DE19544296A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Bearbeiten oder Prüfen einer Oberfläche - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Ver­ fahren zum Bearbeiten oder Prüfen einer Oberfläche.

Das Bearbeiten oder Prüfen von Oberflächen von Anlagenteilen, kann in vielen Anwendungsfällen nicht oder nur unter er­ schwerten Bedingungen manuell von einer Bedienperson ausge­ führt werden. Solche erschwerten Bedingungen können vorlie­ gen, wenn die Arbeiten auf schwer zugänglichen Oberflächen oder in gesundheitsgefährdender Umgebung, beispielsweise in Anlagen der nuklearen Kraftwerkstechnik, durchgeführt werden müssen. Ebenso können beim Bearbeiten einer Oberfläche ge­ sundheitsgefährdende Stoffe freigesetzt werden, wie dies bei­ spielsweise beim Entfernen von kontaminierten oder toxischen Schichten, beispielsweise beim Entfernen von Altlacken oder beim Reinigen von Komponenten des Primärkreises eines Kern­ kraftwerkes der Fall ist.

Zum Entfernen von Schichten auf Oberflächen ist es beispiels­ weise bekannt, Strahlverfahren einzusetzen, bei denen ein auf hohe Geschwindigkeit beschleunigtes Strahlmittel auf die Oberfläche gerichtet wird und dort einen mechanischen Abtrag bewirkt. Bei sogenannten trockenen Strahlverfahren werden als Strahlmittel feste Partikel, beispielsweise Sand, verwendet. Neben der hohen Staubbelastung tritt hier eine in Relation zum Abtrag relativ hohe Abfallmenge auf. Außerdem ist mit trockenen Strahlverfahren eine hohe Staubbelastung verbunden, die schwer zu beherrschen und insbesondere bei toxischen Stäuben unerwünscht ist. Eine solche Staubentwicklung kann zwar mit sogenanntem Naßstrahlverfahren, bei denen die abra­ siv wirkenden Partikel gemeinsam mit einer Flüssigkeit, in der Regel Wasser, gestrahlt werden, weitgehend reduziert wer­ den, jedoch ist auch hier die Menge des entstehenden Abfalls relativ hoch. Eine Alternative hierzu stellt das Strahlen mit reinen Flüssigkeiten dar, mit dem eine deutliche Reduzierung des zu entsorgenden Abfallvolumens einhergeht, da das flüs­ sige Strahlmittel leicht vom festen Abtrag separiert werden und wiederverwendet werden kann.

Auch beim Strahlen mit Flüssigkeitsstrahlen kann jedoch eine Aerosolbildung in der Umgebung nicht vollständig vermieden werden. Beim Entfernen von toxischen Schichten, beispiels­ weise radioaktiv kontaminierte Schichten in der Kondensations­ kammer eines Siedewasserreaktors, ist damit eine erhebliche Belastung des Bedienpersonals verbunden. Außerdem ist es im genannten Anwendungsfall erforderlich, die Entschichtungs­ arbeiten in einer Umgebung durchzuführen, die auch ohne das Auftreten von toxischen Aerosolen zu einer gesundheitlichen Belastung des Bedienpersonals führen können.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Vorrich­ tung und ein Verfahren zum Bearbeiten oder Prüfen einer Ober­ fläche anzugeben, die eine weitgehende Automatisierung ermög­ lichen und einen geringen Zeit- und Personalbedarf erfordern.

Die erstgenannte Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Die zweitgenannte Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen des Patentanspruchs 12.

Die Vorrichtung zum Bearbeiten oder Prüfen einer Oberfläche enthält gemäß der Erfindung einen Basisträger, der mit einem Laufwerk selbsttätig und selbstverankernd auf der Oberfläche bewegbar ist, sowie einen auf dem Basisträger gelagerten und über der Oberfläche positionierbaren Bearbeitungs- oder Prüf­ kopf.

