DE19627312C1 - Kanal-Fräsroboter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Kanal-Fräsroboter gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus Fig. 8 der EP 0 326 412 A1 ist bereits ein Kanal-Fräsrobo­ ter bekannt, der die Merkmale des Oberbegriffs des Patentan­ spruchs 1 aufweist. Am vorderende eines Transportschlittens ist ein Werkzeughalter angebracht, der um die Längsachse des Trans­ portschlittens gedreht werden kann und auf diese Weise bei einer Drehung um 180° eine Stabantenne und danach ein Fräswerkzeug in die gleiche Position bringen kann. Die Stabantenne dient dazu, bestimmte Marker auf zufinden, die vor dem Auskleiden des zu reparierenden Rohres in die abzweigenden Hausanschlüsse mit Hilfe von Stopfen aus beispielsweise Polystyrol eingesetzt wur­ den. Diese Positionsmarker bezeichnen genau die Mitte der Haus­ anschlüsse. Wenn ihre Lage von der Stabantenne des Fräsroboters aufgefunden wurde, wird der Werkzeughalter um 180° gedreht und das Fräswerkzeug in Ausrichtung mit dem Positionsmarker ge­ bracht. In dieser Stellung kann der Hausanschluß freigefräst werden, wobei der Stopfen mit dem Positionsmarker zerstört wird und verloren geht. Ein Nachteil dieses bekannten Geräts besteht daher darin, daß in einem ersten Arbeitsschritt zunächst die Hausanschlüsse mit Positionsmarken versehen werden müssen, in einem zweiten Arbeitsschritt die Auskleidung mit einem sogenann­ ten Inliner vorgenommen wird und erst in einem dritten Arbeits­ schritt die Hausanschlüsse aufgesucht und anschließend freige­ fräst werden können.

Aus der DE 40 24 926 A1 ist eine ähnliche Vorrichtung bekannt, mit der ein ähnliches Verfahren wie bei der EP 0 326 412 A1 durchgeführt wird, d. h. die Hausanschlüsse werden in einem er­ sten Arbeitsschritt mit verschlußkappen versehen, in die ein als ein Permanent-Stabmagnet ausgebildeter Signalgeber integriert ist. Die Längsachse des Permanent-Stabmagneten fällt dabei mit der Achse des Hausanschlusses zusammen.

Aus der DE 195 21 895 ist ein Verfahren zum Untersuchen eines verdeckten Bereichs eines Kanalrohrs oder des ein Kanalrohr umgebenden Bereichs auf Fehlerstellen unter Verwendung eines Sender/Empfänger-Systems bekannt, das auf einem Wagen durch das Kanalrohr geführt wird. Das Sender/Empfänger-System wird dabei kontinuierlich um eine in die Richtung der Erstreckung des Ka­ nalrohres weisende Achse gedreht und sendet kontinuierlich elek­ tromagnetische Energie in Richtung auf die Wandung des Kanalrohrs aus. Die dabei verwendeten Mikrowellen haben eine Frequenz im Bereich zwischen 5 und 60 GHz.

Aus der DE 43 23 182 C1 ist ein Ortungsgerät für Abzweigleitungs­ anschlüsse in Rohren bekannt, das ein durch das Rohr bewegbares Fahrwerk, einen Sensorkopf und eine Antriebsvorrichtung auf­ weist, wobei der Sensorkopf mit Hilfe der Antriebsvorrichtung um eine zur Rohrachse parallele Achse drehbar ist. Der Sensorkopf ist zylindrisch ausgebildet und weist auf seinem Umfang eine Mehrzahl von induktiven Meßaufnehmern auf, die mit Spaltabstand zur Rohrwand angeordnet sind.

