DE4424366A1 - Im Innern einer Rohrleitung selbsttätig fortbewegbarer Manipulator - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen im Inneren einer Rohr­ leitung selbsttätig fortbewegbaren Manipulator, mit dem fern­ gesteuert Prüfaufgaben oder eine Bearbeitung der Innenober­ fläche eines Rohres möglich ist.

Bei bekannten Rohrinnenmanipulatoren sind die zum Fortbewegen innerhalb der Rohrleitung erforderlichen Antriebsaggregate, sowie weitere Antriebsaggregate zum Drehen der an diesen Rohrinnenmanipulatoren angeordneten Prüf- oder Bearbeitungs­ vorrichtungen um die Längsachse der Rohrleitung in einem Ge­ häuse des Rohrinnenmanipulators untergebracht. Dies hat zur Folge, daß die bekannten Rohrinnenmanipulatoren relativ groß sind, d. h. einen großen Durchmesser oder eine relativ große Baulänge haben. Mit den bekannten Rohrinnenmanipulatoren kön­ nen somit Rohrleitungssysteme mit Rohren, deren Nenndurchmes­ ser kleiner ist als 100 mm, und die Rohrbögen aufweisen, de­ ren Radien in der Größenordnung dieses Nenndurchmessers lie­ gen, nicht mehr geprüft oder bearbeitet werden.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen im Innern einer Rohrleitung selbsttätig fortbewegbaren Manipulator zum Durchführen von Arbeiten an der Innenoberfläche dieser Rohr­ leitung anzugeben, der auch in Rohren mit kleinen Nennweiten eingesetzt werden kann.

Die genannte Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen des Patentanspruches 1. Da die Antriebsmittel zum Antreiben der Drehbewegung des Prüf- oder Bearbeitungsmittels, das Fahrzeug zum Fahren des Manipulators in Richtung der Längsachse der Rohrleitung sowie die Antriebsmittel zum Antreiben dieses Fahrzeugs räumlich voneinander getrennt und über biegsame Verbindungselemente miteinander gekoppelt einen Schub- oder Zugverband bilden, kann der Außendurchmesser des Manipulators verringert werden, ohne daß die dadurch verursachte Verlänge­ rung seiner Bauform zu einer Einschränkung seiner Befahrbar­ keit von Rohrbögen mit kleinen Bogenradien führt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich gemäß der Unteransprüche.

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

Fig. 1 ein Manipulator gemäß der Erfindung in einer Seiten­ ansicht schematisch veranschaulicht ist.

Fig. 2 zeigt den der Bearbeitungseinheit benachbarten Teil des Manipulators in einem Längsschnitt.

Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf die Bearbeitungseinheit in Längsrichtung des Manipulators und

Fig. 4 ist in zum Schieben oder Ziehen des Manipulators vor­ gesehenes Fahrzeug in einem Schnitt veranschaulicht.

Gemäß Fig. 1 enthält ein Manipulator eine in einer Rohrlei­ tung 2 verspannbare Bearbeitungseinheit 20, die einen Stütz­ flansch 22 umfaßt, mit dem sie in der Rohrleitung 2 verspannt werden kann. Die Bearbeitungseinheit 20 enthält im Beispiel der Figur eine Schleifscheibe 24, die drehbar in einer Lager­ einheit 26 gelagert ist. Diese Lagereinheit 26 ist an einer Halteeinrichtung 28 fixiert, die im Stützflansch 22 drehbar zur Längsachse der Bearbeitungseinheit 20, die annähernd mit der Längsachse der Rohrleitung zusammenfällt, gelagert ist, um ein Schleifen des gesamten Innenumfangs der Rohrleitung 2 zu ermöglichen.

Die Bearbeitungseinheit 20 ist über eine biegsame Welle 60 mit einem ersten Antriebsmittel 4, beispielsweise einen Elek­ tromotor, verbunden. Das erste Antriebsmittel 4 treibt über diese biegsame Welle 60 die Halteeinrichtung 28 an und ver­ setzt diese relativ zum in der Rohrleitung 2 verspannten Stützflansch 22 in eine Drehbewegung.

