DE2758742C2 - Vorrichtung zur Bearbeitung von fluchtenden Bohrungen - Google Patents

Description

chene Strahl durchaus durch die Unterbrechung im Umlenkspiegel gehen kann, und an der hinteren Prismenfläche eine Rückumlenkung des Laserstrahls erfolgt. Dies hat jedoch zur Folge, daß der Laserstrahl mit Achsversatz das Prisma verläßt, so daß dieser Fehler an der Anzeigevorrichtung der am weitesten entfernten Zentrier- oder Justierscheibe festgestellt werden kann.

Ist beispielsweise die Hohlwalze und damit die Prismenwalze nach Anspruch 11 richtig justiert, so treffen sich die Hilfslaserstrahlen auf der der erzeugenden Einrichtung entgegengesetzten Seite an einem bestimmten Punkt, was durch erhöhte Helligkeit oder eine Dunkelstelle, je nach Wellenlängenversatz bzw. Polarisation ersichtlich ist. Befindet sich jedoch die Prismenwalze in einer achsversetzten bzw. schiefen Lage gegenüber dem Laserstrahl, so treffen die Hilfslaserstrahlen an verschiedenen Stellen und verschiedenen Winkeln auf den reflektierenden Walzenmantel, wobei dann die reflektierten Hilfslaserstrahlen sich nicht mehr mit dem Hauptlaserstrahl treffen und daher keine Hell- bzw. Dunkelstelle im Laserstrahl erzeugen.

Bei den Prismen nach den Ansprüchen 12 bis 15 kann der Winkel der Kegel bzw. Pyramiden so gewählt sein, daß der aus dem Prisma austretende Laserstrahl gebündelt ist, wobei die Überprüfung des Laserstrahls und damit das Ausrichten bzw. Justieren mittels einer geeigneten Vorrichtung, vorzugsweise mittels eines Meßmikroskopes, erfolgt. Der Kegel- bzw. Pyramidenwinkel kann aber auch so bestimmt sein, daß der aus dem Prisma austretende Laserstrahl aufgeweitet ist, wobei das zum Ausrichten bzw. Justieren erforderliche Überprüfen des Laserstrahls mittels einer geeigneten Vorrichtung, vorzugsweise mittels eines Leuchtschirms erfolgt. Diese verschieden großen Winkelmaße der Kegel bzw. Pyramiden ändern prinzipiell nichts am Strahlengang innerhalb des Prismas und damit an der eigentlichen Ausrichtung, sie hat jedoch große Bedeutung auf die Art der Betrachtung, da in dem einen Fall der Laserstrahl fokussiert und im anderen Fall aufgelöst ist. Der aufgelöste Laserstrahl kann daher an einem Leuchtschirm betrachtet werden, wobei der fokussierte vorzugsweise mit einem Meßmikroskop betrachtet wird.

Durch die Ausgestaltung der Erfindung ist es in vorteilhafter Weise möglich, sowohl einen Versatz, beispielsweise der Mittelachse der Hohlwelle zum Laserstrahl, als auch eine Winkelabweichung zu ermitteln. Trifft der Laserstrahl beispielsweise koaxial und mittig auf die kegelförmige Stirnfläche des Prismas auf, so teilt sich der Strahl kegelmantelförmig auf, reflektiert an der Mantelfläche und trifft auf den Bereich der Kegelspitze der Austrittsfläche auf, wird dort entsprechend des Winkels gebrochen und tritt zentral gebündelt oder aufgeweitet aus, so daß ein voller Strahl sichtbar ist. Tritt der Laserstrahl an der Eingangsstirnfläche achsversetzt, aber achsparallel ein, so wird auf der Achsverschiebungsrichtung entgegengesetzten Hälfte der Eintrittsstirnfläche eine größere Querschnittsfläche des Laserstrahls gebrochen als auf der anderen Seite, wodurch die reflektierten, auf den Austrittskegel auftreffenden Strahlen der kleineren Fläche diese Kegelhälfte nicht ganz ausleuchten, so daß innerhalb des austretenden Laserstrahls eine etwa sichelförmige Dunkelstelle zu erkennen ist, und eine einfache Nachjustierung erfolgen kann. Ein ähnliches Austrittsbild des Laserstrahls ergibt sich, wenn der Strahl zwar mittig, aber nicht parallel zur Mittelachse des Prismas einfällt Dann reflektiert der Laserstrahlkegel an verschiedenen Stellen der Mantelfläche, wodurch der auf den Austrittskegel auftreffende reflektierte Strahlring ebenfalls diese nicht ausfüllt und Dunkelstellen erkennen läßt.

