DE1548253C3 - Einrichtung zur Prüfung von Steuernocken für Kolbenmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Prüfen der Oberflächenkrümmung von Steuernocken für Kolbenmaschinen nach dem Sphärometerprinzip, mit drei Meßgliedern und einem den jeweiligen relativen Hub der beiden äußeren gegenüber dem mittleren Meßglied aufnehmenden und auf ein Meßgerät übertragenden Zwischenhebel.

Es ist zum Messen und Prüfen von optischen Werkstücken bekannt (Leinweber »Taschenbuch der Längenmeßtechnik« 1954, S. 636 und 637), Sphärometer zu verwenden, die mit einer Meßuhr zum Ablesen der Dioptriewerte ausgestattet sind. Aufgrund ihrer Ausgestaltung in Verbindung mit der Meßuhr ist es nur möglich, Oberflächenkrümmungen zu messen, deren Krümmung konstant ist. Da sich bei laufend verändernden Krümmungsradien der Meßwert laufend ändert, ist es für eine Bedienungsperson unmöglich, diese Werte laufend zu erfassen und zu registrieren. Weiterhin sind bei diesen Meßgeräten die beiden äußeren Meßglieder starr miteinander verbunden, wobei die Messung durch das dritte Meßglied erfolgt. Dadurch ist es ohne laufende Verschiebung und Verschwenkung des Meßgerätes nicht möglich, die gesamte Oberflächenkrümmung eines Steuernockens zu messen.

Es ist weiterhin bekannt (DT-Gbm 19 94 854), den Steuernocken von Nockenwellen mit dem Meisternokken einer als Musterstück hergestellten Nockenwelle zu

ίο vergleichen. Dabei ist es jedoch nur möglich, Abweichungen des Nockens vom Meisternocken festzustellen. Der wirkliche Verlauf der Nockenoberfläche wird dabei nicht ermittelt. Es handelt sich dabei darüberhinaus um ein aufwendiges Verfahren, bei dem in dem Gerät eine Meisternockenwelle drehbar gelagert ist, die mit der zu prüfenden Nockenwelle gekoppelt sein muß, und wobei dann lediglich festgestellt wird, ob die zu prüfende Nockenwelle Ausschuß ist oder nicht.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Einrichtung zum Prüfen von Steuernocken zu schaffen, durch die es mit einfachen Mitteln möglich ist, den kompletten Verlauf der Oberflächenkrümmung zu ermitteln und die ermittelten Meßwerte graphisch darzustellen, so daß in kürzester Zeit und sehr genau die tatsächliche Oberfläche des betreffenden Steuernokkens feststeht. Gelöst wird die Aufgabe der Erfindung dadurch, daß jedes der drei Meßglieder für sich verschiebbar gelagert ist, daß ihre Meßschneiden voneinander unterschiedliche Winkelneigungen aufweisen und daß das die Bewegungen des mit den Meßgliedern verbundenen Zwischenhebels aufnehmende Meßgerät mit einem Schreibgerät gekoppelt ist. Dadurch, daß alle Meßglieder verschiebbar gelagert sind, ist es überhaupt erst möglich, verschiedene Krümmungsradien laufend hintereinander zu messen, da aufgrund der unterschiedlichen Krümmungsradien der radiale Abstand sich laufend ändert. Durch das mit dem Meßgerät gekoppelte Schreibgerät, das den relativen Hub der Meßglieder über den Lauf- bzw. Winkelweg des Werkstückes als Abszisse aufzeichnet, kann so die Größe der örtlichen Krümmung ermittelt werden. Diese so über den ganzen Verlauf des Nockens sichtbar gemachte Größe der örtlichen Krümmung ermöglicht es, dynamisch schädliche Meßabweichungen durch Vergleich mit einer voraus berechneten Sollwertkurve festzustellen, die in eine Plexiglasplatte eingraviert wurde, und über den aufgezeichneten Istwertverlauf gelegt wird.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die Meßglieder in Führungen verschiebbar gelagert sind und die Meßschneiden eben oder zylindrisch ausgebildet sind. Dadurch erhält man eine vollständige Angleichung an die später im Betrieb der Maschine vorliegenden kinematischen Verhältnisse zwischen Nocken und Stößel. Für die praktische Ausbildung der Einrichtung wird ferner vorgeschlagen, daß die drei Meßglieder als Flachschieber ausgebildet und nebeneinander in einer gemeinsamen Führung verschiebbar gelagert sind.

Durch die unterschiedlichen Winkelneigungen der Auflageflächen, wobei nur die Auflagefläche des mittleren Meßgliedes rechtwinklig ausgebildet ist, wird bei der Messung auch bei paralleler Meßgliedführung geometrisch exakt der Krümmungsradius ermittelt. Bei der in Betracht kommenden Größenordnung der relativen Winkelabweichung von etwa 1 Grad wäre die Differenz der Hubwege von Meßschneiden, die einzeln radial geführt wären, geometrisch exakt die Differenz

der drei benachbarten Hubwege. Der Unterschied zwischen den Wegen einzeln radial und parallel geführter Meßglieder ist mathematisch gegeben durch ein Korrekturglied, das linear von der Hubhöhe abhängt und in seiner Größenordnung beim höchsten Hub etwa 10% des eigentlichen Meßwertes ausmacht. Da der Verlauf selbst kontinuierlich ist, ist die Korrektur für die Auswertung uninteressant.

