DE4031490A1 - Bohrungsmessgeraet - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Bohrungsmeßgerät zum Messen des Durchmessers einer Bohrung mittels zweier diametraler Kontaktkörper, die an einer axialen Hülse als Grundkörper radial beweglich gelagert sind und mittels eines axial bewegbaren zentralen Spreiztasters an ihren radial inneren Enden in der Grund-Hülse beaufschlagt sind, an der mindestens zwei undiametrale achsparallele Kufen zum Zentrieren und Ausrichten des Geräts in der zu messenden Bohrung an von den Kontaktkörpern unbesetzten Umfangsstellen angebracht sind.

Es sind Bohrungsmeßgeräte mit zwei un-diametralen Kufen bekannt, die am Beginn einer Prüfung der Rundheitsabweichung einer zu messenden waagrechten Bohrung symmetrisch zu deren vertikaler Mittelebene längs der tiefstmöglichen Mantellinien der Bohrungswandung angeordnet sind. Durch Drehen des Gerätes um die Bohrungsachse kann die Rundheit nur über einen Winkel von ca. +/-60° geprüft werden, weil größere Drehwinkel die äußerliche statische Bestimmtheit des Gerätes durch dessen drei Fixpunkte (Projektion beider Kufen in Achsrichtung bzw. eine der beiden Kontaktstellen), in denen das Gerät die Bohrungswandung berührt, zunehmend gefährdet.

Infolgedessen gleitet ein solches Gerät bei waagrechter Anordnung der Bohrungsachse ein wenig nach unten, so daß ein sogenannter Zentrierfehler (radialer Meßfehler) und möglicherweise auch ein sogenannter Kippfehler (axialer Meßfehler) auftritt, der durch Ausrichten der Meßachse auf die Bohrungsachsen-Senkrechte im Schnittpunkt beider Achsen zu vermeiden wäre.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein diesen Nachteil vermeidendes Bohrungsmeßgerät zu schaffen, das die genannten methodischen Meßfehler weitgehend ausschließt, und zwar auch in Verwendungsfällen, in denen die Längsachse der zu messenden Bohrung waagrecht angeordnet ist.

Diese Aufgabe ist bei einem Bohrungsmeßgerät der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß drei oder vier Kufen vorgesehen sind, von denen je zwei mit der Hülsenachse einen Keilwinkel von 120° bzw. 90° bilden; und daß der radiale Abstand der Kufen von der Hülsenachse auf das Minimum des Bohrungsdurchmessers und darunter kalibrierbar ist.

Dadurch können vorteilhafterweise Zentrier- und Kippfehler auf ein vernachlässigbar kleines Ausmaß gebracht werden und die Messung kann in jeder beliebigen Lage des Geräts statisch, rotierend oder translatorisch oder beides gleichzeitig erfolgen, so daß auch waagrecht angeordnete Bohrungen nahezu fehlerfrei meßbar sind. Dafür sorgen nicht nur die mindestens drei gleichmäßig auf den Hülsenumfang verteilten Kufen, sondern auch die Kalibrierbarkeit des Durchmessers des Hüllzylinders der Kufen auf angenähert (Größenordnung: -10 Mikrometer) den kleinsten zu messenden Bohrungsdurchmesser, also auf den unteren Toleranz-Grenzwert des Bohrungsdurchmessers. Der Meßfehler ist also umso kleiner, je näher der tatsächliche Bohrungsdurchmesser dem Durchmesser des Kufenhüllzylinders kommt. Es kann aber stets gewährleistet werden, daß der Meßfehler wesentlich kleiner ist als die Toleranz.

