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Einrichtung zum Prüfen der gegenseitigen Lage der Flächen von Rotationskörpern
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Prüfen der gegenseitigen Lage der Flächen
von Rotationskörpern, insbesondere des Unrundlaufens der Rotationsflächen von Wälzlagerringen,
bei der eine Fläche des zu untersuchenden Gegenstandes auf zwei Stützen abgestützt
ist und in dieser Lage während der Prüfung gedreht wird, während die zweite Fläche,
deren Lage gegenüber der ersten geprüft werden soll, von Fühlern abgetastet wird.
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In der Technik gibt es zahlreiche Fälle, in denen zwei Rotationsflächen
an einem Umdrehungskörper eine ganz bestimmte Lage zueinander einnehmen müssen.
Die gegenseitige Lage dieser Flächen muß durch Meßgeräte daraufhin geprüft werden,
ob etwaige Abweichungen in der gegenseitigen Lage im Rahmen zulässiger Toleranzen
liegen.
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Einen Sonderfall stellt die Prüfung von Kugellagerringen dar. Hier
ist zu untersuchen, ob die Außenfläche des Ringes zur Innenfläche zentrisch läuft
und ob eine sich bei der Herstellung ergebende Abweichung vom Rundlauf innerhalb
dieser Toleranzen liegt. Dabei geht man so vor, daß man entweder die Innenfläche
oder die Außenfläche genau zentrisch einspannt, den Kugellagerring rotieren läßt
und dann die von der Zentrierung unabhängige Fläche durch den Fühlstift einer Meßuhr
abtastet. Will man das Maß des Unrundlaufens an der Skala der Uhr ablesen, während
die Außenfläche zentrisch eingespannt ist, so kann man den Fühlstift an einer Stelle
des Umfanges der Innenfläche aufsetzen, die die kleinste radiale Entfernung von
der Außenfläche hat. Das muß so erfolgen, daß die Tastspitze des Fühistiftes ohne
Gegendruck gerade die Fläche berührt, so daß der Zeiger der Uhr in der Nullstellung
stehenbleibt.
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Wird der Ring dann gedreht, so schlägt der Zeiger, wenn die Innenfläche
zur Außenfläche nicht zentrisch läuft, von der Nullstellung ausgehend um einen gewissen
Betrag aus, und man hat bei jeder Winkelstellung des Ringes ein Maß für die Exzentrizität,
der der Winkelentfernung des Zeigers von der Nullstellung proportional ist.
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Da es aber zu umständlich ist, sich den Punkt der kleinsten radialen
Entfernung zwischen Innen- und Außenfläche herauszusuchen, müßte man die Tastspitze
unter einem solchen Druck auf die Innenfläche des Ringes aufsetzen, daß der Zeiger
sich um einen Betrag von der Nullstellung entfernt, der seinem mutmaßlichen größten
Ausschlag in Richtung auf die Nullstellung entspricht. Dreht sich der Ring, so schwingt
der Zeiger sowohl in dieser als auch in der entgegengesetzten Richtung aus, und
man müßte den größten Winkelweg des Zeigers in der einen Richtung
von seinem kleinsten
Winkelweg in der anderen Richtung abziehen, um den Winkelweg des Zeigers zu ermitteln,
der der vorhandenen Exzentrizität proportional ist.
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Es kommt vor, daß die Innendurchmesser vom Sollmaß abweichen, so
daß selbst dann, wenn Innen-und Außenfläche ideal zentrisch laufen und die Tastspitze
so eingestellt ist, daß sie beim Solldurchmesser der Innenfläche den Zeiger der
Uhr nicht aus der Nullstellung bewegt, eine Abweichung des Zeigers aus der Nullage
zustande kommt, so daß eine direkte Ablesung nicht erfolgen kann. Ist der Solldurchmesser
kleiner, so ist ein Ausschlag nach steigenden Werten der Skala vorhanden, ist er
größer, so berührt die Tastspitze die Innenfläche gar nicht mehr, und die Meßuhr
muß in Radialrichtung so nachgerückt werden, daß eine drucklose Berührung zwischen
Tastspitze und Innenfläche zustande kommt. Schaltet man zwischen Innenfläche und
Tastspitze einen Winkelhebel ein, wie es an sich bekannt ist, so muß dieses Nachsetzen
ebenfalls vorgenommen werden, und zwar in Richtung auf den Berührungspunkt zwischen
Tastspitze und Winkelhebel.
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Ist die Skala der Uhr so ausgeführt, daß sie in der-Mitte des Skalensegmentes
die Nullstellung trägt und
beiderseits Einteilungen für die Meßanzeige
besitzt, so ist die Meßuhr so aufzubauen, daß die Tastspitze beim Abtasten des Solldurchmessers
so weit eingedrückt ist, daß der Zeiger die Nullstellung einnimmt.
