DE8020849U1

DE8020849U1 - Pneumatische Meßeinrichtung

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Publication number: DE8020849U1
Application number: DE8020849U
Authority: DE
Original assignee: Nagel Maschinen- und Werkzeugfabrik 7440 Nuertingen De GmbH
Current assignee: Nagel Maschinen- und Werkzeugfabrik 7440 Nuertingen De GmbH
Priority date: 1980-08-02
Publication date: 1983-12-29

Description

Anmelderin: NAGEL Maschinen- und Werkzeugfabrik GmbH 7440 Nürtingen

Pneumatische Meßeinrichtung

Die Erfindung betrifft eine pneumatische Meßeinrichtung zum Messen eines Abstandes, mit mindestens einer Gasdüse, wobei der Abstand zwischen der Düse und einem Werkstück aufgrund des sich der Strömung aus der Düse entgegenstellenden Strömungswiderstandes gemessen wird.

Zur Messung des Durchmessers von Bohrungen sind pneumatische Meßdorne bekannt. Bei ihnen wird Luft durch zwei diametral angeordnete Düsen ausgeblasen, wobei der sich der ausströmenden Luft entgegenstellende Strömungswiderstand von dem Abstand zwischen Düse und Bohrungsrand abhängig ist. Daher kann der Strömungswiderstand zur Bestimmung des Durchmessers der Bohrung verwendet werden. Es findet dabei eine Differenzmessung statt.

Selbstverständlich läßt sich mit dieser Art der Messung

auch der Abstand zwischen einer Düse und einer Fläche messen.

Pneumatische Meßeinrichtungen dieser Art werden in der Fertigungsindustrie verwendet, um während eines Bearbeitungsganges Änderungen von Bemessungen festzustellen. Dabei wird jeweils eine bestimmte Zeit bearbeitet, anschließend gemessen, und anschließend in Abhängigkeit von dem Meßergebnis weiter-

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bearbeitet oder nicht. Wenn nicht gemessen wird, werden die Meßeinrichtungen von der zu messenden Fläche entfernt. Wenn sie von den Flachen entfernt werden, führt das freie Ausblasen der Luft aus den Düsen zu Verschmutzungen und Belästigungen. Daher wird üblicherweise die den Luftdruck aufbauende Luftpumpe erst dann eingeschaltet ,wenn gemessen wird. Bis sich der konstante Luftdruck innerhalb des gesamten Leitungssystemes bis hin zur Düse aufgebaut hat, vergeht einige Zeit. Deshalb besteht bei pneumatischen Meßeinrichtungen dieser Art der allgemeine Nachteil, daß sie eine relativ lange Zeit für die Messung brauchen.

Aufgrund der Tatsache, daß ständig der Druck in den Leitungen zwischen dem minimalen und dem maximalen Luftdruck hin- und her schwankt, führt dies zu einem Abdriften des Meßergebnisses über längere Zeiträume, was aufgrund von Temperaturschwankungen noch begünstigt wird.

Im Zusammenhang mit Honvorrichtungen werden schon pneumatische Meßdorne verwendet, die zusammen mit der auf-und abgehenden Honspindel bewegt werden und zur Messung von Innendurchmessern gehonter Bohrungen dienen. Aufgrund des schon erwähnten Nachteils der relativ langen Meßzeit wird daher die Hubbewegung des Honwerkzeuges, über dem der Meßdorn angeordnet ist, mit relativ kleiner Geschwindigkeit ausgeführt. Um gleichzeitig eine wirtschaftliche Bearbeitungszeit zu ermöglichen, wird daher mit relativ großer Spanabnahme pro Hub gearbeitet. Dies bedeute jedoch, daß zwischen zwei Messungeneine relativ große Änderung des Durchmessers erfolgt, was die Abschaltgenauigkeit verschlechtert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine pneumatische Meßeinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die zum Messen nötige Zeit wesentlich verkürzt und ein Abdriften des Meßergebnisses verringert wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung eine pneu-

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matische Meßeinrichtung der eingangs genannten Art vor, bei der ein durch die Relativbewegung zwischen Meßeinrichtung und Werkstück betätigbares Druckstauelement vorhanden ist, das zwischen einer Wartestellung, in der es im Strömungs· bereich des aus der Düse austretenden Gasstrahles liegt, und einer Meßstellung, in der es die Düse zur Messung freigibt, hin- und herbewegbar ist.

