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Die Erfindung betrifft ein System zur endoskopischen Positionierung insbesondere zur Anwendung bei der Reparatur schwer zugänglicher Bauteile in beispielsweise Triebwerken oder Turbinen.
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Die Erfindung betrifft gleichermaßen eine armförmige, automatische steuerbare Arbeitsmaschine aufweisend eine Mehrzahl von Armabschnitten und mindestens ein Gelenk, wobei zwei Armabschnitte jeweils über ein Gelenk knickbar miteinander verbunden sind, und eine eine Bewegung der Armabschnitte steuernde Steuerung,
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Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Positionierung eines endoskopischen Systems.
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Zur Reparatur entsprechender Bauteile muss die zugehörige Vorrichtung aufgrund ihrer zumeist komplexen Geometrie und nicht vorliegender äußerer Zugänglichkeit des defekten Bauteils meist demontiert werden, was mit einem mitunter mit großem Arbeitsaufwand sowie einer erheblichen Maschinenausfallzeit verbunden ist.
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Beispielsweise weisen in Triebwerken verbaute Rotoren einen hohen Verschleiß aufgrund hoher Belastungen u.a. durch große Rotationsgeschwindigkeiten und den Betrieb in Umgebungen mit hohem Temperaturunterschied auf, was regelmäßig zu Defekten wie Rissen oder Dellen an den Triebwerksschaufeln führt. Die komplexe Geometrie des Triebwerks erfordert bisher zu deren Instandsetzung eine Demontage des kompletten Triebwerks.
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Daher ist es wünschenswert, Reparaturarbeiten an den im Triebwerk verbauten Rotorblättern in situ, also ohne Demontage des Triebwerks durchführen zu können.
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Für die Reparatur von Defekten der Triebwerksschaufeln hat sich die Verwendung von Lasern als vielversprechend erwiesen, beispielsweise in Form von Laserauftragsschweißen. Bekannt sind ebenso Schweißverfahren wie das Lichtbogenschweißen. Zu den genannten Reparaturarbeiten muss ein Laser bzw. eine Vorrichtung zum Einbringen ausreichender Wärmeenergie gegenüber dem Defekt positioniert werden, was eine aufwendige Navigation im Triebwerk erforderlich macht, die mit bisher verwendeten starren Boroskopen, zumindest von außerhalb, nicht realisierbar ist.
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Aus der Kontinuumsrobotik und der Medizintechnik, in der erstere insbesondere Anwendung findet, sind verschiedene armähnliche Vorrichtungen bekannt, die eine Bewegung bzw. Umformung ihrer selbst entlang einer komplexen gekrümmten Geometrie ermöglichen.
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Aus der
US 10 737 398 B2 und der
US 2014/0260755 A1 ist eine entlang einer einstellbaren gekrümmten Bahn bewegliche Vorrichtung bekannt, deren Krümmung über Seilzüge einstellbar ist, wobei ein zentraler elastischer Stab als stabilisierendes, eine Rückstellkraft erzeugendes Element, auch Rückgrat genannt, verwendet wird. Das Rückgrat ist, wie auch die Seilzüge, durch mehrere ringförmige Verbindungselemente hindurchgeführt, die eine gleichmäßige Verteilung der Krümmung ermöglichen. Diese bekannte Vorrichtung ermöglicht zwar eine hohe Flexibilität der möglichen Bahnkrümmung, gleichzeitig ist deren Steifigkeit jedoch allein auf das zentrale Rückgrat gestützt, womit diese relativ gering ist. Damit können mit Nachteil beispielsweise am Vorrichtungsende wirkende Kräfte oder Momente, insbesondere bei geringem Durchmesser zu Länge Verhältnis, kaum kompensiert werden. Die bekannte Vorrichtung kann also keine größeren Gewichte durch Werkzeuge oder benötigte Arbeitsmedien tragen.