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Dann schlägt der Zeiger maxunal nach der einen Seite aus, wenn die
Tastspitze eine Stelle der Innenfläche passiert, die die kleinste radiale Entfernung
von der Außenfläche hat, und hat nach der anderen Seite seinen größten Ausschlag,
wenn eine Stelle mit der größten radialen Entfernung zwischen Innen- und Außenfläche
passiert wird. In dem Fall, daß die Skala in der Mitte des Skalensegments die Nullstellung
hat, sind beide Ausschläge aus dieser Mittellage heraus je für sich ein Maß für
die Exzentrizität. Das ändert sich aber dann, wenn der Durchmesser der Innenfläche
vom Sollmaß abweicht, weil der Zeiger in diesem Fall auch dann, wenn beide radialen
Entfernungen gleich sind - es gibt stets zwei Winkelstellungen des Ringe 5, in der
sie gleich sind -, nicht mehr in der Nullstellung steht. In diesem Falle müßte unter
Benutzung eines Musterringes, bei dem keine Exzentrizität zwischen Innen- und Außenfläche
vorhanden ist, der aber dieselbe Abweichung des Durchmessers der Innenfläche aufweist
wie der zu messende Ring, eine Neueinstellung erfolgen, wobei die Meßuhr in radialer
Richtung so nachgerückt wird, daß ihr Zeiger wieder in die Nullstellung kommt. Das
muß von Hand geschehen.
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Ein Musterring mit derselben Innentoleranz wie der zu messende steht
aber nicht zur Verfügung, so daß eine Messung des Unrundlaufens von Ringen mit voneinander
abweichenden Innendurchmessern, bei der diese Abweichungen nicht mit in das Meßergebnis
eingehen, praktisch gar nicht möglich ist. An eine Automatisierung des Meßvorganges
ist, wenn zwischen den einzelnen Messungen Einstellungen von Hand erfolgen müssen,
nicht zu denken.
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Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, diese Unvollkommerheiten
zu überwinden und eine Meßvorrichtung zu schaffen, bei der die Ausschläge des Zeigers
der Meßuhr - auch bei Abweichungen des Durchmessers der zu messenden Fläche vom
Sollmaß - stets von der Nullstellung ausgehen, so daß ein Nachrücken der Meßuhr
beim Auftreten solcher Abweichungen überflüssig ist.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch zwei Fühler, die diametral gegenüberliegende
Bereiche der Fläche abtasten, und einen von beiden Fühlern beeinflußten Ausgleichshebel,
auf dem ein Punkt, an welchem der Fühlstift der Meßuhr angreift, bei gegensinniger
Bewegung der die Fühler tragenden Hebel um ihre Gelenkpunkte in Ruhe bleibt, dagegen
bei gleichsinniger Schwenkbewegung der die Fühler tragenden Hebel in Richtung der
Bewegungsbahn des Fühlstiftes der Meßuhr zur Erzeugung einer dem Unrundlaufen der
Fläche proportionalen Anzeige verschiebbar ist.
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Eine besonders zweckmäßige Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Vorrichtung besteht darin, daß die die Fühler tragenden Hebel auf den den Fühlern
abgewendeten Seiten ihrer Drehgelenke mit Armen versehen sind, wobei der Arm des
einen Hebels an seinem dem Drehgelenk abgewendeten Ende gelenkig mit dem Ausgleichshebel
verbunden ist und der Arm des anderen Hebels mit seinem dem Drehgelenk abgewendeten
Ende auf dem freien Ende des Ausgleichshebels derart aufliegt, daß durch seine Schwenkbewegung
das freie Ende des Ausgleichshebels in zu ihrn gegenläufigen Sinne aus-Schwenkbar
ist.
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Die Meßvorrichtung nach der Erfindung ist auch deswegen besonders
vorteilhaft, weil die beiden an diametral gegenüberliegenden Bereichen der zu messenden
Fläche angreifenden Fühler gleichzeitig zur Messung des Durchmessers ausgenutzt
werden können.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.
Es zeigt Fig. 1 schematisch eine Meßeinrichtung zur Prüfung der gegenseitigen Lage
der äußeren und inneren Rotationsfläche eines Ringes, wobei die innere Rotationsfläche
einen breiten Toleranzbereich des Durchmessers hat; das Meßsystem ist in dieser
Figur in der Mittellage, Fig. 2 dieselbe Einrichtung wie Fig. 1, doch ist das Meßsystem
aus der Mittellage gedrückt; der gemessene Gegenstand ist um 900 aus der in Fig.
