DE202005016616U1 - Vorrichtung zur Überprüfung von Stufenbohrungen - Google Patents

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Abstract

Vorrichtung zur Überprüfung der Maß-, Form- und Lagetoleranzen von Stufenbohrungen, insbesondere Ventilsitzbohrungen und Schaftbohrungen eines mechanischen Werkstückes, bestehend aus einer äußeren Halterung, einem und einem Einsteckschaft, wobei, aus der ein Tastelement eines in den Messkopf eingesetzten und mit einer Speiseleitung sowie einer Messwerte übertragenden Verbindung versehenen Messtaster herausragt, dadurch gekennzeichnet, dass der Messkopf (6) in der Schaftbohrung (3) radial fixierbar ausgebildet ist, dass ein axialer, den Messkopf (6) auf Distanz zum Ventilkopf haltender Anschlag (18) vorgesehen ist und dass aus der Ringfläche (11) mindestens zwei weitere, weiteren Messtastern (12) zugeordnete Tastelemente (13) herausragen.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eune Vorrichtung zur Überprüfung der Maß-, Form- und Lagetoleranzen von Stufenbohrungen, insbesondere Ventilsitzbohrungen und Schaftbohrungen eines mechanischen Werkstückes, bestehend aus einer äußeren Halterung, einem und einem Einsteckschaft, wobei, aus der ein Tastelement eines in den Messkopf eingesetzten und mit einer Speiseleitung sowie einer Messwerte übertragenden Verbindung versehenen Messtaster herausragt.
  • Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus der deutschen Offenlegungsschrift 100 58 958 bekannt. Sie wird zur Überprüfung der Maß-, Form- und Lagetoleranzen von Ventilsitzen verwendet, wie sie in Kfz-Zylinderköpfen oder Hydraulikmotoren vorkommen. Mit einer solchen Vorrichtung wird der Rundlauf des Ventilsitzes zur Bohrung der Führungshülse des Ventilschaftes gemessen. Diese bekannte Vorrichtung besteht aus einem Messdorn, der ebenfalls eine äußere Halterung, einen Messkopf und einen Einsteckschaft aufweist, wobei jedoch der Messkopf und der Einsteckschaft jeweils nur mit einem Messtaster bestückt sind. Der Messkopf ist hierbei, dem zu kontrollierenden Ventilsitz entsprechend, konisch ausgebildet und der Messtaster im Messkopf tastet den Ventilsitz rechtwinklig zur Schräge des Ventilsitz an. Der Messtaster im Einsteckschaft befindet sich im oberen Bereich des selben und tastet die Schaftbohrung rechtwinklig zur Wandung der Bohrung an. Der Messdorn liegt dabei mit seinem konischen Messkopf auf dem Ventilsitz und zentriert sich im unteren Bereich der Schaftbohrung.
  • Um eine Aussage über die Unrundheit des Ventilsitzes und dem Rundlauf der Schaftbohrung zum Ventilsitz machen zu können, ist es erforderlich, dass der Messdorn um 360° gedreht wird. Während dieser Drehbewegung werden die Messwerte beider Taster gespeichert, so dass am Ende des Messvorgangs aus der maximalen Messwertdifferenz des Tasters im Messkopf auf die Unrundheit im Ventilsitz und aus der maximalen Messwertdifferenz des Tasters im Einsteckschaft auf den Rundlauf beider Bohrungen zueinander geschlossen werden kann.
