DE102011120590A1

DE102011120590A1 - Verfahren und Einrichtung zur Messung der Kontur eines Kolbenrings

Info

Publication number: DE102011120590A1
Application number: DE102011120590A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Behnke; Christopher Gabrock; Ralf Preuss; Ulrich Melzer
Original assignee: Federal Mogul Burscheid GmbH
Current assignee: Federal Mogul Burscheid GmbH
Priority date: 2011-12-08
Filing date: 2011-12-08
Publication date: 2013-06-13
Also published as: WO2013083108A1

Abstract

Verfahren zur Messung der Kontur eines mit einem Stoß versehenen unrund erzeugten Kolbenrings, indem ein offener Kolbenring auf einen rotierbaren Körper gelegt, mindestens eine der Umfangsflächen des offenen Kolbenrings im Verlauf der Rotationsbewegung des Körpers berührungslos abgetastet wird, die Messwerte in einer Datenverarbeitungseinrichtung gespeichert und mit vorgegebenen abgespeicherten Konturreferenzwerten vergleichen werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung der Kontur eines mit einem Stoß versehenen unrund erzeugten Kolbenrings.
Um optimale Dichtergebnisse zu erzielen, muss ein zunächst unrund erzeugter Kolbenring, der im motorischen Betriebszustand eine runde Kontur aufweisen soll, gegenüber einer umgebenden zylindrischen Dichtfläche möglichst lichtspaltdicht ausgeführt werden.
Bisher wurden Kolbenringe zur Überprüfung dieser Lichtspaltdichtigkeit bzw. des Radialdruckes beispielsweise mittels eines Spannbandes rund zusammengedrückt und anschließend der verbleibende radiale Spalt zwischen der äußeren Umfangsfläche des Kolbenringes und dem Spannband geprüft bzw. der Radialdruck ermittelt.
Beispiele derartiger Messverfahren sind der US 2,441,343 sowie der US 3,946,602 zu entnehmen.
Allgemein bekannt sind gegossene und unrund bearbeitete sowie gewickelte Kolbenringe.
Problematisch bei der im Stand der Technik beschriebenen Messweise ist, dass ein gemessener unrund hergestellter Kolbenring üblicherweise noch einer Wärmebehandlung unterzogen wird, um gegebenenfalls vorhandene Spannungen – bedingt durch den Herstellungsprozess – aus dem Ring zu entfernen. Ist der Kolbenring nach seiner Herstellung radial zusammengedrückt worden, können hier bereits plastische Materialverformungen auftreten, die im Anschluss an die Wärmebehandlung eine andersartige als die vorgesehene Kontur mit sich bringen. Somit ist ein bestimmter Ausschussfaktor nicht ganz auszuschließen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Messung der Kontur eines mit einem Stoß versehenen unrund erzeugten Kolbenrings bereit zu stellen, mit welchem Beschädigungen am zu messenden Kolbenring sicher vermieden werden und somit auch der Ausschuss gegenüber dem Stand der Technik reduziert werden kann.
Darüber hinaus soll eine Einrichtung zur Messung der Kontur eines mit einem Stoß versehenen unrund erzeugten Kolbenrings vorgeschlagen werden, die einfach im Aufbau ist und mittels welcher auch Rückschlüsse auf den Herstellvorgang, respektive Herstellparameter, des Kolbenrings gezogen werden können.
Diese Aufgabe wird einerseits gelöst durch ein Verfahren zur Messung der Kontur eines mit einem Stoß versehenen unrund erzeugten Kolbenrings, indem ein offener Kolbenring auf einen rotierbaren Körper gelegt, mindestens eine der Umfangsflächen des offenen Kolbenrings im Verlauf der Rotationsbewegung des Körpers berührungslos abgetastet wird, die Messwerte in einer Datenverarbeitungsanlage gespeichert und mit vorgebbaren abgespeicherten Konturreferenzwerten abgeglichen werden.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind den zugehörigen verfahrensgemäßen Unteransprüchen zu entnehmen.
