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Die Erfindung betrifft ein Messgerät zum Messen des Abstands zwischen zwei Messflächen, umfassend
einen Grundkörper mit einer Längsachse und mit mindestens einer Positionierfläche, die in Anlage zu einer ersten der beiden Messflächen überführbar ist,
mindestens ein Messelement, das um eine parallel zur Längsachse angeordnete Drehachse relativ zum Grundkörper zwischen einer Grundstellung und einer Messstellung drehbar und zwischen einer eingeschobenen Position und einer ausgeschobenen Position axial verstellbar ist, wobei das Messelement eine in entgegen gesetzter Richtung zur Positionierfläche weisende Anlagefläche, die in Anlage zu einer zweiten der beiden Messflächen überführbar ist, aufweist, sowie
einen Positionsgeber, der die axiale Position des Messelements relativ zum Grundkörper ermittelt.
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Messgeräte dieser Art werden zum Beispiel eingesetzt, um den Abstand zwischen einer Stirnfläche eines Innenrings eines auf einer Welle montierten Wälzlagers und einer Nutflanke einer in die Welle eingebrachten Nut. Der Innenring ist hierbei an der der Nut abgewandten Seite gegen ein weiteres Bauteil axial abgestützt und soll mittels eines Sicherungsrings, der in die Nut eingesetzt wird, gesichert werden. Aufgrund von Fertigungstoleranzen, die sich insbesondere bei der Anordnung von mehreren Bauteilen auf der Welle aufsummieren, sind unterschiedlich dicke Sicherungsringe zu verwenden. Mit dem Messgerät soll der Abstand der Stirnfläche des Innenrings und der der Stirnfläche zugewandten Nutflanke ermittelt werden, um einen passgenauen Sicherungsring einsetzen zu können.
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Ein Messgerät der eingangs genannten Art ist aus der
DE 43 18 795 C1 bekannt.
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Die
DE 10 2004 018 692 A1 zeigt bereits ein Handmessgerät, das ein Gehäuse mit einer Positionierflanke aufweist, wobei die Positionierflanke in Anlage zu einer ersten von zwei Messflächen überführbar ist. In dem Gehäuse ist ein Schwenkhebel schwenkbar angeordnet, der eine Messnase aufweist, die eine Anlagefläche bildet. Durch Zusammendrücken von Griffschalen wird der Schwenkhebel in eine Position geschwenkt, in der die Messnase der Positionierflanke angenähert ist, so dass die Messnase bei in Anlage zu einer ersten Messfläche, der Stirnfläche eines Lagerrings, befindlichen Positionierfläche radial in die zu vermessende Nut eingetaucht werden kann. Daraufhin werden die Griffschalen losgelassen, wobei der Schwenkhebel durch Federkraft derart verschwenkt wird, dass sich die Messnase von der Positionierfläche entfernt, bis die Anlagefläche in Anlage zu einer zweiten Messfläche, der Nutflanke, gelangt. In dieser Position wird die Schwenkposition des Schwenkhebels und somit der Abstand der Anlagefläche von der Positionierfläche ermittelt. Nachteilig bei dieser Ausführungsform ist, dass bei radial beengten Verhältnissen ein radiales Eintauchen des Messgeräts in die Nut nicht immer möglich ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Messgerät der eingangs genannten Art bereit zu stellen, das auch bei radial beengten Verhältnissen eingesetzt werden kann.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,
dass zum Betätigen des Messgeräts eine Betätigungswelle vorgesehen ist, die entlang der Längsachse zwischen einer Ausgangsstellung und einer Betätigungsstellung axial verstellbar geführt ist, und dass die Betätigungswelle in der Betätigungsstellung um die Längsachse drehbar ist.
