AT512356B1 - Verfahren und vorrichtung sowie werkzeug zur vermessung einer bohrung in einem werkstück - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, eine Vorrichtung und einen Messeinsatz zur Vermessung einer Bohrung in einem Werkstück. Das Verfahren weist die Schritte auf: Zuführen eines Fluids in die Bohrung, Einführen eines entlang der Bohrung positionierbaren Messeinsatzes in die Bohrung, wobei der größte Außendurchmesser des Messeinsatzes geringfügig kleiner ist als der Innendurchmesser der Bohrung, so dass ein Spalt zwischen dem Innenumfang der Bohrung und dem größten Außenumfang des Messeinsatzes gebildet wird, Messen eines von der Breite des Spalts abhängigen Staudrucks und/oder einer Durchflussrate des Fluids, Ermitteln des Innendurchmessers der Bohrung an der aktuellen Position des Messeinsatzes durch Auswerten des gemessenen Staudrucks und/oder der gemessenen Durchflussrate, wobei eine abgestufte Bohrung vermessen wird, indem ein Messeinsatz (224; 424) mit einer flachen Seite und einem an die flache Seite angeformten Fortsatz (224a; 424a) verwendet wird, und/ oder ein Messeinsatz (24; 324; 424) mit einer flachen Seite verwendet wird, der auf der flachen Seite eingeformte Kanäle oder Nuten (324a, 324b; 424c, 424d) aufweist.

Description

Beschreibung

VERFAHREN UND VORRICHTUNG SOWIE WERKZEUG ZUR VERMESSUNG EINER BOHRUNG IN EINEM WERKSTÜCK

GEBIET DER ERFINDUNG

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtung sowie einen Messeinsatz zur Vermessung einer Bohrung in einem Werkstück. Im speziellen betrifft die Erfindung die Vermessung von Komponenten eines fluiddynamischen Lagersystems, beispielsweise eines Lagersystems bestehend aus einer Lagerbüchse und einer in einer Lagerbohrung der Lagerbüchse drehgelagerten Welle. Die Erfindung dient zur Vermessung und Gruppierung von Lager-buchsen-Wellen-Paaren.

STAND DER TECHNIK

[0002] Aufgrund von Herstellungstoleranzen bei der Herstellung von Lagerbauteilen, insbesondere von Lagerbüchsen und Wellen fluiddynamischer Lager, ist eine Gruppierung, d. h. eine Paarung von Lagerbüchsen und Wellen notwendig, damit die geforderten Toleranzen, insbesondere die geforderte Breite des Radiallagerspaltes der fluiddynamischen Lager, eingehalten werden können. Bei fluiddynamischen Lagersystemen, wie sie in Spindelmotoren zum Antrieb von Festplattenlaufwerken eingesetzt werden, beträgt die Breite des Radiallagerspaltes zwischen dem Außendurchmesser der Welle und dem Innendurchmesser der Lagerbohrung beispielsweise nur wenige Mikrometer. Die Spaltbreite darf höchstens um 10 % bis 15 % variieren, damit das Lager unter den spezifizierten Betriebsbedingungen noch störungsfrei arbeitet.

[0003] Zur Vermessung von Lagerbohrungen sind verschiedenste Methoden und Verfahren bekannt. Bei den bekannten kontaktbehafteten Methoden wird eine dünne Nadel verwendet, an deren Ende in der Regel ein Hartmetalltaster als Abtastorgan angeordnet ist. Damit wird dann die Oberfläche der Lagerbohrung bzw. der Welle abgetastet und vermessen. Diese Art der Messung ist zwar vergleichsweise genau, mit Messgenauigkeiten im Mikrometerbereich, sie erfordert jedoch, bedingt durch die Oberflächenrauhigkeit der zur vermessenden Bauteile, eine aufwändige Auswertung der Messergebnisse. Außerdem können durch die berührende Messung die Oberflächen der zu vermessenden Bauteile beschädigt werden. Weiterhin müssen das Abtastorgan und das zu vermessende Bauteil aufwändig zueinander positioniert werden, damit mit entsprechender Genauigkeit gemessen werden kann.

[0004] Andere Messverfahren zur Vermessung von Bohrungen verwenden optische Sensoren, die beispielsweise nach dem Triangulationsprinzip arbeiten. Diese sind durch die benötigte Auswertung der Messergebnisse sehr zeitaufwendig. Ein großer Nachteil dieser Verfahren ist es außerdem, dass die zu vermessenden Flächen reflektierend sein müssen, damit ein ausgesendeter Lichtstrahl von der Messoberfläche zum Messempfänger zurück geworfen wird. Wie bei den tastenden Messverfahren besteht auch hier das Problem, dass das Messorgan und die zu vermessende Fläche genau zueinander positioniert und zentriert werden müssen.

