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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bewertung eines
Oberflächenprofils
eines Gelenkbauteils sowie eine Vorrichtung zur Durchführung eines
solchen Verfahrens.
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Die
Erfindung findet insbesondere auf Gelenkbauteile von Gelenktypen
Anwendung, die im Automobilbau eingesetzt werden. Im Hinblick auf
die verschiedenen Gelenktypen sind insbesondere folgende anzuführen:
- – Rzeppa-Gelenke,
bei denen die unmittelbare Steuerung der Kugeln auf die winkelhalbierende Ebene
durch meridional verlaufende Kugelbahnen mit in Längsrichtung
versetzten Mittelpunkten der Bahnen des Gelenkinnenteils und Gelenkaußenteils
erfolgt;
- – hinterschnittfreie
UF-Gelenke, die im Wesentlichen dem gleichen Prinzip folgen, wobei
die Kugelbahnen axial gesehen hinterschnittsfrei ausgeführt sind;
- – so
genannte DO-Gelenke, bei denen am Käfig kugelige Führungsflächen mit
axial gegeneinander versetzten Krümmungsmittelpunkten auf der Innen- und auf der Außenseite
vorgesehen sind, so dass die Gelenkbeugung eine unmittelbaren Steuerung
des Käfigs
und damit unmittelbar der Kugeln auf der winkelhalbierenden Ebene
erfolgt, wobei derartige Gelenke mit gekrümmten Kugelführungsbahnen
als Festgelenke und mit gerade verlaufenden Kugelführungsbahnen
als axial verschiebbare Gelenke ausgeführt sind;
- – so
genannte VL-Gelenke, die im Gelenkaußenteil und Gelenkinnenteil
zum Teil einander zugeordnete Bahnen aufweisen, die nicht streng
in Längsrichtung
verlaufen, sondern mit der Gelenkachse einen Winkel bilden und hier durch
eine unmittelbare Steuerung der Kugeln auf der winkelhalbierenden
Ebene und auf dem halben Verschiebeweg bewirken;
- – so
genannte SC-Gelenke, die im Wesentlichen dem gleichen Prinzip eines
VL-gelenkes folgen, wobei die kraftübertragenden Kugel-Bahnen achsparallel
verlaufen;
- – so
genannte ST-Gelenke, die im Wesentlichen dem gleichen Prinzip eines
UF-gelenkes folgen, wobei die Kugelbahnen paarweise um die Gelenkachse
achsparallel verlaufen;
- – so
genannte SX-Gelenke, die im Wesentlichen dem gleichen Prinzip eines
UF-gelenkes folgen, wobei sich die Kugel-Bahnen paarweise in Gegenrichtung
achsparallel öffnen
und eine besondere Form des Bahnprofils aufweisen; und
- – Tripodgelenke
der Art AAR und GI, die drei Zapfen umfassen, welche ein Innenteil
aufweisen, auf dem Rollen montiert werden; die Roller laufen in Bahnen
in einem Außenteil,
um ein Drehmoment von Innen- auf das Außenteil zu übertragen; so genannte AAR-Gelenke
haben "kugelige" Zapfen und GI-Gelenke "zylindrische" Zapfen.
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Zur
Realisierung derartiger Gelenktypen, die insbesondere hohe Drehmomente
auch bei hohen Rotationsgeschwindigkeiten, bevorzugt auch geräuscharm, übertragen
sollen, müssen
die einzelnen Komponenten besonders exakt gefertigt sein. Ganz besonders
kritisch ist dabei die Gestalt der Kugelführungsbahnen, da hier eine
punkt- bzw. linienförmige Kraftübertragung
stattfindet.
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Zur
Beurteilung dieser Komponenten ist es bekannt, Koordinatenmessmaschinen
und Profilprojektoren einzusetzen, die durch ein Abtasten bzw. Scannen
die Oberfläche
des zu prüfenden
Werkstücks
erfassen. Die zeit- und kostenintensive Messmethode führt dazu,
dass regelmäßig nur
eine Stichprobenüberprüfung vor genommen
werden kann, wobei dies vielfach auch mit einer Zerstörung einer
Probe einhergeht.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, die mit Bezug auf den Stand der
Technik geschilderten technischen Probleme zumindest teilweise zu
lösen.
Insbesondere soll eine Möglichkeit
angegeben werden, wie solche Oberflächen von Gelenkbauteilen auch
im Rahmen einer Serienfertigung bis hin zu einer 100%-Prüfung unterzogen
werden können.
