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Diese
Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung, die für den Einsatz
an unterirdischen oder anderen nicht zugänglichen Orten bestimmt ist,
und insbesondere, aber nicht ausschließlich, auf eine solche Vorrichtung,
die Energie eines Fluids, das in einer unterirdischen Leitung strömt, in Energie
umwandeln kann, die sich von dieser Vorrichtung nutzen lässt. Ein
Aspekt dieser Erfindung bezieht sich auf einen Traktor.
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Im
Industriezweig der Erdöl-
und Erdgas-Exploration und Extraktion gibt es eine breite Anwendung
von unterirdischen und Unterwasser-Leitungen, die häufig eine
ausgedehnte Länge
aufweisen: beispielsweise können
sich Bohrlöcher
von Bohrlochköpfen
aus über
mehrere Kilometer bis zu Kohlenwasserstoff Lagerstätten erstrecken
und Unterwasser-Pipelines können
sich über
mehrere Kilometer beispielsweise zwischen Unterwasser-Bohrlochköpfen und
Stützplattformen
und zwischen Förderplattformen
und Onshore-Anlagen erstrecken. Mit der Zeit kommt es zu einer Materialansammlung
an den Innenwänden
solcher Pipelines, wobei das Material Paraffin, Kesselstein und
verschiedene Bodensätze umfassen
kann. Eine solche Materialansammlung reduziert natürlich die
Durchflussgeschwindigkeit der Pipeline und kann schließlich dazu
führen,
dass sich die Pipeline verstopft. Üblicherweise werden solche Pipelines
in regelmäßigen Abständen dadurch
gereinigt, dass ein "Molch" durch die Pipeline
hindurchbewegt wird, wobei der Molch an einer geeigneten, quellenseitig
gelegenen Stelle in die Pipeline eingebracht wird und wobei dies
einen vorübergehenden Produktionsstopp
erforderlich machen kann. Ein Molch weist normalerweise eine zylindrische
Form mit einem Durchmesser auf, der etwas kleiner als der der Pipeline
ist und wird von der Fluidströmung
in der Pipeline durch die Pipeline transportiert. Das abgelöste Material
sammelt sich deswegen vor dem Molch an und es ist deshalb nicht
ungewöhnlich,
dass Molche in Pipelines steckenbleiben, wodurch ein Produktionsstopp
verursacht werden kann. Um einen steckengebliebenen Molch zu bergen,
muss der Molch ausfindig gemacht werden, die Pipeline für die Entfernung
des Molches geöffnet
werden und die Pipeline danach wieder in den Betriebszustand versetzt
werden. Da diese Arbeitsgänge
unter Wasser ausgeführt
werden müssen,
ist die Bergung eines steckengebliebenen Molches ein teueres und schwieriges
Unternehmen.
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In
US4,007,784 wird eine Kolbenvorrichtung zum Abkratzen der Wände eines
Bohrloch-Förderrohres
beschrieben. Die Vorrichtung umfasst ein Rotorelement, das durch
eine Druckdifferenz im Rohr in Drehung versetzt wird. Um die Vorrichtung
herum angeordnete Reinigungsbürsten
kratzen Material und Flüssigkeit
von den Rohrwänden
ab, während
sich die Vorrichtung durch das Rohr bewegt.
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Es
gehört
u.a. zu den Aufgaben der Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung, diese Nachteile zu beseitigen bzw. abzuschwächen. Die Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung beziehen sich insbesondere auf einen
Traktor, der Energie eines Fluids, das in einer Pipeline strömt, in Energie
umwandeln kann, die sich zum Antreiben des Traktors in der zur Richtung
der Fluidströmung
entgegengesetzten Richtung nutzen lässt; der Traktor kann eingesetzt
werden, um ein Pipeline-Reinigungswerkzeug
oder eine Pipeline-Reinigungsvorrichtung durch eine Pipeline zu
transportieren.
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Gemäß einem
Aspekt der Erfindung wird ein Traktor bereitgestellt, der für die Fortbewegung
durch einen sich bewegenden Fluidstrom ausgelegt ist, wobei der
Traktor Folgendes umfasst:
einen Körper;
Antriebsmittel für die Bewegung
des Körpers
in einer gewünschten
Richtung; ein drehbares Element, das am Körper montiert und dafür ausgelegt
ist, durch das sich bewegende Fluid angetrieben zu werden und
Umwandlungsmittel
zur Umwandlung der Bewegung des Elementes für den Antrieb der Antriebsmittel,
dadurch gekennzeichnet, dass die Umwandlungsmittel eine berührungslose
Kopplung zwischen dem drehbaren Element und den Antriebsmitteln
umfassen.
