DE2553813C3

DE2553813C3 - Vorrichtung zum Messen der Oberflächenrauhigkeit eines Prüflings

Info

Publication number: DE2553813C3
Application number: DE19752553813
Authority: DE
Inventors: Michel Champigny-Sur-Marne Leveque; Claude Gouvieux Wartelle
Original assignee: Centre Technique des Industries Mecaniques CETIM
Current assignee: Centre Technique des Industries Mecaniques CETIM
Priority date: 1974-12-05
Filing date: 1975-11-29
Publication date: 1980-12-18
Also published as: DE2553813A1; IT1051828B; FR2293695A1; DE2553813B2; GB1506899A; FR2293695B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen der Oberflächenrauhigkeit eines Prüflings, die zwei Kammern aufweist, welche über mindestens eine Zuführleilung von einer Druckquelle mit Gas bestimmten Drucks gespeist werden und die über ein Differenzdruckmanometer miteinander verbunden sind, wobei die eine Kammer über eine Entlüftungsleitung und iine kalibrierte Drossel und die andere Kammer über eine andere Entlüftungsleitung und eine Abtastglocke, welche auf die Oberfläche des Prüflings aufsetzbar ist. gegen Atmosphäre entlüftbar sind.

Das Prinzip der Messung der Rauhigkeit eines Prüflings durch pneumatische Mittel ist bekannt und dieses Verfahren besteht im wesentlichen darin, die Ausströmmenge zwischen dem Prüfling und einer Abtastglocke zu messen, deren Rand auf den zu messenden Prüfling aufgesetzt wird, Durch Vergleich der Ausströmmenge bei einem Eichmaß bekannter Rauhigkeit kann die Rauhigkeit des gemessenen Prüflings abgeleitet werden.

Ein Räuhigkeilsrneßgcrät zur pneumatischen Messung der Rauhigkeit ist beispielsweise beschrieben in der Zeitschrift British Corrosion Journal, Band 2, Juli 1967. Dieses Gerät weist im wesentlichen eine Drucklujtquelle auf, weiche eine kalibrierte Drossel und die Abtastglocke speist, weiche in Serie angeordnet sind. Das Gerät weist weiterhin zwei Druckmanometer zum Messen der Drücke Pi und P2 auf, welche in Strömungsrichtung gesehen vor und hinter der Drossel angeordnet sind. Der Differenzdruck P\ — Pi ist repräsentativ für die Ausströmmenge zwischen der Abtastglocke und dem Prüfling, d. h. repräsentati" für die Rauhigkeit des Prüflings

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

2ö wain end der Dauer der Messung praktisch konstant zu halten.

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

Bei einer weiteren in der Zeitschrift »Feingerätetechnik« 1958, Heft 8, Seiten 371 bis 375 beschriebenen Rauhigkeitsmeßvorrichtung der eingangs genannten Art werden die beiden Kammern durch einen Gummiball gefüllt, wenn ein Druckausgleichventil die Zuführleuungen zu den beiden Kammern miteinander verbindet. Die eine Kammer s'eht ml. °iner Abtastglokke und die andere mit einer einstellbaren Drossel in Verbindung. Nach Schließen des Druckausgleichventils erfolgt die Messung Während des Füllens der Kammern findet gleichzeitig ein Entlüften der Kammern gegen Atmosphäre statt, so daß zu Beginn der Messung keine ι! finierten Drücke in den Kammern vorliegen. Die Entlüftungsleitungen von den Kammern zu der Drossel bzw. der Abtastglocke sind gegenüber den Zuführleitungen zu den Kammern durch Rückschlagventile getrennt. Diese Rückschlagventile verfälschen zusätzlich die Meßergebnisse, da bedingt durch den relativ geringen Abdichtdruck sie nicht ausreichend abdichten.

Ausgehend von dieser bekannten Konstruktion stellt sich die Aufgabe, die Vorrichtung dahingehend zu verbessern, daß das Füllen und das Entlüften der Kammern in klar getrennten Schritten durchführbar ist, d.h. die Kammern sllen gleichzeitig an die Druckluft quelle anschließbar und von dieser abtrennbar und gleichzeitig entlüftbar sein.

Gelöst wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte AusgestrUungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnungen erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Vorrichtu ng,

Fig.2 eine bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung und
Fig, 3 den Druckverlauf, der bei der Durchführung

der Messung auftritt.

Das Schema nach F i g. 1 umfaßt lediglich die wesentlichen Teile der Vorrichtung, zwei dichte Kammern Vl und V 2, eine Druckluftquelle 20, beispielsweise eine Druckluftflasche, eine Pumpe oder ein elastischer Ball A, welche über Leitungen 2, 3, 4, 3', 4' an die beiden Kammern Vl und V2 zum Füllen dieser Kammein mit Gas anschließbar ist, wobei in die Verbindung zwischen den Kammern und der Druckluftquelle ein Druckregel ventil 5 angeordnet ist, ein Differenzdruckmanometer 6, der zwischen die beiden Kammern Kl und V 2 geschaltet ist und Hähne 7, 7', welche über ein gemeinsames Betätigungsorgan 8 gleichzeitig geöffnet und geschlossen werden können.

