DE3618625A1 - Inspektionsraupe fuer tunnelartige kanaele - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Inspektionsraupe für tunnelartige Kanäle gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es ist bekannt, Rohrleitungen oder Kabel für den Transport von Fernwärme oder sonstiger Medien in gemauerten tunnelarti­ gen Kanälen oder dgl. zu verlegen. Dabei liegen z.B. drei Roh­ re unterschiedlichen Durchmessers nebeneinander und sind durch Stützen in einem Abstand von dem Boden des Kanals oder Schachtes etwa auf halber Höhe gehalten. Vorzugsweise sind derartige Rohre oder Kabel mit einer Isolierung versehen, um die Wärmeverluste des transportierten Mediums gering zu hal­ ten.

Derartige Kanäle oder auch einzelne Rohre müssen in der Pra­ xis regelmäßig inspiziert werden, um z.B. undichte Stellen, beginnende Korrosionsstellen, Schäden an der Isolation oder sonstige Mängel festzustellen. Ein Begehen derartiger Kanäle oder Rohre ist im allgemeinen unmöglich oder mit großen Unan­ nehmlichkeiten oder Gefahren verbunden.

Zur Inspektion von z.B. Abwasserkanälen oder Rohren sind soge­ nannte Kamerawagen bekannt. Das sind mit Radantrieb oder mit Kettenantrieben versehene kleine Fahrzeuge, die selbsttätig in einem Kanal, einem Schacht oder auch einem Rohr entlangfah­ ren und mittels einer Kamera und einer Lichtquelle den Kanal, den Schacht oder die Rohre inspizieren. Die Stromversorgung, die Lenkung und die lnformationsübermittlung der Kamerabilder zu einem außerhalb des Schachtes vorgesehenen Monitor erfol­ gen dabei vorzugsweise über ein Kabel, das der Wagen hinter sich herzieht.

Es ist auch möglich, einen derartigen Kamerawagen in zwei mit­ einander gekuppelte Einzelteile aufzuteilen. Eine derartige Aufteilung hat den Vorteil, daß die einzelnen Bauteile wie Elektronik und Motoren auf zwei Fahrzeuge aufgeteilt werden können so daß die Aufteilung eine bessere Kurvenfahrt ermög­ licht.

Die beschriebenen Hindernisse können, wenn sie z.B. eine be­ stimmte Höhe übersteigen, eine Weiterfahrt des Wagens unmög­ lich machen, d.h. eine Arbeitsgrenze für den Einsatz des Wa­ gens bilden. Wenn das Hindernis auch nicht umfahren werden kann, muß es durch Öffnen des Schachtes beseitigt werden. Auch besteht die Gefahr, daß der Wagen sich an einem Hinder­ nis festfährt und manövrierunfähig liegenbleibt. Auch können die Räder des Wagens zwischen zwei Hindernissen hängenblei­ ben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den als Raupe ausge­ bildeten Wagen so auszubilden, daß auch Hindernissse größerer Höhe besser bewältigt, insbesondere besser überfahren oder auch unterfahren werden können.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 beschriebene Erfin­ dung gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Durch die erfindungsgemäße Lösung wird somit eine Raupe ge­ schaffen, die sich durch Änderung ihrer Form, insbesondere durch Änderung der jeweiligen Höhe des Bugteils, an verschie­ dene Hindernisse anpassen kann. Die Erkennung des Hindernis­ ses, von dessen Form die Art der Umstellung der Raupe abhän­ gig ist, erfolgt z.B. mit der auf der Raupe angeordneten Fern­ sehkamera oder auch durch eine spezielle Optik mit einem Schattenbild gemäß einer gleichzeitig eingereichten Patentan­ meldung desselben Anmelders. Bei der erfindungsgemäßen Raupe ist durch die Schwenkbewegung der mittleren Radpaare das Bug­ teil so weit anhebbar, daß auch Hindernisse mit einer größe­ ren Höhe überwunden, d.h. durch den Kettenantrieb erklommen werden können. Andererseits können Hindernisse, die nicht bis auf den Boden reichen, z.B. eine von einem Rohr herabhängen­ de, gelöste Isolierung, durch entsprechende Absenkung des Bug­ teils unterfahren und ggf. durch die Raupe selbst nach oben weggedrückt werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß bei zwei erfindungsgemäß ausgebildeten, miteinander gekuppel­ ten Raupen die Kupplung durch entsprechende Formänderung ei­ ner Raupe oder beider Raupen von einem Hindernis, auf dem sie hängenbleiben könnte, abgehoben werden kann. Die mittleren Radpaare sind vorzugsweise auf einer Schwinge angeordnet, die um eine senkrecht zur Längsrichtung der Raupe stehende Achse schwenkbar ist und dadurch die Verstellung der mittleren Rad­ paare relativ zur Raupe bewirkt. Vorzugsweise ist diese Schwinge zusätzlich um die Längsachse der Raupe federnd gela­ gert. Dadurch entstehen mindestens zwei Auflagepunkte pro Sei­ te, wodurch die Bodenhaftung verbessert werden kann. Die Schwenkbewegung ermöglicht außerdem eine verbesserte Kamera­ sicht nach oben und unten.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung erläutert. Darin zei­ gen

