EP4139085A1 - Mobile bearbeitungsmaschine und verfahren zum segmentweisen bearbeiten eines bauteils - Google Patents

Mobile bearbeitungsmaschine und verfahren zum segmentweisen bearbeiten eines bauteils

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Publication number
EP4139085A1
EP4139085A1 EP21731691.8A EP21731691A EP4139085A1 EP 4139085 A1 EP4139085 A1 EP 4139085A1 EP 21731691 A EP21731691 A EP 21731691A EP 4139085 A1 EP4139085 A1 EP 4139085A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
processing machine
axis
component
tool
carrier element
Prior art date
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Pending
Application number
EP21731691.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Alexander Braun
Rick Giesel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Original Assignee
Siemens Energy Global GmbH and Co KG
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Energy Global GmbH and Co KG filed Critical Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Publication of EP4139085A1 publication Critical patent/EP4139085A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • B23Q9/0014—Portable machines provided with or cooperating with guide means supported directly by the workpiece during action
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2230/00—Manufacture
    • F05D2230/80—Repairing, retrofitting or upgrading methods

Definitions

  • the present invention relates to a mobile processing machine for segment-wise in-situ processing of a component that can be rotated about an axis of rotation, in particular a component of a turbine.
  • the invention also relates to a method for segment-wise in-situ machining of a component that is rotatably mounted in a stationary body about an axis of rotation.
  • Gas turbines are often used in power plants to generate electricity in order to generate electricity by burning gas.
  • a gas turbine usually has a turbine housing and a rotor.
  • the rotor usually has a central shaft which is mounted in the turbine housing so that it can rotate around a fixed axis of rotation and carries various axially offset, i.e. stacked, components, in particular wheels with turbine blades.
  • the individual components are non-rotatably coupled to the shaft and thus rotate together with it.
  • components fixed to the housing for example a diffuser, can also be arranged, a defined axial gap having to be formed between the rotating components and the components fixed to the housing. Since the components fixed to the housing completely surround the shaft, they are part of the stack and cannot be easily removed.
  • Such components of gas turbines in a power plant are exposed to high mechanical and / or thermal loads during operation. For example, creep processes can occur due to the high operating temperatures, so that the dimensions of the gaps between two components can change, which can lead to consequential damage due to the changed temperature effects. which can lead to the turbine.
  • the only option so far is to first remove the shaft together with the components held on it and the components fixed to the housing from the turbine housing. Accordingly, the turbine housing must usually first be dismantled. After removing the shaft and the components, the shaft must be unstacked, i.e. the individual components must be removed from the shaft. Only then can the individual components be processed in a suitable production facility, for example a CNC processing machine. After machining, it is necessary to stack the rotor again and insert it into the turbine housing. However, such an approach is very time-consuming.
  • the object of the present invention is therefore to provide a mobile processing machine for in-situ processing of a component that can be rotated about an axis of rotation, in particular a component of a turbine, as well as a method for in-situ processing of such a component, so that time-saving processing is made possible .
  • a mobile processing machine of the type mentioned has a base body on which fastening means are provided in order to detachably attach the base body to a body which is stationary relative to the axis of rotation and defines the axis of rotation, in particular to a turbine housing Carrier element, wel Ches is held on the base body along an arcuate Füh approximate path about a C-axis, and a Tool module, which is held on the carrier element and is designed to receive a tool, in particular a cutting tool, preferably a grinding wheel or a milling cutter, the tool module being arranged on the carrier element to be linearly adjustable transversely, in particular radially to the C-axis .
  • the object on which the invention is based is achieved in a method for segment-wise in-situ processing of the type mentioned at the outset, which comprises the following steps: a) providing a processing machine which is designed to process the component over a circumferential segment, and Attaching the processing machine to the stationary Kör by; b) machining a first circumferential segment of the component using the processing machine; c) Rotating the component about its axis of rotation by a réelle certain angle; d) processing of a further circumferential segment of the component using the processing machine; e) Repeat steps c) and d) until the component has been machined over its entire circumference.
  • the invention is based on the fundamental consideration of no longer removing the component to be machined from the turbine housing as before in order to rework it, but rather to leave it in the turbine housing, thus enabling in-situ machining.
  • successive machining of the component is provided.
  • circumferential segments are machined one after the other, and the component to be machined is rotated by a defined angle to machine the next segment. Is it the component to be machined? a component of a turbine, which is stacked on a shaft, so there is no need to dismantle the turbine housing or unstack the components.
  • a tool module which carries a corresponding tool for processing and can be moved along two degrees of freedom relative to a base body which can be attached to a stationary body, in particular to a turbine housing.
  • the tool module can be moved around a C-axis along a circular arc-shaped guide path, which means that it can be moved and positioned along a circular path. Furthermore, it can be adjusted transversely, in particular radially to the C-axis and thus to the circular path, so that it can be moved towards and away from the C-axis and positioned relative to this.
  • the tool when machining a segment, the tool can first be positioned radially in such a way that it engages the component to be machined, and is then moved in the circumferential direction along the arcuate guide path in order to edit the component over a first circumferential segment.
  • the C axis of the processing machine preferably coincides with the axis of rotation of the component.
  • the circular arc-shaped guide track extends over a central angle around the C axis of at least 20 ° and / or at most 40 °.
  • the number of circumferential segments that have to be machined in order to machine a component over its full circumference results from the extension of the arcuate guide path. With a center angle around the C-axis of 20 ° there are 18 segments, with a center angle of 40 ° there are 9 segments in order to process the component over the entire circumference.
  • the carrier element is preferably held so that it can be moved around the C-axis by means of a profile guide on the base body.
  • the profile guide can have a double profile provided on the base body, which positively engages in a corresponding counter profile provided on the carrier element.
  • a stable guidance of the carrier element relative to the base body along the circular arc-shaped guideway is realized by a double profile.
  • the profile guide can have a dovetail - or a T-profile, which engages positively in a corresponding mating contour on the Trä gerelement. Profiles of this type enable the transmission of high forces with precise guidance and thus effective machining of the component to be machined.
  • the profile guide can also have a curved guide with linear roller bearing elements, preferably balls or Rol len, in order to guide the carrier element relative to the base body. In such a recirculating ball guide or Rol lenumlauf entry balls or rollers are angeord net as rolling elements between the carrier element and a guide profile, by means of which the carrier element is mounted.
  • feed means are preferably provided.
  • These can be a toothed rod extending in an arc along or parallel to the circular guide track and a toothed wheel which is in one handle stands, embrace.
  • a toothing enables precise positioning of the carrier element on the base body with little play.
  • the rack is arranged on the base body and the gear is rotatably mounted on the support element, the gear is preferably in engagement radially on the outside of the C-axis with the rack.
  • the gear is rotatably mounted on the carrier element about a de gear axis of rotation extending parallel to the C-axis.
  • the feed means can further comprise a drive unit which is coupled to the gear wheel in order to drive the gear wheel and to move the carrier element relative to the base body.
  • the drive unit can comprise a motor in the form of an electric motor and / or a hydraulic motor and / or a pneumatic motor and, in particular, a gear coupled with the motor, preferably a planetary gear.
  • a motor is provided on the carrier element in order to drive the gearwheel and thus convert a rotary movement of the gearwheel with engagement with the rack into a movement of the carrier element along the circular guide path.
  • a handwheel can also be provided to drive the gear so that the carrier element can be moved manually.
  • a linear guide In order to guide the tool module relative to the carrier element radially to the C-axis, a linear guide can be provided.
  • the linear guide can be designed as a recirculating ball bearing guide or as a roller guide.
  • the recirculating ball bearing guide or recirculating roller guide preferably comprises a profile rail, which in particular has a plurality of tracks on which rows of balls are guided and, in the present case, are deflected and returned in the tool module, preferably in an intermediate plate of the tool module. This results in a high power transmission with low frictional resistance at the same time.
  • the linear guide can comprise at least one, in particular two, profile rails which are arranged on the carrier element and form-fit in the tool module, in particular engages in an intermediate plate of the tool module.
  • the tool module can be guided transversely, in particular radially, to the C axis relative to the carrier element.
  • the profile rails have a dovetail or T-profile and engage in a corresponding counter-contour on the tool module.
  • adjustment means can be provided in order to move the tool module relative to the carrier element. In this way, positioning and a movement along the linear guide are implemented.