In der Wartestellung wird daher das freie Ausblasen der Luft verhindert, was die Umweltbelästigungen und Verschmutzun-

gen gering hält, gleichzeitig wird die Notwendigkeit des Abschaltens der Luftpumpe beseitigt. Damit bleibt der Luftdruck in den Gasleitungen ständig aufrecht erhalten, was unmittelbar zu einer Verkürzung der Meßzeit führt, da nicht mehr abgewartet werden muß, bis sich der Druck wieder aufgebaut hat. Gleichzeitig schwankt der Luftdruck während des Betriebes der Einrichtung nur in ganz engen Grenzen, so daß ein Abdriften des Meßergebnisses verringert wird.

In Weiterbildung sieht die Erfindung vor, daß das Druckstauelement als Eichelement verwendbar ist. Dies kann dadurch erreicht werden, daß der Abstand zwischen der Düse und der auf die Düse hin gerichtete Fläche des Druckstauelementes genau kalibriert ist. Das bedeutet nichts anderes, als daß in Wartestellung ein fester, vorbekannter Abstand gemessen wird. Dementsprechend läßt sich das tatsächlich angezeigte Meßergebnis aufgrund des bekannten Meßergebnisses korrigieren. Die Eichung kann dabei periodisch durchgeführt werden, beispielsweise sogar zwischen je zwei Meßvorgängen.

Besonders günstig ist es dabei, wenn der Abstand zwischen der der Düse zugewandten Seite des Druckstauelementes und der Düse in der Wartestellung um einen geringen Betrag kleiner ist,als das zu messende Endmaß. Das bedeutet, daß sich der Ausschlag des Meßinstrumentes zwischen Wartestellung und Meßstellung nur um kleine Beträge ändert,

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wobei die Ausschläge mit Annäherung an das Fertigmaß größer werden.

Vorzugsweise ist das Druckstauelement durch Federkraft in Richtung auf die Wartestellung beaufschlagt. Damit wird erreicht, daß unmittelbar nach Beendigung des Meßvorganges in jeder Lage und Anordnung der Meßeinrichtung das Druckstauelement in die Wartestellung gebracht wird.

In Weiterbildung schlägt die Erfindung vor, daß die pneumatische Meßeinrichtung als Meßdorn ausgebildet ist, längs dessen Umfang verteilt mindestens zwei radial verlaufende Düsen angeordnet sind, und daß ein Durchmesser gemessen wird. Dabei kann der Meßdorn derart ausgebildet sein, daß die Düsen radial nach außen austreten, womit der Durchmesser einer Innenbohrung gemessen wird. Die Möglichkeit des Durchmessermessens ist dadurch gegeben, daß einmal der Abstand der Düse zu der Fläche gemessen wird, während andererseits der Durchmesser des Umfanges, auf dem die Düsen angeordnet sind, bekannt ist und in das Meßergebnis eingehen kann. Es können beispielsweise zwei diametral gegenüberliegende Meßdüsen Verwendung finden, es können jedoch auch drei oder mehr Meßdüsen sein, die gleichmäßig verteilt über dem Umfang angeordnet sind. Bei mehreren Düsen wird jeweils ein Mittelwert für den Strömungswiderstand gemessen, mit dessen Hilfe auch dann der Durchmesser gemessen werden kann, wenn der Mittelpunkt des Kreises, auf dem die Düsen liegen, nicht mit dem Mittelpunkt der zu messenden Bohrung übereinstimmt.

Der Meßdorn kann aber auch hülsenartig ausgebildet sein, wobei die Düsen radial nach innen sich öffnen. In diesem Fall kann er zur Messung des Außendurchmessers von Zapfen o.dgl. verwendet werden.

Bei Verwendung dieses Meßdorns zusammen mit einem auf- und ab bzw. hin- und hergehenden Honwerkzeug tritt der besondere

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Vorteil auf, daß aufgrund der kurzen Meßzeit eine schnellere Hubgeschwindigkeit des Honwerkzeuges verwendet werden kann, aufgrund der man den Zustelldruck verringern kann. Dies führt zu einem geringeren Abtrag pro Hub, was wiederum die Abschaltgenauigkeit verbessert.

