DE19641719C1 - Bohrungsmeßkopf - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Meßkopf für Bohrungen eines Werkstückes und insbesondere für Zylinderbohrungen eines Motorblockes. Ein solcher Meßkopf kann speziell zur Bestimmung der Wandungsrauheit (Laufflächenrauheit) als auch zu anderweitigen Meß- und Inspektionszwecken vor­ gesehen sein.

Präzisionsmessungen sowie die Bestimmung von Parame­ tern zur Beurteilung von Oberflächen sowie die Inspektion der Oberflächenbeschaffenheit sind, unabhängig von der Losgröße herzustellender bzw. zu bearbeitender Werkstüc­ ke, von Bedeutung für die Qualitätssicherung. Bspw. werden die Laufflächen von Zylinderbohrungen von Motor­ blöcken für Verbrennungsmotoren in der Regel gehont, wobei die Rauheit der gehonten Oberfläche bspw. zur Prozeßkontrolle wenigstens stichprobenhaft überprüft werden muß.

Aus der DE 39 42 805 A1 ist eine Meßvorrichtung für Bohrungen eines Werkstücks bekannt, die eine in die Bohrung einzuführende Sonde aufweist. An der Sonde ist ein Meßsystem vorgesehen, das zur Rauheitsbestimmung dient. Das Meßsystem ist an einer Führungseinrichtung gelagert, die einen parallel zu der Bohrungsachse ver­ stellbar gelagerten Schlitten und einen entsprechenden die Sonde tragenden Arm aufweist. Der Schlitten ist an einer sich vertikal erstreckenden Säule verschiebbar gelagert, die fest mit einer Meßplattform verbunden ist.

Zur Durchführung der Messung ist das Werkstück auf die Meßplattform aufzusetzen. Es muß dafür dem Produk­ tionsprozeß entnommen werden.

Aus der DE 44 12 069 A1 ist eine Meßvorrichtung zur Feststellung der Formabweichung von Bohrungen bekannt. Die Vorrichtung weist ein oder zwei Zentriervorrichtungen auf, die der Ausrichtung einer axial bewegbaren Sonde dienen. Die Sonde ist mit Meßvorrichtungen bestückt die erfassen, inwieweit die Bohrungswandung nicht parallel zu der axialen Bewegungsrichtung der Sonde ist.

Bei einer Axialbewegung der Sonde wird die zu mes­ sende Formabweichung der Bohrung erfaßt. Eine Rauheitsmessung ist wegen der hier naturgemäß sehr schnell auftretenden Meßbereichsüberschreitungen nicht möglich.

Aus der DE 40 31 490 A1 ist ein Gerät zum Messen von Bohrungsdurchmessern bekannt, das an einer axialen Hülse radial beweglich gelagerte Kontaktkörper aufweist die mittels eines Spreiztasters bewegbar sind. Das Gerät wird mittels bspw. dreier um 120° versetzter achsparalleler Kufen zentriert und ausgerichtet.

Eine axiale Vermessung der Bohrung ist hier nicht geoffenbart.

Schließlich ist aus der DE 42 25 281 A1 ein Meßkopf für Bohrungen eines Werkstücks bekannt, der eine in die Bohrung einzuführende Sonde mit einem an der Sonde vor­ gesehenen Zentriermittel aufweist, das auch als Ausricht­ mittel dient. Die Sonde ist damit so ausrichtbar, daß die Axialrichtung der Sonde im Wesentlichen parallel zur Bohrungsachse festgelegt wird. Das Meßgerät dient der Messung des Bohrungsdurchmessers. Die in die Bohrung einzuführende Sonde ist dazu in mehrere radial verstell­ bare Meßelemente unterteilt. Die Vermessung der Bohrung in Axialrichtung ist nicht vorgesehen.

Zur Rauhheitsmessung der Zylinderwandung dienen in der Regel Rauheitsmeßgeräte, die eine in die Bohrung einzuführende Sonde aufweisen. An der Sonde ist bspw. ein Taster zur Bestimmung der gewünschten Oberflächenparame­ ter angeordnet.

Die in die Bohrung eingeführte Sonde soll mit ihrer Längsrichtung weitgehend parallel bzw. koaxial zu der Bohrungsachse positioniert sein. Dazu weist die Sonde eine im wesentlichen zylindrische Mantelfläche auf, die beim Einsetzen der Sonde in die Bohrung nicht verkantet werden darf) um Beschädigungen des Werkstückes zu ver­ meiden.

Bei aufeinanderfolgender Honbearbeitung unterschied­ licher Motorblöcke in einer Fertigungslinie oder mit einer separaten entsprechenden Honmaschine, bspw. im Werkstattbetrieb, sollen die an den Bohrungen vorzuneh­ menden Messungen auf möglichst einfache Weise durchführ­ bar sein. Insbesondere sind langwierige Einstell- oder Justagearbeiten an der Meßeinrichtung wegen des damit verbundenen Zeitaufwandes nicht akzeptabel. In vielen Fällen ist es deshalb zu wünschen, daß die Sonde von Hand in die Bohrungen einsetzbar ist.

Davon ausgehend ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Meßkopf für Werkstückbohrungen zu schaffen, der einfach zu handhaben ist.

