DE2758742A1

DE2758742A1 - Vorrichtung zur bearbeitung von fluchtenden bohrungen

Info

Publication number: DE2758742A1
Application number: DE19772758742
Authority: DE
Inventors: Georg Bonifer; Irolt Dr Killmann
Original assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Current assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Priority date: 1977-12-29
Filing date: 1977-12-29
Publication date: 1979-07-12
Also published as: US4294546A; NL7810419A; DE2758742C2

Description

KecknerHxnboidt-OeuizAG ACCUSES 500C K»51n 80, den 20.12.1977

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Vorrichtung zur Bearbeitung von fluchtenden Bohrungen

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Bearbeiten von fluchtenden Bohrungen, insbesondere zur Reparaturbearbeitung von Kurbelwellenlagern bzw. deren Bohrungen an Brennkraftmaschinen.

Derartige Bohrungen werden bei ihrer Neuerstellung in der Regel von schweren Werkzeugmaschinen hergestellt, um die geforderte Genauigkeit zu erzielen. Im Reparaturfall, bei dem beispielsweise nur eine von mehreren Bohrungen nachgearbeitet werden muß, sind solch schwere Werkzeugmaschinen nicht einsatzfähig. Die Hauptschwierigkeit bei der Bearbeitung solcher Bohrungen im Montageeinsatz besteht darin, eine exakte Fluchtung des Bohrgeräts zur Achse der gewünschten Bohrung zu erreichen. Es ist bekannt, die Fluchtung durch lange Bohrwellen zu erreichen, die Jedoch ein erhebliches Gewicht aufweisen und deren Justierung nur mit einem großen Arbeite- und Zeitaufwand möglich ist. Das Gewicht spielt dabei eine große Rolle, da derartige Reparaturarbeiten z.B. bei Schiffsmotoren an verschiedenen, weit voneinander entfernten Orten durchgeführt werden müssen, so daß ein hohes Gewicht gleichbedeutend mit hohen Transportkosten ist.

Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Bearbeitung von fluchtenden Bohrungen so zu verbessern, daß diese ein geringes Gewicht hat, mit geringem Zeit- und Arbeitsaufwand auszurichten ist und trotzdem hohe Arbeitsgenauigkeit liefert. Gelöst wird diese Aufgabe der Erfindung dadurch, daß im Bereich der zu bearbeitenden Bohrung eine ein Werkzeug tragende, angetriebene Hohlwelle gelagert ist, die bezüglich eines auf der Mittelachse der Bohrungen ausgerichteten Laser-

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Strahls justiert ist. Der Laserstrahl übernimmt dabei die Aufgabe der schweren Bohrwelle in bezug auf die Ausrichtung. Er wird auf die Mittelachse der Bohrungen ausgerichtet, so daß nunmehr an jeder beliebigen Bohrstelle eine kurze Bearbeitungshohlwelle angebracht werden kann, die exakt zum Laserstrahl justiert werden kann und damit eine genaue Bearbeitung der Bohrung gestattet.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 18 enthalten. Dabei können beliebige Anzeigevorrichtungen entsprechend der optischen Einrichtung von Lichtstrahlen verwendet werden. Es ist günstig, wenn Jas Laserstrahlerzeugegerät an einer Zentrierscheibe befestigt ist. Dies kann dann anstelle einer Anzeigevorrichtung eingebaut sein, so daß für diese Zentrierscheibe die Anzeigevorrichtung entfallen kann. Gleichzeitig wird dadurch die Justierarbeit verringert, so daß nicht sowohl die Zentrierscheibe als auch das Laserstrahlerzeugegerät ausgerichtet werden müssen.

Die schwenkbare Meßvorrichtung gemäß Anspruch 4 kann beispielsweise in einem Schwenkarm bestehen, der zentrisch zur Zentrierscheibe gelagert ist und an seinem Ende eine Meßuhr aufweist. Die Anzeigevorrichtung der Justierscheibe der Hohlwelle kann dabei entsprechend den Anzeigevorrichtungen der Zentrierscheibe ausgebildet sein. Ist eine exakt fluchtende Lagerung der Hohlwelle möglich, so ist eine Justierscheibe ausreichend, üblicherweise werden jedoch zwei Justierscheiben in die Hohlwelle eingebaut, wodurch dann eine Volljustierung unabhängig von der Hohlwellenlagerung möglich ist. Tritt nach Anspruch 6 das volle Laserstrahllicht aus der vom Laserstrahlerzeugegerät am weitesten entfernten Zentrier- oder Justierscheibe aus, so ist eine exakte Ausrichtung und Justierung erfolgt. Dies kann durch eine hinter dem am weitesten entfernten Zentrier- oder Justierscheibe angeordneten Fotozelle elektronisch gemessen werden, wobei in vorteilhafter Weise der Fotozelle eine Streulinse vorgeschaltet ist.

