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Gebiet der Technik:
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Einmessen einer Rotationskörper-Makrogeometrie, enthaltend ein Gehäuse mit einer Aussparung, geeignet zum Hineinsetzen eines zu messenden Bauteils, und mit einer gegen das Gehäuse beweglichen Zapfenoberfläche, die in unterschiedlichen Positionen gegen das Gehäuse fixierbar ist, und mit einem gegen das Gehäuse beweglichen Messzapfen, der mit einer Messeinrichtung verbunden ist. Insbesondere zur Vermessung von Bauteilen wie beispielsweise Kurbelwellen werden solche Vorrichtungen verwendet. Mit Bauteil ist jeder für eine Rotationskörper-Makrogeometrie-Messung geeignete Gegenstand gemeint. Mit einer Zapfenoberfläche ist die vordere bei Vermessung zum Bauteil gewandte Oberfläche eines Stellzapfens gemeint. Unter Messzapfen ist auch einer als Ambosses ausgebildeter gemeint. Unter Stellzapfen ist auch einer als Amboss ausgebildeter gemeint.
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Stand der Technik:
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Bekannt sind 2-Punkt-Messgeräten, wonach die Bauteile wie bei einer Rachenlehre gemessen werden. Solche 2-Punkt-Messgeräte für das Einmessen einer Rotationskörper-Makrogeometrie beinhalten ein Gehäuse mit einer Aussparung, wohin das zu messende Bauteil gesetzt wird, mit einem gegen das Gehäuse unbeweglichen Stellzapfen wie zum Beispiel in Form eines Ambosses und mit einem gegen das Gehäuse beweglichen Messzapfen, der mit einem Messgerät wie beispielsweise einem Feinzeiger verbunden ist. Messungen mit einem 2-Punkt-Messgeräte sind ungenau, weil die Messungen nur in wenigen Schnitten der zu messenden Oberfläche erfolgen. So zeigen Messungen eines 2-Punkt-Messgeräts beim Einmessen von abgerundeten Teilen, deren Makrogeometrie eine dreikantige Form hat, denselben Messwert in jedem beliebigen Schnitt, was die Illusion eines idealen Kreises vortäuscht, also fehlerhaft ist. Um das zu vermeiden werden die Formabweichungen bei runden Teilen durch Messgeräte mit Einrichtungen für eine 1-Punkt-Kontrollmethode gemessen. Unter Verhältnissen einer Fertigung ist ein in 1 schematisch dargestelltes Geräte bekannt, bei dem ein Bauteil 1 zwischen Spitzen 2 und 3 eingespannt werden kann, wobei dieses in Rotation gebracht über einen Geber 4, der gegen die Basisoberfläche des Gerätes 7 fest eingebaut wird, auftretende Abweichungen erfasst, und diese Daten von einem Aufzeichnungsgerät aufgezeichnet werden. Jedoch weisen diese Daten auch einen Fehler auf, der infolge der vorhandenen Exzentrizität der Zwischenspitzenlinie 5 und der tatsächlichen Bauteilachse 6 auftritt. Liegen zulässige Bauteilform-Abweichungen im Bereich weniger Mikrometer, kann dieser Fehler unzulässig sein. Ein ähnlicher Fehler entsteht beim Einmessen von Bauteilen mit beispielsweise gekrümmter Längsausdehnung mit solchen bekannten Geräten. Das Gerät „Talyrond® 565” des Unternehmens „Ametek GmbH” ansässig in Rudolf Diesel Straße 16, D-64331 Weiterstadt ist zur Beseitigung der genannten Nachteile mit einem elektronischen System ausgerüstet. Das Gerät trennen nach einem vorgegebenen Programm die eigentlichen Formabweichungen von systematischen Fehlern, die aus unterschiedlichen Gründen, wie zum Beispiel Außermittigkeit oder Krümmung verursacht werden können. Solch ein Gerät ist jedoch relativ kostenintensiv und benötigt besondere Bedingungen für seine Aufstellung und seinen Betrieb. Die Prozesse, deren Einstellung und der eigentliche Messvorgang dauern dabei relativ lang. Ferner ist ein solches Gerät nicht zur Nutzung unter Fertigungsbedingungen ausgelegt. Darüber hinaus sind bei dem Einsatz von mit Rechner gestützten Messgeräten Fehler nicht grundsätzlich ausgeschlossen, die bei der Umrechnung und der Messwerttrennung im Zusammenhang dadurch herbeigeführt werden, dass die im Geräterechner vorgesehene Software nicht speziell für das zu vermessende Bauteil ausgelegt ist.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Vorrichtung zum Einmessen von Rotationskörper-Makrogeometrie enthaltend ein Gehäuse mit einer Aussparung, geeignet zum Hineinsetzen eines zu messenden Bauteils, bereitzustellen.
