DE2059504B2 - Vorrichtung zum Messen zylindrischer Flächen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung turn Messen zylindrischer Bohrungs- oder Mantelflächen, insbesondere von Wälzlagerringen, mittels eines einzigen, den Prüflingen in zwei axial versetzten Radialebenen sowie zwischen diesen entlang •iner diese verbindenden Linie abtastenden Meßkopfes.

Mit der deutschen Patentschrift 1 026 541 gehört ein halbautomatisches Gerät zum Maßprüfen von V/älzlagcrringen zum Stand der Technik, bei welchem in zwei axial versetzten Radialebenen je ein Meßkopf angesetzt ist, der den Außendurchmesser des rotierenden Lagerringes sowohl auf Maß als auch auf Form prüft. Nachteilig bei diesem Gerät ist, daß zwei Meßköpfe erforderlich sind, von denen jeder nur eine Radialebene abtastet. Maß- und Formabweichungen am Prüfling zwischen den beiden Radialcbcnen werden nicht erfaßt. Darüber hinaus können aus Platzgründen nur größere Prüflinge gemessen werden. Die Fertigung eines derartigen Meßgerätes ist kompliziert und relativ teuer.

Daneben sind bereits Meßvorrichtungen allgemein bekannt, bei denen die Prüflinge zum Erfassen der Meßwerte mehrerer Ebenen in mehreren Meßstationen gemessen werden. Hierzu sind umfangreiche und teuere Anlagen erforderlich, weil mehrere Meßgerate in Reihe geschaltet werden müssen.

Gegenstand der Patentschrift 63 888 des Amtes fur Erfindung*- und Patentwesen in Ost-Berlin ist ein Gerät zum Messen der Radialluft von Walzlagern, also der mittleren theoretischen Versch.ebemoglichkeit eines Lagerringes zum festgehaltenen anderen Lagerring von Grenzlage zu Grenzlage in radialer Richtung. Zu diesem Zweck wird das gesamte Lager nur in einer Radialebene, jedoch in mehreren axialen Ebenen — dort in jeweils einem Punkt — gemessen, wobei die axialen Ebenen beispielsweise um 120 zueinander versetzt sind. Hierzu wird der Meßtaster nach erfolgter Messung in einer Ebene abgehoben und das gesamte Lager um den gewünschten Winkel gedreht, wobei Innen- und Außenring ihre Lage zueinander nicht ve! ändern dürfen. Nach dieser Drehung wird der Außenring erneut belastet und der Meßtaster wieder angesetzt. An ein Vermessen von zylindrischen Flächen in mehreren axial versetzten Radialebenen ist nicht gedacht.

Durch das deutsche Gebrauchsmuster 1 8^.8 23j und die schweizerische Patentschrift351 670 sind Vorrichtungen zum Messen der Unrundheit eines zylindrischen Körpers bekanntgeworden, bei denen dieser während des Meßvorgangs in axialer Richtung verschoben und gleichzeitig mittels Antriebsrollen um seine eigene Achse gedreht werden kann Die Möglichkeit, in zwei diskreten Radialebcnen abzutasten, um reproduzierbare Meßergebnisse zu erhalten, ist nicht vorhanden.

Bei einem in der Zeitschrift »Walzlagertechnik«, Heft 2 1965 S. 16/17 beschriebenen Gerat zum Prüfen der Mantellinie von Zylindern oder Kegeln steht der Prüfling still, während der Meßtaster eine translatorische Bewegung ausführt. Es ist nicht vorgesehen den Meßtaster zusätzlich zur translatonschen eine rotierende Bewegung ausführen zu lassen, um auf diese Weise die Fläche zwischen zwei Radialebenen entlang einer Schraubenlinie od. dgl. abzutasten.

