DE2711965C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Kolbenring-Meßinstrument zum Messen der Abweichung des Flankenwinkels bzw. Trapezwinkels eines Trapez-Kolbenrings vom Soll- oder Nennwert.

Bei Hochleistungskolben für Verbrennungskraftmaschinen werden häufig Verdichtungsringe und/oder Ölabstreifringe mit kegelstumpfförmigen axialen Flächen oder kegelstumpfförmigen Seitenflächen angewendet, die abdichtend an entsprechenden Flächen einer Ringnut des Kolbens anliegen. Wird ein radialer Querschnitt betrachtet, so erscheinen die Seitenflächen als Mantellinien, die in Richtung der Kolbenringachse aufeinander zulaufen. Derartige Kolbenringe sind in der Fachliteratur (Firmenschrift K8 der Goetzewerke "Neue Verfahren zur Bestimmung der Qualität von Kolbenringen") als Trapezkolbenringe bezeichnet. Für eine optimale Leistung der Verbrennungsmaschine ist es erforderlich, daß der Flankenwinkel jeder Seitenfläche (das 90°-Komplement des Kegelöffnungswinkels) und der eingeschlossene Trapezwinkel zwischen den beiden Seitenflächen möglichst genau an die entsprechenden Nutenflanken der Kolbennut angepaßt sind, in welche der Kolbenring eingesetzt werden soll.

Bei der Messung der Flankenwinkel von Trapezringen (Firmenschrift K8 der Goetzewerke, Abschnitt 4) werden vier Abtaster benutzt, deren Messungen in einem Computer ausgewertet werden. Es handelt sich somit nicht um ein simples Meßgerät.

Es sind diverse Winkelmeßgeräte bekannt (DD-PS 18 256, CH-PS 5 41 127, DD-PS 15 993), die jedoch keine rasche Messung der Abweichung des Flankenwinkels oder Trapezwinkels von Trapezkolbenringen gegenüber dem Sollwert ermöglichen.

Bei dem Winkelmeßgerät mit gewisser baulicher Übereinstimmung DD-PS 18 256) ist ein Übertragungshebel mit zwei Schneiden zur Abtastung des zu messenden Gegenstandes und mit einer Evolventenfläche vorgesehen, an der das Längenmeßgerät anliegt. Damit kann zwar ein größerer Winkelbereich gemessen werden, jedoch ist die Messung kleiner Abweichungen von einem Sollwert - wie bei der laufenden Qualitätskontrolle von Trapezkolbenringen - erschwert, da sich das Meßgerät aus konstruktiven Gründen nicht in seiner Ausgangslage von selbst hält.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Meßinstrument zur Bestimmung des Flankenwinkels der Seitenfläche und/oder des eingeschlossenen Trapezwinkels zwischen den beiden Seitenflächen eines Trapez-Kolbenrings bereitszustellen, das wirtschaftlich hergestellt werden kann, eine einfache Anordnung darstellt, exakt und zuverlässig arbeitet, ein Minimum an bewegten Teilen aufweist, leicht geeicht werden kann und/oder eine direkte Ablesung (in Minuten) der Winkelabweichung (ΔR) von einem vorgegebenen Nennwinkel ermöglicht.

Die Lösung der gestellten Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Anspruchs 1. Die Unteransprüche kennzeichnen Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht einer ersten Ausführungsform der Erfindung, welche zur Messung des Flankenwinkels eines Trapezkolbenrings geeignet ist,

Fig. 2 eine Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 3 eine Seitenansicht einer dritten Ausführungsform der Erfindung, welche zur Messung des Trapezwinkels zwischen den Seitenflächen eines Trapezkolbenrings geeignet ist.

