-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln einer Eigenschaft einer Oberfläche eines Bauteils gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Messeinrichtung.
-
Die
DE 38 01 297 C2 offenbart ein solches Verfahren zum Ermitteln einer Eigenschaft einer Oberfläche eines Bauteils, bei welchem an jeweiligen, aufeinanderfolgenden Stellen der Oberfläche ein jeweiliger, senkrecht zu einer Referenzebene verlaufender Abstand zwischen der jeweiligen Stelle und der Referenzebene ermittelt wird.
-
Zudem ist der
DE 196 22 429 A1 ein Verfahren zum Bestimmen der Beschaffenheit einer Werkstückoberfläche mit den folgenden Verfahrensschritten als bekannt zu entnehmen: Messen eines Rauhigkeitsprofils der Oberfläche über eine bestimmte Messstrecke, Zerlegen des Rauhigkeitsprofils in Wellenfrequenzen und zugehörige Amplituden, Einteilen der Wellenfrequenzen in Wellenfrequenzbereiche und Bestimmen der Beschaffenheit der Werkstückoberfläche aufgrund der Amplituden in den jeweiligen Wellenfrequenzbereichen.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Ermitteln einer Eigenschaft einer Oberfläche eines Bauteils sowie eine Messeinrichtung zu schaffen, sodass die Eigenschaft besonders vorteilhaft ermittelt werden kann.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Ermitteln einer Eigenschaft einer Oberfläche eines Bauteils mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch eine Messeinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 3 gelöst.
-
Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
-
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art. Um die Eigenschaft der Oberfläche des Bauteils besonders vorteilhaft ermitteln zu können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Eigenschaft dadurch ermittelt wird, dass eine Differenz zwischen dem an einer ersten der Stellen ermittelten Abstand und dem an einer zweiten der Stellen ermittelten Abstand ermittelt und die Differenz durch einen parallel zu der Referenzebene verlaufenden, zweiten Abstand zwischen der ersten Stelle und der zweiten Stelle dividiert wird. Mit anderen Worten ausgedrückt wird an der ersten Stelle und an der zweiten Stelle jeweils der Abstand ermittelt, welcher zwischen der Referenzebene und der jeweiligen Stelle verläuft. Anschließend wird die Differenz aus dem an den jeweiligen Stellen ermittelten Abstand bestimmt. Es wird somit ein zweiter Abstandswert des Abstands von einem ersten Abstandswert des Abstands subtrahiert, wobei der erste Abstandswert ein Wert des Abstands zwischen der ersten Stelle und der Referenzebene ist und der zweite Abstandswert des Abstands ein Wert des Abstands zwischen der zweiten Stelle und der Referenzebene ist. Die Eigenschaft wird dadurch ermittelt, dass ein Quotient aus der Differenz und dem zweiten Abstand gebildet wird, welcher zwischen den beiden Stellen parallel zu der Referenzebene verläuft.
-
Vorzugsweise kann es sich bei der Eigenschaft um eine Stufigkeit der Oberfläche des Bauteils handeln. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens kann eine Steigung der Oberfläche des Bauteils, insbesondere an den jeweiligen Stellen beziehungsweise zwischen den jeweiligen Stellen, ermittelt werden, wodurch die Eigenschaft, insbesondere die Stufigkeit, bewertet werden kann. Vorzugsweise wird zur Bewertung der Eigenschaft, insbesondere der Stufigkeit, bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eine insbesondere als Kennwert bezeichnete Kenngröße ermittelt, welche ein direktes Maß für die Eigenschaft, insbesondere die Stufigkeit, beschreibt, wodurch die Eigenschaft, insbesondere die Stufigkeit, bewertet werden kann. Der Kennwert kann insbesondere als SLAG (Stufigkeitslimitableitungsgrenzwert) bezeichnet werden.