Schließlich ist eine Vorrichtung zum Bestimmen der Manteldicke eines isolierten Kabels bekannt (deutsche Auslegeschrift 1 239 484), bei der der Meßkopf um das in axialer Richtung fortschreitende Kabel rotiert. Auch hier sind keine Vorkehrungen getroffen, um in diskreten Radialebenen abtasten zu können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Messen zylindrischer Bohrungsoder Mantelflächen zu schaffen, die trotz einfacher Bauweise frei von Meßfehlern ist und reproduzierbare Ergebnisse liefert.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß gelöst durch eine in einer KugelfUhrung axial verschiebbar gelagerte rotierende Führungsstange, an der der Meßkopf befestigt ist und die zur Steuerung der Axialverschiebung^; in>r einen gelenkig mit dieser verbundenen Schwinghebel mit der Hubkurvenscheibe einer Steuerwelle in Verbindung steht. Der Prüfling steht dabei still und ist in einer geeigneten Aufnahme eingespannt.

Eine solche Vorrichtung ist in ihrem Aufbau sehr

:infach; zum Prüven verschieden breiter Ringe >d. dgl. ist es lediglich erforderlich, die Hubkurvencheibe auszuwechseln. Da nach einem anderen vterkmal eier Erfindung zur Erzeugung der Rotaions- und Translationsbewcgung nur ein einziger Vfotor über Riementriebe mit den anzutreibenden Feilen verbunden ist, wird zugleich mit der Rota- :ionsbewegung auch die Translationsbewegung erzeugt, ohne daß zusätzlich Antriebsmittel erforderlichsind.

Die gestellte Aufgabe kann gemäß der Erfindung auch gelöst werden durch eine in einer Kugelführung axial verschiebbar gelagerte axial belastete Führungsstange mit einem den Prüfling in Rotation versetzenden Drehkopf, der am Ende der Führungsstange drehbeweglich gelagert ist und den Prüfling gegen einen Drehteller drückt, welcher koaxial zum stillstehenden Meßkopf verschiebbar ist, wobei die Führungsstange zur Steuerung ihrer Axialverschiebungen mit der Hubkurvenscheibe einer Steuerwelle in Wirkverbindung ist. Zur Erzeugung einer definierten Druckrichtung des Prüflings ist es dabei vorteilhaft, wenn der Drehkopf exzentrisch zum Meßkopf angeordnet ist.

Der Vorteil dieser Ausführung besteht darin, daß keine zusätzlichen Spannelemente für den Prüfling erforderlich sind; durch die Longitudinalbewegung der Führungsstange mit ihrem Drehkopf wird der Prüfling auf dem Drehteller radial festgehalten und gleichzeitig in Richtung zum Meßkopf hin verschoben.

Mit der Erfindung ist es auf einfache Weise möglich, die zylindrische Fläche an einem Prüfling in mehreren Ebenen mit Hilfe nur eines Meßkopfes abzutasten, ohne dazu eine umfangreiche und teuere Meßapparatur zu benötigen. Der Prüfling wird nicht nur in zwei Radialebenen gemessen, sondern zwischen diesen an nahezu beliebig vielen Punkten seiner Oberfläche, vorzugsweise entlang einer Schraubenlinie, abgetastet. Je nach den gewählten Verhältnissen der Translations- zur Rotationsgeschwindigkeit ist es möglich, die Fläche zwischen den beiden Radialebenen in möglichst vielen Punkten abzutasten. Die Praxis hat gezeigt, daß ein Prüfling, der nur an zwei Radialebenen gemessen wird, an diesen zwar maßhaltig sein, aber in anderen Ebenen jedes beliebige Maß haben kann. Derartige Fehlerquellen sind ausgeschaltet.

Die Erfindung ist nachstehend an Ausführungsbeispieler, erläutert, die in den Zeichnungen dargestellt sind. Es reigt

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig.2 das Prinzip einer (abgewickelt dargestellten) Hubkurvenscheibe mit vier Phasen des Meßvorganges,

Fig. 3 eine andere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fi g.4 das Prinzip der in Fig. 3 verwendeten Hubkurvenscheibe in drei Meßphasen,

Fig. 5 die vergrößerte Ansicht des in Fig. 3 dargestellten Bohrungsmeßgerätes,

Fi g.6 eine Draufsicht auf das in Fig. 5 dargestellte Bohrungsmeßgerät,

F i g. 7 eine schenatische Darstellung der exzentrischen Anordnung d<;r Achsen vom Meßkopf und Drehkopf des in den F i g. 5 und 6 dargestellten Bohrungsmeßgerätes,

Fig.8 die Ansicht eines in die Vorrichtung gemäß F i g. 3 einsetzbaren Mantelmeßgerütes und

F i g. 9 eine Draufsicht auf das in F i g. 8 dargestellte Mantelmeßgerät.

