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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Führung eines Boroskops für die Boroskopinspektion von technischen Geräten, insbesondere von Flugzeugtriebwerken, sowie eine entsprechende Anordnung.
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Im Stand der Technik sind diverse Verfahren zur optischen Inspektion von technischen Geräten bekannt. Dies gilt bspw. für Gasturbinen, insbesondere Flugzeugtriebwerke wie Strahltriebwerken, bei denen ein Boroskop durch eine seitliche Öffnung in eine vollständig montierte Gasturbine eingeführt wird, um damit dann das Innere der Gasturbine optisch inspizieren zu können.
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Beispielsweise wird zur Inspektion der Brennkammer einer Gasturbine ein flexibles Boroskop eingeführt und solange bei kontinuierlicher Bilderfassung manuell bewegt, bis die Brennkammer vollständig aufgenommen ist, also für jeden Bereich der Brennkammer wenigstens ein Bild erfasst wurde. So wird häufig ein flexibles Boroskop entlang des kompletten Innenumfangs einer Brennkammer geführt, bevor er anschließend langsam herausgezogen wird. Dadurch soll sichergestellt werden, dass die Brennkammer über ihren kompletten Umfang befundet wird.
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Für die Begutachtung von Turbinenschaufeln kann ein flexibles Boroskop durch ein gebogenes Führungsrohr, welches bspw. von außen an der Gasturbine befestigt wird, manuell so an eine Turbinenschaufel herangeführt werden, dass diese vollständig im Bildbereich des Boroskops liegt und somit vollständig befundet werden kann. Alternativ ist es möglich, ein starres Boroskop - also ein Boroskop mit einem starren Schaft - durch eine geeignete Öffnung in die Gasturbine manuell einzuführen und entsprechend zu positionieren. Durch Drehen der Turbinenwelle können daran befestigte Turbinenschaufeln nach und nach durch den Bildbereich des Boroskops hindurchgeführt werden.
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Insbesondere für den Fall, dass ein Boroskop nicht so positioniert werden kann, dass eine Turbinenschaufel vollständig vom Bildbereich des Boroskops erfasst wird, ist aus dem Patent
DE 10 2017 218 426 B1 eine außen an der Gasturbine zu befestigende Vorrichtung bekannt, mit der das Boroskop nach manueller Positionierung entlang einer vorgegebenen Richtung hin- und her bewegt werden kann, um so die Boroskopspitze an einer Turbinenschaufel über deren gesamte Länge entlang zu führen.
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Die so erzeugten Bild- oder Videoaufnahmen werden manuell analysiert, um den Bauzustand des jeweils betrachteten Gasturbinenteils zu dokumentieren. Bei signifikanten Beschädigungen kann eine manuelle statische 3-D-Erfassung erfolgen, um eine anhand des Bild- oder Videomaterials identifizierte Beschädigung noch genauer zu analysieren. Diese 3-D-Erfassung jedoch sehr aufwendig und zeitintensiv, sodass sie grundsätzlich nur in Ausnahmefällen durchgeführt wird.
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Aufgrund der vollständig oder wenigstens teilweisen manuellen Führung des Boroskops im Stand der Technik ist eine vollständige und insbesondere reproduzierbare Dokumentation des Zustands einer Brennkammer oder der Triebwerksschaufeln jedoch kaum möglich. Aufgrund der fehlenden Reproduzierbarkeit lassen sich die Befunde zweier zeitlich voneinander beabstandeter Untersuchungen derselben Gasturbine kaum oder nur schwer miteinander vergleichen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Vorrichtungen und Anordnungen zu schaffen, mit der eine wenigstens in Teilen reproduzierbare Boroskopinspektion eines technischen Gerätes, insbesondere von Flugzeugtriebwerken, ermöglicht wird.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch Vorrichtungen sowie eine Anordnung gemäß den unabhängigen Ansprüchen. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Demnach betrifft die Erfindung eine Führungsvorrichtung zur Führung eines Boroskops für die Boroskopinspektion von technischen Geräten, insbesondere von Flugzeugtriebwerken, umfassend einen Befestigungsbereich zur ortsfesten Befestigung der Führungsvorrichtung gegenüber dem zu inspizierenden technischen Gerät und eine Boroskopaufnahme zur ortsfesten Befestigung eines Boroskops daran, wobei die Führungsvorrichtung einen Translationsaktuator zur Veränderung des Abstands der Boroskopaufnahme und dem Befestigungsbereich entlang einer Führungsachse und einen Rotationsaktuator zur Rotation der Boroskopaufnahme gegenüber dem Befestigungsbereich um die Führungsachse aufweist.