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Anstelle der Steulinse kann auch die am weitesten entfernte Zentrier- oder Justierscheibe eine zentral angeordnete Glasscheibe mit einer der Laserstrahldicke entsprechenden öffnung aufweisen. Dabei weist die Glasscheibe von innen nach außen dunkler gefärbte Ringe auf oder ist von innen nach außen kontinuierlich dunkler gefärbt. Dieselbe Wirkung kann durch eine Scheibe aus konstant eingefärbtem, z.B. grauem, lichtdurchlässigem Glas oder Kunststoff erzielt werden, wenn die Dicke der Scheibe von innen nach außen wächst. Wird nunmehr beim Zentrieren bzw. Justieren der Laserstrahl von außen nach der Mitte hin geführt, so ergibt sich eine zunehmende Helligkeitsanzeige, die sprunghaft wächst, wenn der Strahl die zentrale Öffnung erreicht. Derselbe Effekt ermöglicht die Justierung der Hohlwelle auf dem Laserstrahl.

Die Glasfaseroptiken nach den Ansprüchen 7 bis 10 haben den Vorteil, daß sie sehr unempfindlich und darüber hinaus sehr schnell und leicht ablesbar sind. Dabei können die ringförmig um die Zentralfaser angeordneten Fasern verschiedene Färbungen aufweisen, wodurch eine zusätzliche Ableseerleichterung möglich ist Ist bei einer Glasfaseroptik mit zentraler öffnung an der Betrachtungsfläche kein Licht zu sehen, so ist eine exakte Ausrichtung bzw. Justierung erfolgt.

Ist bei der Ausgestaltung nach Anspruch 10 eine exakte Zentrierung bzw. Justierung erfolgt, so tritt der Laserstrahl durch die Durchbrechung im Umlenkspiegel, so daß dann keine Reflektierung des Strahls erfolgt. Trifft der Laserstrahl nicht auf diese Durchbrechung, so wird er auf dem Umlenkspiegel reflektiert und ergibt eine Anzeige an der Glasfaseroptik, die in diesem Falle nicht als Winkeloptik, sondern in gerader Ausführung ausgestaltet ist. Diese Ausgestaltung hat weiterhin den Vorteil, daß nur eine solche Vorrichtung in der Hohlwelle erforderlich ist, da die vordere und hintere Prismenfläche auch Winkelabweichungen der Hohlwelle anzeigt. Ist nämlich die in Richtung des Laserstrahls

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erste Prismenfläche nicht winklig zu diesem angeordnet, so erfolgt eine Brechung des Laserstrahls, wobei der gebrochene Strahl durchaus durch die Unterbrechung im Umlenkspiegel gehen kann, und an der hinteren Prismenfläche eine Rückumlenkung des Laserstrahls. Dies hat jedoch zur Folge, daß der Laserstrahl mit Achsversatz das Prisma verläßt, so daß dieser Fehler an der Anzeigevorrichtung der am weitesten entfernten Zentrier- oder Justierscheibe festgestellt werden kann.

Ist beispielsweise die Hohlwalze und damit die rrismenwalze nach Anspruch 12 richtig justiert, so treffen sich die Hilfslaserstrahlen auf der der erzeugenden Einrichtung entgegengesetzten Seite an einem bestimmten Punkt, was durch erhöhte Helligkeit oder eine Dunkelstelle, je nach Wellenlängenversatz bzw. Polarisation ersichtlich ist. Befindet sich jedoch die Prismenwalze in einer achsversetzten bzw. schiefen Lage gegenüber dem Laserstrahl, so treffen die Hilfslaserstrahlen an verschiedenen Stellen und verschiedenen Winkeln auf den reflektierenden V.'alzenmantel, wobei dann die ref!> pktierten Hilfslaserstrahlen sich nicht mehr mit dem Hauptlaserstrahl treffen und daher keine Hell- bzw. Dunkelstelie im Laserstrahl erzeugen.

Bei den Prismen nach den Ansprüchen 13 bis 16 kann der Winkel der Kegel bzw. Pyramiden so gewählt sein, daß der aus dem Prisma austretende Laserstrahl gebündelt ist, wobei die Überprüfung des Laserstrahls und damit das Ausrichten bzw. Justieren mittels einer geeigneten Vorrichtung, vorzugsv/eise mittels eines Meßmikroskopes, erfolgt. Der Kegel- bzw. Pyramidenwinkel kann aber auch so bestimmt sein, daß der aus dem Prisma austretende Laserstrahl aufgeweitet ist, wobei das zum Ausrichten bzw. Justieren erforderliche Überprüfen des Laserstrahls mittels einer geeigneten Vorrichtung, vorzugsweise mittels eines Leuchtschirms erfolgt. Diese verschieden großen Winkelmaße der Kegel bzw. Pyramiden ändern

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prinzipiell nichts am Strahlengang innerhalb des Prismas und damit an der eigentlichen Ausrichtung, sie hat Jedoch große Bedeutung auf die Art der Betrachtung, da in dem einen Fall der Laserstrahl fokussiert und im anderen Fall aufgelöst ist. Der aufgelöste Laserstrahl kann daher an einem Leuchtschirm betrachtet werden, wobei der fokussierte vorzugsweise mit einem Meßmikroskop betrachtet wird.

