DE2723104B1

DE2723104B1 - Vorrichtung zum Messen des Neigungswinkels einer Werkstueckoberflaeche

Info

Publication number: DE2723104B1
Application number: DE2723104A
Authority: DE
Inventors: Franz-Joseph Meyer
Original assignee: Goetze GmbH
Current assignee: Goetze GmbH
Priority date: 1977-05-21
Filing date: 1977-05-21
Publication date: 1978-11-09
Also published as: US4172324A; IT7822776A0; DE2723104C2; GB1588094A; FR2391448A1; SU890991A3; IT1094737B; JPS53144769A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung /um Messen des Neigungswinkels einer Werkstückoberfläche, insbe sondere des Flankenwinkels an Kolbenringen mit trape/formigem Querschnitt, bestehend aus einem auf die Werkstückoberfläche aufset/baren und mit einer Halterung verbundenen Caster, der eine schwenkbar gelagerte, sich der Neigung der Werkstückoberfläche anschmiegende, als Melischneide ausgebildete Tastspit-/e aufweist, deren Schwenk winkel direkt meßbar ist.

Vorrichtungen zur Messung des Neigungswinkels einer Werkstückoberfläche sind vielfach bekannt. Die US-PS 27 02 430 zeigt einen Winkelmesser mit einem Doppelhebelarm, dessen einer Hebelarm an die Werkstückoberfläche anschmiegbar gelagert und dessen anderer Hebelarm als Zeiger vor einer Winkelskala ausgebildet ist. Nach der DD-PS 15 993 ist eine Meßuhr mit einer schwenkbaren Anschlagschneide als Winkelmeßgerät bekannt. Die Verwendung eines mit einer Meßuhr verbundenen Tasters, der mit einer um einen Drehpunkt schwenkbaren Schmiege zusammenarbeitet, offenbart die CH-PS 5 41 127. Außerdem ist in der US-PS 26 78 498 eine Winkelmeßeinrichtung beschrieben, die aus einem gegeneinander schwenkbaren Doppelhebelsystem besteht, wovon der eine Hebel als Halterung und als Anschlag für eine Bezugsebene am Werkstück dient, während der andere Hebel als mit einer Meßschneide versehener Taster an die geneigte Werkstückoberfläche anschmiegbar ist, über eine Winkelskala ist der Einstellwinkel des Taster-Hebels ablesbar.

Die vorbekannten Vorrichtungen sind für relativ große Werkstücke ausgelegt und die Ablesgenauigkeit ist nicht besonders hoch. Eingesetzt werden derartige Vorrichtungen meist nur zur Kontrolle von Einzelwerkstücken. Ein serienmäßiger Einsatz zum Messen von Neigungswinkeln an Präzisions-Massenartikeln, wie beispielsweise des Flankenwinkels von Kolbenringen, ist damit nicht möglich.

Die Funktion eines Kolbenringes setzt voraus, daß dieser mit seinem Umfang an der Zylinderwand und mit einer Flankenfläche an der Kolbennutflanke dicht anliegt. Um jedoch eine gute Flankendichtheit zwischen Kolbenring und Kolbennut /u erreichen, ist eine genaue Kontrolle des Flankenwinkels bzw. dessen Abweichung von der zulässigen Toleranz erforderlich.

Außer der Einhaltung des Trapezwinkels ist auch die Schieflage des Kolbenringquerschnittes für die Funktion von Bedeutung. In diesem Zusammenhang ist der Trapezwinkel definert als der von den beiden Ringflanken eingeschlossene Winkel bzw. die Summe der beiden Flankenwinkel, insbesondere bei Doppeltrapez-Kolbenringen. Die Schieflage ist definiert als die Abweichung der unteren, ebenen Kolbenringflanke eines einseitigen Trapezringes bzw. die Abweichung der Winkelhalbierenden des Trapezwinkels eines Doppeltrapez-Kolbenringes von einer senkrecht zur Ringachse verlaufenden Radiaiebene.

/um Messen der Ringhohe eines Einzel- oder Doppeltrapez-Kolbenringes ist aus der DT-OS 19 02 470 eine Vorrichtung bekannt, die zwei axial einander gegenüberligende, an die Ringflanken sich anlegende Kolbenringhalter aufweist, von denen einer mit einer zustellbaren Meßeinrichtung verbunden ist. Zur Anpassung an die Flankenflächen mit serienweise unterschiedlichen Flankenwinkeln sind die Kolbenringhalter in prismatischen Führungen drehbar gelagert. Diese den jeweiligen Flankenwinkel sich anpassenden Halter dienen dabei lediglich /ur symmetrischen Ausrichtung des Kolbenringes für den Meßvorgang.