[0005] Die JP 06137997 A beschreibt ein pneumatisches Verfahren zur Vermessung des Innendurchmessers einer Lagerbüchse eines fluiddynamischen Lagers, bei dem eine Messwelle in die Lagerbüchse eingeführt wird und als Messnormal der Druckabfall des entstehenden Luftlagers gemessen wird. Der Druckabfall als Messgröße ist dabei ein Maß für die Größe des Lagerspaltes zwischen Lagerbohrung und Messwelle. Dieses Verfahren ist relativ ungenau.

[0006] Andere berührungslose Verfahren zur Vermessung einer Bohrung sind in der GB 1544967 und GB 1573682 beschrieben. Hierbei wird ein zylindrischer Messkörper innerhalb der zu vermessenden Bohrung positioniert. Im Messkörper sind Mittel zum Einbringen von Druckluft in den Spalt zwischen dem Außendurchmesser des Messkörpers und der Oberfläche der Bohrung vorgesehen, sodass der Messkörper während des Messvorganges innerhalb der Bohrung ausgerichtet und zentriert wird. Druckunterschiede im Spalt werden mittels Druck-

Sensoren erfasst und daraus die radiale Zylindrizität berechnet. Die Druckunterschiede können durch pneumatisch, induktiv oder kapazitiv arbeitende Drucksensoren erfasst werden.

[0007] Die EP 1 452 829 A1 offenbart ein Messverfahren und eine Vorrichtung zur Vermessung des Innendurchmessers einer Bohrung in unterschiedlichen Tiefen. In die Bohrung wird ein Messeinsatz in Form einer Kugel eingeführt. Die Kugel hat einen etwas geringeren Außendurchmesser als der Innendurchmesser der Bohrung und wird entlang der Bohrung bewegt. Gleichzeit wird ein Fluid, vorzugsweise Druckluft, von einem Ende der Bohrung in den verbleibenden Spalt zwischen der Kugel und der Bohrungswand geleitet. Der sich in Abhängigkeit des Innendurchmessers der Bohrung einstellende Staudruck bzw. die Durchflussrate des Fluids durch den Spalt wird gemessen und ausgewertet und daraus der Bohrungsdurchmesser bestimmt. Das beschriebene Luftdruckmessverfahren arbeitet zuverlässig und mit ausreichender Genauigkeit, hat jedoch seine Grenzen bzw. lässt sich nicht anwenden bei Lagerbohrungen mit einem abgestuften Innendurchmesser bei der Vermessung des größeren Innendurchmessers in der Nähe der Stufe. Man kann zwar von zwei Seiten der abgestuften Lagerbohrung messen und Messkugeln mit jeweils entsprechendem Außendurchmesser verwenden, jedoch lässt sich auf der Seite mit dem größeren Bohrungsdurchmesser der Bereich unmittelbar angrenzend an die Stufe nicht vermessen, da die Messkugel vorher an der Stufe anschlagen und das Werkstück beschädigen würde.

[0008] Die DE 103 03 250 A1 und die GB 711 865 A offenbaren Verfahren und Vorrichtungen zur Vermessung des Innendurchmessers einer Bohrung mit Hilfe des Staudrucks eines Fluids.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

[0009] Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren, eine Vorrichtung und einen Messeinsatz zum Vermessen einer Bohrung in einem Werkstück basierend auf einem Fluiddruckmessverfahren derart zu verbessern, dass auch Bohrungen mit einem abgestuften Innendurchmesser vollständig vermessen werden können.

[0010] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren, eine Vorrichtung und einen Messeinsatz mit den Merkmalen der zugehörigen unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen und vorteilhafte Merkmale der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

[0011] Die Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Vermessung einer abgestuften Bohrung in einem Werkstück, die aus einem Abschnitt mit einem kleineren Innendurchmesser di und einem Abschnitt mit einem größeren Innendurchmesser d2 besteht, an deren Übergang eine Stufe gebildet ist, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: [0012] Zuführen eines Fluids in die Bohrung, [0013] Einführen eines entlang der Bohrung positionierbaren Messeinsatzes in die Bohrung, der im Messbereich rotationssymmetrisch bezüglich der Bewegungsrichtung des Messeinsatzes ausgebildet ist, wobei der größte Außendurchmesser des Messeinsatzes geringfügig kleiner ist als der Innendurchmesser der Bohrung innerhalb der Positionen, an denen die Messung durchgeführt wird, so dass ein Spalt zwischen dem Innenumfang der Bohrung und dem größten Außenumfang des Messeinsatzes gebildet wird, Messen eines von der Breite des Spalts abhängigen Staudrucks und/oder einer Durchflussrate des Fluids durch den Spalt an einer aktuellen Position des Messeinsatzes, und Ermitteln des Innendurchmessers der Bohrung an der aktuellen Position des Messeinsatzes durch Auswerten des gemessenen Staudrucks und/oder der gemessenen Durchflussrate.