Dabei soll das Prüfverfahren
besonders schnell zu einem entsprechenden Ergebnis führen und
sich leicht in den Herstellungsprozess von Gelenktypen im Automobilbereich
integrieren lassen.
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Diese
Aufgaben werden gelöst
mit einem Verfahren eines Oberflächenprofils
eines Gelenkbauteils mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie
einer Vorrichtung zur Bewertung eines Oberflächenprofils eines Gelenkbauteils
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen
der Erfindung gehen aus den abhängig formulierten
Patentansprüchen
hervor. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den Patentansprüchen einzeln
aufgeführten
Merkmale in beliebiger, technologisch sinnvoller, Weise miteinander
kombiniert werden können
und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
zur Bewertung eines Oberflächenprofils
eines Gelenkbauteils umfasst zumindest folgende Schritte:
- a) Positionieren wenigstens eines Prüfkörpers zu dem
Oberflächenprofil;
- b) Beleuchten eines Bereiches zwischen Prüfkörper und Oberflächenprofil
von einer ersten Seite;
- c) Erfassen eines Beleuchtungsparameters auf einer zweiten Seite;
- d) Vergleichen des erfassten Beleuchtungsparameters mit einem
Referenzwert.
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Das
hier vorgeschlagene Verfahren dient insbesondere dazu, jegliche
Art von Bahngeometrien, insbesondere in Gleichlaufgelenken jeglicher Bauform,
zu bewerten. Als Beispiel seien gotische, elliptische und/oder Rundbahnen
von Kugelverschiebe- und Kugelfestgelenken genannt, aber auch für Tripodegelenke
ist der Einsatz der Erfindung nicht ausgeschlossen. Dabei sollen
insbesondere signifikante, z.B. für die Lebensdauer maßgebliche,
Geometrien von Bahnen erfasst werden, wie beispielsweise wenigstens
eine der folgenden:
- – der Oberflächenverlauf
quer zur Bahnform, insbesondere das so genannte Bahngrundspiel,
- – der
Kontaktwinkel zwischen Mittelebene und Kontaktbereich der Kugel
in der Bahn,
- – die
Konformität
bzw. die Kontaktbreite der Kugel in der Bahn.
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Gerade
bezüglich
der vorstehenden geometrischen Größen war eine Prüfung bislang
nicht möglich.
Abtastende Messverfahren haben hier vielfach versagt, da der Einfluss
von Verschmutzungen am Taster oder am zu prüfenden Objekt (wie z.B. Zunder oder
dergleichen) ebenso zu sehr großen
Messfehlern führten,
wie Fräsrillen.
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Im
Hinblick auf die Bewertung des Oberflächenprofils ist anzumerken,
dass hierbei insbesondere Formtolleranzen bewertet werden sollen.
Insoweit besteht insbesondere eine Oberflächenbewertung anhand von Rauhigkeiten
nicht im Vordergrund. Das Oberflächenprofil
ist beispielsweise durch Nuten oder ähnliche Laufbahnen für bewegte
Teile, Formschlussverbindungen und dergleichen gebildet. Insoweit
kommen als Gelenkbauteile insbesondere folgende Oberflächenprofile
in Betracht:
- – Gelenkaußenteil: Kugelbahn quer, Käfigbahn quer,
Zahnprofil
- – Käfig: Außenkontur
quer
- – Gelenkinnenteil:
Kugelbahn quer, Käfigbahn quer,
Zahnprofil
- – Gelenkwelle:
Einstiche, Zahnprofil.
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Gemäß Schritt
a) wird zunächst
ein Prüfkörper relativ
zu dem zu messenden bzw. zu bewertenden Oberflächenprofil positioniert. Dies
erfolgt insbesondere in der Art, dass der Prüfkörper an dem Oberflächenprofil
anliegt oder mit einem vorgebbaren Spalt angeordnet wird. Bei dem
Prüfkörper handelt es
sich insbesondere um einen Körper,
der besonders exakt im Hinblick auf die gewünschten Geometrien gefertigt
ist. Als Prüfkörper kommen
insbesondere Wälzkörper oder
Lehren von hoher Güte
in Betracht.
