DE102021118324A1 - Device and method for aligning two holes of two components - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Ausrichtung von zwei Löchern (40, 50), die in zwei unterschiedlichen, aneinander angrenzend angeordneten Komponenten (4, 5) ausgebildet sind. Die Vorrichtung umfasst ein Zentrierelement (6), das dazu vorgesehen und ausgebildet ist, mit einem zylindrischen Abschnitt (61) durch das eine Loch (40) in Richtung des anderen Loches (50) hindurchgesteckt zu werden, wobei das Zentrierelement (6) anschließend an den zylindrischen Abschnitt (61) eine sich konisch verjüngende Außenfläche (62) aufweist, die in das andere Loch (50) hineinragt. Weiter ist eine Zentrierhülse (7) vorgesehen, die an ihrem einen Ende (71) eine Innenfläche (72) ausbildet, die dazu vorgesehen und ausgebildet ist, in das andere Loch (50) gesteckt zu werden und dabei in äußere Anlage an die sich konisch verjüngende Außenfläche (62) des Zentrierelements (6) zu gelangen. Die Vorrichtung umfasst ferner Schraubmittel (65, 8; 63, 74), die dafür vorgesehen und ausgebildet sind, das Zentrierelement (6) und die Zentrierhülse (7) aufeinander zu zu bewegen, bis die beiden Löcher (40, 50) konzentrisch aufeinander ausgerichtet sind.The invention relates to a device and a method for aligning two holes (40, 50) formed in two different components (4, 5) arranged adjacent to one another. The device comprises a centering element (6) which is intended and designed to be inserted with a cylindrical section (61) through one hole (40) in the direction of the other hole (50), the centering element (6) then the cylindrical portion (61) has a conically tapered outer surface (62) projecting into the other hole (50). Furthermore, a centering sleeve (7) is provided, which at its one end (71) forms an inner surface (72) which is intended and designed to be inserted into the other hole (50) and thereby in external contact with the conical to reach tapering outer surface (62) of the centering element (6). The device also comprises screwing means (65, 8; 63, 74) intended and adapted to move the centering element (6) and the centering sleeve (7) towards one another until the two holes (40, 50) are concentrically aligned are.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ausrichtung von zwei Löchern zweier Komponenten gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein entsprechendes Verfahren.The invention relates to a device for aligning two holes in two components according to the preamble of
Das Problem, zwei Löcher, die in zwei benachbarten Komponenten ausgebildet sind, exakt aufeinander auszurichten, ergibt sich beispielsweise bei zwei Flanschen, die übereinstimmende Bohrbilder aufweisen, die über eine relative Drehung der beiden Flansche in Umfangsrichtung exakt aufeinander auszurichten sind. Nach der exakten Ausrichtung der Bohrbilder werden beispielsweise Bolzen durch die Löcher gesteckt, um die beiden Flansche fest miteinander zu verbinden.The problem of accurately aligning two holes formed in two adjacent components arises, for example, with two flanges having matching hole patterns that are to be precisely aligned via relative circumferential rotation of the two flanges. After the drilling patterns have been precisely aligned, bolts, for example, are inserted through the holes in order to firmly connect the two flanges to one another.
Aus der
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in effektiver Weise zwei in unterschiedlichen Komponenten ausgebildete Löcher aufeinander auszurichten.It is an object of the present invention to effectively align two holes formed in different components.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 18 gelöst. Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a device having the features of
Danach betrachtet die Erfindung in einem ersten Erfindungsaspekt eine Vorrichtung zur Ausrichtung von zwei Löchern, die in zwei unterschiedlichen, aneinander angrenzend angeordneten Komponenten ausgebildet sind. Die Vorrichtung umfasst ein Zentrierelement, eine Zentrierhülse und Schraubmittel. Das Zentrierelement ist dazu vorgesehen und ausgebildet, mit einem zylindrischen Abschnitt durch das eine Loch in Richtung des anderen Loches hindurchgesteckt zu werden, wobei das Zentrierelement anschließend an den zylindrischen Abschnitt eine sich konisch verjüngende Außenfläche aufweist, die in das andere Loch hineinragt. Die Zentrierhülse bildet an ihrem einen Ende eine Innenfläche aus, die dazu vorgesehen und ausgebildet ist, in das andere Loch gesteckt zu werden und dabei in äußere Anlage an die sich konisch verjüngende Außenfläche des Zentrierelements zu gelangen. Die Schraubmittel sind dafür vorgesehen und ausgebildet, das Zentrierelement und die Zentrierhülse aufeinander zu zu bewegen, bis die beiden Löcher konzentrisch aufeinander ausgerichtet sind.Thereafter, in a first aspect, the invention contemplates a device for aligning two holes formed in two different components located adjacent to each other. The device comprises a centering element, a centering sleeve and screw means. The centering element is intended and designed to be inserted with a cylindrical section through one hole in the direction of the other hole, with the centering element having a conically tapering outer surface adjoining the cylindrical section, which protrudes into the other hole. At its one end, the centering sleeve forms an inner surface which is intended and designed to be inserted into the other hole and thereby come into external contact with the conically tapering outer surface of the centering element. The screwing means are provided and designed to move the centering element and the centering sleeve towards one another until the two holes are concentrically aligned with one another.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem Gedanken, zwei in zwei unterschiedlichen Komponenten ausgebildete Löcher dadurch konzentrisch aufeinander auszurichten, dass eine konisch ausgebildete Außenfläche eines Zentrierelements, das in das eine Loch eingesteckt ist, dazu dient, die Innenfläche einer Zentrierhülse konzentrisch auszurichten, die in das andere Loch gesteckt ist. Mit dem Zentrierelement und der Zentrierhülse werden auch die beiden Löcher, in denen sich das Zentrierelement und die Zentrierhülse befinden, konzentrisch ausgerichtet.The present invention is based on the idea of concentrically aligning two holes formed in two different components by using a conical outer surface of a centering element which is inserted in one hole to align the inner surface of a centering sleeve which is inserted in the other hole is plugged. The two holes in which the centering element and the centering sleeve are located are also aligned concentrically with the centering element and the centering sleeve.