Durch die Ausgestaltung der Erfindung ist es in vorteilhafter Weise möglich, sowohl ein Versatz, beispielsweise der Mittelachse der Hohlwelle zum Laserstrahl, als auch eine Winkelabweichung zu ermitteln. Trifft der Laserstrahl beispielsweise koaxial und mittig auf die kegelförmige Stirnfläche des Prismas auf, so teilt sich der Strahl kegelmantelförmig auf, reflektiert an der Mantelfläche und trifft auf den Bereich der Kegelspitze der Austritt sflaehe auf, wird· dort entsprechend des Winkels gebrochen und tritt zentral gebündelt oder aufgeweitet aus, so daß ein voller Strahl sichtbar ist. Tritt der Laserstrahl an der Eingangsstirnfläche achsversetzt, aber achsparallel ein, so wird auf der der Achsverschiebungsrichtung entgegengesetzten Hälfte der Eintrittsstirnfläche eine größere Querschnittsfläche des Laserstrahls gebrochen als auf der anderen Seite, wodurch die reflektierten, auf den Austrittskegel auftreffenden Strahlen der kleineren Fläche diese Kegelhälfte nicht ganz ausleuchten, so daß innerhalb des austretenden Laserstrahls eine etwa sichelförmige Dunkelstelle zu erkennen ist, und eine einfache Nachjustierung erfolgen kann. Ein ähnliches Austrittsbild des Laserstrahls ergibt sich, wenn der Strahl zwar mittig, aber nicht parallel zur Mittelachse des Prismas einfällt. Dann reflektiert der Laserstrahlkegel an verschiedenen Stellen der Mantelfläche, wodurch der auf den Austrittskegel auftreffende reflektierte arahlring ebenfalls diese nicht ausfüllt und Dunkelstellen erkennen läßt.

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Durch die Ausgestaltung nach Anspruch 16 lassen sich Winkel- und Achsabweichungen des Laserstrahls oder der Hohlwelle besonders gut feststellen und korrigieren. Trifft beispielsweise ein Laserstrahl koaxial zur Prismenmittelachse in diesen ein, so wird er auf der senkrechten Bruchebene nicht abgelenkt, tritt durch das Prisma hindurch und wird an dem Spitzenkegel bzw. der Spitzenpyramide etwa kegelmantelförmig aufgeweitet. Der außerhalb der Bruchebene auf den Kegelstumpf bzw. den Pyramidenstumpf auf die Stirnfläche auftreffende Laserstrahlteil wird an der spiegelnden Mantelfläche reflektiert und an dem Kegel- bzw. Pyramidenstumpf an der Austrittsstirnfläche gebrochen, jedoch mit einem anderen Winkel, so daß sich die Kegelmantelringe auf einer Betrachtungsebene treffen und dort einen Ring Reicher Lichtstärke, je nach Polarisation, ergeben. Trifft der Laserstrahl achsversetzt oder winklig zur Mittelachse in das Prisma ein, so entstehen in diesem Betrachtungsring helle bzv/. dunkle sichelförmige Flächen bzw. je nach Polarisation dunkle und helle Stellen bzw. dunkle und helle radiale Striche.

Die Anzeigevorjbhtungen nach den Ansprüchen 13 bis 16 sind einfach und preisgünstig herzustellen, einfach im Aufbau und für den Transport sehr gut geeignet sowie unempfindlich gegen Erschütterungen und überdies sehr gut zur Zentrierung des Laserstrahls in den Kurbelwellenlagerbohrun^en bzw. zum Justieren der Hohlwelle zum Laserstrahl geeignet, wobei, da auch Winkelabweichungen gut zu erkennen sind, in der Hohlwelle nur ein Prisma eingebaut zu werden braucht.

Da die Genauigkeit des Laserstrahls durch Verschmutzungen und Turbulenzerscheinungen der Luft gestört werden kann, wird vorgeschlagen, daß zwischen den Zentrierscheiben und der Hohlwelle, an den Zentrierscheiben und der Hohlwelle dichtend angeschlossene Schutzrohre vorgesehen sind. Diese Schutzrohre halten unerwünschte Außeneinflüsse vom Laserstrahl ab. Durch das Merkmal des Anspruchs 18 wird sichergestellt, daß kein Schmutz in den durch die Hohlwelle und die Schutzrohre gebildeten Raum eindringt.

