legt sich dieser an der Rohrinnenseite fest an und setzt damit die gesamte Vorrichtung im Rohr fest. Der Abtriebsflansch 1 ist das feststehende Korpuselement, um dessen Rotationsachse 3 der Armträger 2 mitsamt dem Arm A bei laufendem Direktan triebsmotor M1 rotiert. In der Ebene 90° hierzu läßt sich mittels des Direktantriebsmotors M2 der Arm A mehr oder weniger um die Schwenkachse 9 in Richtung zur Rohrinnen wand ausschwenken. Mit einer nicht näher dargestellten Einrichtung für den Vortrieb, im einfachsten Falle eine geschmeidige Schiebestange, kann in Kombination mit dem Dreh- und Schwenkantrieb jede beliebige Stelle im Rohr an gefahren werden. Die sehr gute Bogengängigkeit wird durch die kurzen starren Längen des Korpus K und des Armes A so wie die hochbiegsame Einrichtung F zum Festlegen im Rohr erreicht.

Zur Vorrichtung führen in nicht näher dargestellter Weise durch die biegsame Hohlseele 19 der Festsetzeinrichtung F elektrische Signal- und Versorgungsleitungen und eine Druckluftzuleitung für den Antrieb des Werkzeugs. Die Lei tungen werden in Drehdurchführungen koaxial durch die Hohlwellen 7 und 13 der hochübersetzenden Hohlwellenge triebe G1, G2 hindurch zum vorderen Teil des Armes A ge führt, wodurch die mechanische Beanspruchung der Leitungen insgesamt auf ein Minimum sinkt und Raum gespart wird.

Für die kompakten Antriebseinheiten M1, G1 und M2, G2, je weils bestehend aus einem Zusammenbau eines Direktan triebsmotors M1, M2 mit einem Hohlwellengetriebe G1, G2, werden in vorteilhafter Weise baugleiche Komponenten vor gefertigt und eingebaut, wodurch sich die Fertigung der Antriebseinheiten M1, G1; M1, G2, ihr Einbau in die Vor richtung sowie die Wartung der Vorrichtung stark ver einfacht.

Bezugszeichen

K Tragender Korpus der Vorrichtung
A Arm der Vorrichtung
F Festsetzeinrichtung zum Festsetzen der Vorrichtung
M1 Direktantriebsmotor für die Drehbewegung des Armes A
G1 Hohlwellengetriebe für die Drehbewegung des Armes A
M2 Direktantriebsmotor für die Schwenkbewegung des Armes A
G2 Hohlwellengetriebe für die Schwenkbewegung des Armes A

1

Abtriebsflansch des Korpus K

2

Armträger

3

Drehachse für den Arm A

4

Stator des Motors M1

5

Rotor des Motors M1

6

Antriebshohlwelle des Motors M1

7

Hohlwelle des Hohlwellengetriebes G1

8

Lagerung des Armträgers

2

9

Schwenkachse für den Arm A

10

Stator des Motors M2

11

Rotor des Motors M2

12

Abtriebshohlwelle des Motors M2

13

Hohlwelle des Hohlwellengetriebes G2

14

Abtriebsflansch des Armes A

15

Lagerung des Armes A

16

Kamera

17

Werkzeug

18

Befestigungsflansch für Festsetzeinrichtung F

19

biegsame Hohlseele der Festsetzeinrichtung F

20

Balg der Festsetzeinrichtung F

Claims

1. Vorrichtung für Rohrinnenarbeiten in insbesondere Roh ren kleiner Nennweiten, die im Rohrinneren bewegbar und an beliebiger Stelle festsetzbar ist, mit einem Arm, der min destens ein Bearbeitungswerkzeug und/oder eine Inspek tionseinrichtung trägt und bezüglich der Rohrachse axial drehbar und radial schwenkbar ist, wobei koaxial zur Schwenkachse des Armes ein hochübersetzendes Hohlwellenge triebe angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Hohlwellengetriebe (G2) von einem Hohlwellendirektan triebsmotor (M2) angetrieben wird, der ebenfalls koaxial zur Schwenkachse (9) des Armes (A) angeordnet ist und mit dem Hohlwellengetriebe (G2) eine kompakte Antriebseinheit (M2, G2) bildet.

2. Vorrichtung für Rohrinnenarbeiten in insbesondere Roh ren kleiner Nennweiten, die im Rohrinneren bewegbar und an beliebiger Stelle festsetzbar ist, mit einem Arm, der min destens ein Bearbeitungswerkzeug und/oder eine Inspek tionseinrichtung trägt und bezüglich der Rohrachse axial drehbar und radial schwenkbar ist, insbesondere nach An spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Korpus (K) der Vorrichtung ein hochübersetzendes Hohlwellengetriebe (G1) koaxial zur Drehachse (3) des Armes (A) für eine Ro tation achsparallel zur Rohrachse angeordnet ist, welches von einem Direktantriebsmotor (M1) angetrieben wird, der ebenfalls koaxial zu dieser Drehachse (3) angeordnet ist und mit dem Hohlwellengetriebe (G1) eine kompakte An triebseinheit (M1, G1) bildet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß der Hohlwellendirektantriebsmotor (M2, M1) auf einer Hohlwelle (13, 7) des Hohlwellengetriebes (G2, G1) angeordnet ist und mit diesem eine kompakte An triebseinheit (M2, G2; M1 G1) bildet.

4. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß für die Dreh- und Schwenk bewegung hochübersetzende Getriebe (G1, G2) gleicher Bau art eingesetzt sind.

5. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß für die Dreh- und Schwenk bewegung Direktantriebsmotoren (M1, M2) gleicher Bauart eingesetzt sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Direktantriebsmotoren (M1, M2) Gleichstrommotoren sind.

7. Vorrichtung nach mindestens einem der vorstehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Direktantriebsmo tor (M1, M2) und eine Hohlwelle (7, 13) eines hochüberset zenden Hohlwellengetriebes (G1, G2) eine gemeinsame Lage rung (8, 15) besitzen.

8. Vorrichtung nach mindestens einem der vorstehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkachse des Armes (A) die Vorrichtung etwa mittig teilt und jeder Teil (Korpus K, Arm A) ein Länge-zu-Maximaldurchmesser-Verhält nis <= 2,2 besitzt.

9. Vorrichtung nach mindestens einem der vorstehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Hohlwellen (7, 13) der Hohlwellengetriebe (G1, G2) hindurch Luft und/oder andere Medien und/oder elektrische Signal- und Versorgungsleitungen geführt sind.

10. Vorrichtung nach mindestens einem der vorstehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung durch einen aufblasbaren Balg (20) festsetzbar ist.

11. Festsetzeinrichtung mit einem aufblasbarer Balg für eine Vorrichtung für Rohrinnenarbeiten in insbesondere Rohren kleiner Nennweiten, dadurch gekennzeichnet, daß der Balg (20) im druckentlasteten Zustand biegsam und die Festsetzeinrichtung damit kurvengängig ist.

12. Festsetzeinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekenn zeichnet, daß der Balg (20) von einer biegeelastischen Hohlseele durchdrungen ist.