DE19911382A1 - Werkzeugführungssystem - Google Patents

Abstract

Bei der vorgestellten Erfindung handelt es sich um ein Werkzeugführungssystem, welches die Führung von Strahlwerkzeugen, z. B. Hochdruckwasserstrahldüsen, in röhrenförmigen oder beengten Arbeitsräumen ermöglicht. Das erfindungsgemäße System besteht vorzugsweise aus einem Trägerelement, an dem eine Anordnung aus einer Translationsachse, einer Rotationsachse und einem Parallelführungsgetriebe angebracht ist, die eine offene kinematische Kette bilden. Translationsachse und Rotationsachse verlaufen im wesentlichen parallel zu einer Vortriebsachse des Trägerelements. Das Parallelführungsgetriebe bildet ein Endglied der kinematischen Kette und trägt den Enddeffektor mit seiner Wirkachse im wesentlichen parallel zur Rotationsachse. Das Parallelführungsgetriebe ist dabei so angeordnet und ausgestaltet, daß es die Führung des Endeffektors von einer Position, bei der die Wirkachse des Endeffektors auf der durch Verlängerung der Rotationsachse entstehenden Linie liegt, auf eine Position ermöglicht, bei der die Wirkachse des Endeffektors in einem Abstand zu dieser Linie liegt. DOLLAR A Das Werkzeugsystem eignet sich zum Schneiden und Abtragen von Hindernissen in Rohrsystemen, ohne die Rohrwandung zu beschädigen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Werkzeugführungssystem, insbesondere für die Führung von Strahlwerkzeugen wie Hochdruckwasserstrahldüsen in engen Rohren oder Kanälen.

Rohrleitungssysteme müssen in regelmäßigen Abständen überprüft und instandgesetzt werden. Hierzu ist es in vielen Fällen erforderlich, Hindernisse aus den Rohrsystemen zu entfernen. Dies umfaßt beispiels­ weise das Schneiden von Wurzeleinwüchsen, das Abtragen von Verstopfungen des gesamten Rohrquerschnittes, das Schneiden von einragenden Hindernissen, die Beseitigung von Armierungen etc.

Strahlwerkzeuge, wie beispielsweise Hochdruck­ wasserstrahl-Schneidwerkzeuge oder Wasserabrasiv- Schneidwerkzeuge eignen sich in besonderer Weise zum Abtragen von Materialien. Aufgrund der beim Einsatz dieser Strahlwerkzeuge erforderlichen starren Schlauch­ verbindungen für den Transport des Wirk- bzw. Schneid­ mediums, der hohen Kräfte des Strahldrucks sowie der u. U. rotatorischen Kräfte der Austrittsdüse bereitet es allerdings große Probleme, derartige Werkzeuge in beengten Einsatzräumen zu positionieren und zu führen. Ein Beispiel für beengte Arbeitsräume sind Rohr­ leitungssysteme wie Abwasserkanäle mit Durchmessern von typischerweise 150 mm und darunter, die u. U. stark im Durchmesser variieren und zahlreiche Biegungen auf­ weisen.

Ein weiteres Problem des Einsatzes der obigen Schneidwerkzeuge in Rohrleitungssystemen besteht in der Gefahr einer Beschädigung der Rohrwandung. Die stark abrasive Wirkung des Arbeitsstrahls führt bei Berührung mit der Rohrwandung zu einer Zerstörung des Rohrsystems. Es müssen daher hohe Anforderungen an die Strahlführung bzw. -steuerung gestellt werden, um ein Auftreffen des Strahls auf die Rohrwandung zu ver­ hindern. Für eine parallel zum Rohr verlaufende Strahlführung, insbesondere für den Einsatz in Rohr­ systemen mit Rohrdurchmessern unter 150 mm, sind die derzeit bekannten Führungssysteme nicht geeignet.

Eine technische Realisierung für den gesteuerten Einsatz von Wasserabrasiv-Schneidwerkzeugen und Hochdruck-Schneidwerkzeugen im Bereich enger Rohr­ systeme mit Rohrdurchmessern unter 150 mm ist aufgrund der obigen Probleme derzeit nicht bekannt.

Problematisch sind auch die erforderliche hohe Steifig­ keit der Zuführungsleitungen und der Führungsmechanik, die die hohen Kräfte des pulsierenden Arbeitsstrahls aufnehmen müssen.

