KR20230027209A

KR20230027209A - 부품을 세그먼트별로 가공하기 위한 이동식 공작 기계 및 방법

Info

Publication number: KR20230027209A
Application number: KR1020237002071A
Authority: KR
Inventors: 알렉산더 브라운; 릭 기젤
Original assignee: 지멘스 에너지 글로벌 게엠베하 운트 코. 카게
Priority date: 2020-06-25
Filing date: 2021-05-25
Publication date: 2023-02-27
Also published as: DE102020207855A1; US20230235671A1; WO2021259574A1; EP4139085A1

Abstract

본 발명은 회전축(Z)을 중심으로 회전 가능한 부품, 특히 터빈 구성요소를 세그먼트별로 현장 가공하기 위한 이동식 공작 기계(1)에 관한 것이다. 공작 기계(1)는 본체(7), 이 본체(7)에 C축 주위의 원호형 안내 경로를 따라 이동할 수 있게 보유된 캐리어 요소(14), 및 이 캐리어 요소(14)에 보유되고 공구를 수용하도록 구성된 공구 모듈(20)을 갖는다. 공구 모듈(20)은 캐리어 요소(14)상에 선형으로 조정 가능하게 배치된다. 또한, 본 발명은 고정체(stationary body)에 회전축을 중심으로 회전할 수 있게 장착된 부품을 세그먼트별로 현장 가공하기 위한 방법에 관한 것이다.

Description

부품을 세그먼트별로 가공하기 위한 이동식 공작 기계 및 방법

본 발명은 회전축을 중심으로 회전 가능한 부품, 특히 터빈 구성요소를 세그먼트별로 현장 가공하기 위한 이동식 공작 기계에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 고정체(stationary body)에 회전축을 중심으로 회전할 수 있게 장착된 부품을 세그먼트별로 현장 가공하기 위한 방법에 관한 것이다.

발전소에서 전력 생산을 위해, 가스를 연소시켜 전류 생성하는 데 주로 가스 터빈이 사용된다. 이러한 가스 터빈은 일반적으로 터빈 하우징과 회전자를 포함한다. 회전자는 대개, 고정된 회전축을 중심으로 회전할 수 있게 터빈 하우징 내에 장착되고, 서로 축방향으로 오프셋된, 즉, 적층된 상이한 구성요소, 특히 터빈 블레이드를 구비한 휠들을 지지하는 중앙 샤프트를 갖는다. 개별 구성요소는 샤프트와 일체로 회전하도록 결합되어 상기 샤프트와 함께 회전한다. 샤프트에 결합된 이러한 구성요소들 사이에 축방향으로 예를 들어 디퓨저와 같이 하우징에 고정된 구성요소도 배치될 수 있으며, 회전하는 구성요소와 하우징에 고정된 구성요소 사이에는 정의된 축방향 갭이 형성되어야 한다. 하우징에 고정된 구성요소는 샤프트를 완전히 둘러싸기 때문에, 이들은 적층 시퀀스의 구성요소이고 용이하게 제거될 수 없다.

발전소 가스 터빈의 이러한 구성요소는 작동 중에 높은 기계적 및/또는 열적 응력에 노출된다. 예를 들어, 높은 작동 온도로 인해 크리핑 프로세스(creeping process)가 발생할 수 있으며, 그 결과 두 구성요소 사이의 간격 치수가 변할 수 있고, 이는 변화된 온도 효과로 인해 터빈에 간접 손상(consequential damage)을 초래할 수 있다. 이러한 배경에서, 유지보수 작업의 일환으로 구성요소를 기계 가공해야 하는 경우가 종종 있다. 예를 들어, 그러한 유지보수 작업의 일환으로, 두 구성요소 사이의 축방향 간격을 확장할 수 있도록, 환형으로 주연부를 둘러싸는, 구성요소의 축방향 돌출부가 기계 가공에 의해 짧아진다.

구성요소의 기계 가공이 예정된 경우, 지금까지 유일한 가능성은 먼저 터빈 하우징으로부터 샤프트를 이 샤프트에 보유된 구성요소 및 하우징에 고정된 구성요소와 함께 제거하는 것이었다. 따라서 일반적으로 터빈 하우징을 먼저 분해해야 한다. 샤프트와 구성요소를 제거한 후에 샤프트가 적층체에서 제거되어야 하며, 다시 말해 개별 구성요소가 샤프트로부터 제거되어야 한다. 그래야만 예컨대 CNC 가공 기계와 같은 적합한 생산 설비에서 개별 구성요소를 가공할 수 있다. 가공 후 회전자를 다시 적층하여 터빈 하우징 내에 삽입해야 한다. 그러나 이러한 절차는 시간이 매우 많이 걸린다.

따라서 본 발명의 과제는, 회전축을 중심으로 회전 가능한 부품, 특히 터빈 구성요소를 현장 가공하기 위한 이동식 공작 기계 및 그러한 부품을 현장 가공하기 위한 방법을 제공하는 것이며, 이로써 시간 절약적 가공이 가능해진다.

상기 과제는, 도입부에 언급한 유형의 이동식 공작 기계에서, 상기 이동식 공작 기계가, 회전축을 정의하고 회전축에 대해 상대적으로 고정된 고정체에, 특히 터빈 하우징에 본체를 분리 가능하게 부착하기 위한 부착 수단이 제공된 본체와; 이 본체에 C축(C-axis) 주위의 원호형 안내 경로를 따라 이동할 수 있게 보유된 캐리어 요소와; 이 캐리어 요소에 보유되고 공구, 특히 절삭 공구, 바람직하게는 연삭 휠 또는 사이드 밀링 커터(side milling cutter)를 수용하도록 구성된 공구 모듈;을 가지며, 이 공구 모듈은 캐리어 요소상에 C축에 대해 횡방향으로, 특히 반경방향으로 선형으로 조정 가능하게 배치된다.