Fig. 1 die Raupe in Normalstellung,

Fig. 2 die Raupe mit maximal angehobenem Vorderteil,

Fig. 3 die Raupe mit maximal abgesenktem Vorderteil,

Fig. 4 eine Draufsicht auf die Raupe gemäß Fig. 1 bis 3,

Fig. 5 im Prinzip die Steuerung der Kippbewegung der Schwinge an der Raupe und

Fig. 6 eine Weiterbildung der Raupe mit Riemenlängenausgleich.

In Fig. 1 enthält die Raupe 1 ein vorderes Radpaar 2, ein hin­ teres Radpaar 3 und dazwischen angeordnete mittlere Rad­ paare 4, 5, 6. Jedes Radpaar hat symmetrisch zur Mittelachse der Raupe zwei Räder, wobei jeweils die Räder an den beiden Seiten von einem Kettenantrieb 13 umgeben sind. Die Rad­ paare 2, 3 sind unverstellbar an der Raupe 1 gelagert. Die Radpaare 4, 5, 6 sind an einer Schwinge 12 gelagert, die über einen Antrieb um die senkrecht zur Längsachse stehende Achse 7 schwenkbar ist. Die Radpaare 4, 5, 6 behalten also jeweils die gleiche Lage zueinander, sind jedoch in ihrer Ge­ samtheit relativ zu den Radpaaren 2, 3 verstellbar. Fig. 1 zeigt die Normalstellung der Raupe 1 für normalen Fahrbe­ trieb. Die Raupe hat vorne und hinten die gleiche Höhe H 1 und die mittlere Steighöhe S 1. Das bedeutet, daß in dieser Stel­ lung die Raupe 1 Hindernisse bis zu einer Höhe S 1 überfahren kann. Durch das keilförmig ausgebildete Bugteil 8, das auch eine Optik zur Erkennung der Umgebung enthält, kann sich die Raupe 1 maximal auf ein Hindernis der Höhe H 1 hinaufschieben. Die Radpaare 2, 3 haben die gleiche Höhe H 4 gegenüber dem Un­ tergrund 10. Bei diesem Betrieb liegen somit nur die Rad­ paare 4, 5, 6 auf dem Untergrund 10 auf.

In Fig. 2 ist die Schwinge 12 in der Zeichnung im Uhrzeiger­ sinn so weit geschwenkt, daß die Radpaare 3, 4, 5, 6 in einer Ebene liegen und über den Kettenantrieb 13 auf dem Unter­ grund 10 fahren. Durch diese Lage der mittleren Rad­ paare 4, 5, 6 sind das vordere Radpaar 2 und damit das keilför­ mig nach vorne spitz auflaufende Bugteil 8 auf eine maximale Höhe H 2 angehoben. Die maximale Steighöhe ist jetzt auf den Wert S 2 vergrößert, so daß die Raupe in dieser Stellung ein Hindernis 9 mit der Maximalhöhe S 2 überfahren bzw. sich auf ein Hindernis der Höhe H 2 hinaufschieben kann.

