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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verspreizung in einem Hohlraum, insbesondere in einer Armatur, insbesondere einem Stellventil in einem Kraftwerk, und ein Verfahren zur Montage der Vorrichtung.
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Bei einer Armatur handelt es sich beispielsweise um eine Regelarmatur, eine Absperrarmatur oder eine sonstige Baugruppe mit rotationssymmetrischen Abschnitten, wie sie in der Prozesstechnik, in der Lüftungs-, Klima- und Heizungstechnik, in Wasser- und Kraftversorgungen, in Anlagen der chemischen Industrie wie Raffinerien, in Kraftwerken etwa mit Dampfturbinen, in Fernwärmenetzen oder auch in Pipelines gebräuchlich sind. Unter dem Begriff "Armatur" sollen im Folgenden also ganz allgemein Baugruppen und Gehäuse mit rotationssymmetrischen Bereichen verstanden werden. Hierzu zählen in Kraftwerken beispielsweise auch Vorwärmer und Nachkühler, sowie Ventile aller Art.
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Armaturen können bei entsprechender Ausgestaltung unter anderem zur Regelung eines Durchflusses, zum Verschließen von Leitungen oder zur Reduzierung eines Drucks verwendet werden. Sie können ferner durch mechanische Beanspruchung bei Öffnen und Schließen, durch hohe Drücke, Korrosion, wechselnde und hohe Temperaturen sowie andere Einflüsse eines die Apparatur durchströmenden Fluids Verschleißerscheinungen aufweisen. Diese können dazu führen, dass auch gepanzerte, etwa stellitierte oder anderweitig gehärtete Dichtflächen Risse entwickeln. Da die Armaturen für den Betrieb der jeweiligen Anlage häufig unabdingbar sind, ist eine Stilllegung zur Reparatur mit hohen Kosten verbunden.
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Die
DE 10 2005 004 232 A1 beschreibt ein Verfahren zur Reparatur einer Armatur, bei dem Dichtflächen rissfrei und stetig, aber auch in einer genau definierten Höhe gehalten werden sollen, welche konstruktiv vorgegeben ist. Entsprechend der
DE 10 2005 004 232 A1 wird hierzu ein Bearbeitungsbereich zunächst spanend abgetragen, wodurch auch Risse entfernt werden. Das spanende Abtragen wird durch Schleifen, Drehen und/oder Fräsen, gegebenenfalls auch in Kombination, bewerkstelligt. Anschließend erfolgt ein Auftragschweißen, durch welches der Bearbeitungsbereich über eine definierte Höhe hinaus erhöht wird. Durch abschließendes Nivellieren wird der Bearbeitungsbereich auf das Niveau vor der Reparatur gebracht und ggf. poliert. Vor den Bearbeitungsschritten werden Antrieb und Führung der entsprechenden Werkzeuge jeweils justiert. Bei der Zerspanung kommen meist herkömmliche CNC-Bearbeitungszentren zum Einsatz, die an die spezifischen Anforderungen bei der Ventilbearbeitung angepasst sein können.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Verspreizung in einem Hohlraum und ein Verfahren zur Montage der Vorrichtung zu schaffen, mit denen Herstellungs- oder Reparaturarbeiten weiter vereinfacht und/oder verkürzt werden können.
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Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur Verspreizung in einem Hohlraum, insbesondere in einer Armatur, insbesondere einem Stellventil in einem Kraftwerk, mit mindestens drei ausfahrbaren Stützen gelöst, welche radial zu einer ersten Symmetrieachse an einem Basisbauteil montiert sind. Die Vorrichtung umfasst ferner eine Zentrierhülse für ein zu zentrierendes Bauteil, wobei eine Symmetrieachse der Zentrierhülse parallel zu der ersten Symmetrieachse ist. Die Zentrierhülse ist auf einem Ausrichtungselement angeordnet, mit welchem die Zentrierhülse in einem Verstellbereich in radialer Richtung zu der ersten Symmetrieachse fixierbar ist.
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Bei dem Verfahren zur Montage der Vorrichtung in einer Armatur, insbesondere einem Stellventil in einem Kraftwerk, wird die Vorrichtung in die Armatur eingeführt. Die Stützen werden daraufhin ausgefahren, wodurch die Vorrichtung in der Armatur verspreizt wird. Die Zentrierhülse wird in einem Verstellbereich so fixiert, dass die Symmetrieachse der Zentrierhülse mit einer Mittelachse der Armatur zur Deckung kommt.