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Um eine Verfälschung durch eventuelle Streuerscheinungen des Laserstrahls an kleinen Bohrungen auszuschalten, können die Lochblenden bzw. Anzeigevorrichtungen ausschwenkbar gestaltet sein, die nach dem Justieren bzw. Zentrieren aus der Laserstrahlebene herausgeklappt werden. Auch eine Vergrößerung der öffnung nach Art einer Blende nach dem Meßvorgang erbringt die gleiche Wirkung.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung; verwiesen, in der Ausführungsbeispiele der Erfindung vereinfacht dargestellt sind. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung, bei der die Zentrier- und Justierscheiben Glasfaseroptiken tragen;

Fig. 2 einen Schnitt entsprechend Fig. 1, bei der jedoch die Zentrier- und Justierscheiben zentrale Bohrungen aufweisen und bei der an dem entgegengesetzten Ende des Laserstrahlerzeugergerätes eine Fotozelle angebracht ist;

Fig. 3 einen Schnitt durch eine Zentrierscheibe mit Glasfaseroptik, bei der eine Meßvorrichtung und eine Spannvorrichtung zu sehen ist;

Fig. 4 einen Schnitt entsprechend der Linie IV-IV durch die Glasfaseroptik in Fig. 3;

Fig. 5 einen Schnitt durch eine Anzeigevorrichtung mit einem Umlenkspiegel und einer Glasfaseroptik;

Fig. 6 eine Fotozelle in Verbindung mit einer Glasscheibe, die von der öffnung ausgehend radial nach außen in ihrer Dicke zunimmt;

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Fig. 7 ein erfindungsgemäßes Prisma im Längsschnitt mit einer zylindrischen Mantelfläche und Hohlkegeln an den Stirnflächen, wobei die Kegelwinkel so gewählt sind, daß der Laserstrahl gebündelt ist;

Fig. 8 einen Längsschnitt durch ein Prisma entsprechend Fig. 1, dessen Kegelwinkel so gewählt sind, daß der austretende Laserstrahl aufgeweitet ist;

Fig. 9 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Prisma, bei dem die Kegel der Stirnflächen aus diesem hervorragen und der austretende Laserstrahl ebenfalls gebündelt ist und

Fig. 10 einen Längsschnitt durch ein erfindun^sgemäßes Prisma mit zylindrischer Mantelfläche, einer zentralen Bruchfläche am Kegel der Lasereintrittsstirnfläche und einem zentralen Spitzenkegel an der Stirnfläche des Laserstrahlaustritts.

In den Figuren 1 und 2 sind, soweit es sich um gleiche Teile handelt, die gleichen Bezugszifr'ern gewählt. Mit 1 ist ein nur zum Teil dargestelltes Kurbelgehäuse bezeichnet, das Lagerbohrungen 2,3 und 4 hat. Für das vorliegende Ausführungsbeispiel wird angenommen, daß die Lagerbchrung 3 für sich allein,beispielsweise aufgrund einer Reparatur bearbeitet werden muß, wogegen die Lagerbohrungen 2 und 4 gute fluchtende Oberflächen haben und nicht bearbeitet zu werden brauchen. In den Lagerbohrungen 2 und 4 sind daher je eine mit 5 und 6 bezeichnete Zentrierscheibe eingesetzt und durch Spannen befestigt. Zu diesem Zweck sind an den Zentrierscheiben 5 und 6 Spannschrauben 7 und 8 verstellbar angeordnet. An den Zentrierscheiben 5 und 6 ist weiterhin zentral gelagert eine um 360° schwenkbare Meßvorrichtung 9 und 10 befestigt, die je einen Schwenkarm 11 und eine Meßuhr 12 aufweisen. Im Zentrum der Zentrierscheiben 5 und 6 ist je eine zentrale Bohrung

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13 und 14 angebracht, die unter Zuhilfenahme der Meßvorrichtungen 9 und 10 so ausgerichtet werden können, daß ihre Mitte mit der Mittelachse der Bohrungen 2 bis 4 zusammenfallen. Außerhalb der Bohrung 2 ist ein mit 15 bezeichnetes Laserstrahlerzeugegerät angeordnet, das auf einem Sockel 16 durch Stellschrauben 17 Justierbar ist. Der Sockel 16 ist nicht näher dargestellt am Kurbelgehäuse oder an einem festen Untergrund befestigt. Vom Laserstrahlerzeugegerät 15 geht ein mit 18 bezeichneter Laserstrahl aus, der entlang der gesamten Lagerbohrungen 2 bis 4 reicht. Gemäß Figur 1 weisen die Zentrierscheiten 5 und 6 an der dem Laserstrahlerzeugegerät 15 entgegengesetzten Seite je eine Glasfaseroptik 19 und 20 auf, mittels denen das Laserstrahlerzeugegerät 15 so einjustiert werden kann, daß der Laserstrahl mit der Mittelachse der Bohrungen übereinstimmt. Im Ausführungsbeiapiel gemäß Fig. 2 ist an der dem Laserstrahlerzeugegerät 15 entgegengesetzten Seite der Zentrierscheibe 6 eine mit 21 bezeichnete Streulinse und mit 22 bezeichnete Fotozelle zentral befestigt. Die Fotozelle 22 weist eine elektrische Leitung 23 auf, die zu einem Anzeigegerät 24 führt. Ist die maximale Lichtintensität in der Foxozelle 22 erreicht, was am Anzeigegerät 24 zu ersehen ist, so ist gemäß Figur 2 der Laserstrahl in der Mitte der Bohrung 2 bis 4 angeordnet. Hierbei ist vorausgesetzt, daß der Bohrungsdurchmesser etwa gleich groß wie der Durchmesser des Laserstrahls 18 ist. Zur Vermeidung von Streuerscheinungen kann der Bohrungsdurchmesser nach dem Einjustieren bzw. Einrichten durch einen Blendenmechanismus vergrößert werden.