또한, 본 발명의 과제는 하기의 단계들을 포함하는, 도입부에 언급한 유형의 세그먼트별 현장 가공을 위한 방법에서 해결된다:

a) 원주 세그먼트에 걸쳐 부품을 가공하도록 구성된 공작 기계를 제공하고, 이 공작 기계를 고정체에 부착하는 단계;

b) 공작 기계를 사용하여 부품의 제1 원주 세그먼트를 가공하는 단계;

c) 부품 회전축을 중심으로 미리 결정된 각도만큼 부품을 회전시키는 단계;

d) 공작 기계를 사용하여 부품의 또 다른 원주 세그먼트를 가공하는 단계;

e) 부품이 전체 원주에 걸쳐 가공될 때까지 단계 c) 및 단계 d)를 반복하는 단계.

본 발명은, 재가공을 위해 가공할 부품을 이전과 같이 더 이상 터빈 하우징으로부터 제거하지 않고 터빈 하우징에 그대로 남겨두어 현장 가공을 가능하게 한다는 기본적 고려에 기반한다. 이를 위해 부품의 연속 가공이 제공된다. 이를 위해 원주 세그먼트가 차례로 가공되며, 가공할 부품은 다음 세그먼트의 가공을 위해 정의된 각도로 회전된다. 가공할 부품이 샤프트에 적층된 터빈 구성요소인 경우, 터빈 하우징으로부터 구성요소의 분해 및 복잡한 적층체 해체가 생략된다.

본 발명에 따른 이동식 공작 기계에서는, 가공을 위한 상응하는 공구를 지지하고 고정되어 있는 몸체에, 특히 터빈 하우징에 부착될 수 있는 본체에 대해 상대적으로 2자유도(two degrees of freedom)를 따라 이동할 수 있는 공구 모듈이 제공된다.

한편으로, 공구 모듈은 C축 주위의 원호형 안내 경로를 따라 이동할 수 있고, 이는 상기 공구 모듈이 원형 경로를 따라 이동하고 위치 설정될 수 있음을 의미한다. 또한, 공구 모듈은 C축에 대해 그리고 이로써 원형 경로에 대해 횡방향으로, 특히 반경방향으로 조정될 수 있음으로써, C축을 향해 그리고 C축에서 멀어지도록 이동하고 이에 대해 상대적으로 위치 설정될 수 있다.

따라서, 세그먼트의 가공 시 공구는 먼저 반경방향으로, 가공할 부품에 맞물리는 방식으로 위치 설정될 수 있고, 이어서 부품을 제1 원주 세그먼트에 걸쳐 가공하기 위해, 원주 방향으로 원호형 안내 경로를 따라 이동된다. 바람직하게, 공작 기계의 C축은 부품의 회전축과 일치한다.

본 발명에 따른 공작 기계의 한 바람직한 구성에 따라, 원호형 안내 경로는 C축 주위로 적어도 20° 및/또는 최대 40°의 중심각에 걸쳐 연장된다. 원호형 안내 경로의 연장 범위에 따라, 부품을 전체 원주에 걸쳐 가공하기 위해 가공해야 하는 원주 세그먼트의 수가 결정된다. 즉, 부품을 전체 원주에 걸쳐 가공하기 위해, C축 주위의 중심각이 20°인 경우에는 18개의 세그먼트가 도출되고, 중심각이 40°인 경우에는 9개의 세그먼트가 도출된다.

바람직하게, 캐리어 요소는 프로파일 가이드(profile guide)에 의해 본체에 C축을 중심으로 이동할 수 있게 보유된다. 특정 구성에서 프로파일 가이드는 본체에 제공된 이중 프로파일을 가질 수 있고, 이 이중 프로파일은 캐리어 요소에 제공된 대응하는 정합 프로파일(mating profile)에 형상 결합 방식으로 맞물린다. 이중 프로파일을 통해 원호형 안내 경로를 따라 본체에 대한 캐리어 요소의 안정적인 안내가 구현된다.

본체에 대한 캐리어 요소의 정밀하면서도 동시에 안정적인 안내를 달성하기 위해, 프로파일 가이드는 캐리어 요소의 대응하는 정합 윤곽에 형상 결합 방식으로 맞물리는 도브테일 프로파일 또는 T자형 프로파일을 가질 수 있다. 이러한 유형의 프로파일은 정밀한 안내와 동시에 높은 힘을 전달할 수 있게 하고, 그럼으로써 가공할 부품의 효과적인 가공을 가능케 한다. 프로파일 가이드는 또한, 본체에 대해 캐리어 요소를 안내하기 위해 선형 롤러 베어링 요소, 바람직하게는 볼 또는 롤러를 갖는 아치형 가이드를 가질 수 있다. 이러한 리서큘레이팅 볼 가이드(recirculating ball guide) 또는 리서큘레이팅 롤러 가이드(recirculating roller guide)의 경우, 캐리어 요소와 가이드 프로파일 사이에 볼 또는 롤러가 롤링 요소로서 배치되고, 이 롤링 요소에 의해 캐리어 요소가 지지된다. 가이드 프로파일에 대한 캐리어 요소의 상대 운동 시, 롤링 요소는 캐리어 요소 내에 형성된 폐쇄 순환 경로를 따라 이동한다. 리서큘레이팅 볼 가이드 또는 리서큘레이팅 롤러 가이드에 의한 이러한 아치형 베어링이 한편으로는 높은 힘의 전달을 가능하게 하고 다른 한편으로는 작은 마찰 계수를 가능하게 함으로써, 높은 위치 설정 정확도 및 용이한 조정 가능성이 제공된다.

