Vorrichtung zur Verspreizung in einem Hohlraum und Verfahren zur Montage der Vorrichtung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur

Verspreizung in einem Hohlraum, insbesondere in einer Armatur, insbesondere einem Stellventil in einem Kraftwerk, und ein Verfahren zur Montage der Vorrichtung.

Bei einer Armatur handelt es sich beispielsweise um eine Re ^¬ gelarmatur, eine Absperrarmatur oder eine sonstige Baugruppe mit rotationssymmetrischen Abschnitten, wie sie in der Prozesstechnik, in der Lüftungs-, Klima- und Heizungstechnik, in Wasser- und Kraftversorgungen, in Anlagen der chemischen Industrie wie Raffinerien, in Kraftwerken etwa mit Dampfturbi ^¬ nen, in Fernwärmenetzen oder auch in Pipelines gebräuchlich sind. Unter dem Begriff "Armatur" sollen im Folgenden also ganz allgemein Baugruppen und Gehäuse mit rotationssymmetri- sehen Bereichen verstanden werden. Hierzu zählen in Kraftwerken beispielsweise auch Vorwärmer und Nachkühler, sowie Ventile aller Art.

Armaturen können bei entsprechender Ausgestaltung unter ande- rem zur Regelung eines Durchflusses, zum Verschließen von

Leitungen oder zur Reduzierung eines Drucks verwendet werden. Sie können ferner durch mechanische Beanspruchung bei Öffnen und Schließen, durch hohe Drücke, Korrosion, wechselnde und hohe Temperaturen sowie andere Einflüsse eines die Apparatur durchströmenden Fluids Verschleißerscheinungen aufweisen. Diese können dazu führen, dass auch gepanzerte, etwa

stellitierte oder anderweitig gehärtete Dichtflächen Risse entwickeln. Da die Armaturen für den Betrieb der jeweiligen Anlage häufig unabdingbar sind, ist eine Stilllegung zur Re- paratur mit hohen Kosten verbunden.

Die DE 10 2005 004 232 AI beschreibt ein Verfahren zur Reparatur einer Armatur, bei dem Dichtflächen rissfrei und ste- tig, aber auch in einer genau definierten Höhe gehalten werden sollen, welche konstruktiv vorgegeben ist. Entsprechend der DE 10 2005 004 232 AI wird hierzu ein Bearbeitungsbereich zunächst spanend abgetragen, wodurch auch Risse entfernt wer- den. Das spanende Abtragen wird durch Schleifen, Drehen und/oder Fräsen, gegebenenfalls auch in Kombination, bewerkstelligt. Anschließend erfolgt ein Auftragschweißen, durch welches der Bearbeitungsbereich über eine definierte Höhe hinaus erhöht wird. Durch abschließendes Nivellieren wird der Bearbeitungsbereich auf das Niveau vor der Reparatur gebracht und ggf. poliert. Vor den Bearbeitungsschritten werden Antrieb und Führung der entsprechenden Werkzeuge jeweils jus ^¬ tiert. Bei der Zerspanung kommen meist herkömmliche CNC- Bearbeitungszentren zum Einsatz, die an die spezifischen An- forderungen bei der Ventilbearbeitung angepasst sein können.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Verspreizung in einem Hohlraum und ein Verfahren zur Montage der Vorrich- tung zu schaffen, mit denen Herstellungs- oder Reparaturarbeiten weiter vereinfacht und/oder verkürzt werden können.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur Verspreizung in einem Hohlraum, insbesondere in einer Armatur, insbesondere einem Stellventil in einem Kraftwerk, mit mindestens drei ausfahrbaren Stützen gelöst, welche radial zu einer ersten Symmetrieachse an einem Basisbauteil montiert sind. Die Vor ^¬ richtung umfasst ferner eine Zentrierhülse für ein zu zent ^¬ rierendes Bauteil, wobei eine Symmetrieachse der Zentrierhül- se parallel zu der ersten Symmetrieachse ist. Die Zentrier ^¬ hülse ist auf einem Ausrichtungselement angeordnet, mit wel ^¬ chem die Zentrierhülse in einem Verstellbereich in radialer Richtung zu der ersten Symmetrieachse fixierbar ist. Bei dem Verfahren zur Montage der Vorrichtung in einer Armatur, insbesondere einem Stellventil in einem Kraftwerk, wird die Vorrichtung in die Armatur eingeführt. Die Stützen werden daraufhin ausgefahren, wodurch die Vorrichtung in der Armatur verspreizt wird. Die Zentrierhülse wird in einem Verstellbe ^¬ reich so fixiert, dass die Symmetrieachse der Zentrierhülse mit einer Mittelachse der Armatur zur Deckung kommt. Die im Folgenden genannten Vorteile müssen nicht notwendigerweise durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche erzielt werden. Vielmehr kann es sich hierbei auch um Vorteile handeln, welche lediglich durch einzelne Ausführungsformen, Varianten oder Weiterbildungen erzielt werden.