In Fig. 3 ist die Schwinge 12 im Gegenuhrzeigersinn relativ zur Raupe 1 geschwenkt, so daß jetzt etwa spiegelbildlich zu Fig. 2 die Radpaare 4, 5, 6, 2 in einer Ebene liegen und auf dem Untergrund 10 fahren. Dabei ist das Radpaar 3 auf die Höhe H 5 angehoben. Durch diese Konstellation der Radpaare ist das Bugteil 8 vorne auf die minimale Höhe H 3 abgesenkt. Da­ durch kann ein Hindernis 11 unterfahren, also unterkrochen werden, das von dem Untergrund 10 eine Mindesthöhe von S 3 auf­ weist. Das Hindernis 11 kann z.B. eine von einem Leitungsrohr gelöste, herabhängende lsolierung sein, die bei Weiterfahrt des Fahrzeuges und ggf. gleichzeitiger Umstellung in die Posi­ tion nach Fig. 1 nach oben weggedrückt werden kann.

Die Höhe des Bugteiles 8 ist also zwischen dem Mindestwert H 3 über den Normalwert H 1 bis auf den Maximalwert H 2 veränder­ bar. Dabei können Werte erreicht werden von

H 2 = 1,5 * H 1  H 3 ≅ 0 .

Das bedeutet, daß die maximale Steighöhe und die minimale Steighöhe das 1,5-fache bzw. nur einen geringen Bruchteil der normalen Fahrzeughöhe H 1 annehmen können.

Fig. 4 zeigt die Raupe gemäß Fig. 1 bis 3 in Draufsicht, wo­ bei zusätzlich die Längsrichtung 14 der Raupe 1 angedeutet ist. Die Achse 7, um die herum die Schwinge 12 schwenkbar ist, liegt in der Mitte der Raupe 1 senkrecht zur Längsach­ se 14.

In Fig. 5 ist innerhalb der Schwinge 12, die die Rad­ paare 4, 5, 6 trägt, der Motor 15 angeordnet, der über eine Untersetzung mit den Zahnrädern 16, 17 die Gewindestange 18 antreibt. Die Gewindestange 18 ist über Gewinde mit der Mut­ ter 19 verbunden und kann in die Ausnehmung 25 an der Raupe 1 eingreifen. Die Mutter 19 ist unverstellbar, also axial unver­ schiebbar und unverdrehbar an der Raupe 1 gelagert. Bei Betäti­ gung des Motors 15 verdreht sich somit die Gewindestange 18 in der Mutter 19 und bewirkt dadurch eine Verstellung der Schwinge 12. Vorzugsweise ist der Motor 15 mit den dargestell­ ten Teilen in einem Rahmen gelagert, an dem die Radpaare 4, 5, 6 mittels der Schwinge um die Längsachse 14 mittels Federn kippbar gelagert ist. Die Schwinge 12 ist dann einerseits durch die Motorsteuerung um die Achse 7 gemäß Fig. 1, 2, 3 kippbar und andererseits passiv durch eine federnde Kippbewe­ gung um die Längsachse 14 kippbar.

Die Gewindestange 18 treibt außerdem über die Zahnräder 23, 24 das Potentiometer 20 an. Das Potentiometer 20 gibt eine Spannung Uw ab, die die Ist-Stellung des Potentiometers und damit die jeweilige Stellung der Kippbewegung der Schwinge 12 um die Achse 7 anzeigt. Die Ist-Spannung Uw wird zusammen mit der mit dem Potentiometer 22 manuell einstellbaren, als Vorga­ be dienenden Soll-Spannung Uv der Vergleichsstufe 21 zuge­ führt. Diese erzeugt eine Stellgröße Us, die den Antrieb des Motors 15 steuert. Solange somit ein Unterschied zwischen der lst-Spannung Uw und der Soll-Spannung Uv besteht, wird der Motor 15 durch die Stellgröße Us angetrieben, und zwar solan­ ge, bis die Spannungen Uw und Uv übereinstimmen und die jewei­ lige gewünschte Kippbewegung eingestellt ist. Die Spannung Uv wird von einer außerhalb des Schachtes befindlichen Bedien­ stelle entsprechend dem jeweiligen Hindernis, d.h. der ge­ wünschten Kippbewegung der Schwinge 12 und damit der Form der Raupe 1 gemäß Fig. 1 bis 3 eingestellt.