Bei einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bohrungsmeßgerätes weist jedes Einführende der Kufen einen eingeschnittenen Konus auf, der gegen das andere Kufenende konvergiert und an den sich ein relativ kurzer zylindrischer Tragabschnitt der Kufe mit einer Einführfase anschließt. - Dadurch wird vorteilhafterweise erreicht, daß das Gerät trotz der weitgehenden Annäherung des Hüllzylinderdurchmessers der Kufen an den kleinsten zu messenden Durchmesser einer Bohrung ohne Anecken an deren Wandung in diese Bohrung eingeführt werden kann, weil der Durchmesser des Konus′ an jeder Stelle seiner Längsachse kleiner ist als der Durchmesser des genannten Tragabschnittes.

Bei der ersten Ausführungsform ist jede Kufe an zwei Stellen mit radialen Richtstiften, die in entsprechende Hülsenbohrungen eingreifen, und an zwei anderen Stellen mit radialen Senkschrauben versehen, die in die Grund-Hülse geschraubt sind und je eine auswechselbare Abstandshülse tragen. - Vorteilhaft ist hieran, daß durch die Wahl einer anderen Abstandshülsenlänge, die für alle drei bzw. vier Abstandshülsen-Paare gleich ist, eine Abstimmung des Hüllzylinderdurchmessers der Kufen und des kleinsten zu messenden Bohrungsdurchmessers einfach dadurch möglich ist, daß die Abstandshülsen entweder durch Ablängen auf gleiches Maß gekürzt oder durch längere, gleiche Abstandshülsen ersetzt werden.

Der gleiche Vorteil ergibt sich bei einer Variante der ersten Ausführungsform. Dort ist jede Kufe an zwei Stellen mit je einer versenkten Stellschraube versehen, die in die Grund-Hülse eingreift. Die Selbsthemmung eines Feingewindes der Stellschraube genügt, um diese in jeder gewünschten Drehlage zu positionieren.

Wie bei dem aus der DE 26 15 786 C2 bekannten Nut­ oder Bohrungsmeßgerät ist der axial gefederte Spreiztaster der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bohrungsmeßgerätes von zwei radialelastischen Trägern der beiden Kontaktkörper flankiert. Darüber hinaus ist hier durch die Hülsenwand je eine radiale Stellschraube gedreht, welche die maximale Spreizung der Kontaktkörper durch Anschlag der Träger bestimmen. - Dadurch wird die Gefahr eines hemmenden axialen Auflaufens der Kontaktkörper auf die Bohrungsringkante verringert. Dazu wird der maximale radiale Abstand der Kontaktstellen, an denen die Kontaktkörper die Bohrungswandung berühren, auf etwas mehr als den größten zu messenden Bohrungsdurchmesser eingestellt. In diesem Zusammenhang sind natürlich gerundete Kontaktkörper wie Kugeln vorteilhaft.

Falls das erfindungsgemäße Gerät zum Messen von Tiefloch-Bohrungen bestimmt werden soll, wird zweckmäßig das vom Einführende der Hülse entfernt liegende Ende derselben mit einem Anschluß zur axialen Verlängerung des zentralen Spreiztasters und der Hülse versehen.

Bei anderen als der ersten Ausführungsform sind die Kufen flach ausgebildet (linealartig) und radial in oder an die Grund-Hülse auswechselbar ein- bzw. angefügt sowie an ihrer radial äußeren Kante ballig oder schneidenartig geformt. Zur Anpassung an eine andere Bohrungsweite müssen nur die vorhandenen Kufen durch solche mit passender radialer Abmessung ersetzt werden , die durch Wegschleifen oder Abfräsen von Kufenmaterial verkleinerbar ist.

Bei einer derartigen zweiten Ausführungsform des erfindungs­ gemäßen Bohrungsmeßgerätes ist jede Kufe an jeder ihrer zwei parallelen Flanken mittels zweier anliegender eingelassener Kegelstümpfe bzw. Spannpratzen (Platten) radial und achsparallel reibschlüssig festgelegt, wobei die Kegelstümpfe und Spannpratzen mit der Grund-Hülse verschraubt sind, sodaß das Auswechseln der Kufen besonders einfach ist und diese ohne Bohrungen herstellbar sind.