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Die
US 9,089,354 B2 betrifft ein flexibles Endoskop für den Einsatz in chirurgischen Verfahren. Hierbei wird das zu benutzende und zu navigierende chirurgische Gerät mittels eines Arms bewegt, der aus einem zentralen länglichen Element als Rückgrat und weiteren länglichen Elementen gebildet ist, wobei die länglichen Elemente jeweils stabförmig aus einem flexiblen Material ausgebildet sind. Es sind weiterhin entlang der Länge der länglichen Elemente angeordnete, relativ zu diesen bewegliche Abstandshalterscheiben vorgesehen. Auf diese Weise ist das vorbekannte Endoskop zwar in der Lage, größere Lasten zu tragen. Es weist jedoch mit Nachteil durch die erhöhte Steifigkeit eine deutlich geringere Flexibilität auf, was die Navigation in einer komplizierten Geometrie unmöglich macht.
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Die US 2013/ 0 090 763 A1 offenbart Systeme und Verfahren zur Kraftmessung in einem Roboter.
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Damit liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein System, eine Arbeitsmaschine und ein entsprechendes Verfahren zur endoskopischen Positionierung anzugeben, dass eine Bewegung eines krümmbaren Endoskops entlang einer Bahn mit einer erhöhten Vielfalt an Krümmungsradien bei gleichzeitiger erhöhter Lasttragung an seinem Arbeitsende und der eventuellen Mitführung von Arbeitsmedien ermöglicht.
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Die Vorrichtungsaufgabe wird bei einem System zur endoskopischen Positionierung aufweisend eine an einem ersten Ende angeordnete Basis, mehrere aneinander axial angrenzende Aktuatoren, wobei jeder Aktuator jeweils ein Kopf- und ein Fußteil, sowie eine Mehrzahl länglicher Positionierungselemente aufweist, die sich entlang der Länge des jeweiligen Aktuators erstreckend und mit der Basis jeweils wirksam verbunden sind, wobei die Positionierungselemente zumindest teilweise durch Öffnungen des jeweiligen Kopf- und Fußteils geführt sind, und ein an einem zweiten Ende angeordnetes Endteil, dadurch gelöst, dass die Aktuatoren mindestens ein erster und mindestens ein zweiter Aktuator sind, wobei die Positionierungselemente des mindestens einen ersten Aktuators als flexible stab- oder rohrförmige Elemente ausgebildet sind und die Positionierungselemente des mindestens einen zweiten Aktuators als Seilzüge ausgebildet sind, und wobei der mindestens eine zweite Aktuator ein sich zentral entlang seiner Länge erstreckendes elastisches Element sowie mindestens eine Abstandsscheibe aufweist, wobei die Seilzüge beweglich durch die mindestens eine Abstandsscheibe geführt sind.
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In Ausgestaltung der Erfindung kann der Seilzug mit Vorteil gleichzeitig als Signalkabel, insbesondere für eine Kamera, und/oder als Spannungsversorgung für eine Beleuchtung verwendet werden. Mit Vorteil ergibt sich somit erfindungsgemäß ein doppelter Nutzen der Seilzüge. Dabei können etwaige Geräte, die eine solche Daten- und/oder Spannungsversorgungsleitung benötigen, insbesondere im Bearbeitungskopf angeordnet sein. Dies geht mit den anderen Medienkanälen vom Prinzip des reinen Positionierens und Versorgen mit Arbeitsmedien für den Reparaturprozess einher.
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Durch die erfindungsgemäße Kombination eines seilzugbasierten Aktuators weist das System eine insgesamt erhöhte Flexibilität auf. Die Verwendung von Druck-Zug basierten Aktuatoren ermöglicht hingegen die Tragung einer erhöhten Last durch das gesamte System. Dadurch ist es auch erfindungsgemäß möglich, ein Arbeitsgerät über eine komplizierte Bahn in einer Arbeitsposition zu positionieren und dieses über eine an der Basis des Systems angeordnete Steuerung zu bedienen.
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Die Anordnung mehrerer Aktuatoren hintereinander erhöht dabei allgemein die Anzahl der Freiheitsgrade des Systems: Liegt diese bei einem Aktuator noch bei zwei, ist sie bei einer erfindungsgemäßen Kombination zweier Aktuatoren auf vier erhöht, zuzüglich eines Freiheitsgrades für die axiale Translationsbewegung.