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In
Schritt b) wird nunmehr der Bereich zwischen Prüfkörper und Oberflächenprofil
von einer ersten Seite dieser Anordnung beleuchtet. Hierfür kann die
Beleuchtungsquelle bereits vor Schritt b) eingeschaltet bzw. aktiv
sein. Das Beleuchten von einer Seite hat zur Folge, dass nur ein
Teil der Lichtstrahlen den Bereich zwischen Prüfkörper und Oberflächenprofil
durchdringt und hin zur zweiten Seite gelangt.
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Dort
wird gemäß Schritt
c) ein Beleuchtungsparameter erfasst. Der Beleuchtungsparameter
wird demnach nach dem so genannten Gegenlicht-Prinzip erfasst. Als
Beleuchtungsparameter kommen insbesondere die Gestalt des so generierten
Lichtspaltes, die Helligkeit des Lichts und ähnliche Parameter in Betracht.
Grundsätzlich
können
zur Erfassung des Beleuchtungsparameters alle geeigneten Sensoren zum
Einsatz gelangen, wobei insbesondere zumindest einer der folgenden
bevorzugt ist: Pixelanzahl und/oder -verteilung, Farbspektrum, Intensität.
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Der
so bestimmte Beleuchtungsparameter wird nun mit einem Referenzwert
verglichen. Der Referenzwert ist beispielsweise in einer entsprechenden
Vorrichtung abgespeichert und kann bei Bedarf abgerufen werden.
Es sei darauf hingewiesen, dass der Referenzwert nicht zwingend
ein einzelner Wert sein muss, sondern vielmehr auch einen Referenzwertbereich
(z.B. nach Art einer vorgebbaren Toleranz um einen konkreten Referenzwert)
umfassen kann. Mit Bezug auf die Breite eines Lichtspalts bedeutet
dies beispielsweise, dass der Lichtspalt an einer bestimmten Stelle
des Oberflächenprofils
bei einer vorgegebenen Lage des Prüfkörpers einen konkreten Referenzwert
aufweisen sollte, jedoch eine obere und eine untere Abweichung als
zulässig
erachtet wird. Liegt der erfasste Beleuchtungsparameter in diesem
Bereich, so kann das Oberflächenprofil als „gut" bewertet werden,
andernfalls beispielsweise als „nicht geeignet". Grundsätzlich ist
es auch möglich,
Informationen, die aus diesem Vergleich resultieren, für eine nachträgliche Bearbeitung
des Oberflächenprofils
heranzuziehen.
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Das
hier vorgeschlagene Verfahren ist berührungslos und kann sehr schnell
durchgeführt
werden. Beispielsweise mit einer Geschwindigkeit von mehr als 1,
insbesondere mindestens 5, Oberflächenprofilen pro Minute, wenn
eine entsprechende Anordnung zur Positionierung des Prüfkörpers vorliegt.
Dies stellt im Hinblick auf derzeitige Zeiträume für die Prüfung, die im Bereich von oberhalb
einer Stunde liegen, eine beachtliche Verkürzung dar.
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Unter
Umständen
können
zudem für
eine verbesserte Bewertung des Vergleiches gemäß Schritt d) weitere Sensoren
verfügbar
sein, die zusätzliche
Prüfparameter
aufnehmen, wie z.B. die Temperatur, um das thermische Verhalten
des Gelenkbauteils und/oder des Prüfkörpers zu berücksichtigen.
Damit sind die Grundvoraussetzungen auch für eine 100%-Prüfung solcher
Teile im Automobilbereich geschaffen worden.
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Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens ist das Oberflächenprofil
Teil einer Wälzkörperlaufbahn.
Als Wälzkörper kommen
insbesondere tonnen-förmige und/oder
kugelförmige
Wälzkörper in
Betracht. Dem entsprechend handelt es sich bei dem Oberflächenprofil
beispielsweise um gotische, elliptische oder auch Rundbahnen von
Kugelverschiebe- oder Kugelfestgelenken bzw. Tripodegelenken. Bei
solchen Wälzkörperlaufbahnen
findet während
des Betriebes des Gelenkbauteils eine Relativbewegung des Wälzkörpers auf
der Laufbahn statt, so dass hier eine besonders hohe Passgenauigkeit
erforderlich ist, um eine dauerhafte Drehmomentsübertragung mit geringer Geräuschentwicklung
zu ermöglichen.