Diese Aufgabe wird durch den Meßkopf mit den Merkma­ len des Patentanspruches 1 gelöst.

Der erfindungsgemäße Meßkopf weist eine in die Werkstückbohrung einzuführende Sonde auf, die mittels einer aus einer Führungseinrichtung und einem Ausricht­ mittel bestehenden Einführhilfe koaxial und mit der Werkstückbohrung fluchtend geführt wird, schon bevor die eigentliche Sonde in die Werkstückbohrung eintritt. Die Führungseinrichtung verhindert in Verbindung mit dem Ausrichtmittel ein Verkanten der Sonde gegen die Werk­ stückbohrung sowohl beim Einführen der Sonde in das Werkstück als auch beim Herausnehmen aus diesem. Dies ermöglicht die Führung des Meßkopfes, das heißt das Einsetzen der Sonde in die Werkstückbohrung von Hand. Der erfindungsgemäße Meßkopf kann deshalb bspw. bei Stich­ probenmessungen an Fertigungslinien oder im Werkstatt­ betrieb eingesetzt werden, wobei es auf die exakte Posi­ tion des zu vermessenden Werkstückes nicht ankommt. Ein Zylinderblock kann somit unabhängig von seiner Zylin­ derzahl aus dem Bearbeitungsprozeß entnommen und von Hand vermessen werden. Während das Zentriermittel die Sonde im wesentlichen koaxial zu der Zylinderbohrung einjustiert und somit Beschädigungen der Bohrungsberandung beim Einführen der Sonde in die Bohrung vermeidet, dient das Ausrichtmittel dazu, die Bewegungsrichtung der Sonde mit der Bohrungsmittelachse in Übereinstimmung zu bringen, so daß hier möglichst keine Winkelfehler auftreten. Dies verhindert ein Verkanten der Sonde sowie sich dadurch ergebende Beschädigungen. Dabei genügt es, wenn das Bedienpersonal im Umgang mit dem Meßkopf angelernt ist.

Durch die erleichterte Einführung der Meßsonde in die Bohrung können praktisch in beliebiger Tiefe der Bohrung die gewünschten Rauheitskennwerte bestimmt wer­ den, die es bei der Herstellung einzuhalten gilt.

Das Zentriermittel kann bspw. ein stirnseitig an der Sonde vorgesehener Führungskörper sein, der sich bei nichtkoaxialem Ansatz der Sonde an dem Bohrungsrand abstützt und die Sonde dadurch seitlich so weit ver­ schiebt, bis sie axial in die Bohrung einführbar ist. Der Führungskörper kann sowohl ein als auch mehrere Führungs­ flächen aufweisen, die schräg zu der Axialrichtung an­ geordnet sind. Im einfachsten Fall ist das Zentriermittel ein Zentrierkonus, dessen Konusfläche die Führungsfläche bildet.

Der Zentrierkonus oder die anderweitigen Zentrier­ mittel sind vorzugsweise auswechselbar ausgebildet, so daß der Meßkopf auf einfache Weise an unterschiedliche Bohrungsdurchmesser anpaßbar ist. Dabei kann bspw. ein Vorrat unterschiedlicher, in 5-mm-Schritten gestufter Zentrierkörper bereitgehalten werden, die durch Klemmver­ bindungsmittel, Schraubverbindungsmittel oder anderweitige Verbindungseinrichtungen lösbar an der Sonde stirnseitig befestigt sind.

Unabhängig von der jeweiligen konkreten Ausbildung des Zentriermittels weist dieses wenigstens im Bereich der Führungsflächen eine Oberfläche auf, die Metallober­ flächen nicht zerkratzt. Die Oberfläche kann mit einer Kunststoffbeschichtung versehen sein. Alternativ ist der Zentrierkörper aus einem Kunststoff, wie bspw. PTFE, hergestellt. Dies stellt sicher, daß die innere Kante der Bohrungsberandung von dem Zentrierkörper nicht deformiert oder sonstwie beschädigt wird. Insbesondere bei der Fertigung von Zylinderblöcken ist dies im Hinblick auf die spätere Abdichtung von Bedeutung.

Eine optionale Klemmeinrichtung gestattet das Arre­ tieren der Sonde in der Bohrung, was ein ungestörtes Durchführen bspw. der Rauheitsmessung ermöglicht. Die Klemmeinrichtung kann sowohl auf unterschiedliche Stufen als auch stufenlos arretierbar sein. Im einfachsten Fall erfolgt die Arretierung durch eine in der Nähe des Füh­ rungskörpers angeordnete Klemmeinrichtung, die sich an der Bohrungswandung abstützt. Bei dieser Ausführungsform wird zugleich eine radiale Fixierung der Meßsonde er­ reicht, womit Störeinflüsse infolge von Vibrationen, die in einer Produktionsumgebung auftreten können, vermindert werden.

