DE29718247U1

DE29718247U1 - Vorrichtung zum Beobachten und/oder Bearbeiten der Innenwände von Rohren

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Publication number: DE29718247U1
Application number: DE29718247U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-10-15
Filing date: 1997-10-15
Publication date: 1997-11-27
Anticipated expiration: 2007-10-16

Description

Anmelder : BAUER, Jens, Dipl.-Ing. Dresdner Str. 55b 014 65 Langebrück

CIESLA, Bernd, Dipl.-Ing, Bamberger Straße 50 01187 Dresden

Erfinder: Erfinder sind die Anmelder

Vertreter: Sozietät ILBERG · WEIßFLOH Patentanwälte Am Weißiger Bach 93 01747 Schönfeld-Weißig

Titel: Vorrichtung zum Beobachten und/oder Bearbeiten der Innenwände von Rohren

Schönfeld-Weißig, den 15.10.1997

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Vorrichtung zum Beobachten und/oder Bearbeiten der Innenwände von Rohren

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Beobachten und/oder Bearbeiten der Innenwände von Rohren, insbesondere kleiner Nennweiten, das im Rohrinneren bewegt und an beliebiger Stelle festgelegt werden kann. Der vordere Teil der Vorrichtung ist als beweglicher Arm ausgebildet, der mindestens ein Bearbeitungswerkzeug und/oder eine Inspektionseinrichtung trägt und gegenüber der Rohrachse axial drehbar und radial schwenkbar ist.

Um ein aufwendiges Aufgraben von Schadstellen in unbegehbaren Rohrleitungen, insbesondere Abwasserleitungen, zu vermeiden, die beispielsweise durch Korrosion, Risse, Scherbenbrüche, undichte Muffen, Verkalkungen, Wurzeleinwuchs, Ablagerungen usw. verursacht sind, ist es bekannt, die Rohrleitungen vom Rohrinneren aus zu sanieren.

Hierzu werden mittels einer im Rohr bewegbaren Vorrichtung die Schadstellen unter Beobachtung einer Videokamera beseitigt.

Mit fortschreitender Technik ist es gelungen, auch Rohre kleinerer Nennweiten, beispielsweise Hausanschlußleitungen, auf diese Weise zu sanieren. Die hierfür in Einsatz zu bringenden Vorrichtungen erfordern eine außerordentlich hohe Packungsdichte aller funktioneilen Teile, um beispielsweise für Nennweiten von DN 100 und darunter geeignet zu sein, andererseits wird ein hohes Maß an Robustheit und Lebensdauer des teuren Geräts gegen mechanische, ehe-

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mische und Flüssigkeitseinflüsse beim Befahren im Rohr abverlangt. Hinzu kommen Kräfte, die die Vorrichtung selbst beim Manipulieren und Bearbeiten freisetzt, insbesondere verursacht durch sehr hohe Drehmomente bei den Verstellbewegungen und den außerordentlich hohen Drehzahlen des in der Regel pneumatisch angetriebenen Bearbeitungskopfes, beispielsweise Fräskopfes, begleitet von Schwingungen und Vibrationen infolge unrunder Werkzeuge, unzureichender Möglichkeit der Festlegung der Vorrichtung im Rohr, ungünstig konfigurierter oder extrem harter Schadstellen usw.

Die Vorrichtungen können zugunsten einer schlankeren Bauweise auch nicht beliebig verlängert werden, um die Kurvengängigkeit nicht einzuschränken. Auch sind elektrische und pneumatische Versorgungsleitungen zu integrieren, beispielsweise für Stellmotoren, die Videokamera, für Beleuchtungszwecke oder die Bearbeitungseinheit.

Üblicherweise kann zur Positionierung der Kameraeinheit bzw. Bearbeitungseinheit ein rohrförmiges Innengehäuse innerhalb eines im Leitungsrohr festgelegten rohrförmigen, konzentrischen Außengehäuses um die Längsachse rotieren, wobei ein mit dem freien Ende des Innengehäuses verbundener Drehkopf mitgenommen wird, der seinerseits Mittel zum Verschwenken der Bearbeitungseinheit quer zur Längsachse besitzt.

Der Rotationsantrieb für das Innengehäuse der Vorrichtung bereitet weniger Probleme. Hierzu ist es beispielsweise aus der DE 195 15 927 Cl bekannt, über einen Getriebemotor und ein Stirnradgetriebe ein Planetengetriebe zu beaufschlagen, das den Drehkopf rotieren läßt, wobei durch das Zusammenfallen von Getriebeachse und Rotationsachse eine sehr platzsparende Bauweise sich mit einer günstigen Drehmomentübertragung paaren.