  • Diese bekannte Vorrichtung benötigt für die Drehbewegung einen Motor mit Steuerung und für die Erfassung der Messwerte während der Drehung und deren späteren Auswertung einen Datenspeicher. Die Messzeit und die Zeit für das Zurückstellen des Messdornes dauert jeweils etwa 2 bis 5 Sekunden, was verhältnismäßig lange ist. Insbesondere durch den benötigten Drehantrieb erfordert der Einsatz dieser bekannten Vorrichtung verhältnismäßig viel Platz, so dass es unmöglich ist, gleichzeitig zwei oder mehrere nebeneinander liegende Ventilsitze zu überprüfen. Darüber hinaus macht der Drehantrieb die bekannten Vorrichtungen teuer, kosten- und zeitaufwendig und schränkt die Einsatzfähigkeit auf Grund ihres Bauvolumens stark ein. Auch ist es nicht möglich mit derartigen Vorrichtungen den Durchmesser des Ventilsitzes zu messen, da zur Messung im Ventilsitz nur ein Messtaster zur Verfügung steht.
  • Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Überprüfung der Maß-, Form- und Lagetoleranzen von Stufenbohrungen, insbesondere Ventilsitzbohrungen und Schaftbohrungen eines mechanischen Werkstückes zu schaffen, die preiswert hergestellt werden kann, weniger aufwendig und einfacher zu handhaben ist und die darüber hinaus eine hohe Messfrequenz ermöglicht.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen Gattung vorgeschlagen, dass der Messkopf in der Schaftbohrung radial fixierbar ausgebildet ist, dass ein axialer, den Messkopf auf Distanz zum Ventilkopf haltender Anschlag vorgesehen ist und dass aus der Ringfläche mindestens zwei weitere, weiteren Messtastern zugeordnete Tastelemente herausragen.
  • Eine solche Ausgestaltung der Vorrichtung erfordert, insbesondere durch den nicht benötigten Antrieb, verhältnismäßig wenig Platz, so dass es damit möglich ist, mindestens zwei nebeneinander liegende Ventilsitze gleichzeitig zu überprüfen. Der nicht benötigte Antrieb und der damit entfallene Anschluss desselben sowie der nicht mehr erforderliche Datenspeicher wirken sich vorteilhaft auf die Herstellkosten aus. Dadurch, dass das Drehen der Vorrichtung entfällt, sind erheblich kürzere Messzeiten als bisher möglich.
  • Weitere Merkmale einer Vorrichtung gemäß der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 10 offenbart.
  • Die Erfindung sowie weitere Vorteile derselben werden nachfolgend anhand eines in einer Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert. Dabei zeigen
  • 1 eine Aufrissdarstellung einer Vorrichtung gemäß der Erfindung in ihrer Messstellung.
  • 2 eine weitere Ausgestaltung der Erfindung und
  • 3 in vergrößerter Darstellung die Anordnung einer aus Messtaster und vorgelagertem Tastelement bestehenden Messzelle nach der 2.
  • In den 1 und 2 der Zeichnung ist jeweils eine Vorrichtung 1 gezeigt, die zur Überprüfung der Maß-, Form- und Lagetoleranzen eines Ventilsitzes 2 mit einer Schaftbohrung 3 eines nur angedeuteten Zylinderkopfes 4 dient. Jede Vorrichtung 1 ist dabei nach Art eines Messdornes ausgebildet und besteht aus einer äußeren Halterung 5, einem Messkopf 6, einem zylindrischen Ansatz 7 und einem Einsteckschaft 8. Die Halterung 5, der Messkopf 6, der zylindrische Ansatz 7 und der Einsteckschaft 8 sind in vorteilhafter Weise einstückig ausgebildet. Der Einsteckschaft 8 nimmt gemäß den 1 und 2 der Zeichnung immer zwei mit Abstand voneinander angeordnete und in denselben eingesetzte, eine prismenartige Anlage bildende Anlagestücke 9 auf, denen diametral gegenüberliegende, federnd gelagerte Gegenstücke 10 zugeordnet sind. Dadurch wird der Einsteckschaft 8 in der Schaftbohrung 3 exakt geführt und über einen Anschlag 18 axial fixiert, so dass der Messdorn eine stabile Position zum Ventilsitz 2 einnimmt.