Die Führungseinrichtung ist vorzugsweise eine Line­ arlagereinrichtung mit zwei voneinander in Axialrichtung beabstandeten Lagern. Die Lager sind vorzugsweise Gleit­ lagerringe, die die Sonde an einer wenigstens abschnitts­ weise auf einer Zylinderfläche liegenden Außenfläche führen. Die Führungseinrichtung ist ihrerseits in ihrer Position so festgelegt, daß die von den Gleitlagerringen definierte Längsmittelachse mit der Längsmittelachse der zu vermessenden Bohrung übereinstimmt oder wenigstens parallel zu dieser ist. Dazu dient das mit der Führungs­ einrichtung verbundene Ausrichtmittel, das im einfachsten Fall durch eine Anlagefläche gebildet wird. Die Ausricht­ fläche ist an einem als Radialflansch ausgebildeten Aufstellfuß eines ansonsten rohrförmigen Führungskörpers vorgesehen, der zugleich ein Gehäuse bildet.

Der Aufstellfuß kann anstelle einer durchgehenden Anlagefläche auch einzelne, bspw. drei, sich radial erstreckende Stege mit einzelnen Auflageflächen oder mehrere, vorzugsweise drei, definierte Anlagepunkte aufweisen. Der Vorteil der durchgehenden ringförmigen Auflagefläche liegt darin, daß die sichere Ausrichtung des Aufstellfußes auf der die Bohrung umgebenden Fläche, unabhängig von sonstigen Durchbrüchen oder Öffnungen in der Fläche, sichergestellt ist.

Unabhängig von der konkreten Aufstellung des Auf­ stellfußes basiert die Ausrichtwirkung des Aufstellfußes darauf, daß bei Zylinderblöcken oder vergleichbaren Werkstücken die die Bohrung umgebende (Dicht-) Fläche feinbearbeitet und rechtwinklig zu der Bohrungswandung orientiert ist.

Das Ausrichtmittel, das heißt der Aufstellfuß, kann bedarfsweise mit einer Befestigungseinrichtung versehen sein, die den Meßkopf während der Messung an dem Werk­ stück, bspw. dem Zylinderblock, hält. Dies ist insbeson­ dere bei der Vermessung von Zylinderbohrungen von Motoren mit geneigtem Zylinderblock, wie bspw. entsprechenden Reihenmotoren, V-Motoren oder Boxermotoren, von Vorteil. Die Befestigungseinrichtung kann als Magnethalterung mit schaltbaren Permanentmagneten, mit Elektromagneten oder als Vakuumsaugvorrichtung vorgesehen sein, wobei das zu erzeugende Vakuum bspw. mittels preßluftbetriebener Strahlpumpen erzeugbar ist.

Zusätzlich kann eine zwischen Führungseinrichtung und Sonde wirkende Feststelleinrichtung zum Verhindern einer axialen Verschiebung der Sonde in Bezug auf die Führungseinrichtung vorgesehen sein. Diese ist vorzugs­ weise handbetätigt lös- und feststellbar.

Die exakte Einstellung der Meßtiefe, das heißt des Abstandes der Meßstelle von der Bohrungsberandung, wird durch eine Skala zur Bestimmung der Eintauchtiefe der Sonde in die Bohrung erleichtert. Diese kann an der Sonde vorgesehen und in Bezug auf eine an der Führungseinrich­ tung angeordnete Markierung ablesbar sein.

Ein an der Sonde vorgesehener verstellbarer An­ schlagring oder eine in ihrer Wirkung vergleichbare Begrenzungseinrichtung ergibt einen erhöhten Komfort bei Wiederholungsmessungen.

Das Meßsystem kann prinzipiell für unterschiedliche Meßaufgaben eingerichtet sein. Vorzugsweise ist es jedoch ein Rauheitsmeßgerät, das als Vorschubgerät ausgebildet ist und somit bei ansonsten arretierter Sonde die Rauheit in einem vorgegebenen Wandungsbereich mißt. Ist das Rauheitsmeßgerät als Freiabtastgerät, das heißt ohne sich an der Wandung abstützende Kufe, ausgebildet, lassen sich Insbesondere Meßfehler ausschalten, die ansonsten durch Aufschwimmen der Kufe auf Verunreinigungen oder ähnliche Einflüsse auftreten könnten.

Das Meßsystem kann zusätzlich mit einer Bildaufnah­ meeinrichtung versehen sein, die eine visuelle Inspektion der gehonten Bohrungswandung ermöglicht.

Insbesondere für den Einsatz im produktionsnahen Bereich ist es von Vorteil, wenn der Sonde eine Reini­ gungseinrichtung zum Entfernen von Verschmutzungen an der Meßstelle zugeordnet ist. Diese kann durch einen Abstrei­ fer oder durch eine druckluftbetriebene Einrichtung gebildet sein, die so angeordnet ist, daß eine Ver­ schmutzung des Meßsystems und/oder der Bildaufnahme­ einrichtung vermieden wird.

Als Zubehörteil kann für den Meßkopf eine Diagnose­ station vorgesehen sein, die bspw. Daten über die Geome­ trie der Tastspitze, die Tasterempfindlichkeit und das Vorschubgerät liefert. Die Diagnosestation weist eine Bohrung auf, in der vorteilhafterweise ein Geometrienor­ mal und bedarfsweise ein Spiegel angeordnet sind. Das Geometrienormal ist ein in eine Glasplatte eingeätztes, hochgenaues und in Länge sowie in Amplitude bekanntes, sinusförmiges Rillenprofil. Durch Abtasten dieses Profils werden Informationen über die Tasterempfindlichkeit und die Funktion des Vorschubgerätes erhalten.

