DE2553813A1 - Verfahren und vorrichtung zum messen von rauhigkeiten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen von Rauhigkeiten und eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens.

Das Prinzip der Messung der Rauhigkeit eines Werkstückes durch pneumatische Mittel ist bekannt und dieses Verfahren besteht im wesentlichen darin, die Ausströmmenge zwischen dem Werkstück und einem Abtaster zu messen, der aus einer Kappe in Form einer Glocke besteht, deren Rand auf das zu messende Werkstück aufgelegt wird. Durch Vergleich der Ausströmmenge bei einem Eichmaß bekannter Rauhigkeit kann die Rauhigkeit

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des gemessenen Werkstückes abgeleitet werden.

Ein Rauhigkeitsmeßgerät zur pneumatischen Messsung der Rauhigkeit ist,beispielsweise beschrieben in der Zeitschrift British Corrosion Journal, Band 2, Juli 1967. Dieses Gerät weist im wesentlichen eine Gasdruckquelle auf, welche eine kalibrierte Drossel oder einen "Widerstand" und den glockenförmigen Abtaster speist, welche in Serie angeordnet sind. Das Gerät weist weiterhin zwei Druckmeßgeräte zum Messen der Drücke P1 und P2 auf, welche in Strömungsrichtung gesehen vor und hinter der Drossel angeordnet sind. Der Differenzdruck P^-P₂ ist repräsentativ für die Ausströmmenge zwischen dem Taster und dem Prüfling, d. h. repräsentativ für die Rauhigkeit des Prüflings.

Dieses bekannte Verfahren weist einige Nachteile auf infolge der Serienanordnung eines kalibrierten Widerstandes und eines Ausströmungswiderstandes. Da es nicht möglich ist, den Druck des zuströmenden Gases von einer Messung zur anderen stets genau gleich zu halten, iat es erforderlich, vor jeder Messung eine Eichung des Geräts durchzuführen. Weiterhin ergibt sich das Erfordernis, diesen Druck während der Dauer der Messung praktisch konstant zu halten.

Es ist deshalb erforderlich, daß das bekannte Gerät Drmckregelvorrichtungen aufweisen muß, welche relativ.kompliziert aufgebaut sind. Die Messungen sind daher relativ kompliziert durchzuführen und die Meßergebnisse sind zudem relativ ungenau. Solche Geräte sind daher für Absolutmessungen der Rauhigkeit wenig

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geeignet, d. h. mit ihnen können praktisch nur ■Vergleichsmessungen ausgeführt werden, um zu bestimmen, ob die Rauhigkeit des Prüflings größer oder kleiner ist als diejenige eines Eichmasses. Weiterhin weisen die bekannten Geräte den Nachteil auf, daß sie nicht autonom arbeiten und nicht tragbar sind.

Mit dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung soll erreicht werden, daß die Rauhigkeitsmeßvorrichtung autonom arbeitet und tragbar ist. Das Gerät soll eine Serie von raschen Messungen ermöglichen und direkt die zur Definition der Rauhigkeit des Prüflings erforderlichen Kriterien Ra, Rp liefern. Hierbei soll die Meßauflösung unterhalb eines Mikrons liegen. Die Dauer der Messung, welche mit der Rauhigkeit des Prüflings variiert, soll 15 Sekunden nicht übersteigen«

Das Verfahren gemäß der Erfindung besteht darin, zwei Räume V1 und V2 mit Druckluft eines bestimmten Drucks zu füllen, auf die Oberfläche des Prüflings den Rand des glockenförmigen Abtasters aufzusetzen, welcher mit dem zweiten Raum verbunden ist, die Räume gleichzeitig und einzeln an die Atmosphäre zu entleeren, wobei der erste Raum über eine kalibrierte Drossel und der zweite Raum über den auf dem Prüfling aufgesetzten glockenförmigen Abtaster entleert wird, während des Entleerens die augenblickliche Druckdifferenz in den beiden Räumen gemessen wird und von dieser Druckdifferenz durch Eichen mit einem Eichmaß bekannter Rauhigkeit die Rauhigkeit des Prüflings abgeleitet wird.

