Vorrichtung und Verfahren zur Vermessung eines Hohlraums Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und Ver ^¬ fahren zur Vermessung eines Hohlraums, insbesondere einer Ar ^¬ matur, insbesondere eines Stellventils in einem Kraftwerk.

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 rotationssymmetrischen Bereichen verstanden werden. Hierzu zählen in Kraftwerken beispielsweise auch Vorwärmer und Nachkühler, sowie Ven- tile aller Art.

Armaturen können bei entsprechender Ausgestaltung unter anderem 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 Repa ^¬ ratur einer Armatur, bei dem Dichtflächen rissfrei und stetig, 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, bewerk- stelligt. 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 An- trieb und Führung der entsprechenden Werkzeuge jeweils jus ^¬ tiert. Bei der Zerspanung kommen meist herkömmliche CNC- Bearbeitungszentren zum Einsatz, die an die spezifischen Anforderungen bei der Ventilbearbeitung angepasst sein können.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Vermessung eines Hohlraums zu schaffen, mit denen Herstellungs- oder Reparaturarbeiten weiter vereinfacht und/oder verkürzt werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung zur Vermessung eines Hohlraums, insbesondere einer Armatur, ins ^¬ besondere eines Stellventils in einem Kraftwerk, mit einem Stator gelöst, welcher an einem Ende eine Schnittstelle zur Montage an einem Trägerbauteil aufweist. Die Vorrichtung um- fasst ferner einen Rotor, welcher auf dem Stator drehbar gelagert ist, und mindestens einen Sensor, welcher auf dem Ro ^¬ tor montiert ist. Bei dem Verfahren zur Vermessung eines Hohlraums, insbesonde ^¬ re einer Armatur, insbesondere eines Stellventils in einem Kraftwerk, wird der Rotor der Vorrichtung gedreht, wodurch eine Kontur eines Bearbeitungsbereichs einer Armatur, insbe ^¬ sondere eines Ventilsitzes, dreidimensional durch den Sensor erfasst wird.

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 eignet sich für alle Messaufgaben bei einer Ventilgehäusesanierung. Beispielsweise kann durch Drehung des Rotors mit dem Sensor eine Symmetrieachse eines zu bearbei ^¬ tenden rotationssymmetrischen Gehäuseabschnitts ermittelt werden, indem ein dreidimensionales Abbild erstellt wird. Hierbei kann der Sensor auch eine Oberflächenstruktur des

Gehäuseabschnitts digital erfassen. Die Schnittstelle ermög ^¬ licht hierbei eine definierte Ankopplung der Vorrichtung an das Trägerbauteil, so dass die Messungen des Sensors mit ho ^¬ her Genauigkeit durchgeführt werden können.

Dabei beinhaltet die Vorrichtung eine Welle, welche über die Schnittstelle mit einem externen Drehantrieb verbindbar ist. Der Stator weist am anderen Ende ein spielfreies Zentrierele ^¬ ment, insbesondere ein Konus, auf, aus dem die Welle axial herausragt.

Insbesondere kann das spielfreie Zentrierelement kugelförmig, konusförmig oder zylinderförmig ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich kann das spielfreie Zentrierelement mehrere Geometrien vereinen. Beispielsweise kann ein erster Abschnitt des Zentrierelements kugelförmig und ein zweiter Abschnitt des Zentrierelements zylinderförmig sein. Ferner kann das spielfreie Zentrierelement einstückig gebildet sein. Alterna ^¬ tiv oder zusätzlich kann das spielfreie Zentrierelement aus einer Mehrzahl von Bauteilen gebildet sein. Beispielsweise kann das spielfreie Zentrierelement aus einer Mehrzahl von Stegen gebildet sein. Insbesondere können die Stege keilför ^¬ mig gebildet sein. Diese Ausführungsform ermöglicht es, eine Abstützung auf das spielfreie Zentrierelement, insbesondere den Konus, aufzuste ^¬ cken, wobei die Welle in eine Nabe der Abstützung eingeführt wird. Die Abstützung weist beispielsweise drei ausführbare Stützen auf, welche radial zu einer Symmetrieachse der Nabe an einem Basisbauteil montiert sind. Die Vorrichtung kann mit der Abstützung durch das Trägerbauteil in einen Hohlraum eingeführt werden. Bei entsprechender Ausgestaltung der Abstüt- zung kann nun durch den externen Drehantrieb die Welle gedreht werden, wodurch die Nabe angetrieben wird und Stützen der Abstützung mittels eines Getriebes zentrisch ausfährt, wodurch die Abstützung in dem Hohlraum verspreizt wird. Somit eignet sich diese Ausführungsform zur automatisierten Montage der Abstützung in dem Hohlraum.

