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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur axialen Positionierung eines auf zwei Radiallagereinrichtungen aufgenommenen, drehangetriebenen Rotors, bei dem zwei in einer Gestelleinrichtung einer Radiallagereinrichtung angeordnete, am Umfang des Rotors anliegende und mit ihren Achsen achsenparallel zur Längsachse des Rotors in der Gestelleinrichtung angeordnete Lagerrollen mittels einer Stelleinrichtung in ihrem Achsabstand in Abhängigkeit von einer axialen Verlagerung des Rotors während der Drehbewegung des Rotors verändert werden.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur axialen Positionierung eines auf zwei Radiallagereinrichtungen aufgenommenen Rotors mit zumindest einer als Antriebseinrichtung zum Drehantrieb des Rotors ausgebildeten Radiallagereinrichtung, die zwei mit ihren Rollenachsen achsenparallel zur Längsachse des Rotors in einer Gestelleinrichtung aufgenommene Lagerrollen aufweist, wobei der Achsabstand der Rollenachsen mittels einer Stelleinrichtung der Gestelleinrichtung symmetrisch zur Längsachse des Rotors veränderbar ist, und mit einer Messeinrichtung mit einer schwenkbar auf einer Geberachse eines Drehgebers angeordneten Kontakteinrichtung zur Anlage am Umfang des Rotors und mit einer Signalübertragungseinrichtung zur Übertragung des vom Drehgeber erfassten Messwertes an die Stelleinrichtung.
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Das vorgenannte Verfahren bzw. die vorgenannte Vorrichtung sind insbesondere geeignet zum Einsatz bei speziellen Schweißvorrichtungen, die zur Schweißverbindung von rotationssymmetrischen Segmenten oder Teilen dienen. Bei diesen Teilen kann es sich beispielsweise um Rohrelemente bzw. Rohrsegmente mit großem Durchmesser handeln oder etwa auch Turbinenwellensegmente, die miteinander verschweißt zur Herstellung einer Turbinenwelle dienen. Die dabei zu handhabenden Massen können in der Großenordnung von mehreren 100 Tonnen liegen, wobei die miteinander zu verbindenden Teile einen Durchmesser aufweisen können, der 10 Meter betragen kann.
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Bei derartigen Schweißvorrichtungen werden die miteinander zu verbindenden Teile auf den Radiallageranordnungen angeordnet, die eine entsprechend hohe Traglast aufweisen und entsprechend stabil ausgeführt sind. Dabei liegen die miteinander zu verbindenden Teile, die während der Durchführung der Schweißverbindung drehangetrieben werden und nachfolgend vereinfacht als Rotor bezeichnet werden sollen, auf Radiallagereinrichtungen auf, die jeweils zwei achsenparallel in der Radiallagereinrichtung bzw. einem Gestell der Radiallagereinrichtung angeordnete Rollen aufweisen. Zumindest eine dieser beiden Rollen kann drehangetrieben werden, um den mit seinem Umfang auf den beiden Rollen aufliegenden Rotor in eine Rotationsbewegung um seine Längsachse zu versetzen.
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Zur Herstellung der Schweißverbindung werden die jeweils auf zwei Radiallagereinrichtungen aufliegenden Rotorteile fluchtend miteinander ausgerichtet, derart, dass zwischen den gegenüberliegend angeordneten Stirnrändern der Rotorteile ein definierter Schweißspalt ausgebildet ist. In dieser Relativanordnung werden die Rotorteile an einem stationär angeordneten Schweißkopf vorbeibewegt, so dass es für die Qualität der zwischen den beiden Rotorteilen ausgeführten Schweißnaht entscheidend ist, dass zum einen die Spaltweite zwischen den Stirnrändern während der Rotationsbewegung der Rotorteile konstant ist und sich zum andern die Positionierung des Schweißspaltes gegenüber der Längsachse der Rotorteile nicht ändert. Beides lässt sich erreichen, indem die axiale Positionierung der Stirnränder der Rotorteile konstant gehalten wird.