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Die Erfindung betrifft auch eine Führungsvorrichtung zur Führung eines Boroskops für die Boroskopinspektion von technischen Geräten, insbesondere von Flugzeugtriebwerken, umfassend einen Befestigungsbereich zur ortsfesten Befestigung der Führungsvorrichtung gegenüber dem zu inspizierenden technischen Gerät und einen Führungskopf mit wenigstens zwei Führungsrollen zur kraftschlüssigen Zwangsführung des Schaftes eines Boroskops entlang einer Führungsachse, wobei wenigstens eine der Führungsrollen von einen Translationsaktuator antreibbar ist, und wobei der Führungskopf durch einen Rotationsaktuator um die Führungsachse gegenüber dem Befestigungsbereich drehbar ist.
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Die Erfindung betrifft weiterhin eine Anordnung für die Boroskopinspektion von technischen Geräten, insbesondere von Flugzeugtriebwerken, umfassend eine erfindungsgemäße Führungsvorrichtung und ein durch die Führungsvorrichtung geführtes Boroskop.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine motorisch hinsichtlich Translation und Rotation angetriebene Zwangsführung eines Boroskops bzw. eines Boroskopschafts eine reproduzierbare Ausrichtung eines Boroskops grundsätzlich ermöglicht. Bei den erfindungsgemäßen Führungsvorrichtungen wird eine solche Zwangsführung eines Boroskops erreicht, bei der die Bewegung des Schafts eines starren Boroskops über den Translationsaktuator und den Rotationsaktuator grundsätzlich derart genau gesteuert werden kann, dass ausgehend von einer bekannten Ausgangsposition des Boroskops gegenüber der erfindungsgemäßen Führungsvorrichtung eine beliebige vorgegebene Position und Ausrichtung entlang der durch die Führungsvorrichtung vorgegebenen Freiheitsgrade angefahren werden kann. Indem Position und Ausrichtung des Boroskops vorgegeben und auch zu verschiedenen Zeitpunkten reproduzierbar angefahren werden können, werden vom Boroskop gemachte Aufnahmen grundsätzlich vergleichbar(er).
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Vergleichbares gilt grundsätzlich auch für flexible Boroskope, insbesondere wenn diese in feststehenden Führungsrohren geführt sind. Allerdings zeigen sich die Vorteile der vorliegenden Erfindung insbesondere in Zusammenhang mit starren Boroskopen, auf die die nachfolgenden Ausführungen fokussiert sind, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein.
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Durch die erfindungsgemäße Führungsvorrichtungen zur Führung eines Boroskops ist es nicht nur möglich, ausgehend von einer bekannten Ausgangsposition bestimmte vorgegebene Positionen und Ausrichtungen eines Boroskops reproduzierbar anzufahren, um mit dem Boroskop Bild- oder Videoaufnahmen zu machen. Es ist auch möglich, durch vorgegebene translatorische und/oder rotatorische Bewegungen eine automatisierte reproduzierbare Erfassung eines über den unmittelbaren Bildbereich des Boroskops hinausgehenden Bereichs in einem technischen Gerät nach einem vorgegebenen Schema zu erfassen. So kann bspw. eine Turbinenschaufel eines Flugzeugtriebwerks über ihre gesamte Länge abgefahren werden und/oder es können 360°-Rundumsichten erstellt werden. Je nach verwendetem Boroskop bzw. der Ausgestaltung dessen Bilderfassungseinheit an der Boroskopspitze kann eine zweidimensionale Bilderfassung in Farbe oder Grauwerten und/oder eine zweieinhalb- bzw. dreidimensionale Erfassung, bspw. mithilfe von Triangulation, erfolgen. Für Letzteres sind an der Boroskopspitze zwei voneinander beabstandete Bilderfassungseinheiten vorzusehen, deren Bildbereiche sich zumindest in weiten Teilen überschneiden.
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Grundsätzlich lassen sich beliebige Horoskope - auch bereits Vorhandene - mit den erfindungsgemäßen Führungsvorrichtungen verwenden. Für die eine Führungsvorrichtung muss sich das Boroskop lediglich mit der Boroskopaufnahme verbinden lassen, für die andere Führungsvorrichtung mit Führungsrollen zur Zwangsführung muss der Schaftdurchmesser des Boroskops eine kraftschlüssige Zwangsführung durch die Führungsrollen ermöglichen.
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Bei der Führungsvorrichtung mit Boroskopaufnahme ist es bevorzugt, wenn der Translationsaktuator als Gewindestangenaktuator ausgebildet ist. Ein entsprechender Translationsaktuator weist dabei bekanntermaßen eine über eine Antriebseinheit rotierbare Gewindestange auf, welche mit einer geeignet ausgestalteten Rille an einem Schlitten zusammenwirkt, um den Schlitten entlang der Gewindestange zu bewegen. Die Boroskopaufnahme kann dabei unmittelbar als Schlitten des Gewindestangenaktuators ausgeführt oder an dem Schlitten des Gewindestangenaktuators fest angeordnet sein. Ein Gewindestangenaktuator ermöglicht regelmäßig eine hohe Genauigkeit beim Anfahren einer vorgegebenen Position und zeigen ein ruhiges Anlauf- und Abbremsverhalten. Die mit einem Gewindestangenaktuator erreichbaren Geschwindigkeiten sind für die erfindungsgemäß Führungsvorrichtung in der Regel ausreichend.
