Individuelle Oberflächengütelehren für schwer zugängliche Stellen

Geschrieben von Alexandre Dufour, Director of Engineered Solutions bei Mahr Inc.

Vor etwa 30 Jahren brachten tragbare Messgeräte für die Oberflächengüte – einige davon so klein, dass sie in eine Hemdtasche passen – ein neues Maß an Teilekontrolle in die Fertigungshalle. Die Inspektion der Oberflächenbeschaffenheit aus dem Labor auf den Boden zu bringen, war aus mehreren Gründen wichtig. In den letzten 50 Jahren waren die Maßtoleranzen der Teile immer kleiner geworden. Infolgedessen verschlangen Oberflächenbeschaffenheit und Formunregelmäßigkeiten einen immer größeren Teil der Gesamtmaßtoleranz, ein Trend, der bis heute anhält. Es war auch klar geworden, dass die Oberflächenbeschaffenheit eine sehr wichtige Rolle für die Leistung des Teils spielte. Die einzigartigen Eigenschaften einer Oberfläche können bestimmen, ob die Farbe an Ort und Stelle bleibt, die Schmierung hält oder austritt oder wie viel „Lärm“ entsteht, wenn sich die Oberflächen gegeneinander bewegen.

Bei richtiger Positionierung und Befestigung können kleine tragbare Messgeräte für die Oberflächengüte Oberflächengüteparameter einfach messen, normalerweise mit einem einzigen Knopfdruck. Wie dimensionale Handwerkzeuge liefern tragbare Allzweck-Oberflächengüte-Messgeräte benutzerfreundliche und zuverlässige Ergebnisse für viele Anwendungen. Platzieren Sie einfach die Messlehre im Taschenformat auf dem Teil, sodass die integrierten Stützpolster es an Ort und Stelle lokalisieren, drücken Sie eine Taste, und Ihre Ergebnisse werden angezeigt und sind bereit, mit den Anforderungen verglichen zu werden.

Aber es ist nicht immer so einfach. Oberflächengüteparameter können auf praktisch jede Oberfläche eines Teils angewendet werden, von innerhalb einer kleinen Bohrung, auf einem kurzen Steg oder um ein Loch herum bis zu einem Außendurchmesser zwischen zwei Wänden oder sogar auf diesen Wänden. Oftmals funktioniert ein tragbares Standard-Oberflächengütemessgerät einfach nicht – entweder ist die Antriebseinheit zu groß, der Tastarm zu kurz oder Hindernisse am Teil selbst stören die Platzierung des Messgeräts.

Sondenarmverlängerungen

Eine mögliche Lösung ist der Einsatz von Tastarmverlängerungen, die aber auch ihre Grenzen haben. Das Hinzufügen von Verlängerungen erhöht das Gewicht des Tastarms. Bei rutschenden Sonden kann zusätzliches Gewicht zu Beschädigungen der Teileoberflächen führen, insbesondere bei weicheren Materialien wie Aluminium. Außerdem kann zusätzliches Gewicht die Federkraft der Kufe außer Kraft setzen, wenn das Messgerät in anderen als horizontalen Positionen verwendet wird. Dies kann dazu führen, dass die Sonde während der Messung den Kontakt mit der Oberfläche verliert, was zu fehlerhaften Messergebnissen und Fehlern „außerhalb des Messbereichs“ führt. Bei kufenlosen Sonden kann das zusätzliche Gewicht des Sondenarms Vibrationen verursachen, die sich ebenfalls auf die Messergebnisse auswirken.

Im Allgemeinen sollten die Sondenverlängerungen nicht länger als 100 mm sein, damit die Rutschkraft 0,6 N nicht überschreitet. Außerdem sollte der Winkelbereich des Instruments innerhalb eines Bereichs von 135 ° gehalten werden, beginnend bei 45 ° von der Horizontalen bis zu einer Position in der die Antriebseinheit nach unten zur Erde zeigt.

Technische Lösungen

Wenn Standardgeräte die erwarteten Ergebnisse nicht liefern können, besteht die bessere Lösung darin, ein kundenspezifisches Design zu entwickeln oder ein Messgerät zu entwickeln, das für die spezifische Anwendung geeignet ist. Dies gilt insbesondere in Fällen, in denen ein hohes Teilevolumen besteht und schnelle, zuverlässige Messungen erforderlich sind – häufig durch Mechaniker mit angelernten Kenntnissen in der Messung von Abmessungen und Oberflächengüte –, um die Teilequalität sicherzustellen und die hohen Kosten für Teilerückrufe zu eliminieren. Dedizierte oder kundenspezifisch entwickelte Messgeräte sind schneller, einfacher zu verwenden und liefern Ergebnisse mit besserer Leistung und GR&Rs. Mit einem speziellen Messgerät kann praktisch jeder Bediener bearbeitete Teile leicht inspizieren und Entscheidungen hinsichtlich ihrer Qualität treffen. Sie können sogar die Ergebnisse zur Prozessanalyse und -steuerung sammeln.