Zur Beseitigung von Hindernissen in engen Rohrsystemen werden daher heutzutage üblicherweise Standardfräser-Werkzeuge eingesetzt, bei denen ein Fräskopf mit einem entsprechenden Führungssystem in das Rohrsystem eingeführt wird, um die Hindernisse abzutragen.

Andererseits eignet sich jedoch Wasser durch sein neutrales Verhalten und die günstige Eigenschaft des selbsttätigen Abraumabtransports in besonderer Weise als Schneidmedium in diesen Rohrsystemen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Werkzeugführungssystem bereitzustellen, das den Einsatz von Strahlwerkzeugen wie Hochdruck­ wasserstrahl-Schneidwerkzeugen oder Wasserabrasiv- Schneidwerkzeugen in engen Rohrsystemen, insbesondere bei Rohrdurchmessern im Bereich zwischen 80 und 150 mm, ermöglicht.

Die Erfindung wird mit dem Werkzeugführungssystem nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Werkzeugführungssystem sind Gegenstand der Unteransprüche.

Das erfindungsgemäße Werkzeugführungssystem zeichnet sich insbesondere durch seine besondere kinematische Struktur aus. Es handelt sich hierbei um eine Hybridstruktur, bestehend aus einer seriellen Kinematik und einer Parallelführung.

Das Werkzeugführungssystem besteht aus einer Anordnung aus einer Translationsachse, einer Rotations­ achse und einem Parallelführungsgetriebe. Die Glieder dieser Anordnung bilden eine offene kinematische Kette, wobei ein Endglied der kinematischen Kette Bestandteil des Parallelführungsgetriebes ist. Das andere Endglied wird durch die Rotationsachse oder die Translations­ achse gebildet und ist vorzugsweise an einem Träger­ element fixiert. Die Translationsachse und die Rotationsachse verlaufen bei dem erfindungsgemäßen System im wesentlichen parallel zueinander. Bei der Befestigung an einem Trägerelement liegt die Rotations­ achse im wesentlichen parallel zu einer Vortriebsachse des Trägerelements. Die Vortriebsachse stellt eine Achse des Trägerelements dar, entlang der das Träger­ element zum angestrebten Arbeitspunkt bewegt wird. Beim Einsatz in einem Rohrsystem verläuft die Vortriebsachse daher parallel zur Rohrlängsachse.

Am Parallelführungsgetriebe ist ein Endeffektor, beispielsweise eine Hochdruckwasserstrahldüse, oder eine Halterung für den Endeffektor derart befestigt, daß eine Wirkachse des Endeffektors im wesentlichen parallel zur Rotationsachse verläuft. Die Wirkachse einer Hochdruckwasserstrahldüse entspricht der Strahl­ achse. Das Parallelführungsgetriebe ist weiterhin so angeordnet und ausgestaltet, daß es die Führung des Endeffektors von einer Position, bei der die Wirkachse des Endeffektors auf der durch Verlängerung der Rotationsachse entstehenden Linie bzw. Gerade liegt, auf eine Position ermöglicht, bei der die Wirkachse des Endeffektors in einem Abstand zu dieser Linie liegt.

Der im wesentlichen zueinander parallele Verlauf einzelner Achsen des Systems erlaubt selbstverständlich eine leichte Abweichung von der Parallelität, solange die durch die erfindungsgemäße Lehre vermittelte Wirkung noch erzielt wird. Insbesondere kann, wie in einer besonderen Ausführungsform noch näher erläutert wird, die Wirkachse der Wasserstrahldüse z. B. bis ca. 3° von der Parallelität zur Rotationsachse abweichen, um die Strahlaufweitung zu berücksichtigen. Zweck dieser Abweichung ist es, das Auftreffen des Strahls auf die Rohrwandung zu vermeiden, indem die Strahl­ begrenzung - und nicht die zentrale Achse - des leicht divergierenden Strahls parallel zur Rohrwandung geführt wird.

Translationsachse, Rotationsachse und Parallel­ führungsgetriebe sind beim erfindungsgemäßen Werkzeug­ führungssystem somit seriell hintereinander geschaltet, wobei das Parallelführungsgetriebe das letzte Element in der Kette bildet und den Endeffektor trägt. Die Reihenfolge von Translationsachse und Rotationsachse ist beliebig.