Aus der DE 42 08 863 A1 ist eine Vorrichtung zur Materialunter­ suchung von Wandungen eines Abwasserkanals-bekannt, bei der an einer selbstfahrenden Transporteinrichtung ein Signalgeber und ein Empfänger angeordnet sind. Der Signalgeber ist ein Mikrowel­ lengenerator, der durch eine Steuereinheit Impulse erzeugt, die auf die Wandung des Abwasserkanals gerichtet werden. Das dabei erhaltene Reflexionssignal wird im Empfänger aufgefangen und ausgewertet. Dadurch ist es möglich, Aussagen über den inneren Zustand der Wandung zu erlangen. Es lassen sich auch Hohlräume sowie Hinterspülungen detektieren, aber nicht exakt messen.

Es ist ferner bereits ein sogenannter "KA-TE Cutter" bekannt, der von der Firma KA-TE System AG, Leimbachstrasse 38, CH-8041 Zürich hergestellt und in Deutschland beispielsweise von der Kanaltechnik Kunz GmbH, Hofmannstrasse 52, D-81379 München ver­ trieben wird. Der bekannte KA-TE Cutter ist ein Kanal-Fräsrobo­ ter, der einen länglichen, im wesentlichen quaderförmigen Trans­ portschlitten mit vier Rädern aufweist. An das hintere Ende des Transportschlittens sind hydraulische, pneumatische und/oder elektrische Steuerleitungen angeschlossen. Am vorderende ist ein Fräskopf über einen drehbaren Hals montiert. Außerdem ist eine Fernsehkamera am Vorderende angebracht, die den jeweiligen Ar­ beitsbereich des KA-TE Cutters inspiziert. Der Transportschlit­ ten weist ferner ein Andruckkissen auf, das über Stempel aus dem Schlittenkörper herausgedrückt wird und den Transportschlitten im Abwasserkanal im Bereich der Arbeitsstelle festsetzt, an der der Fräskopf eine Öffnung für einen Hausanschluß herstellen soll. Dies ist insbesondere dann erforderlich, wenn schadhafte Abwasserkanäle zunächst im Inliner-Verfahren mit einer neuen Rohrwandung ausgekleidet wurden, bei der zunächst keine Öffnun­ gen für Hausanschlüsse vorhanden sind, sondern erst nachträglich eingerichtet werden müssen. Man geht dabei so vor, daß zuerst der Transportschlitten durch den noch nicht ausgekleideten Ab­ wasserkanal bewegt wird und mit Hilfe der Fernsehkamera, deren Bilder an einen außerhalb des Abwasserkanals aufgestellten Moni­ tor übertragen werden, die Hausanschlüsse gesucht werden. Sobald ein Hausanschluß entdeckt ist, werden die Koordinaten festgehal­ ten, um diese Stelle nach dem Einziehen des Innenrohres wieder zu finden. Es liegt auf der Hand, daß dieses Verfahren nicht besonders zuverlässig und sehr genau arbeitet, so daß die Fräs­ arbeiten zum Öffnen eines Hausanschlusses nicht selten eine Öffnung ergeben, die gegenüber dem Hausanschluß mehr oder weni­ ger stark versetzt ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, den Kanal-Fräsroboter der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß einerseits keine besonderen Positionsmarker für Hausanschlüsse gesetzt werden müssen und daß anderseits trotzdem nach dem Einziehen eines Innenrohres ("Inliner") in einen Abwasserkanal die Hausanschlüs­ se zuverlässig gefunden und in richtiger Ausrichtung dazu die Öffnungen aus dem Innenrohr herausgearbeitet werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die Merkmale des Patentan­ spruchs 1.