본체에 대해 캐리어 요소를 이동시키거나 위치 설정하기 위해 바람직하게 이송 수단이 제공된다. 이들 이송 수단은, 원형 안내 경로를 따라 또는 원형 안내 경로에 평행하게 아치형으로 연장되는 톱니 랙(toothed rack) 및 이 톱니 랙과 맞물리는 기어휠을 포함할 수 있다. 이러한 톱니 맞물림은 본체에 캐리어 요소를 거의 백래시 없이 정밀하게 위치 설정할 수 있게 한다. 톱니 랙은 바람직하게 본체상에 배치되고, 기어휠은 캐리어 요소에 회전 가능하게 장착되며, 상기 기어휠은 바람직하게 반경방향으로 C축의 외부에서 톱니 랙과 맞물린다. 기어휠은 바람직하게 C축에 평행하게 연장되는 기어휠 회전축을 중심으로 회전 가능하게 캐리어 요소에 장착된다.

이송 수단은, 기어휠을 구동하고 캐리어 요소를 본체에 대해 이동시키기 위해 기어휠에 결합된 구동 유닛을 더 포함할 수 있다. 구동 유닛은 전기 모터 및/또는 유압 모터 및/또는 공압 모터 형태의 모터 및 특히 이 모터에 결합된 기어 장치, 바람직하게는 유성 기어 장치를 포함할 수 있다. 달리 말하면, 기어휠을 구동하여 톱니 랙과의 맞물림에 의한 기어휠의 회전 운동을 원형 안내 경로를 따르는 캐리어 요소의 운동으로 변환하기 위해, 캐리어 요소에 모터가 제공된다. 대안적으로, 기어휠을 구동하기 위한 핸드 휠(hand wheel)이 제공될 수 있음으로써, 캐리어 요소가 수동으로 작동될 수 있다.

공구 모듈을 캐리어 요소에 대해 C축에 대해 반경방향으로 안내하기 위해 리니어 가이드(linear guide)가 제공될 수 있다. 리니어 가이드는 리서큘레이팅 볼 가이드 또는 리서큘레이팅 롤러 가이드로서 구성될 수 있다. 리서큘레이팅 볼 가이드 또는 리서큘레이팅 롤러 가이드는 바람직하게 프로파일 레일을 포함하고, 이 프로파일 레일은 특히, 볼 열(rows of balls)이 안내되고 본 경우에는 공구 모듈 내에서, 바람직하게는 공구 모듈의 중간 플레이트 내에서 편향되어 재순환되는 복수의 트랙을 갖는다. 그로 인해 작은 마찰 저항과 동시에 높은 힘 전달이 이루어진다.

리니어 가이드는, 캐리어 요소상에 배열되고 공구 모듈, 특히 공구 모듈의 중간 플레이트에 형상 결합 방식으로 맞물리는 적어도 하나, 특히 2개의 프로파일 레일을 포함할 수 있다. 따라서, 본래 공지된 방식으로 공구 모듈은 캐리어 요소에 대해 C축에 대해 횡방향으로, 특히 반경방향으로 안내될 수 있다. 2개의 프로파일 레일을 사용하여 높은 기계적 안정성이 달성되고, C축에 대해 횡방향 또는 반경방향으로 연장되는 축에 대한 기울어짐을 확실하게 방지한다.

이 실시예의 바람직한 구성에서, 프로파일 레일은 도브테일 프로파일 또는 T자형 프로파일을 가지며 공구 모듈상의 대응하는 정합 윤곽에 맞물린다.

또한, 캐리어 요소에 대해 공구 모듈을 이동시키기 위해 조정 수단이 제공될 수 있다. 이러한 방식으로 리니어 가이드를 따르는 위치 설정 및 이동이 구현된다.

조정 수단은 바람직하게 전기 모터 및/또는 유압 모터 및/또는 공압 모터 형태의 구동 모터 및 특히 이 구동 모터에 결합된 기어 장치, 바람직하게는 유성 기어 장치를 포함한다. 전기 모터는 바람직하게 스테핑 모터(stepping motor)로 구성될 수 있으며, 그로 인해 특히 정확한 위치 설정이 가능해진다. 구동 모터 대신에, 조정 수단은 수동으로 작동되는 핸드 휠을 포함할 수도 있다.

구동 모터는 캐리어 요소와 고정 연결될 수 있고, 특히 캐리어 요소에 나사 결합될 수 있으며, 나사 메커니즘을 통해 공구 모듈에 결합될 수 있다. 나사 메커니즘을 통해 구동 스핀들의 회전 운동이 리니어 가이드를 따르는 공구 모듈의 병진 운동으로 변환된다.

본 실시예의 바람직한 구성에서, 나사 메커니즘이 볼 스크루 드라이브로서 구성되고, 구동 모터와 일체로 회전하도록 결합된 볼 스크루 스핀들 및 공구 모듈과 고정 연결된, 특히 상기 공구 모듈에 형성된 보어 내로 삽입된 볼 스크루 너트를 포함함에 따라, 볼 스크루 스핀들의 회전 운동이 캐리어 요소에 대한 공구 모듈의 선형 운동으로 변환된다. 이러한 볼 스크루 드라이브에서는 삽입된 볼이 볼 스크루 스핀들과 볼 스크루 너트 사이에서 힘을 전달한다. 직접 맞물리는 2개의 나사산을 가진 기존의 나사 메커니즘에 비해 볼 스크루 드라이브는 마찰력이 작고 위치 설정 정확성이 더 높은 것이 특징이다.

공작 기계의 또 다른 구성에서, 공구 모듈은 공구 모듈에 장착된 공구를 공구 축을 중심으로 회전하도록 구동하기 위한 구동 수단을 포함할 수 있다. 구동 수단은 전기 모터 및/또는 유압 모터 및/또는 공압 모터를 포함할 수 있다. 특히 유압 모터 또는 공압 모터는 공간 절약형 구조에서 높은 구동 출력을 구현할 수 있는 간단한 가능성을 나타낸다. 그에 비해 전기 모터는 속도나 출력 면에서 특히 용이하게 제어될 수 있다.