Bei der in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsform 10 weist das Meßinstrument eine der Tragkonstruktion angehörige Platte 12 mit horizontaler, ebener Bezugsfläche 14 auf. An der Platte 12 ist eine Halterung 20 angebracht, die einen schwenkbaren Meßamboß 22 trägt, welcher sich frei in einer Ebene senkrecht zur Bezugsfläche 14 um eine feststehende Schwenkachse 24 drehen kann. Die untere oder Meß-Fläche 26 des Amboß 22 ist exakt bearbeitet und entweder eben oder kegelstumpfförmig ausgebildet. Zwischen Meßfläche 26 und Bezugsfläche 14 ist ein Meßspalt gebildet. Der zu messende Flankenwinkel liegt zwischen der Mantellinie der Meßfläche 26 und der Umrißlinie der Bezugsfläche 14. Die Ausgangsstellung der Meßfläche 26 relativ zur Bezugsfläche 14 entspricht dem Soll- oder Nennwert R des Flankenwinkels des zu messenden Kolbenrings 36. Ein Längenmeßgerät mit Anzeige 30 ist vertikal an der Halterung 20 angebracht und weist eine abstehende Meßspindel 32 auf, die eine zweite obere Fläche 34 des Amboß 22 berührt. Auf diese Weise ist die Lage des Berührungspunktes zwischen der Meßspindel 32 und der Amboßfläche 34 und damit auch die Ablesung an der Anzeigevorrichtung 30 eine direkte Folge der winkelmäßigen Stellung des Amboß 22 um seine Schwenkachse 24.

Um die Wirkungsweise des Meßinstruments 10 zu erläutern, ist ein im Querschnitt sich verjüngender Kolbenring 36 dargestellt, der kegelstumpfförmige Seitenflächen 38 und 40 aufweist. Der Winkel der Seitenfläche 38 gegenüber der Bezugsfläche 14, als Flankenwinkel bezeichnet, soll gemessen werden. Hierzu wird der Kolbenring 36 mit seiner Seitenkante 42 auf die Bezugsfläche 14 gelegt und so lange verschoben, bis die Seitenfläche 38 in innige Berührung mit der Meßfläche 26 am Amboß 22 kommt. An dieser Umfangsstelle wird die Messung durchgeführt. Der Amboß 22 nimmt dabei eine Stellung um seine Schwenkachse 24 ein, welche eine Funktion des Winkels zwischen der Seitenfläche 38 und der Bezugsfläche 14 darstellt; dadurch wird eine Messung dieses Winkels und die entsprechende Ablesung auf der Anzeigefläche des Längenmeßgerätes 30 gegeben. Es ist ersichtlich, daß der Flankenwinkel der Seitenfläche 40 des Kolbenrings einfach dadurch gemessen werden kann, daß der Ring aus dem Meßinstrument 10 herausgenommen wird, umgedreht wird und anschließend der Ring mit der Fläche 40 in oberer Stellung erneut in das Meßinstrument eingelegt und diese obere Fläche 40 in innige Berührung mit der Meßfläche 26 gebracht wird.

Ein bemerkenswertes Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß durch Auswahl eines geeigneten Abstands d zwischen der Schwenkachse 24 und der Spindel 32, jeweils gemessen in senkrechter Richtung zu beiden (mathematischen) Achsen, wie das mit Fig. 1 dargestellt ist, daß Meßinstrument dahingehend ausgestaltet werden kann, daß die Abweichung ΔR des Flankenwinkels vom Soll- oder Nennwert R direkt in Minuten abgelesen werden kann. Dies beruht auf einer Proportionalbetrachtung für tan R oder nach Umformung und für Winkel ΔR geschrieben:

d = a/tan ΔR (1).

Dabei ist a das Maß der Spindelverschiebung und ΔR die Abweichung vom Nenn-Seitenflächenwinkel.

Für kleine Werte von ΔR kann diese Abweichung auch in Radianten ausgedrückt werden:

ΔR = tan ΔR.

Wenn somit die Unterteilung der Skala der Anzeigevorrichtung 30 ¹/₁₀ ₀₀₀ Zoll (0,00254 mm) beträgt, dann entspricht jeder Skalenstrich einer Minute des Flankenwinkels bzw. der Abweichung vom Nennmaß R, wenn der Abstand d=8,731885 mm (0,343775 Zoll) beträgt. Sofern die obere zweite Amboßfläche 34 senkrecht zur Achse der Spindel 32 bei der Soll-Amboßstellung ausgerichtet ist, was bevorzugt wird, so beträgt der inhärente Fehler des erfindungsgemäßen Meßinstruments weniger als 7×10^-4 % über einen Winkelbereich (ΔR) von 30 Minuten; d. h. die Abweichung vom Nenn-Seitenflächenwinkel wird im Bereich plus oder minus 15 Minuten äußerst genau gemessen.