Der optional eingebaute Spiegel bringt den Taster oder die Tastspitze in das Blickfeld der Videokamera (Bildaufnahmeeinrichtung), die in die Sonde eingebaut ist. Die Geometrie der Tastspitze kann somit visuell geprüft werden.

Der Meßkopf kann außerdem mit einer die Sonde auto­ matisch betätigenden Motoreinheit versehen sein. Zusätz­ lich ist es möglich, die Sonde drehbar an dem Meßkopf zu lagern, wobei die Drehung manuell oder motorisch erfolgen kann. Dies bietet Handhabungsvorteile bei der Rauheits­ messung in unterschiedlichen Winkelpositionen des Meßkop­ fes im Vergleich zur Drehung des gesamten Meßkopfes.

Weitere Merkmale vorteilhafter Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 ein Meßkopf zur Bestimmung der Rauheit der Wandung einer Zylinderbohrung vor dem Aufsetzen auf einen Zylinderblock, in vereinfachter per­ spektivischer Darstellung,

Fig. 2 den auf den Zylinderkopf aufgesetzten Meßkopf nach Fig. 1, in einer perspektivischen Darstel­ lung,

Fig. 3 den Meßkopf nach den Fig. 1 und 2, auf den Zy­ linderblock aufgesetzt und mit in die Zylin­ derbohrung eingefahrener Sonde, in vereinfach­ ter Längsschnittdarstellung und in einem anderen Maßstab,

Fig. 4 den Meßkopf nach den Fig. 1 bis 3, vor dem Aufsetzen auf einen in Längsschnittdarstellung veranschaulichten Zylinderblock, in schemati­ sierter Darstellung,

Fig. 5 den auf den Zylinderblock aufgesetzten und zu der Zylinderbohrung zentrierten Meßkopf, in Seitenansicht mit längsgeschnittenem Zylinder­ block, und

Fig. 6 den Meßkopf nach den Fig. 1 bis 5, auf den Zylinderblock aufgesetzt und mit in die Zylin­ derbohrung eingeführter Meßsonde, in schemati­ sierter Darstellung mit längsgeschnittenem Zylinderblock.

Beschreibung

Der in Fig. 1 dargestellte Meßkopf 1 dient der Bestimmung der Laufflächenrauheit von Zylinderbohrungen 2 eines Motorblockes 3. Der Meßkopf 1 ist ein von Hand an den das Werkstück bzw. den Prüfling bildenden Motorblock 3 anzusetzendes Meßgerät, das über ein entsprechendes Anschlußkabel 4 mit einer nicht weiter veranschaulichten stationären Auswerteanlage bzw. Anzeigeeinrichtung ver­ bunden ist. Zu dem Meßkopf 1 gehört ein äußeres rohrför­ miges Gehäuse 6, in dem eine Sonde 7 mit zylinderförmiger Mantelfläche längsverschiebbar gehalten ist. An ihrer von dem Gehäuse 6 abliegenden Stirnseite ist die Sonde 7 mit einem Griff 8 versehen, an dem wenigstens ein Bedienungs­ element 9, wie bspw. ein Handhebel 11, angeordnet ist.

Auf der Außenfläche des Gehäuses 6 sitzt ein in der Höhe verstellbarer weiterer Griff 12, der zur besseren Handhabung des Meßkopfes 1 symmetrisch ausgebildet ist und somit zwei Griffabschnitte 12a, 12b aufweist.

An seinem unteren, dem Motorblock 3 zugewandten Ende ist das Gehäuse 6 mit einem Aufstellfuß 13 versehen, der, wie in Fig. 2 dargestellt, zum Aufsetzen auf die obere, die Zylinderbohrungen 2 des Motorblockes 3 berandende Dichtfläche eingerichtet ist.

Einzelheiten des Meßkopfes 1 gehen aus der Schnitt­ darstellung, Fig. 3 hervor. Wie ersichtlich, ist an dem Gehäuse 6 an dem oberen, von dem Aufstellfuß 13 abliegen­ den Ende ein Führungs- und Lagerring 16 angeordnet, in dem die Sonde 7 mit ihrer zylindrischen Außenumfangs­ fläche ohne seitliches Spiel in Axialrichtung, das heißt in Fig. 3 vertikal, geführt ist. Ein entsprechender Lagerring 17 ist in dem Gehäuse 6 im Bereich des Auf­ stellfußes 13 angeordnet und gehalten. Die beiden Lager­ ringe 16, 17 bilden eine Führungseinrichtung für die Sonde 7, die sicherstellt, daß die Sonde in Bezug auf das Gehäuse 6 nur in Axialrichtung bewegbar ist.

