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Die
Erfindung betrifft einen Einstellmeister mit mindestens einer Haupt-
und einer Nebenaufnahme und ein Verfahren zur Kalibrierung von messenden
Prüfeinrichtungen
mittels eines Einstellmeisters mit mindestens einer Haupt- und einer
Nebenaufnahme.
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In
bekannter Weise sind zum Herstellen und Prüfen von Werkstücken Meisterbauteile
erforderlich, welche Referenzen für die kritischen Merkmale oder Flächen der
Werkstücke
liefern, insbesondere in Bezug auf lineare Abmessungen, Form und
Geometrie des Werkstücks
und so weiter. Man nennt ein solches Meisterbauteil auch Einstellmeister.
Der Einstellmeister ist eine robuste und präzise gefertigte Bezugsnormale
und fällt
zum Teil sehr komplex aus, weil der Einstellmeister die wichtigen
Merkmale eines zu fertigenden Bauteils, beispielsweise eines zusammengebauten
Hinterachsträgers,
repräsentiert.
Für den
Einstellmeister als Bezugsnormale werden daher alle Merkmale des
Bauteils präzise
auf Nominalmaß gefertigt
und eingerichtet. Insbesondere sind solche Einstellmeister zur Nulljustierung
und für
Messsysteme erforderlich, die sich vergleichender Messungen bedienen.
Für messende
Prüfeinrichtungen
in einer Serienfertigung ist gemäß der Messmittelfähigkeitsverordnung
eine Linearität
nachzuweisen. Im Prinzip wird beim Linearitätsnachweis überprüft, ob die Software der Prüfeinrichtung
zu richtigen Messergebnissen kommt, oder ob es nicht zulässige Abweichungen
bei den von der Prüfeinrichtung
ausgewiesenen Messergebnissen gibt. Dieser Linearitätsnachweis muss
entweder über
statistische Messreihen erbracht werden, welche eine ausreichende
Stückzahl von
gefertigten Serienbauteilen und dimensionalen Variationen derselben
voraussetzen. Diese Messreihen sind sehr zeitaufwändig. Zudem
stehen zu Beginn einer Serienproduktion, bei dem auch die Prüfeinrichtungen
justiert werden, nicht immer genügend Bauteile
zur Verfügung.
Als Alternative zu den statistischen Messreihen würden im
Prin zip drei Einstellmeister benötigt,
und zwar ein Einstellmeister für
die Nulljustierung, einer für
die obere Toleranzgrenze und einer für die untere Toleranzgrenze.
Ein stellmeister sind jedoch relativ teuer und werden in der Regel
nur beim Serienanlauf zur Eichung der Prüfeinrichtung benötigt und
gelegentlich während
der laufenden Serie zur Nachjustierung. Es wäre daher unwirtschaftlich für die Eichung
der Prüfeinrichtung nicht
nur einen, sondern gleich drei Einstellmeister herzustellen.
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Aus
der
DE 689 06 790
T2 sind ein Meisterbauteil und ein einschlägiges Herstellungsverfahren bekannt.
Die
DE 689 06 790
T2 schlägt
vor, einen Einstellmeister modulartig aufzubauen, indem die Trägerstruktur
beziehungsweise das Gehäuse
des Einstellmeisters erfindungsgemäß aus billigen Werkstoffen
hergestellt wird, deren Härte
nicht besonders hoch ist, die jedoch eine hohe Formstabilität gewähren, da
beträchtliche
innere Spannungen fehlen. Dadurch ist das Herstellen der Trägerstruktur
vereinfacht und teure Wärmebehandlungen
sind nicht erforderlich. Die Referenzelemente und möglicherweise
auch die Stütz-
und Führungselemente
können getrennt
hergestellt und behandelt und dann an der Trägerstruktur befestigt werden.