Unbefriedigend gelöst für insbesondere Vorrichtungen klei-

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ner Rohrdurchmesser hingegen ist der elektromotorische Verstellantrieb für die Schwenkbewegung.

Nach den DE 42 43 529 Al, DE 43 11 365 C2 und EP 0 647 812 Al sind hierzu rechts und links vom Drehkopf parallelogrammartig angeordnete Führungs- und Koppelstangen befestigt, die mit dem Werkzeughalter ein Gelenkviereck bilden. Im Werkzeughalter ist z.B. ein Schleifer oder Spachtler angesetzt, der sich beim Verstellen des Parallelkurbelgetriebes über ein Schneckengetriebe parallel zur Längsachse bewegt.

Abgesehen von der möglichen Verschmutzung des Gestänges und der Lager, stößt diese Bauweise z.B. beim Einsatz eines Bohrers oder Fräsers sehr schnell an ihre Grenzen. Es müssen ja nicht nur das Gewicht des Werkzeugkopfes und des Werkzeugs, sondern vor allem auch die bei der Arbeit des Bohr- oder Fräswerkzeuges entstehenden beachtlichen, auf das Werkzeug und damit auf den Bohrkopf einwirkenden Druck- und Gegendrehmomentkräfte sowie Schwingungen direkt auf das Gelenkviereck und dessen Lagerbolzen aufgenommen werden. Man denke nur an einen Bohrer, der sich in ein Gußeisen- oder Betonrohr hineinarbeitet und womöglich noch verklemmt. Nachteilig wirkt sich dabei zusätzlich aus, daß die Führungs- und Koppelstangen relativ lang sein müssen, um einen ausreichenden Weg quer zur Rohrlängsachse zu schaffen, was die Stabilität und Schwingungsanfälligkeit noch in besonderem Maße belastet und die Gesamtlänge des Gerätes unliebsam vergrößert.

Letzteren Nachteil vermeidet die Vorrichtung nach DE 44 35 68 9 Al durch Verwendung eines Scherengelenks, wobei die prinzipiellen Nachteile bezüglich Verschmutzung und Stabilität jedoch fortbestehen.

Bei einer weiteren Vorrichtung zur Bearbeitung von Rohren ist der Innenrotor frontseitig mit einer Platte abgeschlos-

M ff· It

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sen, auf der exentrisch ein kardanisch gelagerter und damit allseitig schwenkbarem Arm angeordet ist, der am vorderen Ende einen Fräser o.dgl. trägt (EP 0 682 205 Al). Die Verschwenkung des Kardangelenks erfolgt über Verstelleinrichtungen, die von in Bewegungsrichtung des Geräts durch einen Hydraulikkolben verschiebbaren Zahnstangen gebildet sind, welche in entsprechende Zähne im Kardangelenk eingreifen oder durch einen Hydraulikmotor, dessen Welle eine Verdrehung des Kardangelenks bewirkt. Abgesehen von dem hydraulischen Antrieb, der spezielle Wartungsarbeiten erfordert, lassen sich durch die exzentrische Bewegung, kombiniert mit der Knickbewegung des Kardangelenks, keine optimalen Drehmomente übertragen. Außerdem lassen Kardangelenke infolge der hohen Reibungsverluste bei großen Drehmomenübertragungen nur Stellwinkel unter 20° zu.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine äußerst klein bauende, kurvengängige und damit für kleine Rohrnennweiten geeignete Vorrichtung mit extremen Anforderungen an Robustheit, Langlebigkeit, Einsatzvielfalt und Betriebsicherheit zu entwickeln. Aus Gründen des Aufwands für die Medienführung sowie für die Wartung und Reinigung soll dabei auf hydraulische Stellglieder zugunsten von Elektromotoren verzichtet werden, wie auf äußerlich angeordnete Stellmittel, wie Führungs- und Koppelstangen, Zahnstangen sowie auch auf äußerlich angeordnete Medienleitungen. Sie soll leicht für Inspektionsarbeiten zerlegbar sein. Insbesondere soll ein leichtgängiger, weit schwenkbarer und relativ kurzer Arm als Träger für Inspektionsgeräte und/oder Werkzeuge geschaffen werden, der geeignet ist, hohe Kräfte aufzunehmen und hohe Drehmomente zu übertragen.

Die Aufgabe wird mit einer Vorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den begleitenden Unteransprüchen gekennzeichnet.