Um eine winkelfehlerfreie Ausrichtung der Sonde 7 zu der Bohrungsachse der jeweiligen Zylinderbohrung 2 zu ermöglichen, ist der als Ausrichtmittel dienende Auf­ stellfuß 13 an seiner dem Motorblock 3 zugewandten Seite mit einer Planfläche 18 versehen, deren Flächennormale parallel zu der Längs- oder Bewegungsrichtung der Sonde 7 ausgerichtet ist. Der Aufstellfuß 13 ist dabei starr mit dem Gehäuse 6 verbunden, um Fehljustagen zu vermeiden. Die Planfläche 18 ist bei dem in Fig. 3 veranschaulichten Ausführungsbeispiel eine geschlossene Ringfläche. Es ist jedoch auch möglich, die Fläche zu unterbrechen, bspw. lediglich einzelne Stege mit streifen- oder linienförmi­ gen Ausrichtflächen oder Vorsprünge mit flächen- oder punktförmigen Ausrichtstellen bzw. Punkten vorzusehen. Der Vorteil der geschlossenen Planfläche 18 liegt darin, daß der Aufstellfuß 13 eine Ausrichtung der Sonde 7 ohne Winkelfehler in Bezug auf die Zylinderbohrung 2 unabhän­ gig von sonstigen an der Dichtfläche 14 des Motorblocks 3 mündenden Öffnungen oder Durchbrüchen ermöglicht.

Die in dem Gehäuse 6 vertikal verschiebbar gehaltene Sonde 7 ist an ihrer von dem Griff 8 abliegenden Stirn­ seite mit einem als Zentriermittel dienenden Zentrierko­ nus 19 versehen. Dieser ist lösbar an der Sonde 7 gehal­ ten und somit bedarfsweise auswechselbar. Der Zentrierko­ nus 19 ist im wesentlichen scheibenförmig ausgebildet, wobei er an seiner Außenumfangsfläche einen zylindrischen Abschnitt und einen sich an diesen anschließenden koni­ schen oder kegelstumpfförmigen Abschnitt 21 aufweist. Dieser bildet mit seiner Kegelmantelfläche eine bezüglich der Längsmittelachse oder Bewegungsrichtung der Sonde 7 einen spitzen Winkel einschließende Führungsfläche, die dazu dient, den gesamten Meßkopf 1 und insbesondere die Sonde 7 koaxial zu der Zylinderbohrung 2 auszurichten.

Der Zentrierkonus 19 weist wenigstens im Bereich des Abschnittes 21 eine Beschichtung aus einem relativ wei­ chen, nichtkratzenden Werkstoff auf. Vorzugsweise besteht er insgesamt aus einem solchen Werkstoff wie bspw. einem Kunststoff wie PTFE oder einem relativ weichen Metall. Andere Zentrierkörperformen sind möglich.

Zur Festlegung der Sonde 7 in der Zylinderbohrung 2 während der an späterer Stelle erläuterten Messung oder Inspektion der Oberflächenrauheit der Bohrungswandung ist an der Sonde 7, dem Zentrierkonus 19 benachbart ein Klemmkopf 22 angeordnet. Dieser weist einen bezüglich der Sonde 7 in Radialrichtung expandierbaren Klemmfinger 23 auf, dessen Radialstellung durch den Handhebel 11 über ein Zugseil 24 steuerbar ist. Der Klemmfinger 23 weist radial außen eine leicht gewölbte Anlagefläche auf, die beim Festklemmen der Sonde 7 in der Zylinderbohrung 2 gegen die Wandung gedrückt wird, ohne diese zu beschädi­ gen.

Zur Einstellung einer gewünschten Position der Sonde 7, daß heißt zur Festlegung ihrer Höhe, ist in dem Gehäu­ se 7 eine Klemm- oder Rasteinrichtung 26 angeordnet, die mit dem Gehäuse 6 zusammenwirkt. Die Rasteinrichtung 26 dient dazu, die Sonde 7 stufenlos oder in Schritten gegenüber dem Gehäuse 6 festzulegen. Über ein Zugseil 27 ist die Klemm- oder Rasteinrichtung 26 entweder durch den vorhandenen Handhebel 11 oder durch einen gesonderten eigenen Handhebel sperr- und freigebbar. Ein gemeinsamer Handhebel 11 für den Klemmkopf 22 und die Rasteinrichtung 26 vereinfacht die Bedienung.

Zur Einstellung einer gewünschten Meßtiefe, das heißt einer Eintauchtiefe der Sonde 7 in die jeweilige Zylinderbohrung 2, ist an der Außenumfangsfläche des Sondengehäuses, wie aus Fig. 1 ersichtlich, eine bspw. in Millimeterschritten gestufte Skale 28 angeordnet, die beim Einschieben der Sonde 7 in die Zylinderbohrung 2 so weit von dem Gehäuse 6 verdeckt wird, wie die Sonde 7 in die Zylinderbohrung 2 eintaucht. Der obere Rand des Gehäuses 6 dient somit als Markierung zum Ablesen der Skale 28. Um insbesondere für aufeinanderfolgende Messun­ gen in unterschiedlichen Zylinderbohrungen 2 eine schnel­ le Einstellung der gewünschten konstanten Meßtiefe zu ermöglichen, ist an der Sonde 7 ein auf deren Außenum­ fangsfläche sitzender, höhenverstellbarer Anschlagring 29 vorgesehen. Dieser ist mit einer Klemmeinrichtung ver­ sehen, die den Anschlagring 29 bspw. gezielt verengt oder aufweitet oder anderweitig lösbar festklemmt.