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Vorzugsweise weisen die beiden Räume identisches Volumen auf und vorzugsweise werden beide Räume mit Druckluft gleichen Drucks gefüllt.

Im Gegensatz zu dem bekannten Verfahren, wo es erforderlich ist, während der Dauer der Messung den Druck konstant zu halten, wird bei dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung die Messung vorgenommen während der Druckabnahme infolge des Entleerens der beiden Räume. Es ist der Vergleich der mehr oder minder raschen Druckabnahme in den beiden Räumen, der es ermöglicht, die Rauhigkeit des Prüflings zu bestimmen.

Im speziellen bedeutet dies, daß während der Entleerung die Differenz der Drücke einen Maximalwert (positiv oder negativ) annimmt, wobei man sodann diesen abgelesenen Maximalwert dazu verwendet, nach der Eichung mit einem Eichmaß die Rauhigkeit des Prüflings zu bestimmen.

Bei der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens verwendet man vorzugsweise einen Kautschukball, der von .der Bedienungsperson zusammengepreßt wird, um die beiden Räume mit Druckluft zu füllen. Auf diese Weise ist das Gerät unabhängig von irgendwelchen anzuschließenden Druckluftquellen.

Bei einem solchen Gerät wird vorzugsweise ein Differenzdruckmanometer verwendet, um die Druckdifferenz zwischen den beiden Räumen während der Messung zu ermitteln.

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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Verfahrens,

Fig. 2 eine bevorzugte Ausführungsform

eines Geräts zur Durchführung des Verfahrens und

Fig. 3 den Druckverlauf, der bei der

Durchführung der Messung auftritt.

Das Schema nach Fig. 1 umfaßt lediglich die wesentlichen Teile zur Durchführung des Verfahrens, d. h. zwei dichte Räume oder Kammern V1 und V2, eine Druckluf tquelle A, beispielsweise eine Druckluftflasche, eine Pumpe oder ein elastischer Ball, welche über Leitungen 2, 3, 4, 3¹, 4' an die beiden Kammern V1 und V2 zum Füllen dieser Kammern mit Gas anschließbar ist, wobei in die Verbindung zwischen den Räumen und der Druckluftquelle ein Druckeinstellventil 5 angeordnet ist, ein Differenzdruckmesser 6, der zwischen die beiden Räume V1 und V2 geschaltet ist und Durchlaßventile 7, 7', welche über ein gemeinsames Betätigungsglied 8 gleichzeitig geöffnet und geschlossen werden können.

In der Meßstellung verbindet das Durchlaßventil 7 den Raum V1 mit der Atmosphäre und zwar über eine

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Leitung 9, in welcher eine kalibrierte Drossel 10 angeordnet ist. Das Durchlaßventil 7' stellt ebenfalls eine Verbindung des Raumes V2 mit der Atmosphäre her, und zwar über eine Leitung 11 und einen Meßkopf oder Taster 12, welcher aus einer dichten Glocke 13 besteht, dessen Rand in Kontakt steht mit der rauhen Oberfläche 14 des Prüflings. Dies bedeutet also, daß die Ausströmungsmenge zwischen der rauhen Oberfläche und der Kontaktfläche des Tasters, in Fig. 1 angedeutet durch die Pfeile 15, repräsentativ ist für die Rauhigkeit des Prüflings. In der Ruhestellung sperren die Durchlaßventile 7, 7^f die Kammern V1 und V2 gegenüber der Atmosphäre ab. .

Ein weiteres Verbindungsmittel ermöglicht es, die Druckluftquelle A von den Räumen V^ und Vp zu trennen, und zwar während der Messung, bzw. ermöglicht dieses Mittel, während des Füllens eine Verbindung herzustellen. Bei diesen Mitteln kann es sich um ein automatisches Druckeins teil ventil 5 oder um ein von Hand betätigtes Sperrventil 16 handeln.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weisen die beiden Kammern V1 und V2 identische Volumen auf und werden durch die Druckluftquelle A mit dem selben Druck Pa vor jeweils einer Messung gefüllt. Es ist jedoch auch möglich, daß die Volumen der Kammern V1 und V2 unterschiedlich sind. Es ist weiterhin möglich, daß die Fülldrücke unterschiedlich sind. In diesem Fall entfällt das Druckeinstellventil 5 und wird ersetzt durch zwei Druckeinstellventile, von denen jeweils

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eines in den Leitungen 3, 3' angeordnet ist.

