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Die Erfindung betrifft ein Gerät zum Prüfen von
Eigenschaften konischer Teiler mit Tragmitteln, von den
Tragmitteln getragene Antriebsmittel zum Abstützen und Rotieren
der konischen Teile, wobei die Antriebsmittel mindestens
zwei von den Tragmitteln getragene, im wesentlichen
zylindrische Walzen aufweisen und zwei geometrische
Rotationsachsen bilden, die zueinander nicht parallel liegen, und
mit Motormitteln, die mit den zylindrischen Walzen für
deren Rotation verbunden sind, und mit Prüfmitteln
einschließlich einer Sonde, die in der Lage ist, die konischen
Teile bei deren gegenseitiger kombinierter Bewegung aus
Rotation und Vorschub abzutasten.
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Es ist bekannt, Prüfvorgänge wie zerstörungsfreie
Prüfvorgänge mechanischer Teile auszuführen, um deren Qualität
nach der Bearbeitung in Werkzeugmaschinen zu überprüfen,
wobei dies gerade für eine Massenherstellung wesentlich
ist, um den sehr strengen Anf orderungen hinsichtlich der
Zuverlässigkeit und Sicherheit der Komponenten bei
Beanspruchung zu genügen.
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Im besonderen Fall von Wälzkörpern ist es wesentlich, die
Wälzflächen zu prüfen, um Risse, Fehler oder andere Schäden
festzustellen.
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Das Prüfen kann mit berührungsfreien Sonden durchgeführt
werden, wie optischen Sonden oder Wirbelstromsonden, die
mögliche Schäden an den Flächen bei gegenseitiger
Drehbewegung von Sonde und Teil feststellen. Um die ganze
Oberfläche zu überprüfen, werden die Rotationsbewegungen mit
Translationsbewegungen kombiniert, so dar die Sonde die
gesamte Oberfläche abtasten kann. Die kombinierten
gegenseitigen Bewegungen lassen sich in verschiedener Weise
erhalten, beispielsweise indem die Teile verschoben werden
und die Sonde um die Rollenachse rotiert, oder indem die
Teile um ihre Achse rotieren und die Sonde
Translationsbewegungen im wesentlichen parallel zur Prüfoberfläche
ausführen, usw..
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Da zu einem gewissen Grade die Oberflächenschäden der Teile
in einer stochastischen Verteilung auftreten, reicht eine
Stichproben-Überprüfung nicht aus; es ist vielmehr nötig,
alle Teile zu prüfen. Zu diesem Zweck können die Rollen,
die beispielsweise nach einem Schleifen oder einer
Endbearbeitung von einer Werkzeugmaschine kommen, in einer Reihe
auf einem Förderer zu den Prüf sonden geführt werden, welche
die Außenflächen abtasten.
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Die Prüfung konischer Rollen ist wegen der bei der
gegenseitigen Anordnung der Teile und der Sonden auftretenden
Probleme schwierig, was davon herrührt, dar bei der
gegenseitigen Rotation und den Translationsbewegungen ein im
wesentlicher konstanter Abstand zwischen jeder Sonde und
der zu Prüfenden Oberfläche eingehalten werden muß.
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US-A-3,787,983, auf welches sich der Oberbegriff des
Anspruchs 1 bezieht, schildert ein Gerät zur
Oberflächenprüfung konischer Rollen, bei denen die Rollen jeweils einzeln
in einer Prüfstation angeordnet werden, in der passende
rotierende Tragmittel deren axiale Rotation veranlassen,
während Anschlagmittel Translationsverschiebungen verhindern
und eine Prüfsonde in Längsrichtung oszillieren kann. Die
Anordnung der rotierenden Tragmittel ist derart, daß die
Außenf läche des rotierenden Teils im Längs schnitt eine
Linie parallel zur Längsrichtung bildet, wodurch ein
konstanter Abstand zwischen der Sonde und der Oberfläche
beibehalten werden kann und die Sonde die Oberfläche abtasten
kann.