In Fig. 6 ist eine Variante zur Streulinse dargestellt. Da die Fotozelle, die elektrische Leitung und das Anzeigegerät in gleicher Weise ausgeführt sind, haben sie auch die gleichen Bezugszeichen. Innerhalb der Zentrierscheibe 6 ist eine mit 48 bezeichnete Glasscheibe eingebaut, die mit einer etwa der Laserstrahldicke

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entsprechenden Öffnung zentral eingebaut ist. Die Glasscheibe 48 nimmt von der Öffnung ausgehend in ihrer Dicke nach außen hin zu und ist grau gefärbt. Dadurch entsteht ein sehr guter Helligkeitsunterschied in der Fotozelle sobald der Laserstrahl die Öffnung erreicht oder verläßt bzw. entlang der Glasscheibe wandert.

Im Bereich der Lagerbohrung 3 sind zwei Lagerböcke angeordnet, die mit 25 und 26 bezeichnet sind. Die Lagerböcke stützen sich nicht dargestellt auf das Kurbelgehäuse 1 bzw. auf ein Fundament der Maschine ab. Innerhalb der Lagerböcke ist eine mit 27 bezeich nete Hohlwelle gelagert. Auf der Hohlwelle 27 ist ein Werkzeug 28 befestigt, das entlang der Hohlwelle axial verschiebbar ist und in Verbindung mit der Drehung der Hohlwelle die Lagerbohrung 3 bearbeitet. In der Nähe des Lagerbocks 26 ist auf der Hohlwelle ein Kettenrad 29 befestigt, welches mit einer Antriebskette 30 zusammenwirkt, wobei die Kette 30 mit dem Kettenrad eines nicht dargestellten Antriebsmotor kämmt. Innerhalb der Hohlwelle 27 sind zwei Justierscheiben 31 und 32 befestigt. Im Zentrum der Justierscheiben 31 und 32 sind Bohrungen 33 und 34 angebracht, die den Bohrungen 13 und 14 der Zentrierscheiben entsprechen und ebenfalls einen der Dicke des Laserstrahls 18 entsprechenden Durchmesser haben. Die Lagerböcke 25 und 26 werden dabei soweit verstellt, bis der Laserstrahl glatt durch die Bohrungen 33 und 34 hindurchtritt. Ist dies erreicht, so ist die Hohlwelle 27 zur Mittelachse der Lagerbohrungen 2 bis 4 justiert. Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 schließt sich auf der dem Laserstrahlerzeugegerät abgewandten Seite der Justierscheiben 31 und 32 eine Winkelglasfaseroptik 35 und 36 an, deren Betrachtungsflächen 37 und 38 aus der Wand der Hohlwelle 27 herausragen. Dadurch ist es in einfacher Weise möglich, die Richtung einer Desaxierung einer Hohlwelle zu ermitteln, so daß eine schnelle Justierung erfolgen kann. Zwischen der Hohlwelle 27 und den Zentrierscheiben 5 und 6 sind, was in Figur 1 ersichtlich ist, Schutzrohre 39 und 40 angebracht. Die Schutzrohre sind drehbar auf der Hohlwelle 27 angeordnet und dichtend mit den Zentrierscheiben und der Hohl-

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welle ausgebildet. Das Schutzrohr 39 weist einen Luftanschluß 41 auf, durch den aus einer nicht dargestellten Quelle gefilterte Luft herangeführt werden kann, so daß im Hohlraum der Schutzrohre und der Hohlwelle ein leichter überdruck erzeugt werden kann. Wie aus den Figuren 3 und 4 zu ersehen ist, ist die mit 19 bzw. 20 bezeichnete Faseroptik mittels Schrauben 42 an der Zentrierscheibe 5 bzw. 6 befestigt. Die zentrale Bohrung 13 bzw. 14 hat bei Verwendung einer Glasfaseroptik einen größeren Durchmesser. Die eigentliche Zentrierbohrung wird bei der Glasfaseroptik dadurch erzeugt, daß, was insbesondere aus Fig. 4 zu ersehen ist, die zentrale Glasfaser weggelassen ist. Ist der Laserstrahl richtig ausgerichtet, so ist auf der mit 43 bezeichneten Betrachtungsfläche der Glasfaseroptik nichts..zu sehen, da der Laserstrahl ungehindert durch die Mittelöffnung der Glasfaseroptik treten kann. Die einzelnen Glasfasern können zur besseren und schnelleren Ausrichtung ringförmig vom Zentrum ausgehend verschiedene Färbungen aufweisen. Die Winkelglasfaseroptiken 35 und 36 an den Justierscheiben 33 und 34 sind abgesehen von der winkligen Ausbildung entsprechend Fig. 3 ausgebildet und angeordnet und können daher auch an die Zentrierscheiben 5 und 6 angebaut sein.