Die Arbeitsweise der Vorrichtung gemäß Fig. 1 ist folgende: Vor der Durchführung der Messung werden die beiden Räume oder Kammern V1 und V2 mit Luft gefüllt, die unter einem Druck Pa steht. Falls das Druckeinsteil ventil 5 bei gefüllten Kammern keine Absperrfunktion übernimmt, dann ist für diesen Fall das Absperrventil 16 vorgesehen, das geschlossen wird, wenn die Kammern V1 und V2 gefüllt sind. In diesem Zustand zeigt das Differenzmanometer 6 den Wert 0 an.

Man setzt nunmehr den Taster 12 auf die rauhe und zu messende Oberfläche auf und öffnet mittels des Betätigungsgliedes 8 gleichzeitig beide Verbindungsventile 7 und 7'. Hierbei findet ein Entleeren der Kammern V1 und V2 an die Atmosphäre statt, wobei sich die jeweiligen Drücke in einem exponentiellen Verlauf dem Atmosphärendruck annähern.

Der Verlauf des Druckes Fl in Abhängigkeit der Entleerzeit t bei der Kammer V1, und zwar bei der Entleerung über die kalibrierte Drossel 10 ist durch die Kurve 17 in Fig. 3 verdeutlicht.

Wenn vorausgesetzt ist, daß der Prüfling eine relativ große Rauhigkeit aufweist, dann wird die Ausströmmenge auch relativ beträchtlich sein. Es herrscht dort also ein "Widerstand", der geringer ist als derjenige Widerstand, den der kalibrierte Widerstand 10 aufweist. Dies bedeutet also, daß die Kammer V2 sich

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schneller entleert als die Kammer V1, d. h. der Druck P2, dargestellt durch die Kurve 18, fällt schneller ab als der Druck P1 der Kammer V1.

In jedem Augenblick der Entleerung zeigt das Differenzmanometer 6 einen Wert ΔΡ=Ρ1-Ρ2 an, der in Abhängigkeit von der Entleerzeit t durch die Kurve in Fig. 3 verdeutlicht wird.

Diese Kurve durchwandert einen Maximalwert Apmax, welcher vom Differenzmanometer 6 abgelesen wird und welcher die Rauhigkeit des Prüflings definiert. Das Gerät kann hierbei geeicht sein durch Messungen der Werte Apmax von verschiedenen Eichmaßen bekannter Rauhigkeit.

Für den Fall, bei welchem die Rauhigkeit des Prüflings relativ gering ist, wird die Ausströmmenge über die Leitung 11 geringer sein als diejenige Ausströmmenge, welche über den kalibrierten Widerstand ausströmt. Dies bedeutet also, daß der Druck P¹2 der Kammer V2 langsamer absinkt als bei der Kammer V1. In Fig. 3 ist dies durch die Kurven 18' verdeutlicht. Für diesen Fall weist der Verlauf des Differenzdruckes Δp=P1-P'2 ein Minimum auf, wie es die Kurve 19' in Fig. 3 zeigt. Diese Mindestdruckdifferenz ist ein Maß für die Rauhigkeit des Prüflings. Die Anzeige dieses Wertes auf dem Differenzmanometer erfolgt auf der anderen Seite des zentralen Nullpunktes des Manometers.

Es ist auch möglich, den Differenzdruck £φ nach

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Ablauf einer bestimmten Zeit abzulesen, nachdem der Entleervorgang begonnen hat, jedoch ist diese Ablesung weniger genau, da hierbei nicht die Maximalausschläge des Manometers erfaßt werden und außerdem die Bedienungsperson bezüglich des Ablesezeitpunktes Fehler machen kann.

In Fig. 2 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung gezeigt, mit welchem das erfindungsgemäße Verfahren durchführbar ist. Bei dieser Vorrichtung wurden einige Verbesserungen gegenüber dem einfachen Prinzip nach Fig. 1 vorgenommen, um eine genauere und schnellere Messung zu ermöglichen. Die Teile, welche in Fig. 1 und Fig. 2 identisch sind, tragen die gleichen Bezugszeichen.