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Eine
solche Anordnung ermöglicht
dem Traktor, sich in einem bewegenden Fluidstrom zu bewegen und
seine Antriebsenergie von dem sich bewegenden Fluid zu erhalten.
Bei bevorzugten Ausführungsformen
der Erfindung ermöglicht
dies, dass der Traktor betrieben werden kann, ohne dass eine Verbindung
zu einer entfernten Energiequelle erforderlich ist und ohne dass
der Traktor seine eigene Energieversorgung mit sich führen muss.
Der Traktor kann so aufgebaut sein, dass er durch den Antrieb in der
gleichen Richtung wie das Fluid fortbewegt wird, ist aber vorzugsweise
so aufgebaut, dass er durch den Antrieb in der zum Fluidstrom entgegengesetzten
Richtung fortbewegt wird und sich somit zur Quelle hin bzw. gegen
die Strömung
fortbewegt.
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Das
Element ist vorzugsweise dafür
ausgelegt, durch die am Körper
vorbeigeleitete Strömung
in Drehung versetzt zu werden und das Element kann die Form einer
Turbinenschaufelanordnung aufweisen. Das drehbare Element dreht
sich vorzugsweise um den Körper
und die Drehachse des drehbaren Elementes ist vorzugsweise zum Körper koaxial
angeordnet.
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Die
Umwandlungsmittel sind vorzugsweise einstellbar, um die Kopplung
zwischen dem drehbaren Element und den Antriebsmitteln zu variieren.
Bei einer Ausführungsform
ist der Kopplungsgrad variabel und es kann beispielsweise das maximale
Drehmoment oder die maximale Kraft als Größe, die zwischen dem drehbaren
Element und den Antriebsmitteln übertragen
wird, variiert werden, und bei einer anderen Ausführungsform
kann die Getriebeabstufung zwischen dem drehbaren Element und den
Antriebsmitteln variiert werden. Bei anderen Ausführungsformen
kann der Kopplungsgrad zwischen dem drehbaren Element und den Antriebsmitteln
fest vorgegeben sein, beispielsweise können die Umwandlungsmittel
einen nicht einstellbaren Getriebezug umfassen.
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Vorzugsweise
umfassen die Umwandlungsmittel eine Magnetinduktionskopplung. Dies
erleichtert die Abdichtung der verschiedenen Elemente des Traktors
gegen das Eindringen von Fluiden und anderen Materialien, die in
der Umgebung des Traktors vorhanden sein mögen und kann die Reibungsverluste,
die normalerweise durch die Verwendung von Gleitdichtungen auftreten,
reduzieren. Bei der bevorzugten Magnetinduktionskopplung ist der
Abstand zwischen den Antriebs- und angetriebenen Elementen der Kopplung
variabel, um den Kopplungsgrad zwischen den Elementen zu variieren.
Am besten ist es, wenn die Elemente relativ zueinander axial verschiebbar
sind. Somit lässt
sich durch Variation des Axialabstandes und folglich des Kopplungsgrades zwischen
den Elementen beispielsweise die Leistung oder das Drehmoment als
Größe, die
vom drehbaren Element auf die Antriebsmittel übertragen wird und somit die
Drehzahl des Traktors reduzieren. Alternativ können die Umwandlungsmittel
eine mechanische Antriebskopplung umfassen, obwohl für die meisten Anwendungen
dies die Bereitstellung von Gleitdichtungen oder etwas Ähnlichem
erfordern würde.
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Der
Traktor kann Schneidmittel zum Entfernen oder Ablösen von
Material mit sich führen,
das den Körper
umgibt oder an den Körper
angrenzt, beispielsweise Ablagerungen an der Innenwand einer Leitung, durch
die sich der Traktor fortbewegt. Die Schneidmittel können eine
Klinge mit sich in Radialrichtung oder in Axialrichtung erstreckenden
Klingen umfassen und die Klingen können starr oder in der Form
von Lamellen montiert sein. Alternativ können die Schneidmittel die
Form von Fluidstrahlen oder eines Ultraschallsenders aufweisen.
Bei solchen Ausführungsformen
lässt sich
Energie von dem fluidgetriebenen Element nutzen, um eine Pumpe anzutreiben
oder eine Ultraschallquelle mit Energie zu speisen.