  • the adjustment means preferably comprise a drive motor in the form of an electric motor and / or a hydraulic motor and / or a pneumatic motor and in particular a gear coupled to the drive motor, preferably a planetary gear.
  • An electric motor can preferably be designed as a stepper motor, which enables particularly precise positioning.
  • the adjustment means can also include a manually operated handwheel.
  • the drive motor can be firmly connected to the carrier element, in particular screwed to it, and coupled to the tool module via a screw thread.
  • a rotary movement of a drive spindle is converted into a translational movement of the tool module along the linear guide via a screw thread.
  • the helical gear is designed as a ball screw drive and comprises a ball screw spindle, which rotatably with the drive motor is coupled, as well as a ball screw nut which is firmly connected to the tool module, in particular is introduced into a bore formed in this, so that a rotary movement of the ball screw spindle is converted into a linear movement of the tool module relative to the carrier element.
  • a ball screw drive inserted balls transmit the force between the ball screw spindle and the ball screw nut.
  • a ball screw drive is characterized by lower frictional forces and higher positioning accuracy.
  • the tool module can comprise drive means in order to drive a tool attached to the tool module in rotation about a tool axis.
  • the drive means can include an electric motor and / or a hydraulic motor and / or a pneumatic motor.
  • a hydraulic motor or a pneumatic motor represents a simple possibility of realizing high drive powers with a space-saving design.
  • an electric motor is particularly easy to regulate with regard to speed or power.
  • the tool module can have a receptacle for a tool that can be driven in rotation about a tool axis, the tool axis in particular extending parallel to the C axis.
  • An extension of the tool axis parallel to the C axis enables it to penetrate radially from the outside with a milling cutter or a grinding wheel into the component to be machined and to shorten an axial projection.
  • the receptacle can comprise a mandrel, onto which a tool with a corresponding opening can be pushed, and securing means to fix the tool on the mandrel.
  • the securing means can have a screw which is screwed into a threaded hole formed on the mandrel in order to fix a pushed-on tool.
  • Such an attachment for a tool is common for mobile grinding devices, for example, in order to put on a grinding wheel, in particular a cutting-off wheel.
  • the tool module can comprise suction means in order to be able to suction off chips or other contaminants that arise during machining. Machining a component is always associated with the formation of chips and dust, so that suction is useful to prevent the chips from remaining on the component being machined. Furthermore, surrounding components are protected, since metal chips hitting the surface at high speed can damage surfaces.
  • the tool module can include a protective cover so that the surroundings are protected from flying parts, in particular chips, during machining.
  • the fastening means of the base body can have bores, in particular elongated holes, in order to screw the base body onto a stationary base body.
  • a screw connection is a simple way of realizing a fast, stable and at the same time detachable connection.
  • the base body can have a support surface for, in particular, flat contact with the stationary body.
  • the base body can have a base plate on which a support surface is formed for flat contact with a stationary body, and a guide plate protruding in particular vertically from the base plate, on which the tool module is movably held and which is in particular which parallel to the plane spanned by the arc it stretches.
  • support means can be provided on the guide plate, in particular in an outer area of the guide plate facing away from the base plate, in order to support the base body perpendicular to the plane spanned by the circular arc.
  • Such support means can, for example, serve to fasten the base body to another component on a turbine in order to provide lateral support for the guide plate.
  • the method according to the invention can also be characterized in that a processing machine according to the invention is used, the C-axis of the processing machine preferably coinciding with the axis of rotation of the component.
  • the component to be processed can be a component of a turbine, in particular a component stacked on a central shaft of the turbine, and the stationary body can be a turbine housing or a part thereof.
  • the turbine housing can be designed in two parts and thus comprise two housing halves, which rest flat against one another at a parting plane or parting line.
  • the component to be machined of a turbine can be firmly connected to the housing during normal operation and decoupled from the housing before processing and coupled in a rotationally fixed manner to a rotor or a central shaft of the turbine.
  • the fixed body can be a housing half of the turbine housing and the processing machine can be attached to a parting plane lying on the other housing half during operation.
  • the method according to the invention is preferably characterized in that, during processing, a component formed on the component ter axial, annular circumferential projection is shortened. Specifically, a ring-shaped circumferential section can be separated from the component.
  • a radially externally engaging grinding disk or a radially externally engaging milling cutter can be used.
  • the component can be locked while processing a circumferential segment.
  • locking can take place in that the component is temporarily attached to another component.
  • FIG. 1 shows a front view of a mobile machining machine according to an embodiment of the present invention during machining of a component of a turbine
  • FIG. 2 shows a perspective view of the arrangement from FIG. 1;
  • Figure 3 is a detailed perspective view of the arrangement of Figure 1;
  • FIG. 4 shows a detailed front view of the arrangement from FIG. 1;
  • FIG. 5 shows a detailed plan view of the arrangement from FIG. 1.
  • FIGS. 1 to 5 show a gas turbine arrangement with a mobile processing machine 1 according to the present invention attached to it.
  • the turbine arrangement comprises a stationary turbine housing which has an upper housing half (not shown and dismantled) and a lower housing half 3.
  • a central shaft 4 is mounted in the turbine housing 2 so as to be rotatable about an axis of rotation Z.
  • This carries several components of the turbine, in particular rotor wheels, which are stacked one behind the other in the direction of the axis of rotation Z and are connected to the shaft 4 in a rotationally fixed manner.
  • a compressor output diffuser 5 is arranged in the stacking sequence, which does not rotate with the shaft 4 when the turbine is in operation, but is attached to the turbine housing 2.
  • the compressor output diffuser 5 has an axial protrusion 6, which runs in an annular manner and, when the turbine is in operation, points to a component (not shown) that is rotatably coupled to the shaft 4, forming a defined gap.
  • this axial projection 6 of the compressor outlet diffuser 5 is to be shortened circumferentially in order to enlarge the gap width to the adjacent component which rotates with it during operation.
  • the mobile processing machine 1 is used for this purpose.
  • This has a base body 7, which has a base plate 8 and a guide plate 9 protruding perpendicularly from this.
  • a support surface is especially asbil det on the base plate 8 in order to place it on a flat surface of the lower housing half 3 of the turbine housing 2.
  • fastening means are provided on the base plate 8 in order to releasably attach the base body by 7 to the lower housing half 3.
  • the fastening means of the base body 7 comprise elongated holes 10 formed in the base plate 8, via which the base body 7 is screwed to the lower housing half 3 of the Turbinenge housing 2 (screws not shown).
  • fer ner support means in the area facing away from the base plate 8 Be the guide plate 9 is provided.
  • These include a U-shaped mounting bracket 11, which is held axially spaced apart from the guide plate 9 via a screw 12 and encompasses a further component 13, in particular a component connected non-rotatably to the turbine housing 2, positively and / or non-positively.
  • a support element 14 is held movably along an arcuate guide path around a C-axis, which in the present case coincides with the axis of rotation Z of the shaft 4.
  • the circular arc-shaped guideway extends over a central angle be related to the C-axis of about 30 °.
  • the guide plate 9 is aligned in such a way that it extends parallel to the plane spanned by the arcuate guide track.
  • the carrier element 14 is held movable about the C-axis by means of a profile guide on the base body 7.
  • the profile guide has a double profile 15, which is provided on the base body and is formed in one piece with the latter, and which engages positively in a corresponding mating profile 16 provided on the Trä gerelement 14.
  • the profiles of the double profile 15 have a rectangular cross section.
  • feed means are also seen in front of. These include a rack 14 extending parallel to the circular arc-shaped guide track, which is arranged on the base body 7, and a gear 18 which is rotatably mounted on the carrier element 14. The gear 18 is in engagement with the rack 17 radially on the outside of the C-axis.
  • the feed means further comprise a drive unit held on the carrier element 14, which drive unit is coupled to the gear wheel 18 in order to drive the gear wheel 18 and to move the carrier element 14 relative to the base body 7.
  • the drive unit in the present case has a motor in the form of an electric motor 19, which in the present case is screwed to the carrier element 14.
  • the mobile processing machine 1 also has a tool module 20, which is arranged on the carrier element 14 so as to be linearly adjustable radially to the C-axis and is designed to accommodate a tool, in the present case a grinding wheel 21.
  • a linear guide is provided in the present case. This comprises two profile rails 22 which are arranged on the carrier element 14 and which engage positively in an inter mediate plate 23 of the tool module 20.
