DE8814248U1

DE8814248U1 - Device for surface treatment of cylindrical components, in particular turbine and generator shafts

Info

Publication number: DE8814248U1
Application number: DE8814248U
Authority: DE
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1988-11-14
Filing date: 1988-11-14
Publication date: 1989-01-12

Description

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1. Siemenr. Aktiengesellschaft1. Siemens Aktiengesellschaft

Vorrichtung zur Oberflächenbearbeitung von zylimlrischen Bauteilen, insb. von Turbinen- und GeneratorwullenDevice for surface treatment of cylindrical components, especially turbine and generator shafts

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Oberflächenbearbeitung eines ruhenden, etwa zylindrischen Bauteiles und kann insbesondere Verwendung finden bei der Bearbeitung der Lagerzapfen von Rotationsmaschinen-Wellen. Bei der Wartung von Rotationsmaschinen und ähnlichen Bauteilen Unmmt es immer wieder vor, daß die zylindrischen Bereiche, an denen rotierende Wellen gelagert werden, Riefen oder andere Oberflächenrauhigkeiten aufweisen, welche durch eine Oberflächenbearbeitung be-' seitigt werden sollen. Dies ist insofern problematisch, als die Welle für diese Bearbeitung gerade nicht rotiert werden kann, so daß andere Bearbeitungsmöglichkeiten gesucht werden müssen. Fine Bearbeitung von Hand ist zwar prinzipiell möglich, jedoch relativ zeitaufwendig und damit teuer. Auch eine maschinelle Bearbeitung mit das Bauteil umkreisenden Schleifeinrichtungen ist möglich und wurde versucht. Hierbei besteht allerdings das Risiko, daß die das Bauteil umkreisende Einrichtung nicht exakt koaxial zur Wellenachse justierbar ist, so daß nicht nur eine Oberflächenbearbeitung erfolgt, sondern gleichzeitig eine außerordentlich unerwünschte Exzentrizität hervorgerufen werden kann.
(25The present invention relates to a device for surface treatment of a stationary, for example cylindrical component and can be used in particular for the treatment of the bearing journals of rotary machine shafts. When servicing rotary machines and similar components, it often happens that the cylindrical areas on which rotating shafts are mounted have grooves or other surface roughnesses which must be removed by surface treatment. This is problematic in that the shaft cannot be rotated for this treatment, so that other treatment options must be sought. Fine treatment by hand is possible in principle, but is relatively time-consuming and therefore expensive. Machining with grinding devices orbiting the component is also possible and has been attempted. However, there is a risk that the device orbiting the component cannot be adjusted exactly coaxially to the shaft axis, so that not only is surface treatment carried out, but an extremely undesirable eccentricity can be caused at the same time.
(25

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung, welche die Oberflächenbearbeitung eines ruhenden, etwa zylindrischen Bauteiles ermöglicht, ohne die Rotationssymmetrie der Oberfläche zu verändern. Dabei soll ein gewünsch- ter Bereich möglichst gleichmäßig maschinell bearbeitet, insbesondere gehont werden. Nebenbei soll die Vorrichtung möglichst leicht montierbar und transportabel sein.The object of the present invention is to create a device which enables the surface processing of a stationary, for example cylindrical component without changing the rotational symmetry of the surface. In this case, a desired area should be machined as evenly as possible, in particular honed. In addition, the device should be as easy to assemble and transport as possible.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen.To solve this problem, a device with the characterizing features of claim 1 is proposed.