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Zusammenfassung der Erfindung:
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Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Durch eine Vorrichtung zum Einmessen einer Rotationskörper-Makrogeometrie, enthaltend ein Gehäuse mit einer Aussparung, geeignet zum Hineinsetzen eines zu messenden Bauteils, und mit einer gegen das Gehäuse beweglichen Zapfenoberfläche, die in unterschiedlichen Positionen gegen das Gehäuse fixierbar ist, und mit einem gegen das Gehäuse beweglichen Messzapfen, der mit einer Messeinrichtung verbunden ist, wobei die Vorrichtung zusätzlich eine weitere Zapfenoberfläche eines Stellzapfens umfasst, die gegen das Gehäuse in unterschiedlichen Positionen fixierbar ist, wobei sich die Zapfenoberfläche und die weitere Zapfenoberfläche an unterschiedlichen Seiten von der Ebene befinden, die durch den Punkt des Kontaktes mit dem Messzapfen, durch die zu messende Oberfläche des Bauteils und längs durch den dazu passenden Schnittdurchmesser des durch den Punkt des Kontaktes mit dem Messzapfen und durch die Punkte der Kontakte mit der Zapfenoberfläche und der weiteren Zapfenoberfläche verlaufenden Schnittes des zu messenden Bauteils verläuft, wird die Aufgabe gelöst. Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat den Vorteil, dass die zu messende Oberfläche als Messbasis fungiert, was grundsätzlich den Lagebestimmungsfehler ausschließt, so dass damit die Verwendung komplizierter und kostenintensiver Elektronik zur Berechnung von Messfehlern entfällt. Die Vorrichtung ist relativ kostengünstig, einfach zu handhaben und eignet sich auch zur Nutzung unter Fertigungsbedingungen.
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In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Verbesserungen des jeweiligen Gegenstandes der Erfindung angegeben.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das Gehäuse mit der Möglichkeit der Bewegung des Messzapfens in der Richtung senkrecht der zu messenden Oberfläche versehen und die Vorrichtung ist mit der Messeinrichtung zum Einmessen dieser Bewegung versehen. Dadurch kann auch die Reliefstruktur der Oberfläche eines Bauteils in Richtung parallel zur Rotationsachse erfasst werden.
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Vorzugsweise ist das zur Vorrichtung gehörende Gehäuse mit der Möglichkeit seiner Winkelbewegung installiert und die Vorrichtung ist mit einer Messeinrichtung zum Einmessen dieser Winkelbewegung versehen. Dadurch können auch Auslenkungen des gesamten Gehäuses bei der Einmessung einer Rotationskörper-Makrogeometrie mit gemessen werden, was die Qualität des Messergebnisses verbessert.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung ist das Gehäuse in Form eines sich zu öffnenden und wiederverschließbaren Setzstocks ausgebildet und das Gehäuse ist mit einer Stange fest verbunden, die eine Möglichkeit der linearen und winkeligen Bewegungen hat, wobei die Zapfenoberfläche und die weitere Zapfenoberfläche einerseits und der Messzapfen andererseits an unterschiedlichen Seiten von der Achse der Stange angeordnet sind. Dadurch können sowohl winklige als auch lineare Auslenkungen des gesamten Gehäuses bei der Einmessung einer Rotationskörper-Makrogeometrie mit gemessen werden, was die Qualität des Messergebnisses weiter verbessert.
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Bei einer weiteren Verbesserung der Vorrichtung ist das als Setzstock ausgeformte Gehäuse mit gefederten Hilfskontakten versehen, welche beidseits vom Messzapfen angeordnet sind und dabei die Federkraft das Gewicht des Gehäuses zusammen mit der Stange überschreitet. Dadurch kann der Messzapfen sich auch über dem zu vermessenden Bauteil befinden und das Bauteil wird vorteilhaft an die Zapfenoberfläche und die weitere Zapfenoberfläche gedrückt.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das Gehäuse in Form eines mit der Stange fest verbundenen Bügels ausgebildet und dieses Gehäuse hat die Möglichkeit der linearen und winkeligen Bewegungen, wobei sich die Zapfenoberfläche, die weitere Zapfenoberfläche und der Messzapfen aus Sicht eines zu messenden Bauteils auf der Seite der Stange befinden. Damit können auch Bauteile, bei denen das Umschließen des zu messenden Bauteils mit einem Setzstock schlecht möglich wäre oder unbequem wäre, problemlos eingemessen werden. Zum Beispiel bei Kontrolle der Bauteile, welche die axiale Bewegung des Stößels zusammen mit dem Messzapfen begrenzen, wie etwa bei der Vermessung der Oberflächen von Grund- und Hubzapfen von Kurbelwellen ist diese Ausgestaltung von Vorteil.
