-
Die Erfindung betrifft allgemein eine Vorrichtung zum Bearbeiten von Kanalwandungen mittels Hochdruck-Wasserstrahl. Sie betrifft insbesondere eine Vorrichtung, die in geschlossenen Kanälen, auch in nicht für Personen zugänglichen Kanälen, arbeitet und dabei Hindernisse oder Anhaftungen an den Flächen der Kanalwandung abträgt.
-
Unter dem bekannten Begriff des Hochdruck-Flüssigkeitsstrahlens sind Vorrichtungen bekannt, bei denen ein unter hohem Druck erzeugter Strahl eines flüssigen Strahlmediums, häufig Wasser, mittels einer oder mehrerer Düsen auf eine zu bearbeitende Oberfläche gerichtet wird und dort eine lokal begrenzbare abrasive Wirkung hervorruft. Gegenwärtig werden Drücke im Bereich von ca. 80 bar bis ca. 6000 bar verwendet, wobei die Entwicklung fortwährend zu höheren Drücken voranschreitet, so dass sich zumindest die obere Grenze in der Zukunft durchaus auch verschieben kann.
-
Durch entsprechende Gestaltung und Strahlrichtung der Düsen oder deren Düsenöffnungen sowie des verwendeten Drucks können die Vorrichtungen für verschiedene Bearbeitungen konzipiert werden, so dass sich die Anwendbarkeit des Hochdruck-Flüssigkeitsstrahlens auf sehr verschiedene Bereiche erstreckt. Um die Durchlassfähigkeit eines Kanals aufrechtzuerhalten sind regelmäßig Hindernisse oder Anhaftungen an den Kanalwandungen, die zu Verstopfungen führen können, zu beseitigen. Im Unterschied dazu können mit anderen Vorrichtungen mit fein fokussierten Strahlen linienförmige Schnitte geführt werden oder durch entsprechende Strahlführung auch komplexe Formen geschnitten werden. Es ist bekannt, dem Wasserstrahl feste Partikel zuzusetzen, um die abrasive Wirkung zu verstärken.
-
Von einer im Kanal platzierte Vorrichtung, die der Beseitigung von Hindernissen und Anhaftungen im Kanal mittels Hochdruck-Flüssigkeitsstrahlen dient, wird zur abschnittsweisen oder gleichmäßig fortschreitenden Bearbeitung der abrasiv wirkende Strahl in Kanalrichtung oder mit einem davon um Grade abweichenden Winkel gerichtet, so dass ein Hindernis oder eine Anhaftung abgetragen wird. Während der Bearbeitung, meist jedoch erst nach Erzielen einer begrenzten Abtragstiefe, wird die Vorrichtung vorwärts durch den Kanal bewegt. Je nach Umfang der Abtragung muss die Vorrichtung dann regelmäßig aus dem Kanal bewegt und die abgetragenen Materialien beseitigt werden. Diese Vorwärts- und Rückwärtsbewegungen müssen durch eine entsprechende Medienzuführung insbesondere für Wasser und gegebenenfalls auch für die festen Partikel und Gas unterstützt werden, so dass weder die Bearbeitung noch die Bewegung behindert noch die Medienzuführung beschädigt werden.
-
Eine Anwendung ist das Bearbeiten der Innenflächen von geschlossenen Kanälen mit verschiedensten Querschnitten. Als geschlossen ist ein Kanal zu verstehen, dessen Wandung vollumfänglich ausgebildet ist, wobei die Form des Querschnitts beliebig sein kann. Die abzutragenden Hindernisse oder Anhaftungen können sehr unterschiedlichen Umfang aufweisen. Sie können lokal begrenzt sein oder teilweise bis nahezu vollständige Verschlüsse des Kanals darstellen. In jedem Fall ist eine Ablösung bis auf die Kanalwandung das Ziel. Dies erfordert häufig eine sehr hohe Strahlkraft und führt mitunter zu großen Mengen anfallenden Abraumguts. Beides erschwert die Behandlung der Kanalwandung an sich als auch die Vorwärtsbewegung der Vorrichtung durch den Kanal, insbesondere in kleinen unzugänglichen Kanälen.