Zinn Messen des FlankcnwinkcK an Kolbenringen ist auf Seite 9 der Fachschrift K H »Neue Verfahren /tir llesimiiTHing der Qualität von Kolbenringen« der

COPY

Goetzewerke eine Vorrichtung beschrieben, die je zwei mit definiertem radialen Abstand angeordnete Taster aufweist, wobei, bezogen auf eine Symmetrielinie des Ringquerschnittes bei Doppeltrapezringen, ein zweites gegenüberligendes Tasterpaar vorgesehen ist. Die Taster sind mit an sich bekannten induktiven Wegaufnehmern verbunden, so daß die einzelnen Meßwerte mit Hilfe einer vorzugsweise elektrischen Anzeigeeinrichtung ablesbar sind. Die Genauigkeit des mit den Meßwerten errechenbaren Trapezwinkels ist dabei von i> der Genauigkeit des radialen Abstandes beider Taster abhängig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einen schwenkbar mit einer Halterung verbundenen, sich der Neigung der Werkstückoberfläche anpassenden Taster ι mit als Meßschneide ausgebildeter Tasterspitze aufweisende Vorrichtung dahingehend zu verbessern, daß die Meßschneide des Tasters spielfrei schwenkbar und mit minimalem Schwenkwiderstand auf die zu messende Werkstückoberfläche auflegbar und der Schwenkwinkel ·> der Tasterschneide mit höchster Genauigkeit meßbar ist.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Schwenklager für die Tasterspitze aus einer Lagerschneide mit korrespondierendem Sattel besteht, ' daß die Tasterspitze an vorzugsweise zwei mit der Tasterhalterung verbundenen Zugfedern aufgehängt ist, deren Kraftangriffspunkte in einer durch die Lagerschneide und senkrecht zur Meßschneide verlaufenden Ebene liegen, und daß die Tasterspitze mit mindestens · einem Verlängerungsarm versehen ist, dessen Schwenklage mittels einer mit der Tasterhalterung verbundenen Längenmeßeinrichtung meßbar ist.

Die vorgeschlagene Ausbildung des Schwenklagers ist infolge des ständigen Anpreßdruckes der Lager- ι schneide gegen den Lagersattel durch die gezielt angeordneten Zugfedern absolut spielfrei und reibungsarm, so liaß dadurch nicht nur die Meßgenauigkeit des Schwenkwinkels der lasterschneide erhöht wird, sondern auch das Schwenken selbst ohne nennenswer- κ ten Reibungswiderstandes erfolgen kann. Die Tasterschneide ist somit in der Lage, sich auch relativ schmalen Schrägflächen, insbesondere den Kolbenringflanken ohne besonderen Kraftaufwand exakt anzuschmiegen. Darüber hinaus ist diese Lagerung verschleißarm, so i daß auch beim Einsatz der Vorrichtung zur Kontrolle von Massenartikel reproduzierbare und miteinander vergleichbare Meßwerte jederzeit erzielbar sind. Die Erfassung des Schwenkwinkels erfolgt mittels einer üblichen Längenmeßeinrichtung, die zur weiteren ■·< Erhöhung der Meßgenauigkeit mit einem mit der Tasterspitze verbundenen Verlangerungsarm gekoppelt ist.

In der weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die Lagerschneide an der Halterung und der Sattel an der Tasterspitze vorgesehen ist. Auf diese Weise wird der Abstand der durch die Lagerschneide verlaufenden Schwenkachse zur quer dazu verlaufenden Meßschneide der Tasterspitze möglichst klein und der Seitenversatz der Tasterspitze ■■· beim Schwenken gering gehalten

Zur Messung des Schwenk winkeis der Tasterspitze dient vorzugsweise ein an sich bekannter induktiver Wegaufnehmer. Dazu weist die Tasterspitze beidseitig /um Schwenklager angeordnete und sich von der · Werkstückoberfläche weg erstreckende Arme auf, tieren Enden über einen Steg miteinander verbunden sind, wobei sich der Sieg als Weicheisenkern durch die Induktionsspule erstreckt. Auf diese Weise wird bei jeder Schwenkung der Tasterspitze aus dessen mittlerer Nullage heraus in dem induktiven Wegaufnehmer ein elektrisches Signal erzeugt, dessen Länge proportional dem Schwenkwinkel ist.