공구 모듈은 공구 축을 중심으로 회전 구동 가능한 공구를 위한 수용부를 가질 수 있으며, 공구 축은 특히 C축에 평행하게 연장된다. C축에 평행한 공구 축의 연장 범위는, 외측으로부터 반경방향으로 사이드 밀링 커터 또는 연삭 휠이 가공할 구성 요소 내로 침투하여 축방향 돌출부를 줄일 수 있게 한다.

본래 공지된 방식으로, 상기 수용부는 대응 개구를 갖는 공구가 그 위에 끼워질 수 있는 맨드릴 및 이 맨드릴에 공구를 고정하기 위한 고정 수단을 포함할 수 있다. 고정 수단은, 끼워진 공구를 고정하기 위해 맨드릴에 형성된 나사 보어에 조여지는 나사를 가질 수 있다. 이러한 유형의 공구 부착은 예를 들어 이동식 연삭 장치에서 연삭 휠, 특히 절단 연삭 휠을 장착하기 위해 일반적인 유형이다.

또한, 공구 모듈은 기계 가공 시 발생하는 부스러기 또는 여타의 오염물을 흡출할 수 있도록 흡출 수단을 포함할 수 있다. 부품의 기계 가공은 항상 부스러기 및 먼지의 생성을 수반하므로, 가공된 부품에 부스러기가 남아 있지 않도록 하기 위해 흡출이 유용하다. 또한, 이를 통해 주변 구성요소가 보호되는데, 그 이유는 고속으로 충돌하는 금속 부스러기가 표면을 손상시킬 수 있기 때문이다.

동일한 목적으로 공구 모듈이 보호 커버를 포함할 수 있음으로써, 가공 시 주위에 날리는 파편, 특히 부스러기로부터 주변을 보호할 수 있다.

본체의 부착 수단은 본체를 고정체에 나사 연결하기 위한 보어, 특히 슬롯형 홀(slotted hole)을 가질 수 있다. 나사 연결은 신속하고 안정적인 동시에 해제 가능한 연결을 구현할 수 있는 간단한 가능성을 나타낸다.

본체의 안정적인 지지를 가능하게 하기 위해, 본체는 고정체에 특히 평평하게 놓이도록 하기 위한 지지면을 가질 수 있다.

본 발명의 한 바람직한 구성에 따라, 본체는 고정체에 평평하게 놓이도록 하는 지지면이 형성된 베이스 플레이트 및 이 베이스 플레이트로부터 특히 수직으로 돌출하고 공구 모듈이 이동 가능하게 보유된 안내 플레이트를 포함할 수 있으며, 이 안내 플레이트는 특히 원호에 의해 형성된 평면에 평행하게 연장된다.

고정체에 공작 기계를 특히 안정적으로 부착할 수 있게 하기 위해, 안내 플레이트에, 특히 베이스 플레이트로부터 멀리 떨어진 안내 플레이트의 외부 영역에, 원호에 의해 형성된 평면에 대해 수직으로 본체를 지지하기 위한 지지 수단이 제공될 수 있다. 이러한 지지 수단은 예를 들어, 안내 플레이트의 측면 지지를 구현하기 위해 터빈의 추가 구성요소에 본체를 부착하는 데 이용될 수 있다.

본 발명에 따른 방법은 또한, 본 발명에 따른 공작 기계가 사용되고, 바람직하게는 공작 기계의 C축이 부품의 회전축과 일치는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명에 따른 방법의 또 다른 구성에서, 가공할 부품은 터빈의 구성요소, 특히 터빈의 중앙 샤프트에 적층된 부품일 수 있고, 고정체는 터빈 하우징 또는 그의 부분일 수 있다. 특히, 터빈 하우징은 두 부분으로 구성될 수 있고, 그에 따라 분리면 또는 분할선에서 서로 평평하게 인접하는 2개의 하우징 반부를 포함할 수 있다.

가공될 터빈 구성요소는 정상 작동 중에는 하우징에 고정 연결될 수 있고, 가공 전에 상기 하우징으로부터 분리되어 회전자 또는 터빈의 중앙 샤프트에 일체로 회전하도록 결합될 수 있다.

고정체는 터빈 하우징의 하우징 반부일 수 있고, 공작 기계는 작동 중에 다른 하우징 반부에 접하는 분리면에 장착될 수 있다.

본 발명에 따른 방법은 바람직하게, 가공 시 부품에 형성된, 환형으로 주연부를 둘러싸는 축방향 돌출부가 짧아지는 것을 특징으로 한다. 구체적으로는, 환형으로 주연부를 둘러싸는 섹션이 부품으로부터 절단될 수 있다.

부품에서 환형으로 주연부를 둘러싸는 섹션을 절단하기 위해, 외측으로부터 반경방향으로 맞물리는 연삭 휠 또는 외측으로부터 반경방향으로 맞물리는 사이드 밀링 커터가 사용될 수 있다.

환형으로 주연부를 둘러싸는 섹션을 절단한 후, 이를 더 작은 조각으로 나눌 수 있다.

가공 중 부품의 의도하지 않은 회전을 방지하기 위해, 원주 세그먼트의 가공 동안 부품이 로킹(locking)될 수 있다. 예를 들어, 부품을 다른 구성요소에 임시로 부착함으로써 로킹을 수행할 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 이동식 공작 기계의 하기 설명으로부터 명백해진다.