Die konzentrische Ausrichtung erfolgt dabei automatisch aufgrund der konischen Form der Au ßenfläche des Zentrierelements, wenn durch die Schraubmittel die Zentrierhülse auf das Zentrierelement zu bewegt wird. Wenn beispielsweise bei einem ersten Kontakt der Innenfläche der Zentrierhülse mit der Außenfläche des Zentrierelements die Zentrierhülse noch nicht konzentrisch auf die Außenfläche ausgerichtet ist, erfolgt eine solche konzentrische Ausrichtung automatisch, wenn die Zentrierhülse sich in Richtung des Zentrierelements bewegt und dabei die Innenfläche der Zentrierhülse an der konisch geformten Außenfläche des Zentrierelements entlang gleitet. Denn die axiale Bewegung der Zentrierhülse entlang der konischen Außenfläche des Zentrierelements bewirkt eine radiale Verschiebung und Ausrichtung der noch nicht exakt ausgerichteten Zentrierhülse.The concentric alignment takes place automatically due to the conical shape of the outer surface of the centering element when the centering sleeve is moved towards the centering element by the screw means. If, for example, the centering sleeve is not yet concentrically aligned with the outer surface when the inner surface of the centering sleeve comes into contact with the outer surface of the centering element, such a concentric alignment takes place automatically when the centering sleeve moves in the direction of the centering element and the inner surface of the centering sleeve at the conically shaped outer surface of the centering slides along. This is because the axial movement of the centering sleeve along the conical outer surface of the centering element causes a radial displacement and alignment of the centering sleeve, which is not yet exactly aligned.
Es wird darauf hingewiesen, dass das Zentrierelement und die Zentrierhülse einschließlich der Schraubmittel Hilfsmittel für eine konzentrische Ausrichtung der beiden Löcher darstellen, die nach der konzentrische Ausrichtung der beiden Löcher wieder entfernt werden. Die beiden Löcher werden nach ihrer konzentrische Ausrichtung dann beispielsweise über einen Bolzen miteinander verschraubt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient also lediglich der Ausrichtung der Löcher und wird dann wieder entfernt.It is pointed out that the centering element and the centering sleeve, including the screw means, represent aids for a concentric alignment of the two holes, which are removed again after the concentric alignment of the two holes. After their concentric alignment, the two holes are then screwed together, for example via a bolt. The device according to the invention is only used to align the holes and is then removed again.
Ein Loch im Sinne der vorliegenden Erfindung ist eine durchgehende Öffnung in einer Komponente mit einem über die Lochlänge konstanten, kreisförmigen Querschnitt. Ein Loch im Sinne der vorliegenden Erfindung kann auch als Bohrung bezeichnet werden.A hole in the sense of the present invention is a continuous opening in a component with a circular cross-section that is constant over the length of the hole. A hole within the meaning of the present invention can also be referred to as a bore.
Eine konische Fläche im Sinne der vorliegenden Erfindung ist eine Mantelfläche eines geraden Kreiskegels. Diese verjüngt sich in Richtung einer (gedachten) Spitze des geraden Kreiskegel, die nicht notwendigerweise Bestandteil der betrachteten konischen Fläche ist.A conical surface within the meaning of the present invention is a lateral surface of a right circular cone. This tapers in the direction of an (imaginary) tip of the right circular cone, which is not necessarily part of the conical surface under consideration.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Innenfläche der Zentrierhülse ebenfalls konisch ausgebildet ist und sich konisch in Richtung des Zentrierelements verbreitert. Die Konizität der Innenfläche der Zentrierhülse und die Konizität der Außenfläche des Zentrierelements sind dabei identisch, d.h. beide Konen haben den gleichen Öffnungswinkel. Hierdurch erfolgt in besonders effektiver Weise eine automatische konzentrische Ausrichtung von Zentrierhülse und Zentrierelement, wenn deren konische Flächen in axialer Richtung aufeinander zu bewegt werden, aneinander gleiten und sich ausrichten.An embodiment of the invention provides that the inner surface of the centering sleeve also is conical and widens conically in the direction of the centering element. The taper of the inner surface of the centering sleeve and the taper of the outer surface of the centering element are identical, ie both cones have the same opening angle. In this way, an automatic concentric alignment of centering sleeve and centering element takes place in a particularly effective manner when their conical surfaces are moved towards one another in the axial direction, slide on one another and align.