Durch den erfindungsgemäßen Meßadapter wird erreicht, daß nach einer Grobpositionierung des Transportschlittens aufgrund der vor dem Einziehen des Innenrohres erfolgten Messungen die Lage des durch das Innenrohr verdeckten Hausanschlusses zuverlässig ermittelt werden kann, wonach der erfindungsgemäße Kombisensor um 180° in einer Ebene geschwenkt wird, die orthogonal zur Mit­ telachse des Abwasserkanals steht, so daß der Fräskopf in die gleiche Position bewegt wird, in der sich zuvor der abtastende Kombisensor befand. Die Drehebene des Kombisensors ist also eine Radialebene des Abwasserkanals. Der erfindungsgemäße Kombisensor besteht aus einem Ultraschall-Sensor, mit dem stets ein gleicher Abstand zur Innenwand des Abwasserkanals eingehalten werden kann, und aus einem den Ultraschall-Sensor umgebenden kapaziti­ ven Sensor, mit dem ermittelt werden kann, ob hinter der Wand des Abwasserkanals Erdreich oder eine Öffnung für einen Haus­ anschluß liegt. Die Auswertung der vom Kombisensor erzeugten Signale erfolgt auf an sich bekannte Weise mittels Rechner, der zweckmäßigerweise auch einen Monitor zur Anzeige der Daten und/ oder der räumlichen Verhältnisse im Abwasserkanal bzw. dem ein­ gebrachten Inliner-Rohr aufweist.

Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 einen schematisch dargestellten Kanal-Fräsroboter in Arbeitsstellung;

Fig. 2 einen Ausschnitt aus dem Meßkopf des Fräsroboters aus Fig. 1; und

Fig. 3 schematische Darstellungen der Arbeitsweise des Fräsro­ boters

Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt aus einem Sanierungsrohr 1 eines Abwasserkanals, von dem ein Hausanschluß 2 in Form einer an sich bekannten Rohrleitung aus Steingut oder Kunststoff abzweigt. Die Umgebung des Sanierungsrohrs ist durch Erdreich 3 angedeutet.

In das Sanierungsrohr 1 ist eine Transporteinheit 4 eingebracht, die mit Hilfe von Rädern 42 in Längsrichtung des Sanierungsrohrs 1 und damit in Richtung des Pfeils A verfahrbar ist. Die Bewe­ gung der Transporteinheit 4 im Sanierungsrohr 1 wird von außen über nicht dargestellte Leitungen gesteuert. Es ist bekannt, zur Überwachung der Bewegung der Transporteinheit 4 eine Fernsehka­ mera einzusetzen, die aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht gezeigt ist.

Die Transporteinheit 4 umfaßt im wesentlichen einen Transport­ schlitten 41 mit einer Unterseite 43, einer Oberseite 45, einer Rückseite 46 sowie einer Vorderseite 47. In der Regel hat der Transportschlitten 41 die Form eines länglichen Prismas, an dessen Rückseite 46 Anschlüsse für hydraulische und/oder pneuma­ tische Leitungen sowie elektrische Steuer- und Signalleitungen vorgesehen sind. An oder auf der Oberseite 45 des Transport­ schlittens 41 ist ein Andruckkissen 44 angeordnet, das mit Hilfe von Teleskopzylindern 441 ausfahrbar ist, um sich an der Innen­ seite des Sanierungsrohres 1 abzustützen und damit die Trans­ porteinheit 4 vor Ort im Sanierungsrohr 1 festzuklemmen. Die Teleskopzylinder 441 können auf an sich bekannte Weise ausgefah­ ren werden, beispielsweise durch Hydraulikfluid oder durch Druckluft.

Im Transportschlitten 41 ist ein Ausfahrzylinder 48 vorgesehen, der aus der Vorderseite 47 des Transportschlittens 41 herausragt und der in der Längsachse L der Transporteinheit 4 in Richtung des Doppelpfeils A hin und her bewegbar und außerdem um die Längsachse L in Richtung C drehbar ist. Die Bewegung des Ausfahr­ zylinders 48 wird von einem an der Rückseite 46 der Transport­ einheit 4 angebrachten Meßsystem 12 festgestellt und über Stell­ antriebe 11 gesteuert, die in Fig. 3 erkennbar sind.