-
Der Erfindung liegen insbesondere die folgenden Erkenntnisse und Überlegungen zugrunde: Mittels verfügbarer Form- und Lagetoleranzen, insbesondere nach ISO GPS, können sich real vorkommende Oberflächenformen von Bauteilen nicht gesamtheitlich nach funktionalen Gesichtspunkten bewerten lassen. Dies kann speziell bei besonders schroffen Formänderungen, so genannten Stufen, das heißt verhältnismäßig großen Formänderungen in besonders eng beziehungsweise relativ eng abgrenzenden Bereichen gelten. Die Stufen beziehungsweise die Stufigkeit können vor allem bei Oberflächen, die in tribologischem Kontakt stehen, funktional besonders störend und somit nachteilig sein. Mittels der Form- und Lagetoleranz Geradheit nach DIN EN ISO 1101 können solche besonders schroffen Stufen nicht von funktional unkritischen, besonders sanften Geometrieänderungen unterschieden werden. Herkömmliche Verfahren zum Ermitteln der Eigenschaft der Oberfläche des Bauteils können eine grafisch-optische manuelle Auswertung der Eigenschaft beziehungsweise der Oberfläche umfassen und dadurch besonders schwer automatisierbar sein. Zudem kann die manuelle Auswertung besonders subjektiv sein, wodurch die Eigenschaft besonders subjektiv ermittelt werden kann. Herkömmliche Verfahren können beispielsweise eine spezielle Auswertung zum Ermitteln der Eigenschaft umfassen, welche direkt in einer Messsoftware integriert sei kann, wodurch keine einheitliche Spezifikation, beispielsweise auf einer technischen Zeichnung, möglich sein kann.
-
Demgegenüber kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren mittels der einheitlichen Kenngröße die Eigenschaft, insbesondere die Stufigkeit, der Oberfläche nach funktionalen, tribologischen Gesichtspunkten bewertet werden. Dabei wird bei besonders geringer Stufigkeit und somit bei besonders geringen Steigungswerten der Oberfläche ein besonders geringer Wert der Kenngröße ermittelt, was insbesondere als besonders geringer SLAG-Wert bezeichnet werden kann. Dies entspricht einer besonders sanften Geometrieänderung der Oberfläche, wodurch ein besonders geringer Einfluss der Stufigkeit auf die tribologische Funktion der Oberfläche vorliegt. Bei besonders großer Stufigkeit und somit besonders großen Steigungswerten wird ein besonders großer Wert der Kenngröße ermittelt, was insbesondere als besonders großer SLAG-Wert bezeichnet werden kann. Dies entspricht einer besonders stufigen Geometrieänderung der Oberfläche, wodurch ein besonders hoher Einfluss auf die tribologische Funktion der Oberfläche vorliegt. Das erfindungsgemäße Verfahren, insbesondere eine einheitliche Definition des SLAG-Werts, ermöglicht eine besonders einfache Spezifizierung, da der dimensionslose SLAG-Wert auf der technischen Zeichnung angegeben werden kann und somit bei Zeichnungserstellung als Oberflächenmerkmal verwendbar ist. Zudem sind bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eine besonders einfache geometrische Messung, insbesondere die Ermittlung des Abstands an den jeweiligen Stellen, sowie eine besonders einfache Auswertung der Eigenschaft, insbesondere der Stufigkeit, möglich. Hierfür kann lediglich eine einmalige Programmierung erforderlich sein. Dadurch kann der SLAG-Wert als Standardmerkmal in der Messsoftware ausgewählt und somit berücksichtigt werden.
-
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Messeinrichtung, wobei die Messeinrichtung zum Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ausgebildet ist. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.
-
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
-
Dabei zeigen:
- 1 ein schematisches Verfahrensdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens; und
- 2 ein Diagramm mit Verläufen verschiedener Oberflächen, an welchen ein erfindungsgemäßes Verfahren durchgeführt werden kann.