Durch die Ausgestaltung nach Anspruch 15 lassen sich Winkel- und Achsabweichungen des Laserstrahls 5 oder der Hohlwelle besonders gut feststellen und korrigieren. Trifft beispielsweise ein Laserstrahl koaxial zur Prismenmittelachse in diese ein, so wird er auf der senkrechten Bruchebene nicht abgelenkt, tritt durch das Prisma hindurch und wird an dem Spitzenkegel bzw. der ίο Spitzenpyramide etwa kegelmantelförmig aufgeweitet. Der außerhalb der Bruchebene auf den Kegelstumpf bzw. den Pyramidenstumpf auf die Stirnfläche auftreffende Laserstrahlteil wird an der spiegelnden Mantelfläche reflektiert und an dem Kegel- bzw. Pyramidenstumpf an der Austrittsstirnfläche gebrochen, jedoch mit einem anderen Winkel, so daß sich die Kegelmantelringe auf einer Betrachtungsebene treffen und dort einen Ring gleicher Lichtstärke, je nach Polarisation, ergeben. Trifft der Laserstrahl achsversetzt oder winklig zur Mittelachse in das Prisma ein, so entstehen in diesem Betrachtungsring helle bzw. dunkle sichelförmige Flächen bzw. je nach Polarisation dunkle und helle Stellen bzw. dunkle und helle radiale Striche.

Die Anzeigevorrichtungen nach den Ansprüchen 12 bis 15 sind einfach und preisgünstig herzustellen, einfach im Aufbau und für den Transport sehr gut geeignet sowie unempfindlich gegen Erschütterungen und überdies sehr gut zur Zentrierung des Laserstrahls in den Kurbelwellenlagerbohrungen bzw. zum Justieren der Hohlwelle zum Laserstrahl geeignet, wobei, da auch Winkelabweichungen gut zu erkennen sind, in der Hohlwelle nur ein Prisma eingebaut zu werden braucht.

Da die Genauigkeit des Laserstrahls durch Verschmutzungen und Turbulenzerscheinungen der Luft gestört werden kann, wird vorgeschlagen (Anspruch 16), daß zwischen den Zentrierscheiben und der Hohlwelle, an den Zentrierscheiben und der Hohlwelle dichtend angeschlossene Schutzrohre vorgesehen sind. Diese Schutzrohre halten unerwünschte Außeneinflüsse vom Laserstrahl ab. Durch das Merkmal des Anspruchs 17 wird sichergestellt, daß kein Schmutz in den durch die Hohlwelle und die Schutzrohre gebildeten Raum eindringt.

Um eine Verfälschung durch eventuelle Streuerscheinungen des Laserstrahls an kleinen Bohrungen auszuschalten, können die Lochblenden bzw. Anzeigevorrichtungen ausschwenkbar gestaltet sein, die nach dem Justieren bzw. Zentrieren aus der Laserstrahlebene herausgeklappt werden. Auch eine Vergrößerung der Öffnung nach Art einer Blende nach dem Meßvorgang erbringt die gleiche Wirkung.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung verwiesen, in der Ausführungsbeispiele der Erfindung vereinfacht dargestellt sind. Es zeigt
F i g. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung, bei der die Zentrier- und Justierscheiben Glasfaseroptiken tragen;

F i g. 2 einen Schnitt entsprechend F i g. 1, bei der jedoch die Zentrier- und Justierscheiben zentrale Bohrungen aufweisen und bei der an dem entgegengesetzten Ende des Laserstrahlerzeugergerätes eine Fotozelle angebracht ist;

F i g. 3 einen Schnitt durch eine Zentrierscheibe mit Glasfaseroptik, bei der eine Meßvorrichtung und eine Spannvorrichtung zu sehen ist;

Fig.4 einen Schnitt entsprechend der Linie IV-IV durch die Glasfaseroptik in F i g. 3;

Fig. 5 einen Schnitt durch eine Anzeigevorrichtung

mit einem Umlenkspiegel und einer Glasfaseroptik;

Fig.6 eine Fotozelle in Verbindung mit einer Glasscheibe, die von der öffnung ausgehend radial nach außen in ihrer Dicke zunimmt;

F i g. 7 ein erfindungsgemäßes Prisma im Längsschnitt mit einer zylindrischen Mantelfläche und Hohlkegeln an den Stirnflächen, wobei die Kegelwinkel so gewählt sind, daß der Laserstrahl gebündelt ist;

F i g. 8 einen Längsschnitt durch ein Prisma entsprechend F i g. 1, dessen Kegelwinkel so gewählt sind, daß der austretende Laserstrahl aufgeweitet ist;

F i g. 9 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Prisma, bei dem die Kegel der Stirnflächen aus diesem hervorragen und der austretende Laserstrahl ebenfalls gebündelt ist und

Fig. 10 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Prisma mit zylindrischer Mantelfläche, einer zentralen Bruchfläche am Kegel der Lasereintrittsstirnfläche und einem zentralen Spitzenkegel an der Stirnfläche des Laserstrahlaustritts.