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Insbesondere bei der Führungsvorrichtung mit Boroskopaufnahme ist bevorzugt, wenn der Translationsaktuator bei Rotation durch den Rotationsaktuator mitrotiert. Das bedeutet unmittelbar auch, dass der Rotationsaktuator bei einer translatorischen Bewegung durch den Translationsaktuator nicht mitbewegt wird. Die Aktuatoren werden in diesem Fall translatorisch nicht bewegt (lediglich der Translationsaktuator wird rotatorisch bewegt), womit die ggf. kabelgebundene Anbindung der Aktuatoren an eine Energieversorgung und/oder eine Steuerungseinheit vereinfacht wird.
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Bei der Ausgestaltung der Führungsvorrichtung mit Führungsrollen zur kraftschlüssigen Zwangsführung ist vorteilhaft, wenn der Translationsaktuator getrennt vom Führungskopf ausgeführt ist und somit insbesondere nicht mit dem Führungskopf mitrotierend ist. Der Translationsaktuator kann somit ortsfest gegenüber einem Gehäuse der Vorrichtung und/oder des Rotationsaktuators sein, was die Energieversorgung und eine evtl. kabelgebundene Steuerung stark vereinfacht, da in diesem Fall keine „mitdrehenden“ Leitungen vorliegen, für die ein Verdrillschutz oder eine Drehkupplung vorgesehen werden müssten. Die mechanische Antriebsleistung des Translationsaktuator ist dabei über eine geeignete mechanische Kupplung an die wenigstens eine angetriebene Führungsrolle am Führungskopf angebunden.
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Da die Achse der Führungsrolle bei einer entsprechenden Ausführung in der Regel senkrecht zur Achse der Antriebswelle des Translationsaktuators angeordnet ist, kann an der Antriebswelle des Translationsaktuators vorzugsweise ein Winkelgetriebe angeordnet sein, mit dem die Drehbewegung der Antriebswelle um die Führungsachse in eine zur Achse der angetriebenen Führungsrolle parallele Achse umgelenkt wird. Bei einem „Winkelgetriebe“ handelt es sich also um ein Getriebe, bei dem die Antriebs- und Abtriebswelle nicht-parallel zueinander verlaufen.
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Dabei ist bevorzugt, wenn das Winkelgetriebe ein Kegelradgetriebe umfasst. Die so mögliche spielfreie Übertragung der Drehbewegung der Antriebswelle des Translationsaktuators begünstigt eine hohe Genauigkeit im Antrieb der Führungsrollen und somit bei der Positionierung eines Boroskops entlang der Führungsachse. Insbesondere wenn geradverzahnte Kegelräder mit Evolventenverzahnung verwendet werden, ist eine sehr verschleißarme Übertragung der Drehbewegung möglich, sodass sich auch über die Zeit kein oder nur wenig Spiel im Winkelgetriebe einstellt.
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Bei entsprechenden Winkelgetrieben, aber auch bei anderen mechanischen Kopplungen eines nicht mit dem Führungskopf mitrotierenden Translationsaktuators ist es in der Regel erforderlich, dass der Translationsaktuator bei einer Rotation des Führungskopfes durch den Rotationsaktuator aktiviert wird, um eine ansonsten durch die Rotation des Führungskopfes ggf. verursachte und in der Regel unerwünschte Drehung der Führungsrollen und eine damit verbundene translatorische Bewegung des Boroskops zu vermeiden. Das lässt sich aber durch eine geeignete Ansteuerung der Aktuatoren in der Regel problemlos gewährleisten.
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Die wenigstens eine angetriebene Führungsrolle kann unmittelbar oder über ein - vorzugsweise spielfreies oder zumindest spielarmes - Stirnradgetriebe an der Antriebswelle des Translationsaktuators bzw. einem an deren Antriebsachse angeordneten Winkelgetriebe angebunden sein. Es ist aber bevorzugt, wenn wenigstens zwei, vorzugsweise alle Führungsrollen über ein Getriebe miteinander verbunden und so gemeinsam durch den Translationsaktuator antreibbar sind. Ist ein Winkelgetriebe zur Anbindung an die Antriebswelle des Translationsaktuators vorgesehen, kann dieses Winkelgetriebe Teil des die Führungsrollen verbindenden Getriebes sein. Indem mehr als eine Führungsrolle angetrieben wird, wird die kraftschlüssige Zwangsführung im Hinblick auf die translatorische Bewegung eines eingeführten Boroskops verbessert.