Eine konzentrische Ausrichtung zwischen dem Zentrierelement und der Zentrierhülse kann aber grundsätzlich auch bereits bei einer nicht konisch geformten Innenfläche der Zentrierhülse erfolgen, die beispielsweise lediglich durch einen stirnseitigen Rand der Zentrierhülse gebildet ist.However, a concentric alignment between the centering element and the centering sleeve can in principle also already take place with a non-conically shaped inner surface of the centering sleeve, which is formed, for example, merely by a front edge of the centering sleeve.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Schraubmittel ein im Zentrierelement ausgebildetes Innengewinde und eine Schraube umfassen, die in die Zentrierhülse eingesteckt ist, diese durchragt und mit dem Zentrierelement verschraubt ist. Gemäß dieser Ausgestaltung ist das Zentrierelement hohl ausgebildet. Die Zentrierhülse ist gemäß ihrer Ausbildung als Hülse ohnehin innen hohl ausgebildet. Die Schraube wird in die Zentrierhülse eingeführt und mit dem Innengewinde des Zentrierelements verschraubt. Bei Anziehen der Schraube bewegt sich die Zentrierhülse auf das Zentrierelement zu.An embodiment of the invention provides that the screw means comprise an internal thread formed in the centering element and a screw which is inserted into the centering sleeve, protrudes through it and is screwed to the centering element. According to this embodiment, the centering element is hollow. According to its design as a sleeve, the centering sleeve is hollow on the inside anyway. The screw is inserted into the centering sleeve and screwed to the internal thread of the centering element. When the screw is tightened, the centering sleeve moves towards the centering element.
Eine Ausgestaltung hierzu sieht vor, dass die Zentrierhülse des Weiteren eine Führungshülse aufweist, die an dem dem Zentrierelement abgewandten Ende der Zentrierhülse angeordnet ist, in die Zentrierhülse eingesteckt ist und der Führung der Schraube dient. Diese Führungshülse ist dabei fest mit der Zentrierhülse verbunden. Es liegt innenseitig eine Spielpassung der Führungshülse zu der eingeführten Schraube vor.An embodiment of this provides that the centering sleeve also has a guide sleeve which is arranged on the end of the centering sleeve facing away from the centering element, is inserted into the centering sleeve and serves to guide the screw. This guide sleeve is firmly connected to the centering sleeve. There is a loose fit between the guide sleeve and the inserted screw on the inside.
In einer alternativen Ausgestaltung weisen die Schraubmittel einen am Zentrierelement ausgebildeten Stift mit einem Außengewinde und ein in der Zentrierhülse ausgebildetes Innengewinde auf, wobei die Zentrierhülse mit dem Stift verschraubt ist. Bei dieser Ausgestaltung ist am Zentrierelement somit ein Außengewinde ausgebildet. Eine Ausgestaltung hierzu kann vorsehen, dass der Stift des Zentrierelements, der das Außengewinde aufweist, angrenzend an die sich konisch verjüngende Außenfläche im Zentrierelement ausgebildet ist. Der Stift ragt dabei in Richtung der Zentrierhülse.In an alternative embodiment, the screw means have a pin formed on the centering element with an external thread and an internal thread formed in the centering sleeve, the centering sleeve being screwed to the pin. In this embodiment, an external thread is formed on the centering element. An embodiment of this can provide that the pin of the centering element, which has the external thread, is formed adjacent to the conically tapering outer surface in the centering element. The pin protrudes in the direction of the centering sleeve.
Weiter kann bei dieser Ausführungsvariante vorgesehen sein, dass das Innengewinde der Zentrierhülse durch eine Innenbohrung eines Kopfbereichs der Zentrierhülse gebildet wird, der an dem dem Zentrierelement abgewandten Ende der Zentrierhülse ausgebildet ist. Dieser Kopfbereich ist dementsprechend wie eine Schraubenmutter ausgebildet.Furthermore, in this embodiment variant it can be provided that the internal thread of the centering sleeve is formed by an internal bore of a head region of the centering sleeve, which is formed on the end of the centering sleeve facing away from the centering element. Accordingly, this head area is designed like a nut.
Es ist gemäß einer Ausgestaltung vorgesehen, dass das Zentrierelement mit einer möglichst geringen Spielpassung in dem einen Loch angeordnet ist, so dass es im Wesentlichen ohne Spiel in dem ersten Loch angeordnet ist. In entsprechender Weise kann vorgesehen sein, dass die Zentrierhülse mit einer Spielpassung im Wesentlichen ohne Spiel in dem anderen Loch angeordnet ist. Je geringer das Spiel von Zentrierelement und Zentrierhülse in dem jeweiligen Loch, desto genauer können die beiden Löcher über die erfindungsgemäße Vorrichtung konzentrisch aufeinander ausgerichtet werden.According to one embodiment, it is provided that the centering element is arranged in the one hole with as little play as possible, so that it is arranged in the first hole essentially without play. In a corresponding manner it can be provided that the centering sleeve is arranged with a loose fit essentially without play in the other hole. The smaller the play between the centering element and the centering sleeve in the respective hole, the more precisely the two holes can be aligned concentrically with one another using the device according to the invention.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass das Zentrierelement und die Zentrierhülse mit einer leichten Presspassung in dem jeweiligen Loch angeordnet sind, die aber so gering ist, dass das Zentrierelement und die Zentrierhülse nach Ausrichtung der beiden Löcher in einfacher Weise durch axiale Bewegung wieder aus den Löchern entfernt werden können.Alternatively, it can be provided that the centering element and the centering sleeve are arranged with a slight press fit in the respective hole, but this is so small that the centering element and the centering sleeve can be easily removed from the holes again by axial movement after the alignment of the two holes can become.