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Das in dem vorgenannten U.S. Patent beschriebene Gerät
bedient sich einer eher komplexen und empfindlichen Anordnung
zum Positionieren und Verschieben der Teile und der Sonde,
wobei verschiedene Elemente vorgesehen sind, welche
koordinierte Bewegungen zum Zuführen der Teile ausführen, sowie
zum Einsetzen zwischen die rotierenden Tragmittel, zum
Verschieben der Teile gegen die Anschlagmittel, zum
Heranführen der rotierenden Tragmittel an die Teile, zum Rotieren
der Tragmittel und gleichzeitig zum Oszillieren der Sonde,
Abgeben der Teile und Abf ördern. Diese Vorrichtung muß für
die Prüfung jedes Teils eigens betätigt werden und deshalb
ist der Betriebsablauf ziemlich langsam und komplex.
Außerdem können die vorgenannten Schritte den Oberflächenzustand
der Teile verändern, infolge von Verschleiß an der
Rollenoberfläche und an der die Anschlagmittel berührenden
Fläche, sowie auch hinsichtlich der auf das zu prüfende Teil
ausgeübten beträchtlichen Kräfte.
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Es ist auch bekannt, Gegenstände mit Hilfe von nicht
parallelen Walzen zu transportieren, welche die Gegenstände
abstützen und um benachbarte Achsen rotieren.
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US-A-3,260,390 zeigt einen Förderer zum Transportieren
länglicher Gegenstände, wie Röhren, und besteht aus
mehreren Rollen (z.B. "Flugzeug-Fahrgestellräder kleiner
Größe"), die längs zweier schräger Achsen angeordnet sind.
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Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, ein Prüfgerät zum
Prüfen der Oberflächenbeschaffenheit konischer Teile zu
schaffen, ohne dar ernstliche Probleme bei der Anordnung
der Teile und die Nachteile des Standes der Technik
auftreten.
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Die genannten Aufgabe ist erfindungsgemäß mit den Merkmalen
des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Das hauptsächliche, mit dem er indungsgemäßen Gerät
erzielte Ergebnis liegt darin, daß es möglich ist, konische Teile
automatisch und der Reihe nach schnell, einfach und
zuverlässig zu prüfen, während die Teile in einer Reihe
transportiert werden und eine Werkzeugmaschine nach einem
Bearbeitungsvorgang verlassen. Einige Vorteile des
erfindungsgemäßen Geräts liegen in der Verwendung einer begrenzten
Anzahl beweglicher Elemente, was die Robustheit und
Einfachheit des Prüfvorgangs verbessert, sowie in der
Möglichkeit, dar Teile unterschiedlicher Abmessungen und mit
Wälzflächen mit unterschiedlichen Winkeln mit Hilfe
einfacher und schneller Abläufe geprüft werden können.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher
erläutert, in der ein Ausführungsbeispiel dargestellt ist.
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Es zeigen:
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Fig. 1 eine schematische Seitenansicht, teilweise
geschnitten, eines erfindungsgemäßen Geräts;
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Fig. 2 eine Vorderansicht des Geräts der Fig. 1 mit
einigen Teilen im Schnitt längs der Linie II-
II in Fig.1, wobei andere Einzelheiten
weggelassen sind;
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Fig. 3 eine Draufsicht auf einige Bauteile des Geräts
der Fig. 1 und 2 und
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Fig. 4 eine schematische Seitenansicht, teilweise im
Schnitt und mit einigen weggelassenen Bauteilen
eines Geräts in einer anderen Ausführungsform.
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Entsprechend einer bestmöglichen Ausführungsform der
Erfindung besitzt das Gerät in den Fig. 1, 2 und 3 Tragmittel
mit einer Basis 1 und Tragelementen 2, 3, 4 und 5 an der
Basis 1, die transversal einstellbar sind. Transversale
Führungen in der Basis 1, die in der Zeichnung schematisch
dargestellt und mit den Bezugszeichen 6, 7, 8 und 9
versehen sind, lagern Teile 2', 3', 4' und 5' der Tragelemente 2
bis 5 und definieren die jeweiligen Einstellrichtungen.
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Zwei Wellen 10 und 11 werden an den Elementen 2, 3 und 4, 5
jeweils längs zweier in der gleichen Ebene liegender
geometrischer Achsen parallel zur Basis 1 gelagert und verlaufen
in Längsrichtung und können sich frei um ihre Achsen
drehen.