-
Eine Vorrichtung zum Schneiden und Abtragen von Hindernissen und Ablagerungen in nicht begehbaren und begehbaren Rohren und Kanälen offenbart beispielsweise die
DE 20 2010 016 857 U1 , wobei das Schneiden und Abtragen mittels eines Wasserabrasivsuspensionsstrahls erfolgt. Dabei wird ein fahrbarer, motorisierter Werkzeugträger im Kanal bewegt, während die Bearbeitung der Kanalwandung erfolgt, und dabei mittels einer Stützräder aufweisenden Stützvorrichtung im Kanal positioniert. Diese Vorrichtung ist insbesondere für eine gezielte Abtragung von gleichmäßigen und, relativ zum Kanaldurchmesser, dünnen. Beschichtungen, wie Schutzschichten, konzipiert, wobei es auf eine gleichmäßige Wirkung des Strahlmediums auf dem gesamten Umfang des Kanals und über die Kanallänge ankommt. Ungleichmäßige und umfangreiche Hindernisse und Verschlüsse sind mit der Düsenanordnung und dem Werkzeugträger häufig nicht zu beseitigen. Aufgrund der erforderlichen hohen Strahlkraft bei größeren Hindernissen oder Anhaftungen kann die Vorrichtung aus ihrer Position gedrückt werden, so dass die Kraft nicht effizient auf das abzutragende Material wirkt.
-
Neben der effizienten Bearbeitung ist eine weitere Forderung an derartige Vorrichtungen, dass sie so einfach, so klein und so leicht wie es die jeweilige Anwendung gestattet ausgeführt sein soll. Damit können auch sehr kleine Kanäle bearbeitet, die Zuverlässigkeit der Vorrichtung erhöht und die Kosten für die Vorrichtung und die Durchführung der Bearbeitung vermindert werden.
-
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum Hochdruck-Flüssigkeitsstrahlen anzugeben, mit der Hindernisse und Anhaftungen in Kanälen, auch Verschlüsse, unabhängig von deren Art und Umfang effektiv beseitigt werden können.
-
Zur Lösung der Aufgabe wird eine Vorrichtung zum Bearbeiten von Kanalwandungen von geschlossenen Kanälen mittels Hochdruck-Flüssigkeitsstrahlen gemäß Anspruch 1 vorgeschlagen.
-
Die Verwendung eines den Kanal nicht vollständig verschließenden Fixierpolsters am hinteren, d. h. am zu den Strahldüsen entgegengesetzten, Ende der Vorrichtung in Verbindung mit der Ausgestaltung Fahrwagen und Düsenkörper in der Art, dass zumindest unterhalb der Vorrichtung entlang der gesamten Längsausdehnung beider Komponenten, d. h. entlang der gesamten Unterseite, im Kanal ein Abstand zwischen Kanal und Vorrichtung besteht, gestattet es im Gegensatz zum Stand der Technik, dass die Vorrichtung auch bei dem durch den Hochdruck-Wasserstrahl erzeugten hohen Rückstoß während der Bearbeitung im Kanal fest positioniert bleibt und dennoch die Bearbeitung nicht durch sich im Kanal sammelndes Abraumgut oder Strahlmedium behindert wird. Gleichzeitig kann ein Vortrieb der Vorrichtung nach einem Bearbeitungsschritt, sei es während einer Unterbrechung der Bearbeitung oder nach vollständiger Beseitigung einer Engstelle im Kanal, erfolgen, ohne stets die Vorrichtung aus dem Kanal holen, um das Abraumgut entfernen zu können. Der durch die Vorrichtung und das Fixierpolster offen gelassene Durchgang zwischen dem Bearbeitungsraum vor der Vorrichtung und dem Raum hinter der Vorrichtung ermöglicht die Fortbewegung der Vorrichtung und auch das Ausspülen von Abraumgut durch das Strahlmedium oder optional auch ergänzende Spülungen während des Betriebs. Damit kann die Bearbeitung wesentlich beschleunigt werden, ohne Abstriche am Ergebnis hinnehmen zu müssen.
-
Als Bezug für den Begriff der Unterseite dient dabei die Schwerkraft. Als Bezug für die Anordnung der Strahldüse am „vorderen” Ende und des Fixierpolsters am „hinteren” Ende des Fahrwagens sowie der Strahlrichtung nach „vorn” dient die Vortriebsrichtung der Vorrichtung durch den Kanal zu dessen Bearbeitung. Im Unterschied zu solchen Bearbeitungsmethoden, bei denen lediglich relativ dünne Beschichtungen der Kanalwandung beseitigt werden, ist es bei der Beseitigung von großvolumigen Hindernissen und Anhaftungen erforderlich, dass diese in dessen Vortriebsrichtung beseitigt werden müssen, um eine Fortbewegung durch den Kanal zu ermöglichen.