  • Jeder Messkopf 6 der 1 und 2 ist mit jeweils vier vorteilhaft gleich ausgebildeten Messtastern 12 bestückt, die ihrerseits mit einer Speiseleitung sowie mit einer die Messwerte übertragenden Verbindung ausgestattet sind. Sowohl die Speiseleitung als auch die die Messwerte übertragende Verbindung sind über die äußere Halterung 5 nach außen geführt, jedoch in der Zeichnung nicht dargestellt. Ferner weist jeder Messkopf 6 eine dem Ventilsitz 2 zugewandte Ringfläche 11 auf, aus der die kugelförmigen Tastelemente 13 um ein vorgegebenes Maß über die Ringfläche 11 des Messkopfes 6 herausragen. In dieser Weise sind die beiden Vorrichtungen 1 der 1 und 2 gleich ausgebildet.
  • Ein wesentlicher Unterschied zwischen den beiden Vorrichtungen der 1 und 2 besteht darin, dass sich bei der Vorrichtung 1 der 1 die Tastelemente 13, der nahezu vollständig in entsprechenden, nutartigen Aussparungen eingebetteten Messtastern 12 direkt an die unter 45° verlaufende Fläche des Ventilsitzes 2 anlegen und so die Messung rechtwinklig zur Ventilsitzebene erfolgt, während die Messtaster 12 in der Vorrichtung 1 der 2 nur ein Teil der in 3 dargestellten Messzelle 17 sind.
  • Die in 3 der Zeichnung dargestellte Messzelle 17 ist gegenüber der 2 um 90° versetzt gezeichnet. Bei der in 3 dargestellten Messzelle 17 befindet sich das als Kugel ausgebildete und sich auf den Messtaster 12 abstützende Tastelement 13 am freien Ende einer einseitig eingespannten Blattfeder 14, die parallel zur Achse des Messdorns 6 und in Flucht zum Tastpunkt des Tastelements 13 auf dem Ventilsitz 2 verläuft, so dass das Tastelement nicht axial zurückweichen kann, die Messung rechtwinklig zur Achse des Messdornes verläuft und dementsprechend Messwerte liefert, die mit denen einer Koordinatenmessmaschine oder einem Formtester vergleichbar sind. Ein Gehäuse umschließt vorteilhaft die Messzelle 17, so dass sie auch als Modul in vergleichbare Vorrichtungen eingesetzt werden kann.
  • Für eine Überprüfung des Ventilsitzes 2 eines Zylinderkopfes 4 wird nun die Vorrichtung 1 mit ihrem Einsteckschaft 8 in die Schaftbohrung 3 bis zu einem Anschlag 18 eingeschoben. Dieser Anschlag 18 soll sicher stellen, dass in der Messposition keine die Messung beeinflussenden Kräfte auf den Einsteckschaft 8 und auf den Messkopf 6 wirken und nur die Tastelemente 13 der Messtaster 12 sich sanft und nahezu kraftausgleichend auf dem Ventilsitz 2 abstützen. Der Kraftausgleich ist gewährleistet, wenn die Tastelemente 13 der einzelnen Messtaster 12 sich diametral gegenüber liegen und mit der gleichen Antastkraft auf den Ventilsitz 2, das heißt auch die zu kontrollierende Fläche, drücken. Dies gilt auch für zylindrische Stufenbohrungen, bei denen später erst ein Ventilsitzring eingesetzt wird. Sobald die Vorrichtungen 1 diese und damit ihre in 1 und 2 gezeichnete Lage erreicht haben, kann der Messvorgang vorgenommen werden.
  • Ausgehend von einer Kalibrierung mittels eines Meisters können die Messwerte der einzelnen Taster 12 so in die Berechnung einbezogen werden, dass sich daraus die rechtwinklig zueinander stehenden Durchmesser des Ventilsitzes 2 unter Berücksichtigung des Mittenversatzes in Folge der Rundlaufabweichung in der Bezugsebene, die Durchmesserdifferenz als Merkmal für die Unrundheit im Ventilsitz 2 und der Rundlauf des Ventilsitzes 2 zur Schaftbohrung 3 exakt ermitteln lässt. Durch diese statische Messmethode und die verhältnismäßig einfachen Berechnungen ist die Messzeit äußerst kurz und die Messung damit einfach und mit geringem Aufwand durchführbar.