An der Vorderseite des Ausfahrzylinders 48 ist ein Parallelge­ stänge 49 angelenkt, das gesteuert vom Transportschlitten 41 eine Bewegung in einer Ebene gestattet, die durch den Doppel­ pfeil B angedeutet ist. Das Parallelgestänge 49 ist mit seinen vorderen Gelenkpunkten mit einem Werkzeughalter 50 gekoppelt, wodurch der Werkzeughalter 50 in Richtung des Pfeils B angehoben bzw. abgesenkt werden kann. Durch die Verwendung eines Parallel­ gestänges 49 erfolgt die Bewegung des Werkzeughalters 50 stets in einer Ebene, die in Fig. 1 mit der Zeichenebene zusammen­ fällt.

Der Werkzeughalter 50 trägt an seinem vorderen Ende einen An­ triebshalter 51, der an einer Seite einen Fräskopf 5 und an der anderen Seite einen Kombisensor 6 trägt. Der Antriebshalter 51 ist mit dem Werkzeughalter 50 über einen Zapfen 52 gekoppelt, der auf an sich bekannte Weise in dem Werkzeughalter 50 gehalten wird.

Da der Kombisensor 6 diametral gegenüber zum Fräskopf 5 am An­ triebshalter 51 montiert ist, bringt eine Drehung des Ausfahr­ zylinders 48 um 180° den Fräskopf 5 exakt in die Position, in der sich zuvor der Kombisensor 6 befunden hat. Das gleiche gilt auch umgekehrt. Auf diese Weise ist es möglich, zunächst mit dem Kombisensor 6 die Lage des Hausanschlusses 2 festzustellen und anschließend nach Ermittlung der genauen Position des Hausan­ schlusses 2 den Fräskopf 5 in die Meßstellung zu schwenken, die dann zu einer Arbeitsstellung für den Fräskopf 5 der Transport­ einheit 4 wird. Hierzu wird zunächst der Werkzeughalter 50 durch das Parallelgestänge 49 in Richtung B in die Längsachse L des Transportschlittens 41 bewegt; danach wird der Ausfahrzylinder 48 von einem der Stellantriebe 11 um die Längsachse L in Rich­ tung des Pfeils C gedreht. Anschließend wird der Werkzeughalter 50 wieder in Richtung des Pfeils B angehoben und damit auf die band des Sanierungsrohrs 1 zu bewegt.

Fig. 2 zeigt Einzelheiten des erfindungsgemäßen Kombisensors 6 in schematischer, vergrößerter Darstellung. Der Kombisensor 6 wird von einem kapazitiven Sensor 61 und einem Ultraschall-Sen­ sor 62 gebildet.

Der kapazitive Sensor 61 besteht aus drei Elektroden 611, 612 und 613, die als Ringelektroden konzentrisch um den Ultraschall- Sensor 62 angeordnet sind. Damit liegt der Ultraschall-Sensor 62 im Bereich des Mittelpunktes der drei konzentrischen Elektroden 611-613. Die äußere Elektrode 613 des kapazitiven Sensors 61 ist in der Regel geerdet, während der mittleren Elektrode 612 und der inneren Elektrode 611 zwei gleiche, hochfrequente Spannungen von wenigen Volt zugeführt werden. Die innere Elektrode 611 und die mittlere Elektrode 612 sind über Leitungen 711 und 712 mit einem Meßverstärker 7 verbunden, der eine Spannungsdifferenz auf den Leitungen 711 und 712 mißt und diese als Signal U_{(A, C)} ausgibt. Wenn sich das Dielektrikum im Bereich der Feldlinien des kapazi­ tiven Sensors 61 nicht ändert, also wenn die in der Zeichnung angedeuteten Kraftlinien stets durch Erdreich 3 laufen, so gibt der Meßverstärker 7 das gleiche Differenzsignal aus. Kommt der kapazitive Sensor 61 jedoch in den Bereich eines Hausanschlusses 2, bei dem das Erdreich 3 durch Luft oder Wasser ersetzt ist, so ändert sich in diesem Bereich das Dielektrikum und es wird zu einer Störung der Feldlinien kommen, die ein anderes Differenz­ signal auf den Leitungen 711, 712 zur Folge hat, das vom Meßver­ stärker 7 erkannt und in einem Rechner 9 verarbeitet wird. Auf diese Weise kann berührungslos festgestellt werden, ob hinter der Wand des Sanierungsrohrs 1 ein Hausanschluß 2 oder Erdreich 3 liegt. Die Meßwerte ergeben letzlich eine vom Monitor des Rechners 9 angezeigte Kurve 91.

