DE10035221C2

DE10035221C2 - Vorrichtung für Rohrinnenarbeiten

Info

Publication number: DE10035221C2
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: 2002-08-01
Anticipated expiration: 2020-07-14
Also published as: DE10035221A1

Description

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

Eine solche Vorrichtung ist aus der deutschen Ge brauchsmusterschrift DE 297 18 247 U1 für Rohrnennwei ten vorzugsweise gleich oder größer 100 mm bekannt. Sie wird zur Rohrinneninspektion und Rohrsanierung einge setzt, um ein aufwendiges Aufgraben von Schadstellen in unbegehbaren Rohrleitungen, insbesondere Abwasserlei tungen, zu vermeiden, die beispielsweise durch Korrosion, Risse, Scherbenbrüche, undichte Muffen, Verkalkungen, Wurzeleinwuchs, Ablagerungen usw. verursacht sind.

Seitens der Anwender besteht seit längerem Bedarf an leistungsfähigen Vorrichtungen mit guter Bogengängig keit für kleinere Rohre sowie an Vorrichtungen für Rohrin nenarbeiten 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 Bedie nung auszeichnet.

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

Die Erfindung eröffnet die Möglichkeit, eine Vor richtung 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 Aufgaben feld für eine erfindungsgemäße Vorrichtung, 90°-Bögen von Rohren der Nennweite ab DN 100 aufwärts zu überwinden. Ein anderes Einsatzgebiet ist es, sanierte Hausanschlußlei tungen und sanierte Hausinstallationsleitungen im Abwas serbereich zu öffnen. Ein weiteres Einsatzgebiet ist es, vor bereitende Arbeiten wie Wurzelfräsen und Fräsen von Abla gerungen 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. Eine vor teilhafte Wirkung der Erfindung besteht weiterhin im verrin gerten Bauteil-Einsatz im Vergleich zu einer eingangs ge nannten Vorrichtung. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß für die Dreh- und Schwenkbewegung zwei identische An triebsmodule eingesetzt werden können. Hervorzuheben ist außerdem die einfache Zerlegbarkeit der Vorrichtung zum Zwecke von Inspektions- und Wartungsarbeiten.

Durch die hochübersetzenden Hohlwellengetriebe in Verbindung mit den Direktantriebsmotoren und den robu sten Drehlagern läßt sich sowohl der Arm als kräftige, kom pakte 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 Zahnriemen zwischen einem Motor und einem Getriebe oder einem Getriebe und einem Arm oder Korpus entfallen. Die vorzugsweise auf den Hohlwellen der hochübersetzen den Hohlwellengetriebe sitzenden Direktantriebsmotoren nehmen im Vergleich zu bekannten Anordnungen, wo sie etwa parallel zueinander längs im armtragenden Korpus an geordnet sind, kaum Raum ein, insbesondere beeinträchti gen sie nicht die Armlänge und nur unwesentlich die Kor puslänge.

Die Hohlwellengetriebe weisen eine Drehzahlre duzierung und damit Drehmomenterhöhung vom Direktan triebsmotor in Richtung Abtrieb um bevorzugt einen Faktor 50 bis 100 oder noch größer auf, wodurch sich auch bei re lativ kleinen und deshalb leistungsschwächeren Motoren hohe Stellkräfte am Arm erzielen lassen.

Durch die Hohlwellen der Hohlwellengetriebe hin durch lassen sich platzsparend und mechanisch geschützt Druckluft und/oder elektrische Signal- und Versorgungslei tungen 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 sta bile Dreh- und Schwenklagerung ermöglichen es, selbst problembehaftete Fräs- und Bohrarbeiten im Rohr bei guten Arbeitsgeschwindigkeiten und ohne vorzeitigen Verschleiß an der Vorrichtung durchzuführen.

Für den Antrieb werden in vorteilhafter Weise Gleichstrom-Torque-Motoren verwendet. Diese erlauben eine feinmotorische, einfache und wartungsarme Steuerung aller Armbewegungen.