Bei der Ausführung der pneumatischen Meßeinrichtung als Meßdorn ist das Druckstauelement vorzugsweise als Druckstauring ausgebiIdet.Dabei sollte der Innendurchmessers dieses Druckstauringes um einen geringen Betrag, beispielsweise einige hundertstel Millimeter, kleiner sein, als das Fertigmaß der Bohrung.

Um eine weitere Verbesserung der pneumatischen Meßeinrichtung bezüglich des Abtriftens der Meßergebnisse zu gewährleisten, schlägt die Erfindung weiterhin vor, daß der in der Leitung zu der Düse herrschende Druck auf einen Meßwandler einwirkt, der den Druck in eine elektrische Größe umwandelt. Während bei bekannten pneumatischen Meßeinrichtungen auch die Anzeige pneumatisch erfolgte, wozu eine relativ lange Druckleitung benötigt wurde, kann der von der Erfindung vorgeschlagene Meßwandler eng an der Druckleitung zwischen der Luftpumpe und der Meßeinrichtung angebracht werden. Während bislang Temperaturschwankungen einen großen Einfluß auf die Leitung zu dem Anzeigeinstrument hatten, fällt dies bei einer elektrischen Leitung weg.

in Weiterbildung ist vorgesehen, daß der Meßwandler an ein elektronisches Bauteil angeschlossen ist, das den zu messenden Abstand mit Hilfe eines analogen oder digitalen Anzeigeinstrumentes anzeigt. Dieses elektronische Bauteil kann vorteilhaft dazu verwendet werden, ein Eichen des An-Zeigeinstrumentes und/oder des Meßwandlers in der Wartestellung der Meßeinrichtung automatisch durchzuführen. Zu diesem Zweck kann ein durch die Relativbewegung der Meßeinrichtung betätigbarer Anschlagschalter vorgesehen sein,

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der jeweils dann, wenn die Einrichtung in Wartestellung geht, eine Eichung des Meßwandlers und/oder des Anzeigeinstrumentes durchführt.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorzüge der Erfindung ergeben sich aus Unteransprüchen, der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform sowie anhand der Zeichnung. Hierbei zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäß ausgebildeten Meßdorn;

Fig. 2 einen Schnitt etwa nach Linie H-II in

Fig.1.

Der von der Erfindung vorgeschlagene pneumatische Meßdorn enthält eine Fallhülse 11. An ihrem oberen Ende 12 besitzt die Fallhülse zwei angeschraubte Platten 13, die zur Befesti gung dienen können. Außerdem kann das obere Ende 12 mit einem Innengewinde versehen sein.

Im Bereich des unteren Endes 14 ist die Fallhülse 11 mit einem umlaufenden Wulst 15 versehen, der durch eine ebenfalls umlaufende Ausnehmung 16 in zwei Abschnitte aufgeteilt ist. Die Außenseite des Wulstes15 ist luftdicht mit einem angelöteten Ring 17 abgeschlossen.

Längs der Fallhülse 11 verläuft eine Leitung 18, die durch den oberen Teil des Wulstes 15 hindurchgeht und in der Ausnehmung 16 mündet.

Die Ausnehmung 16 ist an zwei Punkten über je eine Leitung19 mit einer Düse 20 verbunden, die an zwei diametralen Punkten im unteren Randbereich der Fallhülse 11 nach außen austreten,

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Das äußere Ende der Leitung 18 wird im Betrieb des Meßdorns mit einer Druckluftquelle und einer Anzeigeeinrichtung versehen, die Druckluft gelangt über die Leitung 18 in die Ausnehmung 16 und von dort über die Leitungen 19 zu den I)üsen20, aus denen sie austritt.

Um den Ring 17 ist ein Luftstauring 21 angeordnet, der an seiner Unterseite einen rechtwinklig nach innen verlaufenden breiten Rand 22 besitzt. Dieser Luftstauring 21 gleitet auf der Außenseite des Ringes 17. Oberhalb des Wulstes 15 ist in die Innenseite des Luftstauringes 21 eine Scheibe 23 eingesetzt, die die Verschiebungsbewegung des Ringes 21 nach unten durch Anlage an dem Wulst 15 begrenzt. Die Anordnung ist so getroffen, daß bei Auflage der Scheibe 23 auf dem Wulst 15 der verbreiterte Rand 22 des Luftstauringes 21 die Düsen 20 verschließt.