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In einer Ausgangsstellung des Messgeräts befindet die das Messelement in der Grundstellung und in der eingeschobenen Position. Wenn zum Beispiel der Abstand zwischen einer Stirnfläche eines Innenrings eines auf einer Welle montierten Wälzlagers und einer Nutflanke einer in die Welle eingebrachten Nut gemessen werden soll, wird das Messgerät axial entlang einer Längsachse der Welle auf das Wellende geschoben, bis die Positionierfläche in Anlage zur Stirnfläche des Innenrings gelangt. In dieser Position wird das Messelement zunächst in die ausgeschobene Position verstellt. In dieser Position ist die Anlagefläche des Messelements der Positionierfläche angenähert. Daraufhin wird das Messelement in die Messstellung geschwenkt und anschließend in Richtung zur eingeschobenen Position verstellt, bis die Anlagefläche in Anlage zur Nutflanke überführt ist. In dieser Position des Messgeräts wird mithilfe des Positionsgebers die axiale Position des Messelements relativ zum Grundkörper ermittelt, so dass auf den Abstand zwischen der Positionierfläche und der Anlagefläche geschlossen werden kann.
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In der Grundstellung befindet sich das Messelement außerhalb eines Messbereichs in Form eines um die Längsachse angeordneten Ringzylinders mit kreisringförmigem Querschnitt. Der Messbereich ist hierbei bei der Messung einer Außenumfangsnut in einer Welle derart angeordnet, dass seine kreiszylindrische Außenfläche auf der Außenumfangsfläche der Welle liegt. Somit kann das Messgerät über die Welle geschoben werden, ohne dass das Messelement mit der Welle kollidiert. Bei der Messung einer Innenumfangsnut in einer Bohrung, z. B. in einer Hohlwelle, ist der Messbereich derart angeordnet, dass seine kreiszylindrische Innenfläche auf der Innenumfangsfläche der Bohrung liegt, so dass ebenfalls beim Einschieben des Messgeräts das Messelement nicht mit der Hohlwelle kollidiert.
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Erst nach Überführen des Messelements in die Messstellung ist dieses mit ihrer Anlagefläche innerhalb des Messbereichs angeordnet.
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Vorzugsweise weist das Messelement einen radial vorstehenden Messvorsprung aufweist, der die Anlagefläche bildet.
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Hierbei kann das Messelement eine Messplattenwelle aufweisen, die im oder am Grundkörper um die Drehachse drehbar gelagert und entlang der Drehachse axial verstellbar geführt ist. Das Messelement weist dann vorzugsweise eine Messplatte auf, die die Anlagefläche bildet. Die Messplatte kann eine kreiszylindrische Außenfläche um die Drehachse aufweisen, von der ein Vorsprung radial vorsteht, der die Anlagefläche bildet.
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Die Messplatte ist an einem axialen Ende der Messplattenwelle befestigt. Die Messplattenwelle weist an einem von der Messplatten abgewandten Ende eine Sensorfläche auf, gegen die sich ein Stößel des Positionsgebers abstützt.
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Für eine Drehmitnahme von der Betätigungswelle auf die Messplattenwelle kann vorgesehen sein, dass die Betätigungswelle einen ersten Mitnehmer aufweist, der in Betätigungsstellung der Betätigungswelle mit einem zweiten Mitnehmer des Messelements derart zusammenwirkt, dass durch Drehen der Betätigungswelle das Messelement gedreht wird.
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Hierfür kann eine Mitnehmerkupplung vorgesehen sein, wobei der erste Mitnehmer exzentrisch zur Längsachse und der zweite Mitnehmer exzentrisch zur Drehachse angeordnet ist.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Hierin zeigt
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1 einen ersten Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Messgerät,
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2 einen zweiten Längsschnitt durch das Messgerät gemäß 1,
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3 eine vergrößerte Darstellung einer Messplatte des Messgeräts gemäß der Einzelheit III gemäß 1,
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4 einen Querschnitt des Messgeräts gemäß 2 durch eine Kulissenanordnung entlang der Schnittlinie IV-IV,
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5 eine vergrößerte Seitenansicht der Kulissenanordnung gemäß 4 und
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6 einen Querschnitt des Messgeräts gemäß 2 durch eine Mitnehmeranordnung entlang der Schnittlinie VI-VI.