Diese Verbesserungen haben jeweils zum Ziel, ein Füllen der Kammern V1 und V2 mit einem stets gleichen Druck Pa zu ermöglichen, gleichgültig, wie die Bedienungsperson die Druckluftquelle A bedient, die, für den Fall eines tragbaren Geräts aus einem Gummiball 20 besteht.

Vorzugsweise werden die Kammern V1 und V2 mit Luft gefüllt, die unter einem Druck Pe steht, der größer ist als der Druck Pa zu Beginn der Messung, worauf sodann die Kammern teilweise entleert sind, bis sich der Druck Pa stabilisiert hat, der zu Beginn der Messung bestehen soll.

Zu diesem Zweck weist das Gerät ein Überdruckventil 21 auf, welches an die Leitung 22 angeschlossen ist,

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die den Gummiball 20 mit den Kammern V1 und V2 verbindet. Dieses Überdruckventil ist auf den Druck Pe eingestellt. Weiterhin sind zusätzli; he Verbindungsmittel vorgesehen, die es ermöglichen, die Kammern V1 und V2 mit einem Teilentleerungs- und Stabilisierungskreis 23 bis 24 zu verbinden, der ein gegen die Atmosphären entlüftendes Druckregelventil 25 aufweist, das auf den Druck Pa eingestellt ist.

Bei dieser Ausführungsform sind alle pneumatischen Verbindungsorgane zusammengefaßt in den zwei Dreiwegehahnen 7, 7'f die über ein Betätigungsglied 8 betätigbar sind. Es handelt sich um einen Drehhahn, der drei Stellungen aufweist.

Mittels dieses Drehhahnes sind die Kammern V1 und V2 verbindbar in einer ersten Stellung mit dem Füllball 20, in einer zweiten Stellung mit dem Teilentleerund Stabilisierungskreis 23, 24 und 25 und in einer dritten Stellung, der Meßstellung, mit dem kalibrierten Widerstand 10 und dem Taster 12.

Beim Arbeiten mit dem Gerät werden die Hähne 7» 7¹ in die erste Stellung gebracht, welche in Fig. 3 gezeigt ist. Sodann wird der Ball 20 betätigt, bis der Druck Pe, der höher ist als der Druck Pa erreicht ist. Dies wird angezeigt durch das Überdruckventil 21. Sodann werden die Hähne 7, 7' in die zweite Stellung gebracht, wobei der Druck in den beiden Räumen V1 und V2 durch das Druekeinstellventil 25 auf den Druck Pa fixiert wird. Vorzugsweise wird das Druckeinstellventil 25 mit einer Anzeigevorrichtung 26 versehen, die der

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Bedienungsperson anzeigt, wenn das Ventil 25 sich wieder schließt, was bedeutet, daß in den Kammern V1 und V2 der Druck Pa erreicht ist. Nachdem der Taster 12 auf die zu prüfende rauhe Oberfläche 14 aufgesetzt ist, bringt man die Hähne 7, 7' in eine dritte Stellung um die Ausströmmenge mittels des Differenzmanometers 6 zu messen. Am Differenzmanometer 6 wird abgelesen der maximale oder minimale Differenzdruck.

Der Ball 20 ist vorzugsweise mit einem Ansaug- und einem Ausströmrückschlagventil 27 und 28 versehen. Vorzugsweise erfolgt das Ansaugen über ein Filter 29. Im Fall eines tragbaren Meßgeräts weist der Gerätekasten eine Beruhigungs- und Filterkammer für die Luft auf.

In einem Ausführungsbexspiel ist vorgesehen, daß der Druck Pe etwa 480 mbar beträgt, während der Druck Pa 330 mbar beträgt. Der kalibrierte Widerstand ist evtl. austauschbar und besteht aus einer linearen Kapillarrohre. Das Differenzmanometer 6 weist eine Ansprechzeit von weniger als 1/10 see für einen Vollausschlag auf.