-
Die Vorrichtung wird während des gesamten Betriebs in der Position im Kanalquerschnitt gleichbleibend gehalten, so dass auch bei einer Fortbewegung der Abstand zwischen Unterseite und der Kanalwandung erhalten bleibt. Dazu umfasst der Fahrwagen geeignete Bewegungs- und Stützelemente, die die Bewegung des Fahrwagens ermöglichen und ihn in zumindest zwei Richtungen zur Kanalwandung abgestützen. Ein Abstützen in mehr als zwei Richtungen gestattet ein Verspannen im Kanalquerschnitt. Je nach Größe der Vorrichtung und des Kanals können die Andruckkraft zum Abstützen und der Anschluss der Bewegungs- und Stützelemente an der Kanalwandung variieren. Letzteres kann z. B. über Gleitlager, Gleitkufen oder über Stützräder erfolgen.
-
Ist der Abstand der Vorrichtung zur Kanalwandung vollumgänglich in ausreichendem Maße ausgebildet, kann die beschriebene Vorrichtung selbstverständlich auch rückwärts durch den Kanal bewegt werden und die Bearbeitung an der Vorderseite, z. B. abschnittsweise, vornehmen. Die wechselnde Aktivierung des Fixierpolsters während der Bearbeitung und Deaktivierung während der Bewegung unterstützt auch diese Arbeitsweise.
-
Das Fixierpolster kann grundsätzlich pneumatisch oder hydraulisch aktiviert werden, soweit die Fixierung auch unter der Belastung während des Betriebs der Vorrichtung gewährleistet werden kann. Mit der einen oder anderen Alternative kann je nach Konfiguration der Vorrichtung die vorhandene Medienversorgung effektiv genutzt werden. Insbesondere ist es möglich die benötigten Medien mit Hochdruck-Flüssigkeitsstrahlen und den weiteren Komponenten der Vorrichtung, wie z. B. benötigte Motoren, aufeinander abzustimmen, um im günstigsten Fall nur ein flüssiges Medium für die Vorrichtung zugeführt werden muss.
-
Wird das Fixierpolster die pneumatisch aAktiviert, hat dies den zusätzlichen Vorteil, dass Aktivierung und Deaktivierung, d. h. Füllen und Leeren des Fixierpolsters schneller erfolgen kann und, da eine vollständige Entleerung aufwendig ist, das Volumen des deaktivierten Fixierpolsters und das Gewicht der Vorrichtung verringert werden können.
-
Die Ausrichtung eines Strahls „nach vorn” schließt ein, dass die Strahlrichtung mit der Kanalachse übereinstimmt und ebenso, dass der Strahl oder die Strahlen einen Winkel –90° < α < +90° bezogen auf die Kanalachse aufweisen, je nach Art und Umfang der zu beseitigenden Hindernisse und Anhaftungen.
-
Als „gebündelter” Strahl wird hingegen ein mittels der Düsenöffnung im Durchmesser stark begrenzter Strahl angesehen, mit dem eine lokal begrenzte hohe Kraft auf das abzutragende Material ausgeübt werden kann. Um großflächige Materialien abzutragen wird entweder eine größere Anzahl von Düsen verwendet und/oder die Fläche wird durch Bewegung der Düse oder des Strahls überstrichen.
-
Ein Überstreichen wird beispielsweise durch eine Rotationsdüsen erzielt, bei der entweder der Düsenkörper selbst rotiert oder im Düsenkörper im Bereich des Strahlaustritts ein beispielsweise fingerartiger Einsatz im Hohlraum vor dem Austritt rotiert, so dass der austretende Strahl kreiselt und im Ergebnis einen kegelförmigen Strahl bildet.
-
Die Medienzufuhr für den Hochdruckstrahl ist unabhängig von dem gewählten Bewegungs- und Bearbeitungsregime des Fahrwagens und auch bei einem ferngesteuerten Betrieb zu gewährleisten. Sie kann alternativ am Fahrwagen montiert oder durch diesen hindurch geführt sein, in Abhängigkeit von der Gestaltung des Fahrwagens sowie der auszuführenden Bewegungen der Düse.
