Sicherungsstiftes

Die Erfindung betrifft ein Messsystem zur Erfassung der räum lichen Lage eines an seinen stirnseitigen freien Enden mit jeweils einer Zentrierungsvertiefung versehenen geraden

Sicherungsstiftes, insbesondere eines solchen Sicherungsstif tes, der eine Laufschaufei an einem Läufer sichert. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Ausbohren eines Sicherungsstiftes unter Verwendung eines solchen Messsystems.

Bei gewissen Dampfturbinenbauarten werden die Laufschaufeln an dem Läufer mit Sicherungsstiften gegen radial wirkende Kräfte gesichert. Zur Demontage der Laufschaufeln, um bei spielsweise verschlissene Laufschaufeln durch neue oder repa rierte Laufschaufeln zu ersetzen, müssen die Sicherungsstifte ausgebohrt werden. Es ist wünschenswert, den Ausbohrprozess automatisiert und so präzise wie möglich durchzuführen. Zum einen kann auf diese Weise der Ausbohrprozess selbst be schleunigt werden. Zum anderen sollen die Sicherungsstifte, die für die Remontage der neuen bzw. reparierten Laufschau feln eingesetzt werden, einen möglichst kleinen Durchmesser aufweisen. Zur automatisierten Erfassung der Positionen der auszubohrenden Sicherungsstifte ist grundsätzlich der Einsatz von optischen Messsystemen denkbar. Diese können allerdings nicht zuverlässig die genaue Ausrichtung der montierten

Sicherungsstifte erfassen.

Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein möglichst präzises Ausbohren von Sicherungs stiften zu ermöglichen.

Zur Lösung dieser Aufgabe schafft die vorliegende Erfindung ein Messsystem der eingangs genannten Art, umfassend einen Basiskörper, der über eine Messsystemaufnahme an einer CNC- Bearbeitungsmaschine aufgenommen werden kann, einen zumindest eine Messspitze aufweisenden Prüfkörper, der in drei Achsen entlang entsprechender Führungen schwimmend gelagert an dem Basiskörper angeordnet und über Rückstellelemente in einer Ausgangsposition gehalten ist, zumindest drei Messtaster, welche die Auslenkungen des Prüfkörpers aus der Ausgangsposi tion relativ zum Basiskörper in den drei Achsen erfassen, und eine Auswerteeinheit, die derart ausgelegt ist, dass sie ba sierend auf den von den Messtastern erfassten Daten die räum liche Position der Messspitze und basierend auf zwei einander zugeordneter räumlicher Positionen der Messspitze die räumli che Lage einer diese miteinander verbindenden Geraden berech net. Das erfindungsgemäße Messsystem ist dahingehend von Vor teil, dass es einen einfachen und preiswerten Aufbau auf weist. Zudem kann es vergleichsweise klein ausgeführt werden, so dass es sich bei gängigen Läuferbauweisen radial in die zwischen benachbarten Radscheiben vorhandenen Ringspalte ein führen lässt, so dass die dort positionierten Sicherungs stifte für das Messsystem problemlos zugänglich sind. Darüber hinaus lässt sich mit dem erfindungsgemäßen Messsystem die räumliche Lage eines Sicherungsstiftes sehr präzise erfassen, so dass hierauf basierend ein exaktes Ausbohren erfolgen kann .

Bevorzugt wird die Messsystemaufnahme durch ein Spannfutter gebildet, insbesondere durch ein Hydrodehnspannfutter, so dass eine exakte Aufnahme des Messsystems in nahezu jeder handelsüblichen CNC-Bearbeitungsmaschine möglich ist, die beim Ausbohren von Sicherungsstiften zum Einsatz kommt.

Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist der Prüfkörper zwei Messspitzen aufweist, die in entgegen gesetzte Richtungen weisen und miteinander fluchten. Ein der artiger Aufbau des Prüfkörpers ist dahingehend von Vorteil, dass auf zwei Seiten des Prüfkörpers Messungen durchgeführt werden können, wodurch die Handhabbarkeit des Messsystems stark vereinfacht wird und Umrüstarbeiten entfallen. Vorteilhaft sind der Prüfkörper und die Auswerteeinheit von einer Schutzabdeckung umgeben, aus der die Messspitze vor steht bzw. die Messspitzen vorstehen. Auf diese Weise wird einer versehentlichen Beschädigung des Messsystems entgegen gewirkt .

