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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bearbeiten von Wand- und
Dachflächen,
insbesondere von Wandinnen- und Dachinnenflächen nach dem Oberbegriff des
Hauptanspruchs.
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Wartungs-
und Reinigungsroboter für
Fassadenflächen
sind allgemein bekannt (
DE
196 09 858 A1 ), wobei als Fortbewegungsmittel an den Flächen beispielsweise
Saugnäpfe
vorgesehen sind, die von einer Steuereinrichtung angesteuert werden
und an Raupen, Beinen oder dergleichen befestigt sind. Um diese
Roboter an der gewünschten
Stelle zu positionieren, ist der Roboter mit Halte- und Führungsseilen versehen,
an denen der Roboter über
Winden oder dergleichen, die auf dem Dach des Gebäudes angeordnet
sind, abgesenkt und hochgehoben wird. Die Winden sind Bestandteil
einer fest installierten Befahranlage. Weiterhin sind Hubarbeitsbühnen bekannt,
von denen aus die Fläche
bear beitet werden kann. Befahranlagen können nicht an beliebiger Stelle
fest angeordnet werden, so dass die Reichweite eines verwendeten
Roboters begrenzt ist. Hubarbeitsbühnen benötigen eine gute Tragfähigkeit
des Untergrundes und haben einen relativ großen Platzaufwand.
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Aus
der
US 3 393 769 ist
ein Wartungsgerüst bekannt,
das einen Tragballon aufweist, unter und an dem an Seilen zwei übereinanderliegende
Plattformen hängen,
die wiederum über
Seile und Gewichte am Boden festgelegt sind.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum
Bearbeiten von Wand- und Dach- bzw. Deckenflächen zu schaffen, die eine freie
Positionierbarkeit unabhängig
vom Untergrund ermöglicht,
wobei auch unzugängliche
Flächen
ohne zusätzliche
Maßnahmen
erreichbar sein sollen.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs in Verbindung mit den
Merkmalen des Oberbegriffs gelöst.
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Dadurch,
dass zur Positionierung des Roboters bzw. der Schreitkinematik mit
Werkzeug ein Ballon vorgesehen ist, der mit Leichtgas gefüllt ist,
und der mindestens an einem Punkt mit einem Seil verbunden ist,
wobei unter Seil auch Kettenbänder, Drähte oder Ähnliches
verstanden werden sollen, kann die an dem Ballon starr befestigte
Schreitkinematik an beliebiger Stelle positioniert werden.
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Durch
die in den Unteransprüchen
angegebenen Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildung und Verbesserungen möglich.
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Über den
Auftrieb des Ballons kann die Schreitkinematik mit Werkzeug gehoben
und gesenkt werden, auch an schwer zugänglichen Objekten ohne zusätzliche
Aufbauten. Der Ballon bildet die Sicherung gegen Absturz beim Lösen des
Kontaktes zwischen Schreitkinematik und Fläche z.B. bei Ausfall des die
Sauger steuernden Vakuums. Im Havariefall kann die Vorrichtung in
einfacher Weise geborgen werden und bei Ausfall von Komponenten
kann die Vorrichtung durch Aufwickeln der beiden Seile problemlos
eingeholt werden.
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Der
Ballon ist derart ausgelegt, dass die Auftriebskraft es ermöglicht,
ihn kontrolliert durch Seile an beiden Ende des Ballons, die vom
Boden oder von wiederum seilgeführten
Schlitten ausgespannt werden, an Decke oder Wand zu positionieren.
Die Schreitkinematik an einem Ende des Ballons erlaubt die Befestigung
an der Fläche
sowie die definierte Bewegung entlang der Fläche. Ist der Ballon durch den
Schreitmechanismus mit der Fläche
verbunden, kann mit Hilfe von Ballonetten, die sich in dem Ballon befinden
und mit Luft gefüllt
werden können
und/oder mit Hilfe des Schwenkgewichts am anderen Ende der Auftrieb
minimiert und ausbalanciert werden. Das Eigengewicht von Ballon,
Werkzeug und Kinematik wird vom Ballon getragen, wodurch der Lasteintrag
in die Fläche
stark reduziert bzw. aufgehoben werden kann. Der Auftrieb des Ballons,
der größer als
das oder gleich dem Gesamtgewicht des Systems ist, bewirkt, dass
das System bzw. die Vorrichtung in verschiedensten Notsituationen
nicht herabfällt
oder unbewegbar an der Fläche
fixiert bleibt. Mögliche
Störfälle sind
z.B. Funktionsausfall des Gerätes
oder Ablösen
der durch das Schreitwerk belasteten Teilfläche.
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Durch
die Aufnahme des Gewichtes der Schreitkinematik und des Werkzeuges
sowie der Komponenten mit dem Gasballon werden zu bearbeitende Bereiche
erreichbar, ohne eine fest installierte oder mobile Befahranlage
vorsehen zu müssen.