In den Fig. 1 und 2 sind, soweit es sich um gleiche Teile handelt, die gleichen Bezugsziffern gewählt. Mit 1 ist ein nur zum Teil dargestelltes Kurbelgehäuse bezeichnet, das Lagerbohrungen 2, 3 und 4 hat. Für das vorliegende Ausführungsbeispiel wird angenommen, daß die Lagerbohrung 3 für sich allein, beispielsweise aufgrund einer Reparatur bearbeitet werden muß, wogegen die Lagerbohrungen 2 und 4 gute fluchtende Oberflächen haben und nicht bearbeitet zu werden brauchen. In den Lagerbohrungen 2 und 4 sind daher je eine mit 5 und 6 bezeichnete Zentrierschiebe eingesetzt und durch Spannen befestigt. Zu diesem Zweck sind an den Zentrierscheiben 5 und 6 Spannschrauben 7 und 8 verstellbar angeordnet. An den Zentrierscheiben 5 und 6 ist weiterhin zentral gelagert eine um 360° schwenkbare Meßvorrichtung 9 und 10 befestigt, die je einen Schwenkarm 11 und eine Meßuhr 12 aufweisen. Im Zentrum der Zentrierscheiben 5 und 6 ist je eine zentrale Bohrung 13 und 14 angebracht, die unter Zuhilfenahme der Meßvorrichtungen 9 und 10 so ausgerichtet werden können, daß ihre Mitte mit der Mittelachse der Bohrungen 2 bis 4 zusammenfallen. Außerhalb der Bohrung 2 ist ein mit 15 bezeichnetes Laserstrahlerzeugegerät angeordnet, das auf einem Sockel 16 durch Stellschrauben

17 justierbar ist. Der Socke! 16 ist nicht näher dargestellt am Kurbelgehäuse oder an einem festen Untergrund befestigt. Vom Laserstrahlerzeugegerät 15 geht ein mit

18 bezeichneter Laserstrahl aus, der entlang der gesamten Lagerbohrungen 2 bis 4 reicht. Gemäß F i g. 1 weisen die Zentrierscheiben 5 und 6 an der dem Laser-Strahlerzeugegerät 15 entgegengesetzten Seite je eine als Glasfaseroptik ausgebildete Anzeigevorrichtung 19 und 20 auf, mittels denen das Laserstrahlerzeugegerät 15 so einjustiert werden kann, daß der Laserstrahl mit der Mittelachse der Bohrungen übereinstimmt. Im Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 2 ist an der dem Laserstrahlerzeugegerät 15 entgegengesetzten Seite der Zentrierscheibe 6 eine mit 21 bezeichnete Streulinse und mit 22 bezeichnete Fotozelle zentral befestigt Die Fotozelle 22 weist eine elektrische Leitung 23 auf, die zu einem Anzeigegerät 24 führt Ist die maximale Lichtintensität in der Fotozelle 22 erreicht, was am Anzeigegerät 24 zu ersehen ist so ist gemäß F i g. 2 der Laserstrahl in der Mitte der Bohrung 2 bis 4 angeordnet Hierbei ist vorausgesetzt, daß der Bohrungsdurchmesser etwa gleich groß wie der Durchmesser des Laserstrahls 18 ist. Zur Vermeidung von Streuerscheinungen kann der Bohrungsdurchmesser nach dem Einjustieren bzw. Einrichten durch einen Blendenmechanismus vergrößert werden.

In Fig.6 ist eine Variante zur Streulinse dargestellt. Da die Fotozelle, die elektrische Leitung und das Anzeigegerät in gleicher Weise ausgeführt sind, haben sie auch die gleichen Bezugszeichen. Innerhalb der Zentrierscheibe 6 ist eine mit 48 bezeichnete Glasscheibe eingebaut, die mit einer etwa der Laserstrahldicke entsprechenden öffnung zentral eingebaut ist. Die Glasscheibe 48 nimmt von der öffnung ausgehend in ihrer Dicke nach außen hin zu und ist grau gefärbt. Dadurch entsteht ein sehr guter Helligkeitsunterschied in der Fotozelle sobald der Laserstrahl die öffnung erreicht oder verläßt bzw. entlang der Glasscheibe wandert.

