DE4123598A1 - Stufenmessdorn - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung des Durchmessers einer Bohrung in einem Werkstück, bei der ein Meßdorn mit einem Abschnitt, entlang dessen Umfang erste Sensoren angeordnet sind, in die Bohrung eintaucht, und bei der die Eichung mit einem Meßring erfolgt, dessen Innendurchmesser gleich dem Nenndurchmesser der Bohrung ist.

Derartige Vorrichtungen sind bekannt (vgl.z. B. Prospektblatt Kadia 1.0408). Sie arbeiten pneumatisch mit einem Düse/Prallplatte-System, gebildet durch die Düse am Meßdorn und die Innenfläche der Bohrung bzw. des Meßrings, bei dem die aus dem Abstand beider eine Anzeige abgeleitet wird (vgl. dazu allgemein "Fertigungsmeßtechnik", herausgegeben von H. J. Warnecke und W. Dutschke, Springer Verlag, Berlin .., 1984, S. 238, 239). Die Eichung erfolgt dadurch, daß oberhalb der Werkstücke ein Meßring angeordnet ist, dessen Innendurchmesser gleich dem Nenndurchmesser ist, so daß an dessen Innenfläche beim Hindurchfahren des Meßdorns durch den Meßring die Eichung erfolgt.

Nachteilig an dieser Anordnung ist es, daß für jeden Nenndurchmesser separat ein Meßdorn und ein Eichring mit einem bestimmten Nenndurchmesser vorgesehen, die Vorrichtung also umgerüstet werden muß.

Es sind nun Meßdorne bekannt geworden, bei denen entlang verschiedener Umfangslinien mehrere Reihen pneumatischer Sensoren angeordnet sind (vgl. "Fertigungsmeßtechnik", aaO, S.221). Diese dienen jedoch zur Prüfung von Stufenbohrungen, zur Geradheitsmessung zylindrischer Bohrungen, zur Prüfung der Rechtwinkligkeit von Bohrungen und zur Prüfung von Innenkegeln. Zur Prüfung verschiedener Nenndurchmesser bei verschiedenen Werkstücken sind sie nicht geeignet, da eine Eichung beim Hindurchfahren des Meßdorns durch einen Meßring nicht möglich ist.

Andererseits sind verstellbare Düsendorne bekannt geworden ("Fertigungsmeßtechnik" aaO, S. 222; Prospekt 10/87 der Fa. Etamic, Paris). Jeglicher Verstellmechanismus für die Sensoren im Meßdorn jedoch führt zu Ungenauigkeiten. Außerdem ist die Mechanik kompliziert. Ferner ergibt sich auch dabei das Problem, daß auf dem größeren Meßdurchmesser eingestellte Sensoren wieder auf einen kleineren Durchmesser zurückgestellt werden müssen, wenn sie die Eichringe mit kleineren Nenndurchmessern durchlaufen sollen. Grundsätzlich ist davon auszugehen, daß starre Meßdorne sehr viel genauer arbeiten als verstellbare. Mit starren Meßdornen sind jedoch Vorrichtungen zur Messung verschiedener Nenndurchmesser noch nicht bekannt geworden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß bei starrer Anordnung der Sensoren ohne Umrüsten mehr als nur ein Nenndurchmesser gemessen werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Meßdorn oberhalb des erstgenannten Abschnittes einen zweiten Abschnitt aufweist, entlang dessen Umfangs, dessen Durchmesser größer als der Durchmesser des Umfanges des ersten Abschnittes ist, auf starr angebrachten Leisten gegenüber den erstgenannten Sensoren versetzte weitere Sensoren angeordnet sind, und daß die Eichung dieser Sensoren durch einen zweiten Meßring erfolgt, dessen Innendurchmesser gleich einem zweiten Nenndurchmesser ist, und daß der erste Meßring Nuten zum Durchtritt der Leisten aufweist.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.

