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Die
Erfindung betrifft eine Prüfvorrichtung zur Bestimmung
eines seitlichen Versatzes bzw. einer Koaxialität zwischen
einer ersten Bohrung und einer zweiten Bohrung und ein Verfahren
zum Betreiben der Prüfvorrichtung.
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DE 3800750 A1 betrifft
eine Meßlehre zum Prüfen der Fluchtung von im
Abstand liegenden Bohrungen, die auf einer gemeinsamen Achse liegen, insbesondere
zum Prüfen der Fluchtung von Lagersitzen an halbrunden
Endjochen eines Universalgelenkes. Ein Paar Meß-Büchsen
wird in den Lagersitzen durch Bügel befestigt. Ein Meßstab
wird durch die Innenbohrung von einer der Büchsen geführt. Wenn
die Lagersitze oder Bohrungen in Flucht liegen, so kann der Meßstab
auch in die andere der beiden Meß-Büchsen eingeführt
werden.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine einfache und preiswerte
Möglichkeit zur Prüfung eines Versatzes zwischen
Bohrungen bereitzustellen, die nicht voneinander beabstandet sind.
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Diese
Aufgabe wird mittels einer Vorrichtung nach Anspruch 1 und eines
Verfahrens nach Anspruch 10 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind
insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.
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Die
Prüfvorrichtung dient zur Bestimmung eines seitlichen Versatzes
bzw. einer Koaxialität zwischen einer ersten Bohrung und
einer darin eingebrachten, zweiten Einstichbohrung. Sie weist ein
Befestigungsmittel zur lösbaren und spielfreien Befestigung
an, insbesondere in, der ersten Bohrung auf. Die Prüfvorrichtung
weist ferner einen (bezüglich der Bohrungsachse(n)) in
Radialenrichtung beweglichen Messtaster auf, welcher zur Kontaktierung
der Einstichbohrung eingerichtet ist und in einer Umfangsrichtung
(d. h., senkrecht zur Radialenrichtung) drehbar ist.
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Diese
Prüfvorrichtung weist die Vorteile auf, dass sie einfach
und kostengünstig herstellbar ist, robust und dennoch ausreichend
genau ist und zudem mobil ausgestaltbar ist. Insbesondere ihre Mobilität ermöglicht
ihre Verwendung ohne weiteren Aufwand direkt an einer Herstellungslinie.
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Zur
einfachen und sicheren Befestigung am zu prüfenden Werkstück
weist das Befestigungsmittel vorzugsweise ein in die erste Bohrung
einzusetzendes Einspannmittel auf, insbesondere eine Spannzange.
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Es
wird zur Herstellung einer einfachen, genauen und robusten Messanordnung
bevorzugt, wenn der Messtaster auf einem Hebel aufsitzt, dessen
einer Hebelarm zur Aufnahme des Messtasters eingerichtet ist. Dadurch
ist der Messtaster erstens gut definierbar beweglich, und zudem
ist eine Übertragung der Bewegung des Messtasters auf einen Messfühler
(eine Messeinheit) durch entsprechende Dimensionierung des Hebels
(Gesamtlänge, Länge der Hebelarme usw.) einfach
skalierbar. Bei gleichen effektiven Hebellängen von der
Schenkachse zum Schwenktaster bzw. zum Aufsatzpunkt des Messfühlers
kann eine Verschwenkung des Messtasters direkt abgefühlt
werden.
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Es
wird dann bevorzugt, wenn der andere Hebelarm zur Kontaktierung
mit einem Messfühler eingerichtet ist, insbesondere, falls
der Messfühler eine Messuhr aufweist, die auf den anderen
Hebelarm drückt. Dadurch wird mit einem Bauteil erstens eine
genaue Messung der (radialen) Bewegung des Messtasters und zweitens
eine zuverlässige Kontaktierung des Messtasters in der
Einstichbohrung erreicht.
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Es
wird zum einfachen Einführen der Prüfvorrichtung
in die erste Bohrung und zum ungehinderten Ausmessen der Einstich bohrung
bevorzugt, wenn der Messtaster in Einsatzrichtung der Prüfvorrichtung
hinter einem Eingriffsbereich (Kontaktbereich) des Befestigungsmittels
mit der ersten Bohrung angeordnet ist.
