Die Erfindung betrifft einen Manipulator zum Bearbeiten von Schweißnahtwurzeln, insbesondere Schweißnahtwurzeln an rekuperativen Wärmetauschern.

Ein rekuperativer Wärmetauscher hat einen 180°-Krümmer mit einer Halbscha- lenschweißkonstruktion, d. h. der 180°-Krümmer hat zwei Längsnähte, mit einer unbeschliffenen Schweißnahtwurzel im Innenbereich. Um eine höhere mechanische Belastbarkeit des Krümmers zu erhalten, müssen die Schweißnaht- wurzeln beschliffen werden. Diese Schweißnahtwurzeln sind jedoch für ein Schleifwerkzeug schwer zugänglich, da der vorhandene Raum mit 50 x 25 mm für bekannte Schleifwerkzeuge zu klein ist. Daher wird ein Schleifmanipulator in Kleinstbauweise benötigt. Der hier betrachtete Manipulator umfasst einen Antrieb zur Fortbewegung des Manipulators. Der Manipulator umfasst ferner einen Schleifkopf mit einem Rahmen, an welchem, vorzugsweise vier, erste Räder zum Fortbewegen des Schleifkopfes auf Führungsschienen vorgesehen, insbesondere angebracht, sind, und eine am Schleifkopf vorgesehene, insbesondere angebrachte, Welle, wobei an der Welle eine Schleifscheibe zum Schleifen von Schweißnahtwurzeln, insbesondere Schweißnahtwurzeln eines Wärmetauschers, vorgesehen ist.

Bei bekannten Schleifmanipulatoren besteht jedoch der Nachteil, dass die Schleifscheibe nicht stets in idealen Kontakt mit der Schweißnahtwurzel ge- bracht werden kann, um ein möglichst gutes Schleifergebnis zu erhalten.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen neuen Manipulator anzugeben, insbesondere einen Manipulator mit dem es möglich ist, idealen Kontakt zwischen Schleifscheibe und Schweißnahtwurzel herzustellen. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, eine neue Manipulatoreinheit anzugeben.

Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Manipulators gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1 und hinsichtlich der Manipulatoreinheit durch die Merkmale des Anspruchs 11. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen angegeben.

Der erfindungsgemäße Manipulator ist dadurch gekennzeichnet, dass die Welle horizontal und vertikal schwenkbar ist, um die Schleifscheibe gezielt in Kontakt mit der Schweißnahtwurzel zu bringen.

Unter horizontaler Schwenkbewegung der Welle wird insbesondere eine Bewegung verstanden, die in einer Projektion auf eine von den ersten Rädern auf- gespannte und/oder eine vom Rahmen aufgespannte Ebene eine Bewegung in dieser Ebene darstellt. Unter vertikaler Schwenkbewegung der Welle wird eine Bewegung verstanden, die vorzugsweise senkrecht zur vorgenannten Ebene verläuft. Insbesondere ist ein Winkelbereich von +/- 10°, bevorzugt von +/- 5°, für die horizontale Schwenkbewegung vorgesehen und ein Winkelbereich von 0° bis 10°, bevorzugt von 0° bis 5°, für die vertikale Schwenkbewegung vorgesehen.

Insbesondere kann auch ein Schwenkbereich von +/- 10mm, bevorzugt von +/- 5mm, für die horizontale Schwenkbewegung und ein Schwenkbereich von 0 bis 10mm, bevorzugt von 0 bis 5mm, für die vertikale Schwenkbewegung vorgesehen sein. Insbesondere ist ein derartiger Schwenkbereich für Manipulatoren vorgesehen, die nicht breiter bzw. höher als 50 x 25 mm sind, bzw. deren Wellen eine Länge in einem Größenbereich von 80 bis 100 mm aufweisen. Durch den mit dem erfindungsgemäßen Manipulator durchführbaren, verbesserten Schleifprozess wird die mechanische Belastbarkeit des rekuperativen Wärmetauschers verbessert. Auf diese Weise wird ebenfalls die Lebensdauer des Wärmetauschers erhöht. Der Manipulator ist vorzugsweise in Kleinstbauweise gefertigt und hat bevorzugt einen Querschnitt von weniger als 50 x 25 mm. Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbild ung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Manipulator am Schleifkopf eine erste Schwenkeinheit für die horizontale Bewegung der Welle umfasst, wobei die erste Schwenkeinheit ein erstes Getriebe, insbesondere ein Schräg-Lineargetriebe, u nd einen ersten Mo- tor zum Antrieb des ersten Getriebes u mfasst.