Die Vorrichtung stellt eine Spreizaufnahme zur Kraftabstüt- zung von Werkzeugen in beliebigen Hohlräumen, beispielsweise in Ventilgehäusen bereit. Während unterschiedlicher Schritte einer Bearbeitung einer Armatur kann die Vorrichtung als exakt reproduzierbare Werkzeugabstützung in der Armatur verbleiben. Die Vorrichtung stellt somit ein flexibles Abstützelement in Gehäusen mit beliebigen Abmessungen bereit.

Der Verstellbereich beträgt beispielsweise +/- 3 mm in einer X- und Y-Richtung. Das Ausrichtungselement ist beispielsweise als X-Y-Justageschlitten ausgeführt. Es ermöglicht eine

Justage der Zentrierhülse in dem Verstellbereich mit einer Genauigkeit von beispielsweise 0,01 mm und damit ein hochge ^¬ naues Bezugssystem zu einer Symmetrieachse, welche beispiels- weise durch einen rotationssymmetrischen Bearbeitungsbereich des Hohlraums vorgegeben ist. Die gute Wiederholgenauigkeit bei der Positionierung von Werkzeugen in der Zentrierhülse ermöglicht einen schnellen und reproduzierbaren Werkzeugwechsel, welcher keine weitere Vermessung und Neuausrichtung er- fordert. Die wiederholgenaue Werkzeugabstützung entfaltet ih ^¬ re Vorteile insbesondere im Zusammenspiel mit einem Werkzeug ^¬ wechselsystem für multifunktionale Bearbeitungs- und Messauf ^¬ gaben . Beispielsweise wird die Vorrichtung unmittelbar hinter einem Ventilsitz in einem Ventilgehäuse eingebaut. Das Ventilgehäu ^¬ se muss nun nur einmalig vermessen werden, woraufhin die Zentrierhülse mittels des Ausrichtungselementes auf eine Sym- metrieachse des Ventilgehäuses automatisiert zentriert werden kann. Nach dieser einmaligen Ausrichtung kann die Vorrichtung während der kompletten Sanierungsarbeiten im Gehäuse verbleiben. Alle notwendigen Werkzeuge können über einen Aufnahmeko- nus mit reproduzierbarer Genauigkeit in der Zentrierhülse der Vorrichtung angedockt werden.

Die Vorrichtung ermöglicht eine exakte Mittel-Ausrichtung von Werkzeugen, welche in der Zentrierhülse angedockt sind. Wei- terhin stellt sie für diese Werkzeuge ein Bezugssystem mit präziser Wiederholgenauigkeit bereit. Die Vorrichtung ermög ^¬ licht weiterhin eine Stabilisierung der Werkzeuge, welche in der Zentrierhülse angedockt sind. Die Kraftabstützung im Ven ^¬ tilgehäuse ist hierbei auch für zerspanende Bearbeitungsvor- gänge gehärteter Oberflächen ausreichend.

Die Zentrierhülse kann im Ausrichtungselement sphärisch gela ^¬ gert sein. Vorzugsweise benötigt die Vorrichtung keine Zulei ^¬ tungen und verfügt über keine eigenen Aktuatoren.

Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet die Vorrichtung eine rotationssymmetrisch um die erste Symmetrieachse angeordnete Nabe, insbesondere eine Keilnabe, sowie ein Getriebe, welches ein Ausfahren der Stützen durch Drehung der Nabe ermöglicht. Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, dass die Vorrich ^¬ tung unter Verwendung eines geeigneten Werkzeugs automatisiert in einem Hohlraum zentrisch verspreizt werden kann, indem eine Welle in die Nabe eingreift und diese dreht. Das Ge ^¬ triebe ist beispielsweise analog zu einem Dreibacken- Spannfutter konstruiert.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Ausrichtungselement ein selbsthemmender X-Y-Schiebeschlitten . In einer Weiterbildung weist das Ausrichtungselement eine erste Antriebswelle für ein erstes Stellgetriebe zum Verfah ^¬ ren der Zentrierhülse in einer X-Richtung innerhalb des Vers ^¬ tellbereiches auf. Das Ausrichtungselement weist weiterhin eine zweite Antriebswelle für ein zweites Stellgetriebe zum Verfahren der Zentrierhülse in einer zur X-Richtung orthogonalen Y-Richtung innerhalb des Verstellbereiches auf. Der Verstellbereich beträgt beispielsweise +/- 3 mm sowohl in X- als auch in Y-Richtung, mit einer Genauigkeit von 0,01 mm.