  • adjustment means are also provided, which in the present case comprise a drive motor in the form of an electric motor.
  • the electric motor 24 is screwed to the carrier element 14 and coupled to the tool module 20 via a screw gear.
  • the helical gear is designed as a ball screw drive and comprises a ball screw spindle 25 which is coupled to the electric motor 24 in a rotationally fixed manner.
  • the screw gear includes a ball screw nut 26, which is firmly connected to the inter mediate plate 23 of the tool module 20 and is introduced into a bore formed in this. In this way, a rotary movement of the ball screw spindle 25 is converted into a linear movement of the tool module 20 relative to the Trä gerelement 14.
  • the tool module 20 has drive means. In the present case, these also include an electric motor 27, which is firmly connected to the intermediate plate 23 of the tool module 20.
  • the tool module 20 has a receptacle 28 for the grinding wheel 21 which can be rotated about a tool axis W and which extends parallel to the C axis and to the Z axis of rotation.
  • the receptacle 28 comprises a mandrel 29 on which the grinding wheel 21 is pushed, and safety means in the form of a screw 30 to fix the tool on the mandrel 29.
  • the screw 30 is screwed into a threaded hole 31 formed on the mandrel.
  • the tool module 20 has a protective cover 32 which covers part of the grinding wheel 21 in the axial direction.
  • the upper housing half of the turbine housing 2 is removed in a first step. Then the mobile processing machine 1 is attached to the lower housing half 3 of the turbine housing 2, specifically to the parting plane 33, which rests against the upper housing half during operation. For this purpose, the base body 7 of the mobile processing machine 1 is screwed to the lower housing half 3 via the elongated holes 10.
  • the compressor output diffuser 5 Since the compressor output diffuser 5 is firmly connected to the housing during operation, but is part of the stacking sequence, the non-rotatable coupling with the turbine housing 2 is released and the compressor output diffuser 5, for example, via a connection to an adjacent one that is non-rotatably connected to the shaft 4 Component for processing temporarily coupled to the shaft 4 in a rotationally fixed manner.
  • the first circumferential segment of the axial projection 6 can now be processed. the.
  • the rotating grinding wheel 21 is moved radially inward to the C-axis, in that the tool module 20 is advanced along the linear guide relative to the carrier element 14. If the grinding wheel 21 is in a position, as shown for example in FIG. 1, in which the grinding wheel completely penetrates the axial projection 6, the support element 14 with the tool module 20 held on it is moved along the arcuate guide path around the C axis. As a result, the axial projection 6 is processed over the circumferential segment defined by the circular arc-shaped guide path. If the carrier element 14 reaches the upper end of the arcuate guide track shown in FIG be moved relative to the base body 7.
  • the compressor output diffuser 5 can now be rotated about its axis of rotation Z by a predetermined angle, so that the next circumferential segment of the axial projection 6 can then be machined in the same way. This procedure is then repeated until the axial projection 6 has been machined over its entire circumference.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine mobile Bearbeitungsmaschine (1) zum segmentweisen in-situ Bearbeiten eines um eine Drehachse (Z) drehbaren Bauteils, insbesondere einer Komponente einer Turbine. Die Bearbeitungsmaschine (1) besitzt einen Grundkörper (7), ein Trägerelement (14), welches am Grundkörper (7) entlang einer kreisbogenförmigen Führungsbahn um eine C-Achse verfahrbar gehalten ist, und ein Werkzeugmodul (20), welches an dem Trägerelement (14) gehalten ist und ausgebildet ist, ein Werkzeug aufzunehmen. Das Werkzeugmodul (20) ist an dem Trägerelement (14) linear verstellbar angeordnet. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum segmentweisen in-situ Bearbeiten eines in einem ortsfesten Körper drehbar um eine Drehachse gelagerten Bauteils.

Description

Beschreibung
Mobile Bearbeitungsmaschine und Verfahren zum segmentweisen Bearbeiten eines Bauteils
Die vorliegende Erfindung betrifft eine mobile Bearbeitungs maschine zum segmentweisen in-situ Bearbeiten eines um eine Drehachse drehbaren Bauteils, insbesondere einer Komponente einer Turbine.
Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum segmentweisen in-situ Bearbeiten eines in einem ortsfesten Körper drehbar um eine Drehachse gelagerten Bauteils.
Zur Stromerzeugung werden in Kraftwerken häufig Gasturbinen eingesetzt, um durch die Verbrennung von Gas elektrischen Strom zu generieren. Eine solche Gasturbine weist üblicher weise ein Turbinengehäuse und einen Rotor auf. Der Rotor be sitzt zumeist eine zentrale Welle, welche in dem Turbinenge häuse um eine ortsfeste Drehachse drehbar gelagert ist und verschiedene axial zueinander versetzte, d.h. gestapelte Kom ponenten, insbesondere Räder mit Turbinenschaufeln trägt. Die einzelnen Komponenten sind dabei drehfest mit der Welle ge koppelt und rotieren somit gemeinsam mit dieser. Axial zwi schen solchen mit der Welle gekoppelten Komponenten können auch gehäusefeste Komponenten, beispielsweise ein Diffusor, angeordnet sein, wobei zwischen den rotierenden Komponenten und den gehäusefesten Komponenten ein definierter Axialspalt ausgebildet sein muss. Da die gehäusefesten Komponenten die Welle vollständig umgeben, sind sie Bestandteil der Stapel folge und können nicht ohne weiteres entnommen werden.
Solche Komponenten von Gasturbinen eines Kraftwerks sind wäh rend des Betriebs hohen mechanischen und/oder thermischen Be lastungen ausgesetzt. Beispielsweise können aufgrund der ho hen Betriebstemperaturen Kriechvorgänge auftreten, so dass sich Spaltmaße zwischen zwei Komponenten ändern können, was aufgrund der veränderten Temperatureinwirkungen zu Folgeschä- den an der Turbine führen kann. Vor diesem Hintergrund ist es häufig erforderlich, die Komponenten im Rahmen von Wartungs arbeiten einer mechanischen Bearbeitung zu unterziehen. Bei spielsweise werden im Rahmen von solchen Wartungsarbeiten ringförmig umlaufende axiale Vorsprünge von Komponenten mit tels einer mechanischen Bearbeitung gekürzt, um einen Axial spalt zwischen zwei Komponenten vergrößern zu können.
Steht eine mechanische Bearbeitung einer Komponente an, so besteht bisher die einzige Möglichkeit darin, die Welle ge meinsam mit den an dieser gehaltenen Komponenten und den ge häusefesten Komponenten zunächst aus dem Turbinengehäuse zu entnehmen. Entsprechend muss in der Regel zunächst das Turbi nengehäuse demontiert werden. Nach der Entnahme der Welle und der Komponenten muss die Welle entstapelt werden, d.h. die einzelnen Komponenten müssen von der Welle entnommen werden. Erst dann kann die einzelne Komponente in einer geeigneten Fertigungseinrichtung, beispielsweise einer CNC-Bearbeitungs- maschine, bearbeitet werden. Nach der Bearbeitung ist es er forderlich, den Rotor wieder zu stapeln und in das Turbinen gehäuse einzusetzen. Eine solche Vorgehensweise ist jedoch sehr zeitaufwändig.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, eine mobile Bearbeitungsmaschine zum in-situ Bearbeiten eines um eine Drehachse drehbaren Bauteils, insbesondere einer Komponente einer Turbine, sowie ein Verfahren zum in-situ Bearbeiten eines solchen Bauteils bereitzustellen, so dass eine zeitspa rende Bearbeitung ermöglicht wird.
Diese Aufgabe ist bei einer mobilen Bearbeitungsmaschine der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass diese einen Grundkörper, an dem Befestigungsmittel vorgesehen sind, um den Grundkörper an einem relativ zur Drehachse ortsfesten Körper, der die Drehachse definiert, insbesondere an einem Turbinengehäuse, lösbar anzubringen, ein Trägerelement, wel ches am Grundkörper entlang einer kreisbogenförmigen Füh rungsbahn um eine C-Achse verfahrbar gehalten ist, und ein Werkzeugmodul, welches an dem Trägerelement gehalten ist und ausgebildet ist, ein Werkzeug, insbesondere ein spanendes Werkzeug, bevorzugt eine Schleifscheibe oder ein Scheibenfrä ser, aufzunehmen, aufweist, wobei das Werkzeugmodul an dem Trägerelement quer, insbesondere radial zur C-Achse linear verstellbar angeordnet ist.