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Weiterhin in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass ein erster Aktuator an die Basis angrenzend ist und ein zweiter Aktuator an das Endteil angrenzend ist und/oder dass die Positionierungselemente des ersten Aktuators axial beweglich in den Öffnungen des Fußteils und axial unbeweglich in den Öffnungen des Kopfteils des ersten Aktuators geführt sind.
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Auf diese Weise weist das System an seinem Arbeitsende eine erhöhte Flexibilität auf und der Aktuator am Beginn des Systems weist eine erhöhte Steifigkeit auf, womit dieser die aufgrund der Hebellänge maximal anliegende Last des Systems stabil tragen kann. Die Führung der Positionierungselemente des ersten Aktuators in den Öffnungen des Kopf- und Fußteils des jeweiligen Aktuators ermöglicht die relative Veränderung einer zwischen den genannten Öffnungen liegenden Länge eines Positionierungselementes. Dabei erfahren die Positionierungselemente je nach Druck/Zugbelastung aller Positionierungselemente des Aktuators eine Krümmung.
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In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Seilzüge des mindestens einen zweiten Aktuators durch als Röhrchen ausgebildete Positionierungselemente des ersten Aktuators axial beweglich geführt sind.
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Damit sind die Seilzüge platzsparend durch den ersten Aktuator geführt. Die axial freie Beweglichkeit der Seilzüge in den Röhrchen ermöglicht eine entkoppelte Bewegung der beiden Positionierungselemente und damit des ersten und zweiten Aktuators.
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Weiterhin ist in Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Positionierungselemente des ersten Aktuators aus einem elastischen und/oder superelastischen Material, vorzugsweise Nitinol und oder Federstahl, gefertigt sind. Entscheidend ist in diesem Zusammenhang erfindungsgemäß, dass das Material ein hohes E-Modul zur elastischen Verformung aufweist. Insbesondere schafft Nitonol als Nickel-Titan Legierung eine ausreichende Elastizität der Positionierungselemente. Zudem ist Nitinol eine Formgedächtnislegierung.
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Weiterhin ist vorgesehen, dass am Endteil ein Bearbeitungsgerät, insbesondere ein Laser, angeordnet ist, wobei das Bearbeitungsgerät wirksam mit der Basis verbunden ist.
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Damit ermöglicht das erfindungsgemäße System die Positionierung eines Bearbeitungsgerätes und dessen Bedienung innerhalb einer komplizierten Geometrie, beispielsweise die Positionierung und Bedienung eines Lasers in einem Triebwerk, wobei dieser über einen kleinen, beispielsweise lediglich 8mm Durchmesser aufweisenden Wartungsport des Triebwerks eingeführt und durch die im Triebwerk vorgefundene Anordnung von Triebwerksschaufeln zur defekten Schaufel geführt und dort positioniert wird
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In Ausgestaltung der Erfindung ist weiterhin vorgesehen, dass die mindestens eine Abstandsscheibe sowie die Kopf- und Fußteile jeweils weitere Öffnungen aufweisen.
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Damit ist die Freiheit geschaffen, weitere Elemente zur Bedienung des Aktuators, Steuerung oder Beobachtung des späteren Bearbeitungsprozesses o.ä. innerhalb des Systems zu positionieren und mit diesem mitzuführen.
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Außerdem ist vorgesehen, dass durch die weiteren Öffnungen Kanäle geführt sind, insbesondere Kühlwasserkanäle und/oder Kanäle für eine Kamerafaser und/oder ein Kanal für ein Schweißmedium und/oder ein Kanal für ein Laserlichtleitkabel und/oder ein Kanal zur Durchführung eines Schutzgases.
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Durch die Kanäle lassen sich mit großem Vorteil Arbeitsmittel zum Bearbeitungsgerät führen, wie zum Beispiel das zum Schweißen notwendige Schweißgas oder Kühlflüssigkeit zur Abfuhr der bei Reparaturarbeiten entstehenden Wärmeenergie sowie Kabel zur Energieversorgung beliebiger Bearbeitungs- und/oder Beobachtungs- und Beleuchtungsgeräte. Erst das Vorhandensein der entsprechenden Arbeitsmittelversorgung macht die genannten Laser- oder Schweißreparaturprozesse überhaupt möglich. Das erfindungsgemäße System weist dabei eine ausreichende Steifheit und Stabilität auf, um diese Arbeitsmedien mitführen zu können.