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Die im Folgenden genannten Vorteile müssen nicht notwendigerweise durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche erzielt werden. Vielmehr kann es sich hierbei auch um Vorteile handeln, welche lediglich durch einzelne Ausführungsformen, Varianten oder Weiterbildungen erzielt werden.
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Die Vorrichtung stellt eine Spreizaufnahme zur Kraftabstützung von Werkzeugen in beliebigen Hohlräumen, beispielsweise in Ventilgehäusen bereit. Während unterschiedlicher Schritte einer Bearbeitung einer Armatur kann die Vorrichtung als exakt reproduzierbare Werkzeugabstützung in der Armatur verbleiben. Die Vorrichtung stellt somit ein flexibles Abstützelement in Gehäusen mit beliebigen Abmessungen bereit.
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Der Verstellbereich beträgt beispielsweise +/–3 mm in einer X- und Y-Richtung. Das Ausrichtungselement ist beispielsweise als X-Y-Justageschlitten ausgeführt. Es ermöglicht eine Justage der Zentrierhülse in dem Verstellbereich mit einer Genauigkeit von beispielsweise 0,01 mm und damit ein hochgenaues Bezugssystem zu einer Symmetrieachse, welche beispielsweise durch einen rotationssymmetrischen Bearbeitungsbereich des Hohlraums vorgegeben ist. Die gute Wiederholgenauigkeit bei der Positionierung von Werkzeugen in der Zentrierhülse ermöglicht einen schnellen und reproduzierbaren Werkzeugwechsel, welcher keine weitere Vermessung und Neuausrichtung erfordert. Die wiederholgenaue Werkzeugabstützung entfaltet ihre Vorteile insbesondere im Zusammenspiel mit einem Werkzeugwechselsystem für multifunktionale Bearbeitungs- und Messaufgaben.
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Beispielsweise wird die Vorrichtung unmittelbar hinter einem Ventilsitz in einem Ventilgehäuse eingebaut. Das Ventilgehäuse muss nun nur einmalig vermessen werden, woraufhin die Zentrierhülse mittels des Ausrichtungselementes auf eine Symmetrieachse des Ventilgehäuses automatisiert zentriert werden kann. Nach dieser einmaligen Ausrichtung kann die Vorrichtung während der kompletten Sanierungsarbeiten im Gehäuse verbleiben. Alle notwendigen Werkzeuge können über einen Aufnahmekonus mit reproduzierbarer Genauigkeit in der Zentrierhülse der Vorrichtung angedockt werden.
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Die Vorrichtung ermöglicht eine exakte Mittel-Ausrichtung von Werkzeugen, welche in der Zentrierhülse angedockt sind. Weiterhin stellt sie für diese Werkzeuge ein Bezugssystem mit präziser Wiederholgenauigkeit bereit. Die Vorrichtung ermöglicht weiterhin eine Stabilisierung der Werkzeuge, welche in der Zentrierhülse angedockt sind. Die Kraftabstützung im Ventilgehäuse ist hierbei auch für zerspanende Bearbeitungsvorgänge gehärteter Oberflächen ausreichend.
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Die Zentrierhülse kann im Ausrichtungselement sphärisch gelagert sein. Vorzugsweise benötigt die Vorrichtung keine Zuleitungen und verfügt über keine eigenen Aktuatoren.
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Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet die Vorrichtung eine rotationssymmetrisch um die erste Symmetrieachse angeordnete Nabe, insbesondere eine Keilnabe, sowie ein Getriebe, welches ein Ausfahren der Stützen durch Drehung der Nabe ermöglicht. Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, dass die Vorrichtung unter Verwendung eines geeigneten Werkzeugs automatisiert in einem Hohlraum zentrisch verspreizt werden kann, indem eine Welle in die Nabe eingreift und diese dreht. Das Getriebe ist beispielsweise analog zu einem Dreibacken-Spannfutter konstruiert.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Ausrichtungselement ein selbsthemmender X-Y-Schiebeschlitten.
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In einer Weiterbildung weist das Ausrichtungselement eine erste Antriebswelle für ein erstes Stellgetriebe zum Verfahren der Zentrierhülse in einer X-Richtung innerhalb des Verstellbereiches auf. Das Ausrichtungselement weist weiterhin eine zweite Antriebswelle für ein zweites Stellgetriebe zum Verfahren der Zentrierhülse in einer zur X-Richtung orthogonalen Y-Richtung innerhalb des Verstellbereiches auf. Der Verstellbereich beträgt beispielsweise +/–3 mm sowohl in X- als auch in Y-Richtung, mit einer Genauigkeit von 0,01 mm.