Gemäß einer Ausführungsform weisen die erste Antriebswelle und die zweite Antriebswelle jeweils einen mechanischen An- schluss zur Drehmomentübertragung auf. Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, dass ein getrenntes Montagewerkzeug mit geeigneten Stellantrieben an die mechanischen Anschlüsse der ersten und zweiten Antriebswelle angedockt werden kann, wo ^¬ durch eine automatisierte Zentrierung der Zentrierhülse durch das Montagewerkzeug möglich wird.

In einer Weiterbildung beinhaltet die Vorrichtung einen ersten Stellantrieb, welcher mit der ersten Antriebswelle ver ^¬ bunden ist, sowie einen zweiten Stellantrieb, welcher mit der zweiten Antriebswelle verbunden ist. Gemäß einer Ausführungs- form umfasst die Vorrichtung ferner eine Batterie zur Energieversorgung des ersten und zweiten Stellantriebs. Hierdurch wird die Vorrichtung in die Lage versetzt, das Ausrichtungs ^¬ element selbst in die benötigte Position zu verfahren. Ent ^¬ sprechende Steuerdaten können drahtlos empfangen werden.

Gemäß einer Ausführungsform ist die Zentrierhülse als Kegel ^¬ schale geformt.

In einer Weiterbildung ist die Zentrierhülse mit einem sphä- rischen Ausgleichselement gelagert. Dies hat den Vorteil, dass Winkelfehler während des mittigen Ausrichtens ausgegli ^¬ chen werden können.

In einer Weiterbildung des Verfahrens wird zum Ausfahren der Stützen eine rotationssymmetrisch um die erste Symmetrieachse angeordnete Nabe, insbesondere eine Keilnabe, gedreht, wo ^¬ durch ein Getriebe die Stützen ausfährt. Diese Weiterbildung ermöglicht ein automatisiertes Montieren der Vorrichtung durch Drehen einer Welle, welche in der Nabe positioniert ist. Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens erstellt nach dem Verspreizen der Vorrichtung ein Messwerkzeug, welches in der Zentrierhülse gelagert ist, ein dreidimensionales Abbild ei ^¬ nes rotationssymmetrischen Bearbeitungsbereiches der Armatur. Eine Recheneinheit berechnet aus dem dreidimensionalen Abbild die Mittelachse der Armatur, welche die Symmetrieachse des rotationssymmetrischen Bearbeitungsbereiches ist. Eine Steue ^¬ rung steuert einen ersten Stellantrieb und einen zweiten Stellantrieb so an, dass ein erstes Stellgetriebe und ein zweites Stellgetriebe die Zentrierhülse so verfahren, dass die Symmetrieachse der Zentrierhülse mit der Mittelachse der Armatur zur Deckung kommt.

Diese Ausführungsform ermöglicht ein automatisiertes Vermes ^¬ sen einer Abweichung der Zentrierhülse von einer gewünschten Mittelposition. Das Messwerkzeug verwendet zur Erstellung des dreidimensionalen Abbildes beispielsweise einen 2D-Laser- scanner, welcher auf einem Rotor gedreht wird. Das Messwerkzeug kann hierbei als Montagewerkzeug ausgeführt sein, wel ^¬ ches die Welle zum Eingriff in die Nabe bereitstellt und wei- terhin über den ersten und den zweiten Stellantrieb verfügt, mittels welcher das Ausrichtungselement, beispielsweise ein selbsthemmender X-Y-Schiebeschlitten, automatisiert korrigiert werden kann. Das Messwerkzeug kann anschließend von der Vorrichtung gelöst werden, so dass diese mit der zentrierten Zentrierhülse passiv im Gehäuse verbleibt. Das gleiche Mess ^¬ werkzeug kann auch zur Demontage der Vorrichtung verwendet werden .

In einer Weiterbildung verbleibt die Armatur während der Durchführung des Verfahrens am Ort ihres Betriebs zumindest teilweise eingebaut. Die Vorrichtung kann zur zentrierten Halterung von Werkzeugen in einer Armatur, insbesondere einem Stellventil in einem Kraftwerk, verwendet werden. Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Figuren näher erläutert. In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen verse ^¬ hen, sofern nichts anderes angegeben ist. Es zeigen: Figur 1 ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur

Verspreizung in einem Hohlraum,

Figur 2 eine rückseitige Ansicht der Vorrichtung aus Figur

1,

Figur 3 eine seitliche Ansicht der Vorrichtung aus Figur 1 und Figur 2, welche mittels einer Zentrierhülse ein Andocken von Werkzeugen mit präziser Wiederholgenauigkeit ermöglicht,

Figur 4 eine Montage der Vorrichtung aus Figur 1 bis Figur

3 in einer Armatur,

Figur 5 die Vorrichtung aus Figur 1 bis Figur 3, nachdem sie in eine Armatur eingebaut wurde,