Durch diese Konstruktionsmerkmale ist eine weitgehende Auto­ matisierung der Bearbeitung oder Prüfung einer Oberfläche, insbesondere der Entschichtung und der Reinigung großflächi­ ger Bauteile, möglich, und die Gesundheitsbelastung des Be­ dienpersonals beim Arbeiten in gesundheitsgefährdender Umge­ bung, beispielsweise beim Entfernen toxischer oder radioaktiv kontaminierter Schichten, wird verringert. Durch den Einsatz eines für den jeweiligen Bearbeitungs- oder Prüfvorganges ge­ eigneten Bearbeitungs- oder Prüfkopf können mit der Vorrich­ tung gemäß der Erfindung eine Vielzahl von Verfahren, bei­ spielsweise mechanische Bearbeitungsverfahren wie Bohren, Fräsen oder Schneiden, oder Verfahren der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung, beispielsweise Ultraschallverfahren oder Verfahren auf der Grundlage der Wirbelstromprüftechnik, oder einfache Videoüberwachungen, durchgeführt werden. Ein beson­ ders bevorzugter Einsatzbereich sind Verfahren, bei denen ei­ ne Oberfläche, beispielsweise ein Schiffsrumpf, ein Tankbe­ hälter oder eine Gebäudeoberfläche, mit einem abrasiv wirken­ den Strahl, beispielsweise Hochdruckwasser oder Sand, ent­ schichtet werden.

Da sich die erfindungsgemäße Vorrichtung selbst auf der Oberfläche verankert, können auch senkrechte oder überhängen­ de Oberflächen bearbeitet oder geprüft werden. Zum Verankern können je nach Gestalt der Oberfläche mechanische Greifer, Elektromagnete oder Vakuumsauger verwendet werden.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Be­ arbeitungs- oder Prüfkopf auf einem schwenkbar auf dem Ba­ sisträger gelagerten Schwenkarm angeordnet, der in einer wei­ teren Ausgestaltung linear verschiebbar auf dem Basisträger gelagert ist. Dadurch ist die bei ruhender Vorrichtung mit dem Bearbeitungs- oder Prüfkopf erreichbare Arbeitsfläche vergrößert.

Zum Verankern und zum Fortbewegen des Basisträgers auf der Oberfläche sind vorzugsweise wenigstens zwei Saugnapf-Module vorgesehen, die um zueinander parallele und voneinander beab­ standete Achsen schwenkbar am Basisträger angeordnet sind. Die Saugnapf-Module bilden ein Lauf- bzw. Schreitwerk, mit dem eine einfache "watschelnde" Vorwärtsbewegung der gesamten Vorrichtung möglich ist. Dies geschieht durch abwechselndes Evakuieren und Belüften der Saugnapf-Module sowie durch ein Schwenken des Basisträgers um die dem ruhenden Saugnapf-Modul zugeordnete Achse.

Insbesondere sind die Saugnapf-Module wenigstens einge­ schränkt kardanisch am Basisträger aufgehängt sind. Dadurch ist ein sicheres Festhaften der Vorrichtung auch auf leicht gekrümmte Oberflächen gewährleistet.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Bewegung des Basisträgers auf der Oberfläche und die Bewegung des Bearbeitungs- oder Prüfkopfes relativ zum Ba­ sisträger unabhängig voneinander steuerbar. Dadurch ist es möglich beliebige vorgegebene Bearbeitungs- oder Prüfbahnen auch bei unvorhergesehenen Ausweichbewegungen des Basisträ­ gers einzuhalten. Eine solche Ausweichbewegung, d. h. eine Ab­ weichung vom ursprünglich vorgesehenen Bewegungsablauf ist beispielsweise dann erforderlich, wenn bei einem Schwenk des Basisträgers um einen ursprünglich beabsichtigten Winkel das aufgesetzte Saugnapf-Modul beim Evakuieren aufgrund von Ober­ flächenunebenheiten keinen Halt findet, und statt dessen der Basisträger um einen kleinen Winkel geschwenkt werden muß. Dies kann dann bei der Steuerung des Bearbeitungs- oder Prüf­ kopfes berücksichtigt und kompensiert werden.

Vorzugsweise ist zum Entschichten von Oberflächen mit einem Flüssigkeitsstrahl als Bearbeitungskopf ein Spritzkopf vorge­ sehen, aus dem die Spritzflüssigkeit austritt. Im Spritzkopf sind insbesondere mehrere, vorzugsweise vier, rotierende Spritzdüsen angeordnet. Durch diese Maßnahme wird eine gleichmäßige Entschichtung der Oberfläche ermöglicht.

Vorzugsweise ist eine Absaugleitung zum Absaugen eines beim Spritzen entstehenden Aerosols vorgesehen, um die Belastung der Umgebung mit Aerosol zu verringern.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Spritzkopf als bürstengedichtete Glocke gestaltet, in der die Spritzdüse angeordnet ist. Dadurch wird einerseits der Aus­ tritt von Aerosol reduziert. Andererseits wird beim Absaugen über eine in die Glocke mündende Absaugleitung ein Unterdruck erzeugt, der die auf den Spritzkopf ausgeübten Rückstoßkräfte wenigstens zu einem Teil kompensiert und ein Abheben des Spritzkopfes verhindert.