Im Bereich der Lagerbohrung 3 sind zwei Lagerbökke angeordnet, die mit 25 und 26 bezeichnet sind. Die Lagerböcke stützen sich nicht dargestellt auf das Kurbelgehäuse 1 bzw. auf ein Fundament der Maschine ab. Innerhalb der Lagerböcke ist eine mit 27 bezeichnete Hohlwelle gelagert. Auf der Hohlwelle 27 ist ein Werkzeug 28 befestigt, das entlang der Hohlwelle axial verschiebbar ist und in Verbindung mit der Drehung der Hohlwelle die Lagerbohrung 3 bearbeitet. In der Nähe des Lagerbocks 26 ist auf der Hohlwelle ein Kettenrad 29 befestigt, welches mit einer Antriebskette 30 zusammenwirkt, wobei die Kette 30 mit dem Kettenrad eines nicht dargestellten Antriebsmotors kämmt. Innerhalb der Hohlwelle 27 sind zwei Justierscheiben 31 und 31 befestigt. Im Zentrum der Justierscheiben 31 und 32 sind Bohrungen 33 und 34 angebracht, die den Bohrungen 13 und 14 der Zentrierscheiben entsprechen und ebenfalls einen der Dicke des Laserstrahls 18 entsprechenden Durchmesser haben. Die Lagerböcke 25 und 26 werden dabei soweit verstellt, bis der Laserstrahl glatt durch die Bohrungen 33 und 34 hindurchtritt. Ist dies erreicht, so ist die Hohlwelle 27 zur Mittelachse der Lagerbohrungen 2 bis 4 justiert. Im Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 1 schließt sich auf der dem Laserstrahlerzeugegerät abgewandten Seite der Justierscheiben 31 und 32 eine Winkelglasfaseroptik 35 und 36 an, deren Betrachtungsflächen 37 und 38 aus der Wand der Hohlwelle 27 herausragen. Dadurch ist es in einfacher Weise möglich, die Richtung einer Desaxierung einer Hohlwelle zu ermitteln, so daß eine schnelle Justierung erfolgen kann. Zwischen der Hohlwelle 27 und den Zentrierscheiben 5 und 6 sind, was in F i g. 1 ersichtlich ist, Schutzrohre 39 und 40 angebracht. Die Schutzrohre sind drehbar auf der Hohlwelle 27 angeordnet und dichtend mit den Zentrierscheiben und der Hohlwelle ausgebildet. Das Schutzrohr 39 weist einen Luftanschluß 41 auf, durch den aus einer nicht dargestellten Quelle gefilterte Luft herangeführt werden kann, so daß im Hohlraum der Schutzrohre und der Hohlwelle ein leichter Überdruck erzeugt werden kann. Wie aus den F i g. 3 und 4 zu ersehen ist, ist die mit 19 bzw. 20 bezeichnete Faseroptik mittels Schrauben 42 an der Zentrierscheibe 5 bzw. 6 befestigt. Die zentrale Bohrung 13 bzw. 14 hat bei Verwendung einer Glasfaseroptik einen größeren Durchmesser. Die eigentliche Zentrierbohrung wird bei der Glasfaseroptik dadurch erzeugt, daß, was insbesondere aus F i g. 4 zu ersehen ist, die zentrale Glasfaser weggelassen ist. Ist der Laserstrahl richtig ausgerichtet, so ist auf der mit 43a bezeichneten Betrachtungsfläche der Glasfaseroptik nichts zu sehen, da der Laserstrahl ungehindert durch die Mittelöffnung der Glasfaseroptik treten kann. Die einzelnen Glasfasern können zur besseren und schnelleren Ausrichtung ringförmig vom Zentrum ausgehend verschiedene Färbungen aufweisen. Die

Winkelglasfaseroptiken 35 und 36 an den Justierscheiben 33 und 34 sind abgesehen von der winkligen Ausbildung entsprechend F i g. 3 ausgebildet und angeordnet und können daher auch an die Zentrierscheiben 5 und 6 angebaut sein.

In Fig.5 ist mit 43 ein Prisma bezeichnet, das in einem Halter 44 befestigt ist, wobei der Halter 44 an den Justierscheiben 31, 32, den Zentrierscheiben 5, 6 oder der Hohlwelle 27 angebaut ist. Innerhalb des Prismas 43 ist ein halb durchlässiger Umlenkspiegel 45 eingesetzt, der im Zentrum eine bohrungsähnliche Durchbrechung 46 in der Spiegelungsschicht hat. Die Zentrierung oder Justierung erfolgt so, daß der Laserstrahl 18 durch diese Durchbrechung ungehindert durchtritt. In der Mantelfläche des Halters 44 ist eine Glasfaseroptik 47 eingesetzt, die der mit 19 und 20 bezeichneten Glasfaseroptik entsprechen kann. Tritt der Laserstrahl 18 nicht durch die Durchbrechung 46, so wird er vom Umlenkspiegel 45 gebrochen und erscheint an der Glasfaseroptik 47. Die Verwendung der Einrichtung gemäß F i g. 5 hat den Vorteil, daß eine Justierscheibe für die Hohlwelle ausreichend ist, da das Prisma die Funktion der anderen übernimmt. Trifft nämlich der Laserstrahl nicht rechtwinklig auf das Prisma auf, so verläßt er das Prisma mit Achsversatz, der dann an der Anzeigevorrichtung der letzten Zentrierscheiben festgestellt werden kann.

