DE10118217A1 - System aus Fahrwerk und Roboter für Innenrohrarbeiten - Google Patents

Abstract

Bei einem System aus Fahrwerk (7) und Roboter (1) für Rohrinnenarbeiten, wie Inspizieren, Greifen, Reinigen, Fräsen, Schleifen, Bohren, Injizieren oder Spachteln, wobei ein autarker, traktionsloser Roboter (1) einen Korpus (2) und einen von Korpus (2) getragenen, zur Rohrachse dreh- und radialbeweglichen Arbeitskopf (3) aufweist und an einem autarken, selbstfahrenden Fahrwerk (7) endseitig Radpaare (8) angeordnet sind, bildet das Fahrwerk (7) auf einer Stirnseite eine sich bis zwischen seine Radpaare (8) erstreckende hohle Aufnahme (10) aus, in die der Korpus (2) des Roboters (1) flanschartig einpaßbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein System aus Fahrwerk und Roboter für Rohrinnenarbeiten, wie Inspizieren, Greifen, Reinigen, Fräsen, Schleifen, Bohren, Injizieren oder Spachteln, wobei ein autarker, traktionsloser Roboter einen Korpus und einen vom Korpus getragenen, zur Rohrachse dreh- und radialbewegli­ chen Arbeitskopf aufweist und an einem autarken, selbstfah­ renden Fahrwerk endseitig Radpaare angeordnet sind.

Um ein aufwendiges Aufgraben von Schadstellen in unbegehbaren Rohrleitungen zum Zwecke der Reinigung oder Sanierung zu ver­ meiden, ist es bekannt, diese Arbeiten durch ferngesteuerte Roboter vorzunehmen, die das Rohr selbständig befahren oder die durch das Rohr gezogen bzw. geschoben werden.

Aus der DE 197 45 497 C2 ist bereits eine Vorrichtung zum Be­ obachten und/oder Bearbeiten von Rohrinnenwänden bekannt, die zur Sanierung kleinerer Rohrdurchmesser bis zu DN 80 mm ab­ wärts, geeignet ist. Sie ist von außen in das Rohrinnere z. B. mittels einer Schiebestange verfahrbar und an beliebiger Stelle festlegbar. Ein an einem zylindrischen Korpus ange­ lenkter Arbeitsarm ist gegenüber der Rohrachse axial drehbar und radial schwenkbar.

Aus der DE 44 35 689 A1 ist eine Vorrichtung zur Innenbear­ beitung bekannt, die ein entlang des Rohres mittels eines Seilzuges verfahrbares Gerätegehäuse mit einer Stützvorrich­ tung zum Abstützen gegen die Rohrwandung besitzt. In dem mit zwei Kuven versehenen, im wesentlichen zylindrischen Geräte­ gehäuse ist ein Auszug geführt, der im hinteren Teil seiner Länge als zylindrischer Kolben mit Axialführung ausgebildet ist und im vorderen Teil zwecks großflächiger Führung nahezu dem Durchmesser des Gerätegehäuses entspricht und in diesem Teil ein radial schwenkbewegliches Bearbeitungswerkzeug einschließlich Motor und Antriebsgehäuse aufnimmt. Beim Bearbei­ ten kann eine Zustellung des Werkzeugs in axialer Richtung durch den Auszug erfolgen.

Auch bei den an Seilen gezogenen Vorrichtungen zum Innenbear­ beiten von Rohren nach DE 42 43 529 C2, DE 43 11 365 C2, 195 15 927 C1 und EP 0 647 812 A1 sind die inneren Gehäuse gegen die äußeren Gehäuse verschiebbar.