Durch die Anordnung eines hochübersetzenden Getriebes und

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einer robusten Lagerung koaxial zur Schwenkachse des Arms, läßt sich der Arm als kräftige, kompakte Einheit direkt an die Abtriebswelle anschrauben, wodurch weitere bewegungsübertragende Elemente - wie Zahnräder oder Zahnriemen zwischen dem Arm und dem Getriebe entfallen. Diese Elemente würden aufgrund der hohen Bearbeitungskräfte sehr groß bauen und damit wäre ein Einsatz der Vorrichtung in Rohren kleiner Nennweiten nicht möglich. Die Elemente der Bewegungs- und Kraftübertragung, die zwischen dem Elektromotor und dem hochübersetzenden Getriebe angeordnet sind, können aufgrund der hohen Übersetzung von vorzugsweise größer oder gleich 50 und der damit verbundenen Drehmomentenreduktion kleine Abmessungen besitzen. Daher liegt in der Ausführung und Anordnung des Getriebes eine entscheidende Platzersparnis bei hoher Robustheit begründet.

Durch die Hohlwelle des hochübersetzenden Getriebes hindurch lassen sich platzsparend und mechanisch geschützt Luft oder elektrische Signal- und Versorgungsleitungen ohne Einbuße am Dreh- bzw. Schwenkbeweglichkeit führen, wobei vorzugsweise die elektrischen Leitungen noch geschützt innerhalb der Luftzuleitung liegen. Die stabile Ausbildung des Arms und seiner Lager ermöglicht es, auch die eingangs geschilderten problembehafteten Fräs- und Bohrarbeiten im Rohr bei guten Arbeitsgeschwindigkeiten und ohne vorzeitigen Verschleiß am Gerät durchzuführen.

Für die Verstellung der Achsen werden in vorteilhafter Weise Gleichstrommotoren verwendet, denen Getriebe vorgeschaltet sind. Dies erlaubt bei kleinen Antriebsmotoren eine kräftige, feinmotorische und wartungsarme Steuerung aller Armbewegungen.

Weitere vorteilhafte Ausbildungen sind in der nachstehenden Beschreibung erläutert.

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In der zugehörigen Zeichnung zeigt hierzu:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung in der Seitenansicht und

Fig. 2 die Vorrichtung nach Fig. 1 in der Draufsicht, teilweise in schematischer Schnittdarstellung.

In einem rohrförmigen Außengehäuse 1 ist ein zylindrisches Innenteil 2 so buchsengelagert, daß es um mindestens 360° im Außengehäuse 1 rotieren kann. Der Rotationsantrieb erfolgt über einen Gleichstrom-Getriebemotor 3, ein Planetengetriebe 4, eine Stirnradstufe 5 und ein hochübersetzendes Getriebe 6. Am freien Ende des Innenteils 2 ist ein Arm 7 um die Achse 9 schwenkbar gelagert. Dieser Arm 7 läßt sich über einen Gleichstrom-Getriebemotor 10, ein Planetengetriebe 11, eine Kegelradstufe 12, einen Zahnriementrieb 13 und ein hochübersetzendes Getriebe 14 mit einer zentrischen Hohlwelle 8 um einen Winkel von über in beiden Richtungen quer zur Rohrachse verschwenken, wobei sich die Abtriebswelle bzw. der Abtriebsflansch 15 konzentrisch zur Antriebswelle 16 des hochübersetzenden Getriebes 14 dreht, in das die Lagerung 17 des Arms 7 integriert ist. Durch die integrierte Lagerung 17 des Arms in das hochübersetzende Getriebe 14 hinein wird eine sehr kompakte und hochbeanspruchbare Lagerung des Arms 7 mit einer hohen Kraftübersetzung sowie mit einem sehr guten Wirkungsgrad in der Drehmomentübertragung erzielt, was es ermöglicht, die vorgelagerten Elemente zur Bewegungserzeugung, -übertragung und -umformung ungewöhnlich klein zu halten und somit insgesamt ein im Durchmesser sehr kleines, jedoch leistungsstarkes und robustes Gerät kurzer Baulänge und somit guter Kurvengängigkeit zu bauen.

Im vorderen Bereich des Arms 7 ist eine Kamera 18 mit einer entsprechenden Beleuchtungseinrichtung zur Beobachtung und Dokumentation der Arbeit und des Arbeitsergebnisses untergebracht. Die Spitze des Arms 7 trägt ein druckluft-

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getriebenes Werkzeug 19, im Beispiel einen Fräser. Der Arm 7, die Beobachtungseinrichtung und der Werkzeugantrieb sind weitgehend ummantelt und damit sehr gut stoß- und schmutzgeschützt. Sperrige Hebelgetriebe entfallen völlig. Die Wartung beschränkt sich im wesentlichen auf eine problemlose Reinigung.