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Zur
Positionierung des Messtasters in derjenigen Tiefe der ersten Bohrung,
welche der Position der Einstichbohrung entspricht, wird es bevorzugt, wenn
die Prüfvorrichtung ferner radial abgehende Abstandshalter
zur Begrenzung einer Einsatztiefe in die erste Bohrung aufweist.
Diese ragen radial bzw. seitlich über die erste Bohrung
hinaus.
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Es
wird zur einfachen Handhabung bevorzugt, wenn die Abstandhalter
zusammen mit dem Messtaster (und damit auch mit dem Hebel und dem Messfühler)
in Umfangsrichtung drehbar sind, z. B. auf einem gemeinsamen, drehbar
gelagerten Spannstern angebracht.
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Es
wird bevorzugt, wenn der Messtaster vollständig um eine
Längsachse der Prüfvorrichtung drehbar ist, zumindest
jedoch in Umfangsrichtung über einen Winkelbereich von
0° bis maximal 270° bis 360° drehbar
ist.
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Das
Verfahren zum Betreiben einer solchen Prüfvorrichtung weist
zumindest die folgenden Schritte auf: Einsetzen der Prüfvorrichtung
in die erste Bohrung so, dass das ein Kontaktbereich des Befestigungsmittels
mit der ersten Bohrung in Einsatzrichtung vor der Einstichbohrung
angeordnet ist und der Messtaster die Einstichbohrung kontaktieren kann;
Spielloses Befestigen des Befestigungsmittels an, insbesondere in,
der ersten Bohrung; Drehen des Messtasters in der Einstichbohrung
und dabei Erfassen einer Eindringtiefe des Messtasters in die Einstichbohrung
mittels eines Messfühlers.
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Es
wird bevorzugt, wenn das Verfahren vorher einen Schritt eines Anordnens
des Messtasters in einem Bereich innerhalb der Querschnittsfläche
der ersten Bohrung umfasst, also der Messtaster in einen Bereich
innerhalb des Bohrungsdurchmessers eingefahren wird.
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Es
wird ferner bevorzugt, wenn das Verfahren einen Schritt eines radial
nach Außen Bewegens, insbesondere Verschwenkens, des Messtasters
auf den Bohrungsgrund der Einstichbohrung umfasst.
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In
den folgenden Figuren wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels
schematisch genauer beschrieben. Dabei können zur besseren Übersichtlichkeit
gleiche oder gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen
versehen sein.
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1 zeigt
die Prüfvorrichtung als Schrägansicht von einer
Seite;
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2 zeigt
die Prüfvorrichtung aus 1 als Schnittdarstellung
in Seitenansicht;
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3 zeigt
die Prüfvorrichtung aus 1 als Schrägansicht
von einer Seite in einem ausschnittsweise gezeigten, zu prüfenden
Bauteil eingesetzt.
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1 bis 3 zeigen
jeweils eine mobile Prüfvorrichtung 1 zur Bestimmung
eines seitlichen Versatzes zwischen einer ersten Bohrung und einer zweiten
Bohrung. Wie aus 3 ersichtlich, sind zwei sich
gegenüberliegende erste Bohrungen 2 jeweils als
Hauptbohrung in einem zu prüfenden Werkstück 3 eingebracht.
Die jeweilige zweite Bohrung 4 ist als Einstichbohrung
in der Bohrungswand der zugehörigen ersten Bohrung 2 eingebracht.
Die Einstichbohrung 4 ist als umlaufende Nut ausgestaltet, die
sich radial in die Bohrungswand erstreckt. In dieser Beschreibung
werden Lagebeschreibungen, wie ”radial”, ”vorne”, ”hinten”, ”in
Umfangsrichtung” usw. bezüglich der Bohrungsachse
B gegeben, und zwar in Einsatzrichtung der Prüfvorrichtung 1 in
die erste Bohrung 2 wie durch den Pfeil an der Bohrungsachse B
angedeutet. Die Bohrungsachse B ent spricht in diesem Fall der Längsachse
der Prüfvorrichtung 1. In 3 ist die
Prüfvorrichtung 1 von Außen in die rechte
erste Bohrung 2 eingesetzt gezeugt.