Weiterhin ist damit auch die Bearbeitung von Flächen möglich, bei denen Hubarbeitsbühnen, z.B. aus
Platzmangel oder wegen zu geringer Tragfähigkeit des Untergrundes nicht
positioniert werden können.
Die freie Positionierbarkeit unabhängig vom Untergrund ermöglicht weiterhin
ein flexibles Positionieren des Werkzeuges bzw. des Ballons, ohne
daß dabei
besondere Maßnahmen
vorzunehmen sind.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden
Beschreibung näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 den
schematischen Aufbau eines Ausführungsbeispiels
der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
und
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2 eine
schematische perspektivische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
mit ihrer Halte- und Führungsvorrichtung.
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Die
Vorrichtung zum Bearbeiten von Wand- und Dach- bzw. Deckenflächen nach 1 umfaßt einen
Ballon 1, dessen Füllmedium
leichter als Luft ist und der ein Gerät 2 zur automatischen
Bearbeitung der Innenseite von Dachflächen sowie Wand- oder Deckenflächen, vorzugsweise
in geschlossenen Räumen,
trägt.
Dabei kann das Gerät
die unterschiedlichsten Aufgaben durchführen, beispielsweise kann es
als Reinigungs-, Inspektions-, Flächenbearbeitungsgerät z.B. zum
Beschichten oder Entrosten oder dergleichen ausgeführt sein.
Das Bearbeitungsgerät 2,
das eine Schreitkinematik 3 und das eigentliche Bearbeitungswerkzeug 4 umfaßt, ist
an der einen Seite des Ballons 1 befestigt, wobei die Schreitkinematik 3 das
Werkzeug an der zu bearbeitenden Fläche fixiert und positioniert
und eine Bewegung entlang der zu bearbeitenden Fläche ermöglicht.
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Vorzugsweise
an der gegenüberliegenden Seite
des Bal lons 1 sind Komponenten 5 befestigt, wobei
die Komponenten ein vorzugsweise schwenkbares Gegengewicht sowie
eine Steuerung, eine Medienversorgung, Tanks und Ähnliches
umfassen können,
die zum Betrieb und zur Versorgung des Bearbeitungsgerätes 2 notwendig
sind. Dazu sind die notwendigen Versorgungsleitungen, wie Flüssigkeits-Pneumatik
oder elektrische Leitungen von den Komponenten 5 zu dem
Bearbeitungsgerät 2 durch den
Ballon 1 hindurch oder um diesen herum geführt.
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Der
Ballon 1 wird an beiden Seiten, der Bearbeitungsseite 6 und
der Versorgungsseite 7, an der sich die Komponenten 5 befinden,
jeweils von einem Seil 8, 9 gehalten, das mittels
Winden oder dergleichen auf- und
abgewickelt werden kann, wobei die Winden sich beispielsweise auf
Schlitten befinden können.
Die Versorgungsleitungen werden an der Versorgungsseite 7 im
Bereich des Seils 9 zum Boden oder zu den Schlitten geführt.
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In
dem dargestellten Ausführungsbeispiel
ist der Ballon 1 länglich
ausgeführt,
wobei die Bearbeitungsseite 6, an der sich das Bearbeitungsgerät 2 befindet,
spitz bzw. konusförmig
ausgebildet ist, während
die entgegengesetzte Seite halbkugelförmig ist. Selbstverständlich sind
andere Formen des Ballons möglich
und sinnvoll, sie können
jeweils an die gegebenen Bedingungen des Gebäudes oder Raumes angepasst
werden. Die spitze Bearbeitungsseite 6 des Ballons 1 erhöht die Bewegungsfreiheit
des Bearbeitungsgerätes,
wodurch auch Ecken und Kanten der Flächen erreicht werden können. Der
Ballon 1 ist an beiden Seiten 6 und 7 mit
Polkappen 10 versehen, die zur Verstärkung bzw. zur Versteifung
des Ballons dienen. Diese Polkappen 10 können zur
Befestigung des Bearbeitungsgerätes 2 und
der Komponenten 5 dienen; im in 1 darge stellten
Fall ist jedoch eine Verbindungskonstruktion 11, z.B. ein
Fachwerk aus Kohlefasern vorgesehen, die sich über die Längsachse des Ballons 1 erstreckt
und durch die das an ihm befestigte Bearbeitungsgerät 2 und
Komponenten 5 starr miteinander verbunden sind. Die Verbindungskonstruktion 11 kann
mittig durch den Ballon 1 hindurchgehen, er kann jedoch
auch um die Verbindungskonstruktion 11 herum angeordnet
sein und eine mittige rohrförmige
Durchführung
aufweisen. Die Krafteinleitung in die Ballonhülle erfolgt durch die Polkappen 10,
die gleichzeitig als gasdichter Durchstoßpunkt für die Versteifung 11 durch
die Hülle
dienen. Die Leitungen von der Versorgungsleitung 7 zur Bearbeitungsseite 6 für Energie,
Signale, Medien werden entlang der Verbindungskonstruktion geführt.