In Fig. 5 ist mit 43 ein Prisma bezeichnet, das in einem Halter

44 befestigt ist, wobei der Halter 44 an den Justierscheiben 31 32, den Zentrierscheiben 5ι 6 oder der Hohlwelle 27 angebaut ist. Innerhalb des Prismas 43 ist ein halb durchlässiger Umlenkspiegel

45 eingesetzt, der im Zentrum eine bohrungsähnliche Durchbrechung 46 in der Spiegelungsschicht hat. Die Zentrierung oder Justierung erfolgt so, daß der Laserstrahl 18 durch diese Durchbrechung ungehindert durchtritt. In der Mantelfläche des Halters

44 ist eine Glasfaseroptik 47 eingesetzt, die der mit 19 und 20 bezeichneten Glasfaseroptik entsprechen kann. Tritt der Laserstrahl 18 nicht durch die Durchbrechung 46, so wird er vom Umlenkspiegel

45 gebrochen und erscheint an der Glasfaseroptik 47. Die Verwendung der Einrichtung gemäß Fig. 5 hat den Vorteil, daß eine Justierscheibe für die Hohlwelle ausreichend ist, da das Prisma

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die Funktion der anderen übernimmt. Trifft nämlich der Laserstrahl nicht rechtwinklig auf das Prisma auf, so verläßt er das Prisma mit Achsversatz, der dann an der Anzeigevorrichtung der letzten Zentrierscheiben festgestellt werden kann.

In den Fig. 7 bis 10 ist, soweit dargestellt, mit 50 eine Hülse bezeichnet, die nicht dargestellt in den Zentrier- 5, 6 oder Justierscheiben 32, 33, bei den Justierscheiben jedoch eine Hülse für beide Scheiben, befestigt In der Hülse 50 ist ein mit 51 bezeichnetes Prisma fest eingesetzt, welches eine zylindrische Mantelfläche 52 und Stirnflächen 53 und 54 aufv/eist. Die Prismen 51 sind so in die Justier- oder Zentrierscheiben eingesetzt, daß der Laserstrahl an den Stirnflächen 53 ein- und an den Stirnflächen 54 austritt. Die Stirnflächen 53 der Prismen gemäß Fig. 7 und 8 weisen einen Hohlkegel 55 auf, der in beiden Figuren in gleicher '//eise so ausgebildet ist, daß sich ein an der Mantelfläche dieses Hohlkegels brechender Laserstrahl auf die reflektierende. Mantelfläche 52 auf trifft. Die Stirnflächen 54 der Prismen 51 in Fig. 7 und 8 weisen ebenfalls je einen Hohlkegel 56 und 57 auf, wobei der Winkel des Kegels 56 so gewählt ist, daß ein austretender Laserstrahl gebündelt ist, v/ährend der Winkel des Hohlkegels 57 ein anderes Maß hat, so daß der Laserstrahl aufgeweitet wird. Durch diese Aufweitung wird die Intensität verringert, so daß dieser austretende Laserstrahl auf einem Leuchtschirm betrachtet werden kann, wogegen der gebündelte Laserstrahl gemäß Fig. 7 einem Meßmikroskop zugeführt wird.

Die Stirnflächen 53 und 54 des Prismas 51 gemäß Fig. 9 weisen ebenfalls Kegel 58 und 59 auf, die jedoch als Vollkegel ausgebildet sind und aus den Stirnflächen 53 und 54 hervortreten. Der Kegelwinkel des Kegels 58 ist dabei wieder so gewählt, daß der austretende Laserstrahl entsprechend Fig. 7 gebündelt ist. Eine prinzipielle Änderung des Strahlenganges erfolgt nicht, wenn man davon