Die beiden äußeren Meßglieder haben je einen nach außen gerichteten seitlichen Vorsprung für den Angriff des Zwischenhebels. Der Zwischenhebel ist an einem Ende gegen eine Anschlagschraube des einen äußeren Meßgliedes in einer Richtung und am anderen Ende gegen eine Kuppe des am anderen äußeren Meßglied geführten Meßstifts des Meßgerätes in entgegengesetzter Richtung abgestützt. Der Zwischenhebel ist am mittleren Meßglied mittels einer an diesen beiden Teilen fest eingespannten Blattfeder gelagert.

Weitere wesentliche Einzelheiten der erfindungsgemäßen Einrichtung werden anhand eines in der Zeichnung wiedergegebenen Ausführungsbeispiels beschrieben.

A b b.l der Zeichnung zeigt eine Gesamtansicht einer Meßeinrichtung für Steuernockenwellen, teilweise schematisch vereinfacht.

A b b.2 zeigt den Meßkopf der Einrichtung, mit Bezug auf A b b.l von oben gesehen und teilweise im Schnitt.

A b b.3 ist eine zu A b b.2 rechtwinklige waagerechte Ansicht mit Querschnitt durch das Werkstück.

In Abb.4 ist für eine Steuernockenwelle einer Brennkraftmaschine der theoretische Verlauf der Hubkurven der Ein- und Auslaßventile sowie der ersten und der zweiten Differenz benachbarter Werte über dem Drehwinkel aufgezeichnet.

In Abb.5 sind der theoretische und der gemessene Verlauf der zweiten Differenz einer Steuernocken-Hubkurve übereinandergezeichnet.

Das Gerät nach A b b.l bis 3 hat eine Grundplatte 1 mit zwei Reitstücken 2, 3, zwischen deren Körperspitzen die zu prüfende Nockenwelle eingespannt ist. Über einen Mitnehmer 5 wird die Nockenwelle durch einen am Zapfen 6 angreifenden Getriebemotor 7 in langsame Drehung versetzt, wobei die Drehbewegung über die elektrische Welle 8 synchron auf den Papier-Vorschub des elektronischen Schreibgerätes 9 übertragen wird.

Das über der Grundplatte 1 einstellbare Stativ 10 trägt ein Meßgerät 12, in dem drei Meßglieder 13,14,15 in einer gemeinsamen Führung spielfrei parallel verschiebbar sind. Die stirnseitigen Meßschneiden 16, 17, 18, deren Winkelneigung sich um etwa 1° voneinander unterscheiden, liegen in Achsrichtung des Werkstückes 4 nebeneinander gegen den zu prüfenden Nocken 20 und werden von den schematisch angedeuteten Federn während der Drehung des Werkstücks in dauernder Anlage mit dem Nocken gehalten. Das mittlere Meßglied 14 dessen Meßschneide genau rechtwinklig zur Führung liegt, trägt am anderen Ende ein Blattfeder-Lager 22 eines zweiarmigen Hebels 23. Das eine Ende dieses Hebels wird mittels einer Feder 24 gegen das Ende einer einstellbaren Anschlagschraube 25 gedrückt, die sich in einem seitlichen Vorsprung 26 des Meßglieds 15 befindet. Das andere Ende des Hebels 23 liegt gegen einen Meßstift 27 eines elektrischen Längentasters 28, der an einem seitlichen Vorsprung 29 des Meßgliedes 13 befestigt ist.

A b b.2 läßt erkennen, daß nur die Relativ-Wege der drei Meßglieder, nämlich die der beiden äußeren Meßglieder 13, 15 gegenüber dem mittleren Meßglied 14, während der Hubbewegung des Nockens auf den Längentaster 28 übertragen werden. Die gemessenen Werte werden an das elektronische Schreibgerät 9 gegeben und darin über der zugehörigen Winkelstellung des Werkstücks aufgezeichnet.

Die Meßeinrichtung enthält zweckmäßig eine Grad-Einteilung zum Anzeigen der jeweiligen Drehwinkelstellung der zu prüfenden Nockenwelle, die zu diesem Zweck und für den Einbau in die Maschine an der linken Stirnseite (Abb.l) eine exzentrische Bohrung für die Aufnahme eines Mitnahmezapfens enthält. Dadurch ist es möglich, die genaue Winkelstellung von charakteristischen Punkten der Kurve der zweiten Differenzen abzulesen und nach der Zeichnung zu prüfen.

In Abb.4 zeigt das obere Bild die Hubkurven von Steuernocken für die Betätigung eines Einlaß- und Auslaßventils. Die Ordinaten dieser Hubkurven sind in der Zeichnung bzw. einer Tabelle in Abständen von je 1° Drehwinkel angegeben, so daß die Urnocken danach im Facettenschliff mit einer Genauigkeit von etwa ±0,1 mm hergestellt werden können. Eine solche Genauigkeit wird den Wegüberschneidungen von Kolben und Ventilen gerecht.