Ferner ist die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe bei einem Verfahren zum segmentweisen in-situ Bearbeiten der ein gangs genannten Art gelöst, welches die folgenden Schritte umfasst: a) Bereitstellen einer Bearbeitungsmaschine, welche ausge legt ist, das Bauteil über ein Umfangssegment zu bearbeiten, und Anbringen der Bearbeitungsmaschine an dem ortsfesten Kör per; b) Bearbeiten eines ersten Umfangssegments des Bauteils unter Einsatz der Bearbeitungsmaschine; c) Drehen des Bauteils um seine Drehachse um einen vorbe stimmten Winkel; d) Bearbeiten eines weiteren Umfangsegments des Bauteils unter Einsatz der Bearbeitungsmaschine; e) Wiederholen der Schritte c) und d), bis das Bauteil über seinen gesamten Umfang bearbeitet ist.
Der Erfindung liegt die grundsätzliche Überlegung zugrunde, das zu bearbeitende Bauteil nicht mehr wie bisher aus dem Turbinengehäuse auszubauen, um es zu überarbeiten, sondern es im Turbinengehäuse zu belassen, somit eine in-situ-Bearbei- tung zu ermöglichen. Dazu ist eine sukzessivs Bearbeitung des Bauteils vorgesehen. Hierzu werden nacheinander Umfangsseg mente bearbeitet, und wird das zu bearbeitende Bauteil zum Bearbeiten des nächsten Segments um einen definierten Winkel gedreht. Handelt es sich bei dem zu bearbeitenden Bauteil um eine Komponente einer Turbine, welche auf einer Welle gesta pelt ist, so entfällt das Demontieren aus dem Turbinengehäuse und das aufwändige Entstapeln der Komponenten.
Bei der erfindungsgemäßen mobilen Bearbeitungseinrichtung ist ein Werkzeugmodul vorgesehen, welches ein entsprechendes Werkzeug zur Bearbeitung trägt und relativ zu einem Grundkör per, welcher an einem feststehenden Körper, insbesondere an einem Turbinengehäuse, befestigbar ist, entlang von zwei Freiheitsgraden verfahrbar ist.
Zum einen ist das Werkzeugmodul entlang einer kreisbogenför migen Führungsbahn um eine C-Achse verfahrbar, was bedeutet, dass es entlang einer Kreisbahn bewegt und positioniert wer den kann. Ferner ist es quer, insbesondere radial zur C-Achse und somit zur Kreisbahn verstellbar, so dass es auf die C- Achse zu und von dieser weg bewegt und relativ zu dieser po sitioniert werden kann.
Demzufolge kann das Werkzeug beim Bearbeiten eines Segments zunächst radial derart positioniert werden, dass es in das zu bearbeitende Bauteil eingreift, und anschließend in Umfangs richtung entlang der kreisbogenförmigen Führungsbahn bewegt wird, um das Bauteil über ein erstes Umfangssegment zu bear beiten. Bevorzugt fällt dabei die C-Achse der Bearbeitungs maschine mit der Drehachse des Bauteils zusammen.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Bearbeitungsmaschine erstreckt sich die kreisbogenförmige Führungsbahn über einen Mittelpunktwinkel um die C-Achse von mindestens 20° und/oder höchstens 40°. Aus der Erstreckung der kreisbogenförmigen Führungsbahn ergibt sich die Anzahl der Umfangssegmente, die bearbeitet werden müssen, um ein Bauteil über seinen vollen Umfang zu bearbeiten. Bei einem Mittelpunktwinkel um die C-Achse von 20° ergeben sich somit 18 Segmente, bei einem Mittelpunktwinkel von 40° ergeben sich 9 Segmente, um das Bauteil über den gesamten Umfang zu bear beiten. Bevorzugt ist das Trägerelement mittels einer Profilführung am Grundkörper um die C-Achse verfahrbar gehalten. In konkre ter Ausgestaltung kann die Profilführung ein am Grundkörper vorgesehenes Doppelprofil aufweisen, welches formschlüssig in ein korrespondierendes, am Trägerelement vorgesehenes Gegen profil eingreift. Durch ein Doppelprofil wird eine stabile Führung des Trägerelements relativ zum Grundkörper entlang der kreisbogenförmigen Führungsbahn realisiert.
Um eine präzise und gleichzeitig stabile Führung des Trä gerelements relativ zum Grundkörper zu erreichen, kann die Profilführung ein Schwalbenschwanz - oder ein T-Profil auf weisen, welches in eine korrespondierende Gegenkontur am Trä gerelement formschlüssig eingreift. Derartige Profile ermög lichen die Übertragung hoher Kräfte bei gleichzeitig präziser Führung und somit eine effektive Bearbeitung des zu bearbei tenden Bauteils. Die Profilführung kann ferner eine Bogenfüh rung mit Linearwälzlagerelementen, bevorzugt Kugeln oder Rol len, aufweisen, um das Trägerelement relativ zum Grundkörper zu führen. Bei einer solchen Kugelumlaufführung oder Rol lenumlaufführung sind zwischen dem Trägerelement und einem Führungsprofil Kugeln bzw. Rollen als Wälzelemente angeord net, mittels derer das Trägerelement gelagert wird. Bei einer Bewegung des Trägerelements relativ zum Führungsprofil bewe gen sich die Wälzelemente dabei auf einer geschlossenen, um laufenden Bahn, welche in dem Trägerelement ausgebildet ist. Eine solche bogenförmige Lagerung mittels einer Kugel- oder Rollenumlaufführung ermöglicht einerseits die Übertragung hoher Kräfte und andererseits einen geringen Reibwert, so dass eine hohe Positioniergenauigkeit und eine leichte Ver stellbarkeit gegeben ist.
Um das Trägerelement relativ zum Grundkörper zu verfahren oder zu positionieren, sind bevorzugt Vorschubmittel vorge sehen. Diese können eine sich bogenförmig entlang des oder parallel zur kreisförmigen Führungsbahn erstreckende Zahn stange und ein Zahnrad, welches mit der Zahnstange in Ein- griff steht, umfassen. Eine derartige Verzahnung ermöglicht ein präzises Positionieren des Trägerelements am Grundkörper mit einem geringen Spiel. Bevorzugt ist die Zahnstange am Grundkörper angeordnet und das Zahnrad drehbar am Trägerele ment gelagert, wobei das Zahnrad bevorzugt radial außenseitig zur C-Achse mit der Zahnstange in Eingriff steht. Vorteilhaft ist das Zahnrad um eine sich parallel zur C-Achse erstrecken de Zahnrad-Drehachse drehbar am Trägerelement gelagert.
Die Vorschubmittel können ferner eine Antriebseinheit umfas sen, welche mit dem Zahnrad gekoppelt ist, um das Zahnrad an zutreiben und das Trägerelement relativ zum Grundkörper zu bewegen. Die Antriebseinheit kann einen Motor in Form eines Elektromotors und/oder eines Hydraulikmotors und/oder eines Pneumatikmotors und insbesondere ein mit dem Motor gekoppel tes Getriebe, bevorzugt ein Planetengetriebe, umfassen. Mit anderen Worten ist am Trägerelement ein Motor vorgesehen, um das Zahnrad anzutreiben und somit eine Drehbewegung des Zahn rads mit Eingriff mit der Zahnstange in eine Bewegung des Trägerelements entlang der kreisförmigen Führungsbahn umzu setzen. Alternativ kann auch ein Handrad vorgesehen sein, um das Zahnrad anzutreiben, so dass das Trägerelement manuell bewegt werden kann.
Um das Werkzeugmodul relativ zum Trägerelement radial zur C- Achse zu führen, kann eine Linearführung vorgesehen sein. Die Linearführung kann als Kugelumlaufführung oder als Rollenum laufführung ausgebildet sein. Die Kugelumlaufführung oder Rollenumlaufführung umfasst bevorzugt eine Profilschiene, die insbesondere mehrere Bahnen aufweist, auf welchen Kugelreihen geführt werden und vorliegend im Werkzeugmodul, bevorzugt in einer Zwischenplatte des Werkzeugmoduls, umgelenkt und zu rückgeführt werden. Dadurch ergibt sich eine hohe Kraftüber tragung bei gleichzeitig geringem Reibungswiderstand.