Ferner schafft die vorliegende Erfindung zur Lösung der ein gangs genannten Aufgabe ein Verfahren zum Ausbohren eines an seinen stirnseitigen freien Enden mit jeweils einer Zentrie rungsvertiefung versehenen geraden Sicherungsstiftes, insbe sondere eines solchen Sicherungsstiftes, der eine Laufschau fel an einem Läufer sichert, unter Verwendung eines Messsys tems nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend die Schritte: a) Montage des Messsystems an einer CNC-Bearbei- tungsmaschine unter Verwendung der Messsystemaufnahme; b) Er fassen der räumlichen Lage zumindest eines Sicherungsstiftes, indem die Messspitze in den beiden Zentrierungsvertiefungen des Sicherungsstiftes positioniert wird (bzw. jeweils eine der Messspitzen in den beiden Zentrierungsvertiefungen des Sicherungsstiftes positioniert wird, wenn zwei Messspitzen vorhanden sind), dabei die jeweiligen räumlichen Positionen der Messspitze erfasst werden und eine diese räumlichen Posi tionen der Messspitze miteinander verbindende Geraden berech net wird, welche der räumliche Lage des Sicherungsstiftes entspricht; c) Demontage des Messsystems und Montage eines Bohrwerkzeugs an derselben CNC-Bearbeitungsmaschine ; und d) Ausbohren des Sicherungsstiftes basierend auf der in Schritt b) berechneten räumlichen Lage des Sicherungsstiftes.

Bevorzugt werden in Schritt b) die räumlichen Lagen sämtli cher auszubohrender Sicherungsstifte erfasst, woraufhin in Schritt d) alle auszubohrenden Zentrierstifte ausgebohrt wer den. Auf diese Weise wird die Zeitdauer, die zum Ausbohren sämtlicher Sicherungsstifte erforderlich ist, deutlich opti miert .

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung wer den anhand der nachfolgenden Beschreibung eines Messsystems gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform unter Bezug nahme auf die beiliegende Zeichnung deutlich. Darin ist:

Figur 1 eine perspektivische Ansicht eines Messsystems ge mäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfin dung, wobei eine Schutzabdeckung zu Darstellungs zwecken nicht gezeigt ist;

Figur 2 eine weitere, teilweise geschnittene perspektivi sche Ansicht des Messsystems;

Figur 3 eine perspektivische Ansicht des Messsystems, wobei eine Auswerteeinheit, Messtaster und Verkabelungen zu Darstellungszwecken nicht gezeigt sind;

Figur 4 eine weitere, teilweise geschnittene perspektivi sche Ansicht des Messsystems gemäß Figur 3;

Figur 5 eine perspektivische Darstellung des Messsystems mit Schutzabdeckung und Verkabelung;

Figur 6 eine perspektivische Teilansicht eines Läufers

einer Dampfturbine;

Figur 7 eine vergrößerte Ansicht des in Figur 6 mit dem Be zugszeichen VII gekennzeichneten Ausschnitts;

Figur 8 eine perspektivische Ansicht des Messsystems wäh rend der Erfassung der räumlichen Lage eines Siche rungsstiftes des Läufers; und

Figur 9 eine perspektivische Ansicht eines Bohrwerkzeugs während des Ausbohrens des Sicherungsstiftes.

Die Figuren 1 bis 5 zeigen ein Messsystem 1 mit einem Basis körper 2, der über eine Messsystemaufnahme 3, die vorliegend als Hydrodehnspannfutter ausgebildet ist, an einer korrespon dierenden Werkzeugaufnahme einer CNC-Bearbeitungsmaschine aufgenommen werden kann. Das Messsystem 1 weist ferner einen Prüfkörper 4 auf, der in drei Achsen entlang entsprechender, jeweils senkrecht zueinander angeordneter Führungen 5, 6 und