-
Erfindungsgemäß verschließt das Fixierpolster, welches zur Aktivierung durch Druckluft (pneumatisch) oder eine unter Druck stehende Flüssigkeit (hydraulisch) aufgeblasen wird, so dass es sich im Kanal verpresst, den Kanal nicht vollständig. In alternativen Ausgestaltungen ist dies möglich, indem ein zentraler, d. h. mittiger offener Durchgang ausgebildet ist oder solche Durchgänge zwischen Kanalwandung und Fixierpolster bestehen. Im ersten Fall kann das Fixierpolster auf der Außenmantelfläche eines Hohlzylinders sitzen. Im zweiten Fall kann das Fixierpolster aus mehreren Polstersegmenten gefertigt sein, die zumindest im Bereich der Kanalwandung zueinander beabstandet sind.
-
Um großflächige Bearbeitungen und/oder große Kanaldurchmesser bis zur Beseitigung eines Verschlusses des Kanals effektiv vornehmen zu können umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung in einer Ausgestaltung einen rotierbaren Düsenbalken. Dieser weist eine Anordnung von mehreren nebeneinander, beispielsweise in Reihe, liegenden Strahldüsen zur Erzeugung mehrerer nach vorn gerichteter, gebündelter Strahlen auf. Dieser Düsenbalken ist mittels eines Motors rotierbar, so dass eine gleichmäßige Bearbeitung der gesamten Verschlussfläche erfolgen kann. Über die Zahl der Düsen, deren Anordnung zueinander und deren Winkel α ist die Vorrichtung für die verschiedensten Anforderungen konfektionierbar. Von Vorteil erweist es sich dabei, wenn die Winkel α der Strahlrichtung der Strahldüsen, gemessen zur Kanalachse, in dem Bereich von –90° < α < +90° unabhängig voneinander einstellbar sind. Häufig ist bereits eine Winkeleinstellbarkeit im Bereich von –15° < α < +15° ausreichend.
-
Beispielsweise wird in einer Ausgestaltung ein Druckluftmotor oder alternativ ein Hydraulikmotor zur Rotation des Düsenbalkens verwendet. Solche Motoren, bei denen infolge der hindurchströmenden Druckluft oder der hindurchströmenden Flüssigkeit direkt eine Drehbewegung des Rotors des Motors erzeugt wird, bieten einen zuverlässigen und robusten, mit der für die Bearbeitung vorteilhaften geringen und dabei stufenlos regelbaren Drehzahlen dennoch hochmomentigen Antrieb, der auch unter den besonderen Bedingungen in einem Kanal während des Hochdruck-Flüssigkeitsstrahlens einsetzbar ist. Zudem gestatten die beiden Alternativen, wie oben bereits dargelegt, eine Anpassung der in der Vorrichtung verwendeten Medien, wodurch der technische Aufwand der Vorrichtung weiter vermindert und die Betriebssicherheit erhöht werden kann. Als Hydraulikmotor kommt optional auch ein Ölhydraulikmotor in Betracht, die sehr präzise Bewegungen gestatten und dabei sehr robust sind.
-
In einer weiteren Ausgestaltung ist der Fahrwagen aus zwei oder mehr Wagensegmenten ausgebildet ist, welche untereinander mittels eines Gelenks zueinander schwenkbar sind. Eine solche Ausgestaltung unterstützt die Möglichkeit der Vorrichtung, auch in kleinen Kanälen, beispielsweise bei Durchmessern von 100 mm, anwendbar zu sein. Denn mit derart kleinen Kanälen sind mitunter auch enge Biegungen verknüpft. Die gelenkige Verbindung der Wagensegmente erleichtert die Kurvenfahrten. Die fahrbaren Kurvenradien können auch verkleinert werden, wenn alternativ oder ergänzend zu dieser Ausgestaltung auch das Fixierpolster ein eigenes Wagensegment des Fahrwagens darstellt.
-
In einer weiteren Ausgestaltung weist die Vorrichtung zumindest eine weitere Düse auf, die als Vortriebsdüse der, bei deaktiviertem Fixierpolster, Bewegung der Vorrichtung durch den Kanal dient und zu diesem Zweck zur Erzeugung eines nach hinten gerichteten Flüssigkeitsstrahls dient. Dieser Strahl kann in einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung mit dem Strahlmedium erzeugt werden, indem die Medienzufuhr für das Strahlmedium ein Zwei-Wege-Ventil umfasst, mit welchem das Strahlmedium wahlweise zur Strahldüse oder zur Vortriebsdüse geleitet werden kann.