Im mittleren Bild der Abb.4 sind die ersten Differenzen der Hubwege der oberen Abbildung für um je 1° Winkelweg abweichende Werte aufgetragen. Die dadurch entstandene Kurve entspricht den Geschwindigkeiten der vom Nocken betätigten Stößel bzw. Ventile.

Im unteren Bild der Abb.4 sind wiederum die Differenzen benachbarter Werte der mittleren Abbildung aufgezeichnet. Diese zweiten Differenzen entsprechen den Beschleunigungen und mit großer Annäherung den örtlichen Krümmungen der Nocken. Die zweiten Differenzen haben eine Gesamthöhe von 20 bis 30 u. In dieser Kurve sind Sprünge von wenigen u klar erkennbar.

InAb b.5 ist das Ergebnis einer mit der erfindungsgemäßen Einrichtung durchgeführten Messung wiedergegeben. Darüber ist der aus der Hubkurve errechnete Verlauf der zweiten Differenzen in einer kräftigen gestrichelten Linie aufgezeichnet. Damit sind die Abweichungen der Istwerte von den Sollwerten klar erkennbar gemacht. In der praktischen Anwendung sind die Sollwerte in eine Plexiglasplatte eingraviert, damit der Vergleich durch einfaches Auflegen über die von der Einrichtung aufgezeichneten Kurve möglich ist. Aus A b b.5 sind folgende Aussagen zu entnehmen.

Die Punkte 1 zu Beginn und am Ende der Kurven decken sich. Das bedeutet, daß die Öffnungs- und Schließzeiten richtig sind. Für diese Aussage sind die steil ansteigenden Kurvenäste wesentlich günstiger als die flachen Rampen der Hubkurven selbst.

Die Anlauframpe Punkt 2 ist nicht kontinuierlich. Hier zeigt sich der Absatz, der beim Übergang vom Rundschliff des Grundkreises in den Facettenschliff der Hubkurve entsteht. Außerdem ist der ungenügende Ausgleich des Facettenschliffs durch Polieren zu erkennen.

In Punkt 3 ist in einem größeren Bereich eine höhere Beschleunigung als die errechnete zu sehen. Kräftemäßig fällt die Abweichung der Beschleunigung nicht ins Gewicht.

In Punkt 4 sind in dem am höchsten beanspruchten Bereich des Nockens Sprünge erkennbar. Diese sind ausgesprochen unangenehm, da sie zu Ventilschwingungen führen können, und die Beanspruchung an der Berührungsstelle vom Nocken und Stößel wesentlich

beeinflußt wird.

In Abwandlung der beschriebenen Einrichtung kann die Einrichtung auch zum Prüfen der Formgenauigkeit runder Teile eingesetzt werden, wobei die Anzeige von der Lagegenauigkeit und damit von der Ausrichtgenauigkeit praktisch unabhängig ist. Ebenso ist es denkbar, mit einer nach dem Grundgedanken der Erfindung entwickelten Einrichtung die Formgenauigkeit ebener Flächen zu prüfen, wobei an die Stelle eirrer Drehbewegung eine geradlinige Bewegung tritt.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Prüfen der Oberflächenkrümmung von Steuernocken für Kolbenmaschinen nach dem Sphärometerprinzip, mit drei Meßgliedern und einem den jeweiligen relativen Hub der beiden äußeren gegenüber dem mittleren Meßglied aufnehmenden und auf ein Meßgerät übertragenden Zwischenhebel, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der drei Meßglieder (13, 14, 15) für sich verschiebbar gelagert ist, daß ihre Meßschneiden (16,17,18) voneinander unterschiedliche Winkelneigungen aufweisen und daß das die Bewegungen des mit den Meßgliedern (13, 14, 15) verbundenen Zwischenhebels (23) aufnehmende Meßgerät (12) mit einem Schreibgerät (9) gekoppelt ist.

2. Einrichtung zum Prüfen der Oberflächenkrümmung von Steuernocken nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßglieder (13, 14, 15) in Führung verschiebbar gelagert sind und die Meßschneiden (16, 17, 18) eben oder zylindrisch ausgebildet sind.

3. Einrichtung zum Prüfen der Oberflächenkrümmung von Steuernocken nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die drei Meßglieder (13,14,15) als Flachschieber ausgebildet und nebeneinander in einer gemeinsamen Führung verschiebbar gelagert sind.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden äußeren Meßglieder (13, 15) je einen nach außen gerichteten seitlichen Vorsprung (26, 29) für den Angriff des Zwischenhebels (23) aufweisen.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenhebel (23) an einem Ende gegen eine Anschlagschraube (25) des einen äußeren Meßgliedes (15) in einer Richtung und am anderen Ende gegen eine Kuppe des am anderen äußeren Meßglied (13) geführten Meßstifts (27) des Meßgeräts (12) in entgegengesetzter Richtung.abgestützt ist.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenhebel (23) am mittleren Meßglied (14) mittels einer an diesen beiden Teilen fest eingespannten Blattfeder (22) gelagert ist.