DE19529782A1 - Selbstfahrender Rohrmanipulator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen selbstfahrenden Rohrmanipulator für die Inspektion und Innenbearbeitung von Rohrleitungen mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1.

Derartige Rohrmanipulatoren werden in Rohrleitungen verwendet, die an unzugänglichen Orten oder in radioaktiven oder kontaminierten Anlagen verlegt sind. Bei einem aus der EP-PS 106 418 bekannten Rohrmanipulator bestehen die Antriebselemente aus Fahrgestellen, die mit zwei Reibrollen versehen sind. Die Reibrollen werden jeweils über ein Schneckenrad von einer flexiblen, alle Fahrgestelle durchdringenden Welle angetrieben, an die ein mitfahrender Antriebsmotor eingreift. Die flexible Welle ist als torsionssteifes Drahtseil oder als Gelenkwelle ausgeführt. Das vordere Fahrgestell ist mit einem Fahrkopf verbunden, der eine Kamera aufnimmt. Eine derartige Anordnung baut verhältnismäßig groß, auch wenn der bekannte Manipulator in Rohrleitungen mit einem Innendurchmesser von 80 bis 150 mm eingesetzt werden soll.

Die Antriebselemente eines anderen bekannten Rohrmanipulators (DE-OS 42 06 623) sind mit zwei mal zwei Radpaaren versehen, die durch einen in dem Antriebselement angeordneten Antriebsmotor angetrieben sind. Die Verbindung der Antriebselemente ist durch einen Faltenbalg hergestellt. Eines der Fahrgestelle trägt eine Werkzeughalteeinrichtung, die verschiedene Werkzeuge aufnehmen kann. Auch dieser Rohrmanipulator läßt sich nicht soweit verkleinern, daß er Rohrleitungen geringen Durchmessers durchfahren kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den gattungsgemäßen Rohrmanipulator so zu gestalten, daß er für den Einsatz in Rohrleitungen geringen Durchmessers von weniger als 50 mm geeignet ist.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Rohrmanipulator erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 schematisch vier verschiedene Formen eines Rohrmanipulators,

Fig. 2 den Längsschnitt durch ein Antriebselement,

Fig. 3 den Längsschnitt durch eine Drehvorrichtung und

Fig. 4 bis 7 den Längsschnitt durch verschiedene Arbeitselemente.

Der Rohrmanipulator besteht aus einem Grundgerät A und einem Arbeitskopf B. Das Grundgerät A ist bei allen vier in Fig. 1 gezeigten Formen des Rohrmanipulators identisch, während der Arbeitskopf B an die verschiedenen durchzuführenden Arbeiten angepaßt ist.

Das Grundgerät A besteht aus vier gleichartigen Antriebselementen 1, die jeweils durch eine drehsteife Kupplung 2 miteinander verbunden sind. Diese Kupplungen 2 bestehen aus jeweils zwei Kardangelenken 3 mit einer kurzen dazwischen liegenden zwischenwelle 4. Dem ersten Antriebselement 1 ist eine elektrische Steuereinheit 5 vorgeschaltet. Zwischen dem zweiten und dem dritten Antriebselement 1 kann ein Arbeitselement 6 zur Längenmessung vorgesehen sein. Durch die Verteilung der gesamten Antriebsleistung auf mehrere, im vorliegenden Fall auf vier Antriebselemente 1, kann jedes Antriebselement 1 klein bauen.

Der Arbeitskopf B umfaßt weitere Arbeitselemente, die je nach den durchzuführenden Arbeiten direkt oder unter Zwischenschaltung einer Drehvorrichtung 7 an das Grundgerät A angeschlossen werden. Über diese später noch näher beschriebene Drehvorrichtung 7 wird das betreffende Arbeitselement innerhalb der Rohrleitung 8 in Umfangsrichtung eingestellt, so daß ein auf dem Arbeitselement angeordnetes Werkzeug oder ein Prüfkopf gezielt an dem Innenumfang der Rohrleitung 8 eingesetzt werden kann. Nicht gezeigte Versorgungsleitungen für die Energiezufuhr und die Signalübertragung sind zu den Antriebselementen 1 und den Arbeitselementen geführt.

Eines der Arbeitselemente des Arbeitskopfes ist als Bürsteneinheit 9 oder als Schleifeinheit 10 ausgebildet. Ein anderes Arbeitselement 11, 12 nimmt einen Prüfkopf für eine Rißprüfung oder einen Meßkopf für eine Lichtmessung auf. Den beiden letztgenannten Arbeitselementen 11, 12 ist ein mit einer Hauptkamera ausgerüstetes Arbeitselement 13 vorgeschaltet. Da alle diese Arbeitselemente 9-13 nur eine einzige Aufgabe zu erfüllen haben und einigen der Arbeitselemente eine gesonderte Drehvorrichtung 7 vorgeschaltet ist, kann der Außendurchmesser der Arbeitselemente im Vergleich mit einem Universialgerät der bekannten Bauart klein gehalten werden.