Weiterhin sind ein oder mehrere Antriebe für die Translationsachse, die Rotationsachse und das Parallel­ führungsgetriebe vorgesehen. Vorzugsweise erhält jedes dieser drei Elemente einen eigenen Antrieb.

Bei diesem System wird die Wirkachse des Endeffek­ tors, d. h. die Strahlachse einer Hochdruckwasserstrahl­ düse, mittels des Parallelführungsgetriebes senkrecht zur Rotationsachse bewegt und bei dieser Bewegung im wesentlichen parallel zur Rotationsachse gehalten. Der Verstellweg senkrecht zur Rotationsachse ist dabei so gewählt, daß die Wirkachse von der die Rotationsachse beinhaltenden Gerade auf einen Abstand von dieser Gerade verstellbar ist, der vorzugsweise zumindest dem Radius des Rohres entspricht, in dem das System zum Einsatz kommen soll. Zur Erreichung der gesamten Quer­ schnittsfläche des Rohres kann das Parallelführungs­ getriebe mittels der Rotationsachse um 360° gedreht werden. Die Translationsachse dient einerseits der Feineinstellung des Abstandes des Endeffektors von einem zu beseitigenden Hindernis, zum anderen zum Ausgleich des durch den Betrieb des Parallelführungs­ getriebes gegebenenfalls hervorgerufenen Versatzes des Endeffektors relativ zum Hindernis. Hierbei ist zu beachten, daß beispielsweise eine Hochdruckwasser­ strahldüse einen Fokus des Strahls erzeugt, der beispielsweise 15 mm vor der Austrittsöffnung der Düse liegt. Bei der Materialbearbeitung sollte dieser Fokus in der Ebene der Bearbeitungsfläche liegen.

Das erfindungsgemäße Werkzeugführungssystem ermöglicht die Führung von Strahlwerkzeugen, wie z. B. Hochdruckwasserstrahldüsen, in röhrenförmigen oder beengten Arbeitsräumen, wobei der Strahlengang aufgrund der Konstruktion der Führung stets parallel zur Rohrwandung gehalten wird, so daß die Rohrwandung durch den Strahl nicht beschädigt werden kann. Die vom Werkzeug erzeugten Kräfte und Momente werden hierbei minimal auf das Führungssystem übertragen, was zu kleinen erforderlichen Antriebsleistungen und geringen Steifigkeitsanforderungen an die Führungen führt.

Das Werkzeugsystem eignet sich damit zum Schneiden und Abtragen von Hindernissen in Rohrsystemen, ohne die Gefahr einer Beschädigung der Rohrwandung.

Das Parallelführungsgetriebe des Werkzeugführungs­ systems besteht vorzugsweise aus zumindest vier über ebene Drehgelenke miteinander verbundenen starren Gliedern, die ein Parallelogramm aufspannen. Dies ent­ spricht im wesentlichen dem Prinzip eines Pantografen.

Diese bevorzugte Struktur ermöglicht in Verbindung mit den seriell verbundenen Translations- und Rotationsachsen eine Ausgestaltung des Systems mit einer hohen Steifigkeit und einem robusten Verhalten in den Gelenken und Armen, die die durch den Strahl hervorgerufenen Kräfte und Momente problemlos aufnehmen können.

