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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Weitere
Merkmale einer Vorrichtung gemäß der Erfindung
sind in den Ansprüchen
2 bis 10 offenbart.
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Die
Erfindung sowie weitere Vorteile derselben werden nachfolgend anhand
eines in einer Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert. Dabei
zeigen
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1 eine
Aufrissdarstellung einer Vorrichtung gemäß der Erfindung in ihrer Messstellung.
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2 eine
weitere Ausgestaltung der Erfindung und
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3 in
vergrößerter Darstellung
die Anordnung einer aus Messtaster und vorgelagertem Tastelement
bestehenden Messzelle nach der 2.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.