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 ma ximalen Durchmesser der Vorrichtung kleiner/gleich dem 2,2fachen betragen. Die Vorrichtung ist dadurch extrem kur vengängig, selbst wenn man berücksichtigt, daß an einer Stirnseite noch ein Werkzeug geringeren Durchmessers an gesetzt ist und die andere Stirnseite starr mit dem schmalen scheibenartigen Befestigungsflansch der Festsetzeinrich tung verbunden ist. Beispielsweise lassen sich bei einem maximalen Außendurchmesser der Vorrichtung von 70 mm im Zusammenwirken 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 gleich falls gut kurvengängig und kann der Vorrichtung somit pro blemlos in Bögen folgen.

Weitere vorteilhafte Ausbildungen sind in der nachstehenden Beschreibung erläutert.

In der zugehörigen Zeichnung zeigt hierzu:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung in der Seitenansicht und

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

Die Vorrichtung besteht im wesentlichen aus ei nem armtragenden Korpus K und einem Arm A. Sie wird mit Hilfe einer Einrichtung F in einem nicht dargestellten Rohr festgelegt, die am Korpus befestigt ist. Tragender Teil des Korpus K ist ein rotationssymmetrischer Abtriebs flansch 1. Auf diesem Abtriebsflansch 1 ist ein im wesentli chen zylindrischer Armträger 2 so buchsengelagert, daß er um mindestens 360° um die Mittelachse des Abtriebsflan sches 1 rotieren kann. Die Mittelachse des Abtriebsflan sches 1 ist die Drehachse 3 für den Arm A. Der Rotationsan trieb erfolgt über einen Gleichstrom-Torque-Direktantriebs motor M1, von dem nur der Stator 4, der Rotor 5 und die Antriebshohlwelle 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 Direktantriebs motor M1 und dem Hohlwellengetriebe G1 möglich, die eine kompakte Motor-Getriebe-Einheit M1, G1 schafft und bei der die gedachten Drehachsen des Direktantriebsmotors M1 und des Hohlwellengetriebes G1 fluchten. Der Direkt antriebsmotor M1 und die Hohlwelle 7 des Hohlwellenge triebes 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 Abtriebsflansch 1 des Korpus K. Wird die ser festgelegt, dreht sich der Armträger 2 um die Rotations achse 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-Di rektantriebsmotor M2 mit einem Stator 10, einem Rotor 11 und einer Antriebshohlwelle 12 über ein hochübersetzendes Hohlwellengetriebe 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 Direkt antriebsmotor M2 dreht. Es ist aber auch jede andere geeig nete Wirkverbindung zwischen dem Direktantriebsmotor M2 und dem Hohlwellengetriebe G2 möglich, die eine kom pakte Motor-Getriebe-Einheit M2, G2 schafft und bei der die gedachten Achsen des Direktantriebsmotors M1 und des Hohlwellengetriebes G1 fluchten. Durch die integrierte La gerung 15 des Armes A in das hochübersetzende Getriebe G2 bzw. den Direktantriebsmotor M2 hinein wird eine sehr kompakte und hochbeanspruchbare Lagerung des Armes A mit einer hohen Kraftübersetzung sowie mit einem sehr gu ten 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 einer entsprechenden Beleuchtungseinrichtung zur Beobachtung und Dokumentation der Arbeit und des Ar beitsergebnisses untergebracht. Die Spitze des Armes A trägt ein druckluftgetriebenes Werkzeug 17, im Beispiel ei nen Fräser. Der Arm A, die Kamera 16 und der Werkzeug antrieb sind weitgehend ummantelt und damit sehr gut stoß- und schmutzgeschützt. Sperrige Hebelgetriebe entfallen völlig. Die Wartung beschränkt sich im wesentlichen auf eine problemlose Reinigung.

Der Abtriebsflansch 1 des Korpus ist mit einem Befestigungsflansch 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 Vor richtung im Rohr fest. Der Abtriebsflansch 1 ist das festste hende 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 Rohrin nenwand ausschwenken. Mit einer nicht näher dargestellten Einrichtung für den Vortrieb, im einfachsten Falle eine ge schmeidige 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 sowie die hochbiegsame Einrichtung F zum Festlegen im Rohr erreicht.

Zur Vorrichtung führen in nicht näher dargestellter Weise durch die biegsame Hohlseele 19 der Festsetzeinrich tung F elektrische Signal- und Versorgungsleitungen und eine Druckluftzuleitung für den Antrieb des Werkzeugs. Die Leitungen 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 Leitun gen insgesamt auf ein Minimum sinkt und Raum gespart wird.