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Da eine axiale Positionierung der Rohrteile über einen entsprechend ausgebildeten axialen Anschlag zwar leicht möglich wäre, die Anordnung des axialen Anschlags jedoch in Abhängigkeit von den Abmessungen der Rohrteile stets angepasst werden müsste, ist es wünschenswert eine axiale Positionierung der Rotorteile ohne einen definierten axialen Anschlag für die Rotorteile zu realisieren.
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Es hat sich herausgestellt, dass eine Möglichkeit zur axialen Positionierung von Rotorteilen während einer auf den Radiallagereinrichtungen ausgeführten Drehbewegung der Rotorteile darin besteht, die Lagerrollen der Radiallagereinrichtungen aus ihrer achsenparallelen Anordnung heraus zu verschwenken, derart, dass die Rollenachsen in der Horizontalebene gegeneinander verschwenkt sind und einen horizontalen Schwenkwinkel einschließen. Infolge dieser Anstellung der Rollenachsen zueinander und der zwischen der angetriebenen Rolle und dem Rotor ausgebildeten Traktion wird die Rotationsbewegung des Rotors zumindest teilweise in eine Translationsbewegung umgewandet, die je nach Anstellung der Rollenachsen eine axiale Bewegung des Rotors in die eine oder andere Richtung zur Folge hat. Diese durch die relative Anstellung der Rollenachsen in der Horizontalebene induzierte Translationsbewegung kann genutzt werden, um die Korrekturen in der axialen Positionierung der Rotorteile auszuführen, die notwendig sind, um die axiale Verlagerung des Rotors auszugleichen und damit im Ergebnis die axiale Positionierung des Rotors konstant zu halten.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung vorzuschlagen bzw. die die axiale Positionierung eines auf zwei Radiallagereinrichtungen aufgenommenen, drehangetriebenen Rotors vereinfacht.
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Zur Lösung dieser Aufgabe weist das erfindungsgemäße Verfahren die Merkmale des Anspruchs 1 auf.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden zwei in einer Gestelleinrichtung einer Radiallagereinrichtung angeordnete, am Umfang des Rotors anliegende und mit ihren Achsen achsenparallel zur Längsachse des Rotors in der Gestelleinrichtung angeordnete Lagerrollen in ihrem Achsabstand in Abhängigkeit von einer axialen Verlagerung des Rotors während der Drehbewegung des Rotors verändert.
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Im Gegensatz zu einem Verfahren, bei dem die Lagerrollen in der Horizontalebene gegeneinander verschwenkt werden, um eine relative Anstellung der Rollenachsen in der Horizontalebene und damit eine induzierte Translationsbewegung des Rotors zu erreichen, ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eine in der Ausführung wesentlich einfachere Änderung des Achsabstands der Lagerrollen ausreichend, um eine axiale Translationsbewegung des Rotors zu induzieren. Es wurde nämlich festgestellt, dass ein Neigung der Längsachse des Rotors gegenüber der Horizontalebene bewirkt durch eine Änderung des Achsabstands der Lagerrollen einer Radiallagereinrichtung zur Induzierung einer axialen Translationsbewegung des Rotors führt. Insbesondere erfolgt die Induzierung der axialen Translationsbewegung derart, dass eine axiale Translationsbewegung in Richtung des jeweils nach oben aus der Horizontalebene herausragenden axialen Endes des Rotors erfolgt.
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Im Ergebnis wird somit beispielsweise durch eine Reduzierung des Achsabstands zwischen den Lagerrollen der das linke Ende des Rotors abstützenden Radiallagereinrichtung eine axiale Translationsbewegung des Rotors in Richtung auf das linke Ende des Rotors bzw. die zugeordnete Radiallagereinrichtung bewirkt. Damit wird bezogen auf einen beliebigen Punkt am Umfang des Rotors aus einer Kreisbewegung infolge des Drehantriebs des Rotors eine Spiralbewegung mit der Folge, dass sich der Rotor in einer Art Schraubenbewegung in Richtung auf die dem höher liegenden Ende des Rotors zugeordnete Radiallagereinrichtung bewegt.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren beruht wird durch eine geeignete Messeinrichtung die axiale Verlagerung des Rotors bzw. des Rotorumfangs gemessen und anschließend eine entsprechende Änderung des Achsabstands der Lagerrollen so lange ausgeführt, bis die zuvor durch die Messeinrichtung erfasste axiale Verlagerung ausgeglichen ist. Bei geeigneter Empfindlichkeit der Messung der axialen Verlagerung und entsprechend kurzer Reaktionszeit bzw. schnell ausgeführter Abstandsänderung zwischen den Lagerrollen lässt sich somit die axiale Verlagerung bis auf ein Minimum bzw. einen tolerierbaren Wert begrenzen.