Weitere vorteilhafte Merkmale der erfindungsgemä ßen Vorrichtung bestehen darin, daß Taster und Taster-Halterung an einer relativ zur Werkstückoberfläche höhenverstellbaren Aufnahme befestigt sind, um unterschiedlich große Werkstücke vermessen zu können. Vorzugsweise ist die Aufnahme um eine etwa in der Werkstückebene liegende Achse schwenkbar, so daß bei Werkstücken mit größeren Neigungswinkeln die Aufnahme mit Taster und Tasterhalterung auf den Sollwert des Neigungswinkels eingestellt werden kann und nur die Abweichungen der Istwerte vom Sollwert gemessen zu werden brauchen.

Insbesondere zum gleichzeitigen Messen beider Flankenwinkel doppelseitiger Trapez-Kolbenringe wird vorgeschlagen, daß beidseitig zu einer durch die Mitte des Kolbenringquerschnittes verlaufenden Symmetrieachse spiegelbildlich je eine Aufnahme mit Halterung und Taster vorgesehen ist. Dabei sollten beide Taster-Aufnahmen um eine gemeinsame, in der Symmetrieebene des Ringquerschnittes liegende Achse schwenkbar sein. Somit lassen sich nicht nur die beiden Neigungswinkel der Flankenfläche der Kolbenringe messen, sondern es läßt sich gleichzeitig aus den Meßergebnissen die Schieflage des Ringquerschnittes bestimmen.

Eine Prinzipskizze eines Ausführungsbeispieles der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in der Zeichnung dargestellt. Infolge der spiegelbildlichen Anordnung zweier gleich ausgebildeter Meßvorrichtungen zum Messen der Flankenwinkel von Doppeltrapez-Kolbenringen zeigt die Zeichnung in

F i g. 1 nur eine Meßvorrichtung, während die zweite Meßvorrichtung nur angedeutet ist,

F i g. 2 einen Schnitt durch den Taster mit Halterung gemäß 11-11 in Fi g. 1,

Fig. 3 einen Querschnitt durch einen Doppeltrapez-Kolbenring mit den zu messenden Winkeln.

Der zum Messen des Flankenwinkels auf einen Doppeltrapez-Kolbenring 1 absenkbare Taster, vgl. Fig. 1 und 2, ist mit 2 bezeichnet. Die mit einer werkstückseitigen, sich radial zum Kolbenring I erstreckenden Meßschneide J versehene Tasterspitze 4 weist auf der vom Kolbenring I abgewandten Seite einen prismatischen Sattel 5 auf, in welchem die tangential zum Kolbenring sich erstreckende Lager schneide 6 der Taster-Halterung 7 mittels zweier Zugfedern 8, 9 spielfrei und schwenkbar anliegt. Die Kraftangriffspunkte 10, 11 bzw. 12, 11 der Zugfedern liegen in einer durch die Meßschneide 3 und senkrecht zur Werkstückoberfläche 14 verlaufende Ebene.

Die Meßschneide 3 besitzt zwei sich vom Kolbenring 1 weg erstreckende Arme 15, 16, deren Enden über einen Steg 17 miteinander verbunden sind. Letzterer erstreckt sich als Weicheisen-Kern durch eine in die Halterung 7 eingeklemmte Induktionsspule 18, die jede Schwenkbewegung der Tastspitze 4 und damit verbun den jede Bewegung des Weicheisenkernes 17 in ein elektrisches Meßsignal umwandelt, welches dann in nicht weiter dargestellten Anzeige- und Auswertegerä ten verarbeitet wird.

Die Taster Halterung 7 ist mit einer Aufnahme 14 verschraubt, die einerseits das Heben und Senken der Halterung 7 über eine Gewindespindel 20 erlaubt und

andererseits zum Einstellen des Sollwertes des zu messenden Flankenwinkels um eine in der Symmetrieebene 21 des Kolbenringquerschnittes liegende Achse 22 schwenkbar ist. Die nicht weiter dargestellte Aufnahme 19 einer durch die Ausnehmung 23 einer plattenförmigen Werkstückaufnahme 24 sich erstrekkenden zweiten Meßvorrichtung 25 hat die gleiche Schwenkachse 22.

In Fig.3 sind die zu ermittelnden Meßwerte angegeben. Der Trapezwinkel ä eines Doppeltrapez-Kolbenringes ergibt sich als Summe aus den beiden Plankenwinkeln on + λ₂- Die mögliche Schieflage des Ringquerschnittes wird mit dem Winkel β als Differenz der Flankenwinkel «i und «2 bestimmt.