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Die 1, 2 und 3 zeigen Längsschnitte und eine vergrößerte Darstellung eines erfindungsgemäßen Messgeräts und werden im folgenden zusammen beschrieben. Das Messgerät 1 dient zum Messen des Abstands zwischen einer Stirnfläche 2 (erste Messfläche) eines Innenrings 3 eines Wälzlagers 19 und einer Nutflanke 4 (zweite Messfläche) einer Nut 5 in Form einer Außenumfangsnut, die in eine Welle 6 eingebracht ist. Das Wälzlager 19 ist auf die Welle 6 aufgeschoben und soll auf dieser mittels eines Sicherungsrings gesichert werden. Hierzu soll der Sicherungsring in die Nut 5 eingebracht werden. Aufgrund von Fertigungstoleranzen ist der Abstand zwischen der Stirnfläche 2 und der Nutflanke 4 je nach Toleranz unterschiedlich, so dass ein entsprechend des Abstandes zwischen der Stirnfläche 2 und der Nutflanke 4 in der Dicke angepasster Sicherungsring gewählt werden muss.
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Zum Messen des Abstands A weist das Messgerät einen Grundkörper 7 auf, an dem Positionierflächen 8 gebildet sind. Die Positionierflächen 8 sind als Kreisringsegmente um eine Längsachse L eines Grundkörpers 7 angeordnet und liegen in einer gedachten Ebene, die im rechten Winkel zur Längsachse L angeordnet ist. Die Positionierflächen 8 sind im aufgesetzten Zustand des Messgeräts 1 in Anlage zur Stirnfläche 2 des Innenrings 3.
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Ferner weist das Messgerät 1 zwei Messelemente 9 auf, die anhand des in 1 rechts angeordneten Messelements 9 im folgenden näher erläutert werden. Das Messelement 9 weist eine Messplattenwelle 10 auf, die um eine parallel zur Längsachse L angeordneten Drehachse D drehbar im Grundkörper 7 gelagert ist. An einem ersten Längsende 20 der Messplattenwelle 10 ist eine Messplatte 12 mittels einer Befestigungsschraube 11 befestigt. Die Messplatte 12 ist im wesentlichen als Kreisscheibe ausgebildet, wobei von ihrer zylindrisches Außenumfangsfläche 21 ein Messvorsprung 13 radial nach außen vorsteht. Der Messvorsprung 13 bildet eine Anlagefläche 14, die in eine zur Positionierfläche entgegen gesetzte Richtung weist und in Anlage zur Nutflanke 4 überführbar ist.
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Das Messelement 9 ist axial entlang der Drehachse D zwischen einer eingeschobenen Position und einer ausgeschobenen Position axial verstellbar. Ferner ist das Messelement 9 zwischen einer Grundstellung und einer Messstellung um die Drehachse D drehbar. In 3 ist das Messelement 9 in der ausgeschobenen Position und der Messstellung dargestellt.
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Für eine Messung befindet sich jedoch das Messelement 9 zunächst in der eingeschobenen Position und in der Grundstellung. in der eingeschobenen Position befindet sich die Messplatte 12 vollständig innerhalb eines Gehäuses 22 des Messgeräts 1, das mit dem Grundkörper 7 fest verbunden ist und in Form eines Rohres gestaltet ist. In dieser Stellung des Messelements 9 wird das Messgerät 1 auf die Welle 6 aufgesetzt, wobei entlang der Längsachse L eine Zentrierstange 16 mit Zentrierspitze 17 axial verstellbar geführt ist. Die Zentrierspitze 17 greift in eine Bohrung 18 der Welle 6 ein und zentriert das Messgerät 1 bezüglich der Welle 6. Die Zentrierstange 16 ist mittels einer Feder 23 zu einer ausgeschobenen Position hin mit Kraft beaufschlagt und wird beim Aufsetzen des Messgeräts 1 in eine eingeschobene Position überführt, bis die Positionierflächen 8 in Anlage zur Stirnfläche 2 des Innenrings 3 gelangen. Wenn das Messgerät 