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Bei einer besonders vorteilhaften Variation des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die axiale Verlagerung des Rotors mittels einer am Umfang des Rotors anliegenden Kontakteinrichtung erfasst, so dass es möglich ist, die Kontakteinrichtung in beliebiger axialer Position am Umfang des Rotors anzuordnen, sodass in besonderer Weise auf besondere bauliche Gegebenheiten bei der Positionierung der Kontakteinrichtung Rücksicht genommen werden kann, ohne dass sich hierdurch Beeinträchtigungen in der Durchführung des Verfahrens ergeben würden.
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Wenn die Kontakteinrichtung eine axiale Verlagerung des Rotors als Schwenkwinkel an einen Drehgeber einer Messeinrichtung überträgt und dieser Messwert als Stellwert zur Änderung des Achsabstands der Lagerrollen an die Stelleinrichtung übermittelt wird, ist die sichere Erfassung eines axialen Signals bei gleichzeitiger einfacher und funktionssicherer Ausführung des Messwertgebers möglich.
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Zur Lösung der vorgenannten Aufgabe weist die erfindungsgemäße Vorrichtung die Merkmale des Anspruchs 4 auf.
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Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist zumindest eine Radiallagereinrichtung als Antriebseinrichtung zum Drehantrieb des Rotors ausgebildet und weist zwei mit ihren Rollenachsen achsenparallel zur Längsachse des Rotors in einer Gestelleinrichtung aufgenommene Lagerrollen auf, wobei der Achsabstand der Rollenachsen mittels einer Stelleinrichtung der Gestelleinrichtung symmetrisch zur Längsachse des Rotors veränderbar ist. Darüber hinaus ist die erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer Messeinrichtung versehen, die eine schwenkbar auf einer Geberachse eines Drehgebers angeordnete Kontakteinrichtung zur Anlage am Umfang des Rotors aufweist, und die mit einer Signalübertragungseinrichtung zur Übertragung des vom Drehgeber ermittelten Messwertes an die Stelleinrichtung versehen ist.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Geberachse der Messeinrichtung eine Teleskopeinrichtung zur variablen Einstellung des Abstands zwischen der Kontakteinrichtung und dem Drehgeber aufweist, so dass notwendige Anpassungen der Relativpositionierung der Kontakteinrichtung gegenüber dem Umfang des Rotors leicht vorgenommen werden können. Wenn die Kontakteinrichtung eine Kontaktrolle aufweist, die am freien Ende eines schwenkbar am der Geberachse angeordneten Kontakthebels angeordnet ist, kann die Kontakteinrichtung sich selbsttätig zur aktuellen Bewegungsrichtung des Rotors ausrichten, so dass eine unmittelbare Übertragung der Schwenkbewegung der Kontakteinrichtung über die Geberachse zum Drehgeber möglich ist.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Kontaktrolle mit einer in Richtung der Geberachse wirkenden Federeinrichtung versehen ist, so dass durch die Federeinrichtung für den notwendigen Kontaktdruck zur unmittelbaren, im wesentlichen schlupffreien Übertragung der Translationsbewegung des Rotors in eine Schwenkbewegung der Kontakteinrichtung gesorgt ist.
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Eine besonders vorteilhafte Möglichkeit der Realisierung einer durch eine Federeinrichtung erzeugten Andruckkraft ergibt sich, wenn die Federeinrichtung als Druckfedereinrichtung zwischen dem in einer vertikalen Ebene schwenkbar an der Geberachse angeordneten Kontakthebel und der Geberachse ausgebildet ist.