Der Einstellmeister der
DE
689 06 790 T2 hat mindestens teilweise eine modulare Bauweise,
da die Referenzelemente in bestimmten Grenzen Formen und Größen unabhängig vom
spezifischen Werkstück
haben. Indem man die Trägerstruktur
im Wesentlichen unverändert
hält oder
nur leicht modifiziert und die Referenzelemente in passender Weise
justiert und dann befestigt, erhält man
eine hohe Herstellflexibilität,
da es möglich
ist, mit im wesentlichen gleichen mechanischen Bauteilen Einstellmeister
für ähnliche
Werkstücke
herzustellen, bei denen einige Größen oder Abmessungen in bestimmten
Grenzen unterschiedlich sind. Diese Flexibilität ist auch häufig dann
vorteilhaft, wenn zwei Meisterbauteile als Referenzen – nämlich für obere und
untere Toleranzgrenzen – zum Überprüfen des gleichen
Werkstücks
erforderlich sind. Allerdings wird die Endprüfung der Meisterbauteile ein
integraler Bestandteil des Herstellungsverfahrens, da dies beim Justieren
und Befestigen der Referenzelemente erfolgt. Beispielsweise sitzen
Referenzelemente in Längsbohrungen
mit einem kleinen quergerichteten Spiel und werden mittels Schrauben
und Muttern befestigt. Um den Einstellmeister zu justieren, muss
der Einstellmeister von hochgenauen Dreikoordinatenmessmaschinen
durchgemessen werden, und zwar nach jeder Änderung, die an ihm vorgenommen
wird. Das gestaltet sich jedoch umständlich und aufwändig.
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Aus
der
DE 103 14 639
A1 ist eine Prüflehre für Messstücke bekannt,
die sich dadurch auszeichnet, dass mindestens eine Haltevorrichtung
für Messstücke vorgesehen
ist und für
jede Messstelle eine Messwerkzeugaufnahme angeordnet ist, die ein
auf ein Sollmaß kalibriertes
Messwerkzeug aufnehmen kann, wobei die Messwerkzeugaufnahme so einstellbar
ist, dass das aufgenommene und zuvor auf das Sollmaß kalibrierte
Messwerkzeug bei einem Messpunkt, der sich in einer vorgegebenen
Referenzlage befindet, das Sollmaß anzeigt. Des Weiteren wird eine
Messwerkzeugaufnahme für
Prüflehren
vorgeschlagen, die sich dadurch auszeichnet, dass diese über eine
Befestigungseinrichtung relativ zu einer Prüflehre in ihrer Lage fixierbar
ist, und dass Führungsmittel
zur Aufnahme eines Messwerkzeugs vorgesehen sind.
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Aus
der
US 3,975,828 A ist
ein einstellbarer Einstellmeister bekannt, der aus einem Rahmen
mit einer im Wesentlichen flachen Stelle besteht. Ein Stab ist im
Wesentlichen parallel zu der flachen Stelle befestigt. Ein Ende
des Stabs ist verschiebbar in einer Basis gelagert, das andere Ende
des Stabs ist ausziehbar an einem Messkopf befestigt. An dem Rahmen
ist ein erster Arm befestigt, der eine erste Messoberfläche seitlich
versetzt zum Stab aufweist. Außerdem
kann an dem Stab eine weitere Messaufnahme mit einem sich seitlich
von dem Stab erstreckenden zweiten Arm angebracht werden. An dem zweiten
Arm befindet sich eine zweite Messoberfläche. Die erste und die zweite
Messoberfläche
sind seitlich im gleichen Abstand zum Stab versetzt angebracht.
Dadurch kann der Abstand zwischen der ersten und der zweiten Messoberfläche durch
ein Verdrehen des Messkopfes adjustiert werden.
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Aus
der
US 2,725,636 A ist
eine Meisterlehre bekannt zum Einstellen und Prüfen von inneren Bohrungen jedweder
Größe und Durchmessers
ohne Teile davon tauschen zu müssen.
Die Meisterlehre verfügt
dazu über
einen Führungsarm
mit zwei Klemmbacken. Eine davon kann in jeder Position auf dem Arm
bewegt und befestigt werden. Jede Klemmbacke trägt einen Anschlag, einen, der
von dem festen Messdorn des jeweiligen Bohrlochs berührt wird
und der andere, der von dem beweglichen Messdorn des Bohrlochs berührt wird.
