DD238665B1

DD238665B1 - END MASS FOR GREAT LENGTH

Info

Publication number: DD238665B1
Application number: DD27765385A
Authority: DD
Inventors: Sigfrid Kaufmann; Lothar Lauck
Original assignee: Verkehrswesen Hochschule
Priority date: 1985-06-24
Filing date: 1985-06-24
Publication date: 1989-07-12
Also published as: DD238665A1

Description

Hierzu 1 Seite ZeichnungFor this 1 page drawing

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine Maßverkörperung, bei der das durch den Abstand zweier Endflächen dargestellte Nennmaß I₀ S 500mm ist. Die End- bzw. Meßflächen können eben, zylindrisch oder kugelig sein, so daß sowohl die bekannten Parallel-, Zylinder- und Kegelendmaße als auch sogenannte Stichmaße erfindungsgemäß ausgeführt werden können. Die Anwendung der Erfindung bietet sich besonders für die Verkörperung von Längen über 1000 mm unter Produktionsbedingungen an, z. B. beim Einstellen von Meßgeräten, Vorrichtungen und Maschinen in nicht klimatisierten Fertigungshallen.The invention relates to a material measure in which the nominal dimension I ₀ S represented by the distance between two end faces is 500 mm. The end or measuring surfaces may be flat, cylindrical or spherical, so that both the known parallel, cylindrical and Kegelendmaße and so-called puncture dimensions can be performed according to the invention. The application of the invention is particularly suitable for the embodiment of lengths over 1000 mm under production conditions, for. As in the setting of measuring instruments, devices and machines in non-air conditioned production halls.

Characteristic of the known technical solutions

Die benannten Endmaße sind in vielfältigen Ausführungsformen bekannt, wobei die Parallelendmaße praktisch die wichtigsten industriellen Maßverkörperungen sind. Die größten Längen handelsüblicher, aus einem Stück hergestellter Endmaße betragen 3000mm, in Ausnahmefällen 4000mm; bevorzugt werden solche Endmaße in Längen von maximal 1000mm ausgeführt. Für die Darstellung größerer Längen werden sie mittels spezieller Verbindungsstücke zusammengesetzt. Parallelendmaße mit rechteckigem Querschnitt besitzen hierzu in der Nähe der beiden Endflächen Bohrungen, in die sogenannte Endmaßhalter eingreifen, die ihrerseits die benachbarten Endmaße fest miteinander verbinden. Durch die zusätzliche Einbeziehung standardisierter Meßstücke und/oder kleiner Endmaße an einem oder beiden Enden der Endmaßkombination wird eine durchgängige Maßverkörperung hoher Genauigkeit, theoretisch bis etwa 10000 mm, ermöglicht. Praktisch zu verwirklichen sind jedoch nur Kombinationen bis ca. 6000 mm, da darüberhinaus die hohen Anforderungen hinsichtlich Ebenheit der Auflagefläche und Temperaturkonstanz innerhalb der gesamten Kombination nicht mehr erfüllt werden können. Analog verhält es sich beiden selteneren Parallelendmaßen mit kreisförmigen Querschnitt. Diese Maßverkörperungen bestehen im allgemeinen aus Stahlrohr und besitzen gehärtete Endstücke. Durch die Kombination mit Parallelendmaßen können sie ebenfalls für größere Längen zusammengefügt werden.The specified final dimensions are known in various embodiments, with the gauge blocks are practically the most important industrial measuring standards. The largest lengths commercially available, manufactured from one piece final dimensions are 3000mm, in exceptional cases 4000mm; Preferably, such final dimensions are carried out in lengths of a maximum of 1000mm. For the representation of larger lengths, they are assembled by means of special connecting pieces. For this purpose, gauge blocks with a rectangular cross-section have bores in the vicinity of the two end faces in which so-called gauge blocks intervene, which in turn firmly connect the adjacent gauge blocks. Due to the additional inclusion of standardized measuring pieces and / or small final dimensions at one or both ends of the final dimension combination, a continuous material measure of high accuracy, theoretically up to about 10,000 mm, is made possible. Practically to realize, however, are only combinations up to 6000 mm, because beyond the high requirements for flatness of the support surface and temperature stability within the entire combination can not be met. The same applies to two rarer parallel gauges with a circular cross-section. These measuring graduations are generally made of steel tube and have hardened end pieces. By combining with gauge blocks, they can also be joined together for longer lengths.