  • Es ist aber auch möglich, den Messkopf 6 mit drei, fünf oder mehr Messtastern 12 in gleicher Weise zu bestücken. Wenn auch die dafür erforderlichen Formeln sich ändern, ist die Vorgehensweise und die Messmethode die Gleiche.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel der 1 trifft der Einsteckschaft 8 stirnseitig auf den Anschlag 18. In 2 befindet sich der Anschlag 18 an der äußeren Halterung und stützt sich auf der Brennraumfläche ab. Es ist aber auch möglich den Anschlag 18 zwischen die Stirnflächen des zylindrischen Ansatzes 7 und der Schafthülse zu legen oder durch mindestens einen kleinen Vorsprung des Messkopfes 6 auf die Brennraum- oder Ventilsitzfläche zu positionieren.
  • Durch eine genau definierte Änderung der Höhe des Anschlages 18 lassen sich die Messtaster 12 einer Vorrichtung 1 exakt aufeinander abgleichen, so dass die Verrechnung sehr genau und exakt reproduzierbare Ergebnisse erbringt.

Claims (10)

  1. Vorrichtung zur Überprüfung der Maß-, Form- und Lagetoleranzen von Stufenbohrungen, insbesondere Ventilsitzbohrungen und Schaftbohrungen eines mechanischen Werkstückes, bestehend aus einer äußeren Halterung, einem und einem Einsteckschaft, wobei, aus der ein Tastelement eines in den Messkopf eingesetzten und mit einer Speiseleitung sowie einer Messwerte übertragenden Verbindung versehenen Messtaster herausragt, dadurch gekennzeichnet, dass der Messkopf (6) in der Schaftbohrung (3) radial fixierbar ausgebildet ist, dass ein axialer, den Messkopf (6) auf Distanz zum Ventilkopf haltender Anschlag (18) vorgesehen ist und dass aus der Ringfläche (11) mindestens zwei weitere, weiteren Messtastern (12) zugeordnete Tastelemente (13) herausragen.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlag über den Einsteckschaft (8), die äußere Halterung (5), das zylindrische Zwischenstück (7) auf der Schafthülse oder einen verhältnismäßig kleinen Vorsprung am Messkopf (6) selbst zum Werkstück (4) gebildet ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Messtaster (12) mit den Tastelementen (13) in die der Ventilsitzkontur angepassten Ringfläche (11) eingelassen und befestigt sind.
  4. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Messtaster (12) in Messzellen (17) eingebaut sind und die in den Messzellen (17) mit Blattfedern (14) verbundenen Tastelemente (13) einseitig auf den Messtastern (12) aufliegen und andersseitig aus der Ringfläche (11) herausragen.
  5. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Messzellen (17) parallel zur. Achse des Messkopfes (6) angeordnet sind.
  6. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Blattfedern (14) in den Messzellen (17) so angeordnet sind, dass sie in Längsrichtung in Flucht zum Tastpunkt des jeweiligen Tastelementes (13) stehen.
  7. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Messtaster (12) besondere Auflagen (15) zur Abstützung der Tastelemente (13) aufweisen.
  8. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Messtaster (12) als auch die Messzellen (17) in nutartige Ausnehmungen des Messkopfes (6) eingesetzt sind.
  9. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Messtaster (12) eines Messkopfes (6) über eine definierte Änderung der Höhe des Anschlages (18) exakt aufeinander abgleichbar ausgebildet sind.
  10. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Speiseleitung und die die Messwerte übertragende Verbindung eines Messkopfes (6) über ein mehradriges Kabel nach außen geführt sind und der Abgleich am Ende der Leitung vornehmbar ist.
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