Tn F i g. 1 ist eine pneumatisch arbeitende Vorrichtung zum Messen von Bohrungen von Walzlagerringen dargestellt. Auf einer Grundplatte 1 sind alle Teile dieser Vorrichtung aufgebaut. Ein Getriebemotor 2 treibt eine Steuerwelle 3 .an, auf der Steuerkur-

la venscheiben 4 angebracht sind, von denen über Näherungsinitiatoren 5 die Meßzeit, die Lösung des MeßergeLnisses und die Ringvereinzelung gesteuert werden. Eine Riemenscheibe 6 treibt über einen Riemen? die Führungswelle 8 an. Die Steuerwelle 3 ist an ihrem vom Getriebemotor 2 abgekehrten Ende in einem Lager 9 aufgenommen. In geringem Abstand vom Lager 9 ist auf der Steuerwelle 3 eine Hubkurvenscheibe 10 befestigt, auf der der Außenring eines Kugellagers 11 abrollt. Da^p. Kugellager 11 ist an

so einem Ende eines Schwinghebels 12 befestigt, dessen anderes Ende gelenkig mit einer an der Führungswelle 8 angeordneten Lagerbuchse 13 verbunden ist. Die Lagerbuchse 13 nimmt ein aui der Führungswelle 8 angeordnetes Lager 14 auf. Eine Zugfeder 15, deren freies Ende am Schwinghebel 12 befestigt ist, sorgt für ständigen Kontakt des Schwinghebels 12 mit der Hubkurvenscheibe 10. Der Schwinghebel 12 ist in einen Drehpunkt 16 gelagert. Auf der Grundplatte 1 ist die Oberplatte 17 mit Säulen 18 befestigt.

Auf der Oberplatte 17 ist ein L-igerbock 19 angebracht, daran ist eine Kugelführung 20 angeschraubt, in der die Führungswelle 8 gelagert ist. An ihrem Ende nimmt die Führungswelle 8 einen pneumatischen Meßkopf 21 auf. Die Spannvorrichtung 22 für den Prüfling 23 besteht aus einer Führungsplatte 24 und einer Spannplatte 25, zwischen denen der Prüfling 23 gehalten wird. Am anderen Ende der Führungswelle 8 ist ein Rotationsverteile:· 26 angebracht, zu dem eine Leitung 27 führt. Die zum Meißen benö-

♦o »igte luft wird dem Meßkopf 21 durch die Leitung 27, den Rotationsverteiler 26 und die in der Führungswe"e8 angebrachte Bohrung 29 zugeführt. In die Leitung 27 ist ein pneumatisches Meßgerät 30 geschaltet, das über eine Meßuhr 31 mit der den Meßablauf steuernden Elektronik 32 verbunden ist. Die Steuerimpulse werden von den Näherungsinitiatoren 5 zur Elektronik 32 geleitet.

Der Meßvorgang läuft folgendermaßen ab: Der Prüfling 23 wird in der Spannvorrichtung 22 fixiert.