In der Meßstellung verbindet d«r Hahn 7 die Kammer Vl mit der Atmosphäre und zwar über eine Entlüftungsleitung 9, in welcher eine kalibrierte Drossel 10 angeordnet ist. Der Hahn T stellt ebenfalls eine Verbindung der Kammer V2 mit der Atmosphäre her, und zwar über eine Eniiüftungsieiiung ίί und eine Abtastglocke 12, welche aus einer dichten Giocke 13 besteht, deren Rand in Kontakt steht mit der rauhen Oberfläche 14 des Prüflings. Dies bedeutet also, daß die Ausströmungsmenge zwischen der rauhen Oberfläche und der Kontaktfläche der Glocke, in F1 g. I angedeutet durch die Pfeile 15, repräsentativ ist für die Rauhigkeit des Prüflings. I" der Ruhestellung sperren die Hähne 7, 7'die Kammern Vl und V2 gegenüber der Atmosphäre ab.

Ein weiteres Verbindungsmittel ermöglicht es. die )o Druckluftquelle 20 von den Kammern Vl und V2 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 Druckregelventil 5 oder um ein von Hand betätigtes Sperrventil 16 handeln.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weisen die beiden Kammern Vl und V2 identische Volumen aui und werden durch die Druckluftquelle 20 mit demselben Druck Pa vor jeweils einer Messung gefüllt. Es ist jedoch auch möglich, daß die Volumen der Kammern Vl und V2 unterschiedlich sind. Es ist weiterhin möglich, daß die Fülldrücke unterschiedlich sind. In diesem Fall entfällt das Druckregelventil 5 und wird ersetzt durch zwei Druckregelventile. von denen jeweils eines in den Leitungen 3,3' angeordnet ist.

Die Arbeitsweise der Vorrichtung gemäß F i g. 1 ist folgende: Vor der Durchführung der Messung werden die beiden Kammern Vi nnd V2 mit Luft gefüllt, die unter einem Druck Pa steht. Falls das Druckregelventil 5 bei gefüllten Kammern keine Absperrfunktion übernimmt, dann ist für diesen Fall das Sperrventil 16 vorgesehen, das geschlossen wird, wenn die Kammern Vl und V2 gefüllt sind. In diesem Zustand zeigt das Differenzdruckmanometer 6 den Wert 0 an.

Man setzt nunmehr die Abtastglocke 12 auf die auhe und /u messende Oberfläche auf und öffnet mittels des Bedienungsorgans 8 gleichzeitig beide Hähne 7 und T. Hierbei findet ein Entleeren der Kammern Vl und V2 an die Atmosphäre statt, wobei sich die jeweiligen Drücke in einem exponentiell Verlauf dem Atmosphärendrück artnähern.

Der Verlauf des Druckes P\ in Abhängigkeit der Entleerzeil / bei der Kammer Vl, und zwar bei der Entleerung über die kalibrierte Drossel 10 ist durch die β·, Kurve 17 in F i g. 3 verdeul'icht.

Wenn vorausgesetzt wird, daß der Prüfling eine relativ große Rauhigkeit aufweist, dann wird die Ausströmrnenge auch relativ beträchtlich sein. Fs herrscht dort also ein »Widerstand«, der geringer ist als derjenige Widerstand, den der kalibrierte Widerstand 10 ausübt. Dies bedeutet also, daß die Kammer V2 sich schneller entleert als die Kammer Vl, d.h. der Druck P2, dargestell durch die Kurve 18, fällt schneller ab als der Druck P1 der Kammer V1.

In jedem Augenblick der Entleerung zeigt das Differenzdruckmanometer 6 einen Wert AP= Fl- P2 an, der in Abhängigkeit von der Emleerzeit t durch die Kurve 19 in F i g. 3 verdeutlicht wird.

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

Für den Fall, bei welchem die Rauhigkeit des Prüflings relativ gering ist, wird die Ausstro.'menge über die Leitung 11 geringer sein ais diejenige Ai sstrommenge, welcher über die kalibrierte Drossel 10 ausströmt. Dies bedeutet also, daß der Druck P'2 der Kammer V2 langsamer absinkt als bei der Kammer Vl. 'n Fig. 3 ist durch ό'^α. Kurven 18' verdeutlicht. Für diesen Fall weist der Verlauf des Differenzdruckes Ap-PX - P'2 ein Minimum auf, wie es die Kurve 19' in F i g. 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.

In F i g. 2 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung gezeigt.

Die beiden Kammern Vl und V2 sollen mit einem stets gleichen Druck Pa gefüllt werden, gleichgültig, wie die Bedienungsperson die Druckluftquelle 20 bedient, die, für den Fall eines tragbaren Geräts aus einem Gummiball A besteht.