-
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
-
1 zeigt ein schematisch dargestelltes Verfahrensdiagramm eines Verfahrens zum Ermitteln einer Eigenschaft 10 einer Oberfläche 12 eines Bauteils, bei welchem an jeweiligen, aufeinanderfolgenden Stellen 14, 16 der Oberfläche 12 ein jeweiliger, senkrecht zu einer Referenzebene 18 verlaufender Abstand 20 zwischen der jeweiligen Stelle 14, 16 und der Referenzebene 18 ermittelt wird. Dies ist in 2 in einem Diagramm skizziert, in welchem drei exemplarische Verläufe der Oberfläche 12 beziehungsweise unterschiedlicher Oberflächen 12 des Bauteils in Form eines Oberflächenprofils 22 dargestellt ist, welches dem Abstand 20 zwischen der Oberfläche 12, insbesondere den Stellen 14, 16, und der Referenzebene 18 entspricht. In 2 ist das Oberflächenprofil 22 entlang einer Messrichtung beziehungsweise Messstrecke 24 aufgetragen. Dabei verläuft das Oberflächenprofil 22 über eine insbesondere als Messlänge bezeichnete Auswertelänge L, in welcher die Oberfläche 12 des Bauteils beziehungsweise das Oberflächenprofil 22 vermessen worden ist.
-
In 2 sind exemplarisch drei verschiedene Oberflächenprofile A, B, C verschiedener Oberflächen 12 dargestellt. Die Oberflächenprofile A, B, C können insbesondere als Oberflächenformen bezeichnet werden. In dem Ausführungsbeispiel ist ein Maximalabstand 25 des Abstands 20 zwischen der Oberfläche 12 und der Referenzebene 18 für die drei Oberflächenprofile A, B, C jeweils gleich groß. Der Maximalabstand 25 ist der Abstand 20 zwischen einer in der Auswertelänge L auftretenden Maximalerstreckung 26 der Oberfläche 12 und der Referenzebene 18, wobei der Maximalabstand 25 senkrecht zur Referenzebene 18 verläuft und für die drei Oberflächenprofile A, B, C jeweils gleich groß ist.
-
Um nun die Eigenschaft 10 der Oberfläche 12 des Bauteils besonders vorteilhaft ermitteln zu können, wird die Eigenschaft 10 dadurch ermittelt, dass eine Differenz 28 zwischen dem an einer ersten der Stellen 14 ermittelten Abstand 20 und dem an einer zweiten der Stellen 16 ermittelten Abstand 20 ermittelt und die Differenz 28 durch einen parallel zu der Referenzebene 18 verlaufenden, zweiten Abstand 30 zwischen der ersten Stelle 14 und der zweiten Stelle 16 dividiert wird. Mit anderen Worten wird an der ersten Stelle 14 ein erster Abstandswert 20a des Abstands 20 ermittelt und an der zweiten Stelle 16 wird ein zweiter Abstandswert 20b des Abstands 20 ermittelt. Anschließend wird der zweite Abstandswert 20b von dem ersten Abstandswert 20a subtrahiert. Die Eigenschaft 10 wird anschließend durch eine Division 32 aus der Differenz 28 und dem zweiten Abstand 30 ermittelt.
-
Vorzugsweise handelt es sich bei der Eigenschaft 10 der Oberfläche 12 des Bauteils um eine Stufigkeit der Oberfläche 12. Mit dem Verfahren kann die Eigenschaft 10, insbesondere die Stufigkeit, der Oberfläche 12 mit einer Kennzahl beschrieben werden, welche mittels der Division 32 berechnet wird.
-
In weiterer Ausgestaltung wird durch die Division 32 der Differenz 28 durch den zweiten Abstand 30 ein Quotient 32a ermittelt, wobei die Eigenschaft 10 ermittelt wird, indem ein Absolutbetrag 34 des Quotienten 32a ermittelt wird. Mit anderen Worten wird die Kennzahl, mittels welcher die Eigenschaft 10 ermittelt wird, mittels des Absolutbetrags 34 des Quotienten 32a berechnet, welcher durch die Division 32 der Differenz 28 durch den zweiten Abstand 30 gebildet wird, Dadurch ist die Kennzahl unabhängig vom Vorzeichen einer in dem Verfahren ermittelten Steigung der Oberfläche 12 beziehungsweise des Oberflächenprofils. Dadurch kann die Eigenschaft 10, insbesondere die Stufigkeit, besonders vorteilhaft ermittelt werden.