[0014] Die Erfindung beruht nun darauf, dass die Formgebung des Messeinsatzes entsprechend angepasst wird, um eine abgestufte Bohrung vermessen zu können.

[0015] Insbesondere wird die Bohrung in ihrem Abschnitt mit größerem Innendurchmesser d2 in einem Abstand a vermessen, wobei a innerhalb des Abschnitts mit größerem Innendurchmesser d2 das Abstandsmaß in Bewegungsrichtung vom Punkt eines maximalen Durchmessers DM des Messeinsatzes zur Stufe der Bohrung bezeichnet und mit η = d^2 und RM = DM/2 folgende

Gleichung gilt: a <^R2m [0016] Insbesondere wird vorgeschlagen, einen Messeinsatz mit einer flachen Stirnseite oder einer abgestuften Form zu verwenden, der die oben genannten Kriterien erfüllt.

[0017] Durch die einseitig abgeflachte oder abgestufte Formgebung kann der Messeinsatz bis an die Stufe in der Bohrung herangeführt werden und es können auch die Bereiche der Bohrung vermessen werden, die unmittelbar an die Stufe angrenzen. Ein vorzeitiges Anschlägen des Messeinsatzes an der Kante der Stufe wird vermieden und damit auch eine Beschädigung des zu vermessenden Bauteiles bzw. des Messeinsatzes. Durch die abgestufte Form bzw. die Halbkugelform des Messeinsatzes kann es lediglich Vorkommen, dass der Messeinsatz flach auf der Stufe zu liegen kommt, wodurch keine Beschädigung des Werkstückes bzw. des Messeinsatzes zu befürchten ist.

[0018] In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird als Messeinsatz eine Halbkugel mit einer flachen Seite verwendet. Der Messeinsatz wird mit der flachen Seite voraus in die zu vermessende Bohrung eingeführt. Die Halbkugel kann an ihrer flachen Seite eine angeformte Nase aufweisen, die sich über die Stufe hinaus bis in den Teil der zu vermessenden Bohrung mit kleinerem Durchmesser fortsetzt.

[0019] In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung kann der Messeinsatz als ein abgestufter Zylinder ausgebildet sein bzw. ein abgestufter zylindrischer Ring. Die jeweiligen Außendurchmesser der Abschnitte des Messeinsatzes sind an die abgestuften Durchmesser der zu vermessenden Bohrung angepasst.

[0020] Das Messverfahren setzt voraus, dass immer ausreichend Messfluid, vorzugsweise Druckluft, durch den verbleibenden Spalt zwischen dem Messeinsatz und der Wandung der Bohrung hindurchströmt. Bei einem Aufsetzen des Messeinsatzes auf der Stufe würde jedoch der Fluidstrom unterbrochen, wodurch die Messvorrichtung beschädigt bzw. der Messvorgang gestört werden würde. Erfindungsgemäß kann das verhindert werden, indem durch entsprechende an einer Seite des Messeinsatzes eingeformte Kanäle oder Nuten ein zwangsweiser Durchfluss des Fluids sichergestellt wird. Insbesondere kann aber auch der Messvorgang und damit die Zufuhr des Fluids bei Erreichen eines Schwellwertes für den gemessenen Staudruck oder die gemessene Durchflussrate unterbrochen werden.

[0021] Erfindungsgemäß wird bei der vorgeschlagenen Messvorrichtung also ein Messeinsatz mit definierten Abmessungen und mit einer flachen Stirnseite oder einer abgestuften Form verwendet, um eine abgestufte Bohrung vermessen zu können.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

[0022] Figur 1 zeigt einen vereinfachten Schnitt durch die Lagerbüchse und einen Teil des

Messeinsatzes der Messvorrichtung.

[0023] Figur 2 zeigt einen Schnitt durch eine Lagerbüchse und einen Teil eines Messeinsat zes gemäß dem Stand der Technik.

[0024] Figur 3 zeigt eine abgewandelte Formgebung des Messeinsatzes.

[0025] Figur 4 zeigt eine weitere abgewandelte Form des Messeinsatzes.

[0026] Figur 5 zeigt eine Ausgestaltung ähnlich zu Fig. 1 mit weiteren Variablen zur Bema ßung [0027] Figur 6 zeigt eine weitere abgewandelte Form des Messeinsatzes.

BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN DER ERFINDUNG

[0028] Figur 1 zeigt schematisch einen Schnitt durch eine Lagerbüchse 10 mit einer zu vermessenden Lagerbohrung 12 zusammen mit einem erfindungsgemäßen Messeinsatz 24 und weite- ren Komponenten der Messanordnung.