Das Meßinstrument 10 kann ferner leicht kalibriert, d. h. in seine Ausgangsstellung gebracht werden, indem lediglich anstelle des Kolbenrings 36 ein Meßamboß in den Meßspalt eingesetzt wird und anschließend die Anzeigevorrichtung 30 in ihre Nullstellung gebracht wird. Darüber hinaus kann das Meßinstrument 10 leicht an einen geänderten Flankenwinkel angepaßt werden, indem nur der Meßamboß 22 durch einen anderen Amboß ersetzt wird, dessen Meßfläche 26 im angestrebten Nennwinkel zur zweiten Fläche 34 steht.

Mit Fig. 2 ist eine modifizierte Ausführungsform 50 der Erfindung dargestellt, welche wiederum zur Messung des Flankenwinkels des Kolbenrings 36 bestimmt ist. Die Anzeigevorrichtung 30 ist horizontal an der Halterung 52 angebracht, und die Meßspindel 32 ragt daraus hervor, um an einer ebenen, vertikalen Fläche 54 des Meßamboß 22 anzuliegen, der hierzu einen vertikal herausragenden Vorsprung 56 aufweist, um die Fläche 54 zu bilden, an welcher die Meßspindel anliegt. Der oben im einzelnen dargelegte Abstand d wird auch bei der Ausbildungsform nach Fig. 2 zwischen den (mathematischen) Achsen der Meßspindel 32 und der Schwenkachse 24 in einer Richtung senkrecht zu beiden gemessen. Die Ausführungsform nach Fig. 2 weist den Vorteil auf, daß die Skala von oben betrachtet werden kann; sie weist jedoch den geringfügigen Nachteil auf, daß zum Kalibrieren des Meßinstruments ein Meßamboß ohne seinen vertikalen Vorsprung 56 verwendet werden muß, da nur ein solcher Meßamboß in den Meßspalt zwischen Meßfläche 26 und Bezugsfläche 14 paßt.

Mit Fig. 3 ist eine weitere modifizierte Ausführungsform 60 der Erfindung dargestellt; diese ist zur Messung des Trapezwinkels zwischen den Seitenflächen 38 und 40 des Kolbenrings 36 bestimmt. Eine Stützeinrichtung 62 weist eine kegelstumpfförmige Bezugsfläche 64 auf und ist mittels einer Halterung 66 an einem vertikalen Träger 68 angebracht, die zusammen die Tragkonstruktion bilden. Der Öffnungswinkel der Fläche 64 und der vertikalen Ebene senkrecht zur Zeichenebene in Fig. 3 entspricht dem Nenn-Flankenwinkel der einen Seitenfläche (hier: 40) des Kolbenrings 36. Ein Meßamboß 70 mit einer Meßfläche 72 ist über eine Schwenkachse 74 drehbar an der Halterung 66 angebracht. Die Anzeige 30 ist ebenfalls an der Halterung 66 befestigt, wobei die Meßspindel 32 horizontal herausragt und an der ebenen zweiten Amboßfläche 76 anliegt. Wie bei den Ausführungsformen nach den Fig. 1 und 2 nimmt die Meßfläche 72 einen Winkel gegenüber der Vertikalen ein, der dem Nenn-Flankenwinkel R des Kolbenringes 36 entspricht; die zweite Amboßfläche 76 verläuft senkrecht zur Achse der Meßspindel 32, sofern sich die Meßfläche 72 in der richtigen Ausgangsstellung zur Bezugsfläche 64 befindet; schließlich rechnet der Abstand d zwischen der Schwenkachse 74 und der Spindelachse 32 in einer Richtung senkrecht zu beiden.

Bei der Anwendung des Meßinstruments nach Fig. 3 wird ein Kolbenring 36 in den Meßspalt zwischen der Bezugsfläche 64 und der Meßfläche 72 gehängt, wodurch die entsprechenden Flächen in innige Berührung miteinander kommen. Die Lage der Amboßflächen 72 und 76 gegenüber der Bezugsfläche 64 ist eine Funktion der Seitenflächenwinkel des zu prüfenden Kolbenrings 36. Die Anzeige 30 liefert eine Ablesung der Abweichung ΔR des eingeschlossenen Winkels zwischen der Meßfläche 72 und der Bezugsfläche 64, d. h. zwischen den Seitenflächen 38 und 40 des Kolbenrings gegenüber dem Nennwert R. Der Kolbenring 36 wird aufgrund seines eigenen Gewichts in seiner Meßstellung gehalten, während die Ablesung durchgeführt oder eine entsprechende Aufzeichnung vorgenommen wird.

