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Die Erfindung betrifft ein Messgerät zum Messen von Verzahnungen nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und 2 sowie ein Verfahren zum Messen von Verzahnungen nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 12.
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Durch die
DE 102 44 025 A1 der Anmelderin wurde ein Messgerät zum Messen von Verzahnungen und Durchmessern an rotationssymmetrischen Bauteilen, insbesondere von Innen- und Außenverzahnungen von Zahnrädern bekannt. Das Messgerät umfasst einen höhenverstellbaren Messtisch sowie einen festen und einen beweglichen Messanschlag, auch Messtaster genannt, welche einen im Messtisch angeordneten Schlitz durchsetzen. Das zu vermessende Bauteil wird zunächst auf dem Messtisch abgelegt und zwischen dem festen Messanschlag und dem beweglichen Messanschlag vorpositioniert. Anschließend wird der eigentliche Messvorgang eingeleitet, indem ein federbetätigter Mechanismus aktiviert wird, welcher mit Hilfe der Federkraft den beweglichen Messtaster gegen das Bauteil drückt und in eine Messposition bewegt. Das bekannte Messgerät wird insbesondere zur Vermessung von Verzahnungen verwendet, wobei über die beiden Messtaster das diametrale Zweikugel- oder das diametrale Zweirollenmaß ermittelt wird. Um eine exakte Messung zu erhalten, müssen die Messtaster, also die Messkugeln oder Messrollen diametral jeweils in eine Zahnlücke eingreifen. Ein Problem besteht darin, die exakte Messposition anzufahren.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Messgerät sowie ein Verfahren der eingangs genannten Art weiter zu verbessern, insbesondere hinsichtlich der Messgenauigkeit.
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Die Erfindung umfasst die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche 1, 3 und 12. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Nach einem ersten Aspekt der Erfindung ist ein dritter, manuell und stufenlos einstellbarer Messanschlag, auch Werkstückanschlag genannt, zur Positionierung des Bauteils auf dem Messtisch vorgesehen. Bevorzugt wird der Werkstückanschlag in einer Richtung verstellt, welche quer zur Verstellrichtung des beweglichen Messanschlages verläuft. Das Bauteil, beispielsweise ein Zahnrad mit Außenverzahnung, wird somit an drei etwa um 90 Grad gegeneinander versetzt angeordneten Punkten, dem festen Messanschlag, dem Werkstückanschlag und dem beweglichen Messanschlag abgestützt. Damit kann eine höhere Messgenauigkeit erzielt werden.
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Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die Messeinheit, welche den festen und den beweglichen Messanschlag umfasst, beweglich in einer Ebene angeordnet, d. h. die Messeinheit ist schwimmend gelagert und kann sich somit in zwei Achsrichtungen, z. B. in x- und y-Richtung bewegen. Diese Beweglichkeit ist insbesondere während des Messvorganges von Vorteil, da sich die Messeinheit gegenüber dem Bauteil zentrieren kann. Damit wird eine genauere Messung erreicht.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist die Ebene, in welcher die Messeinheit verschiebbar ist, etwa planparallel zur Ebene des Messtisches, d. h. zu dessen Auflagefläche für das Bauteil angeordnet. Insbesondere ist die Messeinheit in Richtung der beiden horizontalen Achsen beweglich. Damit ist sichergestellt, dass die Messanschläge, insbesondere deren Messtaster während des Messvorganges ihre Höhe in Bezug auf das Bauteil beibehalten.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Messeinheit über eine Dreipunktlagerung, auch Dreipunktauflage genannt, abgestützt, d. h. eine Lagerung, die statisch bestimmt ist und eine minimale Reibung aufweist.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die Messeinheit in ihrer Bewegung durch Anschlagelemente begrenzt, d. h. die Messeinheit kann sich während des Messvorganges nur in definierten Grenzen, sowohl in x- als auch y-Richtung bewegen. Bevorzugt können derartige Anschlagelemente als Kombination aus einem Bolzen und einer Bohrung bestehen, wobei zwischen dem Außenumfang des Bozens und dem Innenumfang der Bohrung ein definierter Ringspalt belassen ist.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Messeinheit durch Stell- oder Fixierelemente in einer Ruheposition fixierbar. Die Beweglichkeit oder die Ausweichmöglichkeit der Messeinheit wird nur während des eigentlichen Messvorganges benötigt. Vor und nach dem Messenvorgang wird die Messeinheit gegenüber dem Messgerät fixiert, und zwar durch die Stellelemente, welche bevorzugt als Fixierzylinder ausgebildet sind.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der bewegliche Messanschlag durch einen Aktuator linear verschiebbar, wobei der Aktuator bevorzugt als Messkraftzylinder ausgebildet ist, welcher mit einer definierten Messkraft während des Messvorganges auf den Messanschlag und damit auch auf das Bauteil einwirkt. Durch die während des Messvorganges wirkende Messkraft zentriert sich die schwimmend gelagerte Messeinheit in Bezug auf das Bauteil.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weisen der erste und der zweite Messanschlag austauschbare Messeinsätze auf. Damit können bei unterschiedlichen zu vermessenden Bauteilen die passenden Messeinsätze verwendet werden.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Messeinsätze als kombinierte Messtaster ausgebildet, welche sowohl für die Vermessung einer Außen- als auch einer Innenverzahnung geeignet sind. Hierfür sind an einem Messeinsatz diametral zueinander zwei Messtaster, insbesondere Messkugeln oder Messrollen angeordnet. Bei einem Wechsel von einer Außenverzahnung zu einer Innenverzahnung müssen die Messeinsätze daher nicht ausgetauscht werden, wodurch die Messung bzw. Rüstzeit verkürzt wird.