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Es ist außerdem in einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass zumindest ein Teil der Kanäle durch als Röhrchen ausgebildete Positionierungselemente des ersten Aktuators und/oder durch das als weiteres Röhrchen ausgebildete elastische Element des zweiten Aktuators geführt sind.
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Damit ist eine verbesserte Nutzung des innerhalb des Querschnitts der Aktuatoren jeweils vorhandenen Platzes gegeben, womit der Durchmesser der Aktuatoren durch das Mitführen der Arbeitsmedien mit großem Vorteil nicht vergrößert werden muss.
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In Ausgestaltung der Erfindung ist außerdem vorgesehen, dass die Basis wirksam mit einer Steuereinheit verbunden ist, die die Positionierungselemente der Aktuatoren über, insbesondere voneinander unabhängige, Linearaktuatoren steuernd ist, wobei die Linearaktuatoren insbesondere als Linearachsmodule ausgebildet sind.
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Auf diese Weise ist erfindungsgemäß eine Steuerung der einzelnen Aktuatoren bzw. des gesamten Systems in bekannter Art und Weise möglich. Zudem ist eine entkoppelte Steuerung der einzelnen Aktuatoren und sogar der einzelnen Positionierungselemente möglich.
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Bei als Röhrchen ausgebildeten Positionierungselementen des ersten Aktuators und der Hindurchführung der Seilzüge des zweiten Aktuators durch diese kann die voneinander unabhängige Aktuierung der Röhrchen und des hindurchgeführten Seils platzsparend jeweils durch aufeinandergestapelte und so gekoppelte Linearachsmodule erfolgen.
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Außerdem ist vorgesehen, dass die Positionierungselemente des ersten Aktuator als drei in einem jeweiligen Abstand von 120° angeordnete Röhrchen ausgebildet sind und/oder dass die Positionierungselemente des zweiten Aktuators drei Seilzüge sind, die jeweils in einem Abstand von 120° zueinander angeordnet sind.
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Die Verwendung jeweils dreier Positionierungselemente ermöglicht in vorteilhafter Ausgestaltung eine ausreichende Erzeugbarkeit der gewünschten Krümmung der jeweiligen Aktuatoren bei gleichzeitig vergleichsweise geringem Raumbedarf.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist außerdem eine armförmige, automatische steuerbare Arbeitsmaschine, aufweisend eine Mehrzahl von Armabschnitten und mindestens ein Gelenk, wobei zwei Armabschnitte jeweils über ein Gelenk knickbar miteinander verbunden sind und eine eine Bewegung der Armabschnitte steuernde Steuerung vorgesehen, wobei an einem Arbeitsende ein Armabschnitt angeordnet ist, mit dem ein System nach Anspruch 1 wirksam verbunden ist, wobei die Steuerung auch eine Bewegung des Systems steuernd ist.
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Auf diese Weise ist das erfindungsgemäße System mit konventionellen Knickarmrobotern koppelbar und deren insbesondere automatisierte Verwendbarkeit ist deutlich erhöht.
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Die Verfahrensaufgabe wird bei einem Verfahren zur Positionierung eines endoskopischen Systems aufweisend die Schritte:
- - Bestimmung einer Bahn entlang derer sich das endoskopische System bewegen soll, wobei die Bahn sowohl eine axiale Vorschubbewegung des gesamten Systems als auch eine intrinsische Krümmungsbewegung des Systems beinhaltet;
- - Bewegung des Systems entlang dieser Bahn, wobei jeweils Vorschubbewegung und Krümmungsbewegung schrittweise und gekoppelt erfolgen und wobei die Bewegung durch eine Basis in das System eingekoppelt wird;
dadurch gelöst, dass eine Krümmungsbewegung des Systems über mindestens zwei axial hintereinander angeordnete Aktuatoren erfolgt, wobei die Aktuatoren mindestens ein erster und ein zweiter Aktuator sind, wobei ein erster Aktuator gekrümmt wird, indem auf sternförmig angeordnete Röhrchen, die sich entlang seiner Länge erstrecken, jeweils eine axiale Druckkraft oder Zugkraft ausgeübt wird und wobei ein zweiter Aktuator gekrümmt wird, indem eine Seilzuglänge sternförmig angeordneter Seilzüge, die sich entlang seiner Länge erstrecken, über auf diese aus Richtung der Basis wirkende Zugkräfte jeweils verändert wird.
