Messkopf zur Bestimmung von Innendurchmessern
Die Erfindung betrifft einen Messkopf mit mehreren Messfühlern und mit diesem zusammenwirkenden Messkegeln, mit welchem - z. B. Verbindung mit einem Mikrometermesswerk oder Zeigermessgerät der Ist-Durchmesser von Bohrungen, Einschraubdurchmesser und der Teilkreisdurchmesser von in den Bohrungen angebrachten Innengewinden festgestellt werden kann.
Es sind bereits Innenmessgeräte bekannt, mit welchen der Innendurchmesser von Bohrungen in der Weise ermittelt wird, dass ein oder mehrere Messfühler von rundem oder rechteckigem Querschnitt, vertikal oder geneigt zur Achse angeordnet, durch das Vorschieben eines Kegels von bestimmter Konizität aus einem Messkopf nach aussen gedrückt werden, bis sie sich an die Innenwand der Bohrung anlegen.
Zum grössten Teil sind bei diesen Innenmessgeräten die Messköpfe mit einem Mikrometermesswerk mit rotierender Messspindel verbunden, wobei die Mikrometermessspindel bis in den Messkopf hineinragt und ihr vorderes Ende als Messkegel ausgebildet ist, das heisst, der Messkegel muss beim Messvorgang mitrotieren. Abgesehen von dem in diesem Falle auftretenden raschen Verschleiss des Kegels, ist dieser auch meist gar nicht oder nur ungenügend geführt, und da schon das geringste Pendeln des Kegels das Messergebnis beeinflusst, sind diese Geräte nur sehr bedingt brauchbar.
Um genaue Messergebnisse erzielen zu können, ist es notwendig, dass die Messfühler keinerlei Kippbewegung ausführen können, das heisst, sie müssen sich beim Messvorgang im Messkopf fest auf drei Punkte stützen. Bei allen bisherigen Messköpfen stützen sich die Messfühler mit ihrer inneren Fläche auf den Messkegel, und um nicht kippen zu können, benötigen sie eine spielfreie Parallel- bzw. Rundführung im Messkopf. Da es sich hier aber um einen Bewegungssitz handelt, der niemals vollkommen spielfrei sein kann, ist eine Kippneigung der Messfühler schon bei neuen Geräten unvermeidlich. Hinzu kommt noch, dass der Messkopf aus fertigungstechnischen Gründen ungehärtet ausgeführt wird, so dass die Führungsflächen einem Verschleiss unterliegen, was eine änderung ihres Winkels und damit eine Veränderung des ursprünglichen geometrischen Aufbaues des Gerätes zur Folge hat.
Dieser überstand tritt besonders bei geneigt zur Achse angeordneten Messfühlern auf, wobei der obere Teil der vorderen und der untere Teil der hinteren Führungsfläche im Messkopf am stärksten beansprucht und einem Verschleiss ausgesetzt sind.
Um die Kippneigung zu verringern, musste bei den bisherigen Geräten die Führung der Messfühler im Messkopf möglichst lang sein. Dies bedingt aber, dass nur Messköpfe für grössere Bohrungsdursh- messer hergestellt werden können.
Aus dem gleichen Grunde wurde bei den bisherigen Geräten auch ein schlanker Messkegel - etwa 1 : 20 bis 1:10 - verwendet, damit die Messfühler eine möglichst lange Auflagefläche bekommen. Diese Geräte haben einen zu kleinen Messbereich, und wenn die Messfühler vertikal zur Achse angeordnet sind, gestattet der erforderliche lange Aufnahmeraum für den Kegelvorschub kein Vermessen von Sackbohrungen bis dicht an den Boden. Auch kann bei diesen Geräten nicht die ganze Kegellänge für den Messbereich ausgenutzt werden, da die Messfühler mit ihrem Unterteil beim Vorschieben des Kegels nicht mehr voll auf diesen aufliegen und zum Kippen neigen würden. Die axiale Länge der Messfühler muss somit in diesem Falle kürzer sein als die Kegellänge, was besonders bei Geräten für kleine Durchmesser sehr kurze Fühler-Messflächen ergibt, die schlecht zentrieren.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Kippneigung der Messfühler auszuschliessen und den geometrischen Aufbau des Messkopfes so zu gestalten, dass dieser - unabhängig von einer genauen Parallelführung der Messfühler im Messkopf - auch nach längerem Gebrauch unverändert bleibt. Ferner muss es der Aufbau gestatten, Geräte von beliebiger Grösse herzustellen, das heisst auch zum Vermessen kleiner Bohrungen, wobei die untere Grenze von der möglichen Belastbarkeit des Materials bestimmt wird. Das Gerät soll auch zum Vermessen von Kurzund Sackbohrungen bis etwa 2 mm an den Boden heran geeignet sein und vorzugsweise einen aus reichenden Messbereich von etwa 10 bis 15 15"/o des Durchmessers haben.