In einer Weiterbildung sind am anderen Ende des Stators mindestens zwei Stellantriebe angeordnet. Die Stellantriebe treiben insbesondere Stellwellen mit einem Außenprofil, ins- besondere Keilwellen, an, welche am anderen Ende des Stators parallel zur Welle angeordnet sind.

Diese Weiterbildung entfaltet ihre Vorteile im Zusammenspiel mit der zuvor genannten Abstützung, nachdem diese wie im Kon- text der zuvor genannten Ausführungsform in dem Hohlraum verspreizt wurde. Die Abstützung beinhaltet beispielsweise eine Zentrierhülse für den Konus der Vorrichtung. Die Zent ^¬ rierhülse ist vorzugsweise auf einem Ausrichtungselement an ^¬ geordnet, mit welchem die Zentrierhülse in einem Verstellbe- reich in radialer Richtung zu ihrer Symmetrieachse fixierbar ist. Der Verstellbereich beträgt beispielsweise +/- 3 mm in einer X- und Y-Richtung. Das Ausrichtungselement weist bei ^¬ spielsweise eine erste Antriebswelle für ein erstes Stellge ^¬ triebe zum Verfahren der Zentrierhülse in der X-Richtung in- nerhalb des Verstellbereichs auf. Es kann weiterhin eine zweite Antriebswelle für ein zweites Stellgetriebe zum Ver ^¬ fahren der Zentrierhülse in der zur X-Richtung orthogonalen y-Richtung innerhalb des Verstellbereichs aufweisen. Die ers ^¬ te Antriebswelle und die zweite Antriebswelle können nun je- weils mechanische Anschlüsse zur Drehmomentübertragung auf ^¬ weisen, an welche die Stellantriebe der Weiterbildung ange ^¬ schlossen werden, beispielsweise indem die Stellwellen der Weiterbildung dort eingeführt werden. Im Ergebnis ermöglicht die Weiterbildung eine automatisierte Mitten-Ausrichtung der Abstützung. Vorteilhaft wirkt sich hierbei aus, dass die Vor ^¬ richtung zunächst die Mittelachse des Hohlraums mittels des Sensors vermessen kann, welche als Referenz für die Mitten- Ausrichtung der Abstützung verwendet werden kann. Um bei der Mitten-Ausrichtung ein seitliches Anschlagen oder Verklemmen der Welle in der Nabe zu vermeiden, kann die Welle-Nabe- Verbindung oder die Lagerung der Welle im Stator ein ausreichendes Spiel aufweisen. Alternativ kann die Welle vor der Mitten-Ausrichtung zurückgezogen werden.

Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet die Vorrichtung mindestens eine Rotorkamera, welche auf dem Rotor montiert ist, und insbesondere eine Leuchte, welche auf dem Rotor montiert oder in die Rotorkamera integriert ist.

Die Rotorkamera ermöglicht es, Arbeitsvorgänge zu überwachen. Sie kann auch zur qualitativen Beurteilung eines Bearbeitungsbereiches sowie zur Risserkennung verwendet werden.

Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet die Vorrichtung mindestens eine Statorkamera, welche auf dem Stator montiert ist. Hierbei ist insbesondere eine Leuchte auf dem Stator montiert oder in die Statorkamera integriert. Die Stator- kamera ist insbesondere eine drahtlose IP-Kamera. Weiterhin ist die Statorkamera insbesondere schwenkbar und drehbar. Die Statorkamera ermöglicht eine Überwachung von Arbeitsvorgängen . Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet die Vorrichtung einen mehrdimensionalen Messtaster, welcher auf dem Rotor oder Stator montiert und insbesondere zur drahtlosen Datenübertra ^¬ gung eingerichtet ist. In einer Weiterbildung ist der Sensor ein 2D-Laserscanner, welcher geeignet ist, bei Drehung des Rotors eine Kontur ei ^¬ nes Bearbeitungsbereichs einer Armatur, insbesondere eines Ventilsitzes, dreidimensional zu erfassen. Gemäß einer Ausführungsform ist der Sensor eine Messsonde zur Wirbelstromprüfung, welche geeignet ist, bei Drehung des Ro ^¬ tors einen Bearbeitungsbereich einer Armatur, insbesondere eines Ventilsitzes, zu untersuchen. Die Messsonde zur Wirbel ^¬ stromprüfung ermöglicht unter anderem eine Rissprüfung.

Die Anordnung umfasst die Vorrichtung sowie eine Recheneinheit, welche programmiert ist, aus Messdaten des Sensors ein dreidimensionales Modell des Bearbeitungsbereichs zu erstel ^¬ len und aus dem dreidimensionalen Modell eine Mittelachse der Armatur zu berechnen. Die berechnete Mittelachse kann bei ^¬ spielsweise für eine Mitten-Ausrichtung der zuvor beschriebenen Abstützung genutzt werden.

Eine weitere Anordnung umfasst neben der Vorrichtung eine Recheneinheit, welche programmiert ist, anhand der Messdaten des Sensors Fehlstellen und/oder Risse im Bearbeitungsbereich zu ermitteln.

Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens erstellt eine Re ^¬ cheneinheit aus Messdaten des Sensors ein dreidimensionales Bild des Bearbeitungsbereichs und berechnet aus dem dreidi ^¬ mensionalen Modell eine Mittelachse der Armatur. Die berech- nete Mittelachse kann beispielsweise für eine Mitten- Ausrichtung der zuvor beschriebenen Abstützung genutzt werden .

Bei dem Verfahren zur Diagnose eines Hohlraums, insbesondere einer Armatur, insbesondere eines Stellventils in einem

Kraftwerk, ermittelt eine Recheneinheit anhand der Messdaten des Sensors der Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8 Fehlstellen und/oder Risse in dem Bearbeitungsbereich. Gemäß einer Ausführungsform der Verfahren werden diese an einer Armatur durchgeführt, welche während der Durchführung der Verfahren am Ort ihres Betriebs zumindest teilweise eingebaut verbleibt . Die Vorrichtung kann zur automatisierten Vermessung einer Armatur, insbesondere eines Stellventils in einem Kraftwerk, verwendet werden.

Sie kann ferner zur automatisierten Prüfung einer Armatur, insbesondere eines Stellventils in einem Kraftwerk, auf Fehl ^¬ stellen und/oder Risse verwendet werden.

Weiterhin kann die Vorrichtung zur automatisierten Montage einer Abstützung in einer Armatur, insbesondere einem Stell ventil in einem Kraftwerk, verwendet werden.

Außerdem kann die Vorrichtung zur automatisierten Zentrierung einer Abstützung 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: ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Ve ^¬ rmessung und/oder Diagnose eines Hohlraums, welche zur Montage und Zentrierung einer Abstützung in dem Hohlraum eingerichtet ist, die in Figur gezeigte Vorrichtung bei der Montage einer Abstützung in einem Hohlraum, ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Diag ^¬ nose eines Hohlraums mittels einer Messsonde zur WirbelStromprüfung .

Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 51 mit einem Stator ST, auf dem ein Rotor RO beispielsweise mit Hilfe eines Elektromotors gedreht werden kann. Auf dem Rotor RO ist als Sensor SE beispielsweise ein 2D-Laserscanner mon- tiert, welcher durch Rotation des Rotors RO ein dreidimensio ^¬ nales Profil eines Hohlraums, in welchem sich die Vorrichtung 51 befindet, erstellen kann. Hierbei wird beispielsweise eine Oberfläche eines Bearbeitungsbereichs des Hohlraums digitali- siert. Sofern der Bearbeitungsbereich rotationssymmetrisch ist, kann eine Symmetrieachse aus dem dreidimensionalen Ab ^¬ bild als Mittelachse des Hohlraums berechnet werden. Weiter ^¬ hin können die Messungen des Sensors verwendet werden, um Fehlstellen und/oder Risse in dem Bearbeitungsbereich automa- tisiert zu erkennen. Mit dem Sensor SE kann hierbei bei ^¬ spielsweise eine Kontur eines Ventilsitzes dreidimensional exakt erfasst werden. Anstelle des 2D-Scanners kann auch ein 3D-Laserscanner als Sensor SE auf dem Rotor RO montiert werden .

Ein für den Sensor SE geeigneter 2D-Laserscanner ist beispielsweise das Gerät LJ-V7000 der Firma Keyence. Dieser La ^¬ serscanner weitet einen Laserstrahl zu einer Linie auf, welche von einer Oberfläche eines Bearbeitungsbereichs diffus reflektiert wird. Durch Erkennung einer Positions- und Form ^¬ änderung des reflektierten Lichts misst dieser 2D- Laserscanner eine Wegverschiebung und Form des Bearbeitungsbereichs. Er ist unempfindlich gegenüber schwierigen Oberflächen und gut automatisierbar.

Zur Beobachtung der Arbeitsabläufe ist auf dem Stator ST eine Statorkamera SK montiert. Diese kann gegebenenfalls als IP- Kamera ausgeführt sein, eine Beleuchtung enthalten und draht ^¬ los schwenkbar und drehbar sein. Sie dient als Einstellungs- hilfe bei einer Montage einer Abstützung wie im Kontext der

Figur 2 beschrieben, sowie zur Beobachtung der Arbeitsvorgänge .

Auf dem Rotor RO ist eine Rotorkamera RK montiert, welche ebenfalls über eine eingebaute Beleuchtung verfügen kann und zur qualitativen Beurteilung eines Bearbeitungsbereichs sowie zur optischen Risserkennung herangezogen werden kann. Figur 1 zeigt weiterhin einen Konus KO, aus dem eine Welle 71 axial zentrisch herausragt. Weiterhin zeigt Figur 1 Stellantriebe AI, A2, welche parallel zu der Welle 71 angeordnet sind. Die Welle 71, der Konus KO und die Stellantriebe AI, A2 dienen zur Montage einer Abstützung 42, wie dies nun anhand der Figur 2 erläutert wird.

Figur 2 zeigt zunächst erneut die Vorrichtung 51 entsprechend Figur 1, hier in einer teilweise geschnittenen Darstellung, welche eine Schnittstelle SC sichtbar werden lässt, mittels welcher die Vorrichtung 51 auf einem Trägerbauteil montierbar ist, welches beispielsweise als Stab mit kreisförmigem oder polygonalen Querschnitt geformt ist. Mittels des Trägerbau ^¬ teils kann die Vorrichtung 51 in einen Hohlraum eingeführt werden. Die Welle 71, welche innerhalb der Vorrichtung 51 drehbar gelagert ist, kann im Rahmen der Schnittstelle SC an einen externen Drehantrieb angebunden werden. Auf das Ende des Stators ST mit der aus dem Konus KO austretenden Welle 71 und den Stellantrieben AI, A2 ist in Figur 2 eine Abstützung 42 aufgesteckt, welche mit einer Nabe auf der Welle 71 der Vorrichtung 51 steckt.

