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Meßeinrichtung zur Messung von konischen Oberflächen
Die Erfindung
bezieht sich auf Meßeinrichtungen für konische Oberflächen und betrifft eine Vorrichtung
zur Messung des Durchmessers und der Verjüngung von Voll- und Hohlkonen mit großer
Genauigkeit. Die erfindungsgemäße Meßeinriclätung ist für schnellen Gebrauch geeignet
und kann ohne weiteres für oft wiederholte Messungen Illenutzt werden.
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Bei einem bekannten Verfahren wird der Prüfling auf eine Platte gesetzt
und eine Kugel von bekanntem Durchmesser in die konische Offnung des Maßes gebracht.
Eine andere Platte wird durch zwei Säulen von Endmassen getragen, die eine Brücke
über dem verjüngten Ringmaß und der Kugel bilden, und diese Platte ist als Unterlage
für einen Mikrometer benutzt, dessen venstellbarer Teil senkrecht abwärts mit dem
obersten Punkt der Kugel in Berührung gebracht wird. Die Messung wird mit einer
Kugel von anderem Durchmesser wiederholt.
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Das erwähnte Verfahren ist nur gedacht zur Messung von einzelnen
Prüflingen und ist für wiederholte Messungen zu umständlich.
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Die Erfindung macht von dem Prinzip dieses Verfa'hrens Gebrauch,
sieht aber eine Meßvorrichtung vor, durch die einzelne Stücke oder eine große Zahl
gleicher Stücke mit dem gewünschten Grad von Genauigkeit schnell gemessen werden
können.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Messen konischer Oberflächen
besteht im wesentlichen aus
zwei Meßorganen, von denen das eine
in an sich bekannter Weise eine konvex gekrümmte Oberfläche hat, mit der es den
zu messenden Konus in Linien- oder Punktform in einem bestimmten Ab0 stand von der
Spitze berührt, während das andere Organ den Konus gleichzeitig in einem anderen
Abstand von der Spitze oder seine Grundfläche berührt. Diese beiden Meßorgane sind
miteinander beweglich verbunden. Ihre gegenseitige Verschiebung wird von der Anzeigevorrichtung
gemessen und gegebenenfalls auf einer vergrößerten Skala angezeigt. Als konvexe
Berührungsoberfläche wird in der Mehrzahl der Fälle ein Ringwulst verwendet, um
eine Kreislinie als Berührungslinie zu erhalten. Der Ringwulst kann an dem änileren
Rand einer Scheibe oder an dem inneren Rand einer Ringscheibe vorgesehen sein, um
entweder einen Hohlkonus oder einen Vollkonus zu messen. In anderen Fällen kann
die Berührungsoberfläche nicht zusammenhängend sein, sondern aus Stücken, die gleichen
Abstand voneinander haben, bestehen, um eine punktförmige Berührung an zwei, drei
oder mehr Punkten, die in dem gleichen Querschnitt des Konus liegen, herzustellen.
Durch Messung in verschiedenen Stellungen ergibt sich eine Kontrolle.
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Um die Verjüngung eines Konus zu messen, wird auch das zweite Meßorgan
mit der konischen Oberfläche in Berührung gebracht. Vorzugsweise sind die Berührungsoberflächen
beider Meßorgane von dem gleichen Querschnitt. Bei Verwendung z. B. von Ringwulsten
als Berührungsoberflächen haben diese bei beiden Meßorganen vorzugsweise den gleichen
Krümmungsradius.
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Wenn der Durchmesser eines Konus in einem vorgeschriebenen Abstand
von einer senkrecht zur Achse stehenden Ebene gemessen werden soll, dann besteht
das zweite Meßorgan aus einer Fläche, die an der Grundfläche des Konus anliegt.
Das wirklich genommene Maß ist der axiale Abstand eines vorbestimmten Durchmessers
von der Grundfläche, durch den das gesuchte Maß vollständig bestimmt ist, wenn der
Öffnungswinkel bekannt ist.
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Die Erfindung ist in den Zeichnungen an Hand einiger Beispiele von
Meßvorrichtungen für konische Oberflächen dargestellt.