Um zuverlässige und wiederholbare Ergebnisse zu erzielen, muss jedes Messgerät für die Oberflächengüte zwei Dinge tun:1) es muss den Diamantstift am Ende des Tastarms genau positionieren, um den angegebenen Oberflächenbereich zu messen, und 2) es muss die empfindliche Oberfläche schützen Tastarm und Taststift vor Beschädigungen während des Messbetriebs. Die Erfüllung dieser Anforderungen für schwer zugängliche Oberflächenbereiche hat zur Schaffung einer ganzen Familie spezieller Messgeräte geführt, die darauf ausgelegt sind, den Maschinenbedienern am Herstellungsort eine schnelle und zuverlässige Analyse der Oberflächenbeschaffenheit zu ermöglichen – oft während das Teil noch ist in der Werkzeugmaschine befestigt.

Zylinderbohrungen

Zylinderbohrungen benötigen spezielle Oberflächen, um die Ölrückhaltung und eine reibungslose axiale Bewegung auszugleichen. Sie gehörten zu den ersten Anwendungen, die über spezielle Messgeräte zur Messung der Oberflächenbeschaffenheit verfügten. Bohrungen gibt es in verschiedenen Größen und können relativ tief sein, einige bis zu 20 cm. Drucke können bestimmte Tiefen und Positionen für Kontrollen angeben, und mit bis zu 12 Zylindern in einigen Blöcken und vier in den meisten Anwendungen mit hohem Volumen müssen viele Bohrungen gemessen werden. Daher müssen Messgeräte in hohem Maße tragbar und für den Bediener leicht auszurichten und auf die Tiefe einzustellen sein. Das Design muss auch die empfindliche Sonde schützen, damit sie nicht beschädigt wird, wenn das Messgerät zum Teil gebracht wird.

Das spezielle tragbare Oberflächenfinish-Bohrungsmessgerät ähnelt einem erweiterbaren Tri-Bore-Messgerät. Die Tri-Bohrung hat eine gewisse Größenanpassung, kann aber auf eine bestimmte Größe eingestellt werden. Dadurch kann es an Ort und Stelle „einrasten“ und hilft, sehr wiederholbare Messwerte ohne Bedienereinfluss zu liefern. Das Anzeigegerät ist zudem durch einen Übertragungsmechanismus geschützt, so dass beim Aufsetzen der Lehre auf das Teil keine Stellkräfte auf es einwirken.

Das Oberflächenfinish-Zylinderbohrungsmessgerät leiht sich die gleichen Prinzipien. Um ihm eine Einstellbarkeit zum Einrasten in verschiedene Größen zu geben, werden austauschbare Platten verwendet, um den richtigen Messbereich für den Durchmesser zu erreichen. Das Einstellen der Lehre mit dem richtigen Blocksatz ermöglicht ein einfaches Einführen in die Zylinderbohrung, und sobald sie angebracht sind, dehnt ein manuell gesteuerter Luftzylinder die Größenblöcke aus, sodass sie die Lehre in Position fixieren.

Aber der Zylinder des Messgeräts hat eine noch wichtigere Funktion. Wenn es ohne zugeführte Luft zusammengedrückt wird, hält es die empfindliche Sonde für die Oberflächengüte in einer zurückgezogenen Position. Das bedeutet, dass die Sonde während des Einführens geschützt im Inneren des DMS-Körpers liegt. Sobald der Bediener mit der Position des Messgeräts zufrieden ist, führt er Luft zu, verriegelt das Messgerät in Position und die Sonde fährt aus, damit er den Oberflächentest durchführen kann. Wenn Sie fertig sind, wird die Luft abgelassen, die Sonde zieht sich zurück und das Messgerät wird frei, sodass der Benutzer es leicht entfernen kann.

Kleine verstopfte Bohrungen

Messungen der Oberflächengüte an Zylinderkopf-Ventilführungen sind aufgrund ihrer geringen Größe (6 mm) und ihrer Lage innerhalb des Zylinderkopfs besonders schwierig durchzuführen. Die zuverlässigsten Messungen werden von der „Federseite“ des Zylinderkopfs durchgeführt, da diese am besten zugänglich ist. Die Nockenwellentürme stellen jedoch ein Problem dar, da sie in den Bereich hineinragen, in dem das Messsystem für die Messung angeordnet werden muss. Ein kleines Antriebssystem ist die beste technische Lösung, da das Antriebssystem zwischen den Nockenwellentürmen platziert werden kann. Es ist möglich, ein technisches Messgerät zu verwenden, das diese Probleme beseitigt, da die Antriebseinheit in der Nähe des Messorts platziert werden kann, ohne dass übermäßige Verlängerungen und Einstellungen der Messsonde erforderlich sind. Der Bediener montiert das Messgerät einfach auf den Außendurchmesser der Ventilführung und die Einheit passt in den zu messenden Bereich.