Ein solches Schräg-Lineargetriebe kann beispielsweise einen Stößel u mfassen, welcher von dem Motor linear ein- u nd ausgefahren werden kann, wobei der Stößel gegen ein Bauteil an der Welle mit einer Schrägfläche abgestützt ist. Du rch das Ausfahren drückt der Stößel gegen die Schrägfläche u nd die Welle wird horizontal geschwenkt. Zur Rückstel lu ng bzw. zu m Schwenken in die andere Richtung kann der Stößel mit der Schrägfläche verbunden sein u nd diese beim Einfahren des Stößels heranziehen, oder die Rückstell ung erfolgt du rch eine Federkraft entgegen der Ausfahrrichtu ng des Stößels.

Ferner kann vorgesehen sein, dass der Manipu lator am Schleifkopf eine zweite Schwenkeinheit fü r die vertikale Beweg ung der Wel le u mfasst, wobei die zweite Schwenkeinheit ein zweites Getriebe, insbesondere ein Ku rvengetriebe, u nd einen zweiten Motor zu m Antrieb des zweiten Getriebes u mfasst.

Ein solches Kurvengetriebe kann beispielsweise einen, zu m Beispiel tropfenförmigen, Exzenter u mfassen, der von dem Motor gedreht wird und an seiner tangentialen Außenfläche mit einem Bauteil an der Welle in Verbindu ng steht. Dreht der Motor den Exzenter derart, dass d ie Außenfläche entgegen dem oder im rad ial breitesten Bereich des Exzenters gegen das Bauteil drückt, wird die Wel le angehoben; dreht der Motor entgegen dem oder im radial schmälsten Bereichs des Exzenters, senkt sich die Welle wieder ab.

Gemäß einer Ausfü hrungsvariante der Erfindu ng umfasst der Schleifkopf einen Horizontalschlitten und/oder einen Vertikalschlitten zu r Lagerung der Welle u nd der Schleifscheibe, sowie insbesondere der Schwenkeinrichtungen mit Motoren und Getrieben. Die erste Schwenkeinheit und die zweite Schwenkeinheit sind vorzugsweise in einem, vorzugsweise kombinierten, Schlitten integriert, um die gezielte horizontale und vertikale Bewegung der Welle zu ermöglichen. Bevorzugt ist eine Halterung für die Welle vorgesehen, wobei die Halterung am Schleifkopf, und insbesondere am oder nahe dem in Vorwärtsbewegungsrichtung des Manipulators hinteren Ende des Schleifkopfes, vorgesehen ist. Bei der Halterung kann es sich insbesondere um ein Schwenklager handeln, um die horizontale und vertikale Bewegung der Welle zu ermöglichen.

Gemäß einer Variante der Erfindung könnte der Antrieb direkt am Schleifkopf vorgesehen sein und beispielsweise einige oder alle seine ersten Räder antreiben. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung ist jedoch vorgesehen, dass der Antrieb wenigstens eine, vorzugweise zwei, Antriebseinheiten zum Anschieben des Schleifkopfes umfasst, wobei jede Antriebseinheit einen Rahmen aufweist, an welchem, vorzugsweise vier, erste Räder zum Fortbewegen der Antriebseinheit auf Führungsschienen vorgesehen, insbesondere ange- bracht, sind, wobei jede Antriebseinheit mindestens einen Motor zum Antrieb der ersten Räder der Antriebseinheit umfasst.