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Im
Hinblick auf Schritt c) wird weiter vorgeschlagen, dass ein Bild
erzeugt wird. Das Bild kann dann durch eine entsprechende Bewertung
der Pixel ausgelesen und analysiert werden. Grundsätzlich ist möglich, dass
das Bild nach Art eines Fotos erzeugt wird, es ist jedoch auch möglich, das
Bild aus einem kontinuierlich erzeugten Film zu extrahieren.
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In
Schritt d) sollte das Bild dann vorteilhafterweise analysiert werden.
Diese Analyse erfolgt insbesondere unter Einsatz von Bildverarbeitungssoftware,
die beispielsweise die Helligkeit bzw. die Farbe der Bildpixel bestimmen
und räumlich
zuordnen kann. Auf diese Weise lassen sich beispielsweise Informationen
hinsichtlich des Beleuchtungsparameters Lichtspalt-Verlauf, Lichtspalt-Helligkeit,
etc. gewinnen.
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Des
Weiteren wird auch vorgeschlagen, dass der wenigstens eine Prüfkörper während des Verfahrens
bewegt wird. Dies führt
im Hinblick auf eine Wälzkörperlaufbahn
beispielsweise dazu, dass Informationen über mehrere Ebenen der Wälzkörperlaufbahn
ermittelbar sind, so dass mit diesem schnellen, berührungslosen
Verfahren auch der Verlauf der Wälzkörperlaufbahn
des Oberflächenprofils
bewertet werden kann.
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Gemäß einem
weiteren Effekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Bewertung
eines Oberflächenprofils
eines Gelenkbauteils vorgeschlagen, dass erfindungsgemäß zumindest
folgendes umfasst:
- – eine Kammer mit wenigstens
einer Aufnahme für
eine Gelenkbauteil,
- – wenigstens
einen Prüfkörper, der
bezüglich
des Gelenkbauteils positionierbar ist,
- – wenigstens
eine Lichtquelle an einer ersten Seite der Kammer,
- – wenigstens
einen optischen Sensor zur Erfassung eines Beleuchtungsparameters
an einer zweiten Seite der Kammer, und
- – eine
Auswerteeinheit, die mit dem wenigstens einem optischen Sensor verbunden
ist.
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Die
Vorrichtung eignet sich insbesondere zur Durchführung des erfindungsgemäß beschriebenen Verfahrens.
Insoweit wird insbesondere auf die ergänzenden Erläuterungen zu diesem Verfahren
verwiesen.
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Die
Kammer ist insbesondere lichtundurchlässig ausgeführt, so dass eine Art Dunkelkammer gebildet
ist. Die Aufnahme für
das Gelenkbauteil gewährleistet
insbesondere, dass das Gelenkbauteil für den Zeitraum der Messung
stabil und ruhig gelagert ist. Für
den Prüfkörper ist
regelmäßig auch
eine Art Halterung vorgesehen, die eine exakte Positionierung bezüglich des
Gelenkbauteils bzw. dessen Oberflächenprofil erlaubt. Für den Fall,
dass eine Relativbewegung zwischen Prüfkörper und Gelenkbauteil erforderlich
ist, ist wenigstens die Aufnahme oder die Halterung mit Bewegungsmitteln
zu versehen. Selbstverständlich
können
bezüglich
eines Gelenkbauteils mehrere Prüfkörper positioniert
werden. Es ist zudem auch möglich,
dass mehrere Gelenkbauteile gleichzeitig geprüft werden, wobei hierfür einer oder
mehrere Prüfkörper zum
Einsatz gelangen können.
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Im
Hinblick auf die Lichtquelle kommen bevorzugt gerichtete Lichtquellen
in Betracht. Zwar ist grundsätzlich
auch hochenergetisches Licht einsetzbar, normale Leuchtmittel mit
weißem
Licht sind jedoch ausreichend. Die Lichtquelle kann dauerhaft leuchten,
es ist jedoch auch möglich,
dass die Lichtquelle als steuerbare Blitzlampe, d. h. als Stroboskop,
ausgebildet ist. Dabei ist bevorzugt eine Licht quelle mit einem
hohen Weiß-Anteil
zu wählen.
Nahezu jede Art einer Lichtquelle, die dies erfüllen kann ist einsetzbar, wie
z.B. Halogenlampen, Leuchtdioden, Laser, etc. Gegebenenfalls kann
die Lichtquelle mit einer Milchglasscheibe ausgeführt sein,
die das von der Lichtquelle ausgehende Licht etwas streut und damit
die Ausleuchtung des Bereichs zwischen Prüfkörper und Oberflächenprofil
gewährleistet.