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Abb. 1 ist ein Längsschnitt einer Meßeinrichtung zur Messung von
Vollkonen; Abb. 2 zeigt einen Ausschnitt aus Abb. 1 zur Darstellung einer veränderten
Bauform; Abb. 2 A und 2 B zeigen zwei abgewandelte Bauformen zur mittelbaren Messung
eines Durchmessers an einem Vollkonus ; Abb. 3 ist ein Längsschnitt einer Einrichtung
zur Messung der Verjüngung eines Hohlkonus; Abb. 4 zeigt die Meßeinrichtung der
Abb. 3 in abgeänderter Form zur mittelbaren Messung des Durchmessers von einem Hohlkonus
in einem vorgeschriebenenAbstand zu einem Schnitt im rechten Winkel durch den Konus
; Abb. 5 ist eine Seitenansicht einer weiteren Meßvorrichtung zur Messung der Verjüngung
eines Hohlkonus; Abb. 6 ist eine Draufsicht auf einen Teil der Meßvorrichtung der
Abb. 5; Abb. 7 ist eine Seitenansicht, und Abb. 8 ist eine Draufsicht auf eine Einrichtung
zur Messung der Verjüngung eines Vollkonus, wenn Hindernisse am verjüngten Ende
die Verwendung der Meßeinrichtung der Abb. 1 verhindern.
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In Abb. 1 ist der zu messende Vollkonus A durch die strichpunktierte
Linie dargestellt. Die Meßeinrichtung besteht aus einem zylindrischen Gehäuse 1,
an dessen Boden eine Ringscheibe 2 unter Anordnung eines Zwischenrings 3 angebracht
ist. Der Zwischenring 3 ermöglicht die Anbringung verschiedener ringscheiben 2 für
verschiedene Konen A. Der innere Rand des Rings ist als Ringwulst genau bearbeitet.
Das obere Ende des Gehäuses 1 ist als vollkommen ebene Fläche bearbeitet und dient
als sitz für eine entsprechende ebene Stzfläche an der Buchse 4. die in den oberen,
dünneren Teil des Gehäuses 1 eingeführt ist. Die Buchse 4 bildet einen Teil des
Gehäuses der Meßuhr 5. Die Spindel 6 kann frei in einer axialen Rohrung der Buchse
4 gleiten und hat an ihrem unteren Ende einen halter 7 für eine zweite Ringscheibe
8, deren Ringwulst am inneren Rand denselben halbkreisförmigen Querschnitt und Radius
hat, wie der Ringwulst der Ringscheibe 2. Der lichte Durchmesser des Ringwulstes
8 ist jedoch kleiner als der des ringwulstes 2. Das obere Ende der Spindel 6 ist
mit dem Stift der Meßuhr 5 verbuden, deren Einzelheiten in Verbindung mit Abb. 3
beschrieben wenden. Wenn die Einrichtung über den Konus A gestülpt wird, berührt
der ringwulst der Ringscheibe 2 den Konus in einer Kreislinie, Gleichzeitig berührt
der Ringwulst der Ringscheibe 8 den Konus A an einer anderen Stelle ebenfalls in
einer Kreislinie. Obgleich die Berührungskreise nicht am kleinsten inneren Durchmesser
der ringscheiben liegen, haben sie doch den gleichen Abstand von diesen, weil die
Ringwülste der beiden Ringscheiben 2 und 8 den gleichen halbkreisförmigen Querschnitt
haben, Der Unterschied zwischen den Durchmessern der Berührungskreise ist also gleich
dem Unterschied zwischen den kleinsten inneren Durchmessern der Ringwulst.
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Wenn der kleinste innere Durchmesser der Ringscheibe 2 D und der
entsprechende Durchmesser der Ringscheibe 8 d ist und wenn der von der Meßuhr auf
Grund der bekannten Abmessungen der Einrichtung angezeigte Abstand zwischen den
beiden kleinsten Durchmessern S ist, dann ist die durch den Öffnungswinkel 2 α
ausgedrückte Verjüngung des Konus durch die formel D-d tg α = 2 # S gegeben.
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Es wurde schon erwähnt, daß die Ringscheibe 2 durch Ringscheiben
mit einem anderen Durchmesser ersetzt werden kann. Die Ringscheibe 8 kann gleichfalls
ausgewechselt werden. Eine ein-
zige Einrichtung mit einer Anzahl
auswechselbarer Teile ermöglicht daher die Messung von Konen mit verschiedenen Verjüngungen
und Durchmessern.