Die Ist-Spannung Uw kann auch auf andere Weise gewonnen wer­ den, z.B. durch eine unmittelbare Bemessung des Winkels der Schwinge 12 relativ zur Raupe 1 innerhalb der Extremstellun­ gen gemäß Fig. 2 und 3. Beispielsweise kann an der Schwin­ ge 12 oder an der Raupe 1 ein Potentiometer vorgesehen sein, das durch einen Teil der Raupe 1 bzw. der Schwinge 12 ver­ stellt wird, mit einer Gleichspannung gespeist ist und somit an seinem Abgriff eine die Ist-Stellung anzeigende Spannung abgibt.

Die Kippbewegung der Schwinge 12 um die Achse 7 kann auch auf andere Weise, z.B. hydraulisch, durch Elektromagnete nach dem Tauchkernprinzip, durch einen Seilantrieb oder dgl. erfolgen. Es ist auch denkbar, statt der kontinuierlichen Kippbewegung der Schwinge 12 in eine unendlich große Zahl von Zwischenstel­ lungen zwischen den Extremstellungen gemäß Fig. 2 und 3 eine stufenweise Verstellung vorzusehen, z.B. mit zehn verschiede­ nen Zwischenstellungen. Es ist auch möglich, die in dem Bei­ spiel manuell ausgelöste Verstellung der Schwinge 12 und da­ mit der Form der Raupe 1 automatisch durchzuführen. Beispiels­ weise kann an der Vorderseite der Raupe 1, z.B. an dem Bug­ teil 8, ein Sensor vorgesehen sein, der das Auftreffen der Raupe 1 auf ein Hindernis mißt, z.B. ein Druck-Fühl-Element in Form eines Schalters an der Spitze des Bugteils 8. Sobald die Raupe 1 auf ein Hindernis trifft, führt sie selbsttätig die Kippbewegung der Schwinge 12 und damit die Formänderung gemäß Fig. 1, 2, 3 in verschiedenen Richtungen und in ver­ schiedene Stellungen aus und versucht, eine Stellung zu fin­ den, in der das Fühlelement kein Hindernis mehr registriert. Vorzugsweise wird während dieses selbsttätigen Anpassungsver­ suches der Raupe 1 der Antrieb der Räder vorübergehend abge­ schaltet, um die Stromquelle außerhalb des Schachtes, das den Betriebsstrom zuführende Kabel, einen eingebauten Akku oder die Antriebsmotoren für die Räder während dieses zwangsläufi­ gen Stillstandes der Raupe 1 nicht zu überlasten. Es ist auch denkbar, daß die Raupe bei einer derartigen selbsttätigen Re­ gistrierung eines Hindernisses automatisch eine definierte Strecke zurückfährt und dann selbsttätig die Fahrt mit geän­ derter Fahrtrichtung fortsetzt, um möglicherweise das Hinder­ nis zu umfahren.