In einer bevorzugten Ausführungsform des in der Grundform eines Parallelogramms ausgestalteten Parallelführungsgetriebes ist ein Glied des Parallelo­ gramms, gegebenenfalls über ein starres Zwischen­ element, fest mit der benachbarten Achse, d. h. der Rotations- oder der Translationsachse, verbunden. Dieses Glied ist hierbei bevorzugt parallel zur Rotationsachse fixiert. Das zu diesem parallele Glied trägt den Endeffektor oder dessen Halterung. Von den diese beiden parallelen Glieder verbindenden Gliedern ist zumindest eines um den durch das Drehgelenk zwischen diesem und dem fixierten Glied festgelegten Drehpunkt angetrieben.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des in der Grundform eines Parallelogramms ausge­ stalteten Parallelführungsgetriebes ist ein erstes der Glieder, gegebenenfalls über ein Zwischenelement, derart mit der Rotations- oder der Translationsachse verbunden, daß es mit seiner Längsachse eine Bewegung parallel zur Rotationsachse ausführen kann. Die Verbindung kann beispielsweise über zwei an einer Verlängerung der Translations- oder der Rotationsachse befestigte Führungen erfolgen, die die Bewegung des ersten Gliedes nur parallel zur Rotationsachse ermöglichen. Das zum ersten Glied parallele Glied trägt wiederum den Endeffektor oder dessen Halterung. Eines der verbleibenden Glieder des Parallelogramms ist mit der gleichen Achse, d. h. der Rotations- oder der Trans­ lationsachse bzw. einer Verlängerung dieser Achsen derart verbunden, daß bei jeder Stellung des Parallelo­ gramms jeweils ein beliebiger Punkt des Gliedes immer die gleiche Position relativ zur Rotationsachse hat.

Dies kann beispielsweise durch eine Drehdurchführung verwirklicht werden, die fest mit der Rotations- oder der Translationsachse bzw. einer Verlängerung dieser Achsen verbunden ist, aber eine translatorische und rotatorische Bewegung des Gliedes ermöglicht. Bei dieser Ausführungsform wird das parallel zur Rotations­ achse geführte Glied entlang seiner Verschiebeachse angetrieben.

Der Zweck und besondere Vorteil dieser Konstruk­ tion besteht darin, daß bei einer Bewegung des End­ effektors durch das Parallelführungsgetriebe, d. h. bei einer Veränderung des Abstandes der Wirkachse des End­ effektors zur durch Verlängerung der Rotationsachse entstehenden Linie, der Längsversatz des Endeffektors in einer Richtung parallel zur Rotationsachse ver­ kleinert wird, da sich der zwischen dem ersten und einem der weiteren Glieder liegende Drehpunkt im Parallelogramm gleichzeitig parallel zur Rotationsachse in Gegenrichtung des Versatzes bewegt. Dies ermöglicht es, die Translationsachse, die in erster Linie zum Ausgleich dieses Versatzes vorgesehen ist, und damit die Gesamtlänge der Werkzeugführung deutlich zu verkürzen. Dies hat bei den Anwendungsbereichen der engen Rohrleitungssysteme und den dort auftretenden Biegungen erhebliche Vorteile.

Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungs­ gemäßen Werkzeugführungssystems wird eine Düse als Endeffektor eingesetzt, deren Wirk- bzw. Strahlachse eine leichte Neigung zur Rotationsachse hin aufweist. Durch diese Neigung wird gewährleistet, daß die Begrenzungslinie des austretenden Strahls zur Rohr­ wandung hin parallel zur Rohrwandung verläuft. Die Neigung wird daher an den Öffnungswinkel des Strahl­ kegels der jeweiligen Düse angepaßt. In der Regel wird es sich hierbei um eine Neigung zwischen ca. 0,5° bis 3° handeln.

Das Trägerelement des Werkzeugführungssystems ist vorzugsweise mit ballonartigen Manschetten ausge­ stattet, die eine Bewegung des Trägerelementes in einem Rohr entlang der Vortriebsachse ermöglichen. Durch Aufblasen dieser Manschetten im Rohr mittels Druckluft wird eine zuverlässige Arretierung des Trägerelementes in dem Rohr erreicht, ohne die Rohrwandung zu beschädigen. Die Rotationsachse des Systems ist dabei so am Trägerelement angeordnet, daß sie im arretierten Zustand des Trägerelementes auf der zentralen Rohr­ hauptachse liegt.

Für den bevorzugten Einsatz des Werkzeugführungssystems in Rohren von maximal 150 mm Durchmesser wird eine Ausgestaltung bevorzugt, bei der das System eine Länge von maximal 120 mm und einen maximalen Durchmesser von 80 mm aufweist. Dieser maximale Durchmesser muß aller­ dings nur in dem Zustand des Systems vorliegen, in dem die Wirkachse des Endeffektors auf der Rotationsachse liegt, im folgenden auch als Nullkonfiguration bezeichnet.