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Die Tragelemente 2 bis 5 sind in der Zeichnung schematisch
dargestellt. Um zu vereinfachen, sind die folgenden
Merkmale nicht im einzelnen dargestellt: Die Abstützung für die
Wellen 10 und 11 und an sich bekannte Anordnungen
(beispielsweise Lager) zwischen den Abstützungen und den
Wellen, damit sich diese drehen können; Mittel für eine
Winkelverschiebung der Abstützungen und der zugehörigen, von
ihnen getragenen Wellen gegenüber den Teilen 2' bis 5', um
Abweichungen bei den geometrischen Rotationsachsen zu
kompensieren; und Verriegelungen zum Fixieren der Tragelemente
nach jeder Einstellung.
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Die Walzenmittel bestehen aus zwei im wesentlichen
zylindrischen Zuführwalzen 12 und 13, die koaxial an den Wellen
10 und 11 befestigt sind und um ihre vorgenannten
geometrischen Achsen rotieren. Die Walzen 12 und 13 haben den
gleichen Außendurchmesser oder leicht unterschiedliche
Durchmesser.
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Für die Tragmittel sind Einstellmittel mit zwei Stangen 14
und 15 vorgesehen, von denen jede mit einem Griff 16 (17)
versehen ist, und einen Abschnitt mit einem rechtsgängigen
Schraubengewinde 18(1) und einen Abschnitt mit einem
linksgängigen Schraubengewinde 20 (21) und einen mittleren
Abschnitt 22 (23) ohne Gewinde, doch mit Referenzlächen,
aufweist. Die Abschnitte 18, 19 bzw. 20, 21 mit einem
rechtsgängigen und linksgängigen Schraubengewinde sind
jeweils mit den entsprechend mit Gewinde versehenen
Abstützungen der Teile 2', 3' bzw. 4', 5' der Tragelemente 2 bis
5 verbunden.
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Verriegelungselemente 24 und 25 sind mit der Basis 1
verbunden und lagern die gewindelosen Abschnitte 22, 23, so
daß die Stangen 14 und 15 lediglich Rotationsbewegungen um
ihre Achsen ausführen können.
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An den Enden der Wellen 10 und 11 sind Scheiben 26 und 27
befestigt. Die Basis 1 trägt einen Motor 28, dessen Welle
29 zwei koaxiale Scheiben 30 und 31 aufweist. Riemen 32 und
33 umschlingen die Scheiben 26, 30 und 27, 31 und bilden so
zusammen mit dem Motor 28 und seiner Welle 29 die
Antriebsmittel für die Walzen 12 und 13. Die Walzen 12 und 13
rotieren in der gleichen Richtung, wie Fig. 2 zeigt, im
Uhrzeigersinn.
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Die Walze 13 ist zylindrisch und glatt und besteht aus
einem harten Werkstoff wie Stahl und bildet eine
zylindrische Zustellfläche 34 von geringem Reibungskoeffizienten.
Die Walze 12 hat ebenfalls eine im wesentlichen
zylindrische Oberfläche. Sie kann aus hartem Werkstoff hergestellt
werden mit einem Belag aus einem elastischen Werkstoff,
z.B. Kunstgummi, der einen höheren Reibungskoeffizienten
als Stahl besitzt und eine zylindrische Zustellfläche 35
definiert. Ferner besitzt die Walze 12 eine transverale,
kreisförmige Nut 36.
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Die Prüfmittel bestehen aus einer Abtasteinrichtung 37, die
teilweise in der Nut 36 der Walze 12 liegt und eine Sonde
38 aufweist, beispielsweise vom bekannten Wirbelstromtyp,
um die Güteeigenschaften der Teile 39 zu prüfen, die
zwischen den Walzen 12 und 13 liegen und von diesen gestützt
werden. Die Anordnung der Sonde 38 in der Nut 36 bildet
einen im wesentlichen transversalen Prüfabschnitt des
Gerätes, in dem die Teile 39 geprüft werden.