도 1은 터빈 구성요소의 가공 동안의, 본 발명의 일 실시예에 따른 이동식 공작 기계의 전면도이다.
도 2는 도 1의 장치의 사시도이다.
도 3은 도 1의 장치의 세부 사시도이다.
도 4는 도 1의 장치의 세부 전면도이다.
도 5는 도 1의 장치의 세부 평면도이다.

도 1 내지 도 5는 본 발명에 따른 이동식 공작 기계(1)가 부착된 가스 터빈 장치를 도시한다.

터빈 장치는, 도시되지 않은 해체된 상부 하우징 반부 및 하부 하우징 반부(3)를 갖는 고정식 터빈 하우징을 포함한다. 터빈 하우징(2)에는 중앙 샤프트(4)가 회전축(Z)을 중심으로 회전 가능하게 장착된다. 이 중앙 샤프트는 터빈의 복수의 구성요소, 특히 회전축(Z)을 향해 차례로 적층되어 샤프트(4)에 일체로 회전하도록 연결된 회전자 휠들을 지지한다. 적층 시퀀스 내에는, 터빈 작동 중에 샤프트(4)와 함께 회전하지 않고 터빈 하우징(2)에 고정되어 있는 압축기 출구 디퓨저(5)가 배치된다.

압축기 출구 디퓨저(5)는, 환형으로 주연부를 둘러싸며 터빈의 작동 중에 샤프트(4)와 일체로 회전하도록 결합되고 소정의 간극을 형성하면서 (도시되지 않은) 부품을 향하는 축방향 돌출부(6)를 갖는다. 본 경우에, 압축기 출구 디퓨저(5)의 상기 축방향 돌출부(6)는, 작동 중에 함께 회전하는 인접 부품에 대한 간극 폭을 증가시키기 위해 전체적으로 짧아져야 한다.

이를 위해 이동식 공작 기계(1)가 사용된다. 이 공작 기계는, 베이스 플레이트(8) 및 이 베이스 플레이트로부터 수직으로 돌출하는 안내 플레이트(9)를 갖는 본체(7)를 갖는다. 베이스 플레이트(8)에는 터빈 하우징(2)의 하부 하우징 반부(3)의 평평한 면에 놓일 수 있도록 지지면이 형성된다. 또한, 베이스 플레이트(8)에는 본체(7)를 하부 하우징 반부(3)에 해체 가능하게 장착하기 위한 부착 수단이 제공된다. 본 경우에, 본체(7)의 부착 수단은 베이스 플레이트(8)에 형성된 슬롯형 홀(10)을 포함하고, 이 슬롯형 홀을 통해 베이스 본체(7)가 터빈 하우징(2)의 하부 하우징 반부(3)에 나사 연결된다(나사는 도시되어 있지 않음).

본체(7)에 대한 터빈 하우징(2)의 특히 안정적이고 확실한 부착을 구현하기 위해, 베이스 플레이트(8)로부터 먼 쪽을 향하는 안내 플레이트(9)의 영역에 또한 지지 수단이 제공된다. 이 지지 수단은, 나사(12)에 의해 안내 플레이트(9)로부터 축방향으로 이격되어 보유되고 추가 구성요소(13), 특히 터빈 하우징(2)에 일체로 회전하도록 연결된 구성요소를 형상 결합 방식으로 그리고/또는 강제 결합 방식으로 맞물리는 U자형 장착 브래킷(11)을 포함한다.

본체(7)의 안내 플레이트(9)에서 캐리어 요소(14)가, 본 경우에 샤프트(4)의 회전축(Z)과 일치하는 C축 주위의 원호형 안내 경로를 따라 이동 가능하게 보유된다. 원호형 안내 경로는 C축과 관련하여 약 30°의 중심각에 걸쳐 연장된다. 이 경우, 안내 플레이트(9)는 원호형 안내 경로에 의해 형성된 평면에 평행하게 연장되는 방식으로 정렬된다.

캐리어 요소(14)는 프로파일 가이드에 의해 본체(7)에 C축을 중심으로 이동할 수 있게 보유된다. 구체적으로, 프로파일 가이드는 본 경우에 상기 본체와 일체형으로 형성된 이중 프로파일(15)을 가지며, 이 이중 프로파일은 캐리어 요소(14)에 제공된 대응하는 정합 프로파일(16)에 형상 결합 방식으로 맞물린다. 이중 프로파일(15)의 2개의 프로파일 모두 직사각형 단면을 갖는다.

본체(7)에 대해 캐리어 요소(14)를 위치 설정하고 이동시킬 수 있도록, 이송 수단이 더 제공된다. 이송 수단은, 원호형 안내 경로에 평행하게 연장되며 본체(7)에 배치된 톱니 랙(14)과, 캐리어 요소(14)에 회전 가능하게 장착된 기어휠(18)을 포함한다. 기어휠(18)은 반경방향으로 C축의 외부에서 톱니 랙(17)과 맞물린다.

이송 수단은 지지 요소(14)에 보유된 구동 유닛을 더 포함하며, 이 구동 유닛은 기어휠(18)을 구동하고 캐리어 요소(14)를 본체(7)에 대해 이동시키기 위해 기어휠(18)에 결합된다. 구체적으로, 본 경우에 구동 유닛은 본 경우에 캐리어 요소(14)에 나사로 고정되는 전기 모터(19) 형태의 모터를 갖는다.

이동식 공작 기계(1)는 또한, 캐리어 요소(14)에 C축에 대해 반경방향으로 선형으로 조정될 수 있게 배치되고 공구, 본 경우에는 연삭 휠(21)을 수용하도록 구성된 공구 모듈(20)을 갖는다. 공구 모듈(20)을 캐리어 요소(14)에 대해 C축에 대해 반경방향으로 안내하기 위해, 본 경우에는 리니어 가이드가 제공된다. 이 리니어 가이드는, 캐리어 요소(14)상에 배열되고 공구 모듈(20)의 중간 플레이트(23)에 형상 결합 방식으로 맞물리는 2개의 프로파일 레일(22)을 포함한다.