7 schwimmend gelagert an dem Basiskörper 2 angeordnet und über Rückstellelemente 8, die vorliegend jeweils als Feder druckstifte ausgebildet sind, in einer Ausgangsposition ge halten ist. Die sich in Y-Richtung erstreckende erste Führung 5 verbindet den Basiskörper 2 mit einer Befestigungskonsole 9, wobei die Relativbewegung zwischen dem Basiskörper 2 und der Befestigungskonsole 9 auf wenige Millimeter beschränkt ist. Hierzu sind an der Befestigungskonsole 9 vorliegend zwei in Y-Richtung voneinander beabstandet angeordnete Anschläge 10 vorgesehen, an denen jeweils ein sich in Y-Richtung er streckendes Rückstellelement 8 befestigt ist, wobei die zu einander weisenden freien Enden der Rückstellelemente 8 zwi schen sich einen vom Basiskörper 2 in X-Richtung vorstehenden Vorsprung 11 aufnehmen. Die sich in X-Richtung erstreckende zweite Führung 6 verbindet die Befestigungskonsole 9 mit einem Prüfkörperhalter, wobei auch die Bewegung in X-Richtung auf wenige Millimeter beschränkt ist. Hierzu sind an der Be festigungskonsole 9 in X-Richtung voneinander beabstandet zwei Anschläge 10 vorgesehen, an denen sich in X-Richtung er streckende Rückstellelemente 8 befestigt sind, deren zueinan der weisenden freien Enden zwischen sich einen in Y-Richtung von dem Prüfkörperhalter 12 vorstehenden Vorsprung 14 aufneh men. Die sich in Z-Richtung erstreckende dritte Führung 7 verbindet den Prüfkörperhalter 12 mit dem Prüfkörper 4, wobei die Relativbewegung in Z-Richtung zwischen diesen beiden Kom ponenten ebenfalls auf wenige Millimeter beschränkt ist.

Hierzu sind an dem Prüfkörper 4 zwei in Z-Richtung voneinan der beabstandet angeordnete Anschläge 15 vorgesehen, an denen sich in Z-Richtung erstreckende Rückstellelemente 8 gehalten sind, deren zueinander weisenden freien Enden einen von dem Prüfkörperhalter 12 in Y-Richtung vorstehenden Vorsprung 16 zwischen sich aufnehmen. Zur Erfassung der Relativbewegungen des Prüfkörpers 4 relativ zum Basiskörper 2 in X-, Y- und Z- Richtung entlang der zugehörigen Führungen 5, 6 und 7 umfasst das Messsystem 1 drei Messtaster 17, 18, 19, wobei der erste Messtaster 17 Bewegungen in X-Richtung, der zweite Messtaster 18 Bewegungen in Y-Richtung und der dritte Messtaster 19 Be wegungen in Z-Richtung erfasst. Der erste und der zweite Messtaster 17 und 18 erstrecken sich dabei jeweils in Rich tung der entsprechenden X- bzw. Y-Achse, so dass sie die Be wegung direkt aufnehmen. Der dritte Messtaster 19 erstreckt sich hingegen in Y-Achse und damit senkrecht zur eigentlichen Messrichtung. Er ist auf eine definierte Schrägfläche aufge setzt, so dass anhand der Verstellung des Messtasters 19 in Y-Richtung die Verstellung in Z-Richtung berechnet werden kann. Diese Anordnung des dritten Messtasters 19 wurde ge wählt, um die Abmessungen des Messsystems 1 in Z-Richtung so klein wie möglich zu halten, so dass das Messsystem 1 zur Er fassung der räumlichen Lage von Sicherungsstiften 26 zwischen benachbarten Radscheiben eines Läufers 27 eingeführt werden kann, wie es nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren 6 und 7 noch näher erläutert ist. Der Prüfkörper 4 ist mit zwei Messspitzen 20 und 21 versehen, die in Z-Richtung miteinander fluchtend angeordnet sind. Grundsätzlich wäre es auch mög lich, nur eine einzelne Zentrierspitze an dem Prüfkörper 4 vorzusehen. An der Oberseite der Befestigungskonsole ist eine Auswerteeinheit 22 positioniert, die einerseits mit den Mess tastern 17, 18 und 19 über entsprechende Datenkabel 23 ver bunden ist und andererseits über Datenkabel 24 mit einer Ma schinensteuerung einer CNC-Bearbeitungsmaschine verbunden werden kann. Ein Teil des Basiskörpers 2, die Befestigungs konsole 9, der Prüfkörperhalter 12 und der Prüfkörper 4 sind von einer Schutzabdeckung 25 umgeben, aus der lediglich die Messspitzen 20 und 21 des Prüfkörpers 4 auswärts vorstehen.