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Die
Umwandlungsmittel können
mit einer Kopplungssteuerung verbunden sein, die den Kopplungsgrad
zwischen Antriebs- und angetriebenen Elementen der Kopplung steuern
kann. Die Kopplungssteuerung kann eine Drehklinge umfassen und bei
einer Verminderung der Klingendrehzahl, die darauf hinweist, dass
der Traktor auf eine Verengung oder ein Hindernis gestoßen ist
und die Klinge einen "leistungsbeanspruchenden" Schnitt machen muss, kann
der Kopplungsgrad reduziert werden, um die Vorschubgeschwindigkeit
des Traktors zu verringern. Bei anderen Ausführungsformen kann die Kopplungssteuerung
einen Messsensor, wie z.B. einen Lehrring, umfassen.
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Vorzugsweise
umfassen die Umwandlungsmittel ein Reduziergetriebe zur Umwandlung
eines Einganges für
hohe Drehzahl und niedriges Drehmoment vom drehbaren Element auf
einen Ausgang für relativ
niedrige Drehzahl und hohes Drehmoment für die Antriebsmittel. Beispielsweise
kann sich das drehbare Element mit 2.000 1/min drehen und diese Drehung
kann in einem Verhältnis
von 80:1 auf 25 1/min untersetzt sein. Außerdem umfassen die Umwandlungsmittel
vorzugsweise eine Abtriebswelle, die im Wesentlichen koaxial zur
Drehachse des drehbaren Elementes angeordnet ist. Am besten ist
es, wenn die Umwandlungsmittel ein Harmonic-Drive-Getriebe umfassen.
Ein typisches Harmonic-Drive-Getriebe umfasst drei Hauptbestandteile:
(1) einen äußeren starren
Ring mit Innenverzahnung, (2) ein nachgiebiges, dünnes zylindrisches
Gehäuseteil mit
Außenverzahnung
an einem etwas kleineren Teilkreisdurchmesser als der äußere Ring,
wobei das Gehäuseteil über (3)
ein elliptisches Dornteil, an dem ein Dünnring-Kugellager gelagert
ist, passt und durch dasselbe in einer elliptischen Form gehalten
wird. Das Gehäuseteil
ist etwas kleiner im Durchmesser als der Außenring und hat gewöhnlich zwei
Zähne weniger
als der Ring. Die elliptische Form des Dornteils bewirkt, dass sich
die Zähne
des Gehäuseteils über die
große
Achse der Ellipse an zwei gegenüberliegenden
Bereichen mit dem Ring im Eingriff befinden. Da sich das Dornteil
dreht, bewegt sich die Zone, an der sich die Zähne des Rings mit denen des Gehäuseteils
im Eingriff befinden, mit der großen Achse der Ellipse. Für jede 180°-Bewegung
im Uhrzeigersinn des Dornteils bewegt sich das Gehäuseteil
relativ zum äußeren Ring
um einen Zahn im Gegenuhrzeigersinn. Somit führt jede vollständige Umdrehung
im Uhrzeigersinn des Dornteils dazu, dass sich das Gehäuseteil
relativ zum äußeren Ring
um zwei Zähne
aus seiner vorherigen Position im Gegenuhrzeigersinn bewegt.
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Bei
anderen Ausführungsformen
können
die Umwandlungsmittel einen Generator, wie z.B. einen Dynamo oder
Alternator, und einen Elektromotor umfassen, der an die Antriebsmittel
gekoppelt ist. Diese Anordnung bietet den Vorteil, dass das Abgabedrehmoment
des Motors, unabhängig
von der Motordrehzahl, konstant ist. Außerdem sorgt das für etwas
Flexibilität
bezüglich
der relativen Orte des Generators und Motors, da zwischen ihnen
keine mechanische Kopplung erforderlich ist. Die Umwandlungsmittel können eine
Batterie oder eine andere Speicheranordnung für elektrische Energie umfassen,
wobei die Batterie durch den Generator mit elektrischer Energie
versorgt wird. Ein Vorteil dieser Anordnung besteht darin, dass
die Batterie bei vorübergehendem Nichtvorhandensein
einer Fluidströmung
für den Traktor
Antriebsenergie bereitstellen kann.
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Die
Umwandlungsmittel können
eine Hydraulikfluidpumpe und einen Hydraulikmotor umfassen, oder
können
eine oder mehrere Kombinationen von Energieumwandlungs- und -übertragungsanordnungen
umfassen, um für
die spezielle Anwendung des Traktors passend zu sein.