1 dargestellten Lage gedreht, Fig. 3 eine Einrichtung zur Feststellung des Unrundlaufens
der inneren Rotationsfläche gegenüber der äußeren Rotationsfläche, ähnlich wie in
Fig. 1 und 2, aber ergänzt durch ein weiteres Hebelsystem zur gleichzeitigen Feststellung
der Durchmesserabweichungen der inneren und äußeren Fläche, Fig. 4 eine Einrichtung
zur Feststellung des Unrundlaufens der äußeren Rotationsfläche eines Ringes gegenüber
seiner Bohrung und zur gleichzeitigen Feststellung der Durchmesser abweichungen
der äußeren Rotationsfläche.
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Auf dem gemessenen Ring ist in Fig. 1 und 2 durch Kreise 22, 23 der
Toleranzbereich des Innendurchmessers in übertriebenem Maßstab angedeutet, desgleichen
ist das Unrundlaufen, d. h. die Exzentrizität der Innenfläche zur äußeren, vergrößert
dargestellt.
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Der zu prüfende Ring 1 wird durch die als Prüfungsgrundlage dienende
Fläche, z. B. durch die äußere Fläche 21, gegen zwei Stützen 2 gleitend abgestützt,
oder in an sich bekannter Weise in ein sehr genau rund laufendes Futter eingespannt,
welches bei der Prüfung gedreht wird. Die Innenfläche 22, deren Lage gegenüber der
äußeren geprüft werden soll, wird von den Enden der Fühler 3, 4 an einander diametral
gegenüberliegenden Stellen abgetastet. Die um feste Zapfen 5, 6 drehbaren Fühler
3, 4 werden durch Federn 12 an die geprüfte Fläche 22 angedrückt. Fest verbunden
mit den Fühlern 3, 4 sind Arme 7, 8. Der Arm 7 stützt sich mit seiner Spitze gegen
das freie Ende eines Ausgleichshebels 9, der mit seinem anderen Ende an dem Arm
8 an einem Drehpunkt 6 a schwenkbar gelagert ist. Durch die Feder 10 wird der Ausgleichshebel
9 mit der Spitze des Armes 7 in Berührung gehalten. Die Stellung des Ausgleichshebels
9 ist eine solche, daß seine Längsachse bei der Mittellage des Meßsystems in der
Verbindungslinie der Zapfen 5, 6 liegt (Fig. 1). Der Ausgleichshebel 9 ist in Berührung
mit der Tastspitze des Meßgerätes 11, dessen Zeiger auf der Skala einen der Größe
des Unrundlaufens proportionalen Winkel anzeigt.
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Die Tastspitze des Meßgerätes 11 berührt den Ausgleichshebel 9 an
der Stelle 24, welche in Ruhe bleibt, wenn der Ausschlag des Ausgleichshebels 9
durch den Übergang der Berührungspunkte der Fühler 3, 4 von der ursprünglichen Fläche
22 des Ringes 1 auf die dieser Fläche äquidistante Fläche 23 erfolgt, wie durch
die gestrichelt eingezeichnete Lage der Hebel des Meßsystems in Fig. 1 und 2 angedeutet
ist.
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Wenn die in Fig. 1 dargestellte Stellung des Zeigers die Nullstellung
ist, so verbleibt der Zeiger in dieser
Stellung auch dann, wenn
der Innendurchmesser kleiner ist als der Kreis 22, z. B. so groß wie der Kreis 23.
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Das trifft auch dann zu, wenn 23 größer ist als 22.
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Da beim Übergang der Berührungspunkte der Füh ler 3, 4 von der Fläche
22 auf die Fläche 23, der Punkt 24 des Gleichgewichtshebels 9 in Ruhe bleibt, bleibt
auch das Meßgerät 11 in Ruhe, so daß eine Änderung des Durchmessers der kontrollierten
Fläche auf das Meßgerät keinen Einfluß hat.
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In Fig. 1 und 2 sind mit vollen und gestrichelten Linien zwei Lagen
des Meßsystems für zwei Größen 22 und 23 des Innendurchmessers des Ringes 1 dargestellt.
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Die erfindungsgemäße Prüfeinrichtung wird vor dem Messen und Sortieren
einer Serie von erzeugten Ringen mittels eines Musterringes (Etalons) so eingestellt,
daß der Zeiger bei der Mittelstellung des Meßsystems auf Null steht. Dann wird der
Ausschlagswinkel des Zeigers festgestellt, welcher den Grenzwerten des Unrundlaufens
des zu sortierenden Ringtyps entspricht.