Da die Ausgangsspannung U_{(A, C)} sowohl vom Dielektrikum des durch­ strahlten Materials als auch vom Abstand des kapazitiven Sensors 61 zur Innenwand des Sanierungsrohrs 1 beeinflußt wird, muß sich der kapazitive Sensor 61 während der Messung stets in konstantem Abstand r zum Sanierungsrohr 1 befinden, was dadurch erreicht wird, daß der Ultraschall-Sensor 62 den Abstand r mißt und ihn über einen Stellmotor 65 konstant hält. Hierzu ist der Ultra­ schall-Sensor 62 mit einem Meßverstärker 63 gekoppelt, dessen Ausgangssignal an eine Vergleicherschaltung 69 gelegt wird, die das Abstandssignal R_ist mit dem vorgegebenen Wert r_soll vergleicht und über eine Treiberstufe 64 den Stellmotor 65 ansteuert, der den Abstand auf r = const nachregelt, indem das Parallelgestänge 49 in Fig. 1 in Richtung des Pfeils B angehoben oder abgesenkt wird.

Fig. 3 zeigt in schematischer Darstellung eine Stirnansicht des Kanal-Fräsroboters, wobei im linken Teil die Meßstellung und im rechten Teil die Arbeitsstellung zum Herausarbeiten einer Öff­ nung aus dem Sanierungsrohr 1 im Bereich eines Hausanschlusses 2 dargestellt ist. Man erkennt, daß der Kombisensor 6 zunächst auf die Innenwand des Sanierungsrohres 1 gerichtet ist, wozu der Ausfahrzylinder 48 gesteuert von dem Stellantrieb 11 um die Längsachse L der Transporteinheit 4 gedreht wird. Im übrigen sind in allen Figuren gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Man sieht außerdem, wie der Kombisensor 6 durch Anhe­ ben bzw. Absenken des Parallelgestänges 49 in Richtung des Pfeils B bewegt werden kann und damit ein konstanter Abstand zur Innenwand des Sanierungsrohres 1 eingehalten wird. Durch Drehen des Ausfahrzylinders 48 um die Längsachse L in Richtung des Pfeils C wird der Kombisensor 6 entlang der Innenwand des Sanie­ rungsrohres geschwenkt und die dabei aufgenommenen Spannungs­ signale werden dem Meßverstärker 7 zugeleitet. Wie bereits er­ wähnt, werden die Ausgangssignale U_{(A, C)} des Meßverstärkers 7 an den Rechner 9 übertragen, der eine Durchdringungskurve 91 der verdeckten Hausanschlußöffnung anzeigt. An den Rechner 9 ist ferner die Signalauswertungsschaltung 8 angeschlossen. Die Durchdringungskurve 91 wird im Rechner 9 gespeichert und zur Ansteuerung des Stellantriebs 11 herangezogen, der den Fräskopf 5 in die Position des Kombisensors 6 bringt, nachdem der gesamte Kurvenverlauf der Durchdringungskurve 91 ermittelt wurde. Durch Nachfahren der ermittelten Durchdringungskurve 91 kann der Fräs­ kopf 5 sauber und zuverlässig eine Öffnung aus der Wand des Sanierungsrohres 1 im Bereich des Hausanschlusses 2 herausfrä­ sen.