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Schließlich können die Merkmale der Unteransprüche für das erfindungsgemäße Vorrichtung im Wesentlichen frei miteinander und nicht durch die in den Ansprüchen vorliegende Reihenfolge festgelegt kombiniert werden, sofern sie unabhängig voneinander sind und sich nicht gegenseitig ausschließen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen:
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Anhand der Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert.
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Es zeigen
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1 ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Einmessen einer Rotationskörper-Makrogeometrie aus dem Stand der Technik in Seitenansicht.
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2 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit zu vermessendem Bauteil im vertikalen Querschnitt längs der Längsachse der Vorrichtung,
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3 einen Ausschnitt des gleichen Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Ansicht von oben, und
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4 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit zu vermessendem Bauteil im vertikalen Querschnitt längs der Längsachse der Vorrichtung.
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Ausführliche Beschreibung der Erfindung:
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Alle Zeichnungen sind schematisch zu verstehen. Auf maßstabsgetreue Abbildungen wurde zum Zwecke erhöhter Klarheit der Darstellung verzichtet.
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In 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 7 zum Einmessen einer Rotationskörper-Makrogeometrie aus dem Stand der Technik in Seitenansicht gezeigt. Ein zu vermessendes Bauteil 1 ist zwischen zwei sich gegenüberliegenden Spitzen 2 und 3 eingespannt. Bei Rotation des Bauteils 1 tastet der Geber 4 mit seiner Messzapfenoberfläche an dem jeweiligen Kontaktpunkt mit der Oberfläche des Bauteils 1 die vertikale Auslenkung ab. Der Geber 4 ist gegen die Basisoberfläche des Gerätes 7 fest eingebaut. Der Geber 4 erfasst auftretende Abweichungen und gibt diese Daten an ein in 1 nicht dargestelltes Aufzeichnungsgerät ab, welches diese dann aufzeichnet und/oder speichert. Jedoch weisen diese Daten auch einen Fehler auf, der infolge der vorhandenen Exzentrizität der Zwischenspitzenlinie 5 und der tatsächlichen Bauteilachse 6 auftritt. Zwischen die zwei sich gegenüberliegenden Spitzen 2 und 3 kann beispielsweise auch ein Bauteilen mit gekrümmter Längsausdehnung eingespannt werden. Durch die Krümmung tritt ebenfalls ein Messfehler auf.
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In 2 ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 mit zu vermessendem Bauteil 12 im vertikalen Querschnitt längs der Längsachse der Vorrichtung 10 dargestellt. Das als Setzstock ausgebildete Gehäuse 14, umfasst zwei Halbringen 16 und 18, die auf der Achse 20 befestigt sind. Diese Halbringe 16 und 18 umschließen eine Aussparung des Gehäuses 14, in der sich ein zu vermessendes Bauteil 12 gesetzt ist. Diese Halbringe 16 und 18 sind mit einer schnellabnehmbaren Klemme 22 wie beispielsweise, ohne darauf beschränkt zu sein, einer Drehschraube 24 mit Mutter 26 versehen. Die Klemme 22 kann geöffnet werden und die beiden an der Achse 20 gehaltenen Halbringe 16 und 18 auseinandergespreizt werden. In Halbringen 16 und 18 sind ein Stellzapfen 28 mit der Zapfenoberfläche 30 und ein weiterer Stellzapfen 32 mit der weiteren Zapfenoberfläche 34 sowie der Messzapfen 36 angeordnet, wobei dieser Messzapfen 36 mit dem Messgeber 38 verbunden ist. Der Messgeber 38 übermittelt seine gemessenen Daten an ein Aufzeichnungsgerät 40, dass die Messdaten aufzeichnet und/oder speichert. Das als Setzstock ausgebildete Gehäuse 14 ist auf seiner von den Halbringen 16 und 18 abgewandten Seite mit der Stange 42 fest verbunden. Die Stange 42 kann sich in der Buchse 44 linear bewegen. Diese Buchse 44 schaukelt frei auf der Achse 46, die in der Konsole 48 befestigt ist. Für Ermittlung der Exzentrizität der zu messenden Oberfläche gegen die Aufnahmebasis kann die Vorrichtung 10 mit abnehmbaren Einrichtungen zweier Typen ausgestattet werden, und zwar: Für kleinere Messwerte kann auf der abnehmbaren Konsole 50 ein Längenmessgerät 52 für kürzere Bewegungswege befestigt werden, um lineare Bewegungen der Stirn der Stange 42 zu erfassen. Für große Messwerte, wie etwa bei der Vermessung der Makrogeometrie eines Kurbelwellenhubzapfen ist die Konsole 54 mit dem Bewegungsmesser 56, der die linearen Bewegungswege der Stange 42 erfasst, vorgesehen. Die Winkelbewegung der Achse 46 wird mit der Messeinrichtung 58 erfasst. Zum Einmessen der Makrogeometrie eines Bauteils 12 im Axialschnitt, ohne dabei das Bauteil 12 gegen das Gehäuse 14 zu bewegen, wird der Messzapfen 36 verwendet, der mit dem Messgeber 38 verbunden und im Stößel 60 befestigt ist. Dieser Stößel 60 ist in die Führungen 62 eingebaut. Um den Kontakt des zu messenden Bauteils 12 mit dem Stellzapfen 28 mit der Zapfenoberfläche 30 und dem weiterer Stellzapfen 32 mit der weiteren Zapfenoberfläche 34 zu gewährleisten, trägt der Halbring 18 gefederte Hilfskontakte 64 und 66. Die Kraft dieser Federung ist dabei so dimensioniert, dass sie das auf diese Kontakte wirkende Gewicht des als Setzstock ausgeformten Gehäuses 14 und der Stange 42 überschreitet. Das Aufzeichnungsgerät 40 kann beispielsweise gemessene Abweichungen als Kreisdiagramm oder auch in der Linienform aufzeichnen. Auch andere geeignete Aufzeichnungsarten sind denkbar. Denkbar ist dort ebenso die Speicherung der Messdaten für eine spätere Weiterverarbeitung.