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Eine Messeinrichtung für eine Vorrichtung zur axialen Positionierung eines auf zwei Radiallagereinrichtungen aufgenommenen Rotors weist die Merkmale des Anspruchs 9 auf. Dabei ist die Geberachse in einer von den Radiallagereinrichtungen unabhängig ausgebildeten Gestelleinrichtung angeordnet, so dass in einer möglichen alternativen Ausführungsform zu einer in die Gestelleinrichtung einer Radiallagereinrichtung integrierten Messeinrichtung die Messeinrichtung als eigenständige bauliche Einheit unabhängig von einer Radiallagereinrichtung handhabbar ist, um beispielsweise die Messeinrichtung auch im Zusammenwirken mit Einrichtungen zur axialen Verschiebung des Rotors auf einer Radiallagereinrichtung verwenden zu können, die nicht über eine Einrichtung zur Änderung des Achsabstands der Lagerrollen verfügen, so dass die axiale Verschiebung des Rotors in Abhängigkeit von Messwerten der Messeinrichtung durch andere geeignete Einrichtungen erfolgt.
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Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung anhand Erläuterung einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
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Es zeigen
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1 eine Vorrichtung zur axialen Positionierung in perspektivischer Darstellung;
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2 eine schematische Darstellung einer Radiallagereinrichtung mit einer am Umfang eines Rotors angeordneten Messeinrichtung;
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3 eine Messeinrichtung in isometrischer Darstellung.
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1 zeigt einen als Rohrteilstück ausgebildeten Rotor 10, der auf zwei Radiallagereinrichtungen 11, 12 angeordnet ist, die jeweils zwei in einer Gestelleinrichtung 13, 14 aufgenommene Lagerrollen 15, 16 bzw. 17, 18 aufweisen. Im vorliegenden Fall ist jeweils eine Lagerrolle 15 bzw. 17 der Radiallagereinrichtungen 11, 12 angetrieben, so dass der Rotor 10 in eine Rotationsbewegung um seine Längsachse 19 versetzt wird.
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In der in 1 dargestellten stationären Konfiguration ist die Längsachse 19 des Rotors 10 im wesentlichen horizontal ausgerichtet, was sich bereits aus einer entsprechenden Anordnung der Rollenachsen 20, 21, 22, 23 der Lagerrollen 15 bis 18 bei einheitlichem Durchmesser der Lagerrollen 15 bis 18 ergibt. Wie 1 zeigt, ist im Fall der dargestellten Konfiguration die linke Radiallagereinrichtung 11 mit einer in der Gestelleinrichtung 13 angeordneten Stelleinrichtung 24 versehen, die eine Änderung des Achsabstands A zwischen den Rollenachsen 20, 21 der Lagerrollen 15, 16 ermöglicht. Hierzu greift die Stelleinrichtung 24 mit axial relativ zueinander verstellbaren Stellkomponenten 25, 26 an Gestellteile 27, 28 an, auf denen die Rollenachsen 20, 21 gelagert sind. Die Gestellteile 27, 28 sind auf einer Gestellbasis 29 in Gleitlagereinrichtungen 30, 31 gelagert.
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Bei der in 1 dargestellten Ausführungsform weisen die Stellkomponenten 25, 26 eine Stellspindel 32 und eine Spindelmutter 33 auf, die über einen Motor 34 angetrieben wird und so eine Verkleinerung oder Vergrößerung des Achsabstands A ermöglicht. Dabei sind die Gestellteile 27, 28 bezüglich ihres Abstandes zur Längsachse 19 des Rotors 10 symmetrisch angeordnet, so dass sich eine Änderung des Achsabstands A entsprechend symmetrisch zur Längsachse 19 einstellt.
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Abweichend von der Radiallagereinrichtung 11 kann die Gestelleinrichtung 14 der Radiallagereinrichtung 12 bezüglich eines Achsabstands B der Rollenachsen 22, 23 der Lagerrollen 17, 18 unveränderbar ausgeführt sein.