Für die kompakten Antriebseinheiten M1, G1 und M2, G2, jeweils bestehend aus einem Zusammenbau eines Direktantriebsmotors M1, M2 mit einem Hohlwellenge triebe G1, G2, werden in vorteilhafter Weise baugleiche Komponenten vorgefertigt und eingebaut, wodurch sich die Fertigung der Antriebseinheiten M1, G1; M1, G2, ihr Ein bau in die Vorrichtung sowie die Wartung der Vorrichtung stark vereinfacht.

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 Ar mes A
G2 Hohlwellengetriebe für die Schwenkbewegung des Ar mes 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 Rohren kleiner Nennweiten, die im Rohrinneren be wegbar und an beliebiger Stelle festsetzbar ist, mit ei nem Arm, der mindestens ein Bearbeitungswerkzeug und/oder eine Inspektionseinrichtung trägt und bezüg lich der Rohrachse axial drehbar und radial schwenk bar ist, wobei koaxial zur Schwenkachse des Armes ein hochübersetzendes Hohlwellengetriebe angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Hohlwellengetriebe (G2) von einem Hohlwellendirektantriebsmotor (M2) angetrieben wird, der ebenfalls koaxial zur Schwenk achse (9) des Armes (A) angeordnet ist und mit dem Hohlwellengetriebe (G2) eine kompakte Antriebsein heit (M2, G2) bildet.

2. Vorrichtung für Rohrinnenarbeiten in insbesondere Rohren kleiner Nennweiten, die im Rohrinneren be wegbar und an beliebiger Stelle festsetzbar ist, mit ei nem Arm, der mindestens ein Bearbeitungswerkzeug und/oder eine Inspektionseinrichtung trägt und bezüg lich der Rohrachse axial drehbar und radial schwenk bar ist, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß in einem Korpus (K) der Vorrich tung ein hochübersetzendes Hohlwellengetriebe (G1) koaxial zur Drehachse (3) des Armes (A) für eine Ro tation achsparallel zur Rohrachse angeordnet ist, wel ches von einem Direktantriebsmotor (M1) angetrieben wird, der ebenfalls koaxial zu dieser Drehachse (3) an geordnet ist und mit dem Hohlwellengetriebe (G1) eine kompakte Antriebseinheit (M1, G1) bildet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß der Hohlwellendirektantriebsmotor (M2, M1) auf einer Hohlwelle (13, 7) des Hohlwellen getriebes (G2, G1) angeordnet ist und mit diesem eine kompakte Antriebseinheit (M2, G2; M1 G1) bildet.

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

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

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

7. Vorrichtung nach mindestens einem der vorstehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Di rektantriebsmotor (M1, M2) und eine Hohlwelle (7, 13) eines hochübersetzenden Hohlwellengetriebes (G1, G2) eine gemeinsame Lagerung (8, 15) besitzen.

8. Vorrichtung nach mindestens einem der vorstehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkachse des Armes (A) die Vorrichtung etwa mittig teilt und jeder Teil (Korpus K, Arm A) ein Länge-zu-Maximaldurchmesser-Verhältnis < = 2,2 be sitzt.

9. Vorrichtung nach mindestens einem der vorstehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Hohlwellen (7, 13) der Hohlwellengetriebe (G1, G2) hindurch Luft und/oder andere Medien und/oder elek trische Signal- und Versorgungsleitungen geführt sind.

10. Vorrichtung nach mindestens einem der vorstehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vor richtung durch einen aufblasbaren Balg (20) festsetzbar ist.

11. Bogengängige Vorrichtung für Rohrinnenarbeiten in ins besondere Rohren kleiner Nennweiten, die im Rohrinneren bewegbar und an beliebiger Stelle festsetzbar ist, mit ei nem Arm, der mindestens ein Bearbeitungswerkzeug und/oder eine Inspektionseinrichtung trägt und bezüglich der Rohr achse axial drehbar und radial schwenkbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Festsetzeinrichtung (F) am hinte ren Ende des Korpus (K) der Vorrichtung angeflanscht ist, deren aufblasbarer Balg (20) im druckentlasteten Zustand hochbiegsam ist.

12. Bogengängige Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch ge kennzeichnet, daß der Balg (20) von einer biegeelastischen Hohlseele durchdrungen ist.