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Die Tragmittel besitzen auch eine einstellbare Stütze 40,
die einstellbar mit der Basis 1 und den Tragelementen 2 und
3 verbunden ist und die die Abtasteinrichtung 37
einstellbar trägt. Mittels der vorgenannten Stütze 40 wird die
Abtasteinrichtung 37 in dem transversalen Prüfabschnitt so
angeordnet, daß die Sonde 38 in der Nut 36 im wesentlichen
in einem Bereich liegt, in dem die Oberfläche 35 der Walze
12 eine Tangente zu dem Teil 39 bildet, das durch den
Prüfabschnitt durchläuft, nämlich infolge der Drehung dar Walze
12 und 13 entsprechend dem nachstehend beschriebenen
Betriebsablauf. Angesichts der Verbindung mit den
Tragelementen 2 und 3 ist die Lage der Stütze 40 auf der Basis 1
zusammen mit der der Walze 12 einstellbar, um die
gegenseitige Anordnung der Sonde 38 und Walzenoberfläche 35
unverändert beizubehalten.
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Verarbeitungs- und Anzeigemittel 41 sind an die
Abtasteinrichtung 37 angeschlossen und erhalten von dieser
elektrische Signale, die sie hiervon erhalten und verarbeiten, um
Informationen über die Oberf lächenqualität der geprüften
Teile 39 zu erhalten.
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Fördermittel sind in Fig. 1 nur schematisch dargestellt,
wobei eine Förderrinne 42 zwischen dem Ende einer
Werkzeugmaschine 43, beispielsweise einer Schleifmaschine oder
einer Feinbearbeitungsmaschine, und den Walzen 12 und 13
liegen, sowie mit einer auslaßseitigen Rinne 44 zwischen
den Walzen 12 und 13 und bekannten Magazinen und/oder
Sortiereinheiten, die in der Zeichnung nicht dargestellt sind.
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Der Betriebsablauf des in den Fig. 1, 2 und 3 zum Prüfen
von Teilen konischer Form (beispielsweise Wälzkörper)
dargestellten Vorrichtung ist wie folgt
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Abhängig von den Abmessungen der zu prüfenden Teile 39
werden die Walzen 12 und 13 eingestellt, insbesondere
hinsichtlich ihres gegenseitigen Abstandes und der Winkellage
ihrer geometrischen Drehachsen. Die Einstellung wird mit
den schematisch dargestellten und vorgenannten Mitteln
ausgeführt, indem man die Griffe 16 und 17 dreht und damit die
Stangen 14 und 15, so daß sich infolge der Verbindungen mit
dem rechtsgängigen und links gängigen Gewinde
entgegengesetzte Verschiebungen ergeben, um die Tragelemente 2, 4
bzw. 3, 5 einander anzunähern oder zu entfernen. Die
Möglichkeit der Einstellung der gegenseitigen Lage der
geometrischen Drehachsen macht es möglich, zwei schmale
Längszonen zu bilden, in denen die sich bewegenden Teile 39 und
jede Walze 12 bzw. 13 stets im wesentlichen einander
tangieren.
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Mit Hilfe der einstellbaren Stütze 14 ist es möglich, die
Position der Abtasteinrichtung 37 und damit der Sonde 38 in
dem transversalen Prüfabschnitt zu justieren. Normalerweise
ist die Justierung nicht erforderlich, weil die Lage der
Sonde 38 gegenüber der Walze 12 infolge der vorgenannten
Verbindung zwischen der Stütze 40 und den Elementen 2 und 3
unverändert bleibt.
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Nach Abschluß der Einstellvorgänge werden die Wellen 10, 11
und damit die Walzen 12, 13 um ihre Längsachsen vom Motor
28 und den anderen vorgenannten Antriebsmitteln gedreht.
Die Abmessungen der Scheiben 26, 27, 30, 31 und der Riemen
32, 34 sind so gewählt, dar die
Oberflächengeschwindigkeiten der Walzen 12 und 13 gleich sind oder die der Walze 12
etwas höher als die der Walze 13 ist.