Diese Aufgabe wird auch gelöst durch eine Einrichtung zur Messung der Kontur eines mit einem Stoß versehenen unrund erzeugten, insbesondere unrund gewickelten, offenen Kolbenrings, bestehend aus einem motorisch antreibbaren, den offenen Kolbenring aufnehmenden Drehteller sowie mindestens einer berührungslos arbeitenden Messeinrichtung, wobei zumindest eine der Umfangsflächen des offenen Kolbenrings zur Feststellung der Kontur der jeweiligen Umfangsfläche an der zumindest einen Messeinrichtung im Verlauf der Rotation des Drehtellers vorbeiführbar ist.
Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Einrichtung sind den zugehörigen gegenständlichen Unteransprüchen zu entnehmen.
Gegenüber dem Stand der Technik ist es nun möglich, einen ungespannten unrund erzeugten Kolbenring zu vermessen. Durch Gegenüberstellung der Messwerte mit in der Datenverarbeitungsanlage abgespeicherten Konturreferenzwerten, kann kurzfristig festgestellt werden, ob sich der vermessene unrunde Kolbenring im Toleranzbereich bewegt oder nicht.
Dadurch, dass der angespannte Kolbenring keiner radialen Belastung und somit keiner möglichen Beschädigung unterworfen wird, kann er in diesem Zustand einer gegebenenfalls notwendigen Wärmebehandlung unterzogen werden.
Im Anschluss an die Wärmebehandlung wird eine weitere Messung dieses Kolbenrings durchgeführt, deren Ablauf derjenigen des ersten Messverfahrens entspricht.
Da bereits erste Messwerte gegeben sind, können die Messwerte der zweiten Messung zumindest denjenigen der erste Messung gegenüber gestellt werden. Sofern auch hier keine Abweichungen von der vorgesehenen Kontur festgestellt werden, ist dieser Kolbenring nun bereit, weiter bearbeitet zu werden. Ergänzende Messungen der Lichtspaltdichtigkeit oder des Radialdruckes durch radiales Zusammendrücken des unrund erzeugten Kolbenrings sind somit entbehrlich.
Einem weiteren Gedanken der Erfindung gemäß wird der, insbesondere durch Wickeln erzeugte, Kolbenring auf einem elektrisch angetriebenen Präzisionsdrehtisch abgelegt und grob ausgerichtet. Diesem gegenüber befindet sich mindestens ein Laser, der im Verlauf der Rotation des Drehtisches die Kontur zumindest einer der Umfangsflächen, insbesondere der äußeren Umfangsfläche des Kolbenrings, berührungslos abtastet.
Der zumindest eine Laser sitzt auf einer Präzisionsführung, um den Laser auf die jeweilige Entfernung zum Kolbenring einstellen zu können. Die korrekte Entfernung wird hierbei in einem Messprogramm angezeigt.
Die Messergebnisse können an einem Monitor angezeigt werden, lassen sich bedarfsweise jedoch auch ausdrucken. Die Messergebnisse können graphisch ausgegeben oder auch tabellarisch in Polarkoordinaten dargestellt werden.
Der Laser verfügt vorteilhafterweise über eine höhere Messauflösung als ein mechanischer Messtaster.
Von besonderem Vorteil ist, dass diejenigen Messwerte, die im ersten und/oder zweiten Messvorgang ermittelt werden, unmittelbar in den Gestehungsprozess des Kolbenrings, insbesondere den Wickelprozess, einfließen können. Durch diese Maßnahme kann der Ausschuss noch weiter reduziert und eine hohe Qualität der Kolbenringe im motorischen Betriebszustand herbeigeführt werden.
Der Erfindungsgegenstand ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung dargestellt und wird wie folgt beschrieben. Es zeigen:
1 Prinzipskizze des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Messung der Kontur eines unrunden Kolbenrings;
2 Prinzipskizze eines Wickel- und Messvorgangs eines unrunden Kolbenrings.