Der Messkopf soll keine rotierenden Teile enthalten, welche einen vorzeitigen Verschleiss herbeiführen und so das Messergebnis ungünstig beeinflussen können.
Der erfindungsgemässe Messkopf zeichnet sich dadurch aus, dass die Spindel im Bereich der Messfühler zwei in axialem Abstand voneinander angeordnete und miteinander starr verbundene Messkegel von gleicher Konizität aufweist, und die Messfühler sich an ihrer Innenseite mit je einem Auflagevorsprung auf je einen der beiden Messkegel stützen, und ausserdem die Messfühler sich mit einer vorderen Führungsfläche auf eine im Messfühlerschlitz angeordnete Anlagefläche abstützen.
Somit ist durch die doppelte Stützung der Innenseite der Messfühler eine lange Parallelführung derselben im Messkopf nicht erforderlich. Die hinteren Flächen der Messfühler und der Messkopfschlitze werden in diesem Falle nicht zur Führung benötigt und beeinflussen nicht das Messergebnis. Auch können bei dieser Konstruktion die Messfühler in einer Länge ausgeführt werden, die dem Kegelabstand entspricht, das heisst auch bei kleineren Geräten so lang, dass ein einwandfreies Zentrieren gewährleistet ist. Durch das Stützen der Messfühler an den beschriebenen drei Punkten ist ein stabiler geometrischer Aufbau des Gerätes ermöglicht, der auch bei einem eventuellen Verschleiss des an der vorderen Stirnseite der Messkopfschlitze angeordneten Stützpunktes unverändert bleibt.
Diese Ausführung ermöglicht es auch, die Höhe der Messfühler - unabhängig von der Grösse des Messkopfdurchmesserskleiner zu halten als deren axiale Länge bzw. deren Messfläche. Dadurch wird die Kippneigung der Messfühler praktisch ausgeschaltet und die Möglichkeit gegeben, auch Messköpfe für kleine Bohrungsdurchmesser mit genügend langen Fühler-Messflächen zu versehen, um ein einwandfreies Zentrieren zu gewährleisten.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt
Fig. 1 den Längsschnitt eines Messkopfes für kleinere Bohrungsdurchmesser,
Fig. 2 den Längsschnitt eines Messkopfes für grössere Durchmesser,
Fig. 3 die Vorderansicht eines Messkopfes teilweise im Schnitt,
Fig. 4 den Längsschnitt eines Messkopfes für Innengewindemessung in der eingefahrenen Stellung,
Fig. 5 den Längsschnitt durch den Messkopf nach Fig. 4, jedoch mit den Messfühlern in der ausgefahrenen Stellung und
Fig. 6 in vergrösserter Darstellung einen Radialschnitt durch einen Teil eines Innengewindes und eines zum Messen des Teilkreisdurchmessers geeigneten Profils der Messfühler.
In allen Ausführungsbeispielen sind einander entsprechende Teile mit gleichlautenden Bezugsziffern versehen, auch wenn die Form der Teile in Einzelheiten voneinander verschieden ist.
Im Messkopfkörper 1 befinden sich Schlitze 2 zur Aufnahme der Messfühler 3. Die zwei Messkegel tragende Spindel 4 wird einerseits in der Bohrung des Messkopfschaftes 5 und anderseits mit ihrem, anschliessend an den vorderen Messkegel angeordneten zylindrischen Teil 6 im Messkopfgehäuse 1 geführt.
Diese Führung verhindert insbesondere bei Geräten für kleine Durchmesser ein Durchbiegen bzw. Abbrechen des Kegels.