Am ersten Antriebsmittel 4 ist ebenfalls über ein biegsames Element 12, beispielsweise ein Stahlseil, ein zweites An­ triebsmittel 10, beispielsweise ebenfalls ein Elektromotor, angekoppelt. Dieses Antriebsmittel 10 ist über eine biegsame Welle 62 mit einem ersten Fahrzeug 8 verbunden, das mit An­ triebsrädern 82 versehen ist, die durch ein Andruckrad 84 ge­ gen die Innenoberfläche der Rohrleitung 2 gedrückt werden. Die biegsame Welle 62 treibt diese Antriebsräder 82 an und ist durch das erste Fahrzeug 8 hindurch mit einer zwischen dem ersten Fahrzeug 8 und einem zweiten Fahrzeug 9 angeordne­ ten weiteren biegsamen Welle 64 gekoppelt. Diese überträgt das vom zweiten Antriebsmittel 10 entwickelte Drehmoment auf Antriebsräder 92 des zweiten Fahrzeuges 9. Die Antriebsräder 92 des zweiten Fahrzeuges 9 werden ebenso wie beim Fahrzeug 8 durch einen federnd an die Innenoberfläche der Rohrleitung 2 angedrücktes Andruckrad 94 in einen reibschlüssigen Kontakt mit der Innenoberfläche der Rohrleitung 2 gebracht. Je nach Gewicht des gesamten Manipulators können ein oder mehrere Fahrzeuge 8, 9 eingesetzt werden, um eine Vorschubbewegung des gesamten Manipulators auch in senkrecht verlaufenden Rohrabschnitten zu ermöglichen.

In der in der Figur dargestellten Ausführungsform des Manipu­ lators enthält die Bearbeitungseinheit 20 ein Werkzeug 24, beispielsweise eine Schleifscheibe, das zusätzlich zu der Drehbewegung der Halteeinrichtung 28 zum Bearbeiten der In­ nenoberfläche eine schnelle Rotation ausführt. Hierzu ist ein weiteres Antriebsmittel 14, beispielsweise ein Druckluftmo­ tor, vorgesehen, das ebenfalls über eine biegsame Welle 66 das Werkzeug 24 antreibt.

Die Antriebsmittel 4, 10 und 14 sind jeweils überfedernd ge­ lagerte Führungsrollen 142 im Inneren der Rohrleitung 2 fahr­ bar gelagert.

In der Figur sind außerdem noch Versorgungsleitungen 30, 40 und 50 zu erkennen, die eine Versorgung der einzelnen An­ triebsmittel 4, 10 und 14 sowie von innerhalb der Bearbei­ tungseinheit 20 angeordneten hydraulischen oder elektrischen Spannelementen vorgesehen sind.

Die Bearbeitungseinheit 20 kann anstelle eines Werkzeuges 24 oder zusätzlich dazu auch einen Prüfkopf umfassen, mit dem eine Ultraschall- oder Wirbelstromprüfung durchgeführt werden kann. Außerdem können in der Bearbeitungseinheit 20 noch Ein­ richtungen zum Beobachten des Prüf- oder Bearbeitungsvorgan­ ges, beispielsweise eine Lichtquelle und ein Endoskop, ent­ halten sein.

Gemäß Fig. 2 sind im Stützflansch 22 mehrere hydraulisch be­ tätigbare Klemmkolben 32 vorgesehen, die sternförmig ausge­ fahren werden können, um den Stützflansch 22 innerhalb der Rohrleitung zu verklemmen.