Zur Vorrichtung führen ferner elektrische Signal- und Versorgungsleitungen 20 und eine Luftzuleitung 21 für den Antrieb des Werkzeugs, Ein Modul in der Luftzuleitung 21 dient zum Einbringen der elektrischen Signal- und Versorgungsleitungen 20 in die Luftzuleitung 21 hinein. Die Leitungen 20, 21 werden in Drehdurchführungen koaxial durch die Hohlwelle 8 des hochübersetzenden Getriebes 14 hindurch zum vorderen Teil des Arms 7 geführt, wodurch die mechanische Beanspruchung der Leitungen insgesamt auf ein Minimum sinkt und Raum gespart wird.

Für die Drehbewegung des Innenteils 2 im Außengehäuse 1 wird in vorteilhafter Weise ein hochübersetzendes Getriebe 6 in gleicher Bauart wie das hochübersetzende Getriebe 14 für die Schwenkbewegung des Arms 7 eingesetzt, wodurch sich die Herstellung in Serie vereinfacht.

Ferner kann die Vorrichtung aus einer Aneinanderkettung mehrerer Module bestehen, die gegeneinander verschwenkbar, aber nicht verdrehbar sind, um eine noch größere Kurvengängigkeit in sehr engen Rohren zu erreichen.

Das Befahren im Abwasserrohr kann z.B. dadurch erfolgen, daß am Außengehäuse 1 Kuven angeschweißt sind, auf denen die Vorrichtung im Rohr von außen gezogen oder geschoben wird. Weiterhhin kann die Vorrichtung mit einem Antriebsmodul gekoppelt oder mit einem Eigenantrieb ausgerüstet sein.

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Bezugszeichen

1	Außengehäuse
2	Innenteil
3	Gleichstrom-Getriebemotor
4	Planetengetriebe
5	Stirnradstufe
&bgr;	hochübersetzendes Getriebe 6
7	Arm
8	Hohlwelle
9	Schwenkachse des Arms 7
10	Gleichstrom-Getriebemotor
11	Planetengetriebe
12	Kegelradstufe
13	Zahnriementrieb
14	hochübersetzendes Getriebe
15	Abtriebsflansch
16	Antriebswelle
17	integrierte Lagerung
18	Kamera
19	Werkzeug
20	elektrische Signal- und Versorgungsleitungen
21	Luftzuleitung
22	Trenmodul

Claims

- 10 - 297047DE/10(li; Ansprüche

1. Vorrichtung zum Beobachten und/oder Bearbeiten der Innenwände von Rohren, insbesondere von Rohren kleiner Nennweiten, die im Rohrinneren bewegbar und an beliebiger Stelle festlegbar ist, mit einem schwenkbaren Arm, der mindestens ein Bearbeitungswerkzeug und/oder eine Inspektionseinrichtung trägt und gegenüber der Rohrachse axial drehbar und radial schwenkbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß koaxial zur Schwenkachse (9) des Arms (7) ein hochübersetzendes Getriebe {14) mit mindestens einer Hohlwelle (8) angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtriebswelle des hochübersetzenden Getriebes (14) bzw. der Abtriebsflansch {15) sich konzentrisch zur Antriebswelle {16) des hochübersetzenden Getriebes (14) dreht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Hohlwelle (8) des hochübersetzenden Getriebes (14) hindurch Luft oder andere Medien oder elektrische Signal- und Versorgungsleitungen (20, 21) geführt werden.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in das hochübersetzende Getriebe (14) die Lagerung des Arms (7) integriert ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für die Verstellung der Achsen Gleichstrommotoren (3, 10) verwendet werden, denen Getriebe {4, 5; 11, 12, 13) vorgeschaltet sind.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für die Dreh- und Schwenkbewegung hochübersetzende Getriebe (6, 14) gleicher Bauart

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verwendet werden,

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bewegungsübertragung auf die Antriebswelle (16) des hochübersetzenden Getriebes (14) ein Zahnriemen (13) dient.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Übersetzungsverhältnis des hochübersetzenden Getriebes (14) größer oder gleich 50 ist.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Signal- und Versorgungsleitungen (20) innerhalb der Luftzuleitung (21) geführt sind.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlwelle (8) des hochübersetzenden Getriebes (14) Drehdurchführungen für Luft oder andere Medien und/oder für Signale oder Energie besitzt.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Luftzuleitung (21) ein Modul (22) zum Einbringen der elektrischen Signal- und Versorgungsleitungen (20) in die Luftzuleitung (21) sitzt.

12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung aus einer Aneinanderkettung mehrerer Module besteht, die gegeneinander verschwenkbar, aber nicht verdrehbar sind.