Das erfindungsgemäße Werkzeugführungssystem mit eingesetztem Endeffektor bzw. Schneidwerkzeug ermöglicht das Schneiden von Hindernissen verschiedener Größen und Breiten, die den Kanal teilweise oder vollständig verstopfen, wie z. B. Wurzeleinwüchse, Stein- und Mauerteile, Holzteile, Metallstangen und -balken, Beton, große zurückgebliebene metallische Gegenstände, Erd- und Sandpfropfen.

Durch die besondere konstruktive Gestaltung des Werkzeugführungssystems läßt sich vorteilhaft eine Kamera zur Inspektion des Kanals an der Werkzeugführung anbringen.

Weitere Vorteile liegen in dem kleinen Bauraum des Systems in der Nullkonfiguration, bei der die Wirkachse auf der Rotationsachse liegt. In dieser Konfiguration kann das System bei Fortbewegung des Trägersystems durch Rohrsysteme geführt werden, deren Durchmesser in hohem Maße variieren. Andererseits steht bei fixiertem Trägersystem ein großer Arbeitsraum zur Verfügung.

Die parallele Strahlführung wird bis nahe an die Rohrwandung ermöglicht. Die Strahlachse kann bis zu einem Abstand von einem halben Durchmesser der Strahl­ düse an die Rohrwandung heran geführt werden.

Durch die erfindungsgemäße Gestaltung des Werk­ zeugführungssystems besteht die Möglichkeit, den Strahl von nahe der Rohrwandung bis auf die zentrale Rohr­ hauptachse, d. h. die Mittelpunktsachse des Rohr­ zylinders, und darüber hinaus zu führen. Der Arbeits­ strahl bleibt dabei stets parallel zu dieser Achse. Das Werkzeug bewegt sich hierbei auf einer Ebene, welche die Rohrhauptachse beinhaltet.

Aufgrund der Kraft- und Momentenverteilung ist es möglich, das Trägersystem problemlos geeignet zu fixieren. Dies ist gerade bei den in der Regel glatten Innenwänden der Rohre sehr wichtig, um die Sicherheit vor dem Abrutschen der Gerätearretierung an der Rohr­ wandung zu haben. Hierbei dürfen die Kräfte auf die Rohrwandung nicht zu groß sein, um diese nicht zu zerstören. Der Momentenverlauf ist für jeden Raumpunkt bekannt, bzw. deterministisch und leicht berechenbar.

Aufgrund des Arbeitsraums des Werkzeugführungssystems besteht die Möglichkeit, eine Stereokamera in Blickrichtung der Werkzeugdüse am Werk­ zeugkopf zu plazieren und somit durch die Möglichkeit der Beobachtung eine hohe Kontrolle und damit Genauig­ keit des Arbeits- bzw. Schneidvorgangs zu erreichen. Die Kamera wird hierbei vorzugsweise unterhalb des Werkzeuges plaziert, da dort ausreichend Platz zur Verfügung steht.

Die Antriebe für die einzelnen Komponenten des Systems sind leicht zu realisieren, da aufgrund der Achsfolge Motoren konstruktiv günstig plaziert werden können. Der Antrieb der Bewegungsachse des Parallel­ führungsgetriebes kann z. B. als mit der Rotationsachse mitbewegter Zylinder realisiert werden. Die Antriebe für die Translationsachse und Rotationsachse sind anschaulich unproblematisch.

Durch die einfache kinematische Struktur und die geringe Anzahl aktiver Achsen ist das System leicht zu kalibrieren. Die Zuordnung zwischen kartesischem Koordinatensystem und Achsstellungen ist mathematisch einfach beschreibbar. Hierdurch besteht die Möglichkeit einer einfachen Steuerungsimplementierung.

Der Arbeitsraum des Systems ist für den Einsatz­ fall von Rohrleitungssystemen sehr günstig. Im Arbeits­ raum ist sichergestellt, daß der Arbeitskopf bis zum Zielpunkt bewegt werden kann. Es treten keine Singula­ ritäten im Arbeitsraum des Systems auf.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen nochmals erläutert. Hierbei zeigen:

Fig. 1 eine Strukturdarstellung (nach VDI 2861) einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Werkzeugführungssystems;

Fig. 2 ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Werkzeugführungssystems mit der Struktur gemäß Fig. 1 in Nullkonfiguration (nicht maßstabsgetreu);

Fig. 3 ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Werkzeugführungssystems mit der Struktur gemäß Fig. 1 in einer möglichen Arbeits­ stellung (nicht maßstabsgetreu); und

Fig. 4 eine Strukturdarstellung (nach VDI 2861) einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Werkzeugführungssystems.