Die zuletzt genannte Vorrichtung ist insbesondere bei größeren Bereichen
der Bewertung des Oberflächenprofils
sinnvoll.
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Zudem
ist wenigstens ein optischer Sensor zur Erfassung eines Beleuchtungsparameters
an der zweiten Seite der Kammer vorgesehen. Die zweite Seite ist
bevorzugt gegenüberliegend
zur ersten Seite ausgeführt.
Der optische Sensor kann in einer Flucht von der Lichtquelle und
dem zu bewertenden Oberflächenprofil
angeordnet sein, es ist jedoch auch möglich, diesen Sensor versetzt
bzw. schräg
dazu anzuordnen. Es ist auch möglich,
dass mehrere optische Sensoren vorgesehen sind, die mindestens einen
Bereich zwischen Prüfkörper und
Oberflächenprofil
aufnehmen.
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Schließlich ist
noch eine Auswerteeinheit vorgesehen, die insbesondere im Datenaustausch mit
dem wenigstens einen optischen Sensor steht. Sie dient insbesondere
der Speicherung bzw. Weiterleitung der Signale des wenigstens einen
optischen Sensors. Vorteilhafter Weise ist der optische Sensor eine
Kamera. In diesem Zusammenhang sind CCD-Kameras (CCD = Charged Coupled
Device) bevorzugt. Diese geben das elektronische aus einzelnen Pixeln
bestehende Bild an die Auswerteeinheit weiter. Dort können die
einzelnen Pixel mit Bezug auf die Farbe bzw. den Kontrast bewertet
werden, so dass sich letztendlich der gewünschte Beleuchtungsparameter
ergibt. Gerade hierbei ist es vorteilhaft, wenn die Auswerteeinheit
eine Rechnereinheit umfasst. Mit einer Rechnereinheit ist insbesondere
eine Datenverarbeitungsanlage gemeint, so dass unter Einsatz einer
geeigneten Software das aufgenommene Bild ausgewertet und analysiert
werden kann. Zu dem ist einfach eine Dokumentation für das Qualitätsmanagement
in elektronischer Form ermöglicht.
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Schließlich wird
auch noch vorgeschlagen, dass bei der Vorrichtung Transportmittel
zur Anordnung des Gelenkbauteils in der Kammer vorgesehen sind.
Damit ist insbesondere gemeint, dass die Transportmittel in der
Lage sind, die zu untersuchenden Gelenkbauteile auch im Rahmen einer
Fließ- bzw.
Serienfertigung in die Kammer einzuführen, zu positionieren und
wieder zu entfernen. Als besonders geeignetes Beispiel für solche
Transportmittel ist ein Förderband
vorgeschlagen. Dabei kann das Transportmittel mit Identifikationseinheiten
zusammenwirken, so dass das Verfahren zur Bewertung eines Oberflächenprofils
des Gelenkbauteils zu einem gewissen Zeitpunkt durchgeführt wird.
Dazu können beispielsweise
Lichtschranken oder dergleichen vorgesehen sein.
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Des
Weiteren wird auch ein Verfahren zur Herstellung von Komponenten
für Gleichlaufgelenke vorgeschlagen,
dass zumindest folgende Schritte umfasst:
- A)
Herstellen mehrerer erster Komponenten;
- b) Herstellung mehrerer zweiter Komponenten;
- C) Durchführen
eines Verfahrens zur Bewertung eines Oberflächenprofils eines Gelenkbauteils
gemäß der hier
erfindungsgemäß beschriebenen Art,
wobei zumindest die erste Komponente oder die zweite Komponente
ein Gelenkbauteil ist;
- D) Zuordnung einer ersten Komponente zu einer zweiten Komponente
in Abhängigkeit
des Ergebnisses aus Schritt C).
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Dabei
kann Schritt C) insbesondere mit der erfindungsgemäß beschriebenen
Vorrichtung durchgeführt
werden.