Unter konstanter Rotationsbewegung schiebt sich der pneumatische Meßkopf 21, gesteuert durch die Hubkurvenscheibe 10, in die Bohrung des Prüflings 23 bis zur ersten Meßebene vor. Nach dem Stabilisieren des Meßsystems führt der Meßkopf 21 noch eine halbe Umdrehung aus, wodurch die erste Meßebene vollkommen vermessen ist. Der Meßkopf 21 schiebt sich jetzt bei weiterhin gleichbleibender Rotationsbewegung, ebenfalls gesteuert durch die Hubkurvenscheibt 10, langsam axial weiter bis zur zweiten Meß-

ebene, wobei zwischen der ersten und der zweiten Meßebene die Bohrung entlang einer Schraubenlinie abgetastet wird. In der zweiten fvießebene verharrt der Meßkopf 71 axial, bis er eine halbe Umdrehung ausgeführt hat, dann ist auch die zweite Meßebene

vermessen. Anschließend zieht sich der Meßkopf 21, gesteuert durch die Hubkurvenscheibe 10, wieder aus der Bohrung des Prüflings 23 zurück, und es kann ein neuer Meßvorgang beginnen. Die vom pneuma-

tischen Meßgerät 30 und dem Takt der Meßmechanik gesteuerte Elektronik 32 sortiert die Prüflinge nach Qualität in gewünschte Gruppen. Je nach Ausführung der Elektronik 32 wird im einfachsten Fall eine Längsmessung durchgeführt, darüber hinaus können die Ovalität und die Konizität sowie andere Merkmale erfaßt und ausgewertet werden. Durch Anordnung oder Austausch der Hubkurvenscheibe 10 können beliebige Abstände zwischen den Meßebenen abgetastet werden. Ferner kann durch Steuerung der Drehzahl der Führungswelle 8 jede gewünschte Schraubenlinie eingestellt werden.

Es ist selbstverständlich auch möglich, die beschriebene Anordnung für einen mechanischen, elektrischen oder optischen Meßkopf 21 zu verwenden. Durch entsprechende Änderung des Meßkopfes 21 und der Spannvorrichtung 22 kann die Vorrichtung auch zum Messen zylindrischer Mantelflächen eingesetzt werden.

In F i g. 2 ist das System der Hubkurvenscheibe für die in Fig. I dargestellte Vorrichtung erläutert. An der Abwicklung der Hubkurvenscheibe 10 sind die einzelnen Meßphasen eingezeichnet.

In der Phase A (Laden und Entladen) wird dem Meßgerät ein Prüfling23 zugeführt, nachdem ein bereits gemessener Prüfling 23 aus der Spannvorrichtung 22 entfernt worden ist. Durch weitere Rotation der Hubkurvenscheibe 10 gelangt der Meßkopf 21 in die erste Meßebene. Nach dem Stabilisieren (S) führt der Meßkopf 21 noch eine halbe Umdrehung aus, wobei der Prüfling 23 in der ersten Meßebene (C) vollkommen vermessen ist. Beim Abrollen in die zweite Meßebene führt der Meßkopf 21 mehrere Umdrehungen durch, wobei die Bohrung entlang einer Schraubenlinie vermessen wird (D). In der zweiten Meßebene (E) verharrt der Meßkopf 21 axial, während er eine halbe Umdrehung ausführt. Nach Verlassen der zweiten Meßebene kehrt der Meßkopf 21 sehr schnell durch den steilen Anstieg der Flanke an dieser Stelle der Hubkurvenscheibe 10 in die Ausgangsstellung zurück, und ein neuer Meßvorgang kann beginnen.

F i g. 3 zeigt eine abgewandelte Vorrichtung zum Messen an Innen- und Außendurchmessern, in diesem Fall zur Bohrungsmessung. Auf der Grundplatte 1 ist der Getriebemotor 2 befestigt. Dieser treibt eine Rundriemenscheibe 33 an, wodurch über einen Rundriemen 34 dem Drehkopf 35 eine rotierende Bewegung erteilt wird. Der Rundriemen 34 wird dabei über ein Rier"enscheibenpaar36 gelenkt. Der Drehkopf 35 ist an einem Ende einer Führungsstange 37 gelagert. Diese Führungsstange 37 ist ihrerseits in einer Kugelfühnmg 20 axial beweglich angeordnet. An der Unterseite des Drehkopfes 35 ist eine Auflage 38 aus Kunststoff, Gummi od. dgl. befestigt. Durch ein Gewicht 39 am anderen Ende der Führungsstange 37 ist diese beschwert. Die vertikale Steuerung der Führungsstange 37 erfolgt durch die Hubkurvenscheibe 10. die am Ende der Steuerwelle 3 befestigt ist. Die Steuerwelle 3 wird über einen Keilriemen? vom Getriebemotor 2 angetrieben. Auf der Steuerwelle 3 sind Steuerkurvenscheiben 4 zur Steuerung von Meßzeit, Löschzeit und Zentriereinrichtung angebracht. Die Schaltung kann beliegig über Rollenhebelventile oder Näherungsinitiatoren 5 erfolgen. Bei der Abwärtsbewegung der Führungsstange 37 wird der Drehkopf 35 mit seiner Auflage 38 auf den pjüfling23 gedrückt, so daß dieser radial fixiert ist und ebenfalls rotiert. Der Prüfling 23 ruht auf einem auf einer Führungsplatte 40 drehbar gelagerten Drehteller 41.