Die Linearführung kann mindestens eine, insbesondere zwei Profilschienen umfassen, welche am Trägerelement angeordnet ist/sind und formschlüssig in das Werkzeugmodul, insbesondere in eine Zwischenplatte des Werkzeugmoduls eingreift/eingrei- fen. Somit kann in an sich bekannter Weise das Werkzeugmodul relativ zum Trägerelement quer, insbesondere radial zur C- Achse geführt werden. Durch die Verwendung von zwei Profil schienen wird dabei eine hohe mechanische Stabilität er reicht, wobei ein Verkippen um eine sich quer bzw. radial zur C-Achse erstreckende Achse sicher verhindert wird.
In bevorzugter Ausgestaltung dieser Ausführungsform weisen die Profilschienen ein Schwalbenschwanz- oder ein T-Profil auf und greifen in eine korrespondierende Gegenkontur am Werkzeugmodul ein.
Des Weiteren können Verstellmittel vorgesehen sein, um das Werkzeugmodul relativ zum Trägerelement zu bewegen. Auf diese Weise wird ein Positionieren und ein Verfahren entlang der Linearführung realisiert.
Bevorzugt umfassen die Verstellmittel einen Antriebsmotor in Form eines Elektromotors und/oder eines Hydraulikmotors und/oder eines Pneumatikmotors und insbesondere ein mit dem Antriebsmotor gekoppeltes Getriebe, bevorzugt ein Planeten getriebe. Ein Elektromotor kann bevorzugt als Schrittmotor ausgebildet sein, wodurch ein besonders genaues Positionieren ermöglicht wird. Anstelle eines Antriebmotors können die Ver stellmittel auch ein manuell zu betätigendes Handrad umfas sen.
Der Antriebsmotor kann mit dem Trägerelement fest verbunden, insbesondere mit diesem verschraubt sein, und über ein Schraubgewinde mit dem Werkzeugmodul gekoppelt sein. Über ein Schraubgewinde wird eine rotatorische Bewegung einer An triebsspindel in eine translatorische Bewegung des Werkzeug moduls entlang der Linearführung umgesetzt.
In bevorzugter Ausgestaltung dieser Ausführungsform ist das Schraubgetriebe als Kugelgewindetrieb ausgebildet und umfasst eine Kugelgewindespindel, welche drehfest mit dem Antriebs- motor gekoppelt ist, sowie eine Kugelgewindemutter, welche fest mit dem Werkzeugmodul verbunden ist, insbesondere in eine in diesem ausgebildete Bohrung eingebracht ist, so dass eine Drehbewegung der Kugelgewindespindel in eine lineare Be wegung des Werkzeugmoduls relativ zum Trägerelement umgesetzt wird. Bei einem solchen Kugelgewindetrieb übertragen einge fügte Kugeln die Kraft zwischen der Kugelgewindespindel und der Kugelgewindemutter. Gegenüber einem konventionellen Schraubgetriebe mit zwei direkt ineinandergreifenden Gewinden ist ein Kugelgewindetrieb durch geringere Reibungskräfte und eine höhere Positioniergenauigkeit gekennzeichnet.
In weiterer Ausgestaltung der Bearbeitungsmaschine kann das Werkzeugmodul Antriebsmittel umfassen, um ein an dem Werk zeugmodul angebrachtes Werkzeug um eine Werkzeugachse rotie rend anzutreiben. Die Antriebsmittel können dabei einen Elektromotor und/oder einen Hydraulikmotor und/oder einen Pneumatikmotor umfassen. Insbesondere ein Hydraulikmotor bzw. einen Pneumatikmotor stellt eine einfache Möglichkeit dar, hohe Antriebsleistungen bei einer raumsparenden Bauweise zu realisieren. Dem gegenüber ist ein Elektromotor hinsichtlich Drehzahl bzw. Leistung besonders leicht regelbar.
Das Werkzeugmodul kann eine Aufnahme für ein rotierend um eine Werkzeugachse antreibbares Werkzeug aufweisen, wobei sich die Werkzeugachse insbesondere parallel zur C-Achse er streckt. Eine Erstreckung der Werkzeugachse parallel zur C- Achse ermöglicht er, radial von außen mit einem Scheibenfrä ser bzw. einer Schleifscheibe in das zu bearbeitende Bauteil einzudringen und einen axialen Vorsprung zu kürzen.
In an sich bekannter Weise kann die Aufnahme einen Dorn, auf welchen ein Werkzeug mit einer korrespondierenden Öffnung aufschiebbar ist, und Sicherungsmittel, um das Werkzeug auf dem Dorn zu fixieren, umfassen. Die Sicherungsmittel können dabei eine Schraube aufweisen, welche in einer am Dorn ausge bildete Gewindebohrung eingeschraubt wird, um ein aufgescho benes Werkzeug zu fixieren. Eine derartige Befestigung für ein Werkzeug ist beispielsweise bei mobilen Schleifgeraten üblich, um eine Schleifscheibe, insbesondere eine Trenn schleifscheibe aufzusetzen.
Ferner kann das Werkzeugmodul Absaugmittel umfassen, um bei der Bearbeitung entstehende Späne oder andere Verunreinigun gen absaugen zu können. Eine spanende Bearbeitung eines Bau teils ist stets mit der Bildung von Spänen und Staub verbun den, so dass eine Absaugung sinnvoll ist, um ein Verbleiben der Späne an dem bearbeiteten Bauteil zu verhindern. Des Wei teren werden dadurch umliegende Komponenten geschützt, da mit hoher Geschwindigkeit auftreffende Metallspäne Oberflächen beschädigen können.
Zum gleichen Zweck kann das Werkzeugmodul eine Schutzab deckung umfassen, so dass die Umgebung beim Bearbeiten vor herumfliegenden Teilen, insbesondere Spänen, geschützt wird.
Die Befestigungsmittel des Grundkörpers können Bohrungen, insbesondere Langlöcher, aufweisen, um den Grundkörper an einen ortsfesten Grundkörper anzuschrauben. Eine Schrauben verbindung stellt eine einfache Möglichkeit dar, eine schnel le, stabile und gleichzeitig lösbare Verbindung zu realisie ren.
Um eine stabile Abstützung des Grundkörpers zu ermöglichen, kann der Grundkörper eine Auflagefläche zum insbesondere flä chigen Anliegen an dem ortsfesten Körper aufweisen.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann der Grundkörper eine Grundplatte aufweisen, an welcher eine Auf lagefläche zur flächigen Anlage an einem ortsfesten Körper ausgebildet ist, und eine von der Grundplatte insbesondere senkrecht abragende Führungsplatte umfassen, an welcher das Werkzeugmodul bewegbar gehalten ist und welche sich insbeson dere parallel zu der vom Kreisbogen aufgespannten Ebene er streckt. Um eine besonders stabile Befestigung der Bearbeitungsmaschi ne an einem ortsfesten Körper zu ermöglichen, können an der Führungsplatte, insbesondere in einem außenliegenden und von der Grundplatte abgewandten Bereich der Führungsplatte, Stützmittel vorgesehen sein, um den Grundkörper senkrecht zu der vom Kreisbogen aufgespannten Ebene abzustützen. Solche Stützmittel können beispielsweise dazu dienen, den Grundkör per an einer weiteren Komponente an einer Turbine zu befesti gen, um eine seitliche Abstützung der Führungsplatte zu rea lisieren.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann ferner dadurch gekenn zeichnet sein, dass eine erfindungsgemäße Bearbeitungsmaschi ne verwendet wird, wobei bevorzugt die C-Achse der Bearbei tungsmaschine mit der Drehachse des Bauteils zusammenfällt.
In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann es sich bei dem zu bearbeitenden Bauteil um eine Kompo nente einer Turbine, insbesondere um ein auf einer zentralen Welle der Turbine gestapeltes Bauteil und es sich bei dem ortsfesten Körper um ein Turbinengehäuse oder einen Teil da von handeln. Insbesondere kann das Turbinengehäuse zweiteilig ausgebildet sein und somit zwei Gehäusehälften umfassen, wel che an einer Trennebene oder Teilfuge flächig aneinander an- liegen.
Die zu bearbeitende Komponente einer Turbine kann im Normal betrieb mit dem Gehäuse fest verbunden sein und vor dem Bear beiten von diesem entkoppelt und drehfest mit einem Rotor bzw. einer zentralen Welle der Turbine gekoppelt werden.