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Die
Antriebsmittel können
jede passende Form annehmen und können Räder, Schenkel, spurgebundene
Führungen,
Fluidpumpenräder
oder etwas Ähnliches
umfassen. Am besten ist der Traktor für den Einsatz in Leitungen
ausgelegt und die Antriebsmittel weisen die Form einer Vielzahl
von Brüstentraktionselementen
auf, wie dies z.B. in WO98\0627 beschrieben wurde, dessen Offenbarung
hier durch Bezugnahme aufgenommen wird. Die Bürstentraktionselemente werden
durch Nocken in eine Pendelbewegung oder in eine Rückwärts- und Vorwärtstaumelbewegung
versetzt, die an einer mittigen Antriebswelle montiert sind und
die. Traktion von Elastomer- oder sonst wie nachgiebigen Fingern beziehen,
welche die Innenwand der Leitung berühren, die ein Rohr oder ein
verrohrtes oder offenes Bohrloch sein kann. Die Änderung der Einbaulage der
Finger in Bezug auf die Achse der Lager, an denen jedes Bürstentraktionselement
montiert ist, erhöht
oder erniedrigt das Haftvermögen,
das von den Fingern durch Vergrößerung oder
Verkleinerung des effektiven Durchmessers eines jeden Traktionselementes
bereitgestellt wird. Eine zyklische Variation hinsichtlich der Einbaulage
einer Serie von angrenzenden Traktionselementen, mit Hilfe derer
die Traktionselemente den Traktor antreiben können, lässt sich durch Variation des
Winkelversatzes eines jeden Traktionselementes an der mittigen Antriebswelle
erreichen. Zum Beispiel kann jeder Nocken an der Antriebswelle mit
einem Winkelversatz, bezogen auf den angrenzenden Nocken, von 60°, 90°, 120° und 180° eingebaut
werden. Außerdem
lässt sich
durch Verschiebung der jeweiligen Einbaulage der Traktionselemente
von einer Seite einer neutralen Achse zur anderen die Traktionsrichtung
umzukehren. Dies ist nützlich,
wenn der Traktor herausgeholt werden soll; durch Verschieben der
Einbaulage kann dann der Traktor in der umgekehrten Richtung angetrieben werden,
oder wo der Traktor gegen die Strömungsrichtung bewegt wurde,
kann die durch das Fluid am Traktor erzeugte Kraft ausreichend sein,
um den Traktor zu schieben bzw. dessen Fortbewegungsrichtung umzukehren.
Um eine solche Bewegung zu erleichtern, kann der Traktor außerdem eine
selektiv betätigbare
Fluid-Durchflussreduziereinrichtung umfassen, die für eine Wechselwirkung
mit dem strömenden
Fluid ausgelegt ist, um eine Kraft auf den Traktor zu erzeugen.
Diese Durchflussreduziereinrichtung kann die Form eines Fallschirms
oder einer ähnlichen
Anordnung, oder radial ausdehnbarer Dichtungen oder von etwas Ähnlichem
aufweisen.
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Der
Traktor kann eine Vielzahl von Körpern umfassen,
die alle mit Antriebsmitteln, einem Element und Umwandlungsmitteln
versehen sind. Alternativ können
einzelne Traktorelemente selektiv an den Körpern bereitgestellt werden.
Die Körper
können
mit Hilfe aller geeigneten Mittel gekoppelt werden, beispielsweise
durch flexible Kabel, Ketten oder Gelenkwellen und wo Antriebs-
oder andere Kräfte zwischen
Körpern übertragen
werden müssen,
können
beispielsweise Gleichlauf-Gelenkwellen zum Einsatz kommen. Die Möglichkeit,
den Traktor aus einer Anzahl von flexibel gekoppelten oder gelenkigen Körpern bilden
zu können,
erleichtert die Überwindung
von engen Bögen,
einschließlich
der 3D- und 5D-Bögen
(das sind Rohre, die einen Bogenradius haben, der drei- bis fünfmal so
groß wie
der Rohrradius ist), die häufig
bei Anwendungen der Erdöl-
und Erdgas-Exploration und -Erzeugung eingesetzt werden.