캐리어 요소(14)에 대해 공구 모듈(20)을 이동시키기 위해, 본 경우에는 전기 모터 형태의 구동 모터를 포함하는 조정 수단이 더 제공된다. 전기 모터(24)는 캐리어 요소(14)에 나사 결합되고, 나사 메커니즘을 통해 공구 모듈(20)에 결합된다. 나사 메커니즘은 볼 스크루 드라이브로서 구성되며, 전기 모터(24)에 함께 회전하도록 결합된 볼 스크루 스핀들(25)을 포함한다. 또한, 나사 메커니즘은, 공구 모듈(20)의 중간 플레이트(23)에 고정 연결되고 여기에 형성된 보어 내로 도입된 볼 스크루 너트(26)를 포함한다. 이러한 방식으로, 볼 스크루 스핀들(25)의 회전 운동은 캐리어 요소(14)에 대한 공구 모듈(20)의 선형 운동으로 변환된다.

연삭 휠(21)을 구동하기 위해 공구 모듈(20)은 구동 수단을 갖는다. 이 구동 수단은 본 경우에 마찬가지로, 공구 모듈(20)의 중간 플레이트(23)에 고정 연결된 전기 모터(27)를 포함한다.

공구 모듈(20)은 공구 축(W)을 중심으로 회전 가능한 연삭 휠(21)용 수용부(28)를 가지며, 이 연삭 휠은 C축 및 회전축(Z)에 평행하게 연장된다. 특정 구성에서, 수용부(28)는 연삭 휠(21)이 그 위에 끼워진 맨드릴(29)과, 이 맨드릴(29)에 공구를 고정하기 위한 나사(30) 형태의 고정 수단을 포함한다. 이를 위해 나사(30)는 맨드릴에 형성된 나사 보어(31)에 조여진다.

기계 가공 시 주위에 날리는 파편으로부터 주변을 보호하기 위해, 공구 모듈(20)은 연삭 휠(21)의 일부를 축방향으로 덮는 보호 커버(32)를 갖는다.

본 발명에 따라 제공되는 바와 같이, 터빈 장치의 압축기 출구 디퓨저(5)의 축방향 돌출부(6)가 전체적으로 짧아지면, 제1 단계에서 터빈 하우징(2)의 도시되지 않은 상부 하우징 반부가 제거된다. 이어서, 이동식 공작 기계(1)는 터빈 하우징(2)의 하부 하우징 반부(3)에 부착되며, 구체적으로는 작동 시 상부 하우징 반부에 접하는 분리 평면(33)에 부착된다. 이를 위해, 이동식 공작 기계(1)의 본체(7)는 슬롯형 홀(10)을 통해 하부 하우징 반부(3)에 나사 결합된다.

압축기 출구 디퓨저(5)는 작동 시 하우징에 고정 연결되어 있으나 적층 시퀀스의 일부이기 때문에 터빈 하우징(2)과의 일체 회전식 결합이 해제되며, 압축기 출구 디퓨저(5)는 가공을 위해 임시로, 예를 들어 샤프트(4)에 함께 회전하도록 연결된 인접 부품과의 연결을 통해, 샤프트(4)에 함께 회전하도록 결합된다.

이동식 공작 기계(1)가 하부 하우징 반부(3)에 부착되고 압축기 출구 디퓨저(5)가 샤프트(4)에 함께 회전하도록 결합된 후, 이제 축방향 돌출부(6)의 제1 원주 세그먼트가 가공될 수 있다. 이를 위해, 샤프트(4)를 로킹한 후, 공구 모듈(20)을 캐리어 요소(14)에 대해 선형 가이드를 따라 전진 이동시킴으로써, 회전하는 연삭 휠(21)이 C축에 대해 반경방향 내측으로 이동된다. 연삭 휠(21)이, 예를 들어 도 1에 도시된 바와 같이, 연삭 휠이 축방향 돌출부(6)를 완전히 관통하는 위치에 있으면, 공구 모듈(20)이 보유되어 있는 캐리어 요소(14)는 C축 주위의 원호형 안내 경로를 따라 이동된다. 그로 인해, 축방향 돌출부(6)는 원호형 안내 경로에 의해 정의된 원주 세그먼트에 걸쳐 가공된다. 캐리어 요소(14)가 이동식 공작 기계(1)의 본체(7)에 대해 도 1에 도시된 원호형 안내 경로의 상부 단부에 도달하면, 연삭 휠(21)은 압축기 출구 디퓨저(5)의 축방향 돌출부(6)로부터 멀어지도록 이동할 수 있고, 캐리어 요소(14)는 본체(7)에 대해 자신의 하부 에지 위치로 이동할 수 있다.

압축기 출구 디퓨저(5)는 이제 자신의 회전축(Z)에 대해 미리 결정된 각도만큼 회전될 수 있음으로써, 이어서 축방향 돌출부(6)의 다음 원주 세그먼트가 동일한 방식으로 가공될 수 있다. 이 절차는 축방향 돌출부(6)가 전체 원주에 걸쳐 가공될 때까지 반복된다.

전체 원주에 걸친 가공 후, 환형으로 주연부를 둘러싸는 절단된 섹션이 생성되며, 이 섹션은 이제 샤프트(4)에서 제거할 수 있도록 수동으로 분쇄된다. 이로써, 본 발명에 따른 방법에 의해, 본 발명에 따른 이동식 공작 기계(1)를 사용하여 환형으로 주연부에 걸친 가공, 특히 축방향 돌출부(6)의 단축이 복잡한 분해 및 별도의 설비에서의 가공 없이 가능해진다.