Der Abstand zwischen den beiden Anschlägen wird durch Präzisionsmessblöcke eingestellt,
die anschließend
wieder entfernt werden.
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Vor
dem Hintergrund dieses Standes der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, einen Einstellmeister bereitzustellen, der mit einfachen
Mitteln innerhalb der Toleranzgrenzen des zu messenden Bauteils
verändert
und genau eingestellt werden kann.
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Diese
Aufgabe löst
die Erfindung mit den Merkmalen von Anspruch 1. Demnach sind bei
einem Einstellmeister mit mindestens einer Haupt- und einer Nebenaufnahme
die Haupt- und Nebenaufnahme mit einem Wechselsatz versehbar, der über Anschlagpunkte
nur in exakt definierten Positionen befestigbar ist. Ziel ist es,
den Einstellmeister mit einfachen Handgriffen zu verändern, ohne
den geänderten
Einstellmeister zur Justierung erneut auf einer 3D-Messmaschine
durchmessen zu müssen.
Dazu ist vorgesehen, dass der Wechselsatz über seine äußere geometrische Form oder über Positionierhilfen nur
in exakt definierten Positionen befestigt und eingebaut werden kann,
so dass sich die Haupt- und die Nebenaufnahme auch nach einem Umbau
zuverlässig
in einer vorgegebenen Position befinden. Der Einstellmeister wird
von einer messenden Prüfeinrichtung
in einer Haupt- und einer Nebenaufnahme aufgenommen. Bezogen auf
die Haupt- und auf die Nebenaufnahme haben alle anderen Messpunkte
eine vorgegebene Position. Werden die Haupt- und die Nebenaufnahme
in X- oder Y-Richtung verschoben, verschieben sich alle anderen
Messpunkte im Verhältnis
ebenfalls in X- oder Y-Richtung. Zunächst ist eine Messung aller
Bezugspunkte auf Nominalnull erforderlich. Dafür wird in die Haupt- und die
Nebenaufnahme ein Wechselsatz eingesetzt, der beim Einbau aufgrund
seiner äußeren geometrischen
Form oder aufgrund einer Positionierhilfe nur in einer definierten
Position befestigbar ist, die Nominalnull entspricht. Da der Wechselsatz
daher nur in einer bestimmten Position befestigt werden kann, ist
ein Durchmessen auf einer 3D Messmaschine zum Kalibrieren nicht
erforderlich. Nach dem Einbau der Wechselsätze auf Nominalnull in der
Haupt- und der Nebenaufnahme wird der Einstellmeister von der messenden
Prüfeinrichtung
vermessen. Anschließend
werden die Wechselsätze
aus der Haupt- und der Nebenaufnahme entfernt und gegen einen zweiten
Wechselsatz ausgetauscht. Dieser Wechselsatz ist auf die obere oder
untere zulässige
Toleranzgrenze des Bauteils ausgelegt. Bevorzugt vereint der zweite
Wechselsatz sowohl die obere als auch die untere Toleranzgrenze
in sich, indem er in Richtung obere oder untere Toleranzgrenze zur
Nominalnullposition versetzt ausgelegt ist und in zwei festgelegten
Positionen in die Haupt- und die Nebenaufnahme einbaubar ist. In
der einen festgelegten Position bilden sowohl die Haupt- als auch
die Nebenaufnahme die obere Toleranzgrenze ab. Wird der jeweilige Wechselsatz
dann in der anderen festgelegten Position um 180° gedreht eingebaut, wird die
untere Toleranzgrenze in der Haupt- und Nebenaufnahme abgebildet.
Der Einstellmeister wird von dem messenden Prüfmittel einmal mit eingebauter
oberer Toleranzgrenze vermessen und von dem messenden Prüfmittel
einmal mit eingebauter unterer Toleranzgrenze vermessen. Danach
liegen drei Messreihen mit einem kalibrierten Einstellmeister vor,
die die Nominalnullposition, die obere und die untere Toleranzgrenze abbilden.
Werden alle drei Messreihen miteinander und mit den Daten einer
3D Messmaschine verglichen, lassen sich Abweichungen außerhalb
der Norm feststellen. So lässt
sich ohne großen
Aufwand der für
das prüfende
Messmittel erforderliche Nachweis der Linearität führen.