[0029] Die Lagerbüchse 10, beispielsweise die Lagerbüchse eines fluiddynamischen Lagers, weist eine Lagerbohrung 12 auf, in welcher eine Welle (nicht dargestellt) drehbar gelagert werden kann. Die Lagerbohrung 12 ist abgestuft ausgebildet, d. h. sie weist eine Stufe 14 auf, welche die Lagerbohrung 12 in einen Abschnitt mit kleinerem Innendurchmesser (oben) und einen Abschnitt mit größerem Innendurchmesser (unten) unterteilt. Zur Gruppierung, d. h. Paarung der Lagerbüchse mit einer passenden Welle, ist es notwendig, insbesondere die Lagerbohrung 12 zu vermessen, damit eine Welle dieser Lagerbüchse 10 mit der Lagerbohrung zugeordnet werden kann.

[0030] Zur Vermessung der Lagerbohrung 12 wird ein Fluiddruckmessverfahren verwendet, wie es aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt ist. Dabei wird die Lagerbüchse 10 auf eine Auflageplatte 16 aufgesetzt, die gegenüber der Lagerbohrung mit einer Dichtung 18 abgedichtet ist. In der Auflageplatte ist eine Luftzuführung 20 zur Zuführung eines Fluids, vorzugsweise Druckluft, vorgesehen, durch welche ein permanenter Luftstrom 22 von unten in die Lagerbohrung 12 eingeleitet werden kann.

[0031] Zur Vermessung der Lagerbohrung 12 dient der Messeinsatz 24, der in dieser Ausgestaltung der Erfindung beispielsweise halbkugelförmig ausgebildet ist, wobei dessen größter Außendurchmesser geringfügig kleiner ist als der kleinste zu erwartende Innendurchmesser der zu vermessenden Lagerbohrung 12 innerhalb der Positionen, an denen die Messung durchgeführt wird. Im dargestellten Beispiel wird der Abschnitt der Lagerbohrung 12 mit größerem Innendurchmesser vermessen, zur Vermessung der Positionen Z4 bis Z6 des Abschnitts der Lagerbohrung mit kleinerem Innendurchmesser muss ein Messeinsatz mit entsprechend kleinerem Außendurchmesser verwendet werden.

[0032] Der Messeinsatz 24 ist an einer Führungsstange 26 befestigt, die entlang der Mittelachse der Lagerbohrung 12 in Bewegungsrichtung 28 verschiebbar ist, sodass der Messeinsatz 24 innerhalb der Lagerbohrung axial positioniert werden kann.

[0033] Zur Vermessung der Lagerbohrung 12 wird nun der Messeinsatz 24 mit der abgeflachten Seite voraus bis zu einer entsprechenden Position der Lagerbohrung 12, beispielsweise Position Z3, eingeführt. Zwischen dem Außenumfang des Messeinsatzes 24 und dem Innenumfang der Lagerbohrung 12 verbleibt ein Spalt 30. Nun wird ein Luftstrom 22 über die Luftzuführung 20 von einem Ende der Lagerbohrung 12 eingeleitet. Der Luftstrom 22 trifft auf die abgerundete Seite des Messeinsatzes 24 und umströmt diesen, wobei der Spalt 30 als Drossel für den Luftstrom 22 wirkt. Dadurch baut sich unterhalb der abgerundeten Seite des Messeinsatzes 24 ein Staudruck P auf bzw. es stellt sich oberhalb des Messeinsatzes 24 eine Luftströmung 32 mit einer bestimmten Durchflussrate ein. Der Staudruck P bzw. die Durchflussrate sind direkt abhängig von der Breite des Spaltes 30 zwischen der Wand der Lagerbohrung 12 und dem Außenumfang des Messeinsatzes 24. Der Staudruck P ist umso größer, je kleiner der Spalt 30 zwischen dem Messeinsatz 24 und der Lagerbohrung 12 ist. Die Durchflussrate der Luftströmung 32 ist umso kleiner, je kleiner der Spalt 30 zwischen dem Außendurchmesser des Messeinsatzes 24 und dem Innendurchmesser der Lagerbohrung 12 ist.

[0034] Die Messvorrichtung umfasst eine Steuerungs- und Auswertevorrichtung 34, welche mittels einer Druckmesseinrichtung 38 den Staudruck P unterhalb des Messeinsatzes 24 misst. Zusätzlich oder alternativ kann die Steuerungs- und Auswertevorrichtung mittels eines Volumenstrommessgerätes 36 den Volumenstrom der Luftströmung 32 messen, die sich nach dem Passieren des Spaltes 30 einstellt. Der gemessene Staudruck P bzw. der Volumenstrom der Luftströmung 32 werden ausgewertet und durch entsprechende Umsetzungsfaktoren, die durch eine zuvor durchgeführte Kalibrierung ermittelt wurden, in einen Messwert für die Spaltbreite des Spaltes 30 umgerechnet. Die Kalibrierung wird durchgeführt, indem ein geeigneter Messeinsatz 24 in die Messeinrichtung montiert wird und eine 2-Punkt Kalibrierung mittels zweier vermessener Ringe durchgeführt wird. Dabei bestimmen die Ringe den oberen und unteren Messbereichsendwert, wobei sowohl die Innendurchmesser als auch die Differenz der Innendurchmesser der beiden Ringe innerhalb des vom Messgerätehersteller vorgegebenen Be reichs liegen muss. Ein weiterer, zuvor vermessener Ring, dient zur Überprüfung und liegt mit seinem Innendurchmesser vorzugsweise in der Mitte des durch die Messbereichsendwerte vorgegebenen Bereichs.