Jede Kufe diagonal in zwei Keile mit aneinandergleitenden Grenzebenen zu teilen und den radial äußeren Kufenkeil bezüglich des radial inneren, hülsenfesten Kufenkeiles achsparallel verstellbar einzurichten, hat den Vorteil einer einfachen Anpaßbarkeit an den zu messenden Bohrungsdurchmesser ohne Erfordernis des Kufenauswechselns.

Bei der zweiten Ausführungsform weisen die beiden diametralen Kontaktkörper je einen sein radial inneres Ende bildenden Haltestift und einen lösbar mit diesem verbundenen sphärischen Tastteil zum Berühren der Wandung der zu messenden Bohrung auf. Infolgedessen kann einerseits die Haltestiftlänge dem Bohrungsdurchmesser angenähert und andererseits jeweils ein Tastteil aus dem am besten geeigneten Material (Hartmetall, Hartverchromung, Kunststoff) gewählt werden.

Im folgenden ist die Erfindung anhand der durch die Zeichnung beispielhaft dargestellten ersten bzw. zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bohrungsmeßgerätes im einzelnen erläutert.

Es zeigt von der ersten Ausführungsform

Fig. 1 eine Seitenansicht, teilweise geschnitten dargestellt und in Explosionsdarstellung,

Fig. 2 eine Stirnansicht des Einführendes, teilweise in Explosionsdarstellung,

Fig. 3 eine abgebrochen dargestellte Seitenansicht bei anderer Drehstellung, und von der zweiten Ausführungsform:

Fig. 4 eine Seitenansicht, einseitig abgebrochen,

Fig. 5 eine ebensolche andere Seitenansicht,

Fig. 6 einen Querschnitt nach der Linie VI-VI in Fig. 4,

Fig. 7 eine Explosiv-Stirnansicht des Einführendes.

Das erste Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Bohrungsmeßgerätes ist nach Fig. 1 bis 3 ein 3-Kufen-Meßdorn mit einer kreiszylindrischen Grund-Hülse (10), die ohne Besatz mit drei gleichen, gleichmäßig auf den Hülsenumfang verteilten Kufen (12) Meßhülse wäre. Jede Kufe (12) ist im großen und ganzen eine quaderförmige Leiste, deren längste Mittellinie parallel zur Längsachse (14) der Hülse (10) in radialem Abstand von dieser außerhalb der Hülse (10) in radialem Abstand von deren Außenmantel (16) angeordnet ist. Außerdem ist jede Kufe (12) mit zwei parallelen, bezüglich der Längsachse (14) radialen Richtstiften (18) senkrecht bestückt, welche in parallelen Bohrungen der Kufe (12) befestigt sind und je in eine kolineare Bohrung der Hülsenwand (20) gesteckt sind.

Damit jede Kufe (12) einen definierten lichten Abstand von der Hülse (10) einhält, sind deren Wand (20) und die Kufe selbst mit zwei Paaren radial fluchtender Stufenbohrungen (22 bzw. 24) versehen. In den radial äußeren,weiteren Abschnitt jeder Stufenbohrung (22) der Hülsenwand (20) greift das freie Ende einer neben einem Richtstift (18) angeordneten kleinen Abstandshülse (26) ein, deren anderes Ende an der ebenen Innenseite der Kufe (12) anliegt. Ebenfalls in den radial äußeren, weiteren Abschnitt der Stufenbohrung (24) greift der Kopf einer Senkschraube (28) ein, deren Schaft erst den radial inneren, engeren Abschnitt der Stufenbohrung (24), dann die Bohrung der Abstandshülse (26) und schließlich den radial inneren, engeren Abschnitt der Stufenbohrung (22) durchdringt, welcher mit einem Innengewinde versehen ist, in welches das Außengewinde des Schraubenschaftes eingedreht ist. Wichtig ist hierbei, daß der Kopf der Schraube (28) nicht aus der Stufenbohrung (24) herausragt, damit jede Kufe (12) mit ihrer ungefähr rechteckigen, kreiszylindrischen Außenfläche (30) Teil hat an einem Hüllzylinder, dessen Längsachse mit der Hülsenachse (14) zusammenfällt, so daß dieser gedachte Hüllzylinder und die Hülse (10) in bezug auf deren Längsachse (14) koaxial angeordnet sind.