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Hier
wird folglich zunächst
davon ausgegangen, dass zumindest eine Mehrzahl unterschiedlicher Komponenten
mehrerer Gleichlaufgelenke hergestellt werden. Gleichzeitig oder
aber auch zeitlich versetzt erfolgen. Da die erste Komponente und
die zweite Komponente während
des Betriebes des fertigen Gleichlaufgelenks zusammenwirken, ist
wesentlich, dass die beiden Komponenten zueinander trotz der gewährbaren
Toleranzen passen. Insoweit bietet nun das hier vorgeschlagene Verfahren
die Möglichkeit,
diese Komponenten nach Art einer 100%-Prüfung zu bewerten und geeignete
Paarungen zusammenzustellen, die aufeinander besonders verschleiß- und/oder
geräuscharm
ablaufen.
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Dabei
kann einerseits der Fall vorliegen, dass die ersten Komponenten
und/oder die zweiten Komponenten mit einem separaten Prüfkörper bewertet
und gegebenenfalls klassifiziert werden, wobei diese anschließend mit
einer entsprechenden Klasse der anderen Komponente kombiniert werden. Dafür können insbesondere
Klassen vorgegeben werden, die beispielsweise die Abweichung des
erfassten Beleuchtungsparameters zum Referenzwert widerspiegeln.
Die klassifizierten Komponenten können dann sortiert und/oder
mit entsprechenden Klassen der anderen Komponente, die bevorzugt
ebenfalls klassifiziert ist, kombiniert werden.
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Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung ist es jedoch auch möglich, dass in Schritt C) die
erste Komponente das Gelenkbauteil und die zweite Komponente der
Prüfkörper ist.
In diesem Fall wird nicht ein absoluter Referenzwert für ein Bauteil
zur Beurteilung herangezogen, sondern hier wird eine geeignete Paarung
ausgewählt,
so dass der Referenzwert zwar regelmäßig eingehalten wird, die absoluten
Abmessungen der Teile jedoch in gewissen Toleranzgrenzen gleichwohl
variieren können.
Insbesondere kann auch zunächst
eine Klassifizierung der einzelnen Komponenten durchgeführt werden,
wobei die zueinander klassifizierten Komponenten dann noch einmal
exakt bestimmt werden, indem dann die beiden Komponenten im Zusammenspiel
bewertet werden. Dabei kann beispielsweise eine Komponente in der
Messvorrichtung positioniert bleiben, während die zweiten Komponenten
aus einem Reservoir ausgewählt
und bezüglich
der erste Komponente positioniert werden, bis eine möglichst
genaue Übereinstimmung
mit dem gewünschten
Referenzwert hinsichtlich eines ausgewählten Beleuchtungsparameters
vorliegt. Dies führt
zu besonders verschleißarmen
Kombinationen von Komponenten des Gelenkbauteils und wird insbesondere
erst durch die schnelle, berührungslose
Kontrolle ermöglicht.
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Schließlich wird
auch ein Kraftfahrzeug aufweisend ein Gelenkbauteil vorgeschlagen,
wobei das Gelenkbauteil mit dem vorstehend beschriebenen Verfahren
zur Herstellung des Gelenkbauteils erzeugt wurde.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen besonders
bevorzugte Ausführungsvarianten
der Erfindung, auf die diese jedoch nicht beschränkt ist. Es zeigen schematisch:
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1:
eine prinzipielle Darstellung einer Ausführungsvariante einer ersten
Vorrichtung zum Bewerten des Oberflächenprofils,
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2:
eine Prinzipskizze zur Veranschaulichung der Prüfparameter,
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3:
eine prinzipielle Darstellung einer Ausführungsvariante einer weiteres
Vorrichtung zum Bewerten des Oberflächenprofils,
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4:
exemplarisch ein Bild aus einem Messverfahren,
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3:
eine weitere Ausführungsvariante
einer Vorrichtung zur Durchführung
des Bewertungsverfahrens, und
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4:
einen Aufbau eines Gleichlaufgelenks für ein Automobil.
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1 zeigt
eine prinzipielle Darstellung einer Ausführungsvariante einer ersten
Vorrichtung zum Bewerten des Oberflächenprofils. Bestimmt wird hierbei
zum Beispiel das Bahngrundspiel einer Wälzkörperlaufbahn 6 eines
glockenförmigen,
nur einseitig zugänglichen,
Außenteils 18.
Zur Bestimmung dieses Bahngrundspiels wird eine Lichtquelle 12 in das
Außenteil 18 eingebracht,
bevor der Prüfkörper 3 positioniert
wird, der so von einer ersten Seite 4 aus beleuchtet werden
kann. Das infolge des Bahngrundspiels austretende Licht wird auf
der anderen, zweiten Seite 5 mit einem optischen Sensor 13 (z.B.
einer Kamera) erfasst. Für
möglichst
genaue Messergebnisse wird nur im Bereich der zu prüfenden Wälzkörperlaufbahn 6 Licht
hindurch gelassen, das Streulicht wird mittels einer Blende 23 aufgehalten.