[0035] Die Steuerungs- und Auswerteeinrichtung 34 steuert außerdem eine Pumpe 40, die mit der Luftzuführung 20 verbunden ist und einen entsprechenden Luftstrom 22 erzeugt. Der Druck des Luftstroms 22 wird durch eine Druckmesseinrichtung 42 gemessen.

[0036] Durch den erfindungsgemäßen halbkugelförmigen Messeinsatz 24 kann der untere Abschnitt der Lagerbohrung 12 mit größerem Innendurchmesser sowohl an den Positionen Z1 und Z2 als auch an der Position Z3 vermessen werden, ohne dass der Messeinsatz 24 an der Stufe 14 anschlägt und das Werkstück, hier die Lagerbüchse 10, beschädigt.

[0037] Beim Stand der Technik, der in Figur 2 dargestellt ist, wird entsprechend dieselbe Messvorrichtung und derselbe Messaufbau verwendet wie in Figur 1. Es ist jedoch als Messeinsatz 124 eine Kugel vorgesehen, welche nicht geeignet ist, um eine abgestufte Lagerbohrung 12 an allen axialen Positionen zu vermessen. Man erkennt, dass zwar die Positionen Z1 und Z2 in Figur 2 vermessen werden können, jedoch die Kugel zur Vermessung der Position Z3 nicht geeignet ist, da die Kugeloberfläche dann bereits an der Stufe 14 der Lagerbohrung 12 anschlagen würde und das Werkstück 10 bzw. der Messeinsatz 124 beschädigt werden würde.

[0038] Figur 3 zeigt eine andere mögliche Ausgestaltung eines Messeinsatzes 224, welcher im Wesentlichen als Halbkugel mit einem nasenförmigen Fortsatz 224a an der flachen Seite der Halbkugel ausgebildet ist. Der Vorteil dieses Werkzeuges 224 liegt in der besseren Selbstzentrierung in der Lagerbohrung durch die Umströmung des nasenförmigen Fortsatzes 224a mit der eingeleiteten Druckluft.

[0039] Figur 4 zeigt einen anderen Messeinsatz 324, der im Wesentlichen identisch zum Messeinsatz 24 aus Figur 1 ausgebildet ist. An seiner flachen Stirnseite, die dem Luftstrom 22 abgewandt ist, weist dieser Messeinsatz 324 jedoch Kanäle 324a, 324b auf, welche auch einen Luftstrom durch den Spalt 30 gewährleisten, wenn der Messeinsatz 324 auf der Stufe 14 der Lagerbohrung 12 aufliegt. Das vermeidet eine Beschädigung der Messvorrichtung bzw. einen Überdruck in der Messeinrichtung. Ferner kann dann die Lagerbohrung 12 eventuell auch noch bei einem Aufliegen des Messeinsatzes 324 auf der Stufe 14 vermessen werden. Insbesondere kann aber auch der Messvorgang und damit die Zufuhr des Fluids bei Erreichen eines Schwellwertes für den gemessenen Staudruck P oder der gemessenen Durchflussrate unterbrochen werden.

[0040] Figur 5 zeigt die verschiedenen Variablen und Abmessungen im Aufbau des Messeinsatzes. Der Messeinsatz 24 ist unterteilt in einen Bereich, der sich innerhalb des größeren Innendurchmessers d2 der Bohrung 12 befindet und einen Bereich, der sich innerhalb des kleineren Innendurchmessers di der Bohrung 12 befinden kann. Die Umrisslinie des Messeinsatzes 24 darf nicht an der inneren Ecke der Stufe 14 anschlagen. Zuerst erfolgt dazu eine Definition der Variablen: [0041] Dm ist der maximale Durchmesser des Messeinsatzes 24 innerhalb des größeren In nendurchmessers d2 der Bohrung senkrecht zur Bewegungsrichtung 28 des Messeinsatzes und in Bezug auf seine Symmetrieachse. Ist dieser Durchmesser an mehreren Stellen des Messeinsatzes vorhanden, so ist für die Position von DM die Stelle innerhalb des Messeinsatzes 24 zu nehmen, die bei der Messung den kleinsten Abstand in Bewegungsrichtung zur Stufe 14 hat.