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Auf diese Weise wird die Bewegung des Systems entlang einer beliebigen, vorher berechneten Bahn erzeugt, wobei das Ziehen der Seilzüge eine große Krümmbarkeit des Aktuators ermöglicht und die Verwendung eines auf Röhrchen basierenden Aktuators das Einbringen sowohl einer Druck als auch einer Zugkraft ermöglichen. Dadurch können, neben der erhöhten Stabilität, insbesondere bei einem Arbeitsprozess auf ein Arbeitsende des Systems einwirkende Momente kompensiert werden und damit ist eine insgesamt flexiblere Bewegung, Handhabung und Einsetzbarkeit des Systems ermöglicht.
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Die Erfindung wird im Weiteren in Bezug auf mehrere Figuren beispielhaft beschrieben. Dabei stellen die Figuren bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung dar.
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Dabei zeigen:
- 1 einen Reparaturprozess mit Hilfe eines erfindungsgemäßen Systems;
- 2 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems eingeführt in ein Triebwerk;
- 3 einen Schnitt durch ein Kopf- bzw. Fußteil eines Aktuators eines erfindungsgemäßen Systems;
- 4 eine mögliche Aktuierung eines erfindungsgemäßen Systems;
- 5 die Verwendung eines erfindungsgemäßen Systems an einem Knickarmroboter.
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In 1 ist beispielhaft ein Teil eines mit einem erfindungsgemäßen System S durchgeführten Reparaturprozesses einer Schaufel eines Rotors in einem Triebwerk T dargestellt. Dabei ist die erfindungsgemäße Vorrichtung durch einen Wartungsport 19 in das Triebwerk eingeführt. Um den Defekt 20 an einer Rotorschaufel erreichen zu können, muss das Bearbeitungsgerät 11, welches sich an einem freien zweiten Ende 7 des System S befindet, gegenüber dem Defekt positioniert werden. Dazu muss das System S, entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren, in der Lage sein, sich so zu bewegen und zu krümmen, dass weder Bearbeitungsgerät 11 noch ein Teil des Systems S mit den Bauteilen des Rotors in Berührung kommt. Das Ergebnis dieser Positionierungsbewegung ist in der 1 als Krümmung des Systems S erkennbar. Um eine solche Krümmbarkeit zu ermöglichen, weist das erfindungsgemäße System S mehrere Aktuatoren 2 auf. Ein beispielhafter Reparaturprozess, der mit Hilfe eines erfindungsgemäßen Systems S bzw. mit Hilfe eines erfindungsgemäßen Verfahrens durchgeführt werden kann beinhaltet u.a. die Schritte des Auffräsens des Defekts, das Auffüllen des Defekts mittels, insbesondere einkristallinen, Laserauftragsschweißens mit Hilfe eines als Laser ausgebildeten Bearbeitungsgerätes 11 am zweiten Ende 7 des Systems S sowie möglicher weiterer Wärmebehandlung mit Hilfe eines gegenüber dem Defekt 20 zu positionierenden weiteren Bearbeitungsgerätes 11. Zum Entfernen des Systems aus dem Triebwerk T bzw. aus dem Wartungsport 19 muss dieses wiederum eine gekrümmte Bewegung entlang einer eine Berührung mit Komponenten des Rotors bzw. des Triebwerks vermeidenden Bahn nehmen, analog zur Bewegung beim Einführen.