Fig. 6 zeigt eine Weiterbildung der Erfindung mit zusätzli­ chen Mitteln für einen Riemenlängenausgleich. Bei der Umschal­ tung der Raupe in die verschiedenen Stellungen gemäß Fig. 1, 2, 3 kann es unerläßlich sein, einen Riemenlängenaus­ gleich vorzunehmen, damit der den Kettenantrieb 13 bildende Riemen immer einwandfrei gespannt ist. Zu diesem Zweck sind zusätzlich zu den Radpaaren 2-3 weitere Hilfs-Radpaare 26, 27, 28 vorgesehen, die von dem den Kettenantrieb 13 bildenden Riemen 31 umgeben sind. Die Radpaare 26, 27 sind unverstell­ bar an der Raupe angeordnet. Das Radpaar 28 ist mit einer Ku­ lissennut 29 und einem Gestänge 30 um die Achse des mittleren Radpaares 5, d.h die Schwenkachse 7 in verschiedene Stellun­ gen A, B schwenkbar. In der Stellung B ist z.B. die Riemenlän­ ge zwischen den Radpaaren 26, 27 gegenüber der Stellung A ver­ ringert. Diese Umstellung ist vorzugsweise mit der Umschal­ tung in die verschiedenen Positionen gemäß Fig. 1, 2, 3 gekup­ pelt, so daß der Riemen 31 bei den verschiedenen Betriebsar­ ten gemäß Fig. 1, 2, 3 stets einwandfrei gespannt ist.

Durch eine besondere Ausbildung des keilförmigen Bugteils 8 kann ggf. die maximale Steighöhe, die die Raupe 1 noch über­ klettern kann, erhöht werden. Ebenso kann dadurch die minima­ le Höhe eines Hindernisses zum Unterkriechen gemäß Fig. 3 ver­ ringert werden.

Die Erfindung ist anwendbar unabhängig von der Größe des Fahr­ zeuges. Es kann sich um sehr kleine Fahrzeuge mit einer Länge in der Größenordnung von 50 cm handeln oder auch um große Fahrzeuge. Letztere können dazu dienen, durch Strahlung oder andere Gefahren durch Personen nicht begehbare Gebiete zu er­ kunden oder Verschüttete in Bergwerken und bei eingestürzten Gebäuden zu bergen.

Für andersartige Einsätze als die Überprüfung von Rohrleitun­ gen für Fernwärme kann auf ein Versorgungskabel für die Raupe verzichtet werden, indem die Raupe z.B. mit einem Akku ausge­ rüstet ist und über Funk gelenkt werden und vollständig unab­ hängig operieren kann. Die Raupe könnte dann für Aufklärungs­ zwecke verschiedenster Art dienen.

Die Verstellung des Radpaares 28 für den Riemenlängenaus­ gleich erfolgt vorzugsweise synchron und gekuppelt mit der beschriebenen Verstellung der Schwinge 12 um die Achse 7. Durch die Lösung gemäß Fig. 6, d.h. die schwingenstellungsab­ hängige Riemenlängenverstellung wird erreicht, daß eine feste Positionierung aller Radpaare möglich ist und die Nachteile einer federnden Riemenlänge, z.B. die Gefahr eines Absprin­ gens des Riemens, vermieden werden.

Claims (17)

1. Inspektionsraupe für tunnelartige Kanäle, Schächte oder dgl. mit einem vorderen Radpaar (2), einem hinteren Radpaar (3), dazwischen angeordneten mittleren Radpaaren (4-6) und einem über die Räder geführten Kettenantrieb (13), dadurch gekennzeichnet, daß die mittleren Radpaa­ re (4-6) an einer Schwinge (12) gelagert sind, die um eine quer zur Längsrichtung (14) der Raupe (1) stehende Achse (7) relativ zu dem die anderen Radpaare (2, 3) tra­ genden Raupenteil (1) so schwenkbar ist, daß die Höhe (H) des Vorderteils (8) der Raupe (1) verstellbar ist.

2. Raupe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwinge (12) eine Stellung für Normal-Fahrbetrieb auf­ weist, in der die mittleren Radpaare (4-6) auf dem Un­ tergrund (10) fahren und das hintere und das vordere Radpaar (2, 3) um denselben Betrag (H 4) vom Unter­ grund (10) abgehoben sind (Fig. 1).