-
Auch in diesen Ausgestaltungen sind die anliegenden Medien, hier das Strahlmedium, mehrfach verwendbar, was den technischen Aufwand der Vorrichtung und der Steuerung vermindert. Aufgrund des hohen dynamischen Drucks des Hochdruckstrahls des Strahlmediums steht eine ausreichend hohe Vortriebskraft zur Verfügung, um auch Hindernisse durch den im Kanal liegenden Abfall überwinden zu können. Darüber hinaus kann der Abfall durch geeignete Anordnung der Vortriebsdüsen gleichzeitig hinter die Vorrichtung und insbesondere hinter das Fixierpolster gespült werden, so dass die Bewegung der Vorrichtung erleichtert wird und bei nur geringem Vortrieb die Aktivierung des Fixierpolsters und Fixierung im Kanal nicht behindert wird.
-
Der Antrieb der Vorrichtung kann alternativ auch durch eine Kombination eines motorisierten, z. B. eines hydraulischen oder servoelektrischen Antriebs, mit dem Antrieb der Vortriebsdüsen erfolgen, so dass beispielsweise größere Strecken mit dem motorisierten Antrieb und die abschnittsweise Vorwärtsbewegung während des Abtrags durch die Vortriebsdüsen realisiert wird.
-
Die Art des motorisierten Antriebs hängt insbesondere von den Einsatzgebieten ab. Während ein hydraulischer Antrieb, wasser- oder ölhydraulisch, einen festen Zusammenhang zwischen dem Volumenstrom des hydraulischen Arbeitsmittels und der Drehzahl aufweist und sehr robust ist sowie wenig störanfällig, sind servoelektrische Antriebe für Bewegungen mit hoher Präzision und Dynamik gemacht. Hier wird die Leistungsaufnahme geregelt, so dass bei Servoantrieben mit den entsprechenden Kennwerten für das dynamische Verhalten und die Präzision die Größen Drehmoment, Geschwindigkeit und Lage mit der erforderlichen Präzision konstant gehalten werden können.
-
Der verwendete Antrieb der Vorrichtung kann dabei am Fahrwagen montiert sein und die Vorrichtung direkt antreiben oder alternativ als separate Komponente ausgebildet und mittels geeigneter Übertragungsmittel verbunden sein. Ein externer Antrieb kann zum Beispiel realisiert werden, wenn der Fahrwagen durch einen Kanal gezogen und dazu ein Zugmittel gleichmäßig eingeholt werden soll.
-
Entsprechend einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Fahrwagen zylinderförmig ausgebildet und das Stützen der Vorrichtung und dessen Bewegung im Kanal erfolgt durch Stützräder, die derart angeordnet sind, dass der zylinderförmige Fahrwagen im Kanal mit einem zur gesamten Mantelfläche des Zylinders umlaufenden Abstand zur Kanalwandung positionierbar ist. Damit steht eine robuste Vorrichtung zur Verfügung, deren Bauteile gut vor Beeinträchtigung oder Beschädigung während Betrieb sowie Bewegung geschützt sind und welche die oben beschriebenen Vorteile hinsichtlich der Bewegung im Kanal und des Abtransports von Abfall und Strahlmedium nutzt.
-
Mithilfe der Fixierung des Fahrwagens in einer gewünschten Position im Querschnitt des Kanals ist auch ein ferngesteuerter Betrieb der Vorrichtung ohne manuellen Eingriff vor Ort möglich. Der ferngesteuerte Betrieb der Vorrichtung wird durch eine geeignete Steuereinheit realisiert, die mit einer externen Bedieneinheit über Leitungen oder über Funk verbunden sein kann.