Die Aufnahme des optischen Sensors 13 kann anschließend zur weiteren
Verarbeitung an eine Auswerteeinheit 8 weitergeleitet werden.
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2 zeigt
eine Prinzipskizze zur Veranschaulichung der Prüfparameter Bahngrundspiel 31, Kontaktwinkel 29 und
Konformität 30.
Dargestellt ist beispielhaft wieder ein Außenteil 18 mit einer
Wälzkörperlaufbahn 6,
in der ein Wälzkörper 20 positioniert
ist. Die Wälzkörperlaufbahn 6 hat
eine von dem Wälzkörper 20 abweichende
Form, während
der Wälzkörper 20 hier
rund ist, weist die Wälzkörperlaufbahn 6 eine
elliptische Form auf. Dadurch werden konkrete Kontaktbereiche 32 zwischen
Wälzkörper 20 und
Wälzkörperlaufbahn 6 unter
Last gebildet. Die beiden Kontaktbereiche 32 begrenzen
das mittig gebildete Bahngrundspiel 31 und definieren zudem auch
den Kontaktwinkel 29. Bei einer Belastung der Wälzkörper 20 liegt
kein linienförmiger
Kontaktbereich 32 über
die Wälzkörperlaufbahn 6,
sondern der Kontaktbereich 32 wird quer zur Wälzkörperlaufbahn 6 breiter.
Diese Breite des Kontaktbereiches 32 wird zur Ermittlung
der Konformität 30 herangezogen.
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In
der 3 sind schematisch und nach Art einer Explosionsdarstellung
die räumlichen
Anordnungen diverser Objekte einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bewertung
des Oberflächenprofils 1 eines
Gelenkbauteils 2 veranschaulicht. Bezogen auf das Gelenkbauteil 2 ist
auf einer ersten Seite 4 eine Lichtquelle 12 positioniert.
Bei dem hierzu überprüften Oberflächenprofil 1 handelt
es sich beispielsweise um die am Umfang des Gelenkbauteils 2 angeordneten
Wälzkörperlaufbahnen 6.
Zu diesem Zweck werden Prüfkörper 3 an
der Wälzkörperlaufbahn 6 in einer
bestimmten Lage positioniert, wobei das Licht von der Lichtquelle 12 auf
einen Bereich zwischen den Prüfkörpern 3 und
dem Gelenkbauteil 2 ausgerichtet ist. Auf der gegenüberliegenden,
zweiten Seite 5 bezogen auf das Gelenkbauteil 2 ist
nun ein optischer Sensor 13 vorgesehen, der mit einer Auswerteeinheit 8 verbunden
ist.
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Da
das Gelenkbauteil 2 im inneren Bereich mit einer Keilverzahnung
ausgeführt
ist, hier jedoch nur die Wälzkörperlaufbahn 6 überprüft werden
soll, ist eine Blende 23 vorgesehen, die ein Durchscheinen
des Lichts hin zum optischen Sensor 13 verhindert. Dazu
wird die Blende 23 regelmäßig in entsprechender Weise
mit dem Gelenkbauteil 2 in Kontakt gebracht. Insoweit handelt
es sich hier insbesondere um eine Explosionsdarstellung. Selbstverständlich können darüber hinaus
weitere Blenden 23 vorgesehen werden, die beispielsweise
einen äußeren Umfangsbereich
des Gelenkbauteils 2 gegen Streulicht abschotten.
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Das
nun zwischen den Prüfkörpern 3 und dem
Oberflächenprofil 1 hindurchtretende
Licht wird von dem optischen Sensor 13 detektiert. Das
dabei erzeugte Bild wird an die Auswerteinheit 18 weitergegeben.
Je nach Art und Intensität
und Lage der Lichtpunkte in dem Bild kann auf die Passgenauigkeit
geschlossen werden.
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4 veranschaulicht
einmal schematisch ein solches Bild 7, wobei hier die Aufnahme
eines anderen, eines so genannten Tripodegelenkes, dargestellt ist.