Außerdem sind selbstfahrende Vorrichtungen bekannt. Eine sol­ che selbstfahrende Vorrichtung zeigt beispielsweise DE 84 00 322 U1. In größeren Rohren, wie Abwassersammlern, die zudem schnurgerade verlegt sind, bereitet das Selbstfahren keine Probleme. Sind jedoch Rohre bis zu DN 80 mm hinunter zu be­ fahren, versagen für gewöhnlich selbstfahrende Fahrzeuge. Die Vorrichtungen bauen aufgrund des erzwungenermaßen kleinen Außendurchmessers entweder zu lang und sind deshalb nicht bo­ gengängig, oder sie kippen im Falle modular aneinandergereih­ ter Baugruppen um, weil die "Lokomotive" versucht, in einer Kurve die Rohrwand hochzufahren.

Zum Befahren von Rohren zwischen DN 100 mm und DN 180 mm ist beispielsweise aus der DE 197 14 463 A1 ein derartiges Gerät zum Sanieren vorgeschlagen worden, das aus mehreren über Kar­ dangelenke miteinander verbundenen Modulen besteht, nämlich einer Linearantriebseinheit, einer Arbeitseinheit und einer Steuereinrichtung, wobei die Arbeitseinheit ihrerseits wie­ derum aus einem Hubmodul mit einem Werkzeugträger, einem so­ genannten Antriebsmodul und einem Drehmodul gebildet ist. Durch die Kardangelenke hindurch wird die Antriebsenergie, ein Fluid, geführt. Die relative Schlankheit und bedingte Kurvengängigkeit gehen allerdings sehr zu Lasten einer ausge­ sprochen aufwendigen konstruktiven Ausbildung und komplizier­ ten Handhabung.

Eine ähnliche Vorrichtung nach WO 93/05 334 A1 besteht aus einer "Lokomotive", einer Steuerventileinheit und einem mehrteiligen Arbeitskopf. Vorbeschriebene "Züge" bilden etwa eine Länge von 1,5 m bis 2 m aus und sind in keiner Weise be­ triebssicher.

Im praktischen Einsatz werden demzufolge für engere Rohre un­ terschiedliche, den Arbeitsaufgaben angepaßte Vorrichtungen eingesetzt. Mit an einer Schubstange oder einem Zugseil ver­ fahrbaren, bogengängigen Vorrichtungen können kurze Rohr­ strecken bearbeitet werden. Für längere und dafür gerade Rohrstrecken hingegen kommen selbstfahrende Vorrichtungen zum Einsatz. Hierdurch bedingt sich ein großer Gerätepark beim Sanierunternehmen, der nicht nur hohe Anschaffungskosten ver­ ursacht, sondern auch bezüglich der Reinigungs- und Wartungs­ arbeiten zu Buche schlägt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein System für In­ nenrohrarbeiten in kleineren Rohren von Nenndurchmessern DN 80 mm bis DN 200 mm zu entwickeln, das den hohen Geräte- und damit Kostenaufwand reduziert, ohne daß hinsichtlich der Ar­ beitsmöglichkeiten irgendwelche Einschränkungen hinzunehmen wären.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die im Anspruch 1 an­ gegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen geben die Unteransprüche an.

Die Erfindung ermöglicht es, ein und denselben Roboter für Rohrinnenarbeiten in Rohren kleiner Nennweite für längere ge­ rade Strecken einzusetzen, indem er zur Selbstfahrt ertüch­ tigt wird und ebenso für Rohrstrecken mit 30°- oder 45°-Bögen sowie für kürzere Strecken mit Bögen größer 45°, indem der Fahrantrieb mit wenigen Handgriffen vom völlig autark arbei­ tenden, kompakten Roboter gelöst und durch eine Schiebestange oder ein Zugseil ersetzt wird.

Im Unterschied zum bekannten Stand der Technik wird in beson­ ders vorteilhafter Weise das selbstfahrende System in überraschender Weise nur wenig länger als der mit Hilfsmitteln ver­ fahrbare Roboter und bleibt deshalb auch selbstfahrend gut handhabbar, da der Korpus des Roboters vollständig oder nahe­ zu vollständig vom Fahrwerk aufgenommen wird.