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Gemäß einer Ausführungsform weisen die erste Antriebswelle und die zweite Antriebswelle jeweils einen mechanischen Anschluss zur Drehmomentübertragung auf. Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, dass ein getrenntes Montagewerkzeug mit geeigneten Stellantrieben an die mechanischen Anschlüsse der ersten und zweiten Antriebswelle angedockt werden kann, wodurch eine automatisierte Zentrierung der Zentrierhülse durch das Montagewerkzeug möglich wird.
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In einer Weiterbildung beinhaltet die Vorrichtung einen ersten Stellantrieb, welcher mit der ersten Antriebswelle verbunden ist, sowie einen zweiten Stellantrieb, welcher mit der zweiten Antriebswelle verbunden ist. Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Vorrichtung ferner eine Batterie zur Energieversorgung des ersten und zweiten Stellantriebs. Hierdurch wird die Vorrichtung in die Lage versetzt, das Ausrichtungselement selbst in die benötigte Position zu verfahren. Entsprechende Steuerdaten können drahtlos empfangen werden.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die Zentrierhülse als Kegelschale geformt.
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In einer Weiterbildung ist die Zentrierhülse mit einem sphärischen Ausgleichselement gelagert. Dies hat den Vorteil, dass Winkelfehler während des mittigen Ausrichtens ausgeglichen werden können.
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In einer Weiterbildung des Verfahrens wird zum Ausfahren der Stützen eine rotationssymmetrisch um die erste Symmetrieachse angeordnete Nabe, insbesondere eine Keilnabe, gedreht, wodurch ein Getriebe die Stützen ausfährt.
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Diese Weiterbildung ermöglicht ein automatisiertes Montieren der Vorrichtung durch Drehen einer Welle, welche in der Nabe positioniert ist.
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Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens erstellt nach dem Verspreizen der Vorrichtung ein Messwerkzeug, welches in der Zentrierhülse gelagert ist, ein dreidimensionales Abbild eines rotationssymmetrischen Bearbeitungsbereiches der Armatur. Eine Recheneinheit berechnet aus dem dreidimensionalen Abbild die Mittelachse der Armatur, welche die Symmetrieachse des rotationssymmetrischen Bearbeitungsbereiches ist. Eine Steuerung steuert einen ersten Stellantrieb und einen zweiten Stellantrieb so an, dass ein erstes Stellgetriebe und ein zweites Stellgetriebe die Zentrierhülse so verfahren, dass die Symmetrieachse der Zentrierhülse mit der Mittelachse der Armatur zur Deckung kommt.
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Diese Ausführungsform ermöglicht ein automatisiertes Vermessen einer Abweichung der Zentrierhülse von einer gewünschten Mittelposition. Das Messwerkzeug verwendet zur Erstellung des dreidimensionalen Abbildes beispielsweise einen 2D-Laserscanner, welcher auf einem Rotor gedreht wird. Das Messwerkzeug kann hierbei als Montagewerkzeug ausgeführt sein, welches die Welle zum Eingriff in die Nabe bereitstellt und weiterhin über den ersten und den zweiten Stellantrieb verfügt, mittels welcher das Ausrichtungselement, beispielsweise ein selbsthemmender X-Y-Schiebeschlitten, automatisiert korrigiert werden kann. Das Messwerkzeug kann anschließend von der Vorrichtung gelöst werden, so dass diese mit der zentrierten Zentrierhülse passiv im Gehäuse verbleibt. Das gleiche Messwerkzeug kann auch zur Demontage der Vorrichtung verwendet werden.
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In einer Weiterbildung verbleibt die Armatur während der Durchführung des Verfahrens am Ort ihres Betriebs zumindest teilweise eingebaut.
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Die Vorrichtung kann zur zentrierten Halterung von Werkzeugen in einer Armatur, insbesondere einem Stellventil in einem Kraftwerk, verwendet werden.
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Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Figuren näher erläutert. In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen, sofern nichts anderes angegeben ist. Es zeigen:
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1 ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Verspreizung in einem Hohlraum,
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2 eine rückseitige Ansicht der Vorrichtung aus 1,
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3 eine seitliche Ansicht der Vorrichtung aus 1 und 2, welche mittels einer Zentrierhülse ein Andocken von Werkzeugen mit präziser Wiederholgenauigkeit ermöglicht,
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4 eine Montage der Vorrichtung aus 1 bis 3 in einer Armatur,
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5 die Vorrichtung aus 1 bis 3, nachdem sie in eine Armatur eingebaut wurde,
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6 die Vorrichtung aus 1 bis 3, nachdem sie im Bereich eines Flansches eines Stellventils eingebaut wurde, und
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7 eine Schleifbearbeitung einer Flanschfläche einer Armatur, bei der die Vorrichtung zur Stabilisierung eines Schleifwerkzeugs dient.