Die beiden Löcher, die aufeinander auszurichten sind, können den gleichen Durchmesser oder einen unterschiedlichen Durchmesser aufweisen. Dabei erlaubt es die erfindungsgemäße Vorrichtung, auch Löcher mit substantiell unterschiedlichen Durchmessern konzentrisch aufeinander auszurichten. Denn der Zentriervorgang über die konische Außenfläche des Montageelements erfolgt unabhängig davon, ob die beiden aneinander angrenzenden Löcher den gleichen Durchmesser aufweisen oder nicht.The two holes to be aligned may have the same diameter or a different diameter. The device according to the invention also allows holes with substantially different diameters to be aligned concentrically with one another. This is because the centering process via the conical outer surface of the mounting element takes place regardless of whether the two adjacent holes have the same diameter or not.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die beiden Komponenten zwei Flansche umfassen, die stirnseitig plan aneinander anliegen, wobei die beiden Flansche jeweils ein Bohrbild aufweisen, das identisch ist oder zumindest teilweise übereinstimmende Löcher umfasst. Bei den erfindungsgemäß betrachteten Löchern handelt es sich dabei um Löcher des jeweiligen Bohrbilds. Eine konzentrische Ausrichtung von zwei Löchern der beiden Bohrbilder führt dabei automatisch zu einer Ausrichtung der beiden Flansche in Umfangsrichtung, wobei sämtliche Löcher der beiden Bohrbilder aufeinander ausgerichtet werden.An embodiment of the invention provides that the two components comprise two flanges which abut one another face-to-face, with the two flanges each having a hole pattern which is identical or at least partially includes matching holes. The holes considered according to the invention are holes of the respective drilling pattern. A concentric alignment of two holes in the two hole patterns automatically leads to an alignment of the two flanges in the circumferential direction, with all the holes in the two hole patterns being aligned with one another.
Es wird darauf hingewiesen, dass die konzentrische Ausrichtung zweier Löcher der beiden Bohrbilder ausreichend ist, um die Bohrbilder insgesamt aufeinander auszurichten, da die Toleranzen in einem Bohrbild sehr eng sind. Mit der Ausrichtung von zwei Löchern werden daher die beiden Bohrbilder insgesamt exakt ausgerichtet.It is pointed out that the concentric alignment of two holes of the two hole patterns is sufficient to align the hole patterns overall, since the tolerances in a hole pattern are very tight. With the alignment of two holes, the two drilling patterns are therefore exactly aligned overall.
Eine Ausgestaltung sieht dabei vor, dass das Zentrierelement mit einem Abstützelement verbunden ist, das einen zylindrischen Bereich aufweist, der dazu vorgesehen und ausgebildet ist, in der einen Komponente, in der das Zentrierelement in das eine Loch gesteckt ist, in ein weiteres Loch des Bohrbilds dieser Komponente gesteckt zu werden. Gemäß dieser Ausführungsvariante bildet somit das Zentrierelement zusammen mit einem Abstützelement eine bauliche Einheit, nachfolgend als Zentrier-Grundkörper bezeichnet, wobei das Zentrierelement und das Abstützelement beide in Löcher des Bohrbilds der einen Komponente eingesteckt sind. Praktischerweise handelt sich dabei um benachbarte Löcher des Bohrbilds, damit der Zentrier-Grundkörper möglichst kompakt ausgebildet sein kann. Das Abstützelement stellt dabei für das Zentrierelement die Gegenkraft bzw. Abstützkraft bereit, die es daran hindert, aufgrund der Krafteinwirkung der Zentrierhülse, wenn die Zentrierhülse und das Zentrierelement sich aufeinander zu bewegen, aus der einen Öffnung wieder heraus gedrückt zu werden. Statt eines Abstützelements können auch andere Mittel bereitgestellt sein, die das Zentrierelement in der einen Öffnung halten, wenn es eine Kraft in axialer Richtung durch die Zentrierhülse erfährt. Solche anderen Mittel können beispielsweise eine temporäre Rast- oder Klebeverbindung des Zentrierelements an der einen Komponente umfassen.One embodiment provides that the centering element is connected to a support element that has a cylindrical area that is provided and designed for this purpose, in the one component in which the centering element is inserted in one hole, in another hole of the drilling pattern to be plugged into this component. According to this embodiment variant, the centering element together with a support element forms a structural unit, hereinafter referred to as the centering base body, with the centering element and the support element both being inserted into holes in the drilling pattern of one component. Conveniently, these are adjacent holes in the drilling pattern, so that the centering base body can be designed as compactly as possible. The support element provides the counterforce or support force for the centering element, which prevents it from being pushed out of one opening again due to the force of the centering sleeve when the centering sleeve and the centering element move toward one another. Instead of a support element, other means can also be provided which hold the centering element in one opening when it experiences a force in the axial direction through the centering sleeve. Such other means can include, for example, a temporary latching or adhesive connection of the centering element to one component.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die beiden Komponenten, die jeweils einen Flansch mit Bohrloch ausbilden, über eine Presspassung konzentrisch aufeinander ausgerichtet sind. Dabei dient die Presspassung der konzentrischen bzw. radialen Ausrichtung der beiden Komponenten (nicht der betrachteten beiden Öffnungen). Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient der Ausrichtung der beiden Komponenten in Umfangsrichtung (durch konzentrische Ausrichtung der beiden betrachteten Öffnungen).A further embodiment of the invention provides that the two components, each of which forms a flange with a drilled hole, are aligned concentrically with one another by means of a press fit. The press fit is used for the concentric or radial alignment of the two components (not the two openings under consideration). The device according to the invention serves to align the two components in the circumferential direction (by concentric alignment of the two openings considered).