Bei dem Verfahren zum Bearbeiten oder Prüfen einer Oberfläche wird selbsttätig und selbstverankernd auf der Oberfläche ein Basisträger bewegt, der einen beweglich auf ihm gelagerten Bearbeitungs- oder Prüfkopf trägt, wobei in einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens die Bewegung des Basisträgers und des Bearbeitungs- oder Prüfkopfes derart überlagert wer­ den, daß eine vorgegebene Prüfbahn unabhängig von der Bewe­ gung des Basisträgers eingehalten wird.

Bei einem Verfahren zum Entschichten einer Oberfläche, insbe­ sondere der Oberfläche einer Kondensationskammer einer nu­ klearen Siedewasserreaktoranlage, gemäß der Erfindung wird eine als Bearbeitungskopf ein Spritzkopf verwendet, mit dem ein Flüssigkeitsstrahl auf die Oberfläche gerichtet wird.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens gemäß der Erfindung wird wenigstens ein Teil des beim Spritzen mit dem Flüssigkeitsstrahls auftretenden Aerosols abgesaugt wird.

Insbesondere wird die mit dem Abtrag versetzte Flüssigkeit durch wenigstens teilweises Abscheiden des Abtrags aufberei­ tet und erneut zum Spritzen verwendet. Dadurch ist die Menge des zu entsorgenden Abfalls verringert.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf das Ausfüh­ rungsbeispiel der Zeichnung verwiesen, in deren

Fig. 1 eine Vorrichtung gemäß der Erfindung in ei­ ner Draufsicht schematisch veranschaulicht ist.

Fig. 2 und 3 veranschaulichen in einer perspektivischen Ansicht bzw. in einer Draufsicht die Ar­ beitsweise der Vorrichtung gemäß der Erfin­ dung, und in

Fig. 4 ist ein zur Versorgung der Vorrichtung be­ vorzugt eingesetztes Anlagenschema darge­ stellt.

Gemäß Fig. 1 umfaßt eine Vorrichtung gemäß der Erfindung ei­ nen plattenförmigen Basisträger 2, auf dessen Oberseite ein Schwenkarm 4 in einem vorzugsweise hydraulisch angetriebenen Drehantrieb 42 schwenkbar um eine zur Zeichenebene und zum Basisträger 2 senkrechte Achse 44 gelagert ist. Der Schwenk­ arm 4 ist außerdem in einem ebenfalls vorzugsweise hydrau­ lisch angetriebenen Linearantrieb 46 geführt, der in eine am Schwenkarm 4 fixierte Zahnstange 48 eingreift und mit dem der Schwenkarm 4 linear parallel zum Basisträger 2 verschoben werden kann.

Der Schwenkarm 4 nimmt an seinem Ende einen Bearbeitungskopf 6, im Beispiel ein Spritzkopf, auf, der im Ausführungsbei­ spiel vier rotierende Spritzdüsen enthält, die um eine senk­ recht zur Zeichenebene verlaufende Drehachse rotieren. Am Au­ ßenumfang ist der Spritzkopf 6 mit einer umlaufenden Bürsten­ dichtung versehen, so daß eine nach außen abgedichtete Glocke 60 entsteht. Am Spritzkopf 6 ist über eine Drehdurchführung ein Anschluß 62 für eine Absaugleitung 64 angeordnet, mit der ein Teil der aus dem Spritzkopf 6 mit hoher Geschwindigkeit austretenden Flüssigkeit, in der Regel Wasser, abgesaugt wird. In der Figur ist außerdem noch eine Hochdruckleitung 66 zu erkennen, mit der die Flüssigkeit unter hohem Druck, im Ausführungsbeispiel bis 2500 bar an die Spritzdüsen des Spritzkopfes 6 herangeführt wird. Die durch den mit hoher Ge­ schwindigkeit aus den Spritzdüsen austretenden Flüssigkeits­ strahl verursachten Reaktionskräfte, die zu einem Abheben des Spritzkopfes 6 führen könnten, werden durch den über die Ab­ saugleitung 64 durch die Dichtwirkung der Glocke 60 erzeugten Unterdruck zumindest partiell kompensiert. Durch das Absaugen der Flüssigkeit aus dem Innenraum der Glocke 60 wird außerdem das Austreten von Aerosolen in die Umgebung reduziert.