Zwischen den beiden Kegeln 7 befindet sich eine Einschnürung 8, die vorzugsweise dünner ist als der kleinere Durchmesser des hinteren Kegels. Die Messfühler 3 besitzen in axialer Richtung an den äussersten Enden ihrer Innenseite je einen Vorsprung 9, die auf den beiden Messkegeln aufliegen. Da bei der vorliegenden Konstruktion vorzugsweise steile Messkegel zur Anwendung kommen, werden die Messfühler 3 beim Vorschieben der Kegel 7 nach aussen und gleichzeitig auch mit ihrer vorderen Stirnfläche an die im Führungsschlitz des Messkopfes angeordnete kurze Anlagefläche 10 gedrückt. Auf diese Weise bleibt die rein translatorische Verschiebung der Messfühler erhalten, auch wenn sich die Anlagefläche 10 abnützen sollte. Die hintere Stirnfläche der Messfühler bzw. der Messkopfschlitze wird nicht zur Führung benötigt, und selbst ein Spalt an dieser Stelle ist ohne Einfluss auf das Messergebnis.
Die kraftschlüssige Verbindung der Mel3fühler 3 mit den Messkegeln 7 wird durch eine Blattfeder 11 bewirkt, die im Messkopfgehäuse 1 abgestützt ist und in eine Nut 12 in den Messflächen der Fühler eingreift. Bei grösseren Geräten kann diese kraftschlüssige Verbindung auch, wie Fig. 2, 4 und 5 zeigen, mittels einer Ringfeder 13 bewirkt werden.
Um ein Verdrehen der Spindel 4 zu verhindern, ist auf das dünnere, hintere Ende derselben ein Stellring 15 aufgesetzt, in dessen Umfang eine Anzahl Nuten 16 angeordnet sind, in die der zapfenförmige Fortsatz einer Schraube 17 (Fig. 1, 2, 4 und 5) eingreift. Auf diese Weise kann die Spindel axial verschoben werden, ohne dass sie sich verdreht. Um der Abnutzung des betreffenden Kegelabschnittes nach längerem Gebrauch Rechnung zu tragen, kann die Schraube 17 gelöst und, nach Drehung der Spindel 4 um einen bestimmten Wert, in eine andere Nut des Stellringes 15 wieder eingerastet werden. Es kann aber auch von dem Aufsetzen eines Stellringes 15 abgesehen werden und die Einrastnuten 16 direkt am Umfang der Spindel 4 angebracht werden.
Bei grossen Geräten, bei welchen auch die Messkegel 7 einen grösseren Umfang haben, wird die Einrastvorrichtung vorzugsweise so gestaltet, dass in der hinteren, ebenen Stirnfläche des hinteren Kegels ein Lochkreis 18 angeordnet wird (Fig. 3), in welchen ein im Inneren des Gehäuses 1 angebrachter Stift 19 eingreift. Aus Gründen der Gewichtsersparnis werden bei grossen Geräten die Messkegel hohlgebohrt.
Das Zurückführen der Doppelkegelspindel 4 in ihre Ausgangsstellung wird durch eine schwache Schraubenfeder 14 bewirkt, die bei kleineren Geräten vorzugsweise am hinteren Ende der Spindel 4 (Fig. 1) und bei grösseren Geräten in der Bohrung des Doppelkegels 7 (Fig. 2) angeordnet wird.
Am hinteren Ende des Messkopfschaftes 5 befindet sich in der Bohrung desselben ein Gewinde für den Anschluss an ein Mikrometermesswerk oder ein Zeigermessgerät.
Bei der Ausführung nach Fig. 4 und 5 tragen die Messfühler 3 auf ihrer Aussenseite ein Gewindeprofil 20, das dem Gewindeprofil eines zur Prüfung eines Innengewindes üblicherweise verwendeten Gewindelehrdornes entspricht. Um eine grössere Hubhöhe der Messfühler zu erreichen, falls der normale Messbereich zur Überbrückung der Gewindetiefe nicht ausreicht, kann die Doppelkegelspindel 4 ausser den eigentlichen Messkegeln 7 an deren kleinere Durchmesser sich anschliessende Gleitkegel 21 mit grösserer Kegelneigung tragen. Die Vorsprünge 9 an den Messfühlern 3 weisen dann zwei den unterschiedlichen Kegelneigungen entsprechende Kegelflächen auf.
Zur Messung des Teilkreisdurchmessers d (Fig. 6) eines Innengewindes 22 ist das Gewindeprofil 23 der Messfühler 3 ausserhalb des Bereichs des Teilkreisdurchmessers gegenüber dem Vollprofil des zugehörigen Gewindelehrdornes zurückgesetzt und gegebenenfalls verkürzt, so dass die Messfühler nur im Bereich der Flanken an dem zu vermessenden Innengewinde zur Anlage kommen können. Durch entsprechende Gestaltung des Messprofils 23 lässt sich leicht erreichen, dass die Anlage an den Flanken des zu vermessenden Innengewindes linienförmig wird.