Zur Bereitstellung einer Presspassung kann vorgesehen sein, dass die beiden Komponenten axial ausgerichtete, in Umfangsrichtung verlaufende Flächen aufweisen, die sich an den radial äußeren Rand der beiden Flansch anschließen, wobei die Presspassung durch einen Absatz gebildet ist, der sich von der einen axial ausgerichtete Fläche radial in Richtung der anderen axial ausgerichtete Fläche erstreckt.To provide an interference fit, it can be provided that the two components have axially aligned surfaces running in the circumferential direction, which adjoin the radially outer edge of the two flanges, the interference fit being formed by a shoulder extending from the one axially aligned surface extends radially toward the other axially-facing surface.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Zentrierhülse als geschlitzte Hülse ausgebildet ist. Die Zentrierhülse weist dabei einen parallel zur Mittelachse verlaufenden Längsschlitz auf, der sich über die gesamte Länge oder einen Teilabschnitt der Zentrierhülse erstreckt. Durch Ausbildung als geschlitzte Hülse ist die Zentrierhülse radial aufspaltbar und kann sie sich in ihrem Radius an das Loch anpassen, in das sie eingeführt wird.A further embodiment of the invention provides that the centering sleeve is designed as a slotted sleeve. The centering sleeve has a longitudinal slot running parallel to the central axis, which extends over the entire length or a partial section of the centering sleeve. By designing it as a slotted sleeve, the centering sleeve can be split up radially and its radius can be adapted to the hole into which it is inserted.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die beiden Komponenten Komponenten eines Gasturbinentriebwerks sind. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass eine der beiden Komponenten eine Rotorscheibe eines Verdichters oder einer Turbine des Gasturbinentriebwerks ist. Eine solche Rotorscheibe bildet einen Flansch mit einem Bohrbild aus. Die andere Komponente bildet ebenfalls einen Flansch mit einem Bohrbild aus, wobei die beiden Komponenten über eine Presspassung konzentrisch ausgerichtet werden und über die erfindungsgemäße Vorrichtung und zwei Löcher des jeweiligen Bohrbilds in Umfangsrichtung ausgerichtet werden.An embodiment of the invention provides that the two components are components of a gas turbine engine. In particular, it can be provided that one of the two components is a rotor disk of a compressor or a turbine of the gas turbine engine. Such a rotor disk forms a flange with a hole pattern. The other component also forms a flange with a hole pattern, with the two components being aligned concentrically via a press fit and being aligned in the circumferential direction via the device according to the invention and two holes of the respective hole pattern.
Gemäß einem weiteren Erfindungsaspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Ausrichtung von zwei Löchern, die in zwei unterschiedlichen, aneinander angrenzend angeordneten Komponenten ausgebildet sind. Das Verfahren umfasst die Schritte:
- - Stecken eines Zentrierelements mit einem zylindrischen Abschnitt durch das eine Loch in Richtung des anderen Loches, wobei das Zentrierelement anschließend an den zylindrischen Abschnitt eine sich konisch verjüngende Außenfläche aufweist, die in das andere Loch hineinragt,
- - Stecken einer Zentrierhülse, die an ihrem einen Ende eine Innenfläche ausbildet, in das andere Loch,
- - dabei in Anlage bringen der Innenfläche der Zentrierhülse an die sich konisch verjüngende Außenfläche des Zentrierelements, und
- - aufeinander zu bewegen von Zentrierelement und Zentrierhülse, bis die beiden Löcher konzentrisch aufeinander ausgerichtet sind.
- - Inserting a centering element with a cylindrical section through one hole in the direction of the other hole, the centering element having a conically tapering outer surface adjoining the cylindrical section, which protrudes into the other hole,
- - inserting a centering sleeve, which forms an inner surface at one end, into the other hole,
- - bringing the inner surface of the centering sleeve into contact with the conically tapering outer surface of the centering element, and
- - Move the centering element and centering sleeve towards each other until the two holes are concentrically aligned.
Eine Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass die beiden aneinander angrenzenden Komponenten zwei Flansche umfassen, die stirnseitig plan aneinander anliegen, wobei die beiden Flansche ein übereinstimmendes Bohrbild aufweisen. Dabei werden durch das Ausrichten der beiden Löcher die Bohrbilder der beiden Flansche in Umfangsrichtung aufeinander ausgerichtet.One embodiment of the method provides that the two adjacent components include two flanges that lie flat against one another at the front, with the two flanges having a matching hole pattern. By aligning the two holes, the drilling patterns of the two flanges are aligned with each other in the circumferential direction.
Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass die beiden Komponenten über eine Presspassung konzentrisch aufeinander ausgerichtet werden, wobei die konzentrische Ausrichtung in einem erwärmten Zustand zumindest einer der beiden Komponenten erfolgt und das Ausrichten der beiden Löcher vorgenommen wird, bevor die mindestens eine sich in einem erwärmten Zustand befindliche Komponente abgekühlt ist. Dies ist mit dem Vorteil verbunden, dass die beiden Komponenten vor einem Abkühlen mit wenig Kraft in Umfangsrichtung relativ zueinander bewegt und die jeweiligen Bohrbilder aufeinander ausgerichtet werden können. Mit Abkühlung der Komponenten wird die durch die Presspassung erreichte konzentrische Ausrichtung der Komponenten fixiert.A further embodiment provides that the two components are aligned concentrically with one another via a press fit, the concentric alignment taking place in a heated state of at least one of the two components and the two holes being aligned before the at least one is in a heated state located component has cooled down. This is associated with the advantage that the two components can be moved relative to one another with little force in the circumferential direction before cooling and the respective hole patterns can be aligned with one another. As the components cool, the concentric alignment of the components achieved by the press fit is fixed.