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Die
Prüfvorrichtung 1 weist ein Befestigungsmittel
in Form einer Spannzange 5 zur lösbaren und spielfreien
Befestigung in der ersten Bohrung 2 auf, wodurch unter
anderem Bohrungstoleranzen ausgeglichen werden. Die Spannzange 5 wird
durch Drehung eines als Sterngriff ausgebildeten Handgriffs 6 in
eine entsprechende Richtung radial zur Kontaktierung der Bohrungswand
der ersten Bohrung 2 ausgefahren bzw. zum Lösen
davon wieder eingefahren. Dies geschieht hier durch Vor- und Zurückbewegen eines
Spannbolzens 5a, wodurch die Spannzange 5 gespannt
bzw. gelöst wird.
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Die
mobile Prüfvorrichtung 1 weist ferner einen stiftförmigen
Messtaster 7 auf, welcher dazu eingerichtet ist, zur Kontaktierung
eines Bohrungsgrunds der Einstichbohrung 4 in Radialenrichtung
R beweglich zu sein. Dazu sitzt der Messtaster 7 außenseitig
auf einem zur Spannzange 5 gerichteten Hebelarm 8 eines
Hebels 9 auf. Der andere Hebelarm 10 ist zur Kontaktierung
mit einem Messfühler 11 eingerichtet. Der Messtaster 7 und
der Hebel 9 sind hinter dem radial ausgreifenden Bereich
der Spannzange 5 (Eingriffsbereich mit der ersten Bohrung 2) angeordnet.
Der Messfühler liegt in Form einer Messuhr 11 vor,
welche auf dem anderen Hebelarm 10 aufsitzt. Eine Messrolle 11a der
Messuhr 7 wird mittels einer Druckfeder nach herausgedrückt.
Die Messrolle 11a drückt somit ihren Hebelarm 10 nach unten
und folglich durch das Hebelprinzip mit Schwenkung um den Hebelpunkt
S den Messtaster 7 nach oben. Dadurch wird sichergestellt,
dass der Messtaster 7 immer am Bohrungsgrund der Einstichbohrung 4 anliegt.
Diese Andrückkraft ist so bemessen, dass einerseits ein
sicheres Aufliegen gewährleist ist und andererseits eine
Messgenauigkeit nicht beeinträchtigt wird.
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Der
Hebel 9 ist an einem Spannstern in Form einer rohrförmigen
Hülse 12 befestigt, die in Umfangsrichtung U (also
senkrecht zur Radialenrichtung R) um 350° drehbar gelagert
ist. Dadurch sind auch der Messtaster 7 und die Messuhr 11 entsprechend in
der Umfangsrichtung drehbar.
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An
der Hülse 12 sind ferner drei in Umfangsrichtung
gleichbeabstandete, radial abgehende Abstandshalter 13 zur
Begrenzung einer Einsatztiefe in die erste Bohrung 2 angeordnet.
Die Abstandhalter 13 sind somit ebenfalls in Umfangsrichtung
U drehbar. Zur Verringerung eines Drehwiderstands weist jeder Abstandshalter 13 an
seiner zur Bohrung 2 gerichteten Seite eine Laufrolle 14 auf.
Der Abstand der Abstandshalter 13 zum Messtaster 7 ist
durch die Position der Einstichbohrung 4 gegeben.
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Zum
Einsatz der Prüfvorrichtung 1 wird zunächst
der Messtaster 7 radial eingefahren, d. h., in Richtung
der Bohrungsachse B verschoben bzw. verschwenkt. In der gezeigten
Ausführungsform kann der Messtaster 7 mittels
eines Arretierungsbolzens 15 in dieser Position gehalten
werden. Dann wird die Prüfvorrichtung mit der Spannzange 5 voran
in die erste Bohrung 2 eingeschoben, bis die Abstandshalter 13 aufsetzen.