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Nachfolgend
ist die Erfindung anhand der Figuren genauer beschrieben. Dabei
zeigen:
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1 einen
Einstellmeister 1 für
einen Hinterachsträger,
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2 einen
Wechselsatz 4 auf Nominalnull,
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3 einen
Wechselsatz 40, der um 180° drehbar ist,
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4 zwei übereinander
gelegte CAD Aufnahmen der Hauptaufnahme 2,
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5 drei übereinander
gelegte CAD Aufnahmen der Nebenaufnahme 3,
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6 einen
Teil eines weiteren Einstellmeisters 10 für einen
Hinterachsträger,
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7 eine
Lagerbuchse 11 mit eingebautem Wechselsatz 13,
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8 die
Lagerbuchse 11 ohne Wechselsatz.
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1 zeigt
einen Einstellmeister 1 für einen Hinterachsträger. Dieser
Einstellmeister 1 ist komplex aufgebaut und mit vielen
Referenzpunkten versehen. Eine nicht dargestellt Messmaschine greift
in eine Hauptaufnahme 2 und in eine Nebenaufnahme 3 ein
und vermisst sämtliche
Referenzpunkte, beispielsweise die Lage der Buchsen 100 und 110 oder Lage
und Position der Anbindungspunkte 120 und 130 in
Bezug zu den beiden Aufnahmen 2, 3. Die Hauptaufnahme
besteht aus einem kreisrunden Loch 6 und die Nebenaufnahme
aus einem Langloch 61. Mit dem Langloch 61 kann
ein gewisser Toleranzausgleich in eine Richtung vorgenommen werden.
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2 zeigt
einen Wechselsatz 4 für
eine Haupt- oder Nebenaufnahme. Der Wechselsatz 4 befindet
sich auf einer rechteckigen Grundplatte 5 und wird über Schrauben 50 fest
mit dem Einstellmeister verschraubt. Der Referenzpunkt für die Messmaschine
ist die Vertiefung 6 in der Mitte der Grundplatte 5. Diese
Vertiefung 6 sitzt beim Wechselsatz 4 in der Position
Nominalnull. Die Grundplatte 5 verfügt an einer Seite über einen
Schlitz 7. Dieser Schlitz 7 gelangt im eingebauten
Zustand mit einem am Einstellmeister befindlichen Positionierstift 8 in
Eingriff, so dass die genaue Position der Vertiefung 6 in
der Grundplatte 5 nach dem Einbau sichergestellt ist. Auch
ohne, dass der Einstellmeister 1 auf einer 3D Messmaschine
vermessen und nachjustiert wird, befindet sich die Vertiefung 6 des
Wechselsatzes 4 in der Position Nominalnull. Anschließend wird
der Einstellmeister mit dem in der Haupt- und Nebenaufnahme auf
Nominalnull eingebauten Wechselsatz 4 vermessen.
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3 zeigt
einen Wechselsatz 40 für
die obere und untere Toleranzgrenze, wobei die Abweichung zu Nominalnull
in beide Richtungen laut Toleranzvorgabe zum Beispiel 1,5 mm betragen
darf. Dieser Wechselsatz 40 weist eine rechteckige Grundplatte 51 auf,
in die in zwei gegenüberliegenden
Seiten des Rechtecks je ein Schlitz 70, 71 eingebracht ist.
Dieser Schlitz umgreift wiederum den Positionierstift 8.
Werden die Schrauben 50 gelöst, kann der Wechselsatz 40 angehoben
und gedreht werden und aufgrund seiner rechteckigen Form in Verbindung
mit den Schlitzen 70, 71 und dem Positionierstift 8 um genau
180° gedreht
wieder festgeschraubt werden. Der Wechselsatz 40 kann daher
nur in zwei Positionen eingebaut werden. Entweder steht der Positionierstift 8 mit
Schlitz 70 oder mit Schlitz 71 in Eingriff. Das
Loch 60 in der Grundplatte 51 ist exzentrisch
angeordnet. Es ist im Verhältnis
zum Loch 6 aus dem Wechselsatz 4 für die Position
Nominalnull in X- und Y-Richtung um 1,5 mm versetzt. Auf diese Weise
erreicht man eine zweidimensionale Verschiebung aller Merkmale in
X- und Y-Richtung um je 1,5 mm. Steht der Schlitz 70 mit
dem Positionierstift 8 in Eingriff, erfasst ein Messfühler bei
einem Eingriff in das Loch 60 in Haupt- und Nebenaufnahme
alle Bezugspunkte um 1,5 mm verschoben in Richtung obere Toleranzgrenze.