In den Fig. 5 und 6 ist das Bohrungsmeßgerät gemaß Fig. 3 näher dargestelllt. Auf einem Gehäuse 42 ist die Führungsplatte 40 mit mindestens zwei Fuhrungssäulen 43 axial verschiebbar angebracht. In der Führungsplatte 40 befindet sich der in einem Kugelkranz 44 gelagerte Drehteller 41, auf

ίο dem der Prüfling23 während des Messens rotiert. Zum Messen wird der Prüfling 23 zusammen mit der Führungsplatte 40 vom Drehkopf 35 heruntergedrückt. Dabei wird die Bohrung des Prüflings 23 von den drei festen Meßspitzen 45, die in den Meß-

.5 xopf21 hart eingelötet sind, und der beweelidicn Mcßspitze 46 abgetastet. Der Meßkopf 2! beeilt dabei seine ursprüngliche Lage. Die bewegliche Meßspitze 46 ist fur verschiedene Durchmesser verschiebbar in einer Führung47 befestigt, die an einem

_ao Federpara cogra,nm48 angeschraubt ist. Am ^ucrparallelogramm 48 ist der Meßdruck cinMellbar.Fi.ne elektrische Meßuhr 49 ist am Gehäuse 42 so befestigt daß sie die radialen Bewegung, des Federparallelogramms 48 und somit der beweglichen

iS^bSpitfo⁴⁶.^{auf eine} Elektronik 32 zwecks Anw·.-tung und Sortierung überträgt

Wie aus Fi,. 7 hervorgeht, ist der Drehkopf .15 hS7^SC. η"'." ^{MeßkOpf 21 a}"gcordnet. Damn v.ird Rich , t ^{DrChk0pf 35 bei eincr Rotilt}- '»

Roh ^{Πε CS PfCllCS/? den Prüfli}"S 23 mit . n.r Bohrung gcge„ die linke und die obere feste ';.:·.-spitze 45 druckt so daß die bewegliche Mcßspii, «i a.c Bohrung exakt abtasten und vermessen kann

an HnVi⁸P-⁵' 1^as, ^{SyStCm dcr} Hubkurvenschei'.. .'0 W^ η r Ψ ³.^darg"tcllten Vorrichtung crlii^ ■-■!. 10 dl Il ^g 'Ϊ ?^{CIgl aUCh hier die} HubkurVens.v Me ita.tn S^T ^{r Laden Und} Entladen (. I, ^r Meßsat.on Stab^is.eren des Meßgerätes (B), Austen der ersten Ebene (C), Abtasten entlang ei r TW n'l \ ^^{nd schIi}eß1'ch Abtasten ,; ■:· Mcßebenc (E). Die Stellung der Hubku . ■.·,

befestig r ^{C Cinen an dcr} Führungsstab;, ,7

DrChK \*° f^{ZS0 mit einem} Wälzlager 51 ., π Un. kopf 35 auf und ab bewegt (Fig 3) um' i < Prüflings 23 s,nd in den drei PhLn A, C und / , r-