In den F i g. 7 bis 10 ist, soweit dargestellt, mit 50 eine Hülse bezeichnet, die nicht dargestellt in den Zentrier-5, 6 oder Justierscheiben 31, 32, bei den Justierscheiben jedoch eine Hülse für beide Scheiben, befestigt. In der Hülse 50 ist ein mit 51 bezeichnetes Prisma fest eingesetzt, welches eine zylindrische Mantelfläche 52 und Stirnflächen 53 und 54 aufweist. Die Prismen 51 sind so in die Justier- oder Zentrierscheiben eingesetzt, daß der Laserstrahl an den Stirnflächen 53 ein- und an den Stirnflächen 54 austritt. Die Stirnflächen 53 der Prismen 51 gemäß F i g. 7 und 8 weisen einen Hohlkegel 55 auf, der in beiden Figuren in gleicher Weise so ausgebildet ist, daß sich ein an der Mantelfläche dieses Hohlkegels brechender Laserstrahl auf die reflektierende Mantelfläche

52 auftrifft. Die Stirnflächen 54 der Prismen 51 in F i g. 7 und 8 weisen ebenfalls je einen Hohlkegel 56 und 57 auf, wobei der Winkel des Kegels 56 so gewählt ist, daß ein austretender Laserstrahl gebündelt ist, während der Winke! des Hohlkegels 57 ein anderes Maß hat, so daß der Laserstrahl aufgeweitet wird. Durch diese Aufweitung wird die Intensität verringert, so daß dieser austretende Laserstrahl auf einem Leuchtschirm betrachtet werden kann, wogegen der gebündelte Laserstrahl gemäß F i g. 7 einem Meßmikroskop zugeführt wird.

Die Stirnflächen 53 und 54 des Prismas 51 gemäß F i g. 9 weisen ebenfalls Kegel 58 und 59 auf, die jedoch als Vollkegel ausgebildet sind und aus den Stirnflächen

53 und 54 hervortreten. Der Kegelwinkel des Kegels 58 ist dabei wieder so gewählt, daß der austretende Laserstrahl entsprechend F i g. 7 gebündelt ist. Eine prinzipielle Änderung des Strahlenganges erfolgt nicht wenn man davon absieht, daß sich die Laserstrahlen innerhalb des Prismas kreuzen. In den F i g. 8 und 9 tritt der Laserstrahl koaxial zur Mittelachse des Prismas in dieses ein, was zur Folge hat, daß ebenfalls ein koaxialer, in dem einen Fall aufgeweiteter und im anderen Fall gebündelter Laserstrahl das Prisma verläßt. Trifft, wie in F i g. 7 dargestellt, der Laserstrahl zwar achsparallel aber außermittig in das Prisma ein, so erhält die obere Mantelfläche des Hohlkegels 55 einen größeren Anteil des Laserstrahlquerschnitts als die untere Hälfte. Da jedoch die von der Hohlkegelspitze ausgehenden Strahlen den Außenring des austretenden Laserstrahls bilden, erscheint am Austritt ein Laserstrahl mit rundem Querschnitt. Ein bestimmter Anteil des an der Mantelfläche 52 reflektierten Teils der oberen Laserstrahlhälfte gelangt jedoch auf die untere Hälfte des Hohlkegels 56 und verstrahlt, wobei die Restmenge des Laserstrahls wie bei zentrischem Auftreffen die obere Hälfte des austretenden Strahls bildet. Die vom eintretenden Laserstrahl getroffene untere Hälfte des Hohlkegels 55 reicht jedoch nicht aus, um die untere Hälfte des Hohlkegels 56 ganz auszufüllen, so daß nun innerhalb des austretenden Laserstrahls von rundem Querschnitt eine dunkle Sichel erscheint. Erscheint diese Sichel auf dem Meßmikroskop oder auf dem Leuchtschirm, so wird die Zentrier- oder Justierscheibe so weit in der der Sichel entgegengesetzten Richtung verschoben, bis ein Volllaserstrahl erscheint. Eine ähnliche Änderung des austretenden Laserstrahls tritt auf, wenn das Prisma nicht parallel verschoben, sondern wenn die Mittelachse und der Laserstrahl winklig zueinander angeordnet sind.

Die Stirnfläche 53 des Prismas 51 in Fig. 10 weist einen Kegel 60 auf, dessen Spitze entfernt ist, so daß eine Bruchebene 61 entsteht, die senkrecht zur Mittelachse des Prismas 51 angeordnet ist und einen kreisflächigen Querschnitt hat. Die Stirnfläche 54 des Prismas 51 ist ebenfalls als Kegel 62 ausgebildet, und mit einem Spitzenkegel 63 versehen. Die Grundfläche des Spitzenkegels 63 entspricht der Fläche der Bruchebene 61. Der Spitzenkegel 63 ist stumpfer ausgebildet als der Kegel 62, so daß die die Mantelfläche des Spilzenkegels 63 durchdringenden Strahlen in einem anderen Winkel gebrochen werden als die die Mantelfläche des Kegels 62 durchdringenden Strahlen. Wie der Fig. 10 zu entnehmen ist, treffen sich bei koaxialem Eintritt des Laserstrahls in das Prisma die aus dem Prisma kegelmantelförmig sich erweiternden Strahlen in einer Betrachtungsebene und bilden dort einen gemeinsamen Betrachtungsring. Tritt der Strahl koaxial in das Prisma ein, so ist dieser senkrecht zur Prismenmittelachse ausgerichtete Betrachtungsring ohne Unterbrechungen von gleichmäßiger Helligkeit. Tritt der Laserstrahl jedoch winklig bzw. achsversetzt in das Prisma ein. so entstehen innerhalb des Betrachtungsringes sichelförmige Flächen anderer Lichtintensität bzw. je nach Polarisation der dort zusammentreffenden Laserstrahlen Hell- oder Dunkelflächen bzw. helle oder dunkle radiale Streifen oder Striche. Das Prisma bzw. die Zentrier- oder Justierscheiben werden so weit verschoben, bis ein Ring gleichmäßiger Lichtintensität erscheint.