An der linken Seite der Fallhülse 11 ist ein Ansatz 24 angeordnet, zwischen den und die Scheibe 23 eine Feder 25 eingesetzt ist. Zur Sicherung der Feder 25 kann am Ansatz 24 ein Stift 26 angebracht sein.

Es ist ebenfalls möglich, um ein Verkanten des Luftstauringes 21 zu verhindern, mehrere Federn 25 über den Umfang der Fallhülse 11 verteilt anzuordnen.

An seinem unteren Rand, siehe Fig.2, besitzt die Fallhülse11 an ihrem Umfang insgesamt sechs Hartmetal!plättchen 27, deren Außenseiten auf einem genau definierten Kreis liegen. Diese Hartmetallplättchen 27 bilden ein mechanisches Meßkaliber.

Wie aus Fig.1 und Fig.2 hervorgeht, sind die Düsen 20 jeweils in einem dieser Hartmetall plättchen 27 angeordnet. Damit wird gewährleistet, daß der Abstand der Düsenöffnungen selbst kalibriert ist, d.h. ganz genaue Werte annimmt. Darüberhinaus wird die Abnutzung der Düsen 20 aufgrund des Materials möglichst gering gehalten. Beides zusammen bedeutet

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eine möglichst große Meßgenauigkeit.

Beim Eintauchen der Fallhülse 11 in eine zu messende Bohrung wird der Luftstauring 21 in Richtung des Pfeiles 28 gegen die Wirkung der Feder 25 verschoben, bis die Düsen 20 freigegeben werden, so daß Luft aus ihnen austreten und gegen die Seitenwände der Bohrung fließen kann.

Der Verschiebeweg des Luftstauringes 21 muß natürlich so gewählt werden, daß die Fallhülse 11 soweit in die Bohrung eintauchen kann, daß die Düsen 20 an der richtigen Stelle messen können.

In Figur 1 ist schematisch ein Werkstück 30 eingezeichnet, dessen Bohrung 31 von einem nicht dargestellten Honwerkzeug bearbeitet werden soll. Die Fallhülse 11 dient zur Meßung des Durchmessers dieser Bohrung 31. Beim Absenken der FaIlhülse 11 wird der Druckstauring 21 durch Anlage seiner Unterseite an der Oberseite des Werkstückes 30 nach oben verschoben, so daß der aus den Düsen 20 austretende Luftstrom auf die Innenseite 32 der Bohrung 31 gerichtet ist. An der Oberseite der Leitung 18 ist schematisch die Einrichtung zum Anzeigen des gemessenen Durchmessers der Bohrung 31 dargestellt. An die Leitung 18 schließt sich über eine im einzelnen nicht dargestellte flexible Leitung 33 ein T-Stück 34 an, dessen eines Ende mit einer Luftpumpe 35 verbunden ist. Diese Luftpumpe liefert einen Luftstrom mit möglichst konstantem Druck. Die Luft strömt durch die Leitung 18 und die Düsen 20 ins Freie, wobei der Strömungswiderstand, der sich diesem Austreten entgegenstellt, ein Maß für den Abstand zwischen der Düse 20 und der Fläche ist, auf den der Luftstrahl auftrifft. Aufgrund des bekannten Abstandes der Düsen20 kann damit der Durchmesser einer Bohrung 31 bestimmt werden.

Die Abzweigung des T-Stückes 34 mündet in einen Meßwandler bzw. Komparator 36. In diesem Meßwandler 36 wird eine Umwand-

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lung des pneumatischen Druckes in einen entsprechenden elektrischen Wert durchgeführt. Der entsprechende Ausgang des Meßwandlers 36 ist über zwei elektrische Leitungen mit einem elektronischen Bauteil 38 verbunden. In diesem Bauteil 38 findet eine Verstärkung des auf den Leitungen ankommenden elektrischen Signals statt, ein Ausgang des Bauteils 38 ist mit einem analogen Anzeigeinstrument 39 verbunden.