Wie die Zylinderlehre zieht diese Ausführung mit Oberflächengüte die Sonde zurück, bis ein mechanischer Übertragungsmechanismus die Sonde freigibt, wenn sich der Stopfen in seiner endgültigen Messposition befindet.

Tiefe Sacklöcher

Bohrungen sind in der Regel einfach in einer Werkstattumgebung für Messungen der Oberflächenbeschaffenheit durchzuführen. Voraussetzung ist natürlich, dass die Bohrung zugänglich ist und die Messtiefe gering gehalten wird. Nockenwellen- und Kurbelwellenbohrungen im Motorblock sind jedoch oft tiefe Sacklöcher (bis zu 500 mm bei den meisten Motoren) und haben einen so kleinen Durchmesser, dass eine typische Oberflächenfinish-Antriebseinheit nicht hineinpasst, um die richtige Position für die Messung zu finden.

Typischerweise muss die Oberflächenfinish-Antriebseinheit außerhalb der Bohrung gehalten werden und eine lange Messsondenverlängerung verwendet werden, um die mittleren Nocken- und Kurbelwellenbohrungen zu erreichen. Die ideale Lösung für solche Messungen ist jedoch, das Messantriebssystem direkt an die zu messende Oberfläche zu bringen.

Ein spezielles Messgerät kann die Antriebseinheit und die Messsonde direkt über der zu messenden Oberfläche positionieren, ohne dass lange Messverlängerungen erforderlich sind. Die Antriebseinheit selbst hat einen kleinen Durchmesser und kann in der Bohrung direkt über der Messstelle platziert werden.

Versperrte Oberflächen

Auch flache Oberflächen lassen sich in der Werkstatt leicht auf Oberflächenbeschaffenheit und Welligkeit messen, solange die Oberfläche groß genug für die Platzierung des Messgeräts ist und keine Hindernisse die Messrichtung blockieren. Oftmals verbieten jedoch Hindernisse und eine minimale Landfläche die Verwendung herkömmlicher tragbarer Geräte.

Einige Oberflächen haben nicht nur eine kleine Landfläche, sondern weisen auch einige Hindernisse auf dem Gussteil auf, die die Verwendung eines herkömmlichen Welligkeitssystems für die Oberflächenbeschaffenheit verbieten. Normalerweise müsste diese Oberfläche mit einem Antriebssystem gemessen werden, das vom Teil getrennt und entfernt gehalten wird, und es müsste eine lange Messsondenverlängerung verwendet werden, um die Oberfläche zu erreichen.

Ein Messgerät kann kufenlose Messungen der Oberflächengüte in der Werkstatt durchführen, während die kufenlose Antriebseinheit und die Messsonde nahe beieinander und ohne Sondenverlängerungen bleiben. Das System verwendet eine Schablonenbefestigung zum Positionieren der gleitsicheren Antriebseinheit und ist leicht erhöht, um jegliche Hindernisse zu beseitigen.

Journaloberflächen

Die Oberflächenbeschaffenheit ist bei einer Kurbelwelle sehr kritisch. Bei einer Rotation mit Tausenden von Umdrehungen pro Minute und mit Lager- und Kurbeloberflächen und deren Endflächen in Metall-zu-Metall-Kontakt besteht ein enormes Verschleißpotenzial. Die Oberflächenbeschaffenheit bestimmt die Lebensdauer dieser Produkte.

Beim Messen der Oberflächengüte an Kurbelzapfen wird ein dem Rachenlehren ähnliches Konzept verwendet. Die Oberflächengütelehre muss für verschiedene Größen einstellbar sein, einrasten und die Sonde schützen.

Eine luftbetriebene, spezielle Zapfenendlehre ermöglicht es dem Benutzer, die Verriegelungsbacken auf die ungefähre Größe einzustellen. Bei manueller Luftbetätigung verriegelt sich das Messgerät selbst in Position und gibt die Sonde frei, um das Teil zu berühren. Wie bei allen diesen Messgeräten stellt die Sonde keinen Kontakt her, es sei denn, das Messgerät ist vollständig eingerastet. Der Hauptunterschied zu diesem Messgerät besteht darin, dass es über einen Traversensondenbetrieb verfügt, sodass sich die Sonde horizontal entlang der Krone des Teils bewegt.

Genauso wichtig wie die Lager- und Kurbelzapfen sind die Druckflächen, auf denen sie auflaufen. Hier wird ein anderes Rachenlehrenkonzept verwendet, um die Oberflächengütesonde zu positionieren, und zwar mit den gleichen Gedanken:einfache Handhabung, kein Bedienereinfluss und geschützte Sondenpositionierung.

Zuvor im Quality Magazine vorgestellt.