Im Stützflansch ist drehbar eine kraftschlüssig mit der vom ersten Antriebsmittel 4 (Fig. 1) angetriebenen biegsamen Welle 60 verbundene Welle gelagert, die die im Schnitt L-för­ mig gestaltete Halteeinrichtung 28 trägt. Die Halteeinrich­ tung 28 enthält quer zu ihrer Drehachse verstellbare Zustell­ kolben 42, von denen in der Figur nur einer sichtbar ist, auf diesen Zustellkolben 42 ist das Lagerteil 26 fixiert. Das in diesem Lagerteil 24 drehbar gelagerte Werkzeug 24 wird von der zum Antriebsmittel 14 führenden biegsamen Welle 66 ange­ trieben.

Mit Hilfe der Zustellkolben 42 wird das Lagerteil 26 radial ausgefahren und das Werkzeug 24 gegen die Innenoberfläche der Rohrleitung 2 gedrückt. Die dadurch auf das Lagerteil ausge­ übten Querkräfte und Biegemomente werden durch einen in Ge­ genrichtung gegen die Innenoberfläche der Rohrleitung 2 zu­ stellbaren und in der Halteeinrichtung 28 gelagerten Kolben 44 kompensiert. Dieser Kolben 44 ist mit einer Rolle 46 ver­ sehen, um die durch das Antriebsmittel 4 hervorgerufene Dreh­ bewegung der Halteeinrichtung 28 relativ zur Rohrleitung nicht zu hemmen.

In der Figur ist außerdem zu erkennen, daß die biegsamen Wel­ len 60 und 66 in ebenfalls biegsame Schutzhüllen 61 bzw. 67 eingebettet sind.

Um die Versorgung der in der Figur links von der Bearbei­ tungseinheit 20 angeordneten elektromotorischen Antriebsmit­ tel 4 und 10 (Fig. 1) zu ermöglichen, sind die über die Ver­ sorgungsleitung 30 zugeführten Stromleitungen an einen Schleifringübertrager 34 angeschlossen, dessen Schleifringe 36, von denen in der Figur aus Gründen der Übersichtlichkeit nur einer dargestellt ist, mit Schleifstiften 38 in Kontakt stehen, die in Bohrungen des Stützflansches 22 federnd gela­ gert sind.

Die Versorgungsleitung 30 ist aus Gründen der Übersichtlich­ keit symbolisch als ein einziger Kabelstrang dargestellt und repräsentiert neben den Stromleitungen zur Versorgung der An­ triebsmittel 4 und 10 noch Hydraulik- oder Pneumatikleitungen sowie Lichtleitfasern für ein in der Figur nicht näher darge­ stelltes Endoskop. In der konkreten Ausführungsform sind hierfür mehrere voneinander räumlich getrennte Leitungen vor­ gesehen, die an entsprechende Anschlüsse des Stützflansches 22 gekoppelt sind.

In der Draufsicht gemäß Fig. 3 sind drei der sternförmig ausgefahrenen Klemmkolben 32 des Stützflansches 22 zu erken­ nen. Das Lagerteil 26 des Werkzeuges 24 wird durch zwei Zu­ stellkolben 42 radial zugestellt, so daß das Werkzeug 24, beispielsweise eine Schleifscheibe, gegen die Innenwand der Rohrleitung 2 gedrückt wird.

In Fig. 4 ist zu erkennen, daß die Achsen der Antriebsräder 82 des mittleren Fahrzeuges 8 jeweils mit einem Schneckenrad 86 verbunden sind, das über eine Schneckenwelle 88, die kraftschlüssig mit der zum Antriebsmittel 10 führenden bieg­ samen Welle 62 verbunden ist, angetrieben wird. Die Schneckenwellen 88 sind im Fahrgestell 81 des Fahrzeugs 8 drehbar gelagert und sind mit ihren einander gegenüberliegen­ den Enden jeweils kraftschlüssig mit einer biegsamen Welle 62 bzw. 64 verbunden, die jeweils in ebenfalls biegsamen Schutz­ hüllen 63 bzw. 65 angeordnet sind. Auf diese Weise werden die von dem in der Figur nicht sichtbaren Antriebsmittel 10 (Fig. 1) auf die biegsame Welle 62 übertragenen Drehmomente durch das Fahrzeug 8 hindurch auf eine weitere biegsame Welle 64 übertragen, mit der ein oder mehrere weitere hintereinan­ der angeordnete Fahrzeuge angetrieben werden können.

