DE20110415U1

DE20110415U1 - Überprüfungsvorrichtung für die Maß- und/oder Formtoleranzen einer rotationssymmetrischen Fläche eines Werkstückes

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Publication number: DE20110415U1
Application number: DE20110415U
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Priority date: 2001-06-26
Filing date: 2001-06-26
Publication date: 2001-10-11
Anticipated expiration: 2011-06-27

Description

K 253a

Knäbel, Horst, Dipl.-Ing., Friedenstraße 10a, 40667 Meerbusch

Überprüfungsvorrichtung für die Maß- und/oder Formtoleranzen einer^

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Überprüfung der Maß- und/oder der Formtoleranzen einer rotationssymmetrischen Fläche eines Werkstückes, bestehend aus einer Halterung mit mindestens einem die rotationssymmetrische Fläche abtastenden Sensor.

Zur Überprüfung der Maß- und Formtoleranzen von rotationssymmetrischen Ausnehmungen, insbesondere von Bohrungen, in Werkstükken sind Vorrichtungen bekannt, die aus einer dornartigen Halterung bestehen, die an ihrem in die rotationssymmetrischen Ausnehmung einführbaren Ende mit mindestens einem Sensor bestückt ist, über den die Wandung der rotationssymmetrischen Ausnehmung abgetastet wird. Um die rotationssymmetrische Ausnehmung an möglichst vielen Punkten überprüfen zu können, wird die dornartige Halterung während des UberprüfungsVorganges noch gedreht und/oder axial verschoben. Aus der Anzahl der auf diese Weise ermittelten Meßwerte können dann Maß- und/oder Formabweichungen ermittelt werden. Eine solche Vorrichtung ergibt jedoch keine Ergebnisse, wie sie die Norm ISO 1101 verlangt. Die dornartige Halterung verändert nämlich während der Überprüfung ihre Position innerhalb der rotationssymmetrischen Ausnehmung und zur Wandung derselben, so daß sich kein reales Bezugssystem einstellen kann. Weiterhin ist die Anzahl der Meßpunkte zu gering, um eine flächendeckende Überprüfung zu gewährleisten, wie ebenfalls die Norm ISO 1101 verlangt.

Ähnliche Probleme treten auch bei der Überprüfung von Wellen oder anderen Werkstücken auf, die eine äußere, rotationssymmetrische Fläche besitzen. Hier werden Vorrichtungen eingesetzt, bei denen die zu überprüfenden Werkstücke auf Prismen oder Böcke mit Abrollscheiben aufgelegt werden, um eine partielle Überprüfung der Rundheit und des Rundlaufes zu einer vorgegebenen Bezugsfläche vornehmen zu können. Auch hier ist keine normgerechte Überprüfung der Abweichung der Zylinderform möglich, zumal ein zu großer Rundlauffehler der Abrollscheiben die Meßgenauigkeit negativ beeinflußt.

Es sind zwar Meßmaschinen bekannt, die über ein Bezugssystem verfügen, wie beispielsweise bei einem Formtester. Mit diesen Meßmaschinen können die vorerwähnten Überprüfungsvorgänge entsprechend der Forderung der Norm durchgeführt werden. Der Einsatz derartige Meßmaschinen ist jedoch mit hohen Kosten verbunden und erfordert für die Messungen auch einen hohen Zeitaufwand.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Überprüfung der Maß- und/oder der Formtoleranzen einer rotationssymmetrischen Fläche eines Werkstückes zu schaffen, die preisgünstig herstellbar und leicht zu handhaben ist, normgerechte Ergebnisse liefert und direkt im Fertigungsbereich eingesetzt werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen Gattung vorgeschlagen, daß das Werkstück mit einem Referenzkörper zur Bildung eines ringförmigen, von der rotationssymmetrischen Fläche des Werkstückes und einer rotationssymmetrischen Fläche des Referenzkörpers begrenzten Meßraumes verbindbar ist, daß die Halterung in axialer Richtung in den ringförmigen Meßraum bewegbar ausgebil-

det ist und mindestens einen einerseits die rotationssymmetrische Fläche des Werkstückes und andererseits die rotationssymmetrische Fläche des Referenzkörpers meßwerterfassenden Sensor aufweist und die Halterung mit dem Sensor relativ gegenüber dem Werkstück und dem Referenzkörper bewegbar ist.