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Wie 1 ferner zeigt, ist unterhalb des Rotors 10 eine Messeinrichtung 35 angeordnet, die mit ihrer Gestelleinrichtung 36 auf einer gemeinsamen, beispielsweise durch einen Hallenboden 37 ausgebildeten Basis angeordnet ist. Die Messeinrichtung 35 weist eine in der Gestelleinrichtung 36 höhenveränderbar aufgenommene Geberachse 38 auf, die zusammen mit einer ebenfalls in der Gestelleinrichtung 36 aufgenommenen Geberbasis 44 einen Drehgeber 39 ausbildet. Am oberen Ende der Geberachse 38 befindet sich ein um eine horizontale Gelenkachse 40 schwenkbar aufgenommener Kontakthebel 41, der zusammen mit einer am freien Ende des Kontakthebels 41 angeordneten Kontaktrolle 42 eine Kontakteinrichtung 43 bildet. Die Geberachse 38 ist gegenüber der Geberbasis 44 des Drehgebers 39 um ihre Längsachse 45 frei verschwenkbar in der Gestelleinrichtung 36 aufgenommen, so dass bei am Umfang 46 des Rotors 10 anliegender Kontaktrolle 42 eine axiale Verschiebung des Rotors 10 in Richtung der Längsachse 19 ein entsprechendes Verschwenken des Kontakthebels 41 um die Längsachse 45 der Geberachse bewirkt, und die Geberachse 38 gegenüber der Geberbasis 44 um einen entsprechenden Drehwinkel verlagert wird. Ein mit diesem Drehwinkel proportionales Ausgangssignal wird mittels eine Signalübertragungseinrichtung 48 zum Motor 34 übertragen und bewirkt mittels des Motors 34 eine entsprechende Änderung der axialen Positionierung der Spindelmutter 33 auf der Stellspindel 32 mit entsprechender Auswirkung auf den Achsabstand A.
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Die anhand der 1 vorstehend erläuterte Vorrichtungskonfiguration ermöglicht die Durchführung eines Verfahrens, bei dem die Radiallagereinrichtung 11 zusammen mit der Messeinrichtung 35 eine Positionierungsvorrichtung 47 ausbildet. Die Wirkungsweise dieser Positionierungsvorrichtung 47 wird nachfolgend kurz erläutert.
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In der in 1 beispielhaft dargestellten Ausgangskonfiguration ist die Längsachse 19 des Rotors 10 im Wesentlichen horizontal ausgerichtet. Da für den Rotor 10, der mit seinem Umfang 46 auf den Lagerrollen 15, 16, 17 und 18 der Radiallagereinrichtungen 11, 12 während der Drehbewegung aufliegt kein axialer Anschlag vorgesehen ist, der eine axiale Verlagerung des Rotors 10 auf den Radiallagereinrichtungen 11, 12 verhindern würde, kann es beispielsweise in Folge von Formtoleranzen des Rotorumfangs 46 oder bei sich ändernden Reibungs- bzw. Traktionsverhältnissen zwischen den Lagerrollen 15 bis 18 und dem Umfang 46 des Rotors 10 zu axialen Verschiebungen oder Verlagerungen des Rotors 10 in Richtung seiner Längsachse 19 kommen. Wenn es zu einer axialen Verlagerung des Rotors 10 in Richtung auf die in 1 linke Radiallagereinrichtung 11 kommt, erfolgt eine entsprechende Drehwinkeländerung der Geberachse 38 gegenüber der Geberbasis 44. Die Signalübertragungseinrichtung 48 überträgt ein proportionales Stellsignal auf den Motor 34, der mittels eines proportionalen Drehbewegung der Spindelmutter 33 eine Vergrößerung des Achsabstand A bewirkt, mit der Folge, dass sich der Rotor 10 nach rechts in Richtung auf das höher liegende Ende seiner Längsachse 19 bewegt. Dabei beschreibt ein beliebiger Punkt P auf dem Umfang 46 des Rotors 10 eine spiralförmige Bewegungsbahn, die in 1 qualitativ angedeutet ist. Eine axiale Verlagerung des Rotors 10 in Richtung auf die in 1 rechte Radiallagereinrichtung 12 hätte in entsprechender Weise eine Verkürzung des Achsabstand A zwischen den Lagerrollen 15, 16 der Radiallagereinrichtung 11 zur Folge, mit dem Ergebnis, dass eine entsprechende Gegenbewegung des Rotors 10 nach links induziert wird.