The device then contains a rotatable race with

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, , .... 88G3499DE, , .... 88G3499DE

II··· II···

mindestens einer Bearbeitungseinrichtung und mindestens cUei Abstützeinrichtungen in seinem Innernn. Durch geeignete Antriebsmittel kann der Laufring rotiert ind außerdem oszillie rend in Richtung seiner Rotationsachse in einem vorgebbaren Bereich hin- und herbewegt werden. Mittels eines Tragrahmen^ kann die Vorrichtung an oder über dem zu bearbeitenden Bauteil montiert werden, und zwar so, daß das Bauteil etwa konzentrisch im Inneren des Laufringes liegt und die Abstützeinrichtungen den Laufring in bezug auf das Bauteil zumindest näherungsweise zentrieren, wobei die Verbindung des Laufringes zum Tragrahmen zumindest in radialer Richtung etwas Spiel aufweist.at least one processing device and at least one support device in its interior. By means of suitable drive means, the race can be rotated and also moved back and forth in an oscillating manner in the direction of its axis of rotation in a predeterminable range. By means of a support frame, the device can be mounted on or above the component to be processed, in such a way that the component lies approximately concentrically inside the race and the support devices at least approximately center the race in relation to the component, with the connection of the race to the support frame having some play at least in the radial direction.

Öle besondere Art der Abstützung des Laufringes ist mitent- ^ scheidend für den Erfolg der vorliegenden Erfindung. Die Lage des Laufringes und damit der Bearbeitungsvorrichtung orientiert sich immer an der zu bearbeitenden Oberfläche selbst und nicht an der Positionierung der sonstigen Teile der Vorrichtung.This special type of support for the race is crucial to the success of the present invention. The position of the race and thus of the machining device is always based on the surface to be machined and not on the positioning of the other parts of the device.

This means that during surface treatment neither

eine Unrundheit noch eine Verlagerung der Rotationsachse entstehen können, sondern nur die vorhandene Oberfläche in dem gewünschten Bereich gleichmäßig bearbeitet, d. h. geglättet wird.Neither an out-of-roundness nor a shift in the axis of rotation can occur, but only the existing surface in the desired area is evenly machined, i.e. smoothed.

Vorteilhafte Musgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 15 beschrieben und im folgenden anhand von schema-( tischen Darstellungen und Ausführungsbeispielen näher erläutert. Ir? *jer Zeichnung zeigenAdvantageous embodiments of the invention are described in claims 2 to 15 and explained in more detail below using schematic representations and exemplary embodiments. The drawings show

Fig. 1 das Bearbeitungsprinzip gemäß der vorliegenden Erfindung. Fig. 1 shows the processing principle according to the present invention.

Fig, 2 den schematischen Aufbau der Gesamtvorrichtung in Seitenansicht,Fig. 2 shows the schematic structure of the entire device in side view,

Fig. 3 eine Möglichkeit der Abstützung der Vorrichtung in Stirnansicht,Fig. 3 a possibility of supporting the device in front view,

Fig. 4 den Aufbau des zur Vorrichtung gehörenden Laufringes undFig. 4 the structure of the raceway belonging to the device and

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Tig. 5 eine Ansirht von oben auf Tragrahmen und Antriebssystem der Vorrichtung -Tig. 5 a view from above of the support frame and drive system of the device -

Die erfindungsgemäUe Vorrichtung, auch als "Orbital-Kreuzschliff-Einrichtung" bezeichnet, soll im wesentlichen eine gleichmäßige Bearbeitung einer etwa zylindrischen Oberfläche über einen vorgegebenen Bereich ermöglichen.The device according to the invention, also referred to as an "orbital cross-grinding device", is essentially intended to enable uniform machining of an approximately cylindrical surface over a predetermined area.

Fig. 1 zeigt auf der Oberfläche des Bauteils 1 die Bearbeitungsbahn 2, die entsteht, wenn ein mit einer Bearbeitungseinrichtung 22 versehener Laufring 10 in Richtung des Pfeiles 3 rotiert und oszillierend in Richtung der Pfeile 4 bewegt wird.Fig. 1 shows the machining path 2 on the surface of the component 1, which is created when a race 10 provided with a machining device 22 rotates in the direction of the arrow 3 and is moved in an oscillating manner in the direction of the arrows 4.