-
Mittels der Steuereinheit können über eine Speichereinheit, in der vollständige Bewegungsabläufe des Fahrwagens und des Schwenkkopfes hinterlegt werden, können auch automatisierte oder teilautomatisierte Bearbeitungsabläufe realisiert werden. Dies kann durch eine Kamera unterstützt werden, die zur Erfassung der Umgebung, z. B. von Verzweigungen im Kanal oder von Hindernissen geeignet ist, so dass entsprechend der aktuell festgestellten Situation vorprogrammierte Reaktionen der Vorrichtung oder Meldungen an einen Bediener außerhalb des Kanals erfolgen können. Eine Kamera unterstützt aber ebenso die Bedienersteuerung, indem die aufgenommenen Bilder in Echtzeit zum Bediener übertragen werden und diesem die Steuerung der Vorrichtung in unmittelbarer Reaktion auf Vorgänge im Kanal gestatten. Darüber hinaus gestattet sie die Dokumentation der Bearbeitung auf elektronischen Datenträgern.
-
Ferner erlaubt die Steuereinheit die Prozessüberwachung. Dazu werden die von der den Hochdruck erzeugenden Einheit ebenso wie des Fahrwagens oder des Düsenkörpers abgegebenen Signale verarbeitet und dem Bediener in geeigneter Weise zur Verfügung gestellt. In Kombination mit den vorgegebenen Grenz- und Schwellwerten lassen sich auch Regelkreise erstellen, welche bei der Überschreitung der eingegebenen Grenz- bzw. Schwellwerte den Bearbeitungsprozess beeinflussen, insbesondere im Sinne einer Notaus-Funktion unterbrechen.
-
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigt in
-
1 eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem Kanal in Seitenansicht,
-
2 eine Vorderansicht der Vorrichtung gemäß 1 von der Schnittlinie A-A aus betrachtet und
-
3 eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit segmentiertem Fahrwagen in Draufsicht.
-
1 stellt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung dar, bei der an einem zylinderförmigen Fahrwagen 1, der sich mittels vorn und hinten je vier Stützrädern 8 in Fahrtrichtung 7 in Richtung der Hindernisse und Anhaftungen 4 fortbewegen kann. Die Stützräder 8 halten als Stütz- und Bewegungselemente und den Fahrwagen 1 ungefähr mittig im Kanal 10 (Zylinderachse fällt mit der Kanalachse 11 nahezu zusammen), so dass eine Kollisionsgefahr mit Resten der abzutragenen Hindernisse oder Anhaftungen 4 weitestgehend vermieden werden kann und annähernd vollumfänglich ein Abtransport des abgetragenen Materials und Strahlmediums vom Arbeitsbereich möglich ist. Im Fahrwagen 1 ist ein servoelektrischer Antrieb (nicht dargestellt) integriert.
-
Der Fahrwagen 1 hält an seinem, in Fahrtrichtung 7 betrachtet, vorderen Ende einen Düsenbalken 15 mit mehreren in Fahrtrichtung 7 nach vorn ausgerichteten Strahldüsen 2 (in 2 dargestellt). Der Düsenbalken 15 rotiert mittels eines Motors 9, im Ausführungsbeispiel eines Druckluftmotors, der zwischen Fahrwagen 1 und Düsenbalken 15 angeordnet ist, um die Zylinderachse und damit um die Kanalachse 11.
-
Am hinteren Ende hält der Fahrwagen 1 ein Fixierpolster 12, welches aus vier Polstersegmenten 13 ausgebildet ist. Die Polstersegmente 13 pressen gegen die Wandung des Kanals 10 und haben jeweils einen Abstand zum benachbarten Polstersegment 13, so dass offene Durchgänge zum Kanalabschnitt hinter der Vorrichtung bestehen. Das Fixierpolster 12 fixiert somit im dargestellten aktivierten Zustand den Fahrwagen 1 in seiner Position im Kanal 10, ohne diesen vollständig zu verschließen. Die Aktivierung des Fixierpolsters 12 erfolgt pneumatisch, indem die mittels der Medienzufuhr 5 bereitgestellte Druckluft das Kissen aufbläst, so dass es sich fest gegen die Kanalwandung 10 presst. Die Druckluft wird auch zum Betrieb des Motors 9 verwendet.
-
Die Medienzufuhr ist im Ausführungsbeispiel mittels flexibler Leitungen realisiert, die am hinteren Ende der Vorrichtung durch das Fixierpolster 12 hindurch in die Düsenhalterung 1 geführt wird.