Bei dem feststehenden Körper kann es sich um eine Gehäuse hälfte des Turbinengehäuses handeln und die Bearbeitungs maschine an einer im Betrieb an der anderen Gehäusehälfte an liegenden Trennebene angebracht sein.
Bevorzugt ist das erfindungsgemäße Verfahren dadurch gekenn zeichnet, dass beim Bearbeiten ein an dem Bauteil ausgebilde- ter axialer, ringförmig umlaufender Vorsprung gekürzt wird. Konkret kann dabei ein ringförmig umlaufender Abschnitt von dem Bauteil abgetrennt werden.
Um den ringförmig umlaufenden Abschnitt von dem Bauteil abzu trennen, kann eine radial von außen eingreifende Schleif scheibe oder ein radial von außen eingreifender Scheibenfrä ser verwendet werden.
Nach dem Abtrennen des ringförmig umlaufenden Abschnitts kann dieser verkleinert werden.
Um ein unbeabsichtigtes Verdrehen des Bauteils während des Bearbeitens zu verhindern, kann das Bauteil während des Bear beitens eines Umfangssegments arretiert werden. Beispielswei se kann die Arretierung dadurch erfolgen, dass das Bauteil an einer anderen Komponente temporär befestigt wird.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung wer den anhand der nachfolgenden Beschreibung einer mobilen Bear beitungsmaschine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung deutlich. Darin zeigt
Figur 1 eine Vorderansicht einer mobilen Bearbeitungsma schine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung während der Bearbeitung einer Komponente einer Turbine;
Figur 2 eine perspektivische Ansicht der Anordnung aus Figur 1;
Figur 3 eine detaillierte perspektivische Ansicht der An ordnung aus Figur 1;
Figur 4 eine Detailvorderansicht der Anordnung aus Figur 1;
Figur 5 eine Detaildraufsicht der Anordnung aus Figur 1. Die Figuren 1 bis 5 zeigen eine Gasturbinenanordnung mit einer daran befestigten mobilen Bearbeitungsmaschine 1 gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die Turbinenanordnung umfasst ein ortsfestes Turbinengehäuse, welches eine nicht dargestellte und demontierte obere Gehäu sehälfte und eine untere Gehäusehälfte 3 aufweist. In dem Turbinengehäuse 2 ist eine zentrale Welle 4 drehbar um eine Drehachse Z gelagert. Diese trägt mehrere Komponenten der Turbine, insbesondere Rotorräder, welche in Richtung der Drehachse Z hintereinander gestapelt und drehfest mit der Welle 4 verbunden sind. In der Stapelfolge ist ein Kompres- sorausgangs-Diffusor 5 angeordnet, welcher sich im Betrieb der Turbine nicht mit der Welle 4 dreht, sondern am Turbinen gehäuse 2 befestigt ist.
Der Kompressorausgangs-Diffusor 5 besitzt einen axialen Vor sprung 6, welcher ringförmig umläuft und im Betrieb der Tur bine zu einem mit der Welle 4 drehfest gekoppelten Bauteil (nicht dargestellt) unter Bildung eines definierten Spalts weist. Vorliegend soll dieser axiale Vorsprung 6 des Kompres- sorausgangs-Diffusors 5 umlaufend gekürzt werden, um die Spaltbreite zu dem benachbarten, sich im Betrieb mitdrehenden Bauteil zu vergrößern.
Dazu wird die mobile Bearbeitungsmaschine 1 verwendet. Diese besitzt einen Grundkörper 7, welcher eine Grundplatte 8 und eine von dieser senkrecht abragende Führungsplatte 9 auf weist. An der Grundplatte 8 ist eine Auflagefläche ausgebil det, um sie auf einer ebenen Fläche der unteren Gehäusehälfte 3 des Turbinengehäuses 2 zu platzieren. Ferner sind an der Grundplatte 8 Befestigungsmittel vorgesehen, um den Grundkör per 7 an der unteren Gehäusehälfte 3 lösbar anzubringen. Vor liegend umfassen die Befestigungsmittel des Grundkörpers 7 in der Grundplatte 8 ausgebildete Langlöcher 10, über welche der Grundkörper 7 an der unteren Gehäusehälfte 3 des Turbinenge häuses 2 angeschraubt ist (Schrauben nicht dargestellt). Um eine besonders stabile und sichere Befestigung des Grund körpers 7 an dem Turbinengehäuse 2 zu realisieren, sind fer ner Stützmittel in dem von der Grundplatte 8 abgewandten Be reich der Führungsplatte 9 vorgesehen. Diese umfassen einen U-förmigen Befestigungsbügel 11, welcher über eine Schraube 12 axial von der Führungsplatte 9 beabstandet gehalten ist und eine weitere Komponente 13, insbesondere eine drehfest mit dem Turbinengehäuse 2 verbundene Komponente form- und/oder kraftschlüssig umgreift.
An der Führungsplatte 9 des Grundkörpers 7 ist ein Trägerele ment 14 entlang einer kreisbogenförmigen Führungsbahn um eine C-Achse, welche vorliegend mit der Drehachse Z der Welle 4 zusammenfällt, verfahrbar gehalten. Die kreisbogenförmige Führungsbahn erstreckt sich über einen Mittelpunktwinkel be zogen auf die C-Achse von etwa 30°. Dabei ist die Führungs platte 9 derart ausgerichtet, dass sich diese parallel zu der von der kreisbogenförmigen Führungsbahn aufgespannten Ebene erstreckt.
Das Trägerelement 14 ist mittels einer Profilführung am Grundkörper 7 um die C-Achse verfahrbar gehalten. Konkret weist die Profilführung ein am Grundkörper vorgesehenes, vor liegend einteilig mit diesem ausgebildetes Doppelprofil 15 auf, welches formschlüssig in ein korrespondierendes, am Trä gerelement 14 vorgesehenes Gegenprofil 16 eingreift. Die bei den Profile des Doppelprofils 15 weisen einen rechteckigen Querschnitt auf.
Um das Trägerelement 14 relativ zum Grundkörper 7 positionie ren und verfahren zu können, sind ferner Vorschubmittel vor gesehen. Diese umfassen eine sich parallel zur kreisbogenför migen Führungsbahn erstreckende Zahnstange 14, welche am Grundkörper 7 angeordnet ist, und ein Zahnrad 18, welches drehbar am Trägerelement 14 gelagert ist. Das Zahnrad 18 steht dabei radial außenseitig zur C-Achse mit der Zahnstange 17 in Eingriff. Die Vorschubmittel umfassen ferner eine am Trägerelement 14 gehaltene Antriebseinheit, welche mit dem Zahnrad 18 gekop pelt ist, um das Zahnrad 18 anzutreiben und das Trägerelement 14 relativ zum Grundkörper 7 zu bewegen. Konkret weist die Antriebseinheit vorliegend einen Motor in Form eines Elektro motors 19 auf, welcher vorliegend mit dem Trägerelement 14 verschraubt ist.
Die mobile Bearbeitungsmaschine 1 besitzt darüber hinaus ein Werkzeugmodul 20, welches an dem Trägerelement 14 radial zur C-Achse linear verstellbar angeordnet ist und ausgebildet ist, ein Werkzeug, vorliegend eine Schleifscheibe 21, aufzu nehmen. Um das Werkzeugmodul 20 relativ zum Trägerelement 14 radial zur C-Achse zu führen, ist vorliegend eine Linearfüh rung vorgesehen. Diese umfasst zwei am Trägerelement 14 ange ordnete Profilschienen 22, welche formschlüssig in eine Zwi schenplatte 23 des Werkzeugmoduls 20 eingreifen.
Um das Werkzeugmodul 20 relativ zum Trägerelement 14 zu bewe gen, sind ferner Verstellmittel vorgesehen, welche vorliegend einen Antriebsmotor in Form eines Elektromotors umfassen. Der Elektromotor 24 ist mit dem Trägerelement 14 verschraubt und über ein Schraubgetriebe mit dem Werkzeugmodul 20 gekoppelt. Das Schraubgetriebe ist als Kugelgewindetrieb ausgebildet und umfasst eine Kugelgewindespindel 25, welche drehfest mit dem Elektromotor 24 gekoppelt ist. Ferner umfasst das Schraubge triebe eine Kugelgewindemutter 26, welche fest mit der Zwi schenplatte 23 des Werkzeugmoduls 20 verbunden ist und in eine in diesem ausgebildete Bohrung eingebracht ist. Auf die se Weise wird eine Drehbewegung der Kugelgewindespindel 25 in eine lineare Bewegung des Werkzeugmoduls 20 relativ zum Trä gerelement 14 umgesetzt.