■' Gemäß Fig. 2 läßt sich eine solche Bearbeitungsbahn erzeugen, wenn der Laufring 10 mittels eines Hubrahmens 6 entlang eines sich in axialer Richtung des Bauteiles erstreckenden Tragrahmens 5 bewegt und gleichzeitig rotiert wird. Dabei kann sich der Tragrahmen 5 über einen Stützrahmen bzw. Stützbeine 7a, 7b entweder am Untergrund oder, wie in Fig. 2 dargestellt, an Teilabschnitten la, Ib des Bauteiles 1 selbst abstützen. Eine Befestigung beispielsweise über Spannbänder 8a, 8b ist in diesem Falle sinnvoll.■' According to Fig. 2, such a machining path can be created if the race 10 is moved by means of a lifting frame 6 along a support frame 5 extending in the axial direction of the component and is simultaneously rotated. The support frame 5 can be supported by a support frame or support legs 7a, 7b either on the base or, as shown in Fig. 2, on sections 1a, 1b of the component 1 itself. Fastening, for example, by means of tensioning straps 8a, 8b is sensible in this case.

Fig. 3 zeigt in einer Stirnansicht, wie eine Abstützung über verstellbare Stützbeine 9 am Bauteil 1 selbst möglich ist.Fig. 3 shows in a front view how support via adjustable support legs 9 on the component 1 itself is possible.

Das bisher beschriebene Prinzip der Bearbeitung würde bei einer fest mit dem laufring 10 verbundenen Bearbeitungseinrichtung nicht sicherstellen, daß r.ondheit und Drehachse des Bauteiles bei der Bearbeitung unverändert blieben. Jede nicht zentrische Lage des Laufringes und jeds nicht koaxiale Richtung fies Tragrahmens 5 würden Bearbeitungsfehler hervorrufen. The machining principle described so far would not ensure that the roundness and axis of rotation of the component remained unchanged during machining if the machining device was firmly connected to the race 10. Any non-centric position of the race and any non-coaxial direction of the support frame 5 would cause machining errors.

Gemäß Fig. 4 wird daher die Lage des Laufringes 10 zum Bauteil 1 nicht durch die Lage der sonstigen Vorrichtung bestimmt, sondern durch sich an der Oberfläche des Bauteiles 1 orientierende Abstützeinrichtungen 12, 13, 20. Diese Abstützein-According to Fig. 4, the position of the race 10 relative to the component 1 is therefore not determined by the position of the other device, but by support devices 12, 13, 20 oriented on the surface of the component 1. These support devices

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richtungen 12, 13, 2D sind radial einstellbar am Laufring 10 befestigt, so daß für die Bearbeitung von Bauteilen mit unterschiedlichem Durchmesser eingestellt werden können. Die Abstützeinrichtungen 12, 13 sind in Fig. 4 zur Veranschaulichung auf den maximal zu bearbeitenden Umfang l__ev eingestellt,The support devices 12, 13, 2D are attached to the race 10 in a radially adjustable manner so that they can be adjusted for machining components with different diameters. The support devices 12, 13 are set in Fig. 4 for illustration purposes to the maximum circumference l_ _ev to be machined,

&Pgr;&igr;&agr; &KHgr;&Pgr;&igr;&agr;&KHgr;