본 발명이 바람직한 실시예에 의해 상세하게 예시되고 기술되었더라도, 본 발명은 개시된 실시예에 의해 제한되지 않으며, 본 발명의 보호 범위를 벗어나지 않으면서 통상의 기술자에 의해 다른 변형이 도출될 수 있다.

Claims

회전축(Z)을 중심으로 회전 가능한 부품, 특히 터빈 구성요소를 현장에서 세그먼트별로 가공하기 위한 이동식 공작 기계(1)이며, 이 이동식 공작 기계는,
회전축(Z)에 대해 고정되고 회전축(Z)을 정의하는 고정체에, 특히 터빈 하우징(2)에 본체(7)를 해체 가능하게 장착하기 위한 부착 수단이 제공된 본체(7)와,
본체(7)에 C축 주위의 원호형 안내 경로를 따라 이동할 수 있게 보유된 캐리어 요소(14)와,
캐리어 요소(14)에 보유되고, 공구, 특히 절삭 공구, 바람직하게는 연삭 휠 또는 사이드 밀링 커터를 수용하도록 구성된 공구 모듈(20)을 가지며,
공구 모듈(20)은 캐리어 요소(14)에 C축에 대해 횡방향으로, 특히 반경방향으로 선형으로 조정 가능하게 배치되는, 이동식 공작 기계(1).
제1항에 있어서, 상기 원호형 안내 경로는 C축 주위로 적어도 20° 및/또는 최대 40°의 중심각에 걸쳐 연장되는 것을 특징으로 하는, 이동식 공작 기계(1).
제2항에 있어서, 캐리어 요소(14)는 프로파일 가이드에 의해 본체(7)에 C축을 중심으로 이동할 수 있게 보유되는 것을 특징으로 하는, 이동식 공작 기계(1).
제3항에 있어서, 상기 프로파일 가이드는 본체(7)에 제공된 이중 프로파일(15)을 갖고, 이 이중 프로파일은 캐리어 요소(14)에 제공된 대응하는 정합 프로파일에 형상 결합 방식으로 맞물리며, 그리고/또는
상기 프로파일 가이드는 캐리어 요소(14)의 대응하는 정합 윤곽에 형상 결합 방식으로 맞물리는 도브테일 프로파일 또는 T자형 프로파일을 가지며, 그리고/또는
상기 프로파일 가이드는 선형 롤러 베어링 요소, 바람직하게는 볼 또는 롤러를 갖는 아치형 가이드를 갖는 것을 특징으로 하는, 이동식 공작 기계(1).
제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 본체(7)에 대해 캐리어 요소(14)를 이동시키기 위한 이송 수단이 더 제공되는 것을 특징으로 하는, 이동식 공작 기계(1).
제5항에 있어서, 상기 이송 수단은 원호형 안내 경로를 따라 또는 원호형 안내 경로에 평행하게 아치형으로 연장되는 톱니 랙(toothed rack)(17) 및 이 톱니 랙(17)과 맞물리는 기어휠(18)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 이동식 공작 기계(1).
제6항에 있어서, 상기 톱니 랙은 본체(7)에 배치되고 기어휠(18)은 캐리어 요소(14)에 회전 가능하게 장착되며,
기어휠(18)은 바람직하게 C축에 대해 반경방향 외측에서 톱니 랙(17)과 맞물리는 것을 특징으로 하는, 이동식 공작 기계(1).
제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 이송 수단은, 기어휠(18)을 구동하고 캐리어 요소(14)를 본체(7)에 대해 이동시키기 위해 기어휠(18)에 결합된 구동 유닛을 더 포함하며,
특히, 상기 구동 유닛은 전기 모터(19) 및/또는 유압 모터 및/또는 공압 모터 형태의 모터 및 바람직하게는 이 모터에 결합된 기어 장치, 바람직하게는 유성 기어 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는, 이동식 공작 기계(1).
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 공구 모듈(20)을 캐리어 요소(14)에 대해 C축에 대해 반경방향으로 안내하기 위해 리니어 가이드가 제공되는 것을 특징으로 하는, 이동식 공작 기계(1).
제9항에 있어서, 상기 리니어 가이드는 리서큘레이팅 볼 가이드 또는 리서큘레이팅 롤러 가이드로서 구성되는 것을 특징으로 하는, 이동식 공작 기계(1).
제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 리니어 가이드는, 캐리어 요소(14)에 배열되고 공구 모듈(20), 특히 공구 모듈(20)의 중간 플레이트(23)에 형상 결합 방식으로 맞물리는 적어도 하나, 특히 2개의 프로파일 레일(22)을 포함하며,
특히, 프로파일 레일(22)은 도브테일 프로파일 또는 T자형 프로파일을 갖고, 공구 모듈(20)상의 대응하는 정합 윤곽에 맞물리는 것을 특징으로 하는, 이동식 공작 기계(1).
제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 공구 모듈(20)을 캐리어 요소(14)에 대해 이동시키기 위한 조정 수단이 제공되는 것을 특징으로 하는, 이동식 공작 기계(1).
제12항에 있어서, 상기 조정 수단은 전기 모터(24) 및/또는 유압 모터 및/또는 공압 모터 형태의 구동 모터 및 특히 기어 장치, 바람직하게는 유성 기어 장치를 포함하며,
상기 구동 모터는 캐리어 요소(14)와 고정 연결되고, 특히 캐리어 요소에 나사 결합되며, 나사 메커니즘을 통해 공구 모듈(20)에 결합되는 것을 특징으로 하는, 이동식 공작 기계(1).