Bei einer solchen Vorrichtung überprüft der Sensor den Abstand zwischen einer rotationssymmetrischen Fläche eines Werkstückes und der rotationssymmetrischen Fläche eines Referenzkörpers. Dabei kann die rotationssymmetrisch^ Fläche des Werkstückes sowohl die Wandung einer Bohrung als auch eine Mantelfläche eines Zylinders sein. Der Referenzkörper besitzt dann, in Abhängigkeit von dem Werkstück, entweder eine äußere Mantelfläche oder eine innere Wandung, die die sogenannte Referenzfläche bildet. Die Referenzfläche des Referenzkörper ist in vorteilhafter Weise feinstbearbeitet und die Toleranzen des Durchmessers, der Rundheit und der Zylinderform entsprechen beispielsweise denjenigen von Lehrdornen bzw. Lehrringen. Darüber hinaus können die Maßabweichungen bei der Auswertung berücksichtigt werden. Eine solche Vorrichtung liefert normgerechte Ergebnisse, ist kostengünstig herstellbar und leicht zu handhaben und kann direkt im Fertigungsbereich eingesetzt werden.

Weitere Merkmale einer Vorrichtung gemäß der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 und 14 offenbart.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand in einer Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigen

Fig.l eine teilweise geschnittene Aufrißdarstellung einer Vorrichtung gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine teilweise geschnittene Darstellung einer geringfügig gegenüber der Fig.1 abgeänderten Vorrichtung gemäß der Erfindung und

Fig. 3 eine andere Ausgestaltung einer Vorrichtung nach der Erfindung .

In den Figuren 1 und 2 der Zeichnung sind Vorrichtungen gezeigt, die zur Überprüfung der Maß- und/oder Formtoleranzen einer rotationssymmetrischen Fläche 2 eines Werkstückes 1 dienen. Gemäß den Figuren 1 und 2 der Zeichnung ist die rotationssymmetrische Fläche 2 eine Bohrung, beispielsweise eine Zylinderbohrung im Block eines Verbrennungsmotors, während in der Fig.3 das Werkstück 1 eine Welle ist und die rotationssymmetrische Fläche 2 die Mantelfläche des Werkstückes 1 bildet. Die Vorrichtung gemäß der Fig.l dient zur Überprüfung von rotationssymmetrischen Fläche 2 mit größerem Durchmesser, während bei der Fig.2 die rotationssymmetrischen Fläche 2 die Wandung einer kleinen Bohrung ist.

Die Vorrichtung gemäß der Fig.l besteht zunächst aus einer Platte 3, die hier als Flansch ausgebildet ist und die sich mit einem Ansatz 3a innerhalb einer Bohrung 4 mit der rotationssymmetrischen Fläche 2 zentriert. Die Platte 3 nimmt eine Gewindebuchse 5 auf, in der eine Spindel 6 drehbar gehalten ist. Die Spindel 6 ist mit ihrem in der Zeichnung oben befindlichem Ende mit einem Motor 7 verbunden, der seinerseits von einer Flanschplatte 8 getragen wird. Die Flanschplatte 8 ist über eine

Führung 9 gegen Drehung gesichert, kann sich allerdings mit der Spindel 6 nach unten bewegen. Die Führung 9 ist auf der Oberseite der Platte 3 befestigt. Dem Antriebsmotor 7 ist ein Impulsgeber 10 zugeordnet, über den der Winkel bzw. die Anzahl der Umdrehungen, die der Antriebsmotor 7 nach seinem Einschalten zurücklegen muß, voreinstellbar ist.

Auf der Platte 3 befindet sich ein Stator 11a, der zusammen mit einem auf der Spindel 6 befindlichen Rotor 11b ein Speisungsund Signalübertragungssystem bildet. Auch ein Schleifring ist für einen solchen Zweck einsetzbar. Die Spindel 6 ragt durch einen an der Unterseite der Platte 3 befindlichen hülsenartigen Referenzkörper 13, der entweder eine Führungsbuchse oder ein Gewinde für die Spindel 6 besitzt. Bedarfsweise kann auch hier eine Gewindebuchse vorgesehen sein. Der Referenzkörper 13 besitzt eine äußere Referenzfläche 12 . An ihrem aus dem Referenzkörper 13 herausragenden Ende nimmt die Spindel 6 eine topfartige Halterung 14 auf, an deren oberem Ende ein aus beispielsweise zwei Tastelementen gebildeter Sensor 15 angebracht ist. Der Sensor 15 befindet sich damit in einem vom Werkstück 1 und dem Referenzkörper 13 gebildeten Meßraum. Der Sensor 15 ist über eine nicht gezeichnete elektrische Leitung mit dem Rotor 11b des Signalübertragungssystems verbunden. Die Tastelemente des Sensors 15 liegen an der rotationssymmetrischen Referenzfläche 12 des Referenzkörpers 13 und der rotationssymmetrischen Fläche 2 der Bohrung 4 des Werkstückes 1 an.