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   1. Vorrichtung zum Bearbeiten von fluchtenden Bohrungen, insbesondere zur Reparaturbearbeitung von Kurbelwellenlagern bzw. deren Bohrungen von Brennkraftmaschinen, wobei im Bereich der zu bearbeitenden Bohrung (3) eine diese durchsetzende und ein Werkzeug (28) tragende, angetriebene Welle mittels in benachbarten Bohrungen (2,4) angeordneter Zentrierscheiben (5, 6) gelagert ist dadurch gekennzeichnet, daß die Welle als Hohlwelle (27) ausgebildet ist, die bezüglich eines auf die Mittelachse der Bohrungen (2, 3, 4) ausgerichteten Laserstrahls (18) justierbar ist, und daß der Laserstrahl (18) mittels der ausgerichteten Zentrierscheiben (5,

   6) auf die Mittelachse der Bohrungen (2.3,4) justierbar ist, wobei die Zentrierscheiben Anzeigevorrichtuiigen (13, 14, 19, 20) zum Ausrichten des Laserstrahls (18) aufweisen.

   2. Vorrichtung nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß das Laserstrahlerzeugegerät (15) an einer Zentrierscheibe (5,6) befestigt ist.

   3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder

   2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentrierscheiben (5,6) schwenkbare Meßvorrichtungen (9,10,11,12) und verstellbare Spannmittel (7,8) aufweisen, mittels deren die Zentrierscheiben (5,6) innerhalb der Bohrungen (2,4) ausricht- und fixierbar sind.

   4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlwelle (27) in ihrem Innern zumindest eine Justierscheibe (31 oder 32) hat, die eine Anzeigevorrichtung (35, 36) zum Justieren der Hohlwelle (27) aufweist.

   5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentrierscheiben (5, 6) und Justierscheiben (31, 32) Anzeigevorrichtungen (13, 14 bzw. 33, 34) aufweisen, die von der Laserstrahldicke etwa entsprechenden zentralen Bohrungen gebildet sind.

   6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigevorrichtungen (19, 20 bzw. 35, 36) zum Zentrieren und Justieren als Glasfaseroptiken ausgebildet sind.

   7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die als Glasfaseroptiken ausgebildeten Anzeigevorrichtungen (19, 20 bzw, 35, 36) eine zentrale, der Laserstrahldicke etwa entsprechende Öffnung, beispielsweise durch Entfernen der zentralen Faser erzeugt, aufweisen.

   8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 und 6 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die als Glasfaseroptiken ausgebildeten Anzeigevorrichtungen (35,36) der Justierscheiben (31,32) winklig ausgebildet sind, wobei die Betrachtungsflächen (37,38) der Optiken bei Einbau in die Hohlwelle (27) innerhalb bzw. außerhalb der Wandung derselben angeordnet sind.

   9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentrierscheiben (5, 6) und/oder Justierscheiben (31, 32) einen in einem Prisma (43) gelagerten halb durchlässigen Umlenkspiegel (45) aufweisen, mit dem eine Glasfaseroptik (47) zusammenwirkt, wobei die Spiegelungsschicht im Zentrum des Umlenkspiegels (45) eine etwa der Laserstrahldicke entsprechende Durchbrechung (46) hat.

   10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9,

   dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der Zentrierscheiben (5,6), vorzugsweise die vom Laserstrahlerzeugegerät am weitesten beabstandete Zentrierscheibe (6), eine zentral angeordnete Glasscheibe (48) mit einer der Laserstrahldicke etwa entsprechenden Öffnung aufweist, die von der Öffnung ausgehend in ihrer Dicke nach außen hin zunimmt und/ oder von innen nach außen verstärkt kontinuierlich oder ringförmig zunehmend gefärbt ist.

   11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet daß als Justiereinrichtung der Hohlwelle (27) mittig innerhalb derselben eine Prismenwalze mit einem reflektierenden Walzenmantel eingebaut ist und daß der Prismenwalze in Laserstrahlrichtung eine kegelig ausgerichtete Hilfslaserstrahlen erzeugende Einrichtung, vorzugsweise eine optische Linse, vorgebaut ist wobei die Hilfslaserstrahlen auf den reflektierenden Walzenmantel treffen.

   12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis U₁ dadurch gekennzeichnet, daß die Justier- und/ oder Ausrichteeinrichtungen als Prisma (51) ausgebildet sind, dessen Mantelfläche (52) reflektierend und dessen Stirnflächen (53,54) kegel- (55—57) bzw. pyramidenförmig ausgeführt sind.

