DE69612194T2 - Selbstzentrierte stütze zur verwendung in rohren - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf selbstzentrierende Stützen zur Verwendung in Rohren.
• Innenrohr-Fahrzeuge, die innerhalb des Rohres zentriert werden müssen, werden normalerweise durch Polymer-Becher, Drahtbürsten oder durch einige Räder an unabhängig federbelasteten Hebelarmen abgestützt. Die beiden erstgenannten erzeugen hohe Reibungswiderstandspegel, und letztere erfordern relativ steife Federn an den Hebelarmen, um teilweise der durch die gegenüberliegenden Hebelarme ausgeübten Kraft entgegenzuwirken. Daher ist ein Zentralisieren eines Fahrzeugs in einem Rohr innerhalb genauer Grenzen bei gleichzeitig einer gewissen Einstellung auf Änderungen der Rohrabmessung schwer zu erreichen und erfordert starke Kräfte, somit hohen Reibungswiderstand gegen lineare Bewegung des Fahrzeugs (Rohrmolch) und hohen Widerstand beim Durchfahren eines Rohres von kleiner werdendem Durchmesser.
• US-A-4006359 beschreibt eine selbstzentrierende Aufhängung oder Stütze zum Abstützen eines Fahrzeugs, das sich in einer Rohrleitung bewegen soll. Die Stütze weist einen Körper und einen Satz Räder auf, wobei jedes Rad an einem ersten Ende eines Armes angebracht ist, von dem ein zweites Ende mit dem Körper durch eine Drehverbindung verbunden ist, die dem Rad die Möglichkeit gibt, sich nach innen und außen zu bewegen, um Änderungen im Durchmesser einer Innenoberfläche der Rohrleitung auszugleichen, wenn sich die Räder über die Innenoberfläche bewegen, wobei Federeinrichtungen durch Einwärtsbewegung eines Rades gespannt werden und eine Kupplungseinrichtung eine gleichzeitige Bewegung aller Räder im Satz ermöglicht. Die Kupplungseinrichtung weist einen Ansatz auf, der sich diagonal zwischen dem äußeren Ende jedes Armes und einer Hülse erstreckt, die gleitend auf der Länge des Körpers sitzt, so daß jeder Arm immer den gleichen radialen Abstand vom Körper hat. Die Hülse ist axial vorgespannt, so daß die Arme radial nach außen vorgespannt sind. Jeder Ansatz erfordert eine Verbindungsstelle an jedem Ende, um dieses mit dem jeweiligen Arm und der Hülse zu verbinden und Einwärts- und Auswärtsbewegung jedes Armes sowie eine axiale Bewegung der Hülse aufzunehmen, wenn sich die Stütze durch Rohrleitungen von veränderlichem Durchmesser hindurch vorwärts bewegt.
• Der Ansatz ist jedoch relativ lang und dünn und neigt dazu, verbogen zu werden, was die Stütze funktionsunfähig macht. Wenn die Ansätze stärker gemacht würden, indem sie dicker gemacht würden, so würden sie das Gewicht des Systems erhöhen. Außerdem klemmen die Verbindungsstellen an jedem Ende des Ansatzes leicht, insbesondere dann, wenn sie bei korrosiven Produkten in der Rohrleitung verwendet werden, was die Stütze bzw. Aufhängung funktionsunfähig macht. Die Verbindungsstellen erfordern außerdem eine regelmäßige Wartung wie Ölen und Schmieren, was die Betriebskosten erhöht, und die Verbindungsstellen nutzen sich mit der Zeit ab, was die Betriebsleistung weiter herabsetzt.
• Die der US-A-4006359 zugeschriebenen Probleme werden durch eine selbstzentrierende Stütze gemäß der Erfindung gelöst, bei der die Kupplungseinrichtung an jedem Arm einen Stummelarm aufweist, der exzentrisch zur Drehverbindung angeordnet ist, und jeder Stummelarm gleitend in eine Umfangsnut in einem Ring eingreift, der entlang einem Stück des Körpers gleiten kann.
• Vorzugsweise weist die Federeinrichtung eine entsprechende Drehfedereinrichtung zwischen einem Arm in jedem Fall und dem Körper auf, und die Federeinrichtung ist um die entsprechende Drehverbindung herum angeordnet.
• Die Erfindung wird nunmehr beispielsweise anhand der Zeichnungen beschrieben. Dabei zeigt
• Fig. 1 eine schematische dreidimensionale Ansicht der Stütze,
• Fig. 2 eine Endansicht der Stütze nach Fig. 1 und
• Fig. 3 einen vertikalen Schnitt nach der Linie III-III in Fig. 2 bei Weglassung von Teilen.
• Die Fig. 1 bis 3 zeigen eine selbstzentrierende Aufhängung oder Stütze 10 zur Abstützung eines Fahrzeugs (Rohrmolches), das in einer Rohrleitung 12 sich bewegen soll. Zum Beispiel ist die Rohrleitung 12 ein gußeisernes Hauptversorgungsrohr für Gas und enthält eine Auskleidung aus Polyäthylen auf der Innenoberfläche, auf der Räder 16, 18 laufen. Es sind drei Räder 16 in einem ersten Satz von Rädern vorhanden, die im gleichen Winkelabstand voneinander um einen Körper 20 herum angeordnet sind. Es gibt drei Räder 18 in einem zweiten Satz von Rädern, die ebenfalls im gleichen Winkelabstand voneinander um den Körper 20 herum angeordnet sind. Die Räder 18 liegen bei diesem Ausführungsbeispiel jeweils in einer gemeinsamen Ebene mit einem Rad 16. Dies ist jedoch nicht wesentlich, denn die Räder 16, 18 können auch in verschiedenen Ebenen liegen. Die beiden Sätze von Rädern 16, 18 sind auf der Länge des Körpers 20 mit Abstand voneinander angeordnet.