An ihrem Einführende weist jede Kufe (12) einen eingeschnittenen, sogenannten negativen Konus (32) auf, der gegen das andere Kufenende konvergiert und an den sich ein relativ kurzer zylindrischer Tragabschnitt (34) der Kufe mit einer Einführfase (36) anschließt. Dabei ist der Radius des Tragabschnittes (34) jeder Kufe (12) dem Radius ihrer Außenfläche (30) gleich.

Am vorderen (in den Fig. 1 und 3 unteren) Ende der Hülse (10), über das die am Einführende des Gerätes angeordneten Konusse (32) der Kufen (12) axial vorstehen, sind zwei bezüglich der Längsachse (14) diametrale Randaussparungen vorgesehen, durch die je ein radialer Haltestift (38) greift, der außerhalb der Hülse (10) eine Kugel (40) als eigentlicher Kontaktkörper zur Berührung der zu messenden Bohrung (5) trägt und innerhalb der Hülse (10) am vorderen Ende eines von zwei parallelen radialelastischen Trägern (nicht gezeigt) befestigt ist, welche einen auf der Längsachse (14) angeordneten, axial gefederten Spreiztaster (41) achsparallel flankieren, von welchem sein am vorderen Ende eines Stabes (43) befestigter, gleichschenklig-dreieckiger Flachkörper (42) in Fig. 2 gezeigt ist, dessen Keilflanken symmetrisch zwischen die radial inneren Enden der beiden Kugel- Haltestifte (38) eingreifen, so daß eine axiale Verschiebung des Flachkörpers (42) nach vorn oder hinten zu einer Entfernung bzw. Annäherung der beiden Kugeln (40) führt. - Die Lagerung der Kugel-Haltestifte (38) und des Spreiztasters (41) mit Flachkörper (42) sind in der DE 26 15 786 C2 im einzelnen dargestellt.

Der dort vorhandene Tastkopf ist hier durch die Haltestifte (38) mit Kugeln (40) ersetzt, wobei die einfachen Blattfedern durch je zwei parallele Blattfedern ersetzt werden sollten.

Damit die beiden Träger der Kugel-Haltestifte (38), die von der Federung des Spreiztasters (41) auseinandergedrängt werden, nur begrenzt spreizbar sind, ist durch die Hülsenwand (20) je eine radiale Stellschraube (44) gedreht, deren innere diametrale Enden die Haltestift-Träger beaufschlagen. Zur Einstellung der beiden Schrauben (44) wird zunächst die gewünschte Spreizung herbeigeführt und danach für die kraftschlüssige Berührung der Haltestift-Träger gesorgt. Bei einem axialen Zurückziehen des Flachkörpers (42) lösen sich dann die Haltestift-Träger von den Stellschrauben (44) , wobei die Kugeln (40) einander näherkommen. Nach dem Einführen des Gerätes in die zu messende Bohrung wird der Flachkörper (42) unter Ausnutzung der Federung des Stabes (43) axial nach vorn geschoben, wobei die beiden Kugeln (40) an der Bohrungswandung zur Anlage kommen. Die Träger der Haltestifte (38) haben also das Bestreben, einander anzunähern.

Das vom Einführende der Hülse (10) entfernt liegende Ende derselben (in Fig. 1 oben), welches einen verjüngten Gewindeabschnitt (46) aufweist und das hintere Ende des Stabes (43) austreten läßt, ist mit einem andeutungsweise gezeigten Anschluß (48) zur axialen Verlängerung des zentralen Spreiztasters (41) und der Hülse (10) verbindbar, damit auch Tiefloch-Bohrungen ausgemessen werden können.