   13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel der Kegel (55,58 bzw. 56, 59) bzw. Pyramiden so gewählt ist, daß der aus dem Prisma (51) austretende Laserstrahl gebündelt ist, wobei die Überprüfung des Laserstrahls und damit das Ausrichten bzw. Justieren mittels einer geeigneten Vorrichtung, vorzugsweise mittels eines Meßmikroskopes erfolgt.

   14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel der Kegel (55 bzw. 57) Pyramiden so bestimmt ist, daß der aus dem Prisma (51) austretende Laserstrahl aufgeweitet ist, wobei das zum Ausrichten bzw. Justieren erforderliche Überprüfen des Laserstrahls mittels einer geeigneten Vorrichtung, vorzugsweise mittels eines Leuchtschirms erfolgt.

   15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis

   14, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitze des Kegels (60) bzw. der Pyramide der Stirnfläche (53) des Laserstrahleintritts gebrochen ist, wobei die Bruchebene (61) senkrecht zur Prismenmittelachse verläuft und kleiner bzw. höchstens gleich dem Querschnitt des Laserstrahls ist und daß die Spitze des Kegels (63) bzw. der Pyramide der Stirnfläche (54) des Laserstrahlaustritts kegel- bzw. pyramidenförmig abgewandelt ist, wobei die Grundfläche des Spitzenkegels (63) bzw. der Spitzenpyramide der Größe der Bruchebene (61) entspricht und der Spitzenkegel (63) die Spitzenpyramide in einem solchen Maße stumpfer ist, daß die parallel zur Prismenmittelachse eingetretenen, aus dem Kegel (62) bzw. der Pyramide und aus dem Spitzenkegel (63) bzw. der Spitzenpyramide austretenden Laserstrahlen in einer räumlich gut erreichbaren Betrachtungsebene zusammenfallen.

   16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

   15, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Zentrierscheiben (5, 6) und der Hohlwelle (27) an dieser dichtend angeschlossene Schutzrohre (39,40) vorgesehen sind.

   17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche I bis

   16, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Schutzrohre (39, 40) einen Luftanschluß (41) hat und daß

   zumindest während des Arbeitsvorganges innerhalb der Hohlwelle (27) und der Schutzrohre (39, 40) ein leichter Überdruck herrscht

   Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Bearbeiten von fluchtenden Bohrungen, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

   Aus der DD-PS 1 12 616 ist ein transportables Bohrwerk zum Ausdrehen von geschlossenen Turbinengehäusen bekannt Dazu wird in die zu bearbeitende Bohrung eine lange Bohnvelle eingesetzt, die mittels an ihr befestigter Zentrierscheiben auf die Mittelachse der zu bearbeitenden Bohrung ausgerichtet wird. Die Zentrierscheiben sind so ausgebildet, daß sie mit ihrem Außendurchmesser exakt dem Durchmesser der Bohrung entsprechen. Somit werden die Zentrierscheiben als eine Art »Dorn« in die zu bearbeitende Bohrung eingesetzt und zentrieren die zu der Mittellängsachse der Zentrierscheiben ausgerichtete Bohrwelle auch zu der zu bearbeitenden Bohrung. Nachteilig an einer derartigen Zentriervorrichtung ist, daß für verschiedene Bohrungsdurchmesser immer die passenden Zentrierscheiben bereitgehalten werden müssen, was einen sehr hohen Lageraufwand erfordert. Ferner ist der Arbeitsvorgang mit einem derartigen Bohrwerk durch das hohe Gewicht der langen Bohrwelle und das dadurch bedingte schwierige Einsetzen und Einjustieren in die zu bearbeitende Bohrung umständlich und mit großem Arbeitsund Zeitaufwand verbunden. Aufgrund des hohen Gewichts der Bohrwelle und der großen Anzahl der bereitzuhaltenden Zentrierscheiben ist der Einsatz eines derartigen Bohrwerks »vor Ort« sehr umständlich, mit großem Transportaufwand und großem Arbeits- und Zeitaufwand verbunden.

   Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine aus wenigen Teilen bestehende Vorrichtung zum Bearbeiten von fluchtenden Bohrungen zu schaffen, die ein geringes Gewicht aufweist und bei hoher Arbeitsgenauigkeit mit geringem Arbeits- und Zeitaufwand ausrichtbar ist.

   Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Durch die Ausbildung der Bohrwelle als Hohlwelle ist ein geringes Gewicht erzielt. Da die Hohlwelle mittels Laserstrahlen in der zu bearbeitenden Bohrung ausgerichtet ist, entfällt die Vielzahl an Zentrierscheiben. Der Laserstrahl selbst ist mittels in benachbarten oder entfernten Bohrungen zu der zu bearbeitenden Bohrung ausgerichteten Zentrierscheiben auf die Mittelachse der Bohrungen justiert. Somit sind nur wenige, universell einsetzbare Teile nötig, wodurch der Bearbeitungsaufwand sowie die Lagerhaltung gesenkt und die bei einer Reparatur vor Ort anfallenden Transportschwierigkeiten vermieden sind.