Beim Anschalten des Antriebsmotors 7 werden nun die Tastelemente des Sensors 15 an den rotationssymmetrischen Flächen des Referenzkörpers 13 und des Werkstückes 1 entlang bewegt. Dabei führt die Spindel 6 nicht nur eine Drehung aus, sondern bewirkt auch eine axiale Verschiebung der Halterung 14, so daß der Sensor 15, ausgehend von der gezeichneten Lage, eine quasi spiralförmige

Bewegung nach unten bis in eine vorgegebene, untere Endposition ausführt. Während dieses Bewegungsvorganges werden die Abstandsmaße zwischen der rotationssymmetrischen Fläche 2 des Werkstükkes 1 und der Referenzfläche 12 des Referenzkörpers 13 kontinuierlich gemessen, wobei jedoch eine Übertragung der Meßwerte an einen Datenspeicher nur in vorgegebenen Intervallen erfolgt. Diese Intervalle können über den Impulsgeber 10 vorgegeben werden. Wenn beispielsweise, bei einer Gewindesteigung der Spindel 6 vom 1,5 mm alle zwei Winkelgrade gemessen wird, ergeben sich bei einer Höhe der rotationssymmetrischen Fläche 2 des Werkstükkes 1 von etwa 100 mm etwa 12.000,00 verwertbare Meßwerte und bei einem Durchmesser der Bohrung 4 von etwa 80 mm ergibt sich so ein Rastermaß von etwa 1,5 mal 1,5 mm. Nach dem Abschluß des Überprüfungsvorganges wird die Halterung 14 und damit der Sensor 15 wieder in seine Ausgangsposition zurückbewegt. Die ermittelten Meßdaten können nun unter Berücksichtigung bzw. Einbeziehung der sogenannte Meisterabweichung ausgewertet werden.

Im Abänderung des erläuterten Ausführungsbeispieles der Fig.l ist es möglich, die Gewindespindel 6 als Welle auszubilden und über einen anders ausgestalteten Antrieb axial zu verschieben und zu drehen. Falls bei einer solchen Ausgestaltung die Welle nicht mehr als eine Umdrehung zu durchlaufen hat, kann auf das aus Stator 11a und Rotor 11b bestehende Signalübertragungssystem verzichtet werden. In einem solchen Fall ist jedoch der Einsatz einer Meßeinrichtung erforderlich, mit der die axiale Bewegung erfaßt werden kann.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 ist die Platte 3 an einem winkelförmigen Tragkörper 16 befestigt, der auf seinem unteren Schenkel das Werkstück 1 mit der rotationssymmetrischen Fläche 2

aufnimmt. Die Spindel 6 trägt jetzt direkt an ihrem aus der Platte 3 herausragenden Ende die topfartige Halterung 14, die mit dem Sensor 15 bestückt ist. Die Referenzfläche 12 wird hier durch die äußere Mantelfläche eines dornartigen Referenzkörpers 17 gebildet, der in dem Tragkörpern 16 zentriert ist. Der eigentliche Meß- bzw. Überprüfungsvorgang erfolgt hier in gleicher Weise wie bereits anhand der Fig.l erläutert.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig.3 befindet sich die rotationssymmetrische Fläche 2 auf einem als Welle ausgebildeten Werkstück 1, welches von einem hülsenartigen Referenzkörper 13 mit einer inneren Referenzfläche 12 mit Abstand umschlossen wird. Sowohl das Werkstück 1 als auch der Referenzkörper 13 werden von einer Spannvorrichtung 18 aufgenommen. Der Referenzkörper 13 liegt entweder auf Prismen oder Abrollscheiben 19 auf und wird von einem Zahnriemen oder einem Reibrad 20 in Drehbewegung gesetzt. Die Tastelemente des Sensors 15 befinden sich an einem Ende einer stabartigen Halterung 21, die auf einem Schlitten 22 befestigt ist. Während der Drehbewegung des Referenzkörpers 13 und des Werkstückes 1 wird die stabartige Halterung 21 mit dem Sensor 15 in den zwischen dem Referenzkörpers 13 und dem Werkstück 1 gebildeten Meßraum eingeführt. Der Bewegungsablauf für den Überprüfungs- bzw. Meßvorgang ist mit demjenigen der Vorrichtung der Fig.l identisch.