[0042] Rx ist ein Radius des Messeinsatzes 24 an einer beliebigen Stelle senkrecht in Bezug auf seine Symmetrieachse [0043] di ist der kleinere Innendurchmesser der Bohrung 12 [0044] d2 ist der größere Innendurchmesser der Bohrung 12 [0045] Mit ri =·γ und r2=~^ ur|d rm =~^~ wird definiert: [0046] a ist das Abstandsmaß in Bewegungsrichtung 28 vom Punkt des maximalen Durch messers Dm des Messeinsatzes 24 zur Stufe 14 der Bohrung.

[0047] b ist das maximale Abstandsmaß in Bewegungsrichtung innerhalb des Abschnitts des

Messeinsatzes 24, der sich innerhalb des größeren Innendurchmessers d2 der Bohrung 12 befindet, vom Punkt des maximalen Durchmessers DM des Messeinsatzes in Richtung zur Stufe 14 in einem Bereich Rx > η, der senkrecht zur Bewegungsrichtung angeordnet ist und symmetrisch in Bezug zu seiner Symmetrieachse und radial begrenzt wird durch den Abstand Rxdes Messeinsatzes mit < Rx < r2.

[0048] Bei der Betrachtung einer bisher verwendeten Kugeloberfläche als Messeinsatz (siehe Figur 2) gilt für eine Berührung der Kugeloberfläche mit Durchmesser DM mit der Kontur der inneren Ecke der Stufe 14:

oder [0049] mit R = D/2 und η = di/2.

[0050] d. h. das minimale Abstandsmaß in Bewegungsrichtung vom Mittelpunkt des maximalen Durchmessers DM des Messeinsatzes 124 zur Stufe 14 ist bei Verwendung einer Kugeloberfläche gemäß dem Stand der Technik durch diese Werte definiert und begrenzt.

[0051] Um dieser Begrenzung zu entgehen, muss der Messeinsatz 24 im Bereich des größeren Innendurchmessers d2 der Bohrung 12 mit seinem Außenradius wie folgt gestaltet sein: [0052] 1. Im Bereich η < Rx < RM gilt:

[0053] 2. Wenn sich Bereiche des Messeinsatzes 24 innerhalb des kleineren Innendurchmessers di der Bohrung 12 befinden, so muss der Durchmesser dieses Teils des Messeinsatzes 24 kleiner als di sein und die Länge dieses Abschnitts des Messeinsatzes 24 so bemessen sein, dass der Messeinsatz 24 innerhalb oder oberhalb des kleineren Innendurchmessers di der Bohrung 12 nicht anstößt, bevor der Abschnitt des Messeinsatzes 24 im Bereich des größeren Innendurchmessers d2 der Bohrung 12 an der Stufe anstößt.

Mit anderen Worten muss daher die Bohrung 12 in ihrem Abschnitt mit größerem Innendurchmesser d2 in einem Abstand a vermessen werden, wobei a innerhalb des Abschnitts mit größerem Innendurchmesser d2 das Abstandsmaß in Bewegungsrichtung vom Punkt eines maximalen Durchmessers DM des Messeinsatzes 24 zur Stufe 14 bezeichnet und mit η = d^2 und RM=

Dm/2 folgende Gleichung gilt:

[0054] Schließlich zeigt Figur 6 einen Messeinsatz 424, der im Wesentlichen als zylindrische Scheibe ausgebildet ist und ebenfalls einen Fortsatz 424a aufweist, der bis in den Bereich der Lagerbohrung 12 mit geringem Innendurchmesser reicht.

[0055] Mit dem Messeinsatz gemäß Figur 6 lassen sich beispielsweise auch Sacklochbohrungen in einem Bauteil 11 vermessen. Hierbei wird jedoch der Luftstrom 22 durch das Werkzeug 424 hindurch über eine zentrale Bohrung 424b in die Kanäle 424c und 424d in die Sacklochbohrung eingeleitet. Dabei muss der Bereich des Messeinsatzes 424, der in den Abschnitt der Bohrung 12 mit kleinerem Innendurchmesser di eintaucht, von der Länge her entsprechend gestaltet sein.

[0056] Das beschriebene Verfahren mit Messeinsätzen gemäß der Erfindung funktioniert auch, wenn bei einem anderen Aufbau die zugeführte Luft nicht von der Führungsseite der Messeinsätze zugeführt wird, sondern die Luftzuführung 22 und Staudruckmesseinrichtung 38 auf der gegenüberliegenden Seite angeordnet sind.