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Die in einer Reihe 34 ausgerichteten Teile 39, die
entbearbeitet aus einer Werkzeugmaschine 43 austreten, werden in
der Förderrinne 42 zu den Walzen 12 und 13 gefördert und
zwischen diesen aufgegeben. Die Berührungspunkte zwischen
den Teilen 39 und Walzen 12 und 13 liegen in den
vorgenannten schmalen Längszonen. Die Drehung der Walzen 12 und 13
erteilt den Teilen 39 eine kombinierte Bewegungskomponente,
nämlich eine Drehung um die geometrische Achse der Teile
und einen Längsvorschub in Längsrichtung. Die
Geschwindigkeiten der kombinierten Bewegungen sind basismäßig von der
Oberflächengeschwindigkeit der Walzen 12 und 13 abhängig,
sowie von der gegenseitigen Winkellage der Achsen der
Walzen 12 und 13 und der Form der Teile 39.
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Mögliche Oberflächenschäden werden von der Sonde 38 an
jedem Teil 39 im Prüfabschnitt festgestellt, den die Teile 39
in einer Reihe liegend und mit ihren Enden aneinander
anstoßend während der vorgenannten kombinierten Bewegung
durchlaufen. Die Sonde 38 liefert elektrische Signale zum
Verarbeiten und Anzeigen in den Mitteln 41, so dar man
Informationen beispielsweise über Risse oder
Oberflächenschäden an den Teilen 39 erhält. Das Gerät kann weitere an sich
bekannte und nicht dargestellte Abtastmittel aufweisen, um
den Verarbeitungsmitteln 41 ein Signal zu liefern, das
anzeigt, dar im Prüfabschnitt ein Bereich vorliegt, welcher
den benachbarten Enden zweier Teile 39 in einer Reihe 45
entspricht, um solche Änderungen des Sondensignals von
Änderungen infolge von Oberflächenschäden zu unterscheiden.
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Angesichts der vorbeschriebenen Anordnung der Sonde 38
verändert sich der Abstand zwischen der Sonde und der
Augenfläche der konischen Teile 39 innerhalb eines engen
Bereiches, während sich der Teiledurchmesser in dem Prüf
abschnitt während des Vorschubs der Reihe 45 verändert.
Tatsächlich liegt in dem Prüfabschnitt und in jedem anderen
transversalen Abschnitt ein zu prüfender Oberflächenpunkt
in der vorgenannten schmalen Zone, die von dem Kontakt
zwischen dem Teil 39 und der Walze 12 gebildet ist und die
Sonde 38 ist dem Teil 39 entsprechend in dieser Zone
zugekehrt, längs einer im wesentlichen radialen Richtung der
Walze 12. Die kleinen Schwankungen im Abstand und der
Winkellage zwischen der Sonde 38 und dem begrenzten
Abtastbereich, der zu jedem Zeitpunkt von der gleichen Sonde
geprüft wird, haben keinen Einfluß, da sie ausreichend klein
sind, so dar die Sonde in ihrem Betriebsbereich verharrt.
Ähnliches gilt auch für die begrenzten Änderungen der
Oberflächengeschwindigkeit in verschiedenen Punkten der
Teileoberfläche, wie dies von Änderungen des Teiledurchmessers
bedingt ist.
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Die Vorschubgeschwindigkeit wird für ein Teil 39 eines
bestimmten Typs basismäßig von der gegenseitigen Winkellage
der geometrischen Drehachsen der Walzen 12 und 13 bestimmt
und somit macht es die jeweilige Einstellung mit Hilfe der
Stangen 14 und 15 möglich, daß die Sonde 38 während der
kombinierten Bewegung des Teils 39 eine volle Abtastung der
Außenfläche durchführt.
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Die Teile 39 der Reihe 45 werden am Ende der
Vorschubbewegung längs der Walzen 12 und 13 in die Auslaßrinne 44 zu
einem an sich bekannten Magazin und/oder Sortiereinrichtung
gefördert.
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Das in Fig. 4 dargestellte Gerät, bei dem gleiche Elemente
in den Fig. 1 bis 3 mit gleichen Bezugszeichen versehen
sind, ist im wesentlichen dem vorbeschriebenen ähnlich und
unterscheidet sich nur durch folgende Merkmale.