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Der Abstand S zwischen den Ringscheiben 2 und 8 kann in einigen Fällen
zu groß sein, fbesonders {bei Konen mit großen Öffnungswinkeln. In diesem Fall kann
ein anderer Halter 7 oder eine andere Spindel 6 von größerer Länge vorgesehen werden,
wie in Abb. 2 dargestellt. Abb. 2 zeigt nur den untereil Teil der Abb. 1 nach Anbringung
einer längeren Spindel 6. Wenn es erforderlich ist, können andere Halter oder Spindeln
mit Abmessungen, die zwischen den lin Abb. I und 2 dargestellten liegen, verwendet
werden. Um einen Durchmesser eines Vollkonus zu messen, kann der Apparat der Abb.
I mit der in Abb. 2A gezeigten Veränderung benutzt werden. Die Ringscheibe 8 berührt
wie in Abb. 1 mit ihrem Ringwulst die konische Ol>erfläche. Die Teile über der
Ringscheibe entsprechen den in Abb. I dargestellten. Die Ringscheibe 2 ist von dem
Zwischenring 3 entfernt und durch eine flache Scheibe 40 ersetzt, die in der Mitte
ein Loch 41 oder eine U-förmige Kenbe hat.
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Die Scheibe 40 liegt auf der senkrechten Enbdfläche des Konus, die
als Bezugsebene für den Durchmesser dient, Gleichzeitig liegt die Scheibe 40 auch
auf der ebenen Fläche des Zwischenrings 3. Jede Abweichung des vorgeschriebenen
Durchmessers von seiner vorgeschriebenen Lage wird durch die Meßuhr 5 angezeigt.
Vorausgesetzt, daß die Verjüngung als richtig gemessen wunde, wird die Abweichung
des Durchmessers von seinem vorgeschriebenen Wert genau angezeigt.
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In manchen Fällen kann der Gegenstand, der einen Konus trägt, einen
Bund F haben, wie in Abb. 2B dargestellt. Wenn der Bund als Bezugsebene benutzt
wird, wird er ohne die Scheibe 40 mit dem Zwischenring 3 unmittelbar in Berührung
gebracht (s. Abb. 2A).
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Abb. 3 zeigt eine Einrichtung zur Messung der Verjüngung eines Hohlkonus
B, die in vieler Hinsicht ähnlich der in Abb. 1 dargestellten ist. An dem Teil 4
des Gehäuses der Meßuhr 5 ist unten eine Sdieibe 9 befestigt. In diesem Fall ist
jedoch der äußere Rand ringwulstförmig. Eine zweite Scheide 10 von kleinerem Durchmesser
als die Scheibe 9, deren ringwulstförmiger Rand denselben halbkreisförmigen Querschnitt
und denselben Radius hat wie der Ringwulst der Scheibe 9, ist am unteren Ende der
Spindel 1 1 befestigt, deren oberer Teil im Teil 4 gleitet. Eine Feder 12 drückt
die beiden Scheiben auseinander.
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Das obere Ende der Spindel 1 1 ist, ebenso wie die Spindel 6 in Abb.
1, eben bearbeitet, um Berührung mit dem Stift 13 der Meßuhr 5 herzustellen. Diese
zeigt infolgedessen den Abstand zwischen den Scheiben 9 und 10 an. Die Verjüngung
des Hohlkonus B ist durch dieselbe formel bestimmt, die oben für den Vollkonus A
angegeben wurde.
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Um den Durchmesser eines Hohlkonus b in vorgeschriebenem Abstand
von der Oberfläche C zu messen, wird die Meßeinrichtung der Abb. 3 in der in Abb.
4 dargestellten Anordnung benutzt. Die Scheibe 9 ist entfernt. Die Buchse 14 mit
genau geschliffenen Endflächen ist auf dem Teil 4 durch eine in eine Ringnut I6
eingreifende Spitzschraube 15 befestigt. Wenn die Meßeinrichtung auf das den zu
messenden Hohlkonus B enthaltende Werkstück gesetzt wird, ruht sie mittelt der Buchse
14 und der ebenen Sitzfläche des Teils 4 auf der ebenen Fläche C. Die Meßuhr 5 mit
der Buchse 4 in Abb. 1, 3 und 4 sind gleich, um die gezeigte vielseibige Verwendung
zu ermöglichen.