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Im
Inneren des Ballons 1 sind ein oder mehrere Ballonette 12 vorgesehen,
die den zur Formbewahrung der Hülle
notwendigen Innendruck auch bei Temperaturschwankungen sicherstellen
und über
die der Auftrieb des Ballons 1 reguliert oder gesteuert werden
kann. Bei der Verteilung von zwei oder mehreren Ballonetten 12 im
Inneren des Ballons 1 ist zusätzlich die Lage des Auftriebsmittelpunkts
und damit die Lage des Ballons im Raum veränderbar. Die Ballonette 12 benötigen für die Steuerung
gleichfalls Verbindungsleitungen, wobei sie üblicherweise mit Luft über ein
Gebläse,
das an dem Ballon befestigt ist, oder über Versorgungsleitungen gefüllt werden. Vorzugsweise
sind die Ballonette 12 fest mit der Innenseite der Hülle des
Ballons 1 verbunden, in Einzelfällen ist es denkbar, dass sie
relativ frei innerhalb des Ballons 1 angeordnet sind.
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Das
Bearbeitungsgerät 2 ist
vorzugsweise dreh- und kippbar im Massenschwerpunkt der Bearbeitungsseite 6 gelagert,
um nur die Auftriebskraft des Ballons 1 zu nutzen, jedoch
keine durch Windlast oder Ähnliches
entstehenden Momente in die Mechanik der Bearbeitungsseite 6 einzuleiten
und um das Werkzeug beim Ansetzen auf die Fläche kräftearm ausrichten zu können. Wie
ausgeführt,
weist das Bearbeitungsgerät
eine Schreitkinematik 3 und ein Bearbeitungswerkzeug 4 auf,
wobei die Schreitkinematik 3 zur Bewegung und Positionierung
des Werkzeuges an der Fläche
dient. Auch das Werkzeug besitzt eine Kinematik, so daß dessen
Reichweite auch bei ruhender Schreitkinematik veränderbar
ist. Während
der Schreitphase, d.h. der eigentlichen Bearbeitungsphase wird der
Ballon 1 von der Schreitkinematik 3 geführt. Die
Schreitkinematik 3 besteht aus mindestens zwei unabhängig voneinander
bewegbaren Fortbewegungssystemen, an denen Festlegungselemente angebracht
sind, die den Kontakt bzw. die lösbare
Verbindung zur Oberfläche
herstellen. Es kann auch nur ein bewegliches Fortbewegungssystem vorgesehen
sein, wobei in diesem Fall mindestens ein Festlegungselement an
einem feststehenden Teil der Schreitkinematik angebracht ist. Die
Art der Festlegungselemente ist abhängig von der Art der Oberfläche, üblicherweise
werden Saugelemente, beispielsweise Vakuumsauger eingesetzt, es
sind jedoch auch andere Kontaktelemente, z.B. Magnetelemente denkbar.
Die Fortbewegungssysteme können als
Raupen, Führungen,
Schienen und/oder Beine, an denen die Kontaktelemente befestigt
sind, ausgebildet sein. Dabei können
mehrere Freiheitsgrade vorgesehen sein, die abhängig von der Anwendung sind.
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Wie
schon ausgeführt,
sind verschiedenste Formen von Werkzeugen möglich, wobei Teile des Werkzeugsystems
an das hintere Ende des Ballons 1 verlagert werden können, um
einen Massenausgleich zu schaffen. Zusätz lich zu den Aggregaten bzw.
Komponenten, wie Steuerung, Mediumspeicher und dergleichen ist vorzugsweise
ein Gegengewicht vorgesehen, das verschieb- oder schwenkbar gelagert
ist, um den Massenmittelpunkt des Gesamtsystems und dadurch die
Lage im Raum zu beeinflussen.
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In 2 ist
der Ballon 1 in Bezug auf eine zu bearbeitende Fläche 2 dargestellt,
wobei an der Spitze des Ballons die Schreitkinematik 3 und
das Werkzeug 4 zu erkennen sind. Wie oben ausgeführt wurde,
sind an beiden Enden 6, 7 des Ballons Seile 8, 9 angebracht,
deren Funktion in Abhängigkeit
von den verschiedenen Phasen der Ballonbewegung wechseln. Am Ende
der Seile 8, 9 sind die Positionierwinden 13 angebracht,
die auf Schlitten 14 angeordnet sind. Die Schlitten 14 sind
auf einem durch das Gebäude
gespannten Seil 15 verfahrbar. Auf diese Weise kann der
Ballon 1 entlang des Seiles 15 im Raum unterhalb
der Fläche
positioniert werden. Es sind auch Seilsysteme denkbar, die die Vorpositionierung des
Ballons in der Längs-
und Querachse des Gebäudes
ermöglichen.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
ist sowohl voll- als auch halbautomatisch und ferngesteuert einsetzbar.