-
Vorzugsweise wird die Kennzahl und somit die Eigenschaft 10 der Oberfläche 12 des Bauteils an weiteren, zusätzlich zu den beiden Stellen 14, 16 vorgesehenen Stellen ermittelt. Darunter ist insbesondere Folgendes zu verstehen: Beispielsweise wird zunächst an der ersten und der zweiten Stelle 14, 16 der jeweilige Abstand 20 ermittelt. Eine erste Kennzahl wird als Absolutbetrag 34 dadurch ermittelt, dass die Differenz 28 zwischen dem an der ersten Stelle 14 ermittelten Abstand 20 und dem an der zweiten Stellen 16 ermittelten Abstand 20 ermittelt und die Differenz 28 durch den zweiten Abstand 30 dividiert wird. Beispielsweise wird an einer auf die zweite Stelle folgenden dritten Stelle und an einer auf die dritte Stelle folgenden vierten Stelle der Oberfläche 12 der jeweilige, senkrecht zu der Referenzebene 18 verlaufende Abstand 20 zwischen der jeweiligen dritten beziehungsweise vierten Stelle und der Referenzebene 18 ermittelt. Anschließend wird eine zweite Kennzahl als Absolutbetrag 34 dadurch ermittelt, dass die Differenz 28 zwischen dem an der zweiten Stelle 16 und dem an der dritten Stelle ermittelten Abstand 20 ermittelt und die Differenz 28 durch einen parallel zu der Referenzebene 18 verlaufenden, dritten Abstand zwischen der zweiten Stelle 16 und der dritten Stelle dividiert wird. Eine dritte Kennzahl wird als Absolutbetrag 34 dadurch ermittelt, dass die Differenz 28 zwischen dem an der dritten Stelle ermittelten Abstand und dem an der vierten Stelle ermittelten Abstand ermittelt und die Differenz 28 durch einen parallel zu der Referenzebene 18 verlaufenden, vierten Abstand zwischen der dritten Stelle und der vierten Stelle dividiert wird. Das beschriebene Verfahren kann für eine beliebige Anzahl an Stellen 16, 18 durchgeführt werden. Die erste Kennzahl, die zweite Kennzahl und die dritte Kennzahl bilden somit einen Verlauf der Kennzahl über der Messstrecke 24 auf der Auswertelänge L. Mathematisch ausgedrückt gilt somit in Abhängigkeit von einer Variable x, welche jeweils ein aktueller Wert einer Messposition auf der Messstrecke 24 ist, für die Kennzahl (SLAG):
-
Die jeweiligen parallel zu der Referenzebene 18 verlaufenden Abstände zwischen den jeweiligen aufeinanderfolgenden Stellen, beispielsweise der zweite Abstand 30, werden als Auflösung der Messung d bezeichnet. Bei einer besonders hohen Anzahl an Stellen werden die Abstände zwischen den jeweiligen Stellen und somit die Auflösung der Messung jeweils besonders klein, wodurch gilt:
-
Der Kennwert somit als Verlauf entlang der Messstrecke 24 beziehungsweise der Auswertelänge L dargestellt. Vorzugsweise wird zur Ermittlung der Eigenschaft 10 dabei aus dem Verlauf des Kennwerts ein Maximum ermittelt. Mit anderen Worten wird aus den Kennwerten, welche jeweils für die Stellen ermittelt worden sind, ein Maximalwert bestimmt. Das Maximum beziehungsweise der Maximalwert ist dabei maßgeblich für die Eigenschaft 10 der Oberfläche 12. Das Maximum kann insbesondere als maximaler SLAG-Wert bezeichnet werden.