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Der
Traktor enthält
vorzugsweise einen Hindernissensor, der mit einem oder beiden Mitteln
der Umwandlungsmittel und der Antriebsmittel betriebsfähig verbunden
ist und zur Richtungsumkehr oder Entkopplung dieser Mittel dient,
damit der Traktor stoppen oder sich in eine entgegengesetzte Richtung bewegen
kann. Der Sensor kann eine Sonde am vorderen Ende des Traktors zur
Erkennung von festen Hindernissen oder zur Erkennung von scharfen
Kurven in einem Rohr umfassen, in dem sich der Traktor befindet;
beispielsweise kann die Sonde dafür ausgelegt sein, einen 3D-Bogen
in einem Rohr zu erkennen, wobei es sich dabei um einen Bogen mit
einem Radius handelt, der dreimal so groß wie der Radius des Rohres
ist. Somit lässt
sich der Traktor für
die Fortbewegung durch ein Rohr auslegen, die so lange erfolgt,
bis der Traktor auf einen 3D-Bogen an einem bekannten Ort stößt, und
beim Antreffen des Bogens kehrt der Traktor dann um. Alternativ
kann der Sensor einen Lehrring oder eine Schneidklinge umfassen.
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Der
Körper
definiert vorzugsweise ein Gehäuse,
das zur Unterbringung der Umwandlungsmittel dient und das Gehäuse ist
vorzugsweise druckkompensiert.
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Diese
und andere Aspekte der vorliegenden Erfindung werden jetzt beispielhaft
unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, wobei:
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1 eine perspektivische Darstellung
eines Traktors gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist und diesen zeigt, wie er teilweise
in einem Rohrbogen angeordnet ist;
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2 eine perspektivische vergrößerte Darstellung
einer Traktoreinheit des Traktors von 1 ist;
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3 eine vergrößerte Schnittdarstellung von 2 ist und
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4 eine perspektivische Darstellung
einer Schneidklingenanordnung für
den Einsatz mit einem Traktor gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist.
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Zuerst
wird auf 1 der Zeichnungen
Bezug genommen, die einen Traktor 2 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt. Der Traktor 2 ist teilweise
in einem Rohrbogen 4 dargestellt. Der Traktor 2 umfasst
eine Hindernis-Sensoreinheit 6 an seinem vorderen Ende,
ein Servicemodul 8 an seinem hinteren Ende und eine Vielzahl
(in diesem Beispiel vier) von Traktoreinheiten 10 (nur
zwei sind sichtbar), die miteinander in Reihe gekoppelt sind. In
der Praxis wird die Anzahl der bereitgestellten Einheiten 10 von
der erforderlichen Höhe
der Antriebskraft abhängen.
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Jetzt
wird außerdem
auf 2 der Zeichnungen
Bezug genommen, die eine einzelne Traktoreinheit 10 im
Detail zeigt. Die Einheit 10 umfasst ein im Allgemeinen
zylindrisches Gehäuse 12,
an dem ein Turbinenrotor 14 montiert ist, der eine Anzahl
von im Allgemeinen spiralförmigen
Schaufeln 16 umfasst. Wie noch beschrieben werden wird,
ist der Turbinenrotor 14 für den Antrieb der vier Brüstentraktionselemente 22, über ein
Getriebe 18 (3)
im Gehäuse 12,
mit einer mittigen Antriebswelle 20 verbunden, wie dies
ausführlicher
in WO98\06927 beschrieben ist.
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Jede
Traktoreinheit 10 ist über
eine geeignete Gelenkwelle 24 an die anderen Traktoreinheiten gekoppelt.
Wie noch beschrieben wird und anhand 1 offensichtlich
ist, ist die vordere Traktoreinheit an eine Hindernis-Sensoreinheit 6 gekoppelt,
während
die hintere Einheit an ein Servicemodul 8 gekoppelt ist,
wobei beide Kopplungen ebenfalls durch Gelenkwellen bereitgestellt
werden.
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Jetzt
wird außerdem
auf 3 der Zeichnungen
Bezug genommen, die eine vergrößerte Querschnittsdarstellung
des Gehäuses 12 ist.
Die Turbine 14 umfasst eine zylindrische Hülse 25,
die am Gehäuse 12 koaxial
zur Antriebswelle 20 montiert ist. Die Hülse 25 dient
zur Befestigung einer Anzahl von Magneten 26, die mit Gegenpolmagneten 28 wechselwirken,
die an einem Schwungrad 30 im Gehäuse 12 montiert sind.