Das erfindungsgemäße Werkzeugführungssystem ist aufgrund seiner kinematischen Struktur definiert, wie sie schematisch anhand eines Ausführungsbeispiels in Fig. 1 dargestellt ist.

Eine Rotationsachse 2 (A-Achse) und eine Trans­ lationsachse 1 (X-Achse) sind seriell hintereinander geschaltet. Die Rotationsachse 2 und die Translations­ achse 1 liegen in diesem Beispiel auf einer Geraden. Mit der Rotationsachse 2 ist ein Parallelführungs­ getriebe 3 fest verbunden. Das Parallelführungsgetriebe besteht in diesem Beispiel aus vier Gliedern (3a, 3b, 3c, 3d) die jeweils über ebene Drehgelenke miteinander verbunden sind und ein Parallelogramm aufspannen. Das Getriebe arbeitet nach einem vereinfachten Pantografen- Prinzip. Die effektortragende Komponente der Parallel­ führungs-Achse 4 (Q-Achse) des Getriebes verläuft parallel zur Rotationsachse. Die Rotationsachse wird aufgrund des Geräteträgersystems 5 parallel zur Rohrachse geführt.

Das Parallelführungsgetriebe trägt an seinem Glied 3b einen Endeffektor 6, beispielsweise in Form einer Hochdruckwasserstrahldüse, parallel zur Rotationsachse.

Die kinematische Abfolge der X-Achse und der A- Achse können selbstverständlich auch vertauscht werden.

Die Nullkonfiguration des Systems, wie sie anhand einer konkreten Ausgestaltung in Fig. 2 dargestellt ist, wird durch eine Stellung der Q-Achse definiert, bei der die Strahlaustrittsöffnung genau in der zentralen Rohrhauptachse liegt. Diese Stellung muß beim Betrieb des Systems erreichbar sein.

Wird ein Winkel von 90 Grad zwischen den Gliedern 3a und 3c bzw. 3b und 3d usw. des Parallelführungs­ getriebes der Parallelachse angefahren, so wird der maximal bearbeitbare Rohrdurchmesser erreicht. Diese Winkelstellung muß, je nach Rohrdurchmesser, nicht in jedem Falle erreichbar sein. Der maximale Rohrdurch­ messer, der mit dem Werkzeugführungssystem bearbeitet werden kann, wird durch die Länge der Glieder 3c und 3d in Verbindung mit der maximal einstellbaren Winkel­ stellung (≦ 90°) vorgegeben.

Die A-Achse läßt sich in einem vollen 360° Schwenkbereich bewegen, so daß sichergestellt ist, daß der gesamte Rohrquerschnitt bis auf einen schmalen Rand des Düsenhalbmessers sicher bearbeitet werden kann.

Die X-Achse gleicht die Bewegungen der Q-Achse in Rohrhauptachsenrichtung aus. Der Arbeitsweg der X-Achse muß so groß sein, wie der maximale Versatz der Q-Achse zuzüglich dem gewünschten Arbeitsraum.

Beispielsweise ist in diesem Zusammenhang auch eine direkte Kopplung des Antriebs des Parallelfüh­ rungsgetriebes mit dem Antrieb der Translationsachse denkbar, um die Austrittsöffnung der Düse beim Betrieb des Parallelführungsgetriebes immer in der gleichen zur Rotationsachse senkrechten Ebene führen zu können.

Ein konkretisiertes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Werkzeugführungssystems mit der Struktur gemäß Fig. 1 ist in den Fig. 2 und 3 dargestellt. Für diese und die nachfolgenden Figuren werden die gleichen Bezugszeichen für die ent­ sprechenden in Fig. 1 dargestellten Komponenten verwendet.