Der für die Endmaße verwendete Werkstoff muß maßbeständig, verschleißfest und im allgemeinen gut polierbar sein. Für größere Parallelendmaße wird bevorzugt legierter Stahl, z.B. 100 Cr 6 ultrarein, mit einem Längen-Temperaturkoeffizienten a = (11 ± 1)· 10"⁸K"¹ und einer Härte S800 HV 30 (=8000N/mm²), eingesetzt. Diedamit gegebene Masse der Endmaße führt besonders bei Längen über 1000mm zu erheblichen meß- und handhabungstechnischen Problemen (Durchbiegung des Endmaßes, Stellung der Meßflächen, Fluchtung der Kombinatjon). Bezüglich des Längen-Temperaturkoeffizienten wird von der bekannten Forderung ausgegangen, daß zwecks Minimierung der Temperaturfehler Meßobjekt und Meßgerät einen möglichst gleichen α-Wert aufweisen sollen. Deshalb wird der Einsatz anderer geeigneter Werkstoffe, wie Hartmetalle aus Wolframkarbid mit α = 5 · 10"⁶K"¹ oder aus Chromkarbid mit α =3 · 10"⁶K"¹, nur für kleine Längen zugelassen (gemäß TGL RGW 720-77 bis I₀= 10 bzw. 100 mm). Unter dem gleichen Aspekt wird durch die CH-PS 544286 vorgeschlagen, Endmaße generell aus Stahl herzustellen und nur auf die Endflächen verhältnismäßig dünne keramische oder Cermetschichten aus einem oder mehreren Karbiden, Nitriden und/oder Boriden von Metallen aus den Gruppen 3 bis 6 des periodischen Systems der Elemente zur Verbesserung der Verschleißfestigkeit aufzutragen.The material used for the final dimensions must be dimensionally stable, wear-resistant and generally well polishable. For larger gauge blocks, preference is given to using alloyed steel, for example 100 Cr 6 ultrapure, with a length-temperature coefficient a = (11 ± 1) × 10 ^-8 K ^-1 and a hardness S800 HV 30 (= 8000 N / mm ² ). Diedamit given mass of the final dimensions leads especially for lengths over 1000mm to considerable measuring and handling technical problems (deflection of the final gauge, position of the measuring surfaces, alignment of Kombinatjon). With respect to the length-temperature coefficient is based on the known requirement that in order to minimize the temperature error DUT and meter should have the same α value as possible. Therefore, the use of other suitable materials, such as tungsten carbide carbides with α = 5 · 10 " ⁶ K" ¹ or chromium carbide with α = 3 · 10 " ⁶ K" ¹ , only for small lengths (according to TGL RGW 720-77 to I ₀ = 10 or 100 mm). In the same aspect, CH-PS 544286 proposes to produce steel gauges generally and relatively thin ceramic or cermet layers of one or more carbides, nitrides and / or borides of metals from Groups 3 to 6 of the Periodic Table only on the end surfaces the elements to improve the wear resistance apply.