• Das Fahrzeug soll beispielsweise dazu verwendet werden, eine Öffnung in die Auskleidung an einer Abgangsstelle zu schneiden, so daß ein Kunststoff-Versorgungsrohr in ein vorhandenes Stahl- Versorgungsrohr eingesetzt und das Kunststoffrohr mit der Auskleidung an der durch die Maschine eingeschnittenen Öffnung verbunden werden kann. Die Erfindung ist jedoch allgemein einsetzbar bei Rohrleitungen und Führungskanälen, ob diese nun ausgekleidet sind oder nicht.
• Der Körper 20 trägt drei Ausleger 21, die im gleichen Winkelabstand um den Körper 20 herum angeordnet sind. Jeder Ausleger 21 endet an entgegengesetzten Enden in Armen 22.
• Die folgende Beschreibung gilt für den ersten Satz von Rädern 16.
• Jedes Rad 16 sitzt auf einem Bolzen 24 zwischen zwei Armen 26 einer Gabel, die am einen Ende eines Hebelarmes 28 gebildet ist. Das andere Ende des Hebelarmes 28 ist durch eine Drehverbindung in Form eines Bolzens 30 mit benachbarten Armen 22 der Ausleger 21 verbunden.
• Torsionsfedern 40, 42 sind um den Bolzen 30 herum zwischen dem Hebelarm 28 und den Armen 22 angeordnet, die am Körper 20 befestigt sind. Eine Einwärtsbewegung des Rades 16 und des Hebelarmes 28 spannt die Torsionsfedern 40, 42.
• Der Hebelarm 28 hat einen Stummelarm 50, der exzentrisch zur Drehverbindung oder zum Bolzen 30 angeordnet ist, und das Ende des Stummelarmes 50 gleitet an sich gegenüberliegenden Wänden einer Umfangsnut 52, die in der Außenoberfläche eines Ringes 54 gebildet ist. Der Ring 54 umfaßt den Körper 20 und kann frei entlang dem Körper 20 in Längsrichtung hin und her gleiten.
• Auf diese Weise sind die drei Räder 16 des ersten Satzes gezwungen, sich relativ zum Körper 20 zusammen nach innen und außen zu bewegen, und zwar in dem Maße wie der Durchmesser der Innenoberfläche der Auskleidung 14 sich während der Bewegung der Stütze entlang der Rohrleitung 12 verändert. Der Stummelarm 50 und der Ring 54 bilden zusammen eine Kupplungseinrichtung, durch die nur eine Bewegung aller Hebelarme 28 zugelassen wird.
• Die obige Beschreibung des ersten Satzes von Rädern 16 gilt in ähnlicher Weise auch für den zweiten Satz von Rädern 18.
• Der Körper 20 ist hohl und enthält ein Lagerbauteil 60, das am Körper 20 durch zwei Kugellager 62 gehalten wird. Das Lagerbauteil 60 ist an jedem Ende mit einer Kupplungsstange 64 verbunden, die mit einem Fahrzeug in einem Zug von Fahrzeugen verbunden ist, der im Innern der Rohrleitung 12 wandern soll. Endplatten 66, 68 sind dargestellt, die mit den Fahrzeugen (nicht dargestellt) auf jeder Seite der Stütze 10 verbunden sind. Eine Stütze 10, welche die letzte im Zug der Fahrzeuge ist, kann natürlich nur ein Fahrzeug abstützen. Das Gewicht der Fahrzeuge wird nur durch die Stütze 10 abgestützt sowie durch ähnliche Stützen (nicht dargestellt), die in ähnlicher Weise jenseits der entfernten Enden der Fahrzeuge angeordnet sind.
• Das Vorsehen der Lager 62 ermöglicht ein Drehen der Fahrzeuge relativ zur Stütze 10.
• Die Federn 40, 42 sind so ausgewählt, daß eine Vorspannung in den Federn vorhanden ist, wenn die Stütze 10 in die Rohrleitung 12 eintritt. Die Vorspannung ist so gewählt, daß die Federn die Fahrzeuge in der Rohrleitung zentriert halten, und zwar für alle in Betracht zu ziehende Durchmesser der Innenoberfläche der Auskleidung 14.
• Die Stütze wurde entwickelt, um eine genaue Zentrierung zu erzielen, wobei ein mit Rädern versehenes System verwendet wird, um den Widerstand gegen lineare Bewegung auf ein Mindestmaß herabzusetzen, und die Verbindung der zentrierenden Hebelarme untereinander soll sicherstellen, daß die einzige Kraft am abgestützten Körper diejenige ist, die eher das Zentrieren desselben fördert, als dem Zentrieren desselben entgegenzuwirken.
• Jede Verlagerung des Körpers 20 aus der Mittellinie des Rohres erzeugt eine Einwärtskraft am Rad oder an den Rädern, was der Verlagerung entgegenwirkt, was wiederum eine Ablenkung des übrigen Rades oder der übrigen Räder im Satz hervorruft. Es wird somit eine Zentrierungskraft am Körper erzeugt. Es wird eine Zentrierungskraft am Körper verbleiben, bis alle drei Arme wieder die Rohrwand berühren, wobei auf diese Weise die Zentrierungskraft weggenommen und der Körper stabilisiert wird.
• Da alle drei Hebelarme gleichzeitig durch jede exzentrische Bewegung des Körpers zusammengedrückt werden, sind die individuelle Federnsteifigkeit und Vorspannung beträchtlich geringer als diejenigen, die bei unabhängigen Hebelarmen erforderlich sind. Die beim Zentrieren des Fahrzeugs absorbierte Energie ist daher geringer, und der Reibungswiderstand gegen lineare Bewegung wird daher geringer sein.
• Diese Maßnahme der Abstützung des Körpers eines Fahrzeugs konzentrisch innerhalb eines Rohres bringt bedeutende Vorteile mit sich, insbesondere wo die Genauigkeit der Zentrierung wichtig ist und wo es notwendig ist, die Energie zu minimieren, die durch Bewegen des Fahrzeugs entlang dem Rohr absorbiert wird.
• Bei einer Abänderungsform (nicht dargestellt) können die Federn 40, 42 auch durch andere Federn als Torsionsfedern ersetzt werden. Z. B. können die Hebelarme auf Druckfedern, Zugfedern, Blattfedern oder auf Blöcke aus federndem Material wirken.