Das Fahrwerk bekannter Vorrichtungen wird immer über Kardan­ gelenke oder dergleichen bewegliche Kupplungen angekuppelt. Der gesamte "Zug" wird damit sehr instabil, schwer lenkbar, am Arbeitsort schwer festlegbar und insbesondere sehr lang. Nicht nur die Kupplung benötigt eine gewisse Länge, sondern auch das Fahrwerk. Dieses darf auch nicht beispielsweise um die Kupplungslänge oder mehr verkürzt werden, da ein Min­ destradstand der treibenden Räder von etwa 400 mm realisiert werden muß, um Seiteneinläufe und Muffen selbstfahrend über­ winden zu können. Kuppelt man herkömmlich ein Fahrwerk an ei­ nen Roboter Stirnseite an Stirnseite starr an, sind selbst sehr weite Bögen nicht mehr durchfahrbar bzw. schon das Ein­ setzen in ein Rohr durch den Einstiegsschacht wird zusammen­ gebaut unmöglich.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird nicht der Korpus des Roboters vom Fahrwerk aufgenommen, sondern der Korpus ei­ nes am Roboter montierten Längshubwerkes. Hierdurch muß bei Rohrinnenarbeiten nicht immer das gesamte System vor- oder rückwärts fahren, sondern es genügt über einen gewissen Ar­ beitshub, den Arbeitszylinder des Längshubwerkes aus- und einzufahren. Es versteht sich, daß hierdurch das Gesamtsystem um die Länge der Hubeinheit länger baut, aber beim Einsatz in geraden Rohrstrecken entstehen hierdurch keine Nachteile. Der Vorteil, daß nur ein einziger Roboter für alle Rohrverhält­ nisse, bezogen auf eine gewisse Bandbreite an Rohrnennweiten, angeschafft werden muß, bleibt voll erhalten.

Der Korpus der Hubeinheit kann äußerlich baugleich zum Korpus des Roboters ausgebildet sein, wodurch unmittelbar dasselbe Fahrwerk eingesetzt werden kann. Er kann aber auch im Durch­ messer kleiner sein. Das Fahrwerk hat dann ebenfalls eine im Durchmesser kleinere Aufnahme oder es wird ein Adapter ver­ wendet, der unterschiedliche Durchmesser ausgleicht.

Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigt:

Fig. 1 einen Roboter und ein Fahrwerk, vereinzelt und als Systemeinheit und

Fig. 2 einen Roboter mit Längshubwerk und Fahrwerk als Systemeinheit und ohne Fahrwerk.

Ein Roboter 1, hier beispielhaft zum Fräsen von Ablagerungen und Bewuchs, Ausfräsen von Einlaufmündungen in Inlinern oder Glätten von Kanten laminatsanierter Schadstellen unter Beob­ achtung einer integrierten Kamera ertüchtigt, besitzt einen zylindrischen Korpus 2 und einen elektromotorisch schwenk- und drehbeweglichen Arbeitskopf 3. In einer Werkzeugaufnahme am vorderen Arbeitskopf 3 ist ein Werkzeug 4, im Beispiel ein Kugelfräser, eingespant, der von einem innenliegenden Druck­ luftmotor angetrieben wird. Die Druckluft wird dem Roboter 1 über eine nicht dargestellte Versorgungsleitung durch einen Stutzen 5 zugeführt. Außerdem ist im Arbeitskopf 3 eine Vi­ deokamera 6, ein Scheinwerferpaar und eine Steuerelektronik untergebracht. Hierdurch können die Innenrohrarbeiten fernge­ steuert von über Tage überwacht werden. Der Arbeitskopf 3 ist als Schwenkarm ausgebildet und um die Korpuslängsachse und damit um die Rohrachse drehbeweglich. Hierdurch sind alle Zo­ nen im Rohr mit dem Werkzeug 4 zu erreichen. Zur Fortbewegung des Roboters 1 in Rohren mit engen Bögen wird in bekannter Weise eine hochflexible Schiebestange oder ein Zugseil be­ nutzt, so das es möglich ist, auch Rohrbögen zu durchschie­ ben. Es leuchtet ein, daß auf diese Weise nur kürzere Strec­ ken bis ca. 20 m überwunden werden können.