-
Die Medienzufuhr 5 hält neben der Druckluft auch die Stromversorgungsleitung und das Strahlmedium bereit. In der Stromversorgungsleitung integriert sind auch Signalleitungen zur Übertragung der Steuersignale von und zu einer Bedieneinheit (nicht dargestellt) sowie von einer Kamera (nicht dargestellt) empfangener Bilder. Das Strahlmedium ist im Ausführungsbeispiel Wasser unter einem Druck von ca. 10.150 bis 37.500 psi (ca. 70 bis 250 MPa bzw. 700 und 2500 bar) und ein Abrasivmittel. Je nach Anwendungsfall können auch andere Drücke im für Hochdruck-Flüssigkeitsstrahlen üblichen Druckbereich zur Anwendung kommen. Das Strahlmedium wird innerhalb der Düsenvorrichtung 1 und durch den Stator des Motors 9 zu den Strahldüsen 2 geführt zur Ausbildung von nach vorn, in Richtung der Hindernisse und Anhaftungen 4, gerichtete Strahlen 3 des Strahlmediums (gestrichelt dargestellt). Einige der Strahldüsen 2 weichen mit ihrer Ausrichtung um Winkel α im Bereich von Graden von der Kanalachse 11 ab, so dass die Hindernisse und Anhaftungen 4 in ihrer gesamten Dicke mit einem Arbeitsgang abgetragen werden können.
-
Die Medienzufuhr 5 umfasst ein im Inneren der Düsenhalterung 1 angeordnetes Zwei-Wege-Ventil (nicht dargestellt), welches es gestattet, das Strahlmedium wahlweise zu den Strahldüsen 2 oder zu Vortriebsdüsen 17 umzuleiten. Letztere sind auf der Mantelfläche der Düsenhalterung 1 in einem vorderen und einem hinteren Abschnitt umfänglich verteilt mit Strahlrichtung nach hinten, d. h. entgegen der Fahrtrichtung 7, angeordnet.
-
2 stellt die Vorrichtung gemäß 1 in der Ansicht von vorn, von der Schnittlinie A-A aus betrachtet, dar. Ergänzend zu den obigen Darlegungen ist der 2 die Form des Düsenbalkens 15, die Anordnung der Strahldüsen 2 im Düsenbalken und die umfänglich Verteilung der Stützräder 8 und der Vortriebsdüsen 17 zu entnehmen.
-
Der längliche, mittig an der Düsenhalterung 1 angeordnete Düsenbalken 15 ist zentral im Kanal 11 positioniert. Um die zu erzielende Wirkung des Wasserstrahls vollumfänglich zu gewährleisten ist eine Reihe von acht Strahldüsen 2 im rotierbaren Düsenbalken 15 angeordnet. Infolge der Rotation und der winkligen Ausrichtung der Strahldüsen 2 überstreichen die Strahlen (in 2 nicht dargestellt) bei einer Rotation die Hindernisse und Anhaftungen 4 (in 2 nicht dargestellt) in ihrer gesamten Dicke.
-
Die Ausgestaltung der Vorrichtung in 3 unterscheidet sich von der in 1 durch mehrere Merkmale. So umfasst der Düsenkörper 15 lediglich eine Düse, die als Rotationsdüse ausgebildet ist und einen kegelförmig aufgespreizten Strahl 3 des Strahlmediums erzeugt. Der Düsenkörper selbst ist im Ausführungsbeispiel starr.
-
Der Fahrwagen 1 setzt sich aus drei Wagensegmenten 6 zusammen, die untereinander durch Gelenke 18 miteinander wie Glieder einer Kette schwenkbar verbunden sind. Dies erleichtert die Kurvenfahrten in engen Radien. Die beiden vorderen Wagensegmente 6 weisen je zwei Stützräder 8 auf, die solch einen Durchmesser haben, dass die Wagensegmente 6 seitlich und in der Höhe im Kanalquerschnitt positioniert sind. Alternativ können auch andere Anordnungen von Stützrädern 8 verwendet werden, soweit sie geeignet sind, die Bahn des Fahrwagens im Kanal definieren.
-
Das letzte Wagensegment 6 umfasst einen Hohlzylinder als Halterung 19 für ein ringförmiges, auf der Außenmantelfläche des Hohlzylinders angeordnetes Fixierpolster 12. Der Hohlzylinder stellt einen zentralen offenen Durchgang durch das Fixierpolster 12 zur Ableitung von Strahlmedium und Abraumgut dar. Zur Führung des letzten Wagensegments 6 weist die Halterung 19 des Fixierpolsters vorn und hinten je vier Stützräder 8 auf, die alle an der Wandung des Kanals 10 anliegen. Die Medienzufuhr 5 ist durch den gesamten Fahrwagen 1 bis zum Düsenkörper geführt.