Um eine ausreichende Kraftschlüssigkeit zwischen den An­ triebsrädern 82 und der Innenoberfläche der Rohrleitung 2 zu gewährleisten, ist am Fahrgestell 81 schwenkbar ein Andruck­ rad 84 angeordnet, das über eine Feder 85 gegen die Innen­ oberfläche der Rohrleitung 2 gedrückt wird.

Claims (11)

1. Im Inneren einer Rohrleitung (2) selbsttätig fortbewegba­ rer Manipulator zum Durchführen von Arbeiten an der Innen­ oberfläche dieser Rohrleitung (2) mit einer Prüf- oder Bear­ beitungseinheit (20), die ein um die Längsachse dieser Rohr­ leitung (2) drehbares Prüf- bzw. Bearbeitungsmittel (24) ent­ hält, einem ersten Antriebsmittel (4) zum Antreiben dieser Drehbewegung, wenigstens einem Fahrzeug (8, 9) zum Fahren des Manipulators in Richtung dieser Längsachse sowie einem zwei­ ten Antriebsmittel (10) zum Antreiben dieses Fahrzeuges (8, 9), wobei die Bearbeitungseinheit (20), das Fahrzeug oder die Fahrzeuge (8, 9) und die Antriebsmittel (4, 10) in Längsrich­ tung hintereinander angeordnet und aneinander mit biegsamen Verbindungselementen (60, 62, 64, 66, 12) gekoppelt sind.

2. Manipulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit wenigstens einem Antriebsrad (82, 92) versehenes Fahrzeug (8, 9) vorgesehen ist.

3. Manipulator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zum Andrücken des Antriebsrades gegen die Innenoberfläche der Rohrleitung (2) vorgesehen sind.

4. Manipulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das er­ ste Antriebsmittel (4) über eine biegsame Welle mit der Prüf- oder Bearbeitungseinheit (20) verbunden ist.

5. Manipulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Antriebsmittel (10) über eine biegsame Welle (62) mit einem Fahrzeug (8) verbunden ist.

6. Manipulator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß wenig­ stens zwei Fahrzeuge (8 und 9) vorgesehen sind, die unterein­ ander jeweils mit einer biegsamen, von einem gemeinsamen An­ triebsmittel (10) angetriebenen Welle (64) verbunden sind.

7. Manipulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüf- oder Bearbeitungseinheit einen in die Rohrleitung ver­ klemmbaren Stützflansch (22) umfaßt, an dem drehbar ein eine Halteeinrichtung (28) für das Prüf- oder Bearbeitungsmittel (24) gelagert ist.

8. Manipulator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Prüf- oder Bearbeitungsmittel zum Andrücken gegen die Innen­ oberfläche der Rohrleitung (2) in der Halteeinrichtung (28) in einem radial zur Rohrleitung (2) zustellbaren Lagerteil (26) gelagert ist.

9. Manipulator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Hal­ teeinrichtung Mittel (44) zum Weiterleiten der von dem Prüf- oder Bearbeitungsmittel beim Andrücken an die Innenoberfläche auf die Halteeinrichtung ausgeübte Kraft auf die Rohrleitung (2) umfaßt.

10. Manipulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Be­ arbeitungsmittel (24) ein um eine seiner Achsen rotierendes Werkzeug (24) vorgesehen ist, das über eine biegsame Welle (66) von einem dritten Antriebsmittel (14) antreibbar ist.

11. Manipulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die An­ triebsmittel (4, 10, 14) mit an die Innenoberfläche der Rohr­ leitung (2) federnd andrückbaren Führungsrollen (10, 142) versehen sind.