Auf der Unterseite des Basisträgers 2 sind zwei Saugnapf-Mo­ dule 10 und 12 angeordnet, die jeweils drei Vakuumsaugnäpfe 100 bzw. 120 enthalten. Die Saugnapf-Module 10 und 12 sind durch einen hydraulischen Antrieb drehbar um zur Zeichenebene und zum Basisträger 2 senkrechte und voneinander beabstandete Achsen 20 bzw. 22 gelagert, so daß durch abwechselndes Festsaugen und Belüften der Saugnapf-Module 10 und 12 und durch ein Schwenken des Basisträgers 2 relativ zum ruhenden und an der Wand verankerten oder haftenden Saugnapf-Modul 10 bzw. 12 ein Vorwärtsschreiten der gesamten Vorrichtung 1 er­ folgt. Durch eine geeignete Steuerung der Be- und Entlüftung der Vakuumsaugnäpfe 100 und 120 ist sichergestellt, daß nicht beide Saugnapf-Module 10 und 12 gleichzeitig belüftet werden können.

Die Saugnapf-Module 10 und 12 sind an der Unterseite des Ba­ sisträgers 2 außerdem beschränkt kardanisch gelagert, so daß die Vorrichtung 1 auch auf leicht gekrümmten Oberflächen ein­ gesetzt werden kann.

In Fig. 2 sind die mit der Vorrichtung möglichen Bewegungs­ abläufe in einer perspektivischen Darstellung veranschau­ licht. Die Vorrichtung bewegt sich auf der Oberfläche eines Werkstücks 30 in Richtung des Pfeils 32 durch eine Drehbewe­ gung um die Drehachse 20 bei festhaftendem Saugnapf-Modul 10 oder durch eine Drehbewegung um die Drehachse 22 bei festhaf­ tendem Saugnapf-Modul 12 vorwärts. Dieser durch eine Schwenk­ bewegung um eine dieser Drehachsen 20 oder 22 erzeugten Vor­ wärtsbewegung der Basisplatte 2 ist eine Schwenkbewegung des Schwenkarms 4 um die Drehachse 44 sowie eine Axialverschie­ bung in Richtung des Doppelpfeils 34 überlagert. Die Bewegung um die Achsen 20, 22 und 44 sowie die Axialverschiebung in Richtung des Doppelpfeils 34 sind unabhängig voneinander steuerbar. Durch eine geeignete Steuerung und Koordination der Bewegungsabläufe lassen sich dann beliebige Bearbeitungs­ bahnen 36 erzeugen, die im Beispiel der Figur linear und pa­ rallel zueinander sind. Die Steuerung ist dabei so ausgelegt, daß die vorgegebene Bearbeitungsbahn des Spritzkopfes 6 stets, d. h. bei beliebiger Bewegung der Basisplatte 2, einge­ halten wird.

Ein für große Flächen besonders geeigneter Bewegungsablauf ist in Fig. 3 veranschaulicht, in der die Vorrichtung in un­ terschiedlichen Phasen ihres Bewegungsablauf es dargestellt ist und bei dem eine mäanderähnliche Bearbeitungsbahn 38 er­ zeugt wird.

Gemäß Fig. 4 ist die Vorrichtung in Arbeitsposition in einer Kondensationskammer 70 einer nuklearen Siedewasserreaktoran­ lage dargestellt. Die Kondensationskammer 70 umfaßt einen to­ rusartigen Raum mit einer gekrümmten Oberfläche 72, die durch die kardanische Aufhängung der Saugnapf-Module 10 und 12 mit der Vorrichtung bearbeitet werden kann.