-
Lediglich zur Verdeutlichung der funktionellen Zusammenhänge der Komponenten der erfindungsgemäßen Vorrichtung soll die ausführbare Bearbeitung von Kanalwandungen anhand der Vorrichtung gemäß 1 kurz dargestellt werden. Mit der oben beschriebenen Vorrichtung können Bearbeitungen von geschlossenen Kanälen mit den folgenden grundlegenden Schritten ausgeführt werden:
- – Bewegen der Vorrichtung im Kanal 10 bis zu einem zu beseitigenden Hindernis oder einer zu beseitigenden Anhaftung 4,
- – Aktivierung des Fixierpolsters 12 zur Fixierung der Vorrichtung in der angefahrenen Position im Kanal 10,
- – Erzeugen eines gerichteten, gebündelten Strahls 3 von jeder der Strahldüsen 2 durch Zufuhr eines flüssigen unter Hochdruck stehenden Strahlmediums zu den Strahldüsen 2 mittels einer Medienzufuhr 5 über deren Zweiwegeventil (nicht dargestellt),
- – Bewegen der Strahldüsen 2, im Ausführungsbeispiel durch Drehen des Düsenbalkens 15 mittels des Motors 9, derart, dass die Strahlen 3 das Hindernis bzw. die Anhaftung 4 abtragen,
- – nach Beendigung des Abtrags Unterbrechung der Zufuhr des Strahlmediums zu den Strahldüsen und Deaktivierung des Fixierpolsters 12,
- – Zufuhr des unter Hochdruck stehenden Strahlmediums zu den Vortriebsdüsen 17 mittels der Medienzufuhr 5 durch Auswahl des entsprechenden Ausgangs des Zweiwegeventils der Medienzufuhr 5, wobei die Strahlrichtung nach hinten neben dem Vortrieb der Vorrichtung zudem das abgetragene Material hinter die Vorrichtung weiter abtransportiert,
- – Bewegen der Vorrichtung zum nächsten Arbeitsort mittels der durch die Vortriebsdüsen 17 nach hinten gerichteten Strahlen des Strahlmediums,
- – wobei die Steuerung der Rotation des Düsenbalkens, des Vortriebs der Vorrichtung, der Steuerung des Strahlmediums und die Aktivierung sowie Deaktivierung des Fixierpolsters 12 mittels einer geeigneten Steuereinheit erfolgt (nicht dargestellt).
-
Entsprechend verschiedener alternativer Ausgestaltungen der Wasserstrahl-Vorrichtung sind verschiedene Variationen des mit der Vorrichtung ausführbaren Verfahrens möglich.
-
In Abhängigkeit von der Ausführung der Strahldüsen und/oder der Vortriebsdüsen kann deren Wirkung durch ein Schwenken erhöht und/oder die Anzahl der Düsen vermindert werden. Auch eine gleichmäßigere oder lokal differenzierbare Wirkung ist durch ein Schwenken der Düsen erzielbar.
-
Der Antrieb der Vorrichtung kann durch eine Kombination eines motorisierten Antriebs mit dem Antrieb der Vortriebsdüsen erfolgen, so dass beispielsweise größere Strecken mit dem motorisierten Antrieb und die abschnittsweise Vorwärtsbewegung während des Abtrags durch die Vortriebsdüsen realisiert wird.
-
Zur Kontrolle des Abtrags und Steuerung des Verfahrens kann zudem die Umgebung der Vorrichtung mittels einer Kamera erfasst werden.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Fahrwagen
- 2
- Strahldüse
- 3
- Strahl des Strahlmediums
- 4
- Hindernisse und Anhaftungen
- 5
- Medienzufuhr
- 6
- Wagensegment
- 7
- Fahrtrichtung
- 8
- Stützräder
- 9
- Motor
- 10
- Kanal, Kanalwandung
- 11
- Kanalachse
- 12
- Fixierpolster
- 13
- Polstersegment
- 14
- zentraler Durchgang
- 15
- Düsenbalken
- 16
- Rotationsdüse
- 17
- Vortriebsdüse
- 18
- Gelenk
- 19
- Halterung
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 202010016857 U1 [0006]