Die Erfindung schafft also einen starren Stufenmeßdorn, der zur Messung zweier unterschiedlicher Nenndurchmesser (d₁, d₂) geeignet ist. Die zweiten Sensoren sind einem Durchmesser zugeordnet, der größer als der erste kleinere Durchmesser ist. Sie sind auf Leisten, also erhabenen Teilen, angeordnet, für die in dem Meßring für den kleineren Durchmesser Nuten vorgesehen sind. Durch diese können sich die Leisten bei Auf- und Abbewegung des Meßdorns hindurchbewegen. Auf diese Weise können in chaotischer Reihenfolge Werkstücke mit Bohrungen verschiedener Nenndurchmesser ohne Umrüstung der Vorrichtung gemessen werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung und ihrer vorteilhaften Weiterbildungen wird im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es stellen dar:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des Stufenmeßdorns 10 und der Meßringe 21, 22;

Fig. 3 eine Draufsicht auf die Meßringe 21, 22;

Fig. 4 Schnitte durch die Bereiche 1 bzw. 2 des Stufenmeßdorns 10;

Fig. 5 die schwimmende Anordnung der Meßringe 21, 22 in einer Aufnahmebüchse 50;

Fig. 6 die Arbeitsweise eines Stufenmeßdorns 10 in Bohrungen 60, 61 eines Werkstückes;

Fig. 7 ein zweites Ausführungbeispiel.

Der Stufenmeßdorn 10 wird durch einen ersten zylindrischen Abschnitt 1 mit dem äußeren Durchmesser d_1′ und einen zweiten zylindrischen Abschnitt 2 mit dem äußeren Durchmesser d_2′ gebildet. Im Abschnitt 1 befinden sich entlang des Umfangs gleichmäßig verteilt erste Meßdüsen 11. Im zweiten zylindrischen Abschnitt 2 befinden sich entlang des Umfangs, ebenfalls gleichmäßig verteilt, jedoch gegenüber den ersten Meßdüsen jeweils um 90° versetzt, zweite Meßdüsen 12. Die Meßdüsen 11 stehen mit der Leitung 3 in Verbindung, die bei pneumatischer Messung mit Druckluft beaufschlagt werden. Die zweiten Meßdüsen 12 stehen mit der Leitung 4 in Verbindung. Die Leitungen 3, 4 stehen mit Anzeigegeräten 15, 15′ in Verbindung.

Die Ausbildung des zweiten zylindrischen Abschnittes 2 ist derart, daß der für die Meßdüsen 12 maßgebliche äußere Umfang d_2′ lediglich entlang gewisser erhabener Bereiche, nämlich der Leisten 5, 6, 7, 8, gegeben ist. Dazwischen liegen Bereiche mit dem Durchmesser d_1′.

Zur Eichung des Stufenmeßdorns 10 dienen die zwei Meßringe 21 und 22. Der erste Meßring 21 hat den Nenndurchmesser d₁·d₁ ist etwas größer als d_1′, so daß der Abschnitt 1 sich durch den Innendurchmesser des Meßrings 21 hindurchbewegen kann und der Spalt zwischen den Meßdüsen 11 und den Bereichen 35, 36, 37, 38, die exakt den Nenndurchmesser d₁ haben, die Ausbildung eines zur Eichung geeigneten Signals erlaubt. In die Innenfläche des Meßrings 21 sind vier Nuten 25, 26, 27, 28 eingeschnitten, deren Breite etwas größer als die Breite der Leisten 5, 6, 7, 8 ist. Bei einer Auf- und Abwärtsbewegung des Stufenmeßdorns 10, wie durch den Pfeil 30 angedeutet, können also die Leisten 5, 6, 7, 8 durch die Nuten 25, 26, 27, 28 im ersten Meßring 21 hindurchtreten, ohne durch den Nenndurchmesser d₁ der Bereiche 35, 36, 37, 38 blockiert zu sein.

Die Innenfläche des zweiten Meßrings 22 weist den zweiten Nenndurchmesser d₂ auf. An dessen Innenfläche erfolgt die Eichung der auf Durchmesser d_2′ (etwas kleiner als d₂) liegenden zweiten Sensoren 12.

Taucht also der Abschnitt 1 in den Meßring 21 ein, und zwar derart, daß die ersten Meßdüsen 11 auf die Bereiche 35, 36, 37, 38 treffen, so kann ein an die Leitung 3 angeschlossenes Anzeigegerät 15 anhand des Nenndurchmessers d₁ geeicht, d. h. auf diesen Durchmesser abgeglichen werden. Dabei ist sicherzustellen, daß durch entsprechenden drehwinkelmäßigen Versatz die Orientierung des Stufenmeßdornes 10 gegenüber dem Meßring 21 derart ist, daß die Meßdüsen 11 auf die den Nenndurchmesser d₁ aufweisenden Bereiche 35, 36, 37, 38 und nicht etwa auf die zwischen ihnen ausgebildeten Nuten 25, 26, 27, 28 treffen.