Es kann vorgesehen sein, dass die wenigstens eine Antriebseinheit und der Schleifkopf und/oder die Antriebseinheiten untereinander durch eine flexible Kupplung verbunden sind, wobei die wenigstens eine Antriebseinheit in Vorwärtsbewegungsrichtung des Manipulators hinter dem Schleifkopf vorgesehen ist. Bei der flexiblen Kupplung kann es sich beispielsweise um einen Faltenbalg oder um Kreuzgelenke handeln. Die Drehbewegung der Schleifscheibe und/oder der Welle kann von einem dritten Motor, insbesondere einem externen Motor, angetrieben werden. Im Falle eines externen Motors kann die Welle über eine flexible Wellenfortsetzung mit dem externen Motor verbunden sein. Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Drehrichtu ng der Schleifscheibe an der zu bearbeitenden Schweißnahtwurzel senkrecht zur Längserstrecku ng der zu bearbeitenden Schweißnahtwu rzel verläuft.

Der Begriff „senkrecht" wird hier breit verstanden und u mfasst auch einen Winkelbereich u m 90°, der sich aus der horizontalen Abweichung aufgrund der Schwenkbewegung der Welle erg ibt. M it anderen Worten : Es wird senkrecht zu r Längserstreckung der Schweißnahtwu rzel geschl iffen .

Gemäß einer vorteilhaften und zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass zweite Räder zum Befahren der Oberfläche des Wärmetauschers vorgesehen sind, wobei die zweiten Räder am Rahmen, insbesondere an der Außenseite des Rahmens, des Schleifkopfes und/oder am Rahmen, insbesondere an der Außenseite des Rahmens, der wenigstens einen Antriebseinheit vorgesehen, insbesondere angebracht, sind, wobei die zweiten Räder zum Erzeugen eines Anpressdruckes an die Oberfläche des Wärmetauschers vorzugsweise gefedert am jeweiligen Rahmen gelagert sind. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Schleifkopf eine Kamera zum Überwachen des Schleifprozesses umfasst, wobei die Kamera in Vorwärtsbewegungsrichtung des Manipulators vor der Schleifscheibe vorgesehen ist, und wobei die Kamera am Rahmen des Schleifkopfes vorgesehen, insbesondere angebracht, ist, und wobei die Kamera vorzugsweise am Rahmen schwenkbar ausgebildet ist.

Ferner kann vorgesehen sein, dass der Schleifkopf eine Beleuchtungsvorrichtung umfasst, insbesondere zur Beleuchtung der abzuschleifenden Schweißnahtwurzel, wobei die Beleuchtungsvorrichtung in Vorwärtsbewegungsrichtung des Manipula- tors vor der Schleifscheibe vorgesehen ist, und wobei die Beleuchtungsvorrichtung vorzugsweise eine bauliche Einheit mit der Kamera ausbildet. Bevorzugt umfasst der Manipulator, insbesondere am Schleifkopf und/oder an der oder den Antriebseinheiten, einen Kabelbaum zur Energieversorgung und/oder zur Signalübertragung, wobei der Kabelbaum zur Verbindung des Manipulators mit einer Kontrollstation vorgesehen ist.

Die erfindungsgemäße Manipulatoreinheit umfasst einen erfindungsgemäßen Manipulator, und eine Kontrollstation zur Steuerung, insbesondere Fernsteuerung, des Manipulators. Gemäß einer Weiterbildung der Manipulatoreinheit ist vorgesehen, dass der Manipulator durch die Kontrollstation fernsteuerbar ist, wobei das horizontale und das vertikale Verschwenken der Welle des Manipulators und/oder Bewegung der ersten Räder der wenigstens einen Antriebseinheit und/oder die Drehgeschwindigkeit der Schleifscheibe durch die Kontrollstation fernsteuerbar ist.

Gemäß einer vorteilhaften und zweckmäßigen Weiterbildung der Manipulatoreinheit ist vorgesehen, dass die Kontrollstation einen Joystick zur Steuerung des Manipulators umfasst, und/oder eine Eingabevorrichtung, und/oder einen Monitor zum Anzeigen der von der Kamera aufgenommenen Bilder und/oder eine Energieversorgung.

Die Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen

FIG 1 ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Manipulators in einer Ansicht von oben;

FIG 2 ein erstes Ausführungsbeispiel des Schleifkopfes des erfindungs- gemäßen Manipulators in einer Ansicht von oben;

FIG 3 ein zweites Ausführungsbeispiel des Schleifkopfes des erfindungsgemäßen Manipulators in einer Ansicht von vorne; FIG 4 ein drittes Ausführungsbeispiel des Schleifkopfes des erfindungsgemäßen Manipulators in einer Ansicht von oben; FIG 5 ein viertes Ausführungsbeispiel des Schleifkopfes des erfindungsgemäßen Manipulators in einer Seitenansicht.