Für längere Strecken muß der Roboter 1 selbstfahrend sein. Ein hierfür vorgesehenes Fahrwerk 7 hat an jedem Ende Radpaa­ re 8, von denen mindestens ein Radpaar 8 einen Antrieb besitzt. Der für ein betriebssicheres Fahren notwendige Rad­ stand bestimmt die Länge des Fahrwerks 7. Der Fahrwerk 7 muß namentlich in der Lage sein, nicht nur Rohrmuffen oder ähnli­ che Hindernisse überfahren zu können, ohne hängen- bzw. stec­ kenzubleiben, sondern auch Seiteneinläufe, da die Radpaare 8 aufgrund der zu befahrenden engen Rohrweiten nicht auf der Rohrsohle, sondern in Mündungshöhe der Seiteneinläufe auf der Rohrinnenschale laufen.

Das Gehäuse 9 des Fahrwerks 7 ist etwa hälftig hohlzylin­ drisch ausgebildet. In diese hohlzylindrische Aufnahme 10 wird zum Zwecke des Selbstfahrens der Systemeinheit der Kor­ pus 2 des Roboters 1 eingeschoben und geeignet festgelegt. Das Gesamtsystem aus Roboter 1 und Fahrwerk 7 verkürzt sich hierdurch im Idealfall um die volle Länge des Korpus 2 des Roboters 1.

Das System aus Roboter 1 und Fahrwerk 7 wird dadurch sehr ge­ drungen und stabil und ist in der Lage, in engen Rohren grö­ ßere gerade Strecken zurückzulegen. Es wird zudem kippsicher. Durch den hinteren Teil des Fahrwerkes 7 werden die Versor­ gungs- und Steuerleitungen in nicht näher dargestellter Weise hindurchgeführt. Außerdem sitzt im hinteren Teil ein elektri­ scher Antriebsmotor und das Getriebe für alle angetriebenen Räder. Der Antriebsmotor ist sehr kräftig, um die Leitungen auch durch Rohrbögen nachschleppen zu können.

Gemäß Fig. 2 ist der Roboter 1 erfindungsgemäß um ein Längs­ hubwerk 11 verlängert. In dieser Konfiguration wird der Kor­ pus 12 des Längshubwerkes 11 in die Aufnahme 10 eingeschoben und geeignet befestigt. Aufgrund der größeren Länge im Ver­ gleich zu dem erfindungsgemäßen System ohne Längshubwerk 11 ist der Roboter 1 zwar schlechter in Rohre einsetzbar, jedoch gehen die Arbeiten in einem geraden Rohr schneller von der Hand, da zum Fräsen oder dergleichen Rohrinnenarbeiten der Fahrantrieb stillgelegt sein kann und statt dessen der Hub­ kolben 13 des Längshubwerkes 11 ein- und ausgefahren wird.

Der Hubkolben 13 kann pneumatisch, hydraulisch oder elektro­ motorisch angetrieben sein und erlaubt sehr feinmotorische Stellbewegungen.

Es versteht sich, daß das System in vielerlei Hinsicht im Rahmen der Erfindung modifiziert sein kann. So kann anstelle des schwenkbeweglichen Arbeitsarmes ein Arbeitskopf 3 mit ra­ dial ausfahrbarem Werkzeughalter vorgesehen sein.

Nach einer weiteren Ausführung sind die Aufnahme 10 und der Korpus 2, 12 nicht zylindrisch sondern prismatisch, bei­ spielsweise 6-eckig. Hierdurch verhindert der Formschluß be­ reits von sich aus ein Verdrehen des Korpus 2, 12 in der Auf­ nahme 10 des Fahrwerks 7.

Nach einer weiteren Ausführung kann der Korpus 2 im Durchmes­ ser im Vergleich zum übrigen Roboterdurchmesser abgesetzt sein, wodurch der Durchmesser des Fahrwerks 7 nicht über den Durchmesser des Roboters 1 hinaussteht.