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Es ist bevorzugt, wenn der Translationsaktuator und/oder der Rotationsaktuator Schrittmotoren umfassen. Die Verwendung von Schrittmotoren ermöglicht eine präzise Steuerung der Translation- und/oder Rotationsbewegung eines mit der Führungsvorrichtung geführten Boroskops und somit eine gute Reproduzierbarkeit von Position und Ausrichtung des Boroskops.
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Für eine präzise Steuerung der Translation- und/oder Rotationsbewegung, insbesondere bei Verwendung von Schrittmotoren, ist es hilfreich, die relative Position des Boroskopschaftes gegenüber der Führungsvorrichtung und/oder der Boroskopaufnahme für einen oder mehrere definierten Zustände zu detektieren. Dafür ist es bevorzugt, wenn ein oder mehrere Positionssensoren, vorzugsweise ein oder mehrere Hall-Effekt-Sensoren, zur Feststellung der relativen Position des Boroskopschafts und/oder einer vorgegebenen Initialposition der Boroskopaufnahme entlang der Führungsachse und/oder der relativen Rotationslage des Boroskopschafts und/oder für eine vorgegebene Initialrotationslage der Boroskopaufnahme gegenüber des Befestigungsbereichs vorgesehen sind.
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Der oder die Positionssensoren können auch zum Zusammenwirken mit auf an dem Boroskopschaft vorgesehenen Markierungen o. Ä. ausgebildet sein. Das Boroskop kann dazu bspw. an seinem Schaft eine oder mehrere Markierungen aufweisen, die von einem Positionssensor der Führungsvorrichtung bspw. optisch erfasst werden kann. Bei der Markierung kann es sich um eine ringförmig umlaufende Markierung mit einem Winkelmarker handeln.
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Durch entsprechende Positionssensoren kann wenigstens eine konkrete Position und Lage des Boroskopschafts gegenüber der Führungsvorrichtung bzw. der Boroskopaufnahme gegenüber dem Befestigungsbereich detektierbar angefahren werden. Ausgehend von dieser wenigsten einen Initialposition und Initialrotationslage kann dann durch geeignete Ansteuerung des Translationsaktuators und/oder des Rotationsaktuators jede gewünschte Position und Lage angefahren werden, wofür sich Schrittmotoren als besonders vorteilhaft erwiesen haben. Die Positions- und Lagegenauigkeit hängt dabei praktisch ausschließlich von der Genauigkeit der Ansteuerung von Translationsaktuator und Rotationsaktuator ab.
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Die zuvor beschriebene Reproduzierbarkeit von Position und Ausrichtung des Boroskops bezieht sich zunächst nur auf die relative Position und Ausrichtung gegenüber der Führungsvorrichtung. Eine Reproduzierbarkeit einer bestimmten Position und Ausrichtung innerhalb eines technischen Gerätes kann unmittelbar durch Berücksichtigung der Position und Lage der Führungsvorrichtung erreicht werden. Um dies zu vereinfachen, kann die Führungsvorrichtung bevorzugt eine Befestigungsvorrichtung umfassen, mit der sie in einer definierten Befestigungslage im Bereich einer Boroskopöffnung an der Außenseite eines zu inspizierenden technischen Gerätes befestigt werden kann. Eine für das Boroskop anzufahrende Position und Ausrichtung kann dann ausgehend von der über die Befestigungsvorrichtung definierten Lage der Befestigungsvorrichtung vorgegeben und reproduzierbar erreicht werden.
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Es ist bevorzugt, wenn die Führungsvorrichtung einen, vorzugsweise rohrförmig ausgestalteten Portadapter als Befestigungsvorrichtung zur Befestigung an einer Boroskopöffnung an dem zu untersuchenden technischen Gerät aufweist, wobei der Befestigungsbereich der Führungsvorrichtung zur lösbaren Befestigung am Portadapter ausgebildet ist. Durch entsprechende Portadapter lässt sich die Führungsvorrichtung an einer Vielzahl an unterschiedlichen Boroskopöffnungen von technischen Geräten befestigen, indem jeder auf der einen Seite zur Befestigung an einer bestimmten zur Boroskopöffnung ausgebildeter Portadapter auf der anderen Seite zum Zusammenwirken mit dem Befestigungsbereich der Führungsvorrichtung ausgebildet ist. Die Führungsvorrichtung ist so variabel einsetzbar. Außerdem erleichtert die vorgesehene Zweiteilung der Führungsvorrichtung die Montage, da zunächst nur der Portadapter an dem zu inspizierenden Gerät befestigt werden muss, bevor die restliche Führungsvorrichtung und das Boroskop mit dem Portadapter verbunden werden müssen.