Figur 6 die Vorrichtung aus Figur 1 bis Figur 3, nachdem sie im Bereich eines Flansches eines Stellventils eingebaut wurde, und

Figur 7 eine Schleifbearbeitung einer Flanschfläche einer

Armatur, bei der die Vorrichtung zur Stabilisierung eines Schleifwerkzeugs dient. Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 41 zur Verspreizung in einem Hohlraum. An einem Basisbauteil B sind drei ausfahrbare Stützen Sl, S2, S3 montiert. In der Mitte der drei ausfahrbaren Stützen Sl, S2, S3 ist eine Nabe N angeordnet. Die ausfahrbaren Stützen Sl, S2, S3 können durch Drehen der Nabe N ausgefahren werden. Die Nabe N dient somit als Antriebs-Einleitung für die Spreizfunktion der Vorrichtung 41.

Vor der Nabe N befindet sich eine Zentrierhülse Z, welche durch Antrieb von zwei Antriebswellen Wl, W2, welche ein Ausrichtungselement A in einer X-Richtung und einer dazu ortho ^¬ gonalen Y-Richtung verfahren, in einem Verstellbereich von beispielsweise +/- 3 mm mit einer Genauigkeit von 0,01 mm fi ^¬ xierbar ist. Das Ausrichtungselement A ermöglicht somit eine automatisierte Feineinstellung der Zentrierhülse Z in X- und Y-Richtung. Die Zentrierhülse Z stellt eine wiederholgenaue Werkzeugabstützung in dem Hohlraum bereit. Sie kann sphärisch gelagert sein, um Winkelfehler während des mittigen Ausrichtens auszugleichen.

Figur 2 zeigt eine rückseitige Ansicht der Vorrichtung 41, die in Verlängerung der Nabe N ein Getriebe zum Ausfahren der ausfahrbaren Stützen Sl, S2, S3 zeigt, welches Ähnlichkeiten zu einem Dreibacken-Spannfutter aufweist. Der Spannhub beträgt beispielsweise mehr als 50 mm. Hierdurch ergibt sich für die ausfahrbaren Stützen Sl, S2, S3 ein variabler Spann- Durchmesser mit flexiblen Einbaumöglichkeiten für die Vor- richtung 41.

Figur 3 zeigt erneut die Vorrichtung 41, welche eine wiederholgenaue Werkzeugabstützung in einem Hohlraum ermöglicht. Hierzu müssen lediglich Werkzeuge mit einem Zentrierkonus in der Zentrierhülse Z angedockt werden.

Figur 4 zeigt einen Einbau der Vorrichtung 41 im Inneren einer Armatur 2. Die Vorrichtung 41 steckt hierbei auf einem Montagewerkzeug, welches an seinem Ende einen Konus aufweist, der in der Zentrierhülse der Vorrichtung 41 angedockt hat.

Mittels einer in Figur 4 nicht sichtbaren Welle wird die Nabe der Vorrichtung 41 angetrieben, wodurch die ausführbaren Stützen Sl, S2, S3 mittels des in Figur 2 gezeigten Getriebes ausgefahren werden, wodurch die Vorrichtung 41 in der Armatur 2 verspreizt wird. Das Montagewerkzeug kann weiterhin mittels Stellantrieben in die erste Antriebswelle und die zweite An ^¬ triebswelle eingreifen und so das Ausrichtungselement A ver- fahren, wodurch die Zentrierhülse auf eine rotationssymmetrische Mittelachse der Armatur 2 justierbar ist.

Figur 5 zeigt die Vorrichtung 41 entsprechend den Ausführungsbeispielen aus Figur 1 bis Figur 3 im eingebauten Zu- stand im hinteren Teil einer Armatur 2, beispielsweise unmit ^¬ telbar hinter einer Ventilsitzfläche.

Figur 6 zeigt die Vorrichtung 41 entsprechend den Ausführungsbeispielen aus Figur 1 bis Figur 3, welche in der Nähe eines Flansches einer Armatur 2 verspreizt ist. Hierdurch stellt die Vorrichtung 41 eine wiederholgenaue Werkzeug- abstützung zur Bearbeitung einer Flanschfläche oder einer Deckelanlagefläche bereit. Ein solches Ausführungsbeispiel ist am Beispiel einer

Schleifbearbeitung in Figur 7 gezeigt. Die Vorrichtung 41 ist hier wie bereits in Figur 6 in der Nähe der Flanschfläche in der Armatur 2 verspreizt. Sie dient zur Stabilisierung eines Schleifwerkzeugs, mit welchem die Flanschfläche oder eine De- ckelanlagefläche bearbeitet werden können.

Obwohl die Erfindung im Detail durch die Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, ist sie nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt. Andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den

Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Die beschriebenen Ausführungsbeispiele, Varianten, Ausführungsformen und Wei ^¬ terbildungen können weiterhin frei miteinander kombiniert werden .