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Abweichend von der beispielhaft dargestellten Konfiguration in 1 ist es natürlich auch möglich, beide Radiallagereinrichtungen 11, 12 bezüglich des Achsabstands A bzw. B zwischen den Rollenachsen 20, 21 bzw. 22, 23 veränderbar auszuführen und beide Radiallagereinrichtungen 11, 12 signaltechnisch mit der Messeinrichtung 42 zu koppeln. Wie in 1 angedeutet, befindet sich in fluchtender Anordnung mit dem Rotor 10 ein weiterer Rotor 50 auf hier nicht näher dargestellten Radiallagereinrichtungen aufgenommen, derart, dass zwischen einander gegenüberliegenden Stirnrändern 51, 52 der Rotoren 10 und 50 ein Spalt 53 ausgebildet ist. Dieser Spalt 53 weist ein Spaltmaß S auf, das mittels der an beiden Rotoren 10, 50 vorgesehenen Positionierungsvorrichtungen 47 dadurch konstant gehalten werden kann, dass die jeweilige axiale Positionierung der Stirnränder 51, 52 mittels der Positionierungsvorrichtungen 47 konstant gehalten wird.
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2 zeigt in einer schematischen Darstellung die Anordnung des Rotors 10 auf den Lagerrollen 15, 16 einer Stirnansicht, wobei erkennbar ist, dass die Geberachse 38 bzw. die Längsachse 45 der Geberachse 38 vorzugsweise mittig zwischen den Rollenachsen 20, 21 der Lagerrollen 15, 16 angeordnet ist. Die Geberachse 38 weist eine Teleskopeinrichtung auf, die es, wie in 2 dargestellt, ermöglicht, die Geberachse 38 bzw. die Kontakteinrichtung 43 der Geberachse 38 in unterschiedlichen Höhen zu positionieren. So zeigt die 2 in einer strichpunktierten Darstellung die Geberachse 38 in ihrem im Wesentlichen vollständig in die Gestelleinrichtung 36 abgesenkten Zustand sowie mit durchgezogenem Linienverlauf die Geberachse 38 in ausgefahrenem Zustand, in dem die Kontakteinrichtung 43 bzw. die Kontaktrolle 42 der Kontakteinrichtung 43 seitlich um die Hebellänge L zur Längsachse 45 versetzt am Umfang 46 des Rotors 10 anliegt.
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3 zeigt in isometrischer Darstellung eine mögliche Ausführungsform der Messeinrichtung 35, bei der die mit der Teleskopeinrichtung 54 versehene Geberachse 38 in der Gestelleinrichtung 36 aufgenommen ist. Zur höhenveränderbaren Fixierung eines Schaftrohrs 55 der Teleskopeinrichtung 54 ist dieses mit einem Klemmhebel 56 in der Gestelleinrichtung 36 gehalten. Am unteren Ende der Geberachse 38 befindet sich die Geberbasis 44, die zusammen mit der Geberachse 38 den Drehgeber 39 ausbildet.
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Zur Erzeugung eines ausreichenden Kontaktdrucks, mit dem die Kontaktrolle 42 der Kontakteinrichtung 43, die sich am oberen Ende der Geberachse 38 befindet, am Umfang 46 des Rotors 10 anliegt (siehe 2) ist der über die Gelenkachse 40 schwenkbar mit der Geberachse 38 verbundene Kontakthebel 41 mit einer hier als Schenkelfeder ausgebildeten Federeinrichtung 57 versehen, wobei ein erster Schenkel 58 am Kontakthebel 41 und ein zweiter Schenkel 59 an der Geberachse 38 festgelegt ist. Zur vereinfachten Positionierung der Kontakteinrichtung 43 gegen den Umfang 46 des Rotors 10 bzw. Einstellung der Länge der Geberachse 38 ist ein Handgriff 60 vorgesehen, der im vorliegenden Fall durch eine Verlängerung der Gelenkachse 40 gebildet ist.