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2 zeigt Einzelheiten eines in einen Wartungsport 19 eines Triebwerks eingeführten, erfindungsgemäßen Systems S. Dabei ist an einem ersten Ende 18 des Systems eine Basis 1 erkennbar. Der Durchmesser der Komponenten des gesamten Systems S darf den Durchmesser des Wartungsportes 19, wobei hier ein Durchmesser von 8mm als typisch angenommen werden kann, nicht überschreiten. In der gezeigten Ausführungsform weist das System S zwei Aktuatoren 2 auf, durch die das System S krümmbar ist. Jeder Aktuator 2 weist ein Kopfteil 3 und ein Fußteil 4 auf, wobei beide Aktuatoren 5 axial aneinander angrenzend sind und das Kopteil 3 eines an der Basis 1 angeordneten ersten Aktuators 2a mit dem Fußteil 4 des angrenzenden zweiten Aktuators 2b axial unbeweglich verbunden ist. Eine Krümmbarkeit der Aktuatoren 2 wird jeweils über Positionierungselemente 5 ermöglicht, die sich entlang der Länge des jeweiligen Aktuators 2 erstreckend sind. Die Positionierungselemente 5 sind jeweils wirksam mit der Basis 1, bzw. mit einer dahinter befindlichen, hier nicht gezeigten Steuereinheit 28 verbunden. Der erste Aktuator 2a weist Positionierungselemente 5 in Form von drei sternförmig im 120° Winkel angeordneten, flexiblen Röhrchen 5a' auf, die Kopf- und Fußteil 3, 4 des ersten Aktuators 2a jeweils in an diesen ausgebildeten Öffnungen 6 zumindest teilweise durchdringend sind. Dabei sind die Röhrchen 5a' axial fest mit dem Kopfteil 3 des ersten Aktuators 2a verbunden und axial beweglich in den Öffnungen 6 des Fußteils 4 des ersten Aktuators 2a geführt. Auf diese Weise ist die zwischen Kopf- und Fußteil 3,4 befindliche Länge eines Röhrchens 5a' veränderbar, wobei die einzelnen Röhrchen 5a' unabhängig voneinander beweglich sind. Auf das Kopfteil 3 wird bei Druck, welches einer positiven Längenänderung entspricht, auf ein Röhrchen 5a' ebenfalls ein Druck ausgeübt. Entsprechend der auf die anderen beiden Röhrchen 5a' wirkenden Kraft, bzw. deren zwischen Kopf- und Fußteil 3, 4 befindlicher Länge, wirkt auf diese über das Kopfteil 3 eine senkrechte Kraft, die eine entsprechende Krümmung der Röhrchen 5a', bzw. des gesamten ersten Aktuators 2a bewirkt. Neben Druckkräften, sind bei entsprechender Aktuierung grundsätzlich auch Zugkräfte auf die Röhrchen 5a' einbringbar, was einer negativen Längenänderung entspricht. Die Positionierungselemente 5 des zweiten Aktuators 2b sind als Seilzüge 5b ausgebildet. Diese sind durch die Röhrchen 5a' des ersten Aktuators 2a axial beweglich geführt und wirksam mit der Basis 1 verbunden, womit die Röhrchen 5a' und die Seilzüge 5b unabhängig voneinander bedienbar sind. Damit sind auch unterschiedliche Krümmungen der beiden Aktuatoren 2 einstellbar. Dies entspricht einer Erhöhung der Freiheitsgrade eines Ein-Aktuator-Systems um zwei. Eine Zugkraftausübung auf die Seilzüge 5b des zweiten Aktuators 2b bewirkt damit keinen Krafteintrag auf die Röhrchen 5a' des ersten Aktuators. Die Seilzüge 5b bewirken, sobald eine Zugkraft auf sie wirkt, einen entsprechenden Zug auf das Kopfteil 3 des zweiten Aktuators 2b. Entsprechend der auf die anderen Seilzüge 5b wirkenden Zugkraft, entsteht eine Krümmung des zweiten Aktuators 2b. Diese wird durch gleichmäßig entlang der Länge des zweiten Aktuators 2b angeordnete, kreisförmige Abstandsscheiben 10 gleichmäßig verteilt. Dazu sind die Seilzüge 5b beweglich durch Öffnungen an den Abstandsscheiben 10 durch