J gezeigte Vorrichtung kann auch /.im den Hier™ mTi ,· ;^Mantelflächen verwendet ■.<■.,·- steifte Bohr, η'⁸¹¹* ^{daS in F [} g· ^{5 u}"d 6 *'^""

aSebiide _e M^SmC?^{Serät 8e}S^{en d}«In Fig.8 und 9 aSTbefl £'T^ßgerät ausgetauschf werden. mi Sau „^dl4^S3^eTuÄ^er? S ^{die Füh}-ngsplatte 40 Herunterrtriipv !ι ΐ ^Gehause 42 befestigt. Beim

kcpTi S f ^¹"^{85 23 durch de}" ^D'-^!l-Dab?i ?» t ^d" ^Drehte»er 41 mit herunte, ,e-• Dabe. tasten die Meßspitzen die Mantelober-Bei diesem Meßgerät sind an der Führungsplatte 40

. «wu ,„ _ucnnf._linU Meßspitze 46 ist wie bei ___„. , ^u.^cn i-1 g. 5 und 6 dargestellten Bohrungsmeß-

etzt in der entgegengewieder eine Draufsicht von Drehkopf 35 und Meßkopf

. Prüfling 23 "gegenX rl ^DrehkoP^{f 35} drückt den spitze 45 co ^r J^{e ]}I^{nke und d}'e obere feste Meß-Prüöins 23 _am λ ή^{6 bew}8«che Meßspitze 46 den Nach iZ^fjr^^ ™* abästen kann.

Tgangs kehrt der Drehgerät
setzten
auf die

kopf 35 wieder in die Ausgangsstellung zurück. Gleichzeitig wird der Prüfling 23 durch um die Führungssäulen 43 gelegte Druckfedern 52 hochgedrückt und dann weiterbefördert.

Neben den beschriebenen und dargestellten Ausfiihrungsbeispiclen sind selbstverständlich andere Konstruktionen möglich, die im Rahmen des Erfindungsgedankens liegen. So ist es beispielsweise möglich, bei den beschriebenen Vorrichtungen zum Messen eine v/eitere Steuerkurvenscheibe vorzusehen, die bei der in F i g. 1 dargestellten Vorrichtung im Takt der Meßvorgänge die Spanneinrichtung betätigt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen 409516/69

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Messen zylindrischer Bohrungs- oder Mantelflächen, insbesondere von Wälzlagerringen, mittels eines einzigen, den Prüfling in zwei axial versetzten Radialebenen sowie zwischen diesen entlang einer dieser verbindenden Linie abtastenden Meßkopfes, gekennzeichnet durch eine in einer Kugelführung (20) axial verschiebbar gelagerte rotierende Führungsstange (8), an der der Meßkopf (21) befe- »tigt ist und die zur Steuerung der Axialverschiebungen über einen gelenkig mit dieser verbundenen Schwinghebel (12) mit der Hubkurven-•cheibe (10) einer Steuerwelle (3) in Verbindung steht.

2. Vorrichtung zum Messen zylindrischer Bohrungs- oder Mantelflächen, insbesondere von Wälzlagerrintiin, mitteis eines einzigen, den Prüflingen in zwei axial versetzten Radialebenen sowie zwischen diesen entlang einer diese verbindenden Linie abtastenden Meßkopfes, gekennzeichnet durch eine in einer Kugelführung (20) axial verschiebbar gelagerte axial belastete Führungsstange (37) mit einem den Prüfling (23) in Rotation versetzenden Drehkopf (35), der am Ende der Führungsstange (37) drehbeweglich gelagert ist und den Prüfling (23) gegen einen Drehteller (4!) drückt, welcher koaxial zum stillstehenden Meßkopf (21) verschiebbar ist, wobei die Führungsstange (37) ZU₁- Steuerung ihrer Axialverschiebungen mL der Hubkurvenscheibe (10) einer Sleuerwelle (3) in Wh !(.verbindung ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung einer definierten Druckrichtung des Prüflings (23) der Drehkopf (35) exzentrisch zum Meßkopf (21) angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der Rotations- und Translationsbewegung ein Motor (2) über Riementriebe mit den anzutreibenden Teilen verbunden ist.

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