Bei der Eichung im Meßring 22 tauchen die Leisten 5, 6, 7, 8 und die an ihnen angeordneten zweiten Meßdüsen 12 in den Meßring 22, der den Nenndurchmesser d₂ aufweist, ein. Diesem wird Druckluft über Leitung 4 zugeführt, die mit dem Anzeigegerät 15′ verbunden ist.

Zur Messung am Werkstück taucht - wie im unteren Bereich der Fig. 1 gestrichelt angedeutet - der Stufenmeßdorn 10 durch die beiden Meßringe 21, 22 hindurch in ein Werkstück 40 ein. Dies erfolgt "post-process", d. h. nach dem vorhergehenden Bearbeitungsvorgang.

Wie ersichtlich, müssen die Meßdüsen 11 gegenüber den Meßdüsen 12 um mehr als die halbe Nuten- bzw. Leistenbreite versetzt sein, damit nicht die Meßdüsen 11 beim Eintauchen in den Meßring 21 gegenüber einer Nut zu liegen kommen.

Fig. 5 zeigt die Aufnahme der Meßringe 21, 22 in einer Haltebüchse 50. Die Meßringe 21, 22 werden stirnseitig geschliffen und dann direkt aufeinander in der Aufnahmebüchse 50 gelagert. Sie werden jedoch nicht gespannt; es ist vielmehr dafür Sorge zu tragen, daß die Lagerung in der horizontalen Ebene schwimmend erfolgt, um ggf. Positionierungsfehler des Stufenmeßdorns 10 im Verhältnis zur Achse der Meßringe 21, 22 ausgleichen zu können. Zu diesem Zweck muß gewährleistet sein, daß zwischen dem Innendurchmesser der Aufnahmebüchse 50 und dem Außendurchmesser der Ringe 21, 22, d. h. im Spalt 51, mindestens ein Spiel von ca. 0,05 mm gegeben ist.

Die Anordnung muß stets so sein, daß bei der Auf- und Abbewegung des Stufenmeßdornes 10 die Leisten 5 bis 8 durch die Nuten 25 bis 28 im ersten Meßring 21 hindurchgehen können. Zu diesem Zweck sind die Meßringe - zumindest soweit sie mit Nuten versehen sind - verdrehsicher aufzunehmen. Dies wird in Fig. 5 durch den Eingriff von Verriegelungsstiften 51 in Nuten 52 im Außendurchmesser der Meßringe 21, 22 gewährleistet.

Fig. 6 zeigt das Eintauchen eines Stufenmeßdorns 10 in eine Bohrung 60 eines Werkstückes 40. Die Bohrung 60 hat den Durchmesser D₂. In diesem Falle sind die Meßdüsen 12 aktiv. Gemessen wird nach Eichung am Meßring 22 mit dem Nenndurchmesser d₂. Im Idealfall ergibt die Messung, daß D₂ gleich d₂ ist oder z. B. im Bereich von +1 bis -20 µm liegt.

Auf der rechten Seite in Fig. 6 taucht der Stufenmeßdorn 10 in eine Bohrung 61 vom Durchmesser D₁ ein. Entsprechend sind die Meßdüsen 11 aktiv. Es ist aber offensichtlich, daß die Eintauchtiefe der Meßdüsen 11 in das Werkstück 40 begrenzt ist, und zwar dadurch, daß die Leisten 5, 6, 7, 8 nicht in die Bohrung 61 eintauchen können. Es ergibt sich daher - im Sinne einer Verbesserung und vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung - der Wunsch, die Eintauchtiefe der Meßdüsen 11 durch entsprechende Gestaltung des Stufenmeßdorns verstellbar zu machen.

Dies erfolgt mittels eines Stufenmeßdorns 110, wie er in Fig. 7 dargestellt ist. Der Stufenmeßdorn 110 ist zweiteilig. Er besteht aus einem Schaft 111, an dessen unterem Ende der erste Abschnitt 101 mit Meßdüsen 111 entlang eines Umfangs mit dem Durchmesser d₁, vorgesehen ist. Auf dem Schaft 111 verschiebbar befindet sich der als Ring ausgebildete zweite Abschnitt 102 mit den Meßdüsen 112, die entlang eines Umfangs mit dem Durchmesser d_2′, welcher der größere Durchmesser ist, aktiv werden.