Hierbei zeigt Fig. 2 das System in einem Rohr 7 in der Nullkonfiguration. In dieser Konfiguration erfolgt der Vortrieb des Trägers 5 im Rohr 7. Hierbei liegt die Düse 6, die bei diesem Beispiel ein Glied (3b) des Parallelführungsgetriebes bildet, auf der zentralen Rohrhauptachse 7a. Der Träger weist in diesem Beispiel ballonartige Manschetten 5a, sogenannte Packer, auf, die durch Druckluft aufgeblasen werden und der Fortbewegung wie auch der Arretierung im Rohr 7 dienen. Das Trägersystem dient nur zur groben Positio­ nierung des Werkzeuges im Rohrsystem. Die Feinpositio­ nierung wird über die X-Achse vorgenommen.

Während der Fortbewegung im Kanal befindet sich das Werkzeugsystem in seiner Nullkonfiguration. Nach dem Arretieren des Trägersystems wird die Arbeitsdüse durch die Werkzeugführung bewegt.

Am Träger, dessen Gestell in den Figuren nicht dargestellt ist, sind die über einen Gewindespindel­ antrieb 1a verstellbare Translationsachse 1, die über einen Schwenkmotor 2a angetriebene Rotationsachse 2 und das Gestänge des Parallelführungsgetriebes 3 zu er­ kennen. Der Antrieb des Parallelführungsgetriebes kann beispielsweise durch einen mit der Rotationsachse mit­ bewegten Zylinder oder Gewindespindelantrieb realisiert werden.

Grundsätzlich lassen sich unabhängig von diesem Ausführungsbeispiel auch andere Antriebe für die einzelnen Komponenten des erfindungsgemäßen Werkzeug­ führungssystems einsetzen, da es sich jeweils nur um einfache rotatorische oder translatorische Bewegungen handelt, die erzeugt werden müssen.

Fig. 3 zeigt die gleiche Anordnung in arretierter Stellung an einer Erweiterung des Rohres 7. Hierbei wird sehr gut die ausgefahrene Stellung des Parallel­ führungsgetriebes verdeutlicht, bei der der Strahl sehr nahe an der Rohrwandung geführt werden kann.

Eine in den Fig. 2 und 3 dargestellte leichte Neigung der Düse (nach unten) gleicht die Strahlstreu­ ung nach dem Austritt aus der Düse aus. Prinzipiell folgt der Schneidstrahl parallel der Rohrwandung.

Das Parallelführungsgetriebe läßt sich auch in einer modifizierten Variante ausgestalten, wie sie in Fig. 4 dargestellt ist.

Hierbei wird der bodenseitige Drehpunkt (zwischen den Gliedern 3a und 3c bzw. 3a und 3d) mittels zweier Führungen 8a und 8b translatorisch bewegbar gelagert.

Der Antrieb des Parallelführungsgetriebes erzeugt eine translatorische Bewegung in Richtung der Rohrhauptachse an dieser Stelle. Eines der bewegten Glieder bzw. Parallelogrammachsen (3c, 3d) wird durch eine drehbare Führung 9 unterstützt, die fest mit der Rotationsachse verbunden ist.

Der Vorteil dieser Anordnung beruht darin, daß hierdurch der Werkzeugkopf bzw. Endeffektor während der Verstellung durch das Parallelführungsgetriebe einen kleineren Hub in Rohrhauptachsenrichtung aufweist, der eine verkürzte Bauweise der Translationsachse ermög­ licht.

Die neue Kinematik des erfindungsgemäßen Werkzeug­ führungssystems ermöglicht eine parallel zum Rohr verlaufende Führung eines Strahlwerkzeuges in röhren­ förmigen, u. U. stark im Durchmesser variierenden, Arbeitsräumen im Durchmesser von typischerweise 150 mm und darunter. Selbstverständlich kann das System auch für größere Durchmesser ausgelegt werden.

Als Strahlwerkzeuge kommen Hochdruckwasser und Wasserabrasivstrahl zum Einsatz.

Claims (17)

1. Werkzeugführungssystem mit einer Anordnung aus einer Translationsachse (1), einer Rotationsachse (2) und einem Parallelführungsgetriebe (3), die eine offene kinematische Kette bilden, und mit einem oder mehreren Antrieben für die Anordnung, wobei

• - das Parallelführungsgetriebe (3) ein Endglied der kinematischen Kette bildet,
• - die Translationsachse (1) und die Rotationsachse (2) im wesentlichen parallel zueinander verlaufen,
• - das Parallelführungsgetriebe (3) einen Endeffektor (6) oder eine Halterung für einen Endeffektor derart trägt, daß eine Wirkachse des Endeffektors im wesent­ lichen parallel zur Rotationsachse (2) verläuft, und
• - das Parallelführungsgetriebe (3) so angeordnet und ausgestaltet ist, daß es die Führung des Endeffektors (6) von einer Position, bei der die Wirkachse des End­ effektors auf der durch Verlängerung der Rotationsachse (2) entstehenden Linie liegt, auf eine Position ermöglicht, bei der die Wirkachse des Endeffektors in einem Abstand zu dieser Linie liegt.

2. Werkzeugführungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Parallelführungsgetriebe (3) aus zumindest vier über ebene Drehgelenke miteinander Verbundenen Gliedern (3a-3d) besteht die ein Parallelogramm bilden.

3. Werkzeugführungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
ein erstes (3a) der vier Glieder, gegebenenfalls über ein Zwischenelement, fest mit der Rotations- oder der Translationsachse verbunden ist,
das zu diesem parallele Glied (3b) den Endeffektor (6) oder dessen Halterung trägt,
und ein weiteres (3c, 3d) der vier Glieder um den durch das Drehgelenk zwischen diesem und dem ersten Glied (3a) festgelegten Drehpunkt angetrieben wird.

4. Werkzeugführungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß ein erstes (3a) der vier Glieder, gegebenenfalls über ein Zwischenelement, derart mit der Rotations- oder der Translationsachse verbunden ist, daß es mit seiner Längsachse eine Bewegung parallel zur Rotations­ achse (2) ausführen kann,
das zu diesem parallele Glied (3b) den Endeffektor (6) oder dessen Halterung trägt,
und ein weiteres (3c, 3d) der vier Glieder in einer drehbaren Führung (9) geführt wird, die fest mit der Rotations- oder der Translationsachse verbunden ist, wobei das erste Glied (3a) entlang seiner Längsachse angetrieben wird.

5. Werkzeugführungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Translationsachse (1) auf der durch Verlänge­ rung der Rotationsachse (2) entstehenden Linie liegt.

6. Werkzeugführungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Endeffektor (6) eine Düse für einen Hochdruck­ wasserstrahl oder einen Abrasivstrahl ist.

7. Werkzeugführungssystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirkachse der Düse (6) eine leichte Neigung zur Rotationsachse (2) hin aufweist, so daß eine Begrenzungslinie des austretenden Strahls parallel zur Rotationsachse (2) verläuft.

8. Werkzeugführungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstellweg der Translationsachse (1) zumindest dem maximalen Versatz des Endeffektors (6) in Richtung der Translationsachse entspricht, den dieser beim Betrieb des Parallelführungsgetriebes (3) erfährt.

9. Werkzeugführungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb der Translationsachse (1) über eine Gewindespindel (1a) realisiert ist.

10. Werkzeugführungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb der Rotationsachse (2) über einen Schwenkmotor (2a) realisiert ist.

11. Werkzeugführungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb des Parallelführungsgetriebes (3) durch einen mit der Rotationsachse (2) mitbewegten Zylinder realisiert ist.

12. Werkzeugführungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb des Parallelführungsgetriebes (3) durch einen mit der Rotationsachse (2) mitbewegten Gewinde­ spindelantrieb realisiert ist.

13. Werkzeugführungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung an einem Trägerelement (5) befestigt ist, wobei die Rotationsachse (2) im wesentlichen parallel zu einer Vortriebsachse des Trägerelements (5) verläuft.

14. Werkzeugführungssystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägerelement (5) mit ballonartigen Manschetten (5a) ausgestattet ist, die eine Bewegung des Träger­ elementes (5) in einem Rohr (7) entlang der Vortriebs­ achse und eine Arretierung des Trägerelementes (5) in dem Rohr (7) ermöglichen.

15. Werkzeugführungssystem nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotationsachse (2) so im Trägerelement (5) angeordnet ist, daß sie bei Arretierung der Träger­ elementes in einem Rohr auf der zentralen Rohrhaupt­ achse (7a) liegt.

16. Werkzeugführungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägerelement (5) oder die Anordnung eine Kamera trägt.

17. Werkzeugführungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 16, das eine Länge von maximal 120 mm und einen maximalen Durchmesser von 80 mm aufweist.