während die dritte Abstützeinrichtung 20, welche gleichzeitig die Bearbeitungseinrichtung (22) enthält, auf den kleinsten bearbeitbaren Umfang l_mi ausgerichtet ist. Die drei Abstützeinrichtungen sind etwa gleichmäßig über den Umfang des Bauteiles 1 verteilt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiei ist die Bearbeitungseinrichtung 22 baulich vereinigt mit einer 21 der Abstützeinrichtungen. Die Abstützeinrichtungen bestehen, im wesentlichen aus Halterungen für Gleitsteine 14, welche durch V Gewindespindeln 15 genau positioniert und durch Kontermuttern festgestellt werden können, die Abstützelnrichtung 20 trägt ■zusätzlich die Bearbeitungseinrichtung, im virliegenden Ausführungsbeispiel Honsteine 22. Die Abstützvorrichtung 20 dient damit gleichzeitig als Zustelleinheit für Gleit- und Honsteine. Die Gleitsteine 21 sind an Führungsbolzen 25 befestigt, welche in Führungsbüchsen 23 gleiten, die an einer Führungsplatte 26 befestigt sind. Die Führungsplatte 26 dient als Halterung für die Honsteine 22. Führungsbolzen 25 und Gleitsteine 22 sind durch sogenannte Konstanthalter 24, d. h. mit näherungsweise konstanter Kraft, federnd gegen die übrige Zustelleinheit 20 abgestützt. Auch die Honsteine &Ggr; werden durch nicht dargestellte Konstanthalter an der Zustelleinheit 20 abgestützt, so daß die Honsteine 22 immer mit einer definierten Kraft gegen dia Oberfläche des Bauteiles 1 gedrückt werden. Während die Gleitsteine 14, 21 das Gewicht des Laufringes 10 abstützen und diesen in bezug auf das Bauteil 1 positionieren, bewirken die Honsteine 22 eine definierte Bearbeitung der Oberfläche in relativ zur Oberfläche immer gleicher Position. Dabei kommt es nicht einmal darauf an, ob der Laufring 10 tatsächlich exakt konzentrisch zum Bauteil liegt oder leicht exzentrisch umläuft- Hierin liegt ein ganz wesentlicher Punkt der vorliegenden Erfindung. Die Gleitsteine 14, 21 und die Honsteine 22 haben in axialer Richtung des Bauteiles .1 einewhile the third support device 20, which simultaneously contains the machining device (22), is aligned with the smallest machineable circumference l _mi . The three support devices are distributed approximately evenly over the circumference of the component 1. In the present exemplary embodiment, the machining device 22 is structurally combined with one 21 of the support devices. The support devices essentially consist of holders for sliding stones 14, which can be precisely positioned by means of threaded spindles 15 and secured by means of lock nuts; the support device 20 additionally carries the machining device, in the present exemplary embodiment honing stones 22. The support device 20 thus simultaneously serves as a feed unit for sliding and honing stones. The sliding stones 21 are fastened to guide bolts 25, which slide in guide bushes 23, which are fastened to a guide plate 26. The guide plate 26 serves as a holder for the honing stones 22. Guide bolts 25 and sliding stones 22 are supported against the rest of the feed unit 20 by so-called constant holders 24, i.e. with an approximately constant force. The honing stones Γ are also supported by constant holders (not shown) on the feed unit 20, so that the honing stones 22 are always pressed against the surface of the component 1 with a defined force. While the sliding stones 14, 21 support the weight of the race 10 and position it in relation to the component 1, the honing stones 22 effect a defined machining of the surface in a position that is always the same relative to the surface. It does not even matter whether the race 10 is actually exactly concentric with the component or rotates slightly eccentrically - this is a very important point of the present invention. The sliding stones 14, 21 and the honing stones 22 have a

Ausdrlinuncj von wenigstens einigen Zentimetern, wodurch der ( Expression of at least a few centimeters, whereby the (

7.1. 0 3 UA7.1. 0 3 UA

I· Il · ·· ■I· Il · ·· ■

G 3 <* 9 9 DEG 3 <* 9 9 EN

^ ) 1 Laufring 10 immer in einer Ebene senkrecht zur Achse des Bauteiles 1 ,gehalten wird. Die Zustelleinheit 20 fur Gleitsteine 21 und Honsteine 22 ist um einen kleinen Winkel, vorzugsweise etwa 7*, zur Oberflächennormalen des Bauteiles gekippt, was für die Oberflächenbearbeitung durch Honsteine vorteilhaft ist. Der Laufring 10 besteht aus zwei Segmenten 10a, 10b, welche durch Laschenkupplungen 11 mit zentrierenden Schnellverschlüssen verbindbar sind. Hierdurch läßt sich eine einfache Montage in dem gewünschten Bereich auch dann verwirkliehen, wenn der Laufring 10 nicht von einem Ende über das Bauteil 1 geschoben werden kann. An seinem AuSenumfang trägt der Laufring 10 einen, vorzugsweise aufgeschraubten, Zahnkranz 16, über welchen der Antrieb des Laufringes für die Rotations-V bewegung erfolgt.^ ) 1 race ring 10 is always held in a plane perpendicular to the axis of the component 1. The feed unit 20 for sliding stones 21 and honing stones 22 is tilted by a small angle, preferably about 7*, to the surface normal of the component, which is advantageous for surface processing by honing stones. The race ring 10 consists of two segments 10a, 10b, which can be connected by means of tab couplings 11 with centering quick-release fasteners. This enables simple assembly in the desired area even if the race ring 10 cannot be pushed over the component 1 from one end. On its outer circumference, the race ring 10 carries a preferably screwed-on gear ring 16, via which the race ring is driven for the rotational V movement.