   Aus der Zeitschrift »Maschine und Werkzeug«, Coburg, Heft 9, vom 25.04.1965, Seiten 16 und 17 als auch aus der DE-AS 14 77 579 ist zwar die Verwendung von Laserstrahlen bei Werkzeugmaschinen bekannt; der Laserstrahl wird in beiden Textstellen aber ausschließlich zu Längenmessungen benutzt. So wird der Laserstrahl in der Zeitschrift »Maschine und Werkzeug« dazu benutzt, das Werkzeug einer Werkzeugmaschine an eine bestimmte Stelle des Werkstücks anzufahren.

   In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung können beliebige Anzeigevorrichtungen entsprechend der optischen Einrichtung von Lichtstrahlen verwendet werden.

   Es ist günstig, wenn das Laserstrahlerzeugegerät an einer Zentrierscheibe befestigt ist Dies kann dann anstelle einer Anzeigevorrichtung eingebaut sein, so daß für diese Zentrierscheibe die Anzeigevorrichtung entfallen kann. Gleichzeitig wird dadurch die Justierarbeit verringert so daß nicht sowohl die Zentrierscheibe als auch das Laserstrahlerzeugegerät ausgerichtet werden müssen.

   Die schwenkbare Meßvorrichtung gemäß Anspruch 3 kann beispielsweise in einem Schwenkarm bestehen, der zentrisch zur Zentrierscheibe gelagert ist und an seinem Ende eine Meßuhr aufweist. Die Anzeigevorrichtung der Justierscheibe der Hohlwelle kann dabei entsprechend den Anzeigevorrichtungen der Zentrierscheibe ausgebildet sein. Ist eine exakt fluchtende Lagerung der Hohlwelle möglich, so ist eine Justierscheibe ausreichend. Oblicherweise werden jedoch zwei Justierscheiben in die Hohlwelle eingebaut wodurch dann eine Volljustierung unabhängig von der Hohlwellenlagerung möglich ist. Tritt nach Anspruch 5 das volle Laserstrahllicht aus der vom Laserstrahlerzeugegerät am weitesten entfernten Zentrier- oder Justierscheibe aus, so ist eine exakte Ausrichtung und Justierung erfolgt.

   Dies kann durch eine hinter der am weitesten entfernten Zentrier- oder Justierscheibe angeordnete Fotozelle elektronisch gemessen werden, wobei in vorteilhafter Weise der Fotozelle eine Streulinse vorgeschaltet ist.
   Anstelle der Streulinse kann auch die am weitesten entfernte Zentrier- oder Justierscheibe eine zentral angeordnete Glasscheibe mit einer der Laserstrahldicke entsprechenden öffnung aufweisen. Dabei weist die Glasscheibe von innen nach außen dunkler gefärbte Ringe auf oder ist von innen nach außen kontinuierlich dunkler gefärbt. Dieselbe Wirkung kann durch eine Scheibe aus konstant eingefärbtem, z. B. grauem, lichtdurchlässigem Glas oder Kunststoff erzielt werden, wenn die Dicke der Scheibe von innen nach außen wächst. Wird nunmehr beim Zentrieren bzw. Justieren der Laserstrahl von außen nach der Mitte hin geführt, so ergibt sich eine zunehmende Helligkeitsanzeige, die sprunghaft wächst, wenn der Strahl die zentrale öffnung erreicht. Derselbe Effekt ermöglicht die Justierung der Hohlwelle auf dem Laserstrahl.

   « Die Glasfaseroptiken nach den Ansprüchen 6 bis 9 haben den Vorteil, daß sie sehr unempfindlich und darüber hinaus sehr schnell und leicht ablesbar sind. Dabei können die ringförmig um die Zentralfaser angeordneten Fasern verschiedene Färbungen aufweisen, wodurch eine zusätzliche Ableseerleichterung möglich ist. Ist bei einer Glasfaseroptik mit zentraler öffnung an der Betrachtungsfläche kein Licht zu sehen, so ist eine exakte Ausrichtung bzw. Justierung erfolgt.
   Ist bei der Ausgestaltung nach Anspruch 9 eine exakte Zentrierung bzw. Justierung erfolgt, so tritt der Laserstrahl durch die Durchbrechung im Umlenkspiegel, so daß dann keine Reflektierung des Strahls erfolgt. Trifft der Laserstrahl nicht auf diese Durchbrechung, so wird er auf dem Umlenkspiegel reflektiert und ergibt eine Anzeige an der Glasfaseroptik, die in diesem Falle nicht als Winkeloptik, sondern in gerader Ausführung ausgestaltet ist. Diese Ausgestaltung hat weiterhin den Vorteil, daß nur eine solche Vorrichtung in der Hohlwelle eriorderlich ist, da die vordere und hintere Prismenfläche auch Winkelabweichungen der Hohwelle anzeigt. Ist nämlich die in Richtung des Laserstrahls erste Prismenfläche nicht winklig zu diesem angeordnet, so erfolgt eine Brechung des Laserstrahls, wobei der gebro-