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Der Ringwulst der Scheilbe 10 stellt eine kreisförmige Berührungslinie
mit dem Konus B her, und die Meßuhr zeigt die Entfernung von der oberen Endfläche
c an, an der die Bohrung einen vorgeschriebenen Durchmesser hat. Üblicherweise wird
zuerst die Verjüngung gemessen werden, indem die Meßeinrichtung entsprechend Abb.
3 aufgesetzt wird. Aus dem so ermittelten Winkel a und den bekannten Abmessungen
des Ringwulstes der Scheibe in ist es möglich, durch Ablesung der nach Abb. 4 angeordneten
Meßuhr den Durchmesser des Konus B in der Ebene C oder jedem beliebigen Abstand
abzuleiten.
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Häufig wird die Einrichtung durch eine konische Bohrung von dem gesuchten
Durchmesser geeicht werden. Wenn dann die Meßeinrichtung ibei einer zu messenden
Bohrung eine zu große Ablesung für h ergibt, wobei h entweder positiv oder negativ
ist, das ist die Maßabweichung der Bohrung 2 h tg a in bezug auf ihren Durchmesser.
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Für manche Zwecke ist die Anordnung der Abb. 5 und 6 geeigneter,
besonders dann, wenn ein Konus von großem Durchmesser gemessen werden soll.
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Abb. 5 zeigt die Anwendung der Meßeinrichtung zur Messung der Verjüngung
eines weiten Hohlkonus. Der untere Teil des Gehäuses der Meßuhr trägt drei Arme
mit gleichem Winkelabstand voneinander. Jeder Arm hat einen mit Muttern und Gegenmuttern
19 gesicherten Berührungsstift 18.
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Die inneren Enden der Stifte 18 sind genau eben bearbeitet, damit
sie sich gegen den Boden der Bohrung I7 abstützen können; ihre äußeren Enden sind
halibkugelförmig, damit sie die konische Oberfläche in einem Punkt berühren. Die
Stifte I8 können mit Hilfe eines Ringwulstes eingestellt und durch die Gegenmuttern
gesichert werden.
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Das untere Ende Spindel 11 trägt einen ähnlichen dreiarmigen Teil
20 Die Stifte 21 sind in derselben Weise angebracht und gesichert wie die stifte
18. Durch Auswechseln der Stifte 18 und 2I gegen solche von anderer Länge kann eine
große Zahl von Hohlkonen von verschiedener Verjüngung bzw. verschiedenem Durchmesser
mit demselben Gerät gemessen werden. Die Auswertung der Ablesung ist genau dieselbe,
wie in dem Fall der Abb. 3 und 4, nur mit dem Unterschied, daß der verwendete Meßdurchmesser
der des umschriebenen Kreises ist.
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Abb. 5 zeigt drei Stifte oben und unten; es ist aber auch möglich
nur zwei Stifte vorzusehen, die auf demselben Durchmesser liegen. Es können auch
mehr als drei Stifte vorgesehen sein, die aber
wahrscheinlich gegenüber
drei Stiften keinen Vorteil erbringen werden.
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Mit nur zwei Stifte an dem oberen Ende der Meßeinrichtung kann eine
Bohrung daraufhin kontrolliert werden, ob sie oval ist. Dazu wird die Meßeinrichtung
in verschiedenen Richtungen eingeführt und die Meßuhr abgelesen. Die oberen Stifte
können entfernt und durch eine Anordnung, die der Buchse I4 in Abb. 4 entspricht,
ersetzt werden. Es wird in verschiedenen Stellungen abgelesen. Dabei werden die
Ablesungen, wenn ein ovaler Querschnitt vorliegt, zwischen einem Maximum und Minimum
legen, das sbei der Hauptachse der Ellipse eintritt. Wenn die Ablesungen in den
beiden Achsen H1 bzw. H2 ergeben, dann ist der Unterschied des Durchmessers zwischen
der Haupt- und der Nebenachse durch die Beziehung 2 (H1-H2) tg l gegeben.