Der Sensor 15 kann als elektrisches, beispielsweise induktives oder kapazitives Längenmeßgerät ausgebildet sein. Bei der Verwendung eines induktiven Sensors besteht die Möglichkeit, diesen so auszubilden und anzuordnen, daß er beispielsweise mit einer Art Wippe und seinem Grundkörper die den Abstand begrenzenden Flächen gleichzeitig antastet. Der Sensor 15 kann jedoch auch aus zwei induktiven Einbaumeßtastern gebildet sein, die, Rücken an Rücken liegend und in Summe geschaltet, den Abstand erfassen.

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Mit einer solchen Anordnung können größere Abstände und auch größere Formabweichungen erfaßt werden. Der Sensor 15 kann aber auch als Feder mit Dehnungsmeßstreifen ausgebildet sein, die an beiden rotationssymmetrischen Flächen 2 und 12 anliegt und damit den Abstand zwischen diesen Flächen 2 und 12 mißt. Ferner ist es möglich, den Sensor 15 als pneumatisches Meßsystem auszubilden, welches mit zwei sich gegenüberliegenden Düsen den Abstand zwischen dem Werkstück 1 und dem Referenzkörper 13 erfaßt.

Claims

1. Vorrichtung zur Überprüfung der Maß- und/oder der Formtoleranzen einer rotationssymmetrischen Fläche eines Werkstückes, bestehend aus einer Halterung mit mindestens einem die rotationssymmetrische Fläche abtastenden Sensor dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück (1) mit einem Referenzkörper (13, 17) zur Bildung eines ringförmigen, von der rotationssymmetrischen Fläche (2) des Werkstückes (1) und einer rotationssymmetrischen Fläche des Referenzkörpers (13, 17) begrenzten Meßraumes verbindbar ist, daß die Halterung (14, 21) in axialer Richtung in den ringförmigen Meßraum bewegbar ausgebildet ist und mindestens einen einerseits die rotationssymmetrische Fläche (2) des Werkstückes (1) und andererseits die rotationssymmetrische Fläche des Referenzkörpers (13, 17) Meßwert erfassenden Sensor (15) aufweist und die Halterung (14, 21) mit dem Sensor (15) relativ gegenüber dem Werkstück (1) und dem Referenzkörper (13, 17) bewegbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Referenzkörper (13) eine äußere rotationssymmetrische Fläche und das Werkstück (1) eine innere rotationssymmetrische Fläche (2) aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Referenzkörper (13) eine innere rotationssymmetrische Fläche und das Werkstück (1) eine äußere rotationssymmetrische Fläche (2) aufweist.

4. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung (14) topfartig ausgebildet und an ihrem Boden mit einem Hub-Drehantrieb verbunden ist.

5. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung als ein durch einen Schlitten (22) verfahrbarer Stab (21) ausgebildet ist.

6. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Referenzkörper (13, 17) und das Werkstück (2) ortsfest angeordnet sind und die Halterung (14) bewegbar ausgebildet ist.

7. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung (21) drehfest angeordnet und der Referenzkörper (13) und das Werkstück (1) bewegbar gelagert sind.

8. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (15) zwei sich radial gegenüberliegende Tastelemente aufweist.

9. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (15) als elektrisches, pneumatisches oder mit einem Dehnungsmeßstreifen bestücktes Meßelement ausgebildet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (15) mit Tastelementen als Wippe und Spulenkörper ausgebildet ist.

11. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 10 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Halterung (14, 21) eine Speisungs- und Signalübertragungseinrichtung zugeordnet ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Speisungs- und Signalübertragungseinrichtung als Fernübertragungssystem aus einem Stator (11a) und einem Rotor (11b) gebildet ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, das der Stator (11a) axial verschiebbar gelagert und mit der axialen Verschiebung des Rotors (11b) gekoppelt ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Speisungs- und Signalübertragungseinrichtung aus einem Schleifring gebildet ist.