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Auch die Länge eines Portadapters kann für eine bestimmte Boroskopöffnungen eines technischen Gerätes geeignet gewählt sein. Durch die Länge des Portadapters kann die maximale Eindringtiefe eines Boroskop in das technische Gerät - also die maximale Länge, um welche das Boroskop tatsächlich in das technische Gerät eintaucht - und davon ausgehend die durch die Führungsvorrichtung anfahrbare Positionen des Boroskopkopfes beeinflusst werden. Durch eine Mehrzahl an Portadaptern kann die Führungsvorrichtung in Kombination mit einem bestimmten Boroskop für eine Vielzahl unterschiedlicher Boroskopöffnungen eines technischen Gerätes, die jeweils unterschiedliche maximale Eindringtiefen erfordern, verwendet werden.
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Es ist bevorzugt, wenn der Portadapter einen Konus zur Befestigung der Führungsvorrichtung daran und der Befestigungsbereich der Führungsvorrichtung eine entsprechende Konusaufnahme aufweist. An der Konusaufnahme der Führungsvorrichtung ist dabei vorzugsweise eine rastende Verschlussmechanik mit Entriegelungsvorrichtung vorgesehen. Durch eine entsprechende Konusverbindung lässt sich eine ortsfeste und sichere, gleichzeitig schnell herstellbare und lösbare Verbindung zwischen Führungsvorrichtung und Portadapter schaffen. Damit bei Nutzung der Konusverbindung auch die Lage der Führungsvorrichtung gegenüber eines Portadapters bzw. des technischen Geräts, an dem der Portadapter befestigt ist, festgelegt werden kann, ist bevorzugt, wenn an dem Konus ein oder mehrere Vorsprünge oder Vertiefungen vorgesehen sind, die mit einem oder mehreren Vorsprüngen am Befestigungsbereich der Führungsvorrichtung derart zusammenwirken, dass sich die Führungsvorrichtung im mit dem Konus verbundenen Zustand nicht mehr rotieren lässt. Dabei können mehrere Vertiefungen und/oder Vorsprünge vorgesehen und so aufeinander abgestimmt sein, dass sich die Führungsvorrichtung in mehreren unterschiedlichen Winkellagen an dem Konus des Portadapters befestigen lässt.
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Es ist bevorzugt, wenn der Rotationsaktuator, der Translationsaktuator, der Befestigungsbereich und/oder die Konusaufnahme eine Durchführungsöffnung der Führungsvorrichtung entlang der vorgegebenen Achse zur Durchführung des Boroskopschafts eines durch die Führungsvorrichtung geführten Boroskops aufweist. Die entsprechende Ausgestaltung einer oder mehrerer der genannten Komponenten der Führungsvorrichtung und die daraus resultierende Möglichkeit der Boroskopschaft durch die Komponenten zu führen, erlauben eine kompakte Bauweise der Führungsvorrichtung. Auch kann durch eine koaxiale Anordnung des Rotationsaktuators und/oder des Translationsaktuators eine vereinfachte mechanische Kopplung mit den dadurch angetriebenen Komponenten, wie bspw. den Führungsrollen, ohne aufwendige Getriebe erreichen. Umfasst die Führungsvorrichtung einen Portadapter und sind am Befestigungsbereich oder einer möglichen Konusaufnahme eine Durchführungsöffnung vorgesehen, ist der Portadapter selbstverständlich ebenfalls mit dazu passenden Durchführungsöffnungen zu versehen.
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Die Führungsvorrichtung umfasst vorzugsweise eine Steuerungsvorrichtung zur Ansteuerung von Translationsaktuator und/oder Rotationsaktuator. Die Steuerungsvorrichtung kann dabei so ausgebildet sein, dass sie von einer bekannten Ausgangsposition eine beliebige vorgegebene Position und Ausrichtung des Boroskops anfahren kann. Bei der Ausgangsposition kann es sich insbesondere um eine durch geeignete Positionssensoren detektierbare Initialposition handeln.
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Alternativ oder zusätzlich zur Verwendung von Positionssensoren ist es möglich, dass die Steuerungsvorrichtung zur Ermittlung der Position und Ausrichtung der Boroskopspitze durch auf die von dem Boroskop aufgenommenen Bildinformationen angewendete Bilderkennungsverfahren ausgebildet ist. Durch entsprechende Verarbeitung der Bildinformationen lässt sich die Position und Ausrichtung der Boroskopspitze gegenüber der Gasturbine bestimmen.
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Zur Erläuterung der erfindungsgemäßen Anordnung wird auf die vorstehenden Ausführungen verwiesen.
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Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beispielhaft beschrieben. Es zeigen:
- 1: eine schematische Schnittansicht eines Flugzeugtriebwerks mit daran angeordneter erfindungsgemäßer Führungsvorrichtung und einem darin geführten Boroskop;
- 2a, b: eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Befestigung der Führungsvorrichtung aus 1;
- 3a-c: eine schematische eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Führungsvorrichtung;
- 4: eine schematische Teildarstellung einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Führungsvorrichtung; und
- 5a, b: Schnittansichten der Vorrichtung aus 4.