Fig. 7 zeigt das Eintauchen eines derartigen Stufenmeßdorns in ein Werkstück 40. Es kann so weit in die Bohrung 61 mit Durchmesser D₁ eintauchen, bis sich die Leisten am zweiten Abschnitt 102 kurz oberhalb der Oberfläche des Werkstückes 40 befinden.

Der Abschnitt 102 für den größeren Durchmesser ist auf dem Schaft 111 verdrehsicher durch eine Paßfeder 113 festgelegt, so daß ein Fluchten der Leisten am Abschnitt 102 mit den Nuten im Meßring 21 und ein Versatz der Meßdüsen 112 gegenüber den Meßdüsen 111 gewährleistet ist. Die Ausbildung des Stufenmeßdorns nach Fig. 7 ist besonders für Sacklochbohrungen (z. B. in Kurbelgehäusen) geeignet.

Die Erfindung kann auch für mehr als zwei verschiedene Nenndurchmesser verwirklicht werden. Will man also z. B. einen Stufenmeßdorn für drei Nennmaße ausbilden, dann wird man bei dem Stufenwerkzeug nach Fig. 1 oben ein dritten Abschnitt aufsetzen, der Leisten mit einem dritten Durchmesser d₃, aufweist, der dritte Meßdüsen trägt, die sowohl gegenüber den Meßdüsen 11 als auch gegenüber den Meßdüsen 12 drehwinkelmäßig versetzt sind und für die dann sowohl in dem ersten als auch in dem zweiten Meßring weitere Nuten zum Durchgang vorgesehen werden müssen, während der oberste Meßring, dem dann der Nenndurchmesser d₃ entspricht, ohne Nuten und mit dem Innendurchmesser d₃ ausgebildet werden kann. Entsprechend kann man auch mehr als drei Nenndurchmesser verwirklichen. Das Entscheidende ist die Kombination der starren Anordnung der Meßdüsen auf erhabenen Bereichen (Leisten) mit verschiedenen Durchmessern und das Anbringen von Nuten in den Meßringen mit den kleineren Durchmessern.

Außerdem wurde dem Ausführungsbeispiel eine pneumatische Messung mittels eines Systems Düse/Prallplatte zugrundegelegt. Die Erfindung ist natürlich gleichermaßen anwendbar für Meßsysteme mit anderen Sensoren, z. B. elektrischen (induktiven, kapazitiven) als auch mechanischen (z. B. Kölbchen, Fühlern od. dgl.) Meßwertaufnehmern.

Claims (6)

1. Vorrichtung zur Messung des Durchmessers einer Bohrung in einem Werkstück, bei der ein Meßdorn (10, 10) mit einem Abschnitt (1, 101), entlang dessen Umfang erste Sensoren (11, 111) angeordnet sind, in die Bohrung eintaucht, und bei der die Eichung mit einem Meßring (21) erfolgt, dessen Innendurchmesser gleich dem Nenndurchmesser (d₁) der Bohrung ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßdorn (10, 10) oberhalb des erstgenannten Abschnittes (1, 101) einen zweiten Abschnitt (2, 102) aufweist, entlang dessen Umfangs, dessen Durchmesser größer als der Durchmesser des Umfanges des ersten Abschnittes ist, auf starr angebrachten Leisten (5, 6, 7, 8) gegenüber den erstgenannten Sensoren (11) versetzte weitere Sensoren (12) angeordnet sind, und daß die Eichung dieser Sensoren durch einen zweiten Meßring (22) erfolgt, dessen Innendurchmesser gleich einem zweiten Nenndurchmesser (d₂) ist, und daß der erste Meßring (21) Nuten (25, 26, 27, 28) zum Durchtritt der Leisten (5, 6, 7, 8) aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Abschnitt (1, 101; 2, 102) des Meßdorns (10, 110) je Nenndurchmesser (d₁, d₂) mindestens zwei gegenüberliegende Sensoren (11, 12) angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßringe (21, 22) in der horizontalen Ebene schwimmend, jedoch verdrehsicher gelagert sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Abschnitt (102) des Meßdorns (110) auf einem Schaft (120), der den ersten Abschnitt (101) trägt, höhenverstellbar angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Meßdorn ein Kühlmitteldurchlaß (121) vorgesehen ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßdorn weitere Abschnitte mit weitere Sensoren tragenden Leisten aufweist, die weiteren Nenndurchmessern zugeordnet sind, und daß der Meßring zum Durchtritt auch dieser Leisten Nuten aufweist.