In der Fig. 2 ist eine Biegung einer Rohrleitung 8 angedeutet, in der der Rohrmanipulator verfahren werden soll. Jedes Antriebselement 1 des Rohrmanipulators enthält ein Fahrgestell 14, auf dem als Antrieb ein Getriebemotor 15 angeordnet ist. Auf der Abtriebswelle 16 des Getriebemotors 15 ist eine Schnecke 17 drehfest angeordnet, die in ein Schneckenrad 18 eingreift. Das Schneckenrad 18 ist auf einer Welle 19 befestigt, die auf beiden Seiten des Schneckenrades 18 je ein gummibereiftes Antriebsrad 20 trägt. Vor und hinter der Welle 19 sind in Ausnehmungen des Fahrgestells 14 auf der den Antriebsrädern 20 gegenüberliegenden Seite jeweils zwei lose, das heißt nicht angetriebene Rollen 21 geführt. Diese Rollen 21 sind als Kugelrollen ausgebildet und auf Federn abgestützt. Die Rollen 21 liegen an der Innenfläche der Rohrleitung 8 an und erzeugen den Anpreßdruck für die Antriebsräder 20. Durch die gewählte Anordnung der Antriebsräder 20 und der losen Rollen 21 im Raum wird auch beim Durchfahren von Bögen und Biegungen ein gleichmäßiger Anpreßdruck erreicht. Damit ist eine höchstmögliche Ausnutzung der Motorkraft als Vortriebskraft gewährleistet. Der Antrieb ist so ausgelegt, daß auch senkrechte Steig- und Gefällstrecken überwunden werden können.

Die bereits erwähnte und der Einstellung eines Arbeitselementes in Umfangsrichtung dienende Drehvorrichtung 7 ist in der Fig. 3 näher dargestellt. Sie besteht aus einem Fahrgestell 14, das einen Motor 22 mit einer Abtriebswelle 23 aufnimmt. Die Abtriebswelle 23 ist über die gelenkige Kupplung 2 mit einem der Arbeitselemente 10, 11, 12 zu verbinden. Bei einer Drehung der Abtriebswelle 23 wird das angekoppelte Arbeitselement 10, 11, 12 als Ganzes in Umfangsrichtung gedreht und so das auf dem Arbeitselement angeordnete Werkzeug oder der Prüfkopf an die gewünschte Stelle der Innenoberfläche der Rohrleitung 8 gebracht. An beiden Enden der Drehvorrichtung 7 sind über den Umfang verteilt mehrere, z. B. fünf Rollelemente 24 ausklappbar an gelenkig gehaltenen Laschen 25 angeordnet. Die Rollelemente 24 dienen sowohl der Fortbewegung als auch der Zentrierung der Drehvorrichtung 7 innerhalb der Rohrleitung 8. Anstelle der Rollelemente 24 können auch die oben beschriebenen Rollen 21 verwendet werden.

Das mit der Drehvorrichtung 7 verbundene Arbeitselement 11 (Fig. 4) enthält ein Fahrgestell 14, das an beiden Enden mit losen Rollen 21 versehen ist. Diese Rollen 21 sind über den Umfang des Fahrgestells verteilt und - wie im Zusammenhang mit dem Antriebselement 1 erläutert - als federbelastete Kugelrollen ausgebildet. Im Zentrum des Fahrgestells 14 ist zwischen den Rollen 21 ein Prüfkopf 26 senkrecht zur Wandung der Rohrleitung 8 angeordnet. Der Prüfkopf 26 dient der Prüfung der Wandung der Rohrleitung 8 auf Risse und kann nach dem Ultraschallverfahren, dem Wirbelstromverfahren oder nach einem sonstigen bekannten Verfahren der Oberflächenrißprüfung arbeiten. Eine Kamera 27 mit einem Weitwinkelobjektiv ist vor dem Prüfkopf 26 unter einem Winkel von 45° so angeordnet, daß der Rand des Prüfkopfes 26 im Blickfeld der Kamera 27 liegt. Mit Hilfe der Drehvorrichtung 7 kann das gesamte Arbeitselement 11 in der Rohrleitung 8 gedreht werden, so daß mit Hilfe des Prüfkopfes 26 eine vollständige Überprüfung des Umfangs der Rohrleitung 8 möglich ist.