In dieser Position wird der Einstellmeister eingemessen. Wird der
Wechselsatz 40 um 180° gedreht
und steht der Schlitz 71 mit dem Positionierstift 8 in
Eingriff, erfasst der Messfühler
bei einem Eingriff in das Loch 60 in Haupt- und Nebenaufnahme
alle Bezugspunkte verschoben um 1,5 mm in Richtung untere Toleranzgrenze.
Auch in dieser Position wird der Einstellmeister vermessen. Anschlie ßend werden
alle drei Messreihen mit einer Vergleichsmessung auf einer CMM oder
3D Messmaschine verglichen und so die Linearität bestimmt. Der Einstellmeister 1 kann
durch einen einfachen Austausch der Wechselsätze 4 und 40 in
der Haupt- und der Nebenaufnahme und einem umschlagartigen Drehen
des Wechselsatzes 40 ohne ein Nachjustieren oder Nachmessen
für jeden
Messpunkt auf Nominalnull, auf die obere und auf die untere Toleranzgrenze
ausgelegt werden. Dies ist besonders vorteilhaft und günstig beim
Anlaufen einer Serie.
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In 4 sind
eine Aufnahme des eingebauten Wechselsatzes 4 in der Hauptaufnahme 2 und eine
Aufnahme des Wechselsatzes 40 in einer Anschlagposition
im CAD übereinandergelegt
dargestellt. Man erkennt den leichten Versatz der Vertiefungen 6 und 60.
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In 5 ist
das Langloch 61 der Nebenaufnahme 3 in Nominalnull
und je eine Aufnahme eines Wechselsatzes in der jeweiligen Anschlagposition
für obere
und untere Toleranzgrenze im CAD übereinandergelegt zu sehen.
Auch hier erkennt man den leichten Versatz für Nominalnull, obere und untere
Toleranzgrenze.
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6 zeigt
einen weiteren erfindungsgemäßen Einstellmeister 10.
Bei diesem Einstellmeister 10 sind die Hauptaufnahme 11 und
die Nebenaufnahme 12 über
die runden Lagerbuchsen 11 und 12 definiert. Zunächst wird
der Einstellmeister mit einem auf Nominalnull in den Lagerbuchsen 11, 12 montierten Wechselsatz
vermessen.
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In 7 wird
beispielhaft die Lagerbuchse 11 sodann mit einer Excenterbuchse 13 versehen, die
beispielsweise in X- und Y-Richtung je 1,0 mm Versatz aufweist.
Die Excenterbuchse 13 hat zwei Stifte 14 und 15,
die in eine Passbohrung an der Lagerbuchse 11 gesteckt
werden können.
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8 zeigt
die Lagerbuchse 11 ohne montierten Wechselsatz. Die Lagerbuchse 11 besitzt
vier Passbohrungen 16, 17 und 18, 19,
wobei die Passbohrungen 16 und 17 nebeneinander
liegen. Passbohrung 18 und 19, die ebenfalls nebeneinander
liegen, sind den Passbohrungen 16 und 17 genau
gegenüberliegend
angeordnet. Dadurch kann die Excenterbuchse 13 mit ihren
Stiften 14 und 15 in die Passbohrungen 16 und 17 oder
um 180° gedreht
in die Passbohrungen 18 und 19 eingreifen. Durch
den Versatz der Excenterbuchse 13 in X- und Y-Richtung um
je 1,0 mm kann so die untere und obere Toleranzgrenze von je 1,0
mm von der messenden Prüfeinrichtung
an einem einzigen Einstellmeister eingemessen werden.