Mittels des Verfahrens werden beispielsweise die Bohrbilder der Flansche zweier Komponenten eines Gasturbinentriebwerks aufeinander ausgerichtet, wobei eine der beiden Komponenten eine Rotorscheibe eines Verdichters oder einer Turbine des Gasturbinentriebwerks ist.The method is used, for example, to align the drilling patterns of the flanges of two components of a gas turbine engine, one of the two components being a rotor disk of a compressor or a turbine of the gas turbine engine.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine Seitenschnittansicht eines Gasturbinentriebwerks, in dem die vorliegende Erfindung realisiert werden kann; -
2 in perspektivischer, teilweise geschnittener Ansicht eine erste Komponente und eine zweite Komponente, die jeweils einen Flansch ausbilden, wobei die Flansche jeweils Bohrbilder aufweisen, die durch eine Relativbewegung der beiden Flansche in Umfangsrichtung aufeinander ausrichtbar sind; -
3 einen vergrößerten Abschnitt der beiden Komponenten der2 , wobei ein Zentrierelement mit einer sich konisch verjüngenden Außenfläche in ein Loch des Bohrbilds der ersten Komponente eingesteckt ist; -
4 eine perspektivische Darstellung eines Zentrier-Grundkörpers, der das Zentrierelement der3 und ein Abstützelement umfasst; -
5 in teilweise geschnittener Ansicht die erste Komponente der2 ; -
6 eine Ansicht gemäß der5 , wobei ein Zentrier-Grundkörper gemäß der4 mit seinem Zentrierelement und seinem Abstützelement in zwei Löcher des Bohrbilds der ersten Komponente eingesetzt ist; -
7 eine Anordnung entsprechend der3 , wobei zusätzlich eine Zentrierhülse mit einer sich konisch verjüngende Innenfläche dargestellt ist, die sich in äußerer Anlage an die sich konisch verjüngende Außenfläche des Zentrierelements befindet, wobei das Zentrierelement und die Zentrierhülse zusammen mit Schraubmittel ein erstes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Ausrichtung von zwei Löchern darstellen; -
8 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Ausrichtung von zwei Löchern, die eine Zentrierhülse, ein Zentrierelement und Schraubmittel umfasst; und -
9 schematisch in einer Querschnittsdarstellung ein Ausführungsbeispiel einer Zentrierhülse, die als geschlitzte Hülse ausgebildet ist.
-
1 Figure 12 is a sectional side view of a gas turbine engine in which the present invention may be practiced; -
2 a perspective, partially sectioned view of a first component and a second component, each of which forms a flange, the flanges each having drilling patterns which can be aligned with one another by a relative movement of the two flanges in the circumferential direction; -
3 an enlarged section of the two components of the2 wherein a centering element having a conically tapering outer surface is inserted into a hole in the hole pattern of the first component; -
4 a perspective view of a centering body, the centering of3 and a support member; -
5 in a partially sectioned view the first component of2 ; -
6 a view according to5 , With a centering body according to the4 is inserted with its centering element and its support element in two holes of the drilling pattern of the first component; -
7 an arrangement according to3 additionally showing a centering sleeve having a tapered inner surface in external engagement with the tapered outer surface of the centering member, the centering member and centering sleeve together with screw means constituting a first embodiment of a two hole alignment device; -
8th a further embodiment of a device for aligning two holes, comprising a centering sleeve, a centering element and screwing means; and -
9 schematically in a cross-sectional view, an embodiment of a centering sleeve, which is designed as a slotted sleeve.
Im Gebrauch wird der Kernluftstrom A durch den Niederdruckverdichter 14 beschleunigt und verdichtet und in den Hochdruckverdichter 15 geleitet, wo eine weitere Verdichtung erfolgt. Die aus dem Hochdruckverdichter 15 ausgestoßene verdichtete Luft wird in die Verbrennungseinrichtung 16 geleitet, wo sie mit Kraftstoff vermischt wird und das Gemisch verbrannt wird. Die resultierenden heißen Verbrennungsprodukte breiten sich dann durch die Hochdruck- und die Niederdruckturbine 17, 19 aus und treiben diese dadurch an, bevor sie zur Bereitstellung einer gewissen Schubkraft durch die Düse 20 ausgestoßen werden. Die Hochdruckturbine 17 treibt den Hochdruckverdichter 15 durch eine geeignete Verbindungswelle 27 an. Das Gebläse 23 stellt allgemein den Hauptteil der Schubkraft bereit. Das Epizykloidengetriebe 30 ist ein Untersetzungsgetriebe.In use, the core airflow A is accelerated and compressed by the