Zur Montage der Abstützung 42 treibt die Welle 71 die Nabe der Abstützung 42 an, welche über ein Getriebe Stützen der Abstützung 42 in radialer Richtung zur Welle 71 ausfährt, wodurch die Abstützung 42 in einem Hohlraum verspreizt wird.

Stellwellen der Stellantriebe AI, A2 der Vorrichtung 51 greifen in mechanische Anschlüsse zur Drehmomentübertragung von Antriebswellen der Abstützung 42 ein, welche über ein Stellgetriebe eine Zentrierhülse der Abstützung 42, welche den Ko ^¬ nus der Vorrichtung 51 aufgenommen hat, in einem Verstellbereich in radialer Richtung zu der Welle 71 einstellen können. Beispielsweise wird die Abstützung 42 zunächst in dem Hohl- räum verspreizt. Anschließend wird der Rotor RO gedreht, wo ^¬ durch der Sensor SE ein dreidimensionales Abbild eines rota ^¬ tionssymmetrischen Bearbeitungsbereichs des Hohlraums er ^¬ stellt. Daraufhin berechnet eine Recheneinheit aus dem drei- dimensionalen Abbild des Bearbeitungsbereichs eine Symmetrie ^¬ achse des Hohlraums. Mittels der Stellantriebe AI, A2 kann die Zentrierhülse der Abstützung 42 nun exakt auf die Symmet ^¬ rieachse des Hohlraums zentriert werden. Dies hat den Vor- teil, dass die Abstützung 42 zu einem späteren Zeitpunkt andere Werkzeuge, welche auf dem Trägerbauteil montiert werden, in ihrer Zentrierhülse auf die Symmetrieachse des Hohlraums zentriert stabil halten kann, wodurch hochgenaue mechanische Bearbeitungsvorgänge des Bearbeitungsbereichs, beispielsweise ein Zerspanen stellitierter Oberflächen, möglich werden. Die Stellantriebe AI, A2 ermöglichen somit eine Korrektur einer Mittenabweichung der Abstützung 42, welche automatisiert in X- und Y-Richtung erfolgen kann. Die Statorkamera SK sowie die Rotorkamera RK dienen zur Be ^¬ obachtung der Bearbeitungsprozesse und als Hilfe bei der Ein ^¬ stellung. Sie können als Standardkameras ohne Bildauswertung ausgeführt sein und beispielsweise manuell an einer Bearbei ^¬ tungsstation gesteuert werden. Die Vorrichtung 51 kann zur Erfassung konkreter Bezugspunkte außerdem einen mehrdimensionalen Messtaster aufweisen, welcher an dem Stator ST oder an dem Rotor RO montiert ist und drahtlos Daten übermittelt.

Figur 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Vorrich- tung 51, hier zur Diagnose eines Hohlraums. Der Stator ST weist hier ebenfalls einen Konus KO auf, welcher sich dazu eignet, in der im Kontext der Figur 2 beschriebenen Abstützung 42 auf eine Symmetrieachse des Hohlraums zentriert ge ^¬ haltert zu werden. Auf einem Rotor RO der Vorrichtung 51 ist als Sensor SE eine Messsonde zur Wirbelstromprüfung montiert, welche zu einer automatisierten Risserkennung dient.

Wie in Figur 3 angedeutet, kann der Sensor SE in radialer Richtung auf dem Rotor RO aus- und eingefahren und natürlich mit dem Rotor RO gedreht werden. Auf dem Rotor RO ist erneut eine Rotorkamera RK mit integrierter Beleuchtung montiert. Die Vorrichtung 51 eignet sich zur Wirbelstromprüfung eines Bearbeitungsbereichs auf Risse. 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 .