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1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 41 zur Verspreizung in einem Hohlraum. An einem Basisbauteil B sind drei ausfahrbare Stützen S1, S2, S3 montiert. In der Mitte der drei ausfahrbaren Stützen S1, S2, S3 ist eine Nabe N angeordnet. Die ausfahrbaren Stützen S1, S2, S3 können durch Drehen der Nabe N ausgefahren werden. Die Nabe N dient somit als Antriebs-Einleitung für die Spreizfunktion der Vorrichtung 41.
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Vor der Nabe N befindet sich eine Zentrierhülse Z, welche durch Antrieb von zwei Antriebswellen W1, W2, welche ein Ausrichtungselement A in einer X-Richtung und einer dazu orthogonalen Y-Richtung verfahren, in einem Verstellbereich von beispielsweise +/–3 mm mit einer Genauigkeit von 0,01 mm fixierbar ist. Das Ausrichtungselement A ermöglicht somit eine automatisierte Feineinstellung der Zentrierhülse Z in X- und Y-Richtung. Die Zentrierhülse Z stellt eine wiederholgenaue Werkzeugabstützung in dem Hohlraum bereit. Sie kann sphärisch gelagert sein, um Winkelfehler während des mittigen Ausrichtens auszugleichen.
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2 zeigt eine rückseitige Ansicht der Vorrichtung 41, die in Verlängerung der Nabe N ein Getriebe zum Ausfahren der ausfahrbaren Stützen S1, S2, S3 zeigt, welches Ähnlichkeiten zu einem Dreibacken-Spannfutter aufweist. Der Spannhub beträgt beispielsweise mehr als 50 mm. Hierdurch ergibt sich für die ausfahrbaren Stützen S1, S2, S3 ein variabler Spann-Durchmesser mit flexiblen Einbaumöglichkeiten für die Vorrichtung 41.
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3 zeigt erneut die Vorrichtung 41, welche eine wiederholgenaue Werkzeugabstützung in einem Hohlraum ermöglicht. Hierzu müssen lediglich Werkzeuge mit einem Zentrierkonus in der Zentrierhülse Z angedockt werden.
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4 zeigt einen Einbau der Vorrichtung 41 im Inneren einer Armatur 2. Die Vorrichtung 41 steckt hierbei auf einem Montagewerkzeug, welches an seinem Ende einen Konus aufweist, der in der Zentrierhülse der Vorrichtung 41 angedockt hat. Mittels einer in 4 nicht sichtbaren Welle wird die Nabe der Vorrichtung 41 angetrieben, wodurch die ausführbaren Stützen S1, S2, S3 mittels des in 2 gezeigten Getriebes ausgefahren werden, wodurch die Vorrichtung 41 in der Armatur 2 verspreizt wird. Das Montagewerkzeug kann weiterhin mittels Stellantrieben in die erste Antriebswelle und die zweite Antriebswelle eingreifen und so das Ausrichtungselement A verfahren, wodurch die Zentrierhülse auf eine rotationssymmetrische Mittelachse der Armatur 2 justierbar ist.
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5 zeigt die Vorrichtung 41 entsprechend den Ausführungsbeispielen aus 1 bis 3 im eingebauten Zustand im hinteren Teil einer Armatur 2, beispielsweise unmittelbar hinter einer Ventilsitzfläche.
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6 zeigt die Vorrichtung 41 entsprechend den Ausführungsbeispielen aus 1 bis 3, welche in der Nähe eines Flansches einer Armatur 2 verspreizt ist. Hierdurch stellt die Vorrichtung 41 eine wiederholgenaue Werkzeugabstützung zur Bearbeitung einer Flanschfläche oder einer Deckelanlagefläche bereit.
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Ein solches Ausführungsbeispiel ist am Beispiel einer Schleifbearbeitung in 7 gezeigt. Die Vorrichtung 41 ist hier wie bereits in 6 in der Nähe der Flanschfläche in der Armatur 2 verspreizt. Sie dient zur Stabilisierung eines Schleifwerkzeugs, mit welchem die Flanschfläche oder eine Deckelanlagefläche bearbeitet werden können.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch die Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, ist sie nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt. Andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Die beschriebenen Ausführungsbeispiele, Varianten, Ausführungsformen und Weiterbildungen können weiterhin frei miteinander kombiniert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005004232 A1 [0004, 0004]