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absieht, daß sich die Laserstrahlen innerhalb des Prismas kreuzen. In den Fig. 8 und 9 tritt der Laserstrahl koaxial zur Mittelachse des Prismas in dieses ein, was zur Folge hat, daß ebenfalls ein koaxialer, in dem einen Fall aufgeweiteter und im anderen Fall gebündelter Laserstrahl das Prisma verläßt. Trifft, wie in Fig. 7 dargestellt, der Laserstrahl zwar achsparallel aber außermittig in das Prisma ein, so erhält die obere Mantelfläche des Kohlkegels 55 einen größeren Anteil des Laserstrahlquerschnitts als die untere Hälfte. Da Jsdoch die von der Hohlkegelspitze ausgehenden Strahlen den Außenring des austretenden Laserstrahls bilden, erscheint am Austritt ein Laserstrahl mit rundem Querschnitt. Ein bestimmter Anteil des an der Mantelfläche 52 reflektierten Teils der oberen Laserstrahlhälfte gelangt jedoch auf die untere Hälfte des Hohlkegels 56 und verstrahlt, wobei die Restmenge des Laserstrahls wie bei zentrischem Auftreffen die obere Hälfte des austretenden Strahls bildet. Die vom eintretenden Laserstrahl getroffene unter Hälfte des Hohlkegels 55 reicht jedoch nicht aus, um die untere Hälfte des Hohlkegels ganz auszufüllen, so daß nun innerhalb des austretenden Laserstrahls von rundem Querschnitt eine dunkle Sichel erscheint. Erscheint diese Sichel auf dem Meßmikroskop oder auf dem Leuchtschirm, so wird die Zentrier- oder Justierscheibe so weit in der der Sichel entgegengesetzten Richtung verschoben, bis ein Vollaserstrahl erscheint. Eine ähnliche Änderung des austretenden Laserstrahls tritt auf, wenn das Prisma nicht parallel verschoben, sondern wenn die Mittelachse und der Laserstrahl winklig zueinander angeordnet sind.

Die Stirnfläche 53 des Prismas 51 in Fig. 10 weist einen Kegel auf, dessen Spitze entfernt ist, so daß eine Bruchebene 61 entsteht die senkrecht zur Mittelachse des Prismas 51 angeordnet ist und einen kreisflächigen Querschnitt hat. Die Stirnfläche 54 des Prismas 51 ist ebenfalls als Kegel 62 ausgebildet, und mit einem Spitzen-

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kegel 63 versehen. Die Grundfläche des Spitzenkegels 63 entspricht der Fläche der Bruchebene 61. Der Spitzenkegel 63 ist stumpfer ausgebildet als der Kegel 62, so daß die die Mantelfläche des Spitzenkegels 63 durchdringenden Strahlen in einem anderen Winkel gebrochen werden als die die Kantelfläche des Kegels 62 durchdringenden Strahlen. Wie der Fig. 10 zu entnehmen ist, treffen sich bei koaxialem Eintritt des Laserstrahls in das Prisma die aus dem Prisma kegelmantelförmig sich erweiternden Strahlen in einer Betra^htungsebene und bilden dort einen geneinsamen Betrachtungsring. Tritt der Strahl koaxial in das Prisma ein, so ist dieser senkrecht zur Prismenmittelachse ausgerichtete Betrachtungsring ohne Unterbrechungen von gleichmäßiger Helligkeit. Tritt der Laserstrahl jedoch winklig bzw. achsversetzt in das Prisma ein, so entstehen innerhalb des Betrachtungsringes sichelförmige Flächen anderer Lichtintensität bzw. Je nach Polarisation der dort zusammentreffenden Laserstrahlen Hell- oder Dunkelflächen bzw. helle oder dunkle radiale Streifen oder Striche. Das Prisma bzw. die Zentrier- oder Justierscheiben werden so weit verschoben, bis ein Ring gleichmäßiger Lichtintensität erscheint.

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Claims

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Patentansprüche

1J Vorrichtung zum Bearbeiten von fluchtenden Bohrungen, insbesondere zur Reparaturbearbeitung von Kurbelwellenlagern bzw. deren Bohrungen von Brennkraftmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der zu bearbeitenden Bohrung (3) eine ein Werkzeug (28) tragende, angetriebene Hohlwelle (27) gelagert ist, die bezüglich eines auf die Mittelachse der Bohrungen (2-4) ausgerichteten Laserstrahls (18) justiert ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in benachbarten oder entfernten Bohrungen (2-4) zu der zu bearbeitenden Bohrung (3) Zentrierscheiben (5,6) eingesetzt sind, die Anzeigevorrichtungen (13» 14, 19» 20) zum Ausrichten des Laserstrahls (18) aufweisen.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Laserstrahlerzeugegerät (15) an einer Zentrierscheibe (5» 6) befestigt ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Zentrierscheibe (5, 6) schwenkbare Meßvorrichtungen (9, 10, 11, 12) und verstellbare Spannmittel (7, 8) aufweisen, mittels deren die Zentrierscheiben (5» 6) innerhalb der Bohrungen (2, 4) ausricht- und fixierbar sind..
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlwelle (27) in ihrem Innern zumindest eine Justierscheibe (31 oder 32) hat, die eine Anzeigevorrichtung (35, 36) zum Justieren der Hohlwelle (27) aufweist.