Zusätzlich enthält das Bauteil 38 eine Einrichtung zur Eichung des Meßwandlers 36 und/oder des Anzeigeinstrumentes39. Die Eichung erfolgt derart, daß in Wartestellung der Fallhülse 11,d.h., wenn der Druckstauring 21 in der in Fig.1 dargestellten Stellung liegt, ein Vergleich des Ist-Signals auf den Leitungen 37 mit einem vorher eingegebenen, dem Innendurchmesser des Druckstauringes 21 entsprechenden Wert erfolgt. Bei einem Unterschied zwischen diesen beiden Werten erfolgt eine Korrektur. Anschließend erfolgt ein Vergleich zwischen dem Anzeigewert des Instrumentes 39 und dem aufgrund des fest eingegebenen Wertes bestimmbaren Sollanzeigewert. Zu diesem Zweck besitzt das Bauteil 38 eine Einrichtung, um den tatsächlichen Anzeigewert des Instrumentes 39 festzustellen. Dies ist schematisch durch die zweite Leitung zwischen dem Bauteil 38 und dem Instrument39 dargestellt.

Damit das Bauteil 38 erkennt, wann eine Eichung erfolgen muß, ist ein Schalter 40 vorgesehen, dessen Betätigungselement 41 von dem Ansatz 13 der Fallhülse 11 in Wartestellung betätigt wird und damit den Schalter 40 schließt. Dieses Signal dient zur Auslösung des Eichvorganges.

Das elektronische Bauteil 38 besitzt einen zweiten Ausgang, der über eine Leitung 42 mit einem Analog-Digitalwandler verbunden ist, der zur Steuerung der Digitalanzeige 44 dient, die in der Figur schematisch als aus fünf Anzeige-

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stufen bestehend dargestellt ist.

Die von der Erfindung vorgeschlagene pneumatische Meßeinrichtung hat zusätzlich noch den großen Vorteil, daß aufgrund des Abstandes zwischen der Innenseite des Druckstauringes 21 und den Düsen 20 ein Verschieben des Druckstauringes 21 keine Abnützung an den Düsen 20 hervorbringt, was zu einer lang dauernden Maßhaltigkeit der Meßeinrichtung führt,

Claims

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1. Pneumatische Meßeinrichtung zum Messen eines Abstandes, mit mindestens einer Gasdüse, wobei der Abstand zwischen der Düse und einem Werkstück aufgrund des sich der Strömung aus der Düse entgegenstellenden Strömungswiderstandes gemessen wird, gekennzeichnet durch ein durch die Relativbewegung zwischen Meßeinrichtung und Werkstück betätigbares Druckstauelement, das zwischen einer Wartestellung, in der es im Strömungsbereich des aus der Düse austretenden Gasstrahles liegt, und einer Meßstellung, in der es die Düse zur Meßung frei gibt, hin- und herbewegbar ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckstauelement derart ausgebildet ist, daß es als Eichelement verwendbar ist.

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3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen der der DUse (20) zugewandten Seite des Oruckstaueiementes und der Düse (20) in der Wartestellung um einen geringen Betrag kleiner 1st als das zu messende Endmaß.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckstauelement durch Federkraft in Richtung auf die Wartestellung beufschlagt ist.

5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Meßdorn ausgebildet ist, wobei mindestens zwei radial verlaufende Düsen (20) in gleicher axialer Höhe längs eines Kreisumfanges verteilt angeordnet sind, und daß ein Durchmesser gemessen wird.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckstauelement als Druckstauring (21) ausgebildet ist.

7. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem den pneumatischen Druck in eine elektrische Größe umwandelnden Meßwandler (36) bzw. Komparator, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitung (18, 33) zu der Düse (20) herrschende Druck auf den Meßwandler (36) bzw. Komparator einwirkt.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, mit einem an den Meßwandler (36) angeschlossenen elektronischen Bauteil (38), dadurch gekennzeichnet, daß das elektronische Bauteil (38) den zu messenden Abstand an einem analogen (39) oder digitalen (44) Anzeigeinstrument anzeigt.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil (38) eine Einrichtung zum automatischen Eichen des Anzeigeinstruments (39,44) und/oder des Meßwandlers (36) in Wartestellung aufweist.