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In 1 ist schematisch ein Schnitt durch ein technisches Gerät 1, nämlich Zweiwellen-Triebwerk eines Flugzeugs gezeigt, bei dem der Fan 2 sowie der Niederdruckkompressor 3 über eine erste Welle 4 mit der Niederdruckturbine 5 drehverbunden ist, während der Hochdruckkompressor 6 über eine zweite Welle 7 mit der Hochdruckturbine 8 drehverbunden ist. Zwischen Hochdruckkompressor 6 und Hochdruckturbine 8 ist die Brennkammer 9 angeordnet.
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Zur Inspektion der Hochdruckturbine ist ein Boroskop 11 mit seinem Schaft 12 durch eine dafür vorgesehene Boroskopöffnung 10 an dem technischen Gerät 1 eingeführt. Das Boroskop 11 ist dabei durch eine erfindungsgemäße Führungsvorrichtung 20 geführt.
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Die Führungsvorrichtung 20 ist über eine Befestigung 30 fest und in einer vorgegebenen Lage an der Gasturbine 1 befestigt, die in 2a, b näher dargestellt ist. Die Befestigung 30 umfasst einen rohrförmig ausgestalteten Portadapter 31, der losgelöst von der übrigen Führungsvorrichtung 20 mit seinem einen Ende 32 in einer vorgegebenen Position an der Gasturbine 1 im Bereich der Boroskopöffnung 10 befestigt werden kann. Die Position kann bspw. durch Markierungen an dem Portadapter 31, die mit entsprechenden Gegenstücken an der Gasturbine 1 in Übereinstimmung gebracht werden können, vorgegeben sein.
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An dem gegenüberliegenden Ende weist der Portadapter 31 einen Konus 33 zur Befestigung der Führungsvorrichtung 20 daran auf. Am Konus 33 sind eine zentrale, sich durch den gesamten Portadapter 31 ziehende Durchführungsöffnung über den Umfang verteilt Vertiefungen 34 angeordnet.
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Nach erfolgter Montage des Portadapters 31 der Befestigungsvorrichtung 30 an der Gasturbine 1, wird daran die Führungsvorrichtung 20 mithilfe eines Befestigungsbereichs 35 daran befestigt. Der Befestigungsbereich 35 ist exemplarisch in 2b veranschaulicht.
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Der Befestigungsbereich 35 weist eine zum Portadapter 31 passende konische Aufnahme 36 auf. Auf der Innenseite der konischen Aufnahme 36 ist dabei ein Vorsprung 37 vorgesehen, der mit einer der Vertiefungen 34 am Portadapter 31 zusammenwirken kann, um die Winkelposition des Befestigungsbereichs 35 gegenüber dem Portadapter 31 festzulegen. Der Befestigungsbereich 35 verfügt weiterhin über eine rastende Verschlussmechanik 39 mit einer Entriegelungsvorrichtung 39` - in diesem Fall ein versenkter Entriegelungsknopf. Die Konusverbindung von Portadapter 31 und Befestigungsbereich 35 mit Verschlussmechanik 39 ermöglicht eine ortsfeste und sichere, gleichzeitig schnell herstellbare und lösbare Verbindung zwischen Portadapter 31 und Befestigungsbereich 35 - und damit der eigentlichen Führungsvorrichtung 20 - schaffen.
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In 3a-c ist eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Führungsvorrichtung 20 gezeigt. 3a zeigt dabei die abgesehen vom Portadapter 31 vollständige Führungsvorrichtung 20. 3b entspricht im Wesentlichen der 3a, wobei jedoch das Gehäuse 21 nicht dargestellt ist. 3c zeigt die Führungsvorrichtung 20 im Verwendungszustand mit daran befestigtem Boroskop 11 und Portadapter 31.
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Die Führungsvorrichtung 20 weist einen Befestigungsbereich 35, wie er in Zusammenhang mit 2b erläutert wurde, zur ortsfesten Befestigung der Führungsvorrichtung 20 gegenüber dem zu inspizierenden technischen Gerät 1 mithilfe eines Portadapters 31 auf. Entlang einer Führungsachse 90, die im am Portadapter 31 befestigten Zustand mit dessen Längsachse zusammenfällt, ist am vom Befestigungsbereich 35 entfernten Ende eine Boroskopaufnahme 22 vorgesehen, an der ein Boroskop 11 derart ortsfest befestigt werden kann, dass sich der Schaft 12 des Boroskops 11 entlang der Führungsachse 90 durch die Führungsvorrichtung 20 erstreckt und am Befestigungsbereich 35 aus der Führungsvorrichtung 20 hervorstehen kann.
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Für die letztendliche Führung eines Boroskops 11 durch die Führungsvorrichtung 20 lässt sich die Boroskopaufnahme 22 gegenüber dem Befestigungsbereich 35 entlang der Führungsachse 90 bewegen und um die Führungsachse 90 rotieren.