Die Wirkungsweise der zuvor beschriebenen Vorrichtung ist folgende: Der zu vermessende Trapez-Kolbenring 1 wird auf die plattenförmige Werkstückaufnahme gelegt und mittels nicht weiter dargestellter Anschläge unter der zunächst zusammen mit der gesamten Aufnahme 19 der Meßeinrichtung hochgefah renen Tasterspitze 4 positioniert. Danach wird die Aufnahme so weit abgesenkt, bis daß die Tasterspitze 4 mit der vollen Länge ihrer Schneide die Kolbenringflanke berührt. Stimmt der Neigungswinkel der Kolbenringflanke mit dem zuvor eingestellten Neigungswinkel der Tasterhalterung 7 überein, so erfolgt keine Auslenkung des Weicheisenkerns 17 in der Induktionsspule 18.

» Weicht der Ist-Neigungswinkel jedoch vom vorgegebenen Sollwert ab, so kippt die Schneide der Tasterspitze 4 beim Aufsetzen auf die Kolbenringflanke um das durch Sattel 5 und Schneide 6 gebildete Lager. Infolge der mittig zur Schwenkachse der Tasterlagerung verlaufen-

: den Angriffspunkte der Zugfedern 8,9 befindet sich die Tasterspitze 4 in einer indifferenten Lage und kann sich kraftlos jeder Neigungsänderung anpassen. Dabei wird über die mit der Tasterspitze verbundenen Arme 15,16 der als Verbindungssteg 17 ausgebildete Weicheisen-

• kern in der Induktionsspule bewegt, wobei die Bewegungsrichtung abhängig von der Kipprichtung der Tasterspitze 4 und damit von der Richtung der Neigungsabweichung ist. Die Bewegung des Weicheisenkerns 17 in der Induktionsspule 18 bewirkt eine

'i Induktivitätsänderung, die durch eine entsprechende Schaltung in eine Meßspannung umgewandelt wird, deren Größe und Richtung der Winkelabweichung entspricht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

I. Vorrichtung /um Messen des Neigungswinkels einer Werkstückoberfläche, insbesondere des Flankenwinkels an Kolbenringen mit trapezförmigem Querschnitt, bestehend aus einem auf die Werkstückoberfläche aufsetzbaren und mit einer Halterung verbundenen Taster, der eine schwenkbar gelagerte, sich der Neigung der Werkstückoberfläche anschmiegende, als Meßschneide ausgebildete Tastspitze aufweist, deren .Schwenkwinkel direkt meßbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwenklager für die Tasterspitze (4) aus einer Lagerschneide (6) mit korrespondierendem Sattel (5) besteht, daß die Tasterspitze (4) an vorzugsweise zwei mit der Tasterhalterung (7) verbundenen Zugfedern (8,9) aufgehängt ist, deren Kraftangriffspunkte (10, 11 bzw. 12, 13) in einer durch die Lagerschneide (6) und senkrecht zur Meßschneide (3) verlaufenden Ebene liegen, und daß die Tasterspitze (4) mit mindestens einem Verlängerungsarm (15 bzw. 16) versehen ist, dessen Schwenklage mittels einer mit der Tasterhalterung (7) verbundenen Längenmeßeinrichtung (17, 18) meßbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerschneide (6) an der Halterung (7) und der Sattel (5) an der Tasterspitze (4) vorgesehen sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Messen des Schwenkwinkels der Tasterspitze (4) ein an sich bekannter induktiver Wegaufnehmer vorgesehen ist.
4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Tasterspitze (4) beidseitig zum Schwenklager (5,6) angeordnete und sich von der Werkstückoberfläche (14) weg erstrekkende Arme (15, 16) aufweist, deren Enden über einen Steg miteinander verbunden sind, der sich als Weicheisenkern (17) durch die Induktionsspule (18) erstreckt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Taster (2) und Halterung (7) an einer Aufnahme (19) befestigt sind, die relativ zur Werkstückoberfläche (14) höhenverstellbar ist.
6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahme (19) um eine etwa in der Werkstückebene liegende Achse (22) schwenkbar ist.
7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, zum gleichzeitigen Messen beider Flankenwinkel an Doppeltrapez-Kolbenringen, dadurch gekennzeichnet, daß beidseitig zu einer durch den Kolbenringquerschnitt verlaufende Symmetrieebene (21) spiegelbildlich je eine Aufnahme mit Halterung und Taster vorgesehen sind.
8. Vorrichtung nach den Ansprüchen I und 7. dadurch gekennzeichnet, daß beide Aufnahmen eine gemeinsame, in der Symmetrieebene (21) liegende Achse (22) aufweisen. <