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KKcknerHumboki-OeutzAG OAu Äid J\Uß - ?. - 20.12.1977

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6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Zentrierscheiben (5, 6) und Justierscheiben (31> 32) der Laserstrahldicke etwa entsprechende zentrale Bohrungen (13, 14 bzw. 33» 34) aufweisen.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigevorrichtungen zum Zentrieren und Justieren als Glasfaseroptiken (19, 20 bzw. 35, 36) ausgebildet sind.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasfaseroptiken (19, 20 bzw. 35, 36) eine zentrale, der Laserstrahldicke etwa entsprechende öffnung, beispielsweise durch Entfernen der zentralen Faser erzeugt, aufweisen.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 und 7 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die Glasfaseroptiken (35, 36) der Justierscheiben (31,32) winklig ausgebildet sind, wobei die Betrachtungsflächen (37, 38) der Optiken bei Einbau in die Hohlwelle (27) innerhalb bzw. außerhalb der Wandung derselben angeordnet sind.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentrierscheiben (5, 6) und/oder Justierscheiben (31, 32) einen in einem Prisma (43) gelagerten halb durchlässigen Ifalenkspiegel (45) aufweisen, mit dem eine Glasfaseroptik (47) zusammenwirkt, wobei die Spiegelungsschicht im Zentrum des Umlenksspiegels (45) eine etwa der Laserstrahldicke entsprechende Durchbrechung (46) hat.

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MöcknerHumbokt-DeubAQ ΔΕΏΧΙΕΟ - 3 - 20.12.1977

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11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der Zentrierscheiben (5, 6) vorzugsweise die Zentrierscheibe (6) eine zentral angeordnete Glasscheibe (48) mit einer der Laserstrahldicke etwa entsprechende öffnung aufweist, die von der öffnung ausgehend in ihrer Dicke nach außen hin zunimmt und/oder von innen nach außen verstärkt kontinuierlich oder ringförmig zunehmend gefärbt ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß als Justiereinrichtung der Hohlwelle (27) mittig innerhalb derselben eine Prismenwalze mit einem reflektierenden Walzenmantel eingebaut ist und daß der Prismenwalze in Laserstrahlrichtung eine kegelig ausgerichtete Hilfslaserstrahlen erzeugende Einrichtung, vorzugsweise eine optische Linse, vorgebaut ist, wobei die Hilfslaserstrahlen auf den reflektierenden Walzenmantel treffen.
13· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Justier- und/oder Ausrichteinrichtunsen als Prisma (51) ausgebildet sind, dessen Mantelfläche (52) reflektierend und dessen Stirnflächen (53, 54) kegel- (55 - 57) bzw. pyramidenförmig ausgeführt sind.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13» dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel der Kegel (55, 58 bzw. 56, 59) bzw. Pyramiden so gewählt ist, daß der aus dem Prisma (51) ausstretende Laserstrahl gebündelt ist, wobei die überprüfung des Laserstrahls und damit das Ausrichten bzw. Justieren mittels einer geeigneten Vorrichtung, vorzugsweise mittels eines Meßmikroskopes erfolgt.

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Klöckner-Humbotd-DeutzAG ZAUvJrflll* -L- 20.12.1977

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15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel der Kegel (55 bzw. 57) bzw. Pyramiden so bestimmt ist, daß der aus dem Prisma (51) austretende Laserstrahl aufgeweitet ist, wobei das zum Ausrichten bzw. Justieren erforderliche Überprüfen des Laserstrahls mittels einer geeigneten Vorrichtung, vorzugsweise mittels eines Leuchtschirms erfolgt.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitze des Kegels (60) bzw. der Pyramide der Stirnfläche (53) des Laserstrahleintritts gebrochen ist, wobei die Bruchebene (61) senkrecht zur Prismenmittelachse verläuft und kleiner bzw. höchstens gleich dem Querschnitt des Laserstrahls ist und daß die Spitze des Kegels (63) bzw. der Pyramide der Stirnfläche (54) des Laserstrahlaustritts kegel- bzw. pyramidenförmig abgewandelt ist, wobei die Grundfläche des Spitzenkegels (63) bzw. der Spitzenpyramide der Größe der Bruchebene (61) entspricht und der Spitzenkegel (63) bzw. die Spitzenpyramide in einem solchen Maße stumpfer ist, daß die parallel zur Prismenmittelachse eingetretenen, aus dem Kegel (62) bzw. der Pyramide und aus dem Spitzenkegel (63) bzw. der Spitzenpyramide austretenden Laserstrahlen in einer räumlich gut erreichbaren Betrachtungsebene zusammenfallen.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Zentrierscheiben (5, 6) und der Hohlwelle (27) an dieser dichtend angeschlossene Schutzrohre (39, 40) vorgesehen sind.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Schutzrohre (39,40) einen Luftanschluß (41) hat und daß zumindest während des Arbeitsvorganges innerhalb der Hohlwelle (27) und der Schutzrohre (39, 40) ein leichter Überdruck herrscht.

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