Dem steht gegenüber, daß der allgemein angestrebte Temperaturausgleich zwischen Meßobjekt und Meßgerät in den Fertigungshallen des Großmaschinenbaus u.a. praktisch nicht erreicht wird. Beim Messen großer Längen können vielmehr durch einen Längen-Temperaturkoeffizienten α = 0 der Maßverkörperung die Fehler infolge Temperatureinfluß bei der Prüfung von Bauteilen aus Stahl bis zu 20% verringert werden (Neumann, H.: Untersuchungen zum Einfluß der Temperatur auf die Meßfehler beim Messen großer Längen unter Produktionsbedingungen. Dissertation, HfV Dresden, 1981). Es ist bekannt, diese und andere Reserven zur Genauigkeitssteigerung durch den gezielten Einsatz von kohlenstoff- und aramidfaserverstärktem Plast zu nutzen (Kaufmann, S.; Lauck, L.: Einsatz von hochleistungsfaserverstärktem Plast zur Minimierung der Fehler beim Messen großer Längen. Feingerätetechnik, Berlin 32 (1983) 10, S.460-464). So wurden KFP-Strukturen für starre (z. B. DD-WP 135835) und flexible (z.B. DE-OS 2950580, DD-WP G 01 B/2473782) Handmeßgeräte vorgeschlagen und zum praktischen Einsatz gebracht.The opposite is that the generally desired temperature compensation between the object to be measured and meter in the production halls of large machinery u.a. practically not achieved. Rather, when measuring large lengths, the errors due to temperature influence in the testing of steel components can be reduced by up to 20% by a length-temperature coefficient α = 0 of the material measure (Neumann, H .: Studies on the influence of temperature on the measurement error when measuring large Lengths under production conditions Dissertation, HfV Dresden, 1981). It is known to use these and other reserves to increase accuracy through the targeted use of carbon and aramid fiber reinforced plastic (Kaufmann, S .: Lauck, L .: Use of high performance fiber reinforced plastic to minimize errors in measuring long lengths.) Feingerätetechnik, Berlin 32 (1983) 10, p.460-464). Thus, KFP structures for rigid (eg DD-WP 135835) and flexible (for example DE-OS 2950580, DD-WP G 01 B / 2473782) hand-held measuring devices have been proposed and brought into practical use.

Die Verwendung von Kohlenstoff- und/oder Aramidfasern für hochgenaue Maßverkörperungen, besonders bei solchen, bei denen das Maß durch den Abstand zweier verschleißfester Endflächen höchster Oberflächengüte dargestellt wird, ist bisher nicht erfolgt. Ursächlich dafür ist u.a., daß dieser Werkstoff dem Komplex der zu stellenden Eigenschaftsanforderungen aufgrund seiner Spezifik und ausgeprägten Eigenschaftsanisotropie an sich nicht entspricht.The use of carbon and / or aramid fibers for highly accurate measuring graduations, especially in those in which the measure is represented by the distance between two wear-resistant end surfaces highest surface quality, has not been done. The reason for this is, inter alia, that this material does not correspond to the complex of property requirements to be made due to its specific and pronounced property anisotropy per se.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist es, ein Endmaß für große Längen vorzuschlagen, daß sich unabhängig von den Umweltbedingungen durch eine hohe Maßkonstanz und leichte Handhabbarkeit auszeichnet.The aim of the invention is to propose a final gauge for long lengths that is characterized regardless of the environmental conditions by a high dimensional stability and ease of handling.