Mit zwei Geräten identischer Konstruktion jedoch verschiedenen Kammervolumen V1 und V2 und verschiedenen kalibrierten Widerständen ist es möglich, die gesamte Meßskala für die Rauhigkeitsmessung zu erfassen, wie sie im RUGOTEST Nr. 3 vorgesehen ist, d. h. die Rauhigkeitskriterien Ra von 1 bis 40 Mikron und von Rp von 1 bis 60 Mikron. Die Auflösung beträgt 1 Mikron und die Reproduktionsgenauigkeit ist besser als 1 %.

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Die längste Meßdauer beträgt nicht mehr als 15 Sekunden und ist je nach gemessener Rauhigkeit unterschiedlich.

Ansprüche -13-

Claims (14)

1. 7003/03/Ch/Vo -13- 27. November 1975

   Ansprüche

   \ 1 .i Verfahren zur Messung der Rauhigkeit eines Prüflings, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: Füllen von zwei Räumen V1 und V2 mit einem Druckgas unter bestimmtem Druck, Aufsetzen einer Abtastglocke auf die zu messende Oberfläche des Prüflings, gleichzeitiges Entleeren beider Räume an die Atmosphäre, wobei der erste Raum über eine kalibrierte Drossel und der zweite Raum über die Abtastglocke entleert wird, während des Entleerens Messen der augenblicklichen Druckdifferenz der Drücke in den beiden Räumen und Ableiten der Rauhigkeit des Prüflings von dieser Druckdifferenz durch Eichen mit einem Eichmaß bekannter Rauhigkeit.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die beiden Räume mit gleichem Druck gefüllt werden.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die beiden Räume identisches Volumen aufweisen.
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß während des Entleerens der beiden Räume der maximale oder minimale Differenzdruck erfaßt wird.

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5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß nach einer bestimmten Entleerzeit der Differenzdruck erfaßt wird.
6. 6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß zwei dichte Kammern vorgesehen sind, die von einer Druckquelle mit Gas bestimmten Drucks gespeist werden, ein Differenzdruckmanometer vorgesehen ist, welches die Druckdifferenz zwischen den beiden Kammern mißt und die Vorrichtung weiterhin Hähne aufweist, die mindestens eine erste Stellung einnehmen, bei welcher die beiden Kammern mit der Druckquelle zum Füllen der Kammern verbunden sind und eine zweite Stellung, bei welcher die beiden Kammern gleichzeitig entleert werden, wobei die erste Kammer über eine kalibrierte Drossel und die zweite Kammer über eine Abtastglocke, welche auf der Oberfläche des Prüflings aufgesetzt ist, an die Atmosphäre entleeren.
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Druckquelle Mittel zum Einstellen des Drucks aufweist, über welche die beiden Kammern mit Gas gleichen Drucks gespeist werden.
8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet , daß die beiden Kammern identisches Volumen haben.
9. 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, da-

   -15-6U9Ö24/O741

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   durch gekennzeichnet , daß die Druckquelle komprimierte Luft den beiden Kammern zuführt und diese Druckquelle aus einem elastischen, von der Bedienungsperson betätigbaren Ball besteht.
10. 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9» dadurch gekennzeichnet , daß die Druckquelle ein Überdruckventil aufweist, das auf einen Druck Pe eingestellt ist, mit dem die beiden Kammern gefüllt werden und welcher höher ist als der

    ■ Druck Pe zu Beginn der Messung, und daß die Hähne eine dritte Stellung einnehmen können, bei welcher die beiden Räume mit der Atmosphäre über ein Druckeinstellventil verbindbar sind, das sich schließt, wenn der Druck Pa herrscht, welcher bei Beginn der Messung vorliegen soll.
11. 11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet , daß die Hähne durch ein gemeinsames Bedienungsorgan betätigbar sind.
12. 12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet , daß die Kammern und die kalibrierte Drossel zur Veränderung des Meßbereichs austauschbar sind.
13. 13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet , daß die Teile der Vorrichtung in einem tragbaren Behältnis angeordnet sind und die Druckluftquelle die Luft über

    -16-6UU824/U741

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    ein Filter ansaugt.
14. 14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 13» dadurch gekennzeichnet , daß das Differenzdruckmanometer zum Messen der Druckdifferenz zwischen den beiden Kammern aus einem Differenzmanometer mit zentraler Nullstellung besteht.

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