Fig. 5 veranschaulicht in einer Ansicht von oben den Aufbau der übrigen Vorrichtung, welche die Rotation und axiale Bewegung des Laufringes 10 bewirkt. Ein Tragrahmen 5 ruht auf e'nem Stützrahmen bzw. Stützbeinen 7, welche sich entweder auf einen Unterbau oder an Teilabschnitten des Bauteiles 1 abstützen können. Der Tragrahmen 5 enthält Führungsstangen 51, auf denen ein Hubrahmen 6 wie ein Schlitten gleiten kann. Der Hubrahmen 6 trägt einen hier nur angedeuteten stufenlos verstellbaren Drehstrom-Getriebemotor 57, welcher über geeignete Antriebsmittel, z. B. einen Zahnriemen,den Laufring &zgr; antreibt. Der Motor 57 hat durch die besondere Art der Kraftübertragung und seine Aufhängung durch Konstanthalter keinen nachteiligen Einfluß auf den konzentrischen Rundlauf des Laufrades 10. Durch Abstimmen des Konstantdrucks kann nur die für die Drehung des Rades notwendige Andruckkraft auf den Laufring 10 gegeben werden. Eine geeignete Bearbeitungsgeschwindigkeit der Honsteine 22 auf der Oberfläche des Bauteils 1 liegt bei etwa 30 bis 50 m/min. Die axiale, oszillierende Bewegung des Laufringes 10 wird mittels eines Linearantriebes 54, z. B. über eine Antriebsstange 55 oder dergleichen,Fig. 5 shows a view from above of the structure of the rest of the device which causes the rotation and axial movement of the race 10. A support frame 5 rests on a support frame or support legs 7 which can be supported either on a substructure or on sections of the component 1. The support frame 5 contains guide rods 51 on which a lifting frame 6 can slide like a carriage. The lifting frame 6 carries a continuously adjustable three-phase gear motor 57 (only indicated here) which drives the race ζ via suitable drive means, e.g. a toothed belt. The motor 57 has no adverse effect on the concentric concentricity of the impeller 10 due to the special type of power transmission and its suspension by means of constant holders. By adjusting the constant pressure, only the pressure force required for the rotation of the wheel can be applied to the race 10. A suitable processing speed of the honing stones 22 on the surface of the component 1 is approximately 30 to 50 m/min. The axial, oscillating movement of the race 10 is achieved by means of a linear drive 54, e.g. via a drive rod 55 or the like.

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G 3 it 9 9 OEG 3 it 9 9 OE

( ) 1 bewirkt, welcher am Hubrahmen 6 angreift. Am Hubrahmen 6 sind weiter .zwei Führungsbügel 52, 53 befestigt, welche den Laufring 10 jeweils beidseitig in axialer Richtung spielfrei zur Ausführung des Längsvorschubs fassen, in radialen Richtungen jedoch ein Spiel des Laufringes 10 gegenüber den Führungsbügeln 52, 53 zulassen. Falls erforderlich, kann an den Umkehrpunkten des Hubrahmens 6 ein verstellbarer Anschlag 56, ggf. mit einer Dämpfung, angeordnet sein. Eine geeignete Geschwindigkeit für die axiale Bewegung des Laufringes 10 liegt bei 10 bis 20 m/min. Um eine gleichmäßige Bearbeitung der Oberfläche des Bauteils 1 zu gewährleisten, ist darauf zu achten, daß die Rotationsfrequenz des Laufringes 1 und die Oszillationsfrequenz nicht gleich sind und keine kleinen gemeinsamen Vielfachen ^ ) haben.( ) 1, which acts on the lifting frame 6. Two guide brackets 52, 53 are also attached to the lifting frame 6 , which hold the race 10 on both sides in the axial direction without play to carry out the longitudinal feed, but allow play of the race 10 in the radial direction relative to the guide brackets 52, 53. If necessary, an adjustable stop 56, possibly with damping, can be arranged at the reversal points of the lifting frame 6. A suitable speed for the axial movement of the race 10 is 10 to 20 m/min. In order to ensure uniform processing of the surface of the component 1, care must be taken that the rotation frequency of the race 1 and the oscillation frequency are not the same and do not have small common multiples ^ ) .