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Es können Hindernisse vorliegen, bei denen die beschriebenen Einrichtungen
zur Messung derVerjüngung nicht benutzt werden können. Zum Beispiel kann der Konus
auf der Werkzeugspindel einer Maschine wegen der über das verjüngte Ende hinausragenden
Teile nicht mittels der Sinrichtung nach Abb. 1 gemessen werden. Für diesen Zweck
dient die in Abb. 7 und 8 dargestellte erfindungsgemäße Bauart.
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Die zu messende Spindel ist mit 22 bezeichnet.
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ZurUnterstützung der Spindel und der Meßeinrichtung ist eine Grundplatte
23 mit den Lagerböcken 24 und eine Klammer 25 vorgesehen. Die Meßeinrichtung ist
auf einer eigenen Grundplatte 26 be festigt, die sich frei auf der Grundplatte 23
vermittels der Kugeln 27 bewegen kann. Eine quer liegende Gleitbahn 28 list auf
der Grundplatte 26 befestigt, auf der an justierten Stellen zwei Blöcke, die mit
zwei genau bearbeiteten, senkrecht stehenden Zylindern 29 aus einem Stück sind,
befestigt werden. Die Grundplatte 26 trägt ebenfalls ein Paar Gleitbahnen 30 im
rechten Winkel zu der Gleitilrahn 28, die parallel zur Achsenrichtung der Spindel
22 laufen, wenn die Meßeinrichtung in richtiger Stellung zur Messung des Konus A
ist. Eine -eitere Gleitbahn 3I parallel zu der Gleitbahn 28 läuft auf den Gleitbahnen
30 senkrecht zu ihnen verschiebbar. Auf ihr können zwei Blöcke, die mit zwei genau
bearbeiteten, senkrecht stehenden Zylindern 32 aus einem Stück sind, befestigt werden.
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Die Zylinder 32 haben denselben Durchmesser wie die Zylinder 29.
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Der Abstand der beiden Zylinder 29 ist durch ein oder mehrere Endmaße
33 zwischen den die Zylinder tragenden Blöcken. genau bestimmt. Ein Endmaß 34 kann
in gleicher Weise zwischen den die Zylinder 32 tragenden B'ilöcken vorgesehen sein.
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Um die Zylinder 32 auf engsten Abstand zu bringen, können sich die
Blöcke auch un, mittelbar berührern.
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Eine Meßuhr 5 ist auf derGleitbahn 31 befestigt, deren Fühilstift
13 die Seite der Gleitbahn 28 berülirt. Die Meßuhr ergibt den Abstand zwischen den
Zylinderpaaren 29 einerseits und 32 andererseits an. Der Abstand jedes Zylinderpaares
unter sich ist bekannt, so daß der Öffnungswinkel des Konus ebenso wie bei der Anordnung
der Abb. 1 errechnet werden kann.
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Wenn eine Messung gemacht werden soll, wird die Grundplatte 26 mit
den darauf befindlichen Teilen nach rechts bewegt. die Spindel wird auf die Lagerböcke
24 gelagert, und festgespannt. Dann wird die Grundplatte 26 wieder nach links l>ewegt,
bis die Zylinder 29 den Konus 4 berühren. Danach wird die Gleitbahn 31 nach links
bewegt, um die Zylinder 32 mit dem Konus A in Berührung zu bringen und abgelesen.
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Dieselbe Anordnung wird benutzt, um den Durchmesser des Konus zu
messen. In diesem Fall werden die Zylinder 29 nicht mit der konischen Fläche A,
sondern mit der Endfläche C in 13erührung gebracht. Die Messung geht dann, wie oben
beschrieben, weiter.
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Bei allen beschriebenen Bauformen haben die Elemente, die mit der
konischen Oberfläche in Berührung gebracht werden. um die Verjüngung oder den Offnungswinkel
zu messen. denselben Krümmungsradius. Dies ergibt den Vorteil, daß der Ahstand zwischen
den Mittelpunkten des Krümmungsradius der Elemente derselbe ist wie der Abstand
zwischen den Berührungslinien oWr -punkten. Es ist jedoch auch möglich, verschiedene
Krümmungsradien zu benutzen. Die Formel zur Berechnung des Öffnungswinkels würde
kann die verschiedenen Krümmungsradien der Elemente enthalten.