Die Magnete 26, 28 sind so angeordnet, dass eine
induktive Kopplung durch den dazwischen angeordneten, nichtmagnetischen
Körperteil 32 hindurch
bereitgestellt wird. Somit wird durch die Magnete 26, 28 eine "berührungslose" Kopplung bereitgestellt
und es entfällt
die Notwendigkeit, Dichtungen oder etwas Ähnliches zwischen der Turbine 14 und
dem Gehäuse 12 bereitzustellen.
Das Schwungrad 30 ist an das Getriebe 18 gekoppelt,
das in Form eines Harmonic-Drive-Getriebes ausgeführt ist,
wie es beispielsweise von der Antriebstechnik GmbH aus Limburg/Lahn,
Deutschland, geliefert wird. Somit ist das Schwungrad 30 an
ein elliptisches Dornteil (das als Wave Generator bezeichnet wird) 34 gekoppelt,
um das herum ein nachgiebiges, dünnes
zylindrisches Gehäuseteil
mit Außenverzahnung (das
wegen der Kürze
der Darstellung als Flexspline bezeichnet wird) 36 montiert
ist. Außen
um den Flexspline 36 ist ein starrer Ring montiert, der
eine Innenverzahnung definiert und als Circular Spline 38 bezeichnet
wird. Der Wave Generator 34 weist ein Dünnring-Kugellager auf. Das
bevorzugte Getriebe 18 stellt eine Untersetzung von 80:1
bereit, so dass, wenn sich die Turbine 14 mit 2.000 1/min
dreht, dies auf die Antriebswelle 20 übersetzt wird, die sich somit mit
25 1/min dreht. Das Getriebe 18 ist natürlich mit geeigneten Lagern
versehen, in diesem Fall umfassen diese Schräglager 40 und Axial-Rillenkugellager 42 in
einem Lager-Getriebe-Aufnahmekörper 44.
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Wie
dargestellt, erstreckt sich die Antriebswelle nach rechts durch
eine druckkompensierte Dichtung 46, die Antriebswelle 20 kann
aber natürlich in
diesem Ende des Gehäuses 12 enden,
falls der Antrieb oder die Kopplung nicht auf beiden Seiten des
Gehäuses 12 erforderlich
ist. Die dargestellte Wellenkonfiguration wird eingesetzt, um die
Verbindung mit der Hindernis-Sensoreinheit 6 herzustellen, und
kann auch eingesetzt werden, um ein Schneidwerkzeug oder etwas Ähnliches,
das am Traktor montiert ist, anzutreiben, wie dies unter Bezugnahme auf 4 der Zeichnungen später beschrieben
wird.
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Die
Bürstentraktionselemente 22 umfassen jeweils
einen Nocken 48, der an der Antriebswelle 20 montiert
ist und sechs Elastomer-Finger 50, die durch die Drehung
der Antriebswelle 20 in eine Pendelbewegung oder in eine
Rückwärts- und
Vorwärtstaumelbewegung
versetzt werden. Wie in WO98\06927 beschrieben ist, sind die Nocken 48 versetzt,
um die vom jedem Traktionselement 22 bereitgestellte Traktion
zu variieren, so dass die Drehung der Antriebswelle 20 bewirkt,
dass sich die Traktoreinheit 10 in Richtung A durch ein
Rohr oder eine Leitung bewegt, die von den Enden der Finger 50 berührt wird.
Die Finger 50 sind an den jeweiligen Nocken 48 mit
Hilfe von Lagern 49 montiert und durch Verschieben der Finger 50 von
einer Seite der Lagerachse zur anderen, lässt sich die Traktionsrichtung
umkehren, so dass die Bewegung des Traktors in der zur urprünglichen
Antriebsrichtung entgegengesetzten Richtung erleichtert wird.
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Wie
oben erwähnt
wurde, ist die Hindernis-Sensoreinheit 6 an der vorderen
Traktoreinheit montiert und umfasst eine längliche Sonde 60,
die koaxial zur Traktoreinheit und zur Antriebswelle 20 montiert
ist. Wenn die Sonde 60 auf ein festes Hindernis trifft,
wird die Sonde 60 relativ zur vorderen Einheit 10 zurückgeschoben.
Die Rückwärtsbewegung
wird in eine entsprechende Bewegung der Antriebswelle 20 übersetzt
und durch die vordere Traktoreinheit 10 auf die Antriebswelle
der anderen Einheiten weitergeleitet und hat eine Anzahl von Auswirkungen.