Um die Schleifscheibe 21 anzutreiben, weist das Werkzeugmodul 20 Antriebsmittel auf. Diese umfassen vorliegend ebenfalls einen Elektromotor 27, welcher fest mit der Zwischenplatte 23 des Werkzeugmoduls 20 verbunden ist. Das Werkzeugmodul 20 weist eine Aufnahme 28 für die um eine Werkzeugachse W rotierbare Schleifscheibe 21 auf, die sich parallel zur C-Achse und zur Drehachse Z erstreckt. In kon kreter Ausgestaltung umfasst die Aufnahme 28 einen Dorn 29, auf welchen die Schleifscheibe 21 aufgeschoben ist, und Si cherungsmittel in Form einer Schraube 30, um das Werkzeug auf dem Dorn 29 zu fixieren. Dazu ist die Schraube 30 in eine am Dorn ausgebildete Gewindebohrung 31 eingeschraubt.
Um die Umgebung beim spanenden Bearbeiten vor herumfliegenden Teilen zu schützen, besitzt das Werkzeugmodul 20 eine Schutz abdeckung 32, welche in axialer Richtung einen Teil der Schleifscheibe 21 überdeckt.
Soll, wie gemäß der Erfindung vorgesehen, der axiale Vor sprung 6 des Kompressorausgangs-Diffusors 5 der Turbinen anordnung umlaufend gekürzt werden, so wird in einem ersten Schritt die nicht dargestellte obere Gehäusehälfte des Turbi nengehäuses 2 entfernt. Anschließend wird die mobile Bearbei tungsmaschine 1 an der unteren Gehäusehälfte 3 des Turbinen gehäuses 2 angebracht, konkret an der Trennebene 33, welche im Betrieb an der oberen Gehäusehälfte anliegt. Dazu wird der Grundkörper 7 der mobilen Bearbeitungsmaschine 1 über die Langlöcher 10 an der unteren Gehäusehälfte 3 verschraubt.
Da der Kompressorausgangs-Diffusor 5 im Betrieb fest mit dem Gehäuse verbunden ist, jedoch Teil der Stapelfolge ist, wird die drehfeste Koppelung mit dem Turbinengehäuse 2 gelöst und der Kompressorausgangs-Diffusor 5 beispielsweise über eine Verbindung zu einem benachbarten, drehfest mit der Welle 4 verbundenen Bauteil für die Bearbeitung temporär mit der Wel le 4 drehfest gekoppelt.
Nach dem Anbringen der mobilen Bearbeitungsmaschine 1 an der unteren Gehäusehälfte 3 und der drehfesten Koppelung des Kom pressorausgangs-Diffusors 5 an der Welle 4 kann nunmehr das erste Umfangssegment des axialen Vorsprungs 6 bearbeitet wer- den. Dazu wird nach dem Arretieren der Welle 4 die rotierende Schleifscheibe 21 radial nach innen zur C-Achse bewegt, indem das Werkzeugmodul 20 entlang der Linearführung relativ zum Trägerelement 14 vorgeschoben wird. Befindet sich die Schleifscheibe 21 in einer Position, wie beispielweise in Figur 1 dargestellt, in welcher die Schleifscheibe den axia len Vorsprung 6 vollständig durchsetzt, wird das Trägerele ment 14 mit dem daran gehaltenen Werkzeugmodul 20 entlang der kreisbogenförmigen Führungsbahn um die C-Achse verfahren. Dadurch wird der axiale Vorsprung 6 über das von der kreis bogenförmigen Führungsbahn definierte Umfangssegment bearbei tet. Erreicht das Trägerelement 14 relativ zum Grundkörper 7 der mobilen Bearbeitungsmaschine 1 das in der Figur 1 darge stellte obere Ende der kreisbogenförmigen Führungsbahn, so kann die Schleifscheibe 21 aus dem axialen Vorsprung 6 des Kompressorausgangs-Diffusors 5 herausbewegt werden und das Trägerelement 14 in seine untere Randposition relativ zum Grundkörper 7 verfahren werden.
Nunmehr kann der Kompressorausgangs-Diffusor 5 um seine Dreh achse Z um einen vorbestimmten Winkel verdreht werden, so dass anschließend in gleicher Weise das nächste Umfangsseg ment des axialen Vorsprungs 6 bearbeitet werden kann. Diese Vorgehensweise wird dann so lange wiederholt, bis der axiale Vorsprung 6 über seinen gesamten Umfang bearbeitet ist.
Nach der Bearbeitung über den gesamten Umfang liegt ein abge trennter ringförmig umlaufender Abschnitt vor, welcher nun mehr manuell zerkleinert wird, um ihn von der Welle 4 entneh men zu können. Somit wird durch das erfindungsgemäße Verfah ren unter Verwendung der mobilen Bearbeitungsmaschine 1 gemäß der vorliegenden Erfindung eine ringförmig umlaufende Bear beitung, insbesondere ein Kürzen des axialen Vorsprungs 6 er möglicht, ohne dass eine aufwändige Demontage und ein Bear beiten auf einer separaten Anlage erforderlich ist.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausfüh rungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele einge schränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims

Patentansprüche
1. Mobile Bearbeitungsmaschine (1) zum segmentweisen in- situ Bearbeiten eines um eine Drehachse (Z) drehbaren Bau teils, insbesondere einer Komponente einer Turbine, mit
- einem Grundkörper (7), an dem Befestigungsmittel vorge sehen sind, um den Grundkörper (7) an einem relativ zur Drehachse (Z) ortsfesten Körper, der die Drehachse (Z) de finiert, insbesondere an einem Turbinengehäuse (2), lösbar anzubringen,
- einem Trägerelement (14), welches am Grundkörper (7) ent lang einer kreisbogenförmigen Führungsbahn um eine C-Achse verfahrbar gehalten ist, und
- einem Werkzeugmodul (20), welches an dem Trägerelement (14) gehalten ist und ausgebildet ist, ein Werkzeug, insbe sondere ein spanendes Werkzeug, bevorzugt eine Schleif scheibe oder einen Scheibenfräser, aufzunehmen, wobei das Werkzeugmodul (20) an dem Trägerelement (14) quer, insbesondere radial zur C-Achse linear verstellbar angeord net ist.
2. Bearbeitungsmaschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die kreisbogenförmige Führungsbahn über einen Mittel punktwinkel um die C-Achse von mindestens 20° und/oder höchstens 40° erstreckt.
3. Bearbeitungsmaschine (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (14) mittels einer Profilführung am Grundkörper (7) um die C-Achse verfahrbar gehalten ist.
4. Bearbeitungsmaschine (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilführung ein am Grundkörper (7) vorgesehenes Dop pelprofil (15) aufweist, welches formschlüssig in ein kor respondierendes, am Trägerelement (14) vorgesehenes Gegen- profil eingreift und/oder dass die Profilführung ein Schwalbenschwanz- oder ein T- Profil aufweist, welches in eine korrespondierende Gegen kontur am Trägerelement (14) formschlüssig eingreift, und/oder dass die Profilführung eine Bogenführung mit Linearwälz lagerelementen, bevorzugt Kugeln oder Rollen aufweist.
5. Bearbeitungsmaschine (1) nach einem der Ansprüche 2 bis
4, dadurch gekennzeichnet, dass ferner Vorschubmittel zum Verfahren des Trägerelements (14) relativ zum Grundkörper (7) vorgesehen sind.
6. Bearbeitungsmaschine (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorschubmittel eine sich bogenförmig entlang des oder parallel zum kreisbogenförmigen Führungsbahn erstreckende Zahnstange (17) und ein Zahnrad (18), welches mit der Zahn stange (17) in Eingriff steht, umfasst.
7. Bearbeitungsmaschine (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnstange am Grundkörper (7) angeordnet ist und das Zahnrad (18) drehbar am Trägerelement (14) gelagert ist, wobei das Zahnrad (18) bevorzugt radial außenseitig zur C- Achse mit der Zahnstange (17) in Eingriff steht.