Das erfindungsgemäße Meßinstrument zur Bestimmung des oder der Flankenwinkel ist in Verbindung mit drei besonderen Ausführungsformen beschrieben worden, von denen jede die eingangs genannte Aufgabe löst. An diesen Ausführungsformen können von Fachleuten verschiedene Modifizierungen durchgeführt werden. Zum Beispiel muß der Vorsprung 56 nicht vertikal sein, vielmehr kann er schräg verlaufen, so daß die Anzeigefläche der Anzeigevorrichtung 30 aus einer entsprechenden, gewünschten Richtung betrachtet werden kann. Um höchste Genauigkeit zu erreichen, besteht für solche Modifizierungen lediglich die praktische Forderung, daß die Achse der Meßspindel senkrecht auf der zweiten Amboßfläche stehen soll, wenn sich der Amboß in seiner Ausgangsstellung befindet. Weiterhin können die drei beschriebenen Ausführungsformen leicht an eine Grundanzeige mit metrischer Ablesung angepaßt werden, indem nur der Abstand d an die unterteilten Verschiebungen, die auf der Anzeige angezeigt sind, angepaßt wird. Darüber hinaus kann, wenn eine größere oder kleinere Genauigkeit der Winkelmessung angestrebt wird, der Abstand d entsprechend erhöht oder verkleinert werden.

Claims (6)

1. Kolbenring-Meßinstrument zum Messen der Abweichung (ΔR) des Flankenwinkels bzw. Trapezwinkels eines Trapez-Kolbenrings (36) vom Soll- oder Nennwert (R) gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• a) eine Tragkonstruktion (12, 20, 52, 66) weist
  • a1) eine zur Aufnahme des Kolbenrings (36) ausgebildete Bezugsfläche (14, 64) und
  • a2) Halterungseinrichtungen (20, 56, 66) für ein Längenmeßgerät (30, 32) auf;
• b) ein Meßamboß (22, 70) weist
  • b1) eine erste oder Meßfläche (26, 72) zur Anlage an den Kolbenring (36) sowie
  • b2) eine zweite ebene Fläche (34, 54, 76) zur Anlage an einer Meßspindel (32) auf und ist um
  • b3) eine durch die Tragkonstruktion festgelegte Schwenkachse (24, 74) gegenüber der Bezugsfläche drehbar gelagert sowie
  • b4) in eine Ausgangsstellung bringbar, in welcher die Meßfläche (26, 72) den Soll- oder Nennwertwinkel (R) einnimmt;
• c) das Längenmeßgerät (30, 32) weist
  • c1) eine Anzeige (30) und
  • c2) die Meßspindel (32) auf, die in einem senkrechten Abstand (d) von der Schwenkachse (24) angeordnet ist;
  • c3) für die Ausgangsstellung der Meßfläche ist das Längenmeßgerät (30, 32) in die Nullstellung bringbar.

2. Kolbenring-Meßinstrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (d) zwischen Meßspindel (32) und Schwenkachse (24) gleich dem Wert von a/tan ΔR ist, wobei a gleich dem Maß der Verschiebung der zweiten Fläche (34, 54, 76) in normaler (senkrechter) Richtung ist, wenn sich der Meßamboß (22, 70) um einen kleinen Winkel ΔR gegenüber der Ausgangsstellung gedreht hat.

3. Kolbenring-Meßinstrument nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (d) 8,731885 mm (0,343775 Zoll) beträgt, wobei ¹/₁₀₀₀₀ Zoll (0,00254 mm) als ganzer Wert jeweils einer Winkelminute der Abweichung (ΔR) des Flankenwinkels bzw. Trapezwinkels vom Soll- oder Nennwert (R) entspricht.

4. Kolbenring-Meßinstrument nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßfläche (26, 72) eben ausgebildet ist.

5. Kolbenring-Meßinstrument nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßfläche (26, 72) kegelstumpfförmig in Anpassung an die anliegende Seitenfläche (38) des Kolbenrings (36) ausgebildet ist.

6. Kolbenring-Meßinstrument nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugsfläche (62) kegelstumpfförmig, in Anpassung an die Seitenfläche (40) des Kolbenrings (36), ausgebildet ist.