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Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung sind bei einem Verfahren, welches mittels des erfindungsgemäßen Messgeräts durchgeführt wird, folgende Verfahrensschritte vorgesehen: zunächst wird das Bauteil auf dem Messtisch abgelegt und vorpositioniert, was durch Anlage an dem festen Messanschlag und an dem einstellbaren Werkstückanschlag erfolgt. Zusätzlich wird der bewegliche Messanschlag in eine definierte Vorposition, welche durch einen Messwegaufnehmer vorgegeben ist, bewegt und in dieser Vorposition fixiert. Danach wird ein automatischer Messvorgang gestartet, wobei vor Beginn des Messvorganges die Beweglichkeit der Messeinheit hergestellt wird, was durch Lösen der Fixierung durch die Fixierzylinder erfolgt. Damit ist sichergestellt, dass sich die Messeinheit und mit ihr die Messanschläge während der Messung in Richtung von zwei horizontalen Achsen bewegen können. Nach Aktivierung der schwimmenden Lagerung wird der Messkraftzylinder in eine äußere Endlage ausgefahren, danach wird der bewegliche Messanschlag durch den Messkraftzylinder in eine Messposition gefahren, wobei die Messeinheit durch die ausgeübte Messkraft über die Schwimmlagerung in einer Zahnlücke des Bauteils zentriert wird. Auf diese Weise wird ein axialer und/oder radialer Versatz von Zahnlückenmitte zur Mittellinie der Messtaster, also zwischen den Messkugeln bzw. Messrollen ausgeglichen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben, wobei sich aus der Beschreibung und/oder der Zeichnung weitere Merkmale und/oder Vorteile ergeben können. Es zeigen
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1 eine 3-D-Ansicht des vollständigen Messgerätes mit einem Bauteil und einer Messeinheit,
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2 die Messeinheit als Baugruppe mit Komponenten,
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3 eine weitere 3-D-Darstellung der Messeinheit,
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4 eine Kontrastdarstellung der Messeinheit im Messgerät,
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5 einen Teilschnitt der schwimmenden Lagerung der Messeinheit,
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6 eine Vorpositionierung des Bauteils auf dem Messtisch des Messgeräts und
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7 einen Messeinsatz mit kombiniertem Messtaster.
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1 zeigt in einer 3-D-Darstellung ein Messgerät 1, welches einen höhenverstellbaren Messtisch 2 und eine Messeinheit 3 umfasst. Auf dem Messtisch 2, welcher an seiner Oberfläche Hilfsmittel, vorzugsweise Rollenkäfige 4 aufweist, ist ein rotationssymmetrisches Bauteil 5, ausgebildet als Zahnrad 5 mit Außenverzahnung, abgelegt. Der Messtisch 2 weist einen Längsschlitz 2a auf, welcher von einem ersten, festen Messanschlag 6 und einem zweiten, beweglichen oder verschiebbaren Messanschlag 7 durchsetzt wird – beide Messanschläge 6, 7 sind Bestandteil der unterhalb des Messtisches 2 angeordneten Messeinheit 3. Das Messgerät 1 weist ferner einen dritten, manuell und stufenlos einstellbaren Anschlag 8, auch Werkstückanschlag 8 genannt, auf. Der Werkstückanschlag 8 ist in einer durch einen Doppelpfeil x angedeuteten Richtung verschiebbar, d.h. quer zur durch einen Doppelpfeil y angedeuteten Verschieberichtung des beweglichen Messanschlages 7. Die Höhenverstellung des Messtisches 2, d. h. die Einstellung der Messhöhe wird durch ein Handrad 9 ermöglicht. Die Bewegung oder Verschiebung des beweglichen Messanschlages 7 erfolgt über einen Handgriff 10. 1 zeigt das Bauteil 5 in einer Vorpositionierung, wobei das Bauteil 5 einerseits am festen Messanschlag 6 und andererseits mit seinem Außenumfang an dem manuell verstellbaren und arretierbaren Werkstückanschlag 8 anliegt. Der bewegliche Messanschlag 7 befindet sich in einer fixierten Vorposition, d. h. wie später erläutert wird, noch nicht in Messposition.