Es wird angemerkt, dass die Begriffe „Niederdruckturbine“ und „Niederdruckverdichter“, so wie sie hier verwendet werden, so aufgefasst werden können, dass sie die Turbinenstufe mit dem niedrigsten Druck bzw. die Verdichterstufe mit dem niedrigsten Druck (d. h. dass sie nicht das Gebläse 23 umfassen) und/oder die Turbinen- und Verdichterstufe, die durch die Verbindungswelle 26 mit der niedrigsten Drehzahl in dem Triebwerk (d. h. dass sie nicht die Getriebeausgangswelle, die das Gebläse 23 antreibt, umfasst) miteinander verbunden sind, bedeuten. In einigen Schriften können die „Niederdruckturbine“ und der „Niederdruckverdichter“, auf die hier Bezug genommen wird, alternativ dazu als die „Mitteldruckturbine“ und „Mitteldruckverdichter“ bekannt sein. Bei der Verwendung derartiger alternativer Nomenklatur kann das Gebläse 23 als eine erste Verdichtungsstufe oder Verdichtungsstufe mit dem niedrigsten Druck bezeichnet werden.It is noted that the terms "low pressure turbine" and "low pressure compressor" as used herein may be construed to mean the lowest pressure turbine stage and the lowest pressure compressor stage, respectively (i.e. not including the fan 23) and/or mean the turbine and compressor stages interconnected by the lowest
Andere Gasturbinentriebwerke, bei denen die vorliegende Offenbarung Anwendung finden kann, können alternative Konfigurationen aufweisen. Beispielsweise können derartige Triebwerke eine alternative Anzahl an Verdichtern und/oder Turbinen und/oder eine alternative Anzahl an Verbindungswellen aufweisen. Als ein weiteres Beispiel weist das in
Die Geometrie des Gasturbinentriebwerks 10 und Komponenten davon wird bzw. werden durch ein herkömmliches Achsensystem definiert, das eine axiale Richtung (die auf die Drehachse 9 ausgerichtet ist), eine radiale Richtung (in der Richtung von unten nach oben in
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Ausrichtung von zwei Löchern, die in unterschiedlichen, aneinander angrenzenden Komponenten ausgebildet sind. Eine beispielhafte Anwendung der Erfindung liegt in der in Umfangsrichtung zu erfolgenden Ausrichtung von Bohrbildern, die an zwei Flanschen zweier Komponenten eines Gasturbinentriebwerks gemäß der
Die
Jedes Bohrbild 45, 55 umfasst eine Anzahl von Löchern 40, 50, die in den beiden Flanschen 41, 51 bzw. Komponenten 4, 5 ausgebildet sind. Zur Herstellung einer Flanschverbindung zwischen den beiden Flanschen 41, 51 sind die beiden Bohrbilder 45, 55 durch eine Relativbewegung der beiden Flansche 41, 51 exakt aufeinander auszurichten. Anschließend wird die Flanschverbindung durch Bolzen und Schraubenmuttern realisiert.Each
Die exakte Ausrichtung der Bohrbilder 45, 55 erfolgt unter Verwendung einer Vorrichtung, die ein Zentrierelement und eine Zentrierhülse sowie Schraubmittel umfasst und die in Bezug auf die
Jedoch wird darauf hingewiesen, dass eine konzentrische Ausrichtung der beiden Flansche 41, 51 über eine Presspassung nur beispielhaft zu verstehen ist. Alternativ kann eine konzentrische Ausrichtung der Flansche bzw. eine radiale Ausrichtung der Bohrbilder über die Ausrichtung einzelner Löcher der Bohrbilder erfolgen. Die nachfolgend beschriebene Ausrichtung von zwei Löchern der Bohrbilder zur Ausrichtung der Bohrbilder in Umfangsrichtung kann somit auch für eine radiale Ausrichtung eingesetzt werden, insbesondere wenn mehrere Löcher jeweils ausgerichtet werden.However, it is pointed out that a concentric alignment of the two
Die
Das Zentrierelement 6 ist in seinem zylindrischen Abschnitt 61 mit einer möglichst geringen Spielpassung in dem einen Loch 40 angeordnet. Idealerweise ist ein radiales Spiel zwischen dem zylindrischen Abschnitt 61 und der Innenwandung des einen Lochs 40 gerade nicht vorhanden. Dagegen ist zu erkennen, dass die sich konisch verjüngende Außenfläche 62 des Zentrierelements 6 einen zunehmend größeren Abstand zur Innenwand des anderen Lochs 50 aufweist. Es ist auch zu erkennen, dass die sich konisch verjüngende Außenfläche 62 nicht konzentrisch innerhalb des anderen Lochs 50 angeordnet ist, die beiden Löcher 40, 50 somit nicht aufeinander ausgerichtet sind. So sind in einem Bereich A1 die Abstände zwischen der Außenfläche 62 und der Innenwand des anderen Lochs 50 größer als in einem anderen Bereich A2. Die nicht konzentrische Ausrichtung der beiden Löcher 40, 50 wird durch die erfindungsgemäße Vorrichtung beseitigt, wie in Bezug auf die
Der zylindrische Abschnitt 61 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel, jedoch nicht notwendigerweise Teil eines Zentrier-Grundkörpers 600, der zusätzlich zu dem Zentrierelement 6 des Weiteren ein Abstützelement 610 umfasst, das mit einem zylindrischen Abschnitt 620 in ein benachbartes Loch 40' hineinragt. Der Zentrier-Grundkörper 600 ist in der
Es wird darauf hingewiesen, dass das Zentrierelement 6 im dargestellten Ausführungsbeispiel, jedoch nicht notwendigerweise eine zylindrische Innenbohrung 65 aufweist, die zumindest in ihrem vorderen Bereich, angrenzend an die am Ende der sich konisch verjüngende Außenfläche 62 gebildeten Stirnseite 67 mit einem Innengewinde 650 versehen ist (nicht gesondert dargestellt).It is pointed out that the centering
Das Abstützelement 610 bewirkt, dass bei einer auf das Zentrierelement 6 wirkenden axialen Kraft, die wie anhand der
Die
Die
Alternativ bildet die Zentrierhülse 7 an ihrem vorderen Ende 71 lediglich einen stirnseitigen Rand aus, dessen Innenkante der an der Außenfläche 62 des Zentrierelements 6 anliegt.Alternatively, the centering