LISTE DER BEZUGSZEICHEN 10 Lagerbüchse 11 Bauteil 12 Lagerbohrung 14 Stufe 16 Auflageplatte 18 Dichtung 20 Luftzuführung 22 Luftstrom 24 Messeinsatz 26 Führungsstange 28 Bewegungsrichtung 30 Spalt 32 Luftströmung 34 Steuerungs- und Auswerteeinrichtung 36 Volumenstrommessgerät 38 Druckmesseinrichtung 40 Pumpe 42 Druckmesseinrichtung 124 Messeinsatz (Stand der Technik) 224 Messeinsatz 224a Nasenförmiger Fortsatz 324 Messeinsatz 324a, 324b Kanal 424 Messeinsatz 424a Fortsatz 424b Zentrale Bohrung 424 c, d Kanal Z1-Z6 Position P Staudruck

Dm Maximaler Durchmesser des Messeinsatzes senkrecht zur Bewegungsrichtung in

Bezug auf seine Symmetrieachse

Rx Rx ist der Radius des Messeinsatzes an einer beliebigen Stelle senkrecht in

Bezug auf seine Symmetrieachse di Kleinerer Innendurchmesser der Bohrung d2 Größerer Innendurchmesser der Bohrung a Abstandsmaß in Bewegungsrichtung vom Punkt des maximalen Durchmessers

Dm des Messeinsatzes zur Stufe 14 b Maximales Abstandsmaß innerhalb des Messeinsatzes

Claims (12)

1. Patentansprüche

   1. Verfahren zur Vermessung einer abgestuften Bohrung (12) in einem Werkstück (10, 11), die aus einem Abschnitt mit einem kleineren Innendurchmesser (di) und einem Abschnitt mit einem größeren Innendurchmesser (d2) besteht, an deren Übergang eine Stufe (14) gebildet ist, mit den Schritten: Zuführen eines Fluids in die Bohrung (12), Einführen eines entlang der Bohrung positionierbaren Messeinsatzes (24, 124, 224, 324, 424) in die Bohrung (12), der im Messbereich rotationssymmetrisch bezüglich der Bewegungsrichtung (28) des Messeinsatzes (24, 124, 224, 324, 424) ausgebildet ist, wobei der größte Außendurchmesser DM des Messeinsatzes geringfügig kleiner ist als der Innendurchmesser der Bohrung innerhalb der Positionen (Z1, Z2, Z3), an denen die Messung durchgeführt wird, so dass ein Spalt (30) zwischen dem Innenumfang der Bohrung und dem größten Außenumfang des Messeinsatzes gebildet wird, Messen eines von der Breite des Spalts (30) abhängigen Staudrucks (P) und/oder einer Durchflussrate des Fluids durch den Spalt (30) an einer aktuellen Position des Messeinsatzes, Ermitteln des Innendurchmessers der Bohrung (12) an der aktuellen Position des Messeinsatzes durch Auswerten des gemessenen Staudrucks (P) und/oder der gemessenen Durchflussrate,

   wobei die Bohrung (12) in ihrem Abschnitt mit größerem Innendurchmesser (d2) in einem Abstand (a) vermessen wird, wobei der Messeinsatz in der Bohrung so positioniert wird, dass der Abstand (a) innerhalb des Abschnitts mit größerem Innendurchmesser (d2) das Abstandsmaß in Bewegungsrichtung vom Punkt eines maximalen Durchmessers DM des Messeinsatzes zur Stufe (14) bezeichnet und mit n = di/2 und RM= DM/2 folgende Gleichung dadurch gekennzeichnet, dass zur besseren Selbstzentrierung des Messeinsatzes (24, 124, 224, 324, 424) und/oder zur Führung des Fluids ein Messeinsatz (224; 424) mit einer flachen Seite und einem an die flache Seite angeformten Fortsatz (224a; 424a) verwendet wird, und/oder ein Messeinsatz (24; 324; 424) mit einer flachen Seite verwendet wird, der auf der flachen Seite eingeformte Kanäle oder Nuten (324a, 324b; 424c, 424d) aufweist.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Messeinsatz (24, 324) ein halbkugelförmiger Messeinsatz mit einer flachen Seite verwendet wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Messeinsatz (424) ein abgestufter Zylinder verwendet wird.
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhr des Fluids bei Erreichen eines Schwellwertes für den gemessenen Staudruck (P) oder die gemessene Durchflussrate unterbrochen wird.
5. 5. Vorrichtung zur Vermessung einer abgestuften Bohrung (12) in einem Werkstück (10, 11), die aus einem Abschnitt mit einem kleineren Innendurchmesser (di) und einem Abschnitt mit einem größeren Innendurchmesser (d2) besteht, an deren Übergang eine Stufe (14) gebildet ist, welche umfasst: eine Zuführvorrichtung (20) zum Zuführen eines Fluids in die Bohrung (12), eine Einführvorrichtung (26) zum Einführen und Positionieren eines Messeinsatzes (24, 124, 224, 324, 424) in der Bohrung (12), der im Messbereich rotationssymmetrisch bzgl. der Bewegungsrichtung (28) des Messeinsatzes (24, 124, 224, 324, 424) ausgebildet ist, wobei der größte Außendurchmesser DM des Messeinsatzes geringfügig kleiner ist als der Innendurchmesser der Bohrung innerhalb der Positionen (Z1, Z2, Z3), an denen die Messung durchgeführt wird, so dass ein Spalt (30) zwischen dem Innenumfang der Bohrung und dem größten Außenumfang des Messeinsatzes gebildet wird, eine Messvorrichtung (36; 38) zum Messen eines von der Breite des Spalts abhängigen Staudrucks (P) und/oder einer Durchflussrate des Fluids an einer aktuellen Position des Messeinsatzes, eine Auswertungseinrichtung (34) zum Ermitteln des Innendurchmessers der Bohrung an der aktuellen Position des Messeinsatzes durch Auswerten des Staudrucks (P) und/oder der Durchflussrate, und einem Messeinsatz (24, 124, 224, 324, 424), der im Messabschnitt für den größeren Innendurchmesser (d2) so gestaltet ist, das der Messeinsatz einen Radius Rx an einer beliebigen Stelle senkrecht in Bezug auf dessen Symmetrieachse hat und, mit n=di/2 und r2=d2/2 der maximale Radius (RM) des Messeinsatzes im Bereich n < RM < r2 liegt, und wobei b im Messbereich für den größeren Innendurchmesser im Bereich Rx > η das maximale Abstandsmaß innerhalb des Messeinsatzes in Bewegungsrichtung, gemessen von demjenigen Punkt des maximalen Durchmessers DM des Messeinsatzes, der in Richtung zur Stufe (14) am nächsten zur Stufe (14) gelegen ist, bezeichnet, und der Messeinsatz so gestaltet ist, dass mit RM=DM/2 folgende Gleichung gilt: Im Bereich n < Rx < RM dadurch gekennzeichnet,