1 wie in den 1 bis 3 dargestellt auf die Welle 6 aufgesetzt ist, werden die Messelemente 9 von ihren eingeschobenen Positionen in die ausgeschobenen Positionen überführt, wie sie in 3 dargestellt sind. In der ausgeschobenen Position ist eine Stirnfläche der Messplatte 15, welche in dieselbe Richtung weist wie die Positionierfläche 8, zur Positionierfläche 8 rückversetzt, so dass zwischen der Stirnfläche 15 und der Positionierfläche 8 ein Abstand B vorgesehen ist. Somit berührt die Messplatte 12 nicht den Innenring 3 des Wälzlagers 19. Das Messelement 9 befindet sich weiterhin in der Grundstellung, in der der Messvorsprung 13 nicht nach innen weist. Erst in der ausgeschobenen Position des Messelments 9 wird dieses in die Messstellung gedreht, so dass der Messvorsprung 13 in die Nut 5 eintaucht. Das Messgerät 1 weist einen gedachten Messbereich auf. Der Messbereich ist in Form eines Ringzylinders mit kreisringförmigem Querschnitt anzunehmen, d. h. als Zylinder mit einer bestimmten Wandstärke, der um die Längsachse L angeordnet ist. Seine Außenumfangsfläche liegt auf der Außenumfangsfläche 24 der Welle. In der Grundstellung des Messelements 9 befindet sich der Messvorsprung 13 und somit die Anlagefläche 14 außerhalb des gedachten Messbereichs. In der Messstellung befindet sich der Messvorsprung 13 mit der Anlagefläche 14 zumindest teilweise in dem Messbereich. Nur somit ist es möglich, das Messgerät 1 axial entlang der Längsachse L auf die Welle 6 aufzusetzen, ohne dass der Messvorsprung 13 mit der Welle 6 kollidiert.
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Sobald das Messelement 9 in die Messstellung überführt wurde, wird das Messelement 9 in Richtung zu seiner eingeschobenen Stellung bewegt, bis die Anlagefläche 14 mit der Nutflanke 4 in Anlage überführt ist. Hierzu dient ein Federelement 25, das die Anlagefläche 14 gegen die Nutflanke 4 mit Kraft beaufschlagt.
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Ein Positionsgeber 26 ermittelt die axiale Position des Messelements 9 gegenüber dem Grundkörper 7, so dass auf den Abstand der Anlagefläche 14 zur Positionierfläche 8 geschlossen werden kann. Die Positionsgeber 26 sind in Form von Längensensoren dargestellt, die koaxial zur jeweiligen Drehachse D eine Messelements 9 angeordnet sind. Die Positionsgeber 26 sind fest am Grundkörper 7 gehalten und weisen jeweils einen Stößel 27 auf, der entlang der jeweiligen Drehachse D axial verstellbar geführt ist und sich gegen eine Sensorfläche 28 eines Messelements 9 axial abstützt. Der Stößel 27 ist über integrierte Federmittel des Positionsgebers 26 gegen die Sensorfläche 28 mit Kraft beaufschlagt, so dass der Stößel 27 sich zusammen mit dem jeweiligen Messelement 9 axial entlang der Drehachse D bewegt. Somit lässt sich die axiale Position des Messelements 9 gegenüber dem Grundkörper 7 messen.
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Zur Betätigung, d. h. zum axialen Verstellen und zum Drehen der Messelemente 9, ist eine Betätigungswelle 29 vorgesehen, die entlang der Längsachse L axial verschiebbar und um diese drehbar am Gehäuse 7 vorgesehen ist. An einem den Positionierflächen 8 abgewandten Ende des Grundkörpers 7 bzw. des rohrförmigen Gehäuses 22 ist ein Handgriff 33 fest mit der Betätigungswelle 29 verbunden und ragt aus dem Gehäuse 22 heraus. Mittels einer Druckfeder 30 ist die Betätigungswelle 29 in Richtung zu einer ausgeschobenen Ausgangsstellung beaufschlagt. Hierbei stützt sich die Druckfeder 30 einerseits über ein Axiallager 40 gegen den Grundkörper 7 und andererseits gegen den Handgriff 33 ab.