In die Zentrierhülse 7 ist eine Schraube 8 eingesetzt, die durch die Zentrierhülse 7 ragt und deren vorderes Ende 81 über das Innengewinde 650 des Zentrierelements 6 mit dem Zentrierelement 6 verschraubt ist. Am hinteren Ende der Schraube 8 ist ein Schraubkopf 82 ausgebildet. Zur Lagerung der Schraube 8 in der Zentrierhülse 7 ist des Weiteren eine Führungshülse 85 vorgesehen, die am hinteren Ende 73 der Zentrierhülse 7 in deren offenes Ende eingesteckt ist. Die Schraube 8 ist dabei mit einer Spielpassung in der Zentrierhülse 7 angeordnet.In the centering
Durch die zusätzliche Bereitstellung einer Zentrierhülse 7 wird erreicht, dass in radialer Richtung ein gewisser Abstand zwischen der Schraube 8 und der Innenwandung der Zentrierhülse 7 besteht, so dass die Schraube 8 in das Innengewinde 650 des Zentrierelements 6 eingedreht werden kann, auch wenn die die Löcher 40, 50 noch nicht aufeinander ausgerichtet sind.The additional provision of a centering
Die Funktionsweise der Vorrichtung ist wie folgt. Gemäß der Darstellung der
Weiter wird die Schraube 8 in das Innengewinde 650 des Zentrierelements eingedreht. Mit zunehmendem Eindrehen der Schraube 8 reduziert sich der Abstand zwischen der Zentrierhülse 7 und dem Zentrierelement 6. Dabei verhält es sich so, dass bei einem ersten Einstecken der Zentrierhülse 7 in das Loch 50 die konisch geformte Innenfläche 72 an der sich konisch verjüngende Außenfläche 62 des Zentrierelements in äußere Anlage gerät. Bei einer ursprünglichen fehlenden konzentrischen Ausrichtung der beiden Löcher 40, 50 wird dabei die Innenfläche 72 nur teilweise bzw. entlang eines Abschnittes in Anlage die Au ßenfläche 62 gelangen.The
Mit zunehmendem Anziehen der Schrauben 7 und einer damit einhergehenden Reduzierung des Abstandes zwischen der Zentrierhülse 7 und dem Zentrierelement 6 wird die Innenfläche 72 zunehmend weiter in das Loch 50 hineingedrückt. Aufgrund der konisch ausgebildeten Flächen 62, 72 wird dabei automatisch das Loch 50 konzentrisch gegenüber dem Loch 40 ausgerichtet. Auf diese Weise erfolgt eine automatische exakte konzentrische Ausrichtung der beiden Löcher 40, 50. Wenn die beiden Löcher 40, 50 aufeinander ausgerichtet sind, können Zentrierhülse 7 und Zentrierelement 6 entfernt werden.As the
Das Abstützelement 610 des Zentrier-Grundkörpers 600 verhindert bei einem Anziehen der Schraube 6, dass das Zentrierelement 6 durch die Zentrierhülse 7 aus dem Loch 70 heraus gedrückt werden kann.When the
Es wird darauf hingewiesen, dass die Ausrichtung von zwei der Löcher 40, 50 der Bohrbilder 45, 55 ausreichend ist, um die Bohrbilder 45, 55 insgesamt in Umfangsrichtung aufeinander auszurichten. Dies hängt damit zusammen, dass die Bohrbilder mit engen Toleranzen in den Flanschen 41, 51 ausgebildet sind.It should be noted that the alignment of two of the
Weiter wird darauf hingewiesen, dass in alternativen Ausführungsvarianten über die erfindungsgemäße Ausrichtung von Löchern 40, 50 der Bohrbilder 45, 55 zweier Komponenten 4, 5 die Bohrbilder 45, 55 auch in radialer Richtung aufeinander ausgerichtet werden können.It is further pointed out that in alternative embodiment variants, the
Die
Als weiterer Unterschied zum Ausführungsbeispiel der
Die grundsätzliche Funktionsweise der Vorrichtung ist die gleiche wie bei der
Eine Ausführungsvariante sieht vor, dass Löcher 40, 50 und damit die Bohrbilder 45, 55 zu einem Zeitpunkt konzentrisch ausgerichtet werden, zu dem eine oder beide der Komponenten 4, 5 erwärmt sind und die in Bezug auf die
Es wird darauf hingewiesen, dass die Löcher 40, 50 der beiden Komponenten 4, 5 bzw. Bauteile nicht den gleichen Durchmesser aufweisen müssen. Die beschriebene Zentrierung unter Verwendung konischer Flächen von Zentrierelement 6 und Zentrierhülse 7 hängt nicht von einem identischen Durchmesser der Löcher 40, 50 ab.It is pointed out that the
Die
Es versteht sich, dass die Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist und verschiedene Modifikationen und Verbesserungen vorgenommen werden können, ohne von den hier beschriebenen Konzepten abzuweichen. Des Weiteren können beliebige der Merkmale separat oder in Kombination mit beliebigen anderen Merkmalen eingesetzt werden, sofern sie sich nicht gegenseitig ausschließen, und die Offenbarung dehnt sich auf alle Kombinationen und Unterkombinationen eines oder mehrerer Merkmale, die hier beschrieben werden, aus und umfasst diese. Sofern Bereiche definiert sind, so umfassen diese sämtliche Werte innerhalb dieser Bereiche sowie sämtliche Teilbereiche, die in einen Bereich fallen.It should be understood that the invention is not limited to the embodiments described above, and various modifications and improvements can be made without departing from the concepts described herein. Furthermore, any of the features may be employed separately or in combination with any other feature, provided they are not mutually exclusive, and the disclosure extends to and encompasses all combinations and sub-combinations of one or more features described herein. If ranges are defined, these include all values within these ranges as well as all sub-ranges that fall within a range.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
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