Erstens kehrt die Axialbewegung jeder Traktoreinheits-Antriebswelle 20 die
Traktionsrichtung jedes Traktionselementes 22 um. Außerdem wird die Antriebswellenbewegung
ebenfalls auf das Servicemodul 8 weitergeleitet und triggert
die Auslösung
eines gefederten Fallschirms 62, der normalerweise in einer
eingezogenen Konfiguration im Modulkörper 64 enthalten
ist und zurückgehalten
wird. Folglich lässt sich
der Traktor 10 jetzt durch das sich bewegende Fluid zurückschieben.
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Dieses
Merkmal des Traktors 2 erleichtert den Arbeitsgang des
Herausholens, da der Traktor 2 in einer Pipeline an einem
geeigneten Ort eingebracht werden kann und sich dann durch die Pipeline fortbewegt,
und zwar gegen die Strömungsrichtung des
Fluids in der Pipeline, bis er auf ein festes Hindernis trifft.
Anstelle gegen das Hindernis zu fahren und sich vielleicht in der
Pipeline zu verklemmen, was eine komplexe und teuere Bergungsoperation erforderlich
machen würde,
erfasst die Sonde 60 das Vorhandensein des Hindernisses
und sorgt für
die automatische Richtungsumkehr des Traktors 2, der dann
vom ursprünglichen
Einsatzort aus herausgeholt werden kann.
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Die
Länge der
Sonde lässt
sich so auswählen,
dass der Traktor 2 beim Antreffen eines Bogens in der Pipeline,
der eine vorgegebene Krümmung aufweist,
umkehrt. Zum Beispiel kann gewünscht werden,
dass sich der Traktor durch eine Ölpipeline von einem Einsatzort
zu einem Bohrlochkopf fortbewegt, wobei bekannt ist, dass die Pipeline
dort einen 3D-Bogen aufweist. Durch Auswahl einer entsprechenden
Sondenläge
lässt sich
ein solcher Bogen als festes Hindernis erfassen; somit kehrt der
Traktor 2 automatisch seine Fortbewegungsrichtung um, nachdem
er den Bohrlochkopf erreicht hat.
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Die
Hindernis-Sensoreinheit 6 umfasst außerdem einen Messsensor 66,
der einen Lehrring 68 umfasst. Der Lehrring 68 ist
koaxial zur Traktoreinheit 10 montiert und umfasst Rollen 70,
um die Bewegung des Rings längs
der Rohrwand zu erleichtern. Der Messsensor 66 arbeitet
in einer ähnlichen
Weise wie die Sonde 60, d.h. beim Antreffen einer Querschnittsverengung
hinsichtlich des Lehrrings wird der Ring 68 relativ zur
sich vorwärtsbewegenden
Traktoreinheit 10 zurückgeschoben
und diese Bewegung wird in eine Bewegung der Antriebswelle 20 übersetzt,
mit ähnlichen
Auswirkungen auf die entsprechende Bewegung der Sonde 60.
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Das
Servicemodul 8, das den Fallschirm 62 enthält, dient
außerdem
zur Unterbringung verschiedener Sensoren, um beispielsweise den
Pipelinezustand zu erfassen, um die Früherkennung von Korrosion, Erosion
oder anderen Pipelineschäden
oder Defekten zu ermöglichen,
oder die Erfassung von Druck, Temperatur oder sonstigen Parameter
zu gestatten. Andere Geräte,
die die Signalsender und den Signalempfänger umfassen und die Fernüberwachung
oder Fernsteuerung des Traktors ermöglichen, können ebenfalls in dem Modul 8 bereitgestellt
werden. Das Modul 8 kann von einer Batterie oder etwas Ähnlichem
gespeist werden, oder kann Strom von einem Generator ziehen, der
von einer Turbine der Traktoreinheit mit Energie versorgt wird.
Bei anderen Ausführungsformen
kann das Modul 8 eine speziell dafür vorgesehene Turbine aufweisen.
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Jetzt
wird auf 4 der Zeichnungen
Bezug genommen, die eine Schneidwerkzeuganordnung 71 darstellt,
die an den Traktor 2 für
den Einsatz bei Pipeline-Reinigungsgängen montiert werden kann. Das
Schneidwerkzeug 71 ist dafür ausgelegt, an der vorderen
Traktoreinheit 10 montiert und von einer nach vorne verlängerten
Antriebswelle 20 angetrieben zu werden, gemäß der Darstellung
in 3, und zwar über ein
Getriebe, um eine geeignete Drehzahl bereitzustellen. Das Schneidwerkzeug 71 befindet sich
vor einem Lehrring 72 und weist zwei Sätze von sich radial erstreckenden
Schneidklingen 74, 76 auf, die in den zugehörigen Ringen 78, 80 montiert
sind, und einen Satz von sich axial und radial erstreckenden Klingen 82,
die sich zwischen den Klingensätzen 74, 76 erstrecken.