   dass der Messeinsatz (224; 424) mit einer flachen Seite und einem an die flache Seite angeformten Fortsatz (224a; 424a) ausgebildet ist, und/oder dass der Messeinsatz (24; 324; 424) mit einer flachen Seite ausgebildet ist und an einer dem Fluidstrom abgewandten oder zugewandten Seite eingeformte Kanäle oder Nuten (324a, 324b; 424c, 424d) aufweist.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Messeinsatz (24, 124, 224, 324, 424) mit einer abgestuften Form zur Vermessung einer abgestuften Bohrung ausgebildet ist.
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Messeinsatz (24, 324) halbkugelförmig mit einer flachen Seite ausgebildet ist.
8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Messeinsatz (424) als ein abgestufter Zylinder ausgebildet ist.
9. 9. Messeinsatz (24, 124, 224, 324, 424) zur Vermessung einer abgestuften Bohrung (12) in einem Werkstück (10, 11), wobei die abgestufte Bohrung (12) aus einem Abschnitt mit einem kleineren Innendurchmesser (di) und einem Abschnitt mit einem größeren Innendurchmesser (d2) besteht, an deren Übergang eine Stufe (14) gebildet ist, wobei der Messeinsatz im Messbereich für den größeren Innendurchmesser rotationssymmetrisch bzgl. der Bewegungsrichtung (28) des Messeinsatzes (24, 124, 224, 324, 424) ausgebildet ist und einen größten Außendurchmesser DM aufweist, und wobei der Messeinsatz einen Radius Rx an einer beliebigen Stelle senkrecht in Bezug auf dessen Symmetrieachse hat und mit r1=d!/2 und r2=d2/2 der Radius (Rx) des Messeinsatzes im Bereich η < Rx < RM < r2 liegt, und wobei b im Messbereich für den größeren Innendurchmesser im Bereich Rx > η das maximale Abstandsmaß innerhalb des Messeinsatzes in Bewegungsrichtung, gemessen von demjenigen Punkt des maximalen Durchmessers DM des Messeinsatzes, der in Richtung zur Stufe (14) am nächsten zur Stufe (14) gelegen ist, bezeichnet, und der Messeinsatz so gestaltet ist, dass mit RM=DM/2 folgende Gleichung gilt: Im Bereich n < Rx < RM dadurch gekennzeichnet,

   dass der Messeinsatz (224; 424) mit einer flachen Seite und einem an die flache Seite angeformten Fortsatz (224a) ausgebildet ist, und/oder dass der Messeinsatz (24; 324; 424) mit einer flachen Seite ausgebildet ist, wobei der Messeinsatz (24; 324; 424) an einer dem Fluidstrom abgewandten oder zugewandten Seite eingeformte Kanäle oder Nuten (324a, 324b; 424c, 424d) aufweist.
10. 10. Messeinsatz nach Anspruch 9 zur Vermessung einer abgestuften Bohrung mittels eines Fluiddruckmessverfahrens, gekennzeichnet durch eine flache Stirnseite oder eine abgestufte Form.
11. 11. Messeinsatz nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass er halbkugelförmig (24; 324) mit einer flachen Seite ausgebildet ist.
12. 12. Messeinsatz nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass er als ein abgestufter Zylinder (424) ausgebildet ist. Hierzu 3 Blatt Zeichnungen