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Dazu umfasst die Führungsvorrichtung 20 einen Translationsaktuator 23 zur Veränderung des Abstandes zwischen Boroskopaufnahme 22 und Befestigungsbereich 35. Der Translationsaktuator 23 ist als Gewindestangenaktuator ausgebildet, bei dem ein Schlitten 24 durch Rotation einer Gewindestange 25 entlang der Führungsachse 90 bewegt werden kann. Die Boroskopaufnahme 22 ist am Schlitten 24 angeordnet.
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Der Translationsaktuator 23 kann als Ganzes durch den Rotationsaktuator 26 um die Führungsachse 90 rotiert werden, womit sich auch die Boroskopaufnahme 22 um die Führungsachse 90 dreht.
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Sowohl Translationsaktuator 23, Rotationsaktuator 26 als auch der Befestigungsbereich 35 weisen jeweils eine Durchführungsöffnung entlang der Führungsachse 90 auf, durch welche der Schaft 12 des Boroskop 11 geführt werden kann.
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Translationsaktuator 23 und Rotationsaktuator 26 sind als Schrittaktuator ausgebildet. Außerdem sind zwei Hall-Effekt-Sensoren als Positionssensoren (nicht dargestellt) vorgesehen, mit denen die in 3b gezeigte Stellung des Translationsaktuators 23 und des Rotationsaktuators 26 festgestellt werden kann. Ausgehend von dieser Initialposition und Initialrotationslage lässt sich durch geeignete Ansteuerung der Schrittaktuatoren jede andere Position und Winkellage der Boroskopaufnahme 22 gegenüber dem Befestigungsbereich 35 mit hoher Genauigkeit anfahren.
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In 3c ist die Führungsvorrichtung 20 im Verwendungszustand dargestellt. Dabei ist die Führungsvorrichtung 20 mithilfe eines Portadapters 31 an einem technischen Gerät 1 befestigt. An der Boroskopaufnahme 22 ist ein Boroskop 11 befestigt, dessen Schaft (nicht dargestellt) entlang der Führungsachse 90 durch die Führungsvorrichtung 20 und den Portadapter 31 in das technische Gerät 1 hineinerstreckt bzw. hineinerstrecken kann. Letzteres ist insbesondere von der Position der Boroskopaufnahme 22 gegenüber dem Befestigungsbereich 35 abhängig. Das Boroskop 11 kann dabei in das Gehäuse 21 der Führungsvorrichtung 22 einfahren.
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In 4 ist eine alternative Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Führungsvorrichtung 20 gezeigt, wobei das Gehäuse 21 der Führungsvorrichtung 20 transparent dargestellt ist. Die Formgebung des Gehäuses 21 entspricht im dargestellten Ausführungsbeispiel einem lang gestreckten Vierkantrohr, kann grundsätzlich aber auch jede andere Form aufweisen. Wesentlich ist lediglich, dass das Gehäuse 21 zur Durchführung eines Boroskopschafts 12 (vgl. 5a, b) ausgebildet ist. An dem einen Ende des Gehäuses 21 ist ein Befestigungsbereich 35 gemäß 2b angeordnet, in welche ein nur teilweise dargestellter Portadapter 31 eingeführt ist.
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Im Gehäuse 21 sind ein Führungskopf 27, ein Translationsaktuator 23 und einen Rotationsaktuator 26 angeordnet. Die Antriebswellen 23', 26` der beiden Aktuatoren 23, 26 sind jeweils an Hohlwellen zur Durchführung eines Boroskopschafts 12 ausgebildet und koaxial zueinander, aber auch mit der entsprechenden Durchführung des Befestigungsbereichs 35 ausgebildet, wodurch eine grundsätzliche Führung für einen in die Vorrichtung 20 eingeführten Schaft 12 eines Boroskops 11 entlang der Führungsachse 90 gewährleistet wird. Bei den Aktuatoren 23, 26 handelt es sich um Schrittaktuatoren.
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Der Führungskopf 27, der in 5a, b in zwei Schnittansichten noch detaillierter und mit hindurchgeführtem Boroskopschaft 12 dargestellt ist, ist unmittelbar mit der Antriebswelle 26' des Rotationsaktuators 26 verbunden und kann mithilfe dieses Rotationsaktuators 26 um die Führungsachse 90 gedreht werden.
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Am Führungskopf 27 sind zwei Führungsrollen 28 zur reibschlüssigen Zwangsführung eines dazwischen eingeführten Boroskopschafts 12 drehbar gelagert. Der Abstand der Führungsrollen 28 ist dabei auf einen vorgegebenen Durchmesser des Boroskopschafts 12 eingerichtet, sodass jedes beliebige Boroskop 11 mit einem Schaftdurchmesser entsprechend oder nahe bei dem vorgegebenen Durchmesser mit der Führungsvorrichtung 20 verwendet werden kann. Durch entsprechenden Antrieb der Führungsrollen 28 kann ein dazwischen geführter Boroskopschaft 12 translatorisch bewegt werden.