FIG 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Manipulators 10 zum Bearbeiten von Schweißnahtwurzeln 11 an rekuperativen Wärme- tauschern 12. Der Manipulator 10 umfasst einen Antrieb 26 zum Antrieb der Fortbewegung des Manipulators 10.

Der Antrieb 26 umfasst zwei Antriebseinheiten 27 zum Anschieben des Schleifkopfes 18. Jede Antriebseinheit 27 weist einen Rahmen 15 auf, an welchem vier erste Räder 16 zum Fortbewegen der Antriebseinheit 10 auf Führungsschienen 17 angebracht sind. Jede Antriebseinheit 27 umfasst zudem einen Motor 32 zum Antrieb der ersten Räder 16 der Antriebseinheit 27.

Die Antriebseinheiten 27 und der Schleifkopf 18 und die Antriebseinheiten 27 untereinander sind durch eine flexible Kupplung 33 verbunden, wobei die Antriebseinheiten 27 in Vorwärtsbewegungsrichtung C des Manipulators 10 hinter dem Schleifkopf 18 vorgesehen sind.

FIG 1 bis FIG 5 zeigen, dass der Manipulator einen Schleifkopf 18 mit einem Rahmen 15 umfasst, an welchem vier erste Räder 16 zum Fortbewegen des Schleifkopfes 18 auf Führungsschienen 17 angebracht sind .

Der Manipulator umfasst ferner eine am Schleifkopf 18 angebrachte Welle 20, wobei an der Welle 20 eine Schleifscheibe 19 zum Schleifen von Schweißnaht- wurzeln 11 eines Wärmetauschers 12 vorgesehen ist. Die Drehbewegung der Welle 20 kann von einem nicht dargestellten externen Motor ausgehen, mit dem die Welle 20 über eine flexible Wellenfortsetzung (nicht dargestellt) verbunden ist. Die Welle 20 ist horizontal und vertikal schwenkbar, um die Schleifscheibe 19 gezielt in Kontakt mit der Schweißnahtwurzel 11 zu bringen. Unter horizontaler Schwenkbewegung wird insbesondere eine Bewegung der Welle verstanden, die in FIG 2 und FIG 4 in der Projektion auf die Zeichenebene zu einer Bewegung in der Zeichenebene führt. FIG 4 zeigt die horizontale Maximalauslenkung der Welle 20 um 5mm nach rechts. Unter vertikaler Schwenkbewegung wird insbesondere eine Bewegung der Welle verstanden, die in FIG 2 und FIG 4 senkrecht zur Zeichenebene und in FIG 5 in der Zeichenebene verläuft. FIG 5 zeigt die vertikale Maximalauslenkung der Welle 20 um 5mm nach oben.

Der Manipulator 10 umfasst am Schleifkopf 18 eine erste Schwenkeinheit 28 für die horizontale Bewegung der Welle 20, wobei die erste Schwenkeinheit 28 ein Schräg-Lineargetriebe 30 und einen ersten Motor 14 zum Antrieb des Schräg-Lineargetriebe 30 umfasst.

Der Manipulator 10 umfasst ferner am Schleifkopf 18 eine zweite Schwenkeinheit 29 für die vertikale Bewegung der Welle 20, wobei die zweite Schwenkeinheit 29 ein Kurvengetriebe 31 und einen zweiten Motor 25 zum Antrieb des Kurvengetriebes 31 umfasst.

Ferner ist eine Halterung 24 für die Welle 20 vorgesehen, wobei die Halterung am Schleifkopf 18 und nahe dem in Vorwärtsbewegungsrichtung C des Manipulators 10 hinteren Ende des Schleifkopfes 18 vorgesehen ist. Bei der Halterung 24 handelt es sich um ein Schwenklager, um die horizontale und vertikale Bewegung der Welle 20 zu ermöglichen.