-
Die in 2 dargestellten Oberflächenprofile A, B, C weisen alle jeweils einen besonders großen Geradheitswert auf, wodurch hinsichtlich des jeweiligen Geradheitswerts keine Unterscheidung der Oberflächenformen der jeweiligen Oberflächenprofile A, B, C möglich ist. Ein erstes der Oberflächenprofile A weist eine sanfte Änderung hinsichtlich der Beschreibung der Oberflächenform auf. Dadurch kann das erste Oberflächenprofil A hinsichtlich einer funktionalen Bewertung der Oberflächenform, insbesondere unter tribologischen Aspekten, als in Ordnung bewertet werden. Der maximale SLAG-Wert des ersten Oberflächenprofils A ist besonders klein. Ein zweites der Oberflächenprofile B weist eine besonders schroffe Formänderung auf, welche insbesondere als große zweiseitige Stufigkeit bezeichnet werden kann. Bei der funktionalen Bewertung der Oberflächenform, insbesondere unter tribologischen Aspekten, kann das zweite Oberflächenprofil B als nicht in Ordnung bewertet werden. Das zweite Oberflächenprofil B weist einen besonders großen maximalen SLAG-Wert auf. Ein drittes der Oberflächenprofile C weist eine besonders schroffe Formänderung auf, welche insbesondere als klassische einseitige Stufigkeit bezeichnet werden kann. Bei der funktionalen Bewertung der Oberflächenform, insbesondere unter tribologischen Aspekten, kann das dritte Oberflächenprofil C als nicht in Ordnung bewertet werden. Der maximale SLAG-Wert des dritten Oberflächenprofils C ist besonders groß. Somit ist mittels des maximalen SLAG-Werts eine Unterscheidung der Oberflächenformen möglich, insbesondere bei der funktionalen Bewertung der Oberflächenform, insbesondere hinsichtlich tribologischer Aspekte, wodurch die Eigenschaft 10 der Oberfläche 12 des Bauteils besonders vorteilhaft ermittelt werden kann.
-
Beispielsweise kann mittels des Verfahrens die Eigenschaft 10 einer Oberfläche eines Kolbens einer Verbrennungskraftmaschine und/oder einer Oberfläche einer Zylinderlaufbuchse der Verbrennungskraftmaschine ermittelt werden, wodurch die Eigenschaft 10 eines tribologischen Systems, welches den Kolben und/oder die Zylinderlaufbuchse umfasst, besonders vorteilhaft bewertet werden kann. Dadurch kann beispielsweise ein insbesondere als Kolbenfresser bezeichneter Schadensfall der Verbrennungskraftmaschine, insbesondere des Kolbens beziehungsweise der Zylinderlaufbuchse, vermieden werden. Dadurch kann eine Lebensdauer der Verbrennungskraftmaschine besonders erhöht werden und/oder Reparaturkosten beziehungsweise Instandhaltungskosten der Verbrennungskraftmaschine können besonders gering gehalten werden.
-
In weiterer Ausgestaltung ist eine Messeinrichtung vorgesehen, welche zum Durchführen des Verfahrens ausgebildet ist. Vorzugsweise umfasst die Messeinrichtung eine elektronische Recheneinrichtung, welche die Eigenschaft 10 gemäß dem erläuterten Verfahren ermitteln kann. Darunter kann insbesondere Folgendes verstanden werden: Die Messeinrichtung kann wenigstens ein Sensorelement umfassen, mittels welchem eine jeweilige den Abstand 20 zwischen der jeweiligen Stelle 14, 16 und der Referenzebene 18 wiedergebende Größe ermittelbar ist. Mittels der elektronischen Recheneinrichtung ist aus der jeweiligen Größe der jeweilige Abstand 20 ermittelbar. Die Eigenschaft 10 ist mittels der elektronischen Recheneinrichtung dadurch ermittelbar, dass die Differenz 28 zwischen dem an der ersten Stelle 14 ermittelten Abstand 20 und dem an der zweiten Stelle 16 ermittelten Abstand 20 ermittelbar und die Differenz 28 durch den parallel zu der Referenzebene 18 verlaufenden, zweiten Abstand 30 zwischen der ersten Stelle 14 und der zweiten Stelle 16 dividierbar ist.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10
- Eigenschaft
- 12
- Oberfläche
- 14
- erste Stelle
- 16
- zweite Stelle
- 18
- Referenzebene
- 20
- Abstand
- 20a
- erster Abstandswert
- 20b
- zweiter Abstandswert
- 22
- Oberflächenprofil
- 24
- Messstrecke
- 25
- Maximalabstand
- 26
- Maximalerstreckung
- 28
- Differenz
- 30
- zweiter Abstand
- 32
- Division
- 32a
- Quotient
- 34
- Absolutbetrag
- A
- erstes Oberflächenprofil
- B
- zweites Oberflächenprofil
- C
- drittes Oberflächenprofil
- L
- Auswertelänge
- x
- Variable
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 3801297 C2 [0002]
- DE 19622429 A1 [0003]