Die an die Vorrichtung angeschlossene Absaugleitung 64 ist an eine in der Kondensationskammer 70 angeordnete Absaugeinrich­ tung 74 angeschlossen, die die vom Spritzkopf 6 abgesaugte Flüssigkeit einem Auffangbecken zuführt. Im Ausführungsbei­ spiel wird dieses Auffangbecken durch die Kondensationskammer 70 selbst gebildet. Dort sammelt sich auch die an der Ober­ fläche 72 nach unten ablaufende Flüssigkeit. Diese Flüssig­ keit ist mit Feststoffen, dem Abtrag, versetzt und wird über eine Entnahmeleitung 78 in eine Filtrieranlage 80 gepumpt, wo die Feststoffe abgeschieden werden und in einem Feststoffbe­ hälter gesammelt werden. Die Filtrieranlage 80 ist dabei so ausgelegt, daß Feststoffe mit einer Partikelgröße die größer als 5 bis 10 µm ist abgeschieden werden. Die auf diese Weise gereinigte Flüssigkeit wird über eine Rückführleitung 84 in einen Puffertank 86 eingeleitet, aus dem sie mit einer Hoch­ druckpumpe 90 über die Hochdruckleitung 66 dem Spritzkopf 6 zugeführt wird. Der Puffertank 86 ist zusätzlich an eine Zu­ fuhrleitung 88 angeschlossen, über die frische Flüssigkeit zugeführt und der Flüssigkeitsverlust beim Abscheidevorgang kompensiert werden kann. Durch die weitgehende Rezyklierung der Flüssigkeit ist der Restabfall auf den von der Filtrier­ anlage herausgefilterten Feststoffanteil beschränkt und er­ heblich reduziert. Durch nachträgliches Verdampfen des Flüs­ sigkeitsanteils im abgeschiedenen Feststoff kann die Abfall­ menge weiter verringert werden.

Claims (16)

1. Vorrichtung zum Bearbeiten oder Prüfen einer Oberfläche, mit einem Basisträger (2), der mit einem Laufwerk selbsttätig und selbstverankernd auf der Oberfläche bewegbar ist, sowie einem auf dem Basisträger (2) beweglich gelagerten und über der Oberfläche positionierbaren Bearbeitungs- oder Prüfkopf (6).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Bearbeitungs- oder Prüfkopf (6) auf einem schwenkbar auf dem Basisträger (2) gelagerten Schwenkarm (4) angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Schwenkarm (4) linear verschiebbar auf dem Basisträger (2) gelagert ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der zum Verankern des Basisträgers (2) auf der Oberfläche we­ nigstens zwei Saugnapf-Module (10, 12) vorgesehen sind, die um zueinander parallele und voneinander beabstandete Achsen (20 bis 22) schwenkbar am Basisträger (2) angeordnet sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, bei der die Saugnapf-Module (10, 12) wenigstens eingeschränkt kardanisch am Basisträger (2) aufgehängt sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, bei der die Bewegung des Basisträgers (2) auf der Oberfläche und die Bewegung des Bearbeitungs- oder Prüfkopfes (6) relativ zum Basisträger (6) unabhängig voneinander steuerbar sind.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der zum Entschichten einer Oberfläche mit einem Flüssigkeits­ strahl als Bearbeitungskopf ein Spritzkopf (6) vorgesehen ist, aus dem der Flüssigkeitsstrahl austritt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, mit einem Spritzkopf (6) mit wenigstens einer rotierenden Spritzdüse.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, mit einer Absaugleitung (64) zum Absaugen eines beim Spritzen entstehenden Aerosols.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, bei der der Spritzkopf (6) eine bürstengedichtete Glocke (60) ent­ hält, in der die Spritzdüse angeordnet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, mit einer in die Glocke (60) führenden Absaugleitung (64).

12. Verfahren zum Bearbeiten oder Prüfen einer Oberfläche, bei dem auf der Oberfläche ein Basisträger (2) selbsttätig und selbstverankernd bewegt wird, der einen beweglich auf ihm gelagerten Bearbeitungs- oder Prüfkopf (6) trägt.

13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem die Bewegung des Ba­ sisträgers (2) und des Bearbeitungs- oder Prüfkopfes (6) der­ art überlagert werden, daß eine vorgegebene Prüfbahn unabhän­ gig von der Bewegung des Basisträgers (2) eingehalten wird.

14. Verfahren zum Entschichten einer Oberfläche nach Anspruch 12 oder 13, bei der als Bearbeitungskopf ein Spritzkopf (6) verwendet wird, mit dem ein Flüssigkeitsstrahl auf die Ober­ fläche gerichtet wird.

15. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem wenigstens ein Teil des beim Spritzen mit dem Flüssigkeitsstrahls auftretenden Aerosols abgesaugt wird.

16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, bei dem die mit dem Abtrag versetzte Flüssigkeit durch wenigstens teilweises Ab­ scheiden des Abtrags aufbereitet und erneut zum Spritzen ver­ wendet wird.