1 zeigt als Prinzipskizze ein Messgerät 1, beinhaltend einen Grundkörper 2, der ein Antriebselement 3 aufnimmt. Der Grundkörper 2, respektive das Antriebselement 3, ist zur Aufnahme eines Präzisionsdrehtellers 4 vorgesehen. Der Grundkörper 2 nimmt des Weiteren eine berührungslos arbeitende Messeinrichtung 5 auf, die in diesem Beispiel durch einen einzelnen Präzisionslaser gebildet sein soll. Der Laser 5 ist mit vorgebbarem Abstand zum Drehteller 4 vorgesehen. Erfindungsgemäß soll ein mit einem Stoß 6 versehener Kolbenring 7 vermessen werden. In diesem Beispiel dargestellt ist, dass mittels des Lasers 5 die äußere Umfangsfläche 8 des Kolbenrings 7 von ihrer Kontur her vermessen werden soll. Der ungespannte, d. h. offene Kolbenring 7, wird auf den Drehteller 4 gelegt und grob ausgerichtet.
Der Laser 5 ist vorteilhafterweise in Längs- und Querrichtung (siehe Pfeile) einstellbar, so dass auch unterschiedlich hohe und vom Durchmesser her andersartige Kolbenringe 7 vermessen werden können.
Die vom Laser 5 ermittelten Messwerte werden einer Datenverarbeitungsanlage DV zur Verfügung gestellt und mit in selbiger abgespeicherten Konturreferenzwerten verglichen. Die Datenverarbeitungseinrichtung DV steht in diesem Beispiel mit einer Anzeigeeinrichtung 9 in Wirkverbindung, die eine graphische Darstellung 10 der gemessenen Umfangsfläche 8 wiederspiegelt. Lediglich angedeutet ist der Toleranzbereich T. Verbleibt die gemessene Kurve 10 der äußeren Umfangsfläche 8 des Kolbenrings 7 innerhalb des Toleranzbereiches T ist der gemessene ungespannte Kolbenring 7 für den weiteren Bearbeitungs- oder Montageschritt, beispielsweise eine Wärmebehandlung, verwendbar.
Im Anschluss an die Wärmebehandlung wird dieser Kolbenring 7 einem erneuten Messvorgang unterzogen, wobei auch hier die am offenen, d. h. ungespannten Kolbenring 7, gemessenen Werte zumindest denjenigen des ersten Messvorgangs gegenübergestellt werden. Liegen die Messwerte auch hier innerhalb des Toleranzfeldes T kann der Kolbenring 7 weiter bearbeitet oder im Motor verbaut werden.
2 zeigt als Prinzipskizze einen praktischen Einsatzfall des Erfindungsgegenstandes. Dargestellt ist der Drehteller 4, der den Kolbenring 7 aufnimmt sowie der Laser 5 und die Datenverarbeitungseinrichtung DV. Erkennbar ist der Stoß 6 des Kolbenrings 7. Der Drehteller 4 ist nach grober Ausrichtung des Kolbenrings 7 auf selbigem rotierbar, wobei die äußere Umfangsfläche 8 des Kolbenrings 7 berührungslos abgetastet wird. Auch hier findet ein Vergleich zwischen den gemessenen Konturwerten und den Konturreferenzwerten statt, die in der Datenverarbeitungseinrichtung DV abgespeichert sind. In diesem Beispiel steht die Datenverarbeitungseinrichtung DV mit einer Kolbenringwickeleinrichtung 11 (lediglich angedeutet) in Wirkverbindung. Die Kolbenringe 7 werden vom Endlosmaterial 12 über Wickelrollen 13 entsprechend ihrem benötigten Durchmesser unrund gewickelt und im Bereich 14 beispielsweise durch ein fliegend gelagertes Messer (nicht dargestellt) vom Endlosmaterial 12 abgeschnitten. Um den Unrundwickelprozess beeinflussen zu können, ist ein radial verstellbarer Körper 15 vorgesehen, der im Bereich der inneren und/oder der äußeren Umfangsfläche des gewickelten Kolbenrings 7 positionierbar ist. Der Körper 15 kann bedarfsweise auch als Rolle ausgebildet werden. Der Körper 15 beeinflusst den Grad der Unrundheit des zu wickelnden Kolbenrings 7. Sofern das durch den Laser 5 ermittelte Kontur-Messergebnis außerhalb der Toleranz T liegt, wird unmittelbar dadurch auf den Wickelprozess Einfluss genommen, dass Korrekturwerte an den Körper 15 übermittelt werden und ein die Toleranzabweichungen berücksichtigender optimierter Unrundbiegeprozess eingeleitet wird. Durch diesen Prozess kann bereits beim Wickeln der Kolbenringe 7 das Ausschussrisiko minimiert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 2441343 [0004]
US 3946602 [0004]