Das Arbeitselement 11 wird zunächst bis zum Ende der zu überprüfenden Strecke in der Rohrleitung 8 gefahren. Der Prüfkopf 26 wird pneumatisch an die Wandung der Rohrleitung 8 gefahren und nach Aufbringen eines Koppelmittels um etwa 400° gedreht. Nach dem Rückdrehen wird das gesamte Arbeitselement 11 um etwa 10 mm im Bogen um 5 mm zurückgefahren und eine zweite Prüfspur gelegt.

Der Aufbau und die Funktionsweise des Arbeitselementes 11 bleibt erhalten, wenn anstelle des Prüfkopfes 26 ein Meßkopf zur Profilmessung, das heißt zur Messung der Ovalität der Rohrleitung 8 eingesetzt wird. Der Meßkopf kann in diesem Fall ein Lasersender oder ein spezieller Meßkopf mit mechanischer oder induktiver Abtastung sein.

Das die Hauptkamera 28 tragende und in Fig. 5 gezeigte Arbeitselement 13 entspricht weitgehend dem in Fig. 4 dargestellten Arbeitselement und enthält wie dieses ein Fahrgestell 14 mit losen Rollen 21. Die Hauptkamera 28 ist mit einem Superweitwinkelobjektiv versehen, dessen Fokussierung ferngesteuert und dessen Blende automatisch geregelt ist. Die Blickrichtung der Hauptkamera 28 geht in Axialrichtung. Der Öffnungswinkel ist größer als 100°. Die Beleuchtung des Blickfeldes der Hauptkamera 28 erfolgt über mehrere um das Objektiv angeordnete Lampen.

Das als Schleifeinheit 10 ausgebildete Arbeitselement (Fig. 6) besteht wiederum aus einem Fahrgestell 14, das am vorderen Ende über drei um 120° versetzt angeordnete, als Kugelrollen ausgebildete Rollen 21 zentriert ist. Am hinteren Ende ist die Schleifeinheit 10 in einem Spannflansch 29 über ein integriertes Hubkolbensystem axial verschiebbar gelagert. Der Verschiebebereich beträgt etwa 10 mm. Die Schleifeinheit 10 enthält weiterhin einen Luftmotor 30 mit einem angeflanschten Schleifkopf 31, der zur Längsrichtung der Schleifeinheit 10 ausklappbar ist. Im vorderen Bereich der Schleifeinheit 10 ist eine Kamera 27 angebracht, die eine Beobachtung des Schleifvorganges erlaubt.

Die Bürsteneinheit 9 (Fig. 7) besteht aus einem für hohe Drehzahlen geeigneten Luftmotor 32 , der eine Pinselbürste 33 trägt. Diese Bürste 33 spreizt sich bei den hohen Drehzahlen zur Form einer Schaftrundbürste auf und bearbeitet damit gleichmäßig den gesamten Umfang der Rohrleitung 8. Zur Zentrierung und Stabilisierung der Bürsteneinheit 10 sind am hinteren Ende drei federbelastete, als Kugelrollen ausgebildete Rollen 21 um 120° versetzt angeordnet. Am vorderen Ende sind aus Platzgründen fünf federbelastete ausklappbare Rollelemente 24 eingesetzt.

Claims (4)

1. Selbstfahrender Rohrmanipulator für die Inspektion und Innenbearbeitung von Rohrleitungen bestehend aus mehreren Antriebselementen (1) und mindestens einem Arbeitselement (6, 11, 12, 13), die gelenkig miteinander verbunden und an eine Versorgungsleitung angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Antriebselement (1) ein von einem eigenen Antriebsmotor (15) angetriebenes Radpaar (20) und mehrere nachgiebig abgestützte, lose Rollen (21) aufweist und daß zwei benachbarte Elemente jeweils durch eine drehsteife, Kardangelenke (3) aufweisende Kupplung (2) verbunden sind.

2. Rohrmanipulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die losen Rollen (21) als Kugelrollen ausgebildet sind.

3. Rohrmanipulator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Arbeitselement (6, 11, 12, 13) mit nur einem bestimmten Werkzeug oder einer Prüfeinrichtung versehen und austauschbar mit den Antriebselementen (1) verbunden ist und daß jedes Arbeitselement (6, 11, 12, 13) über lose Rollen (21) in der Rohrleitung (8) verfahrbar und zentrierbar ist.

4. Rohrmanipulator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Arbeitselement (6, 11, 12, 13) über eine gelenkige Kupplung (2) eine Drehvorrichtung (7) vorgeschaltet ist, über die das Arbeitselement (6, 11, 12, 13) in Umfangsrichtung der Rohrleitung (8) einstellbar ist.