Die vorliegende Erfindung ermöglicht insbesondere das Außenhonen von Lagerzapfen an Turbinen- und Generatorenwellen, ist jedoch weder auf diese Bauteile noch speziell auf das Honen beschränkt. Das Prinzip eignet sich für alle Oberflächenbearbeitungen, die die Rundheit und Rotationsachse eines Bauteiles nicht beeinflussen sollen.The present invention enables the external honing of bearing journals on turbine and generator shafts in particular, but is neither limited to these components nor specifically to honing. The principle is suitable for all surface treatments that should not affect the roundness and rotation axis of a component.

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Claims

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) 1 Protection claims

1. Device for surface treatment of a stationary, approximately cylindrical component (1), in particular a bearing journal of a rotary machine shaft, characterized by the following features:

a) the device contains a rotatable race (10) with at least one processing device (22) and at least three support devices (12, 13, 20) in its interior;

b) the device contains drive means (57, 54) for rotating the V t race (10) and for moving it back and forth in an oscillating manner in the direction of its axis of rotation over a predeterminable distance;

c) the device can be mounted with a support frame (5) on or above the component (1) such that the component (1) lies approximately concentrically inside the race (10) and the at least three support devices (12, 13, 20) at least approximately center the race (10) with respect to the component (1), the race (10) having no rigid connection to the support frame (5) at least in the radial direction.

2. Device according to claim 1, characterized in that the race (10) has an external gear ring (16) which is connected, e.g. via a toothed belt, to a motor (57), preferably a continuously variable electric motor.

3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the race (10) is in engagement with an axially reciprocating lifting frame (6) via guide brackets (52, 53) engaging with radial play.

i\. Device according to claim 3, ^{characterized} in that the lifting frame (6) is mounted on the support frame (5)

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fixed guide rods (51) is axially movable, preferably by a linear drive (54, 55).

|t 5. Device according to one of the preceding claims, d a-

characterized in that the at least

J three support devices (12, 13, 20) radially adjustable (15)

g and lockable (17), wherein a support device (20)

! is spring loaded (24).

6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the support devices (12, 13, 20) are equipped on their inner side with sliding blocks (14, 21) which can slide on the surface of the component ⁽ 1).
15

7. Device according to claim 6, characterized in that the sliding blocks have a length of 3 to 15 cm in the axial direction and a width of 0.5 to 3 cm in the circumferential direction.

8. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the processing device (22) is provided with at least one constant holder with defined

;■ 25 ter force approximately in the direction of the surface of the component (1) ), preferably by means of disc springs.

9. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the processing device (22) is structurally combined with one (20) of the support devices (12, 13, 20).

10. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the processing device (22) is arranged at a small angle of attack (alpha) to the surface normal of the component (1), for example an angle of attack between 5* and 10*.

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( 1 11. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the processing device (22) consists of at least one honing stone (22) held in a guide plate (26). 5

12. Device according to claim 11, characterized in that two honing stones (22) are arranged one behind the other in the circumferential direction of the component (1).

13. Device nanh απ-spray 11 or 12y d S d U Γ C h characterized in that each honing stone (22) has a width of 0.5 to 3 cm in the circumferential direction of the component (1) and a length of 3 to 15 cm V in the axial direction.

14. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the support frame (5) is attached to the base or to sections (la, 1b) of the

component (1).

15. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the race (10) consists of two or more segments (10a, 10b).

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