Claims

Verfahren zur Messung der Kontur eines mit einem Stoß (6) versehenen unrund erzeugten Kolbenrings (7), indem ein offener Kolbenring (7) auf einen rotierbaren Körper (4) gelegt, mindestens eine der Umfangsflächen (8) des offenen Kolbenrings (7) im Verlauf der Rotationsbewegung des Körpers (4) berührungslos abgetastet wird, die Messwerte in einer Datenverarbeitungseinrichtung (DV) gespeichert und mit vorgegebenen abgespeicherten Konturreferenzwerten vergleichen werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der offene Kolbenring (7) erstmals nach Erzeugung seiner unrunden Kontur vermessen und anschließend einer Wärmebehandlung unterzogen wird, woraufhin der wärmebehandelte offene Kolbenring (7) erneut vermessen wird und die Messwerte zumindest mit den Messwerten vor der Wärmebehandlung verglichen werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der berührungslose Abtastvorgang durch mindestens einen Laser (5) vorgenommen wird, der mit vorgebbarem Abstand zur jeweiligen Umfangsfläche (8) des Kolbenrings (7) positioniert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Umfangsfläche (8) des Kolbenrings (7) berührungslos, insbesondere durch den Laser (5), abgetastet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (4) als Drehteller ausgebildet wird, der offene Kolbenring (7) grob ausgerichtet auf dem Drehteller (4) positioniert wird, der Abstand des Lasers (5) zum Kolbenring (7) ermittelt wird, der Drehteller (4) mit vorgebbarer Umfangsgeschwindigkeit um eine Vertikalachse gedreht wird, wobei der offene Kolbenring (7) an dem mindestens einen stationären Laser (5) vorbeigeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Laser (5) in radialer und/oder axialer Richtung lageveränderbar einstellbar ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung der Kolbenringe (7) Endlosmaterial (12) verwendet wird, der jeweilige Kolbenring (7) unrund gewickelt und unter Bildung des Stoßes (6) vom Endlosmaterial (12) abgetrennt wird, wobei die Kontur dieses unrund gewickelten Kolbenrings (7) erstmals vermessen wird und die Messwerte den in der Datenverarbeitungseinrichtung (DV) abgespeicherten Konturreferenzwerten gegenübergestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Anschluss an den ersten Messvorgang der unrund gewickelte Kolbenring (7) einer Wärmebehandlung und anschließend einem erneuten Messvorgang unterzogen wird, wobei zumindest die Messwerte der beiden Messvorgänge miteinander verglichen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Messwerte des gewickelten Kolbenrings (7) bei Abweichungen von Toleranzwerten (T) an die Steuerung einer Wickelmaschine (11) weitergeleitet werden und die geometrische Kontur der zu wickelnden Kolbenringe (7) unter Berücksichtigung der gemessenen Abweichungen angepasst wird.
Einrichtung zur Messung der Kontur eines mit einem Stoß (6) versehenen unrund erzeugten, insbesondere unrund gewickelten offenen Kolbenrings (7), bestehend aus einem motorisch antreibbaren den offenen Kolbenring (7) aufnehmenden Drehteller (4) sowie mindestens einer berührungslos arbeitenden Messeinrichtung (5), wobei zumindest eine der Umfangsflächen (8) des offenen Kolbenrings (7) zur Feststellung der Kontur der jeweiligen Umfangsfläche (8) an der zumindest einen Messeinrichtung (5) im Verlauf der Rotation des Drehtellers (4) vorbeiführbar ist.
Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die berührungslos arbeitende Messeinrichtung (5) durch einen Laser gebildet ist.
Einrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Laser (5) relativ zum Kolbenring (7), insbesondere seiner äußeren Umfangsfläche (8), radial und axial verstellbar vorgesehen ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (5) mit einer Datenverarbeitungseinrichtung (DV) in Wirkverbindung steht.