Offenbar sind bei der bisher dargestellten ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bohrungsmeßgerätes drei Kufen (12) vorhanden, die paarweise mit der Längsachse (14) der Hülse (10) einen einheitlichen Keilwinkel von 120° bilden. Außerdem ist der radiale Abstand der Außenflächen (30) der Kufen (12) von der Hülsenachse (14) einheitlich auf das zu messende Minimum des Bohrungsdurchmessers kalibrierbar. Bei dieser Durchmesserabstimmung wird der Höllzylinder Durchmesser der Kufen (12) um praktisch 20 bis 40 µm kleiner als die untere Bohrungsdurchmesser-Toleranzgrenze gewählt.

Im zweiten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Bohrungsmeßgerätes ist dieses nach Fig. 4 bis 7 ein 4- Kufen-Meßdorn mit einer kreiszylindrischen Grund-Hülse (110), die ohne Besatz mit vier gleichen, gleichmäßig auf den Hülsenumfang verteilten Kufen (112) Meßhülse wäre, welche paarweise je einen rechten Winkel als Keilwinkel bilden. Jede Kufe (112) ist im großen und ganzen eine quaderförmige Leiste mit ungefähr rechteckigem Profil, welche radial vom Außenmantel (116) der Hülse (110) absteht und eine rechteckige, schwach kreiszylindrische Außenfläche (130) aufweist, die mit den entsprechenden Außenflächen (130) der drei anderen Kufen (112) einen Hüllzylinder definiert, der bezüglich der Längsachse (114) der Hülse (110) koaxial um diese angeordnet ist. Die Kufen (112) erstrecken sich an dem in den Fig. 4 und 5 gezeigten Einführende der Hülse (110) entlang achsparallel bis zu zwei an diesem Hülsenende radial geführten (s. Fig. 7), diametralen Haltestiften (138), die an ihren radial äußeren Enden mit je einer Meßkugel (140) als sphärischer Tastteil versehen sind, die zu einem auswechselbaren Meßeinsatz (139) gehört der mit dem zugeordneten Haltestift (138) zur Bildung eines Kontaktkörpers verschraubt ist, dessen radial inneres Ende mittels eines gleichschenklig-dreieckigen Flachkörpers (142) am vorderen Ende des dem Stab (43) der ersten Ausführungsform entsprechenden Stabes eines Spreiztasters beaufschlagbar ist, um die beiden Kugeln (140) voneinander zu entfernen.

Zur lösbaren axial und radial reibschlüssigen Befestigung der vier im Kreuzform angeordneten Kufen (112) greifen in zwei Querebenen des Einführendes der Hülse (110) je zwei diametrale Kegelstümpfe (160) und zwei ebenfalls diametrale flache, quadratische Spannpratzen (161), welche alle vier mit je einer radialen Kopf-Schraube (162) versehen sind, an den einander abgekehrten zwei Flanken (163 und 164) jeder Kufe (112) an. Dazu liegt jeder mittels einer der Schrauben (162) an die Hülse (110) geschraubte, in diese eingelassene Kegelstumpf (160) mit seiner Mantelfläche längs je einer radiusparallelen Berührungslinie an zweien der Flanken (163) an, während jede Spannpratze (161) an zwei Punkten einer ihrer Umfangskanten mittels einer der Schrauben (162) gegen zwei der Flanken (164) gepreßt wird, wobei die Spannpratzen (161) den Außenmantel (116) der Hülse (110) nicht berühren.

Zum Auswechseln der Kufen (112) z. B. gegen Kufen zwar gleicher Breite, jedoch anderer Höhe, werden die gegen die Spannpratzen (161) festgezogenen Kopf-Schrauben (162) gelockert und nach dem Austausch erneut festgezogen.