Claims (6)

1. Kanal-Fräsroboter in Form eines länglichen Transportschlit­ tens (41), an dessen Unterseite (43) Räder (42) montiert sind und dessen gegenüberliegende Oberseite (45) mit einem ausfahrbaren Andruckkissen (44) zum Festklemmen des Trans­ portschlittens (41) in einem Sanierungsrohr (1) versehen ist, mit an die Rückseite (46) des Transportschlittens (41) anschließenden hydraulischen und/oder pneumatischen sowie elektrischen Steuer- und Versorgungsleitungen, und mit einem in der Längsachse (L) des Transportschlittens (41) linear verstellbaren und senkrecht zur Längsachse (L) des Trans­ portschlittens (41) drehbaren Ausfahrzylinder (48), an des­ sen Vorderseite ein Parallelgestänge (49) angelenkt ist, das einen Werkzeughalter (50) trägt, in den ein Antriebshalter (51) mit einem Fräskopf (5) eingesetzt ist, der über einen Zapfen (52) in dem Werkzeughalter (50) in einer Ebene um 180° drehbar ist, die senkrecht zur Längsachse des Trans­ portschlittens (41) und damit auch senkrecht zur Bewegungs­ richtung des Transportschlittens (41) im Sanierungsrohr (1) als Radialebene verläuft, wobei zur meßtechnischen Erfassung der für das Freifräsen notwendigen Raumkoordinaten der nichtsichtbaren Hausanschlüsse (2) an dem Antriebshalter (51) zusätzlich ein Sensor um 180° versetzt in der Drehebene des Fräskopfs (5) und ,damit diametral gegenüber von dem Fräskopf (5) angeordnet ist; und wobei zur Positionsbestim­ mung des Sensors ein kombiniertes Weg-/Winkelmeßsystem (12) mit Signalauswertungsschaltung (8) an den Ausfahrzylinder (48) gekoppelt ist; dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor ein Kombisensor (6) ist, der einen kapazitiven Sensor (61) und einen stabförmi­ gen Ultraschall-Sensor (62) aufweist; und daß der kapazitive Sensor (61) ringförmige Elektroden (611, 612, 613) aufweist, die den stabförmigen Ultraschall-Sensor (62) konzentrisch umgeben.

2. Kanal-Fräsroboter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der kapazitive Sensor (61) drei ringförmige Elektroden (611, 612, 613) aufweist, von denen die äußerste Elektrode (613) geerdet ist, während an die mittlere Elektrode (612) und an die innere Elektrode (611) im Betrieb die gleiche HF- Spannung mit konstanter Amplitude gelegt wird.

3. Kanal-Fräsroboter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß an die mittlere und die innere Elektrode (612, 611) des kapazitiven Sensors (61) ein Differenzverstärker (7) angeschlossen ist.

4. Kanal-Fräsroboter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an den Ultraschall-Sensor (62) ein Meß­ verstärker (63) angeschlossen ist, dessen Ausgang über eine Vergleicherschaltung (69) einer Treiberschaltung (64) zu­ geführt wird, die einen Stellmotor (65) ansteuert, der zur Einhaltung eines über die Vergleicherschaltung (69) eingeb­ baren konstanten Abstandes (r) vom Kombisensor (6) zu der Wand des Sanierungsrohrs (1) dient.

5. Kanal-Fräsroboter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Ausgangssignal des Meßverstärkers (7) und aus den Positionskoordinaten des Ausfahrzylinders (48) im Rechner (9) die räumliche Position der Durchdrin­ gungslinie (91) zwischen Hausanschluß (2) und Sanierungsrohr (1) bestimmbar ist, und daß aus diesen meßtechnisch und rechnerisch ermittelten Raumkoordinaten Stellsignale er­ mittelbar sind, die über eine Steuerleitung (92) an den Stellantrieb (11) für den Ausfahrzylinder (48) übertragen werden.

6. Kanal-Fräsroboter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausfahrzylinder (48) durch Stell­ antriebe (11) sowohl in Längsrichtung (A) des Transport­ schlittens (41) bewegbar, als auch um 360° (C) um die Längs­ richtung (A) drehbar ist.