diese geführt. Der zweite Aktuator 2b weist weiterhin ein zentrales, elastisches Element 9 auf, welches sich entlang seiner Länge erstreckend ist. Dieses erhöht einerseits die Stabilität des zweiten Aktuators 2b und erzeugt außerdem eine Rückstellkraft, welche der durch den Zug der Seilzüge 5b wirkenden Kraft entgegenwirkt. Das Kopfteil 3 des zweiten Aktuators 2b ist in der gezeigten Ausführungsform als freies, zweites Ende 7 des Systems S ausgebildet. An dieses ist ein hier nicht gezeigtes Bearbeitungsgerät 11 zur Bearbeitung eines Bauteils, hier einer Rotorschaufel, anschließbar. Innerhalb der Kopf- und Fußteile 3,4 sowie der Abstandsscheiben 10 des Systems sind weitere Öffnungen 12 ausgebildet, durch die hier nicht gezeigte Kanäle durchführbar sind, welche beispielsweise der Steuerung eines angeschlossenen Bearbeitungsgerätes 11 dienen können, bzw. der Versorgung desgleichen mit Arbeitsmedien.
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In 3 ist ein Schnitt durch einen Kopfteil 4 eines ersten Aktuators 2a eines erfindungsgemäßen Systems S gezeigt. Dabei sind deutlich die Öffnungen 6 erkennbar, durch die die als Röhrchen 5a' ausgebildeten Positionierungselemente 5 hindurchgeführt sind, wobei die Röhrchen 5a' axial unbeweglich mit den Öffnungen 6, durch die sie geführt sind, verbunden sind, womit sie auch axial unbeweglich mit dem gezeigten Kopfteil 3 verbunden sind. Als Seilzüge 5b ausgebildete Positionierungselemente 5 eines sich axial an den gezeigten ersten Aktuator 2a anschließenden, hier nicht dargestellten zweiten Aktuators 2b, sind durch die Röhrchen 5a' des erste Aktuators 2a hindurch, axial beweglich geführt, womit Röhrchen 5a' und Seilzug 5b jeweils unabhängig voneinander axial beweglich sind. Das Kopfteil 3 weist weitere Öffnungen 12 auf, durch die verschiedene Kanäle durchführbar sind. Dabei sind in der gezeigten Ausführungsform die oberen weiteren Öffnungen 12, welche den größten Durchmesser aufweisen, insbesondere für das Zu- und Abführen von Kühlwasserkanälen 22 vorgesehen, welche bei Reparaturarbeiten mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung die auftretende überschüssige Wärmeenergie abführbar ausgestaltet sind. Die zentrale weitere Öffnung 12 ist zur Durchführung eines Schweißkanals 23, zum Zuführen des für eine mögliche Schweißreparatur notwendigen Schweißmediums vorgesehen. Dabei wird der durch die zentral weitere Öffnung 12 geführte Kanal im folgende axialen Verlauf insbesondere durch ein rohrförmig ausgebildetes, zentrales elastisches Elemente 9 des zweiten Aktuators 2b platzsparend hindurchgeführt, welches hier nicht dargestellt ist. Für die Durchführung eines für den Schweißvorgang ebenfalls notwendigen Schutzgases in Form eines Schutzgaskanals 25 ist ebenfalls eine weitere Öffnung 12 vorgesehen. Ebenfalls vorgesehen sind in der gezeigten Ausführungsform ein Kanal für eine Kamerafaser, wobei eine Kamera zur Beobachtung und Steuerung des Reparaturvorgangs am zweiten Ende 7 des Systems angeordnet sein kann und eine weitere Öffnung 12 für die Durchführung eines Laserlichtleitkabels 24 zum möglichen Betrieb eines an das zweite Ende 7 anschließbaren Lasers. Analog zu den hier innerhalb des gezeigten Kopfteils 3 des ersten Aktuators 2a ausgebildeten weiteren Öffnungen 12 sind diese in der gezeigten Ausführungsform auch innerhalb der hier nicht dargestellten Kopf- und Fußteile 3, 4 und Abstandsscheiben 10 des Systems S ausgeführt.