제13항에 있어서, 상기 나사 메커니즘이 볼 스크루 드라이브로서 구성되고, 구동 모터와 일체로 회전하도록 결합된 볼 스크루 스핀들(25) 및 공구 모듈(20)과 고정 연결된, 특히 상기 공구 모듈에 형성된 보어 내로 삽입된 볼 스크루 너트(26)를 포함하며,
그에 따라 볼 스크루 스핀들(25)의 회전 운동이 캐리어 요소(14)에 대한 공구 모듈(20)의 선형 운동으로 변환되는 것을 특징으로 하는, 이동식 공작 기계(1).
제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 공구 모듈(20)은 이 공구 모듈(20)에 장착된 공구를 공구 축(W)을 중심으로 회전하도록 구동하기 위한 구동 수단을 포함하며,
특히, 상기 구동 수단은 전기 모터(27) 및/또는 유압 모터 및/또는 공압 모터를 포함하는 것을 특징으로 하는, 이동식 공작 기계(1).
제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 공구 모듈(20)은 공구 축(W)을 중심으로 회전하도록 구동 가능한 공구를 위한 수용부(28)를 가지며,
공구 축(W)은 특히 C축에 평행하게 연장되며,
특히, 수용부(28)는 대응 개구를 갖는 공구가 그 위에 끼워질 수 있는 맨드릴(29) 및
이 맨드릴에 공구를 고정하기 위한 고정 수단을 포함하며,
바람직하게는, 상기 고정 수단이, 끼워진 공구를 고정하기 위해 맨드릴에 형성된 나사 보어에 조여질 나사를 갖는 것을 특징으로 하는, 이동식 공작 기계(1).
제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 공구 모듈(20)은 기계 가공 시 발생하는 부스러기 또는 여타의 오염물을 흡출할 수 있도록 흡출 수단을 더 포함하며, 그리고/또는
공구 모듈(20)은 가공 시 주위에 날리는 파편으로부터 주변을 보호하기 위한 보호 커버(32)를 포함하며, 그리고/또는
본체(7)의 부착 수단이 본체를 고정체에 나사 연결하기 위한 보어, 특히 슬롯형 홀을 가지며, 그리고/또는
본체(7)는 고정체에 특히 평평하게 놓이도록 하기 위한 지지면을 가지며, 그리고/또는
본체(7)는 고정체에 평평하게 놓이도록 하기 위한 지지면이 형성된 베이스 플레이트(8) 및 이 베이스 플레이트(8)로부터 특히 수직으로 돌출하고 공구 모듈(20)이 이동 가능하게 보유된 안내 플레이트를 포함하며, 이 안내 플레이트는 특히 원호에 의해 형성된 평면에 평행하게 연장되며,
특히, 안내 플레이트(9)에, 바람직하게는 베이스 플레이트(8)로부터 멀리 떨어진 안내 플레이트(9)의 외부 영역에, 원호에 의해 형성된 평면에 대해 수직으로 본체(7)를 지지하기 위한 지지 수단이 제공되는 것을 특징으로 하는, 이동식 공작 기계(1).
고정체에 회전축(Z)을 중심으로 회전할 수 있게 장착된 부품을 세그먼트별로 현장 가공하기 위한 방법이며, 이 방법은 하기의 단계들:
a) 원주 세그먼트에 걸쳐 부품을 가공하도록 구성된 공작 기계(1)를 제공하고, 이 공작 기계(1)를 고정체에 부착하는 단계;
b) 공작 기계(1)를 사용하여 부품의 제1 원주 세그먼트를 가공하는 단계;
c) 부품을 부품 회전축(Z)을 중심으로 미리 결정된 각도만큼 회전시키는 단계;
d) 공작 기계(1)를 사용하여 부품의 또 다른 원주 세그먼트를 가공하는 단계;
e) 부품이 전체 원주에 걸쳐 가공될 때까지 단계 c) 및 단계 d)를 반복하는 단계;를 포함하는, 부품의 세그먼트별 현장 가공 방법.
제18항에 있어서, 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 따른 공작 기계(1)가 사용되며,
바람직하게는, 공작 기계(1)의 C축이 부품의 회전축(Z)과 일치하는 것을 특징으로 하는, 부품의 세그먼트별 현장 가공 방법.
제18항 또는 제19항에 있어서, 가공할 상기 부품은 터빈의 구성요소, 특히 터빈의 중앙 샤프트에 적층된 부품이고, 상기 고정체는 터빈 하우징(2) 또는 그의 부분인 것을 특징으로 하는, 부품의 세그먼트별 현장 가공 방법.
제20항에 있어서, 상기 터빈 구성요소는 정상 작동 중에는 하우징에 고정 연결되고, 가공 전에 상기 하우징으부터 분리되어 회전자 또는 터빈의 중앙 샤프트에 일체로 회전하도록 결합되며, 그리고/또는
상기 고정체는 터빈 하우징(2)의 하우징 반부(3)이고, 공작 기계(1)는 작동 중에 다른 하우징 반부에 접하는 분리면에 장착되는 것을 특징으로 하는, 부품의 세그먼트별 현장 가공 방법.
제18항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 가공 시 상기 부품에 형성된, 환형으로 주연부를 둘러싸는 축방향 돌출부가 짧아지며,
특히, 환형으로 주연부를 둘러싸는 섹션이 부품으로부터 절단되며,
바람직하게는, 환형으로 주연부를 둘러싸는 섹션이 외측으로부터 반경방향으로 맞물리는 연삭 휠(21) 또는 외측으로부터 반경방향으로 맞물리는 사이드 밀링 커터에 의해 절단되며, 그리고/또는 환형으로 주연부를 둘러싸는 섹션은 절단된 후에 분쇄되는 것을 특징으로 하는, 부품의 세그먼트별 현장 가공 방법.
제18항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 부품은 원주 세그먼트의 가공 중 의도하지 않은 회전을 방지하기 위해 로킹되는 것을 특징으로 하는, 부품의 세그먼트별 현장 가공 방법.