Das Messsystem 1 wird erfindungsgemäß dazu eingesetzt, die räumliche Lage von Sicherungsstiften 26 zu erfassen, die an einem Läufer 27 einer Dampfturbine befestigte Laufschaufeln 28 gegen radial wirkende Kräfte sichern, wie es in Figur 6 dargestellt ist. Die Sicherungsstifte 26, die jeweils gerade mit einem konstanten kreisförmigen Querschnitt ausgebildet sind, sind an ihren stirnseitigen freien Enden jeweils mit einer Zentrierungsvertiefung 29 versehen, wie es insbesondere in Figur 7 gut zu erkennen ist. Die exakte Erfassung der räumlichen Lage solcher Sicherungsstifte 26 ist dahingehend von Bedeutung, dass sie ein ebenso exaktes Ausbohren der Sicherungsstifte 26 ermöglichen, wenn ein Ausbau der Lauf schaufeln 28 gewünscht ist.

Zum Ausbohren der in Figur 6 dargestellten Sicherungsstifte 26 wird in einem ersten Schritt das Messsystem 1 an einer CNC-Bearbeitungsmaschine, die später auch zur Durchführung der Bohrarbeiten eingesetzt wird, unter Verwendung der Mess systemaufnahme 3 montiert und über die Datenkabel 25 mit der Maschinensteuerung verbunden. Anschließend kann das System genullt werden, indem mit einer der Messspitzen 21 ein vorbe stimmter Punkt im Raum angefahren wird.

Zum Erfassen der räumlichen Lage der Sicherungsstifte 26 wird ein erster Sicherungsstift, wie es in Figur 8 gezeigt ist, derart angefahren, dass eine der Messspitzen 20, 21 des Mess systems in eine der beiden Zentrierungsvertiefungen ein taucht. Die Messspitze 20, 21 richtet sich während des Ein tauchens aufgrund ihrer schwimmenden Lagerung automatisch aus. Die während dieser Ausrichtung durchgeführten Bewegungen entlang der Führungen 5, 6 und 7 in X-, Y- und Z-Richtungen werden dabei von den zugeordneten Messtastern 17, 18 und 19 erfasst, wobei die erfassten Daten an die Auswerteeinheit 22 übermittelt werden, die aus diesen Daten und den aktuellen Positionsdaten des Messsystems, welche die Maschinensteuerung liefert, die räumliche Position des einen freien Endes des Sicherungsstiftes 26 ermittelt. In gleicher Weise erfolgt auch die Ermittlung der räumlichen Position des zweiten freien Endes des Sicherungsstiftes 26 durch Eintauschen der Messspitze 20, 21 in die entsprechende Zentrierungsvertie fung. Basierend auf diesem Datenpaar der räumlichen Positio nen beider freien Enden des Sicherungsstiftes 26 wird eine beide Positionen miteinander verbindende Gerade und damit die genaue räumliche Lage des Sicherungsstiftes 26 berechnet und gespeichert . In gleicher Weise werden die räumlichen Lagen sämtlicher Sicherungsstifte 26 unter Einsatz des Messsystems 1 ermittelt und gespeichert.

In einem weiteren Schritt wird das Messsystem demontiert und, wie es in Figur 9 dargestellt ist, ein Bohrwerkzeug 30 zum Ausbohren der Sicherungsstifte 26 an derselben CNC-Bearbei- tungsmaschine montiert. Auch hier kann das System genullt werden, indem mit der Bohrerspitze der vorbestimmte Punkt im Raum angefahren wird.

In einem letzten Schritt erfolgt das Ausbohren der Siche rungsstifte basierend auf den vorab berechneten räumlichen Lagen .

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 .