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Der zu prüfende Ring 1 wird mit seiner äußeren Rotationsfläche 21
auf die festen Unterlagen 2 gelegt.
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An die innere Rotationsfläche 22 werden die Enden der Fühler 3, 4
angelegt. Der Prüfring wird auf den Unterlagen 2 von Hand oder automatisch gedreht,
und es wird der größte Ausschlag des Zeigers auf der Skala des Meßgerätes 11 festgestellt.
Nach der Größe desselben beurteilt man, ob die gegenseitige Lage der geprüften Rotationsflächen
innerhalb der zulässigen Grenzen verbleibt.
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Die in Fig. 3 schematisch dargestellte Einrichtung gestattet nicht
nur die Prüfung des Unrundlaufens der inneren gegenüber der äußeren Rotationsfläche,
sollden auch die Feststellung von Durchmesserabweichungen der inneren Rotationsfläche.
Die Fühler 3, 4 (Fig. 3) sind mit Armen 13, 14 versehen. Der Arm 13 trägt ein Meßgerät
15, der Arm 14 trägt die Mutter der Stellschraube 16. Zwischen dem Ende der Stellschraube
16 und der Tastspitze des Meßgerätes 15 ist eine Stange 17 festgehalten, deren Länge
der Entfernung der Drehpunkte 5, 6, der Fühler 3, 4 und der Arme 13, 14 voneinander
gleich ist. Die Stange 17 wird von flachen Federn 18, 19 getragen, welche an der
Platte 20 befestigt sind. Die Federn 18, 19 ermöglichen der Stange 17 eine leichte
Beweglichkeit in der Richtung von der Stellschraube 16 zum Meßgerät 15 und umgekehrt.
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Die Stellschraube 16 dient zum Einstellen der Grundstellung (Nullstellung)
des Meßgerätes 15 beim Einstellen der Prüfeinrichtung nach einem Musterring (Etalon).
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Das Meßgerät 15 der Einrichtung gemäß Fig. 3 zeigt die Durchmesserabweichungen
der inneren Rotationsfläche des kontrollierten Ringes an.
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Die in Fig. 4 schematisch dargestellte Einrichtung ist für die Ermittlung
des Unrundlaufens der äußeren Rotationsfläche gegenüber der inneren Bohrung und
zugleich zur Feststellung von Durchmesserabweichungen der äußeren Rotationsfläche
bestimmt. Von der Einrichtung gemäß Fig. 3 unterscheidet sie sich dadurch, daß sich
bei ihr der geprüfte Ring 1 mit seiner Innenfläche gegen die Unterlagen 2 stützt
und daß die Enden der Fühler 3, 4 die äußeren Rotationsflächen des Ringes 1 berühren.
Auch die Federn 12 zum Andrücken der Fühler an den Ring wirken in der umgekehrten
Richtung.
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Beim Vergleich aller in den Fig. 1 bis 4 dargestell-
ten Einrichtungen
ist zu erkennen, daß das System der Elemente 7, 8, 9 auf das Meßgerät 11 nur dann
wirkt, wenn der kontrollierte Ring unrund läuft, während eine Durchmesserabweichung
der geprüften Rotationsfläche auf das Meßgerät 11 praktisch ohne Wirkung ist.
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Hingegen wirkt das System der Elemente 13, 14, 17 auf das Meßgerät
15 nur dann, wenn der kontrollierte Ring eine Durchmesserabweichung der untersuchten
Rotationsfläche aufweist, während sich ein Unrundlaufen der untersuchten Fläche
gegenüber der Grundfläche auf dem Meßgerät 15 praktisch nicht auswirkt.
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Zur Erleichterung des Ablesens kann man bei der beschriebenen Einrichtung
anstatt der Zeigermeßgeräte 11 und 15 andere bekannte Anzeigevorrichtungen verwenden,
z. B. Kontaktabnehmer oder induktive Abnehmer, welche in bekannter Weise durch Licht-
oder Tonsignale das Ergebnis der Untersuchung auswerten.
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Diese Abnehmer ermöglichen auch die Mechanisierung bzw. Automatisierung
des ganzen Kontrollvorganges dadurch, daß man mit ihrer Hilfe eine Sortiereinrichtung
des Kontrollautomaten betätigen kann.
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Die in der Zeichnung dargestellten Beispiele enthalten keine konstruktiven
Einzelheiten der beschriebenen Einrichtung, auch die Arretiervorrichtung zum Festklemmen
oder Lösen des Systems beim Einlegen oder Herausnehmen des geprüften Gegenstandes
ist nicht dargestellt, weil diese Einzelheiten nicht Gegenstand der Erfindung sind.