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Die Betätigungswelle 29 ist innerhalb des Gehäuses 22 durch eine Bohrung 32 eines Kulissenelements 31 hindurchgeführt, wobei das Kulissenelement 31 zylinderförmig gestaltet ist und fest mit dem Grundkörper 7 verbunden ist. Das Kulissenelement 31 weist einen radial verlaufenden Durchbruch 34 auf, der von außen bis zur Bohrung 32 führt 4 und 5). Durch den Durchbruch 34 ist ein Steuerstift 35 hindurchgeführt, der fest mit der Betätigungswelle 29 verbunden ist und radial zur Längsachse L verläuft. Somit lässt sich die Betätigungswelle 29 über einen Öffnungswinkel α des Durchbruchs 24 zwischen einer ersten Anschlagfläche 36 des Durchbruchs 24 und einer zweiten Anschlagfläche 37 des Durchbruchs 34 verdrehen. Wenn der Steuerstift 35 mit der ersten Anschlagfläche 36 in Anlage ist, befindet sich die Betätigungswelle 29 in einer Drehposition, die der Grundstellung der Messelemente 9 entspricht. Wenn sich der Steuerstift 35 in Anlage zur zweiten Anschlagfläche 37 befindet, befinden sich die Messelemente 9 in ihrer Messstellung. Die Drehmitnahme zwischen der Betätigungswelle 29 und den Messelementen 9 wird später näher erläutert.
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Wie insbesondere aus der Seitenansicht gemäß 5 ersichtlich ist, ist der Durchbruch 34 in Richtung der Längsachse L betrachtet so breit, wie die Dicke des Steuerstifts 35. In den Bereichen der Anschlagflächen 36, 37 bildet der Durchbruch 34 jedoch Steuernuten 38, 39, die in Richtung der Längsachse L verlaufen und so breit in Längsrichtung betrachtet ausgebildet sind, dass der Steuerstift 34 axial in diese eintauchen kann. An der ersten Anschlagfläche 36 befindet sich eine erste Steuernut 38 und an der zweiten Anschlagfläche 37 eine zweite Steuernut 39. In der Ausgangsstellung der Betätigungswelle 39 und der Grundstellung der Messelemente 9 befindet sich der Steuerstift 35 in der ersten Steuernut 38. In dieser Stellung der Betätigungswelle 29 Isst sich diese nicht drehen, da die Breite der Steuernuten 38, 39 an die Dicke des Steuerstifts angepasst sind. Die Betätigungswelle 29 lässt sich lediglich axial zu ihrer Betätigungsstellung verschieben, in der der Steuerstift 35 aus der ersten Steuernut 38 ausgetreten ist. Sodann Isst sich die Betätigungswelle 29 um die Längsachse L drehen, bis der Steuerstift 35 in Anlage zur zweiten Anschlagfläche 37 gelangt. Lediglich in dieser Stellung lässt sich die Betätigungswelle 29 wieder in ihre Ausgangsstellung axial verstellen, wobei der Steuerstift 35 dann in die zweite Steuernut 39 eintaucht. Beim Drehen der Betätigungswelle 29 werden wie nachfolgend näher erläutert die Messelemente 9 von ihrer Grundstellung in ihre Messstellung überführt. Das Kulissenelement 31 sorgt dafür, dass die Messvorsprünge 13 der Messplatten 12 lediglich in der ausgeschobenen Position der Messelemente verschwenkt werden können, so dass diese nicht mit der Außenumfangsfläche 24 der Welle 6 kollidieren.
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Zur Erläuterung der Drehmitnahme zwischen der Betätigungswelle 29 und den Messelementen 9 ist in 6 ein Querschnitt des Messelements gemäß Schnitt VI-VI in 2 dargestellt. An der Betätigungswelle 29 ist ein Mitnehmerelement 41 drehfest befestigt, das erste Mitnehmer 42, 42' aufweist, die radial zur Längsachse L von der Betätigungswelle 29 vorstehen. In den ersten Mitnehmern 42, 42' sind Mitnehmernuten 43, 43' vorgesehen, die radial zur Längsachse L in die ersten Mitnehmer 42, 42' eingebracht sind und in axialer Richtung in Richtung zu den Messelementen hin offen sind.
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Die Messelemente weisen zweite Mitnehmer 44, 44' in Form von Stiften auf, die parallel zur Längsachse L und zu den Drehachsen D angeordnet sind.