Die Darstellung ist invers zur normal üblichen Darstellung, das bedeutet,
dass die üblicherweise
hellen Abschnitte hier schwarz dargestellt sind, insbesondere der
an dem Oberflächenprofil 7 gebildete
Lichtspalt 26. Wie aus der Darstellung entnommen werden
kann, sind hier schematisch zwei Formfehler veranschaulicht. Oben
links in Bild 7 ist ein Bereich des Lichtspaltes 26 mit
einer Breite 25 zu erkennen, der breiter als in anderen
Bereichen ist. Darüber hinaus
ist im gegenüberliegenden
Bereich kein Lichtspalt 26 zu erkennen. Unerstellt, dass überall eine
gleichartige Ausgestaltung des Lichtspalts 26 gewünscht ist,
so sind Prüfkörper 3 und
Oberflächenprofil 1 im
linken oberen Bereich zu weit entfernt und liegen im unteren rechten
Bereich zu sehr an. Ausgehend von der Lage und/oder der Breite 25 des Lichtspaltes 26 können nunmehr
Aussagen über
die Qualitäten
des Oberflächenprofils 1 gewonnen
werden.
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5 zeigt
eine schematische Draufsicht auf eine weitere Ausführungsvariante
einer Vorrichtung 9 zur Bewertung des Oberflächenprofils
eines Gelenkbauteils. Dabei werden die zu überprüfenden ersten Komponenten 16 und
zweiten Komponenten 17 über
Transportmittel 14 nach Art eines Förderbandes in die Kammer 10 geführt. Die
exakte Ausrichtung der ersten Komponente 16 gegenüber der
zweiten Komponente 17 erfolgt beispielsweise über eine entsprechend
gestaltete Aufnahme 11. In der Kammer 10 sind
auf einer ersten Seite 4 eine Mehrzahl von Lichtquellen 12 vorgesehen,
die beispielsweise beim Durchtreten der Komponenten durch eine Lichtschranke 24 aktiviert
werden. Auf der gegenüberliegenden,
zweiten Seite 5 der Kammer 10 ist ein optischer
Sensor 13 mit der Auswerteeinheit 8 positioniert.
Durch die Bereitstellung einer Blende 23 wird ein bestimmter
Bereich abgedunkelt, so dass tatsächlich nur der gewünschte Lichtspalt
aufgenommen wird. Bei dieser Durchlauf-Kammer können die Komponenten sehr schnell
und auch im Rahmen einer Serienfertigung geprüft werden.
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6 veranschaulicht
nun eine besonders bevorzugte Einsatzvariante solcher geprüften Komponenten,
nämlich
eines Gleichlaufgelenks 15, das in einem Kraftfahrzeug 27 montiert
ist. Das Gleichlaufgelenk weist ein Außenteil 18, ein Innenteil 19,
mehrere Wälzkörper 20 und
einen zur Führung
der Wälzkörper 20 erforderlichen
Käfig 21 auf.
Zur Übertragung
des Drehmoments vom Außenteil 18 auf
die innen dargestellte Welle 28 ist zwischen dem Innenteil 19 und
der Welle 28 eine Formschlüssige Keilverzahnung 22 vorgesehen.
Grundsätzlich
lassen sich alle Oberflächenprofile 1 der
Welle 28, des Innenteils 19, des Käfigs 21,
der Wälzkörper 20 und
des Außenteils 18 mit
der Erfindung bewerten.
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- 1
- Oberflächenprofil
- 2
- Gelenkbauteil
- 3
- Prüfkörper
- 4
- ersten
Seite
- 5
- zweiten
Seite
- 6
- Wälzkörperlaufbahn
- 7
- Bild
- 8
- Auswerteeinheit
- 9
- Vorrichtung
- 10
- Kammer
- 11
- Aufnahme
- 12
- Lichtquelle
- 13
- optischen
Sensor
- 14
- Transportmittel
- 15
- Gleichlaufgelenk
- 16
- erste
Komponente
- 17
- zweite
Komponente
- 18
- Außenteil
- 19
- Innenteil
- 20
- Wälzkörper
- 21
- Käfig
- 22
- Keilverzahnung
- 23
- Blende
- 24
- Lichtschranke
- 25
- Breite
- 26
- Lichtspalt
- 27
- Kraftfahrzeug
- 28
- Welle
- 29
- Kontaktwinkel
- 30
- Konformität
- 31
- Bahngrundspiel
- 32
- Kontaktbereich