Claims (11)

1. Bohrungsmeßgerät zum Messen des Durchmessers (D) einer Bohrung (5) mittels zweier diametraler Kontaktkörper (38, 40), die an einer axialen Hülse (10) als Grundkörper radial beweglich gelagert sind und mittels eines axial bewegbaren zentralen Spreiztasters (41) an ihren radial inneren Enden in der Grund-Hülse beaufschlagt sind, an der mindestens zwei undiametrale achsparallele Kufen (12) zum Zentrieren und Ausrichten des Geräts in der zu messenden Bohrung (5) an von den Kontaktkörpern unbesetzten Umfangsstellen angebracht sind, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens drei Kufen (12) vorgesehen sind, von denen je zwei einander in Umfangsrichtung benachbarte Kufen mit der Hülsenachse (14) einen Keilwinkel von 120° bzw. weniger bilden; und daß der radiale Abstand der Kufen (12) von der Hülsenachse (14) auf das Minimum des Bohrungsdurchmessers (D) und darunter kalibrierbar ist.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Einführende der Kufen (12) einen eingeschnittenen Konus (32) aufweist, der gegen das andere Kufenende konvergiert und an den sich ein relativ kurzer zylindrischer Tragabschnitt (34) der Kufe mit einer Einführfase (36) anschließt.

3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Kufe (12) an zwei Stellen mit radialen Richtstiften (18), die in entsprechende Hülsenbohrungen eingreifen, und an zwei anderen Stellen mit radialen Senkschrauben (28) versehen ist, die in die Grund-Hülse (10) geschraubt sind und je eine auswechselbare Abstandshülse (26) tragen.

4. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Kufe an zwei Stellen mit je einer versenkten Stellschraube versehen ist, die in die Grund-Hülse eingreift (ohne Fig. ) .

5. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dessen axial gefederter Spreiztaster (41) von zwei radialelastischen Trägern der beiden Kontaktkörper (38, 40) flankiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Hülsenwand (20) je eine radiale Stellschraube (44) gedreht ist, welche die maximale Spreizung der Kontaktkörper (Kugeln 40) durch Anschlag der Träger bestimmen.

6. Gerät zum Messen von Tiefloch-Bohrungen, nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das vom Einführende der Grund-Hülse (10) entfernt liegende Ende derselben mit einem Anschluß (48) zur axialen Verlängerung des zentralen Spreiztasters (41) und der Hülse (10) versehen ist.

7. Gerät nach einem der Ansprüche 1, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kufen flach ausgebildet und radial in die Grund-Hülse auswechselbar eingefügt sowie an ihrer radial äußeren Kante ballig geformt sind oder eine Schneidkante aufweisen (ohne Fig. ).

8. Gerät nach einem der Ansprüche 1, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kufen (112) flach ausgebildet und radial an die Grund-Hülse (110) auswechselbar angefügt sowie an ihrer radial äußeren Kante ballig geformt (Fig. 6 oder 7) sind oder eine Schneidkante (-) aufweisen.

9. Gerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß jede Kufe (112) an jeder ihrer zwei parallelen Flanken (163 und 164) mittels zweier anliegender eingelassener Kegelstümpfe (160) bzw. Spannpratzen (161) radial und achsparallel reibschlüssig festgelegt ist, wobei die Kegelstümpfe und Spannpratzen mit der Grund-Hülse (110) verschraubt sind.

10. Gerät nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß jede Kufe diagonal in zwei Keile mit aneinandergleitenden Grenzebenen geteilt ist und der radial äußere Kufenteil bezüglich des radial inneren, hülsenfesten Kufenkeiles achsparallel verstellbar ist (ohne Fig. ).

11. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden diametralen Kontaktkörper (138, 140) je einen sein radial inneres Ende bildenden Haltestift (138) und einen lösbar mit diesem verbundenen sphärischen Tastteil (140) zum Berühren der Wandung der zu messenden Bohrung (5) aufweisen.