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2 zeigt die Messeinheit 3 mit ihren wesentlichen Komponenten als Baugruppe, welche den festen Messanschlag 6, den verschiebbaren oder beweglichen Messanschlag 7, einen Messkraftzylinder 11 und einen Messwegaufnehmer 12 umfasst. Die gesamte Messeinheit 3 ist – wie später genauer erläutert wird – schwimmend gelagert, kann jedoch in einer Ruheposition fixiert werden, was durch zwei diametral zueinander angeordnete Fixierzylinder 13, 14 bewirkt wird. Die Messeinheit 3 weist einen Grundkörper 15 auf, welcher als Träger der einzelnen Komponenten dient.
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3 zeigt – in einer anderen Perspektive – die längsbewegliche Anordnung des beweglichen Messanschlages 7 gegenüber dem Grundkörper 15 der Messeinheit 3. Dabei ist der bewegliche Messanschlag 7 auf einem ersten Längsschlitten 16 und dieser auf einem zweiten Längsschlitten 17, der längsbeweglich gegenüber dem Grundkörper 15 angeordnet ist, angeordnet. Der Messkraftzylinder 11 ist einerseits an dem zweiten Längsschlitten 17 und andererseits an dem ersten Längsschlitten 16 befestigt, so dass er den ersten Längsschlitten 16 mit dem beweglichen Messanschlag 7 relativ zu dem zweiten Längsschlitten 17 verschieben kann. Der zweite Längsschlitten 17 ist mittels des Handgriffes 10 verschiebbar und über eine nicht dargestellte Klemmvorrichtung gegenüber dem Grundkörper 15 feststellbar und lösbar.
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4 zeigt das Messgerät 1 und die innerhalb des Messgerätes 1 angeordnete, in einem helleren Farbton dargestellte Messeinheit 3 mit den beiden Messanschlägen 6, 7. Die Messeinheit 3 ist schwimmend in einer horizontalen Ebene gegenüber dem Messgerät 1 gelagert, vorzugsweise mittels einer hier nicht dargestellten Dreipunktlagerung oder Dreipunktauflage.
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5 zeigt einen Teil der schwimmenden Lagerung der Messeinheit 3 gegenüber einer Grundplatte 1a des Messgerätes 1. Der Grundkörper 15 der Messeinheit 3 ist über ein als Kugel und Ebene ausgebildetes Lagerelement 18 gegenüber der Grundplatte 1a abgestützt; vorzugsweise sind drei dieser Lagerelemente 18 für eine Dreipunktlagerung vorgesehen. Ein Begrenzungs- oder Anschlagelement 19, bestehend aus einem mit dem Grundkörper 15 verbundenen Bolzen 19a und einer Bohrung 19b in der Grundplatte 1a, dient der Begrenzung der Bewegung der Messeinheit 3 respektive des Grundkörpers 15. Der Fixierzylinder 13 fixiert den Grundkörper 15 in einer Ruheposition oder gibt ihn für eine schwimmende Lagerung, d. h. eine Bewegung in der Ebene frei.
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6 zeigt in einer perspektivischen Darstellung den Messtisch 2, auf welchem das Bauteil 5 mit einer Außenverzahnung abgelegt und durch den festen Anschlag 6 sowie durch den am Außenumfang anliegenden Werkstückanschlag 8 vorpositioniert ist, wobei der bewegliche Anschlag 7 in eine Zahnlücke der Außenverzahnung eingreift. Bauteile mit Innenverzahnung, die hier nicht dargestellt sind, können durch Anordnung der beiden Messanschläge 5, 6 innerhalb der Innenverzahnung ebenfalls vermessen werden, und zwar mit den gleichen Messanschlägen, welche für diesen Zweck kombinierte Messtaster aufweisen, wie in 7 dargestellt.