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In der Ausgangsstellung der Betätigungswelle 29 sind das Mitnehmerelement 41 und die zweiten Mitnehmer 44, 44' axial zueinander beabstandet, so dass sich die zweiten Mitnehmer 44, 44' nicht in den Mitnehmernuten 43, 43' der ersten Mitnehmer 42, 42' befinden. Durch axiales Verstellen der Betätigungswelle 29 aus der Ausgangsstellung in die Betätigungsstellung werden die Mitnehmernuten 34, 34' in Eingriff zu den zweiten Mitnehmern 44, 44' überführt, indem die ersten Mitnehmer 42, 42' auf die zweiten Mitnehmer 44, 44' aufgesetzt werden und diese in die Mitnehmernuten 43, 43' eintauchen. Sodann kann durch Verdrehen der Betätigungswelle das Mitnehmerelement 41 gedreht werden, wobei hierbei die ersten Mitnehmer 42, 42' in Umfangsrichtung gegen die zweiten Mitnehmer 44, 44' abgestützt sind und diese mit gedreht werden, so dass sich die Messelemente 9 um ihre Drehachsen D, D' drehen. Die Mitnehmernuten 43, 43' lassen es aufgrund ihrer radialen und axialen Erstreckung zu, dass bei Drehung die zweiten Mitnehmer 44, 44' radial unterschiedlich tief in die Mitnehmernuten 43, 43' eintauchen und bei Verstellen der Betätigungswelle 29 zwischen der Ausgangsstellung und der Betätigungsstellung in axialer Richtung unterschiedlich tief in die Mitnehmernuten 43, 43' eintauchen.
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Sobald die Messelemente 9 ihre Messstellung erreicht haben, wird die Betätigungswelle wieder in ihre Ausgangsstellung axial verstellt.
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Das Zurückstellen der Messelemente erfolgt in analoger Weise jedoch in umgekehrter Reihenfolge.
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Der Grundkörper 7 ist aus drei axial zueinander beabstandeten Platten 45, 46, 47 gebildet, die über Säulen 48, 49 miteinander verbunden sind. An einer ersten der Platten 45 ist das Kulissenelement 31 befestigt, an einer zweiten der Platten 46 sind die Positionsgeber 26 befestigt und an einer dritten der Platten 47 sind sowohl die Meßplattenwellen 10 über Kugelführungen 50 als auch die Zentrierstange 16 geführt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Messgerät
- 2
- Stirnfläche (erste Messfläche)
- 3
- Innenring
- 4
- Nutfläche (zweite Messfläche)
- 5
- Nut
- 6
- Welle
- 7
- Grundkörper
- 8
- Positionierfläche
- 9
- Messelement
- 10
- Messplattenwelle
- 11
- Befestigungsschraube
- 12
- Messplatte
- 13
- Messvorsprung
- 14
- Anlagefläche
- 15
- Stirnfläche der Messplatte
- 16
- Zentrierstange
- 17
- Zentrierspitze
- 18
- Bohrung
- 19
- Wälzlager
- 20
- erstes Längsende
- 21
- Außenumfangsfläche
- 22
- Gehäuse
- 23
- Feder
- 24
- Außenumfangsfläche
- 25
- Federelement
- 26
- Positionsgeber
- 27
- Stößel
- 28
- Sensorfläche
- 29
- Betätigungswelle
- 30
- Druckfeder
- 31
- Kulissenelement
- 32
- Bohrung
- 33
- Handgriff
- 34
- Durchbruch
- 35
- Steuerstift
- 36
- erste Anschlagfläche
- 37
- zweite Anschlagfläche
- 38
- erste Steuernut
- 39
- zweite Steuernut
- 40
- Axiallager
- 41
- Mitnehmerelement
- 42, 42'
- erster Mitnehmer
- 43, 43'
- Mitnehmernuten
- 44, 44'
- zweiter Mitnehmer
- 45
- Platte
- 46
- Platte
- 47
- Platte
- 48
- Säule
- 49
- Säule
- 50
- Kugelführung
- A
- Abstand
- B
- Abstand
- D, D'
- Drehachse
- L
- Längsachse
- α
- Öffnungswinkel