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In 4 ist die Steuerung eines erfindungsgemäßen Systems S gezeigt, wobei zur Steuerung eine Steuereinheit 28 ausgebildet ist. Das gezeigte System S weißt einen ersten und einen zweiten Aktuator 2a, 2b auf, wobei diese jeweils drei sternförmig angeordnete Positionierungselemente 5 in Form von Röhrchen 5a' bzw. Seilzügen 5b aufweisen. Die Steuereinheit 28 ist in Form dreier Paare von Linearachsmodulen 26 ausgebildet. Dabei steuert ein Paar von Linearachsmodulen 26 jeweils ein Röhrchen 5a' und einen durch dieses hindurchgeführten Seilzug 5b. Damit sind die entsprechenden Linearachsmodule 26 zwar gekoppelt, können jedoch unabhängig voneinander eine Kraft auf das entsprechende Positionierungselement 5 aufbringen, wozu jeweils ein Spannsystem 27 vorgesehen ist. Entsprechend der sternförmigen Anordnung der Positionierungselemente 5 im System S bzw. in den jeweiligen Aktuatoren 2 sind die Paare von Linearachsmodulen 26 in Form eines Dreiecks angeordnet. Damit lassen sich die aktuierten, paarweise gekoppelten - jeweils Röhrchen 5a' und in diesem geführter Seilzug 5b - Positionierungselemente 5 besonders einfach über einen Trichter 30 in die im System S gewünschte, hier sternförmige Positionierung mit jeweils 120° Abstandswinkel überbringen, womit die Positionierungselemente 5 bereits sternförmig innerhalb der an den Trichter 30 angeschlossenen Basis 1 angeordnet sind. An einem freien zweiten Ende des Systems S ist erkennbar ein Bearbeitungsgerät 11 angeschlossen.
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In der 5 ist eine erfindungsgemäße Verwendung des erfindungsgemäßen Systems S an einer als Knickarmroboter ausgebildeten Arbeitsmaschine 29 dargestellt. Dabei weist die in bekannter Weise ausgebildete Arbeitsmaschine mehrere Armabschnitte 14 auf, die jeweils über ein Gelenk 15 knickbar miteinander verbunden sind. Das erfindungsgemäße System S ist an einem Arbeitsende 17 der Arbeitsmaschine 29 angeschlossen und wirksam mit dieser verbunden, womit durch eine Steuerung der Arbeitsmaschine 29 auch eine Steuereinheit 28 des Systems S steuerbar ist. Gezeigt ist der Einsatz einer solche Arbeitsmaschine 29 an einem Triebwerk T, wobei das System S zur Durchführung von Reparaturarbeiten durch einen Wartungsport 19 des Triebwerks T in dieses eingeführt ist und lediglich die Basis 1 von außen erkennbar ist.
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Bezugszeichenliste
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- S
- System
- T
- Triebwerk
- 1
- Basis
- 2
- Aktuator
- 2a
- erster Aktuator
- 2b
- zweiter Aktuator
- 3
- Kopfteil
- 4
- Fußteil
- 5
- Positionierungselement
- 5a'
- rohrförmiges Element
- 5b
- Seilzug
- 6
- Öffnungen
- 7
- zweites Ende
- 9
- elastisches Element
- 10
- Abstandsscheibe
- 11
- Bearbeitungsgerät
- 12
- weitere Öffnungen
- 14
- Armabschnitt
- 15
- Gelenk
- 17
- Arbeitsende
- 18
- erstes Ende
- 19
- Wartungsport
- 20
- Defekt
- 21
- Kamerafaserkanal
- 22
- Kühlkanal
- 23
- Schweißgaskanal
- 24
- Laserlichtleitkanal
- 25
- Schutzgaskanal
- 26
- Linearachsmodul
- 27
- Spannsysteme
- 28
- Steuereinheit
- 29
- Arbeitsmaschine