3. Raupe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwinge (12) eine Stellung zum Überfahren von Hindernis­ sen (9) aufweist, in der das hintere Radpaar (3) und die mittleren Radpaare (4-6) in einer Ebene liegen und auf dem Untergrund (10) fahren und das vordere Radpaar (2) um einen maximalen Betrag vom Untergrund (10) abgehoben ist (Fig. 2).

4. Raupe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwinge (12) eine Stellung zum Unterfahren von Hindernis­ sen (11) aufweist, in der das vordere Radpaar (2) und die mittleren Radpaare (4-6) in einer Ebene liegen und auf dem Untergrund (10) fahren und das hintere Radpaar (3) auf eine maximale Höhe (H 5) angehoben und das vordere En­ de (8) der Raupe (1) auf eine minimale Höhe (H 3) über dem Untergrund (10) abgesenkt ist (Fig. 3).

5. Raupe nach Anspruch 2-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwinge (12) kontinuierlich auf alle Zwischenstellun­ gen zwischen den Extremstellungen mit maximal angehobenem und abgesenktem Bugteil (8) einstellbar ist.

6. Raupe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das vordere Ende der Raupe (1) ein nach vorne keilförmig spitz auslaufendes Bugteil (8) aufweist.

7. Raupe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwinge (12) durch einen Elektroantrieb über ein Getrie­ be verstellbar ist.

8. Raupe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwinge (12) um die Längsachse (14) der Raupe (1) kipp­ bar an der Raupe (1) gelagert ist.

9. Raupe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß an der Schwinge (12) ein Elektromotor (15) gelagert ist, der über ein Untersetzungsgetriebe (16, 17) eine Welle (18) antreibt, die über ein Gewinde in eine unverstellbar und unverdrehbar an der Raupe (1) gelagerte Mutter (19) ein­ greift.

10. Raupe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (18) zusätzlich mit dem Antrieb eines Potentiome­ ters (20) gekuppelt ist, das eine die jeweilige Ist-Stel­ lung der Schwinge (12) anzeigende Istwert-Spannung (Uw) abgibt.

11. Raupe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die lstwert-Spannung (Uw) und eine manuell einstellbare Soll­ wert-Spannung (Uv) für die Soll-Stellung der Schwinge (12) an eine Vergleichsschaltung (21) angelegt sind, de­ ren Ausgangsspannung (Us) die Betätigung des Motors (15) bewirkt.

12. Raupe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Raupe (1) in zwei gleiche, miteinander gekuppelte Einzel­ raupen mit je einem aktiven Antrieb aufgeteilt ist.

13. Raupe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Raupe (1) einstellbare Mittel (26-30) für einen Län­ genausgleich des den Kettenantrieb (13) bildenden, die Räder (2-6) umgebenden Riemens (31) vorgesehen sind (Fig. 6).

14. Raupe nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß zwi­ schen dem vorderen Radpaar (2) und dem hinteren Radpaar (3) weitere von dem Riemen (31) umgebene Rad­ paare (26-28) vorgesehen sind, von denen wenigstens ein Radpaar (28) verstellbar ist (Fig. 6).

15. Raupe nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß zwi­ schen dem vorderen Radpaar (2) und dem darauffolgenden Radpaar (6) sowie zwischen dem hinteren Radpaar (3) und dem darauffolgenden Radpaar (4) je ein unverstellbares Radpaar (27, 26) und etwa in der Mitte oberhalb der mitt­ leren Radpaare (4, 5, 6) ein relativ zu dem mittleren Radpaar (5) verstellbares Radpaar (28) vorgesehen ist (Fig. 6).

16. Raupe nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das verstellbare Radpaar (28) mittels einer Kulisssennut (29) um die Ache des mittleren Radpaares (5) in verschiedene Stellungen schwenkbar ist (Fig. 6).

17. Raupe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Bugteil (8) der Raupe (1) ein Fühlelement zur Erken­ nung von Hindernissen vorgesehen ist, das beim Auffahren der Raupe (1) auf das Hindernis (9) selbsttätig eine Schwenkbewegung der Raupe (1) in verschiedene Stellungen oder eine Änderung der Fahrtrichtung auslöst.