Explanation of the essence of the invention

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Endmaß für große Längen mit hoher Eigensteifigkeit, einem Längen-Temperaturkoeffiz'renten о = (0 ± 1) · 10"⁶K^-1 und ausreichender Robustheit bei vergleichsweise geringer Masse zu schaffen. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Endmaß mehrteilig und aus verschiedenen Materialien ausgeführt wird. Es besteht aus einem Grundkörper aus kohlenstoffaser- und/oder aramidfaserverstärktem Plast, der an beiden Enden kurze metallische Endstücke besitzt, die an den beschichteten Meßflächen eine Härte = 1 500HV aufweisen. Diese Endstücke dienen neben der Darstellung der End-, bzw. Meßflächen der Aufnahme von Adaptern zum Verbinden der Endmaße zu einer Kombination bzw. von speziellen Zubehör, besonders zur konventionellen Vergrößerung des Maß- oder Meßbereiches. Im einfachsten Fall sind hierfür Bohrungen vorgesehen. Der Verbundaufbau des Grundkörpers ist so gestaltet, daß dessen Längen-Temperaturkoeffizient gering negativ ist und sich bevorzugt in den Grenzen α = -0,1 ...-0,9 · 10"⁶K"¹ bewegt. Bei den bevorzugten Spezialfaserverbundenen mit hoch moduligen Kohlenstoff asern sind die Fasern mit einem Volumenanteil von φ = 30%, möglichst φ = 50...60%, in einem Orientierungswinkel θ = 0... 15° angeordnet. Als Material für die Endstücke kommt vorrangig eine Eisen-Nickellegierung mit 36% Nickelanteil, bekannt als Invar bzw. Aurodil 36, zum Einsatz. Die Endstücke sind zumindest an den Meßflächen mit einer dünnen Schicht aus Metallkarbid oder -nitrid überzogen; vorzugsweise besteht diese Schutzschicht aus Titannitrid in einer Dicke von 2...3μΓΠ. Die Endstücke können auch aus Stahl, gleichfalls beschichtet, und aus Hartmetallen mit α = 5 10"⁶K"¹ bestehen. Die maximale Länge der Endstücke beträgt gegenüber dem Nennmaß bei Invar 0,15 I₀, bei Stahl 0,025 · I₀ und bei Hartmetall 0,05 · I₀!The object of the invention is to provide a final gauge for long lengths with high inherent rigidity, a length-temperature coefficient = (0 ± 1) × 10 ^-6 K ^-1 and sufficient robustness with comparatively low mass It consists of a basic body of carbon fiber and / or aramid fiber reinforced plastic, which has short metallic end pieces at both ends, which have a hardness = 1 500HV at the coated measuring surfaces In addition to the representation of the end or measuring surfaces, the adapters are used to connect the final dimensions to a combination or special accessories, in particular for conventional enlargement of the measuring range or measuring range, in the simplest case bores are provided is designed so that its length-temperature coefficient ger ing is negative and preferably within the limits α = -0.1 ...- 0.9 · 10 " ⁶ K" ¹ moves. In the preferred Spezialfaserverbundenen with high modulus carbon asern the fibers are arranged with a volume fraction of φ = 30%, preferably φ = 50 ... 60%, in an orientation angle θ = 0 ... 15 °. The material used for the end pieces is primarily an iron-nickel alloy with 36% nickel content, known as Invar or Aurodil 36 used. The end pieces are coated at least at the measuring surfaces with a thin layer of metal carbide or nitride; Preferably, this protective layer of titanium nitride in a thickness of 2 ... 3μΓΠ. The end pieces can also be made of steel, also coated, and of hard metals with α = 5 10 " ⁶ K" ¹ exist. The maximum length of the end pieces is 0.15 I ₀ compared to the nominal size of Invar, 0.025 · I ₀ for steel and 0.05 · I ₀ for carbide metal.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Endmaßes besteht neben der hohen Maßkonstanz bei praktisch allen Umgebungstemperaturen und darausfolgend höherer Sicherheit der Messung auch darin, daß die Messungen sofort, und nicht erst nach dem allgemein geforderten Temperaturausgleich zwischen Maßverkörperung und Prüfling (üblich: 1,5...4h!) durchgeführt werden können. Hinzu kommt, daß diese Endmaße wesentlich leichter sind; bei gegenüber Stahl vergleichbaren Festigkeiten können solche Endmaße bis mindestens 5000 mm problemlos aus einem Stück bei gleichzeitiger Massereduzierung bis zu 50% hergestellt werden.The advantage of the gauge according to the invention is in addition to the high dimensional stability at virtually all ambient temperatures and consequently higher reliability of the measurement also in that the measurements immediately, and not only after the generally required temperature compensation between material measure and test specimen (usual: 1.5 ... 4h !). In addition, these gauges are much lighter; In the case of comparable strengths to steel, such final dimensions of up to at least 5000 mm can easily be produced from one piece with a simultaneous reduction in mass of up to 50%.

embodiment

Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden; Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau eines Parallelendmaßes.The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment; Fig. 1 shows schematically the structure of a gauge gauge.