8. Bearbeitungsmaschine (1) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorschubmittel ferner eine Antriebseinheit umfassen, welche mit dem Zahnrad (18) gekoppelt ist, um das Zahnrad (18) anzutreiben und das Trägerelement (14) relativ zum Grundkörper (7) zu bewegen, wobei, insbesondere, die Antriebseinheit einen Motor in Form eines Elektromotors (19) und/oder eines Hydraulik motors und/oder eines Pneumatikmotors und bevorzugt ein mit dem Motor gekoppeltes Getriebe, bevorzugt ein Planeten- getriebe, umfasst.
9. Bearbeitungsmaschine (1) nach einem der vorherigen An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Linearführung vorgesehen ist, um das Werkzeugmodul (20) relativ zum Trägerelement (14) radial zur C-Achse zu führen.
10. Bearbeitungsmaschine (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Linearführung als Kugelumlaufführung oder als Rollenum laufführung ausgebildet ist.
11. Bearbeitungsmaschine (1) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Linearführung mindestens eine, insbesondere zwei Pro filschienen (22) umfasst, welche am Trägerelement (14) an geordnet ist/sind und formschlüssig in das Werkzeugmodul (20), insbesondere in eine Zwischenplatte (23) des Werk zeugmoduls (20), eingreift/ eingreifen, wobei, insbesondere, die Profilschienen (22) ein Schwalben schwanz- oder ein T-Profil aufweisen, und in eine korres pondierende Gegenkontur am Werkzeugmodul (20) eingreifen.
12. Bearbeitungsmaschine (1) nach einem der Ansprüche 9 bis
11, dadurch gekennzeichnet, dass
Verstellmittel vorgesehen sind, um das Werkzeugmodul (20) relativ zum Trägerelement (14) zu bewegen.
13. Bearbeitungsmaschine (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellmittel einen Antriebsmotor in Form eines Elekt romotors (24) und/oder eines Hydraulikmotors und/oder eines Pneumatikmotors und insbesondere ein Getriebe, bevorzugt ein Planetengetriebe, umfassen, wobei der Antriebsmotor mit dem Trägerelement (14) fest verbunden, insbesondere mit diesem verschraubt, und über ein Schraubgetriebe mit dem Werkzeugmodul (20) gekoppelt ist.
14. Bearbeitungsmaschine (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Schraubgetriebe als Kugelgewindetrieb ausgebildet ist und eine Kugelgewindespindel (25) umfasst, welche drehfest mit dem Antriebsmotor gekoppelt ist, sowie eine Kugelgewin demutter (26) aufweist, welche fest mit dem Werkzeugmodul (20) verbunden ist, insbesondere in eine in diesem ausgebildete Bohrung einge bracht ist, so dass eine Drehbewegung der Kugelgewindespindel (25) in eine lineare Bewegung des Werkzeugmoduls (20) relativ zum Trägerelement (14) umgesetzt wird.
15. Bearbeitungsmaschine (1) nach einem der vorherigen An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeugmodul (20) Antriebsmittel umfasst, um ein an dem Werkzeugmodul (20) angebrachtes Werkzeug um eine Werk zeugachse (W) rotierend anzutreiben, wobei, insbesondere, die Antriebsmittel einen Elektromotor (27) und/oder einen Hydraulikmotor und/oder einen Pneuma tikmotor umfassen.
16. Bearbeitungsmaschine (1) nach einem der vorherigen An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeugmodul (20) eine Aufnahme (28) für ein rotierend um eine Werkzeugachse (W) antreibbares Werkzeug aufweist, wobei sich die Werkzeugachse (W) insbesondere parallel zur C-Achse erstreckt, wobei, insbesondere, die Aufnahme (28) einen Dorn (29), auf welchen ein Werkzeug mit einer korrespondierenden Öff nung aufschiebbar ist, und Sicherungsmittel, um das Werkzeug auf dem Dorn zu fi- xieren, umfasst, wobei, bevorzugt, die Sicherungsmittel eine Schraube auf weisen, welche in eine am Dorn ausgebildete Gewindebohrung eingeschraubt wird, um ein aufgeschobenes Werkzeug zu fi xieren.
17. Bearbeitungsmaschine (1) nach einem der vorherigen An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeugmodul (20) ferner Absaugmittel umfasst, um bei der Bearbeitung entstehende Späne oder andere Verunreini gungen absaugen zu können, und/oder dass das Werkzeugmodul (20) eine Schutzabdeckung (32) um fasst, um die Umgebung beim Bearbeiten vor herumfliegenden Teilen zu schützen, und/oder dass die Befestigungsmittel des Grundkörpers (7) Bohrungen, insbesondere Langlöcher, aufweisen, um den Grundkörper an einem ortsfesten Körper anzuschrauben, und/oder dass der Grundkörper (7) eine Auflagefläche zum insbesonde re flächigen Anliegen an einem ortsfesten Körper aufweist, und/oder dass der Grundkörper (7) eine Grundplatte (8) aufweist, an welcher eine Auflagefläche zur flächigen Anlage an einem ortsfesten Körper ausgebildet ist, und eine von der Grund platte (8) insbesondere senkrecht abragende Führungsplatte umfasst, an welcher das Werkzeugmodul (20) bewegbar gehal ten ist und welche sich insbesondere parallel zu der vom Kreisbogen aufgespannten Ebene erstreckt, wobei, insbesondere, an der Führungsplatte (9), bevorzugt in einem außenliegenden, von der Grundplatte (8) abgewand ten Bereich der Führungsplatte (9), Stützmittel vorgesehen sind, um den Grundkörper (7) senkrecht zu der vom Kreisbo gen aufgespannten Ebene abzustützen.
18. Verfahren zum segmentweisen in-situ-Bearbeiten eines in einem ortsfesten Körper drehbar um eine Drehachse (Z) gela gerten Bauteils, umfassend die folgenden Schritte: a) Bereitstellen einer Bearbeitungsmaschine (1), welche ausgelegt ist, das Bauteil über ein Umfangssegment zu bear beiten, und Anbringen der Bearbeitungsmaschine (1) an dem ortsfesten Körper; b) Bearbeiten eines ersten Umfangssegments des Bauteils unter Einsatz der Bearbeitungsmaschine (1); c) Drehen des Bauteils um seine Drehachse (Z) um einen vor bestimmten Winkel; d) Bearbeiten eines weiteren Umfangssegments des Bauteils unter Einsatz der Bearbeitungsmaschine (1); e) Wiederholen der Schritte c) und d), bis das Bauteil über seinen gesamten Umfang bearbeitet ist.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bearbeitungsmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 17 verwendet wird, wobei, bevorzugt, die C-Achse der Bearbeitungsmaschine (1) mit der Drehachse (Z) des Bauteils zusammenfällt.
20. Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem zu bearbeitenden Bauteil um eine Komponente einer Turbine, insbesondere um ein auf einer zentralen Wel le der Turbine gestapeltes Bauteil, und es sich bei dem ortsfesten Körper um ein Turbinengehäuse (2) oder einen Teil davon handelt.
21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente einer Turbine im Normalbetrieb mit dem Ge häuse fest verbunden ist und vor dem Bearbeiten von diesem entkoppelt und drehfest mit einem Rotor oder der zentralen Welle der Turbine gekoppelt wird, und/oder dass es sich bei dem feststehenden Körper um eine Gehäuse hälfte (3) des Turbinengehäuses (2) handelt und die Bear beitungsmaschine (1) an einer im Betrieb an der anderen Ge- häusehälfte anliegenden Trennebene angebracht ist.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass beim Bearbeiten ein an dem Bauteil ausgebildeter axialer, ringförmig umlaufender Vorsprung gekürzt wird, wobei, insbesondere, ein ringförmig umlaufender Abschnitt von dem Bauteil abgetrennt wird, wobei, bevorzugt, der ringförmig umlaufende Abschnitt mit- tels einer radial von außen eingreifenden Schleifscheibe
(21) oder mittels eines radial von außen eingreifenden Scheibenfräsers abgetrennt und/oder nach dem Abtrennen des ringförmig umlaufenden Abschnitts dieser zerkleinert wird.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil während des Bearbeitens eines Umfangssegments arretiert wird, um ein unbeabsichtigtes Verdrehen zu ver hindern.
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