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Die Führungsrollen 28 sind über ein Getriebe aus Stirnrädern 29` und geradverzahnten Kegelrädern 29" gegenläufig miteinander gekoppelt. Die Kegelräder 29" bilden dabei gleichzeitig ein Winkelgetriebe 29, dessen eines Kegelrad 29" mit der Antriebsachse 23` des Translationsaktuators 23 verbunden ist. Unabhängig von der über den Rotationsaktuator 26 eingestellten Lage des Führungskopfes 27 gegenüber der Führungsachse 90 können die Führungsrollen 28 durch den Translationsaktuator 23 angetrieben werden, ohne dass diese mit dem Führungskopf 27 mitrotieren müsste.
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Um jedoch zu verhindern, dass bei einer Rotation des Führungskopfes 27, die aufgrund der Zwangsführung auch eine entsprechende Rotation eines zwischen den Führungsrollen 28 geführten Boroskopschafts 12 um die Führungsachse 90 bewirkt, die Führungsrollen 28 unbeabsichtigt rotieren, ist es erforderlich, dass der Translationsaktuator 23 beim Rotieren des Führungskopfes 27 ebenfalls geeignet aktiviert wird.
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Die Führungsvorrichtung 20 umfasst weiterhin einen Positionssensor 41, mit dem die Oberfläche des Boroskopschafts 12 optisch erfasst wird. Befindet sich auf dem Schaft 12 eines Boroskops 11 eine ringförmig umlaufende Markierung 13 mit einem Nullstellungsmarker 14 (vgl. 5a, b), kann über den Positionssensor 41 das Boroskop 11 in eine Initialposition und - Ausrichtung verfahren werden, von der aus dann jede beliebige Position und Ausrichtung entlang der durch die Vorrichtung 20 vorgegeben Freiheitsgrade mit dem Boroskop 10 angefahren werden kann. Zum Auffinden der Initialposition und -Ausrichtung wird das Boroskop 11, solange mit dem Translationsaktuator 23 verfahren, bis die ringförmige Markierung 13 vom Positionssensor 41 erfasst wird. Anschließend wird das Boroskop 11 durch Rotation des Führungskopfes 27, solange um die Führungsachse 90 rotiert, bis auch der Nullstellungsmarker 14 vom Positionssensor 41 erfasst wird. Ausgehend von der so gefundenen Initialposition und -ausrichtung kann die Steuerungsvorrichtung 40 durch schrittweises Ansteuern von Translationsaktuator 23 und Rotationsaktuator 26 eine gewünschte Position und Ausrichtung des Boroskops 11 erreicht werden.
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Die dargestellten Führungsvorrichtungen 20 können eine Steuerungsvorrichtung 40 (vgl. 1) umfassen. Die Steuerungsvorrichtung 40 ist dabei insbesondere zur Ansteuerung von Translationsaktuator 23 und Rotationsaktuator 26 ausgebildet. Auch können die Informationen evtl. Positionssensoren 41 durch die Steuerungsvorrichtung 40 verarbeitet werden, um so automatisiert eine Initialposition und/oder Initialrotationslage anfahren zu können. Ausgehend von einer solch definierten Position kann die Steuerungsvorrichtung 40 die gewünschte Position und Lage durch entsprechende Ansteuerung von Translationsaktuator 23 und Rotationsaktuator 26 anfahren.
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Die Steuerungsvorrichtung 40 kann auch mit dem Boroskop 11 verbunden sein, sodass der Steuerungsvorrichtung 40 die von dem Boroskop 11 aufgenommenen Bilder zur Verfügung stehen. Parallel dazu oder über die Steuerungsvorrichtung 40 können noch weitere Systeme zur Speicherung oder Verarbeitung der vom Boroskop 11 aufgenommenen Bilder an das Boroskop 11 angebunden sein (nicht dargestellt).
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Die Steuerungsvorrichtung 40 kann insbesondere dazu ausgebildet sein, das von einem Boroskop 11 erfasste Bild mit Bilderkennungsverfahren auszuwerten, um so die Position und Ausrichtung der Spitze des Boroskops 11 in dem technischen Gerät 1 zu ermitteln. Indem die Position und Ausrichtung des Boroskops 11 über das erfasste Bild ermittelt wird, kann sichergestellt werden, dass das Boroskop 11 eine gewünschte Position und Ausrichtung auch tatsächlich erreicht hat. Eine so ermittelte Position und Ausrichtung kann auch als Ausgangspunkt zur weiteren Ansteuerung der Translationsantriebseinheit 23 und Rotationsantriebseinheit 26 genutzt werden, um eine gewünschte Position und Ausrichtung des Boroskops 11 zu erreichen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102017218426 B1 [0005]