Der Grundkörper 1 ist als dünnwandiges Rohr, das im Wickelverfahren hergestellt wurde, ausgeführt. Die hierbei verwendeten hochmoduligen Kohlenstoffasern 2 sind in einer Plastmatrix aus Epoxidharz gebettet. Das Laminat ist zweischichtig und symmetrisch orientiert und zeichnet sich durch eine hohe Packungsdichte der Fasern aus. Der Volumenanteil der Fasern am gesamten Verbund beträgt ca. 60%; ihrer Orientierungswinkel liegt bei ±5°. Die verwendete duroplastische Matrix zeichnet sich durch günstige Kleb- und geringe Schwundeigenschaften aus und gestattet eine höchstmögliche Faserauslastung. Der Längen-Temperaturkoeffizient bewegt sich so im Bereich von -0,3... —0,9 · 10—β Κ—ι. Die rotationssymmetrischen, in den Grundkörper 1 eingeklebten Endstücke 3 bestehen aus Invar (Aurodil 36). Sie sind so gestaltet, daß sie beim Ablegen des Endmaßes auf ebenen Flächen als Auflage dienen; die Meßfläche ist erhaben. Die Meß- und möglichen Auflage- und Anlagenflächen der Endstücke 3 sind mit einer 5μΓΠ dicken Schutzschicht 4 aus Titannotrid versehen. Die Länge der Endstücke 3 ist möglichst klein gewählt; die „Reserve" bis zu 0,15 · I₀ wird mit 50% für eine Maß- bzw. Meßbereichserweiterung, die üblicherweise mit Parallelendmaßen aus Stahl bzw. mit Feinmeßgeräten vorgenommen wird, ausgeschöpft. Für die Aufnahme von entsprechenden Adaptern sind in den Endstücken Durchgangsbohrungen eingebracht.The main body 1 is designed as a thin-walled tube, which was produced by the winding process. The high modulus carbon fibers 2 used here are embedded in a plastic matrix of epoxy resin. The laminate is two-layered and symmetrically oriented and is characterized by a high packing density of the fibers. The volume fraction of the fibers in the entire composite is about 60%; their orientation angle is ± 5 °. The thermoset matrix used is characterized by favorable adhesion and low shrinkage properties and allows the highest possible fiber utilization. The length-temperature coefficient thus moves in the range of -0.3 ... -0.9 · 10-β Κ-ι. The rotationally symmetrical, glued into the body 1 end pieces 3 are made of Invar (Aurodil 36). They are designed so that they serve as a support when placing the gauge block on flat surfaces; the measuring surface is raised. The measuring and possible support and contact surfaces of the end pieces 3 are provided with a 5μΓΠ thick protective layer 4 of titanium halide. The length of the end pieces 3 is chosen as small as possible; the "reserve" up to 0.15 · I ₀ is used with 50% for a measurement or measuring range extension, which is usually made with steel or with gauges gauge gauge., For the inclusion of corresponding adapters in the end pieces through holes brought in.

Claims

1. Gauge for long lengths, characterized in that it is made of several parts and made of different materials, said consisting of carbon and / or aramidfaserverstärktem plastic body (1) has a negative length-temperature coefficient and at both ends compared to the nominal size of I. ₀ short metallic end pieces (3) has.

2. Gauge for long lengths to point!., Characterized in that the main body (1) as a special fiber composite with high modulus carbon fibers (2), which are introduced with a volume fraction φ ä 30% and an orientation angle Θ = 0 ... 15 ° , consists.

3. final gauge for long lengths according to item 1 and 2, characterized in that the end pieces 3 made of an iron-nickel alloy with 36% nickel content and their length is 0.15 l ₀ maximum.

4. Gauge for long lengths according to items 1 and 2, characterized in that the end pieces (3) consist of steel and their maximum length is 0.025 · I ₀ .

5. gauge for large lengths according to items 1 and 2, characterized in that the end pieces (3) made of hard metal with α ^ 5 · 10 ~ ⁶ K ~ ¹ and their length is not more than 0.05 · I ₀ .