Gemäß einer weiteren Ausbildung laufen mehr als zwei Radpaare 8 am Fahrwerk 7 oder das Fahrwerk 7 ist mit Rädern für einen Raupenantrieb ausgestattet. Selbstverständlich kann auch eine Einzelradaufhängung oder ein Einzelradantrieb vorgesehen sein oder eine Radachse ist lenkbar. Der Begriff "Radpaar" schließt im Sinne der Erfindung alle aus dem Fahrzeugbau be­ kannten und für das Fahrwerk 7 geeignete Radläufer-Konstruk­ tionen ein.

In weiterer Ausgestaltung kann auf den Korpus 2 des Roboters 1 eine aufblasbare Gummimanschette befestigt werden, um für den Einsatz in Schub- oder Zugtechnik oder mit angebautem Längshubwerk 11 den Roboter 1 im Rohr am Arbeitsort festlegen zu können.

Auch kann eine solche Gummimanschette auf dem Gehäuse 9 des Fahrwerks 7 befestigt werden, um das Fahrwerk 7 mit dem ein­ geschobenen Roboter 1 im Rohr zu fixieren.

Ferner kann anstelle eines Hubkolbens 13 das Längshubwerk 11 mit einer Zahnstange, einem Balg, einer Schere oder einem ähnlichen Hubmittel arbeiten.

Mit ein und demselben Roboter 1 können beispielsweise Rohre der Nennweiten DN 80 mm bis DN 300 mm mit Bögen bis zu 87° schiebend durchsetzt werden und Rohre ab Nennweite DN 125 mm aufwärts bis etwa DN 400 mm selbstfahrend durchfahren werden.

Bezugszeichen

1

Roboter

2

Korpus des Roboters

3

Arbeitskopf des Roboters

4

Werkzeug

5

Stutzen

6

Videokamera

7

Fahrwerk

8

Radpaar

9

Gehäuse des Fahrwerks

10

Aufnahme

11

Längshubwerk

12

Korpus des Längshubwerks

13

Hubkolben

Claims (10)

1. System aus Fahrwerk und Roboter für Rohrinnenarbeiten, wie Inspizieren, Greifen, Reinigen, Fräsen, Schleifen, Bohren, Injizieren oder Spachteln, wobei ein autarker, traktionsloser Roboter einen Korpus und einen vom Korpus getragenen, zur Rohrachse dreh- und radialbeweglichen Arbeitskopf aufweist und an einem autarken, selbstfahrenden Fahrwerk endseitig Radpaare angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Fahrwerk (7) auf einer Stirnseite eine sich bis zwi­ schen seine Radpaare (8) erstreckende hohle Aufnahme (10) ausbildet, in die der Korpus (2) des Roboters (1) flanschar­ tig einpaßbar ist.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Roboter (1) korpusseitig um ein Längshubwerk (11) verlängert ist und der Korpus (12) des Längshubwerkes (11) in eine hohle Aufnahme (10) des Fahrwerks (7) flanschartig ein­ paßbar ist.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Korpus (2, 12) unbeweglich in der Aufnahme (10) sitzt.

4. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Korpus (2, 12) und die Aufnahme (10) zylindrisch oder prismatisch ausgebildet sind.

5. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Korpus (2) des Roboters (1) bzw. auf das Gehäuse (9) des Fahrwerks (7) eine aufblasbare Gummimanschette auf­ ziehbar ist.

6. Fahrwerk nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahme (10) etwa längenhälftig in das Gehäuse (9) des Fahrwerks (7) hineinreicht.

7. Fahrwerk nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sein Gehäuse (9) rohrartig ausgebildet ist.

8. Fahrwerk nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vom Ende der Aufnahme (10) zur anderen Stirnseite ein Durchzug für Medien und Steuerleitungen verläuft.

9. Roboter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitskopf (3) dreh- und schwenkbeweglich zum Korpus (2) des Roboters (1) ist.

10. Roboter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Längshubwerk (12) ein modulares Anbauteil ist.