Die Messung der Oberflächenrauheit der Wandung der Zylinderbohrung 2 erfolgt mittels einer in der Sonde 7 vorgesehenen Tastspitze 31. Diese weist einen Tastkörper, bspw. eine Diamantennadel auf, die beim Messen an die Wandung angelegt wird und deren Auslenkungen durch ent­ sprechende, nicht weiter dargestellte Meßwandler aufge­ nommen und über das Anschlußkabel 4 an die Auswerteein­ richtung weitergegeben werden. Die Tastspitze 31 gehört zu einem Rauheitsmeßgerät 32, das die Tastspitze 31 mittels einer Vorschubeinrichtung über einen definierten Weg entlang der Wandung der Zylinderbohrung 2 führt. Die Vorschubeinrichtung des Rauheitsmeßgerätes 32 ist über das Anschlußkabel 4 von der Auswerteeinrichtung gesteu­ ert.

Um Verunreinigungen, Ölreste, Späne und dergleichen von der der Rauheitsmessung zu unterziehenden Wandung der Zylinderbohrung 2 wenigstens im Bereich des Weges zu entfernen, den die Tastspitze 31 zurücklegt, ist an dem Zentrierkonus 19 oder einer anderen, zwischen Tastspitze 31 und der Stirnseite der Sonde 7 gelegenen Stelle eine Abstreifvorrichtung 33 zur Säuberung der Meßstelle an­ geordnet. Die Abstreifvorrichtung kann sowohl durch geeignete Abstreifmittel als auch als Abblasvorrichtung ausgebildet sein, die die Meßstelle mit Preßluft reinigt.

Die optische Inspektion der Wandung der Zylinderboh­ rung 2 wird durch eine Kamera 34 oder eine anderweitige bildgebende Einrichtung ermöglicht, der eine nicht weiter veranschaulichte Beleuchtungseinrichtung zugeordnet ist. Sowohl die Beleuchtungseinrichtung und die Kamera 34 als auch die Tastspitze 31 erreichen die Wandung der Zylin­ derbohrung 2 durch ein entsprechendes, an der Sonde 7 vorgesehenes Fenster.

Der insoweit beschriebene Meßkopf 1 wird wie folgt gehandhabt:

Wie aus Fig. 4 hervorgeht, nimmt der Meßkopf 1, bevor er auf den Motorblock 3 aufgesetzt wird, die darge­ stellte Ruheposition ein, in der die Sonde 7 in Bezug auf das Gehäuse 6 in ihrer oberen Position befindlich ist. Von unten her gesehen, ist die Sonde 7 ganz in das Gehäu­ se 6 zurückgezogen, wobei lediglich noch ein Teil des Zentrierkonus 19 aus dem Gehäuse 6 herausragt. Der Zen­ trierkonus 19 steht mit seiner planen Stirnfläche nach unten über die Planfläche 18 des Aufstellfußes 13 vor. In dieser Position kann der Meßkopf 1 auf einem Tisch oder einer sonstigen Unterlage abgestellt werden, wobei er auf dem Zentrierkonus 19 steht und die Planfläche 18 des Aufstellfußes 13 dadurch geschützt ist.

Wird der Meßkopf 1 an einer Zylinderbohrung 2 ange­ setzt, führt der Zentrierkonus 19 den Meßkopf 1 50, daß die Sonde 7 weitgehend koaxial oder zentrisch an die Zylinderbohrung 2 angesetzt wird. Der Zentrierkonus 19 findet dabei in die Zylinderbohrung 2, wie in Fig. 5 dargestellt ist, wobei die geneigte ringförmige Führungs­ fläche den Zentrierkonus 19 und somit die Sonde 7 an der Mündungskante der Zylinderbohrung 2 ausrichtet.

Ist der Meßkopf 1 auf dem Motorblock 3 aufgesetzt, liegt die Planfläche 18 des Zentrierfußes 13 flächig an der nach oben weisenden Dichtfläche 14 des Motorblockes 3 an. Zur winkelfehlerfreien Ausrichtung der Sonde 7 in Bezug auf die Längsmittelachse der Zylinderbohrung 2 wird hier der Umstand genutzt, daß die Dichtfläche 14 bei dem Motorblock 3 sehr genau rechtwinklig zu den Zylinderboh­ rungen 2 ausgerichtet ist. Ebenfalls rechtwinklig zuein­ ander sind die Planfläche 18 des Aufstellfußes 13 und die durch die Bewegungsrichtung der Sonde 7 definierte Axiale derselben zueinander ausgerichtet.

Die Sonde 7 kann nun, wie es in Fig. 6 dargestellt ist, in Meßstellung überführt werden, indem mit dem Hebel 11 die Klemm- und Rasteinrichtung 26 gelöst und die Sonde 7 an dem Griff 8 nach unten geführt wird, so daß sie mit dem Zentrierkonus 19 und ihrem sich daran anschließenden Abschnitt in die Zylinderbohrung 2 eingeschoben wird. Ist die an der Skale 28 ablesbare Meßtiefe erreicht, wird der Hebel 11 freigegeben, wodurch mittels der Rasteinrichtung 26 ein weiteres Absenken der Sonde 7 verhindert und die Sonde 7 in der Zylinderbohrung 2 durch Wirkung des Klemm­ kopfes 22 festgeklemmt wird. Beim Einschieben der Sonde 7 in die Zylinderbohrung 2 hat außerdem die Abstreifein­ richtung 33 den nun zu vermessenden Wandungsbereich gereinigt.