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Im
Einsatz wird das Schneidwerkzeug 70 in Drehung versetzt
und bewegt sich durch die Pipeline, wobei der Traktor Paraffin und
andere Ablagerungen ablöst
und aufbricht, die sich in der Pipeline angesammelt haben und wobei
die Ablagerungen dann durch das strömende Fluid am Traktor 2 vorbei,
in der entgegengesetzten Richtung zur Traktorbewegung, fortgespült werden.
Dies ist anders als bei den konventionellen Pipeline-Reinigungsmolchen,
die in der gleichen Richtung wie das strömende Fluid geschoben werden,
und somit das abgelöste
Material vor den Molchen herschieben, was zu einer Materialansammlung
führt,
die schließlich
die Fortbewegung des Molches verhindern kann.
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Das
Schneidwerkzeug 70 kann eine ähnliche Funktion wie sie für die Sonde 60 und
den Lehrring 68 oben beschrieben wurde erfüllen, und
zwar dahingehend, dass beim Antreffen eines Hindernisses, das vom
Schneidwerkzeug 70 nicht entfernt wurde, das Schneidwerkzeug 70 relativ
zur Traktoreinheit 10 zurückgeschoben wird und die Fortbewegungsrichtung des
Traktors 2 umgekehrt wird. Alternativ oder zusätzlich kann
das Schneidwerkzeug 70 so angeordnet werden, dass beim
Antreffen einer starken Ablagerung, die wahrscheinlich zur Verringerung
der Drehzahl des Schneidwerkzeugs führt, ein Drehzahlregler an
der Antriebswelle des Schneidwerkzeugs eine Rückwärtsbewegung der Antriebswelle 20 und des
Schwungrades 30 erzwingt, wodurch sich ein entsprechender
Fluchtungsfehler zwischen den Magneten 26, 28 ergibt
und somit der Kopplungsgrad zwischen der Turbine 14 und
der Antriebswelle 20 reduziert wird. Dies verringert die
Vorschubgeschwindigkeit des Traktors 2, so dass sich das
Schneidwerkzeug 70 langsamer fortbewegt und die Möglichkeit hat,
die Ablagerung zu beseitigen. Alternativ oder zusätzlich kann
der Kopplungsgrad unverändert
erhalten bleiben, aber die Antriebswelle 20 koaxial bewegt werden,
um die relative Positionierung der Bürstentraktionselemente 22 zu
variieren, um die Vorschubgeschwindigkeit zu verringern; diese Anordnung
bietet den Vorteil, dass sich die Leistungsaufnahme des Schneidwerkzeugs 70 nicht
verringert. Bei anderen Ausführungsformen
kann das Schneidwerkzeug 70 auch von einer speziell dafür vorgesehenen
Schneidwerkzeug-Turbine angetrieben werden.
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Für den Fachmann
ist es offensichtlich, dass die oben beschriebenen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung eine Traktoranordnung bereitstellen,
die sich ohne eine externe Energieversorgung durch eine Pipeline
oder eine andere Leitung oder ein Bohrloch, mit der Strömung oder
gegen die Strömung
des Fluids in der Pipeline, fortbewegen kann. Die Möglichkeit,
die Traktionsrichtung der bevorzugten Antriebsanordnung umzukehren,
erleichtert außerdem
das Herausholen des Traktors, wodurch das Einbringen und die Entnahme
des Traktors an der gleichen Stelle möglich ist. Die Bereitstellung der
magnetischen Kopplung bei der bevorzugten Ausführungsform zwischen der Turbine
und dem Getriebe und der Einsatz eines Harmonic-Drive-Getriebes
stellen eine kompakte und berührungslose
Kopplung zwischen der Turbine und dem Traktionselement bereit und
ermöglichen
es, die Turbine 14 konzentrisch um die Antriebswelle 20 zu
montieren.
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Für den Fachmann
ist es außerdem
offensichtlich, dass die oben beschriebenen Ausführungsformen nur Beispiele
für die
Realisierung der vorliegenden Erfindung sind, und dass zahlreiche
Abwandlungen und Verbesserungen daran gemacht werden können, ohne
dass vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abgewichen wird.