Claims (4)

1. Selbstzentrierende Stütze (10) zur Abstützung eines Fahrzeugs, das dazu bestimmt ist, sich in einer Rohrleitung (12) fortzubewegen, wobei die Stütze (10) einen Körper (20) und einen Satz Räder aufweist, wobei jedes Rad (16, 18) an einem ersten Ende eines Armes (28) angebracht ist, von dem ein zweites Ende mit dem Körper (20) mittels einer Drehverbindung (30) verbunden ist, die dem Rad (16, 18) die Möglichkeit gibt, sich nach innen und außen zu bewegen, um sich Änderungen im Durchmesser der Innenoberfläche der Rohrleitung (12) anzupassen, wenn sich die Räder (16, 18) über die Innenoberfläche bewegen, wobei Federeinrichtungen (40, 42), die durch Einwärtsbewegung eines Rades (16, 18) beansprucht werden, und Kupplungseinrichtungen (50, 54) vorgesehen sind, die eine gleichzeitige Bewegung aller Räder (16, 18) im Satz zulassen, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungseinrichtungen (50, 54) je einen Arm (28) mit einem Stummelarm (50) aufweisen, der exzentrisch zur Drehverbindung (30) angeordnet ist, und jeder Stummelarm (50) gleitend in eine Umfangsnut (52) in einem Ring (54) eingreift, der entlang einem Stück des Körpers (20) gleiten kann.

2. Stütze nach Anspruch 1, bei der die Federeinrichtung (40, 42) eine entsprechende Drehfeder jeweils zwischen einem Arm (28) und dem Körper (20) aufweisen und die Drehfeder jeweils um die entsprechende Drehverbindung (30) herum angeordnet ist.

3. Stütze nach Anspruch 1 oder 2 mit drei Rädern (16, 18) in jedem Satz.

4. Stütze nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der der Körper (20) zwei Sätze Räder (16, 18) aufweist und zwei Kupplungseinrichtungen (50, 54) vorgesehen sind, wobei die eine Kupplungseinrichtung (50, 54) nur eine Bewegung der Räder in dem einen Satz (16) zuläßt und die andere Kupplungseinrichtung (50, 54) nur eine Bewegung der Räder im anderen Satz (18) zuläßt.