In dieser Einsatzstellung ist ein Kontaktbereich der Spannzange 5 mit
der ersten Bohrung 2 über die Einstichbohrung 4 hinaus
nach vorne verschoben, während der Messtaster 7 in Längs-
bzw. Einsatzrichtung auf Höhe der Einstichbohrung 4 positioniert
ist. Nun wird die Spannzange 5 durch Drehen des Griffs 6 in
der ersten Bohrung 2 seitlich ausgefahren und die Prüfvorrichtung 1 daran spielfrei
fixiert. Folgend wird der Messtaster 7 durch Lösen
des Arretierungsbolzens 15 wieder radial ausgefahren (an
die Einstichbohrung 4 angeschwenkt) und kontaktiert dadurch
deren Bohrungsgrund, wie in 3 gezeigt.
Dann wird die Hülse 12 gedreht, wodurch der Messtaster 7 die
Einstichbohrung 4 abfährt. Während der
Messtaster 7 die Radialkontur der Einstichbohrung abfährt,
wird eine Änderung der radialen Lage des Messtasters 7 über
eine Bewegung des Hebels 8 an die Messuhr 11 weitergegeben,
was zu einer Messung einer Eindringtiefe korrespondiert.
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Durch
Bestimmen der absoluten Eindringtiefe des Messtasters 7 oder – bevorzugt – einen
Vergleich der durch die Messuhr 11 festgestellten (relativen)
Eindringtiefe an unterschiedlichen Stellen der Einstichbohrung 4 wird
der Versatz bestimmt. Kein Versatz liegt vor, falls die Messuhr 11 keine
winkelabhängigen Hebelbewegungen anzeigt. Der maximale Versatz
ergibt sich aus einer maximalen Messwertdifferenz zu einem Referenzpunkt.
Durch Feststellung der Drehlage des Messtasters kann auch die Richtung
des maximalen Versatzes bestimmt werden. Mit Kenntnis des Versatzes
und seiner Richtung kann die Einstichbohrung 4 entsprechend
nachgearbeitet werden, wodurch sich eine erhöhte Bearbeitungsqualität des
Werkstücks 3 ergibt.
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Die
obige Prüfvorrichtung 1 ist einfach und kostengünstig
mit herkömmlichen Mitteln herstellbar. Sie ist robust und
dennoch ausreichend genau. Sie ist zudem von einem Benutzer ohne
Schwierigkeiten ohne Hilfsmittel handhabbar und ablesbar. Insbesondere
diese Mobilität ermöglicht ihre Verwendung ohne
weiteren Aufwand direkt an einer Herstellungslinie.
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Selbstverständlich
ist die vorliegende Erfindung nicht auf das gezeigte Ausführungsbeispiel
beschränkt. So kann der Messtaster beim Einführen
der Prüfvorrichtung auch händisch untengehalten
werden. Der Messtaster kann mit dem Hebel fest, insbesondere einstückig,
oder abnehmbar verbunden sein. Auch kann der Hebel durch andere
Mittel gespannt werden, z. B. mittels eigens dazu vorgesehenen Federelement(en).
Dass Messverfahren zur Bestimmung der radialen Position des Messtastern muss
nicht mechanisch sein, sondern kann z. B. auch optisch durchgeführt
werden, z. B. durch eine optische Abstandsbestimmung eines Optosensors zum
anderen Hebelarm. Die Erfindung ist nicht auf eine Verwendung eines
Hebels beschränkt. Auch kann z. B. der Messtaster um weniger
als 270° drehbar sein. Auch können mehrere Messtaster
und/oder Mess fühler verwendet werden.
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- 1
- Prüfvorrichtung
- 2
- erste
Bohrung
- 3
- Werkstück
- 4
- zweite
Bohrung
- 5
- Spannzange
- 5a
- Spannbolzen
- 6
- Handgriff
- 7
- Messtaster
- 8
- Hebelarm
- 9
- Hebel
- 10
- Hebelarm
- 11
- Messuhr
- 11a
- Messsspitze
- 12
- Hülse
- 13
- Abstandshalter
- 14
- Laufrolle
- 15
- Arretierungsbolzen
- B
- Bohrungsachse
- R
- Radialenrichtung
- S
- Schwenkachse
- U
- Umfangsrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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