Die Kammern Vl und V2 werden mit Luft gefüllt, die unter einem Druck Pe steht, der größer ist als der Druck Pa /u 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 Zuführleitung 22 angeschlossen ist. die den Gummiball A mit den Kammern V1 und V2 verbindet. Dieses Überdruckventil ist auf den Druck Pe eingestellt. Weiterhin sind zusätzliche Verbindungen vorgesehen, die es ermöglichen, die Kammern Vl und V2 mit zusätzlichen Entlüftungsleitungen 23 bis 24 zu verbinden, die zu einem gegen die Atmosphäre emlüftenden Druckregelventil 25 führen, das auf den Dru^ Pci eingestellt ist.

Alle Leitungen führen zu den zwei Dreiweghähnen 7. T, die über ein Bedienungsorgan 8 gleichzeitig betätigbar sind.

Mittels dieser Hähne 7, T sind die Kammern Vl und V2 verbindbar in einer ersten Stellung mit dem Gummiball A. in einer zweiten Stellung mit den zusätzlichen Fntlüftungsleitungen 23, 24 und in einer dritten Stellung, der Meßstellung, mit der kalibrierten Drossel 10 und der Abtastglocke 12.

In der ersten Stellung der Hähne 7, T wird der Ball A 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, T in die zweite Stellung gebracht, wobei der Druck in den beiden Kammern Vl und V2 durch das Druckregel ventil 25 auf den Druck Pa fixiert wird. Vorzugsweise wird rlas

Druckregelventil 25 mit einer Anzeigevorrichtung 26 versehen, die der Bedienungsperson anzeigt, wenn das Ventil 25 sich wieder schließt, was bedeutet, daß in den Kammern Vi und V 2 der Druck Pn erreicht ist. Nachdem die Abtastglocke 12 auf die zu prüfende rauhe Oberfläche 14 aufgesetzt ist, bringt man die Hähne 7, T in eine dritte Stellung um die Ausströmmenge mittels des Differenzdruckmanomelers 6 zu messen. Am Differenzdruckmanometer 6 wird abgelesen der maximale oder minimale Differenzdruck A ρ max bzw. Δ ρ min.

Der Ball A ist vorzugsweise mit einem Ansaug- und einem Aüsströmrückschlagventil 27 und 28 versehen.

In einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, daß der Druck Peetwa 480 mbar beträgt, während der Drück Pa gleich 330 mbar beträgt. Die kalibrierte Drossel 10 ist evtl. austauschbar und besteht aus einer linearen Kapillarrohre. Das Differenzdruckmanometer 6 weist eine Ansprechzeit von weniger als Viosec für einen Volinti^chlag auf.

ί Mit zwei Geräten identischer Konstruktion jedoch verschiedenen Kammervolumens Vl und V2 und verschiedenen kalibrierten Drosseln 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 vonl bis 60 Mikrorb Die Auflösung beträgt 1 Mikron und die Reproduktionsgenauigkeit ist besser als 1%,

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

Hierzu L Blatt zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Messen der Oberflächenrauhigkeit eines Prüflings, die zwei Kammern aufweist, weiche über mindestens eine Zuführleitung von einer Druckquelle mit Gas bestimmten Drucks gespeist werden und die über ein Differenzdruckmanometer miteinander verbunden sind, wobei die eine Kammer über eine Entlüftungsleitung und eine kalibrierte Drossel und die andere Kammer über eine andere Entlüftungsleitung und eine Abtastglokke, weiche auf die Oberfläche des Prüflings aufsetzbar ist, gegen Atmosphäre entlüftbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß in den Zuführungsleitungen (22) von der Druckluftquelle (20) zu den Kammern (V\, Vi) und in den Entlüftungsleitungen (9, 11) je ein Hahn (7, T) angeordnet ist und alle Hähne (7, T) über ein gemeinsames Bedienungsorgan (S) gleichzeitig betätigbar sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hähne (7, T) Zweiweghähne sind, die in beiden Stellungen mit der zugehörigen Kammer (V\ bzw. Vy und in jeweils einer ersten Stellung mit der Druckluftquelle (20) verbunden sind, wobei in der jeweils zweiten Stellung der eine Hahn (7) mit der kalibrierten Drossel (10) und der andere Hahn (7') mit der Abtastglocke (12) verbunden ist.

3 Vorrich' "ng nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Zuführleitungen (22) ein Überdruckventil (21) geschalte* ist und an die Kammern (V\, Vj) weitere fintlüftungsleitungen (23_r 24) anschließbar sind, die in einen Druckregelventil (25) münden, wobei das Oberdruckventil (21) auf einen höheren Druck als das Druckregelventil (25) anspricht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 und 3. dadurch gekennzeichnet, daß die Hähne (7,7') Dreiweghähne sind, die in einer dritten Stellung zwischen der jeweils ersten und zweiten Stellung die zugehörige Kammer (V_u Vj) mit den weiteren Entlüftungsleitungen (23,24) verbinden.