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Zwei zylindrische Zustellwalzen 12' und 12" mit gleichem
Durchmesser sind nebeneinander auf einer Welle 10
befestigt, um Drehungen um ihre Achsen auszuführen. Die Walzen
12' und 12" bilden die zylindrische Zustelloberfläche 35
und sind beabstandet, wobei sie eine transversale
kreisförmige Nut bilden, die aus einem Raum 36' besteht, in-dem die
Abtasteinrichtung 37 angeordnet ist. Der Betriebsablauf bei
diesem Gerät ähnelt dem Gerät der Fig. 1 bis 3.
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Ein erster Prototyp eines erfindungsgemäßen Gerätes wurde
zum Prüfen konischer Wälzkörper unterschiedlichen Typs
gebaut, deren Abmessungen innerhalb der folgenden Bereiche
lagen:
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maximaler Durchmesser zwischen 4,5 und 25 mm,
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Länge zwischen 8 und 30 mm,
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Konuswinkel (Winkel zwischen geometrischer Achse und den
Erzeugenden der konischen Oberflächen) zwischen 3 und 80.
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Der Prototyp besitzt eine Wirbelstromsonde mit einer
Abtastf läche von etwa 1 mm² und ist in der Lage, innerhalb
eines Winkels von etwa +/- 150 relativ zur Mittelachse
rechtwinklig zur Abtastoberfläche und in einem Abstand von
der Abtastoberfläche zur Teileoberfläche zwischen 0,2 und
0,8 mm genau zu arbeiten.
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Das Gerät kann pro Sekunde etwa sieben kleine Teile prüfen
(maximaler Durchmesser 4,5 mm und Länge 8 mm) und zwei
große Teile.
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Die erfindungsgemäßen Geräte ermöglichen eine dynamische
Überprüfung der Oberflächengüte von Teilen 39, die in einer
Reihe 45 liegen, ohne dar die Zustellung dieser Teile beim
Austritt aus der Werkzeugmaschine angehalten werden muß,
und mit einer hohen Geschwindigkeit, d.h. eine große Anzahl
von Prüflingen kann in kurzer Zeit geprüft werden. Da die
Teile 39 in einfacher Weise an den Walzen 12 (oder 12' und
12) angeordnet und nur relativ begrenzten Kräften
unterworfen sind, ist das Risiko vernachlässigbar, dar die
Teileoberfläche verschlissen wird oder Kratzer o.ä. erhält.
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Die dargestellten Einstellmitteln - oder andere Mittel -,
die eine Einstellung der gegenseitigen Position der
geometrischen Drehachsen der Zustellwalzen ermöglichen,
vermitteln eine beträchtliche Flexibilität der erfindungsgemäßen
Vorrichtung, da die Teile 39 mit unterschiedlichen
Nennabmessungen oder -form mit Hilfe von einfachen und schnellen
Anpaßeinstellungen geprüft werden können, ohne dar
konstruktive Elemente ersetzt werden müssen.
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Die einstellbare Stütze 40 kann direkt und fest mit der
Basis 1 verbunden sein, also nicht mit den Tragelementen 2
und 3. Wenn in diesem Fall die Position der Walzen 12 (12'
und 12") und 13 eingestellt wird, ist es auch nötig, die
Position der Abtasteinrichtung 37 einzustellen, um die
Sonde 38 (bzw. genauer gesagt den von ihr erzeugten
elektromagnetischen Fluß) im wesentlichen auf die kleine Zone zu
richten, in der die Oberfläche 35 die Teile 39 tangiert.
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Die Sonde 38, die in der Zeichnung schematisch dargestellt
ist, kann zum Unterschied von der vorgenannten Bauweise
auch unterschiedlich sein, beispielsweise vom optischen
Typ.
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Ferner kann ein erfindungsgemäßes Gerät mehrere
Prüfabschnitte aufweisen, indem man Nuten in einer oder beiden
Zustellf lächen 34 und 35 vorsieht, d.h. an den
Zustellwalzen und/oder Räumen zwischen koaxialen Walzen ähnlich
den vorbeschriebenen und indem man Abtasteinrichtungen 37
unterschiedlichen Typs in jeder Nut oder Zwischenraum
anordnet. In einer besonderen Lösung können zwei
gegenüberliegend angeordnete Nuten und/oder Zwischenräume an den
beiden Walzen 12 und 13 zwei Abtasteinrichtungen 37 a