Grundsätzlich
sind die zu tragenden Massen derart auf die beiden Enden der Längsachse des
Ballons angeordnet, dass sich eine gleichmäßige Verteilung der Massen
ergibt. Dadurch ist der Ballon frei im Raum orientierbar und der
zu Bearbeitung der Fläche
einzusetzende Teil des Bearbeitungsgerätes ist auch oberhalb des Auftriebsmittelpunktes
des Ballons positionierbar, wobei der Ballon beliebig geneigt werden
kann. Dies ermöglicht
eine Bearbeitung von Flächen
neben und oberhalb der waagerechten Position des Ballons. Zum Positionieren
muss die Auftriebskraft FAuf größer sein
als das Gesamtgewicht, das durch die Pfeile Fm1 und
Fm2 in 1 dargestellt ist,
sein. Dadurch schwebt der Ballon an den Seilen 8, 9 und
der durch die Schlitten 14 festgelegten Stelle nach oben.
Dabei dienen die Seile 8, 9 in Freischwebephase
des Ballons zur Führung
der gesamten Vorrichtung, sowohl zur Orientierung als auch zur Höhenvorgabe.
Wenn der Ballon 1 im Bereich der zu bearbeitenden Fläche ist,
muss das Bearbeitungsgerät 2 an
die Fläche
angedockt werden. Während
der Andockphase an eine Fläche
kann der Ballon 1 geneigt werden, indem die Längen der
Seile 8, 9 verändert werden
und der Auftrieb des Ballons ihn aufrichtet, wobei durch die Beweglichkeit
des Werkzeuges 4 eine Neigung des Ballons von ca. 45° ausreicht.
Die Neigung kann zusätzlich
oder allein durch Ausfahren oder Schwenken des Gegengewichts geregelt
werden, wobei der Ballon 1 jedoch dann eine resultierende
Auftriebskraft von 0 haben muss, was durch die Ballonette 12 gesteuert
werden kann.
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In
der Bearbeitungsphase bewegt sich die Schreitkinematik, d.h. der
Roboter über
die Festlegungselemente auf der zu bearbeitenden Fläche, während gleichzeitig
das Werkzeug 4, beispielsweise ein Reinigungswerkzeug die
Fläche
bearbeitet. Dazu werden die zur Bearbeitung notwendigen Medien, wie
Wasser, Strom, Luft, elektrische Energie usw. über die Versorgungsleitungen,
die durch den Ballon hindurchgeführt
sind, versorgt. Ein Teil der Versorgungsleitungen oder alle werden
an der Versorgungsseite 7 am Seil 9 entlang zum
Boden oder zum Seil 15 geführt, wie in 2 durch
das Bezugszeichen 16 angedeutet ist. Die Seilspannung des
Seils 8 an der Bearbeitungsseite wird während der Bearbeitungsphase
aufgehoben, d.h. das Seil wird gelockert und die Schreitkinematik 3 führt bzw.
zieht den Ballon 1 mit. Das Seil 9 an der Ver sorgungsseite dient
dazu, den Restauftrieb zu kompensieren und eine definierte Orientierung
des Ballons im Gebäude herzustellen.
Hierzu wird die Länge
des Seils 9, wie auch die Position der zugehörigen Winde 13 variiert. Das
Seil muß einer
Vorrichtung am Boden oder dem Schlitten 14 auf dem Führungsseil 15 zugeführt werden,
die bzw. der jeweils schwerer ist als der Auftrieb des Ballons.
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Zum
Ablösen
von der zu bearbeitenden Fläche
wird der Kontakt der Schreitkinematik zur Fläche über die Festlegungselemente
aufgehoben und die Seilspannung auch des Seils 8 an der
Bearbeitungsseite 6 wieder hergestellt, um eine definierte
Bewegung des Ballons zu ermöglichen.
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Im
oben beschriebenen Ausführungsbeispiel sind
zwei Seile 8, 9 zur Positionierung des Ballons vorgesehen.
Es ist jedoch auch möglich,
daß nur
ein Seil an der dem Bearbeitungsgerät gegenüberliegenden Seite angeordnet
ist, wodurch eine grobe Positionierung gegeben ist und gegebenenfalls
eine genauere Positionierung von der Schreitkinematik vorgenommen
wird. In einem anderen Fall kann zusätzlich mindestens ein Propellerantrieb
an dem Ballon befestigt sein.