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7 zeigt einen Messeinsatz 20, welcher in die oben erwähnten Messanschläge 6, 7 eingesetzt und ausgetauscht werden kann. Der Messeinsatz 20 ist mit einem kombinierten Messtaster, bestehend aus einer Messkugel 21 einerseits und einer Messrolle 22 andererseits, bestückt. Mit der Messkugel 21 lässt sich das diametrale Kugelmaß messen, während mit der Messrolle 22 das diametrale Rollenmaß ermittelt wird. Dabei greifen entweder die Messkugel 21 oder die Messrolle 22 in eine Zahnlücke des zu vermessenen Bauteils ein. Aufgrund des kombinierten Messtasters kann der Messeinsatz 20 sowohl für die Vermessung von Außenverzahnungen als auch von Innenverzahnungen verwendet werden.
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Das Verfahren zur Vermessung einer Verzahnung läuft folgendermaßen ab: Wie aus den 1 und 6 erkennbar, wird das Bauteil 5, hier mit einer Außenverzahnung, zunächst auf dem Messtisch 2 vorpositioniert, indem es einerseits in Anschlag mit dem festen Messanschlag 6 und andererseits in Anschlag mit dem manuell einstellbaren Werkstückanschlag 8 gebracht wird. Ferner wird der bewegliche Messanschlag 7 mittels des Handgriffes 10 in eine definierte Vorposition gebracht und in dieser fixiert. Das Anfahren der Vorposition wird anhand von 3 erläutert. Der bewegliche Messanschlag 7 ist über den ersten Längsschlitten 16 mit dem zweiten Längsschlitten verbunden, welcher über den Handgriff 10 von einer Bedienperson verstellbar ist. Für die Längsverschiebung des beweglichen Messanschlages 7 wird zunächst eine nicht dargestellte Klemmvorrichtung gelöst und nach Erreichen der definierten Vorposition wieder aktiviert, so dass der bewegliche Messanschlag 7 gegenüber dem Bauteil 6 fixiert ist. Anschließend wird von der Bedienperson ein automatisch ablaufender Messvorgang gestartet. Hierzu wird zunächst die Schwimmlagerung der Messeinheit 3 aktiviert, indem die Fixierzylinder 13, 14 (2) zurückgezogen werden und die Blockierung des Grundkörpers 15 (2) aufgehoben wird. Die Messeinheit 3 ist jetzt, zusammen mit dem festen und dem beweglichen Messanschlag 6, 7 in einer Ebene beweglich, d. h. frei in x- und y-Richtung verschiebbar. Dabei fährt der Messkraftzylinder 11 (2, 3) den ersten Längsschlitten 16 mit dem beweglichen Messanschlag 7 zunächst in eine äußere Endlage. Nach Erreichen der Endlage wird der bewegliche Messanschlag 7 durch den Messkraftzylinder 11 in Messposition gefahren. Die Messeinheit 3 wird durch die vom Messkraftzylinder 11 aufgebrachte, definierte Messkraft aufgrund der schwimmenden Lagerung in einer Zahnlücke des Bauteils 5 zentriert. Ein etwaiger axialer und/oder radialer Versatz der Zahnlückenmitte zur Mittellinie der Messtaster (Messkugel oder Messrolle) wird somit ausgeglichen. Nach Erreichen der Messposition wird der Messwert ermittelt und gespeichert. Nach Beendigung des Messvorganges wird die Schwimmlagerung deaktiviert, d. h. die Messeinheit 3 wird wieder im Messgerät 1 fixiert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Messgerät
- 1a
- Grundplatte
- 2
- Messtisch
- 2a
- Schlitz
- 3
- Messeinheit
- 4
- Rollenkäfig
- 5
- Bauteil
- 6
- fester Messanschlag
- 7
- beweglicher Messanschlag
- 8
- Werkstückanschlag
- 9
- Handrad
- 10
- Handgriff
- 11
- Messkraftzylinder
- 12
- Messwegaufnehmer
- 13
- erster Fixierzylinder
- 14
- zweiter Fixierzylinder
- 15
- Grundkörper (Messeinheit)
- 16
- erster Längsschlitten
- 17
- zweiter Längsschlitten
- 18
- Lagerelement
- 19
- Anschlagelement
- 19a
- Bolzen
- 19b
- Bohrung
- 20
- Messeinsatz
- 21
- Messkugel
- 22
- Messrolle
- x
- Einstellrichtung
- y
- Verschieberichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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