Zur Durchführung der Rauheitsmessung wird das Rau­ heitsmeßgerät 32 so angesteuert, daß die Tastspitze 31 mit einer vorgegebenen Meßkraft an die Wandung angedrückt und entlang eines vorgegebenen Weges an dieser geführt wird. Die von der der Tastspitze 31 zugeordneten Meß­ einrichtung abgegebenen Meßsignale werden an die Aus­ werteeinrichtung übergeben.

Außerdem kann die Wandung mittels der Kamera 34 optisch inspiziert werden.

Bei der oben beschriebenen Vorgehensweise wird ein verkantungsfreies Ansetzen der Sonde 7 sichergestellt. Diese wird schon dann koaxial zu der Zylinderbohrung 2 geführt, wenn sie erst ein kleines Stück in die Zylin­ derbohrung 2 eingesetzt ist. Die Führung übernimmt das Gehäuse 6 mit den Lagerringen 16, 17, wobei die Führung 6 durch den Aufstellfuß 13 parallel zu der Bohrungsachse der Zylinderbohrung 2 gehalten ist. Die koaxiale Aus­ richtung besorgt der Zentrierkonus 19.

Nach beendet er Messung wird zunächst die Sonde 7 durch Betätigung des Handhebels 11 entriegelt, wobei sowohl der Klemmkopf 22 als auch die Klemm- oder Rastein­ richtung 26 in Lösestellung überführt werden. An dem Griff 8 wird nun die Sonde 7 nach oben gezogen, bis lediglich noch der Zentrierkonus 19 in der Zylinderboh­ rung 2 sitzt. Das Gehäuse 6 mit dem Aufstellfuß 13 bleibt infolge seines durch die massive Ausbildung des Aufstell­ fußes 13 beträchtlichen Gewichtes auf der Dichtfläche 14 des Motorblockes 3, so daß es auch beim Anheben der Sonde 7 eine Führung für diese bildet. Ein Verkanten der Sonde beim Herausziehen aus der Zylinderbohrung ist somit wirksam verhindert.

Bei einer nicht weiter dargestellten abgewandelten Ausführungsform kann der Aufstellfuß mit einer Verbin­ dungseinrichtung versehen sein, um diesen auf der Dicht­ fläche 14 zu befestigen. Die Verbindungseinrichtung kann eine magnetische oder pneumatische Einrichtung sein. Dies ermöglicht es, insbesondere auch schräge oder liegende Zylinderbohrungen in der vorgestellten Weise zu unter­ suchen.

Ein Meßkopf 1, der insbesondere zur Bestimmung der Rauheit von Zylinderbohrungen 2 von Motorblöcken 3 vor­ gesehen ist, weist eine Sonde 7 auf, die mit einem Rau­ heitsmeßgerät 32 versehen ist. Die Sonde 7 wird in die Zylinderbohrung 2 eingeführt und in dieser zur Durch­ führung der Messung arretiert. Als Hilfe zum Ein- und Ausführen der Sonde 7 in die bzw. aus der Zylinderbohrung 2 dient eine Führungseinrichtung 6, 16, 17, die durch einen als Ausrichtmittel dienenden Aufstellfuß 13 eine winkelfehlerfreie Führung der Sonde 7 in Bezug auf die Zylinderbohrung 2 sicherstellt. Zur koaxialen Ausrichtung der Sonde 7 zu der Zylinderbohrung 2 ist endseitig an der Sonde 7 ein Zentriermittel, bspw. ein Zentrierkonus 19, vorgesehen. Durch die so erreichte Führung der Sonde 7 wird eine Beschädigung der Zylinderbohrung 2 insbesondere im Bereich ihres Randes, das heißt ihres Überganges zu der Dichtfläche 14, verhindert.

Claims (33)

1. Meßkopf (1) für Bohrungen eines Werkstückes, insbesondere Zylinderbohrungen (2) eines Motorblocks (3), insbesondere zur Bestimmung der Laufflächenrauheit,
mit einer in die Bohrung (2) einzuführenden Sonde (7), die wenigstens ein Meßsystem (32) zur Rauheitsbe­ stimmung aufweist,
mit einem an der Sonde (7) vorgesehenen Zentrier­ mittel (19) zur Positionierung der Sonde (7) im wesentli­ chen koaxial zu der Bohrung (2),
mit einer Führungseinrichtung (6, 16, 17), an der die Sonde (7) in Axialrichtung verschiebbar gelagert ist, und
mit einem Ausrichtmittel (13), mittels dessen die Führungseinrichtung (6, 16, 17) an einer Bezugsfläche (14) des Werkstücks (3) so ausrichtbar ist, daß die Axialrichtung der Sonde (7) im wesentlichen parallel zu der Bohrungsachse festgelegt ist.

2. Meßkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zentriermittel (19) einen in die Bohrung (2) einzuführenden Abschnitt (21) mit wenigstens einer Füh­ rungsfläche aufweist.

3. Meßkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsfläche mit der Axialrichtung einen von Null verschiedenen spitzen Winkel einschließt.

4. Meßkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zentriermittel (19) ein Zentrierkonus ist.

5. Meßkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens die Führungsfläche des Zentriermittels (19) nichtabrasiv ausgebildet ist.

6. Meßkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Sonde (7) eine Klemmeinrichtung (22) vorgese­ hen ist, mittels derer die Sonde (7) in der Bohrung (2) unverschiebbar arretierbar ist.

7. Meßkopf nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmeinrichtung (22) wenigstens ein in Radial­ richtung expandierbares Klemmelement (23) aufweist, das in Klemmposition bereichsweise an der Bohrungswandung anliegt.

8. Meßkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungseinrichtung (6, 16, 17) eine Linearlager­ einrichtung (16, 17) zur Führung der Sonde (7) in Axial­ richtung aufweist.

9. Meßkopf nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zu der Linearlagereinrichtung (16, 17) zwei vonein­ ander in Axialrichtung beabstandete Lager gehören.

10. Meßkopf nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Lager Gleitringe sind, die eine wenigstens be­ reichsweise zylindrische Außenfläche der Sonde (7) füh­ ren.

11. Meßkopf nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungseinrichtung (6, 16, 17) einen rohrförmi­ gen Gehäuseabschnitt aufweist, an dessen beiden Enden die Lager angeordnet sind.

12. Meßkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungseinrichtung (6, 16, 17) an ihrer dem Werkstück (3) zugewandten Seite das Ausrichtmittel (13) trägt.

13. Meßkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausrichtmittel (13) wenigstens drei definierte Auflagepunkte aufweist.

14. Meßkopf nach Anspruch 13, dadurch gekennzeich­ net, daß die Auflagepunkte an Stegen ausgebildet sind.

15. Meßkopf nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich­ net, daß das Ausrichtmittel (13) wenigstens eine ebene Anlagefläche (18) aufweist, die mit einer die Bohrung (2) des Werkstückes (3) umgebenden Ausrichtfläche (14) in Anlage zu bringen ist.

16. Meßkopf nach Anspruch 15, dadurch gekennzeich­ net, daß das Ausrichtmittel (13) ein mit der Führungsein­ richtung (6, 16, 17) verbundener Flansch ist, an dem die Anlagefläche (18) als Ringfläche ausgebildet ist.

17. Meßkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausrichtmittel (13) mit einer Befestigungsein­ richtung zur lösbaren Befestigung an dem Werkstück (3) versehen ist.

18. Meßkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkopf (1) eine zwischen Führungseinrichtung (6, 16, 17) und Sonde (7) wirkende Feststelleinrichtung (26) zum Verhindern einer axialen Verschiebung der Sonde (7) in Bezug auf die Führungseinrichtung (6, 16, 17) auf­ weist.

19. Meßkopf nach Anspruch 18, dadurch gekennzeich­ net, daß die Feststelleinrichtung (26) handbetätigt lös- und feststellbar ist.

20. Meßkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Meßkopf (1) eine Skala (28) zur Bestimmung der Eintauchtiefe der Sonde (7) in die Bohrung (2) vorgesehen ist.

21. Meßkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Meßkopf (1) eine Begrenzungseinrichtung (29) zur variablen Festlegung der maximalen Eintauchtiefe der Sonde (7) in die Bohrung (2) ausgebildet ist.

22. Meßkopf nach Anspruch 21, dadurch gekennzeich­ net, daß die Begrenzungseinrichtung (29) ein an der Sonde (7) vorgesehener verstellbarer Anschlagring ist.

23. Meßkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßsystem ein Rauheitsmeßgerät (32) ist.

24. Meßkopf nach Anspruch 23, dadurch gekennzeich­ net, daß das Rauheitsmeßgerät (32) ein Vorschubgerät enthält.

25. Meßkopf nach Anspruch 23, dadurch gekennzeich­ net, daß das Rauheitsmeßgerät (32) ein Freiabtastgerät ist.

26. Meßkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßsystem eine Bildaufnahmeeinrichtung (34) enthält.

27. Meßkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Sonde (7) eine Reinigungseinrichtung (33) zum Entfernen von Verschmutzungen an der Meßstelle vorgesehen ist.

28. Meßkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Meßkopf (1) als Zubehörteil eine Diagnosestation zugeordnet ist.

29. Meßkopf nach Anspruch 28, dadurch gekennzeich­ net, daß die Diagnosestation eine zylindrische Bohrung aufweist, in die die Sonde (7) des Meßkopfes (1) ein­ zuführen ist und in der ein Geometrienormal angeordnet ist.

30. Meßkopf nach Anspruch 29, dadurch gekennzeich­ net, daß das Geometrienormal ein in eine Glasplatte eingeätztes sinusförmiges Rillenprofil ist.

31. Meßkopf nach Anspruch 23, 26 und 29, dadurch gekennzeichnet, daß in der Bohrung ein Spiegel derart angeordnet ist, daß die Bildaufnahmeeinrichtung (34) der Sonde (7) bei entsprechender Positionierung eine an dem Rauheitsmeßgerät (32) vorgesehene Tastspitze (31) in ihrem Blickfeld hat.

32. Meßkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er eine motorbetriebene Verstelleinrichtung zur Höhenverstellung der Sonde (7) in Führungsrichtung der die Führungseinrichtung (6, 16, 17) aufweist.

33. Meßkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde (7) zur Untersuchung der Bohrung an unter­ schiedlichen Winkelpositionen an dem Meßkopf drehbar gelagert ist.