Die Drehrichtung der Schleifscheibe 19 an der zu bearbeitenden Schweißnahtwurzel 11 verläuft senkrecht zur Längserstreckung der zu bearbeitenden Schweiß- nahtwurzel 11. Der Begriff„senkrecht" wird hier breit verstanden und umfasst auch einen Winkelbereich um 90°, der sich aus der horizontalen Abweichung aufgrund der Schwenkbewegung der Welle 20 ergibt. Mit anderen Worten : Es wird senkrecht zur Längserstreckung der Schweißnahtwurzel 11 geschliffen. Es sind zweite Räder 13 zum Befahren der Oberfläche des Wärmetauschers 12 vorgesehen (siehe FIG 3), wobei die zweiten Räder 13 an der Außenseite des Rahmens 15 des Schleifkopfes und an der Außenseite des Rahmens 15 der beiden Antriebseinheiten 27 angebracht sind. Die zweiten Räder 13 sind zum Erzeugen eines Anpressdruckes an die Oberfläche des Wärmetauschers 12 gefedert am jeweiligen Rahmen 15 gelagert.

Der Schleifkopf 18 umfasst eine Kamera 21 zum Überwachen des Schleifpro- zesses, wobei die Kamera 21 in Vorwärtsbewegungsrichtung C des Manipulators 10 vor der Schleifscheibe 19 vorgesehen ist, und wobei die Kamera 21 am Rahmen 15 des Schleifkopfes 18 angebracht ist. Die Kamera 21 ist ferner am Rahmen 15 schwenkbar ausgebildet. Ferner umfasst der Schleifkopf 18 eine Beleuchtungsvorrichtung 22 zur Beleuchtung der abzuschleifenden Schweißnahtwurzel 11, wobei die Beleuchtungsvorrichtung 22 in Vorwärtsbewegungsrichtung C des Manipulators 10 vor der Schleifscheibe 19 vorgesehen ist. Die Beleuchtungsvorrichtung 22 bildet eine bauliche Einheit mit der Kamera 21 aus.

Der Manipulator 10 umfasst am Schleifkopf 18 und an den Antriebseinheiten 27, einen Kabelbaum 23 zur Energieversorgung und/oder zur Signalübertragung. Der Kabelbaum 23 ist zur Verbindung des Manipulators 10 mit einer Kontrollstation (nicht in den Figuren dargestellt) vorgesehen.

Die Kontrollstation dient der Fernsteuerung des Manipulators 10, wobei das horizontale und die vertikal Verschwenken der Welle 20 des Manipulators 10 und die Bewegung der ersten Räder 16 der Antriebseinheiten 27 sowie die Drehgeschwindigkeit der Schleifscheibe 19 durch die Kontrollstation fernsteu- erbar ist.

Das Schleifen der Schweißnahtwurzel 11 mit dem Manipulator 10 kann beispielsweise derart erfolgen, dass der Manipulator 10 zunächst eine bestimmte Position anfährt, und dann durch den Antrieb 26 vorwärts und rückwärts hin- und her bewegt wird, wobei die horizontale und vertikale Schwenkposition der Welle 20m durch einen Bediener anhand des von der Kamera 201 gelieferten Bildes variiert wird. Nach ausreichendem Abschleifen der Schweißnahtwurzel 11 an der angefahrenen Position wird der Manipulator 10 an eine weitere Position bewegt und führt hier das vorbeschriebenen Verfahren erneut aus.

Dazu umfasst die Kontrollstation einen Joystick zur Steuerung des Manipulators 10, eine Eingabevorrichtung, einen Monitor zum Anzeigen der von der Kamera 21 aufgenommenen Bilder und eine Energieversorgung.

Bezugszeichen liste

10 Manipulator

11 Schweißnahtwurzel

12 Wärmetauscher

13 zweite Räder

14 erster Motor

15 Rahmen

16 erste Räder

17 Führungsschiene

18 Schleifkopf

19 Schleifscheibe

20 Welle

21 Kamera

22 Beleuchtungsvorrichtung

23 Kabelbaum

24 Halterung

25 zweiter Motor

26 Antrieb

27 Antriebseinheit

28 erste Schwenkeinheit

29 zweite Schwenkeinheit

30 erstes Getriebe

31 zweites Getriebe

32 Motor

33 flexible Kupplung

34 Grundplatte

A Längsachse

B Drehrichtung

C Vorwärtsbewegungsrichtung