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Für eine Messung wird das zu vermessende Bauteil 12 zwischen zwei in 2 nicht abgebildete Spitzen oder auf nicht in 2 abgebildete Schneiden gespannt. Die Stellzapfen 28 und 32 sind für Einstellung vorgesehen. Sie sind dafür vorgesehen, das senkrecht oder im gewünschten Winkel dazu zwischen Spitzen oder auf Schneiden befestigte Bauteil 12 relativ zum als Setzstock ausgeformten Gehäuse 14 in Position zu bringen, also in gewünschte axiale und winkelige Lage, um das Bauteil 12 des vorgegebenen Durchmessers einzumessen. Die Halbringe 16 und 18 öffnen sich, das Gehäuse 14 wird zum Bauteil 12 herangeführt und darauf aufgesetzt. Mit der schnellabnehmbaren Klemme 22 wird das als Setzstock ausgeformten Gehäuse 14 geschlossen. Es sind beim Anfang der Messung bei dem Messgeber 38, der Messeinrichtung 58, dem Längenmessgerät 52 oder dem Bewegungsmesser 56 alle Anzeigewerte auf Null zu stellen. Ein in 2 nicht dargestellter Griff oder alternativ ein elektrischer Antrieb dafür dient zur Verbringung des Messzapfens 36 mit Messgebers 38 entlang der Führung 62 in die gewünschte bzw. erforderliche axiale Position. Das Bauteil 12 kann in Rotation gebracht werden. Die Rotationsachse liegt normalerweise senkrecht zur das Bauteil 12 einfassenden Aussparung des als Setzstock ausgeformten Gehäuses 14. Die angezeigten Werte können entweder visuell eingelesen oder mit Schreibgeräten aufgezeichnet und/oder gespeichert werden. Bei Bedarf, wie zum Beispiel beim Einmessen von Bauteilen 12 mit unterschiedlichen Durchmessern, werden die Stellzapfen 28 und 32 in andere Gewindebohrungen 70 und 72, die in dem Halbring 16 vorgesehen sind, eingebaut. Die Zapfenoberfläche 30 und die weitere Zapfenoberfläche 34 befinden sich an unterschiedlichen Seiten von der Ebene I, die durch den Punkt des Kontaktes mit dem Messzapfen 36, durch die zu messende Oberfläche des Bauteils 12 und längs durch den dazu passenden Schnittdurchmesser des durch den Punkt des Kontaktes mit dem Messzapfen 36 und durch die Punkte der Kontakte mit der Zapfenoberfläche 30 und der weitere Zapfenoberfläche 34 verlaufenden Schnittes des zu messenden Bauteils 12 verläuft. Der Abstand von der Zapfenoberfläche 30 zur Ebene I sowie der von der weitere Zapfenoberfläche 34 zur Ebene I ist jeweils gleich.
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In dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 10 ist der Messzapfen 36 über den zu kontrollierenden Bauteil 12, und die Stellzapfen 28 und 32 unter diesem Bauteil 12 angeordnet. Jedoch sind auch andere gegenseitige Anordnungen denkbar. Die Stellzapfen 28 und 32 können sich über dem zu kontrollierenden Bauteil 12 und der Messzapfen 36 unter diesem Bauteil 12 befinden. In diesem Fall stützt sich das als Setzstock ausgeformten Gehäuses 14 auf die Stellzapfen 28 und 32, so dass die gefederten Hilfskontakte 64 und 66 entbehrlich sind. Der Messzapfen 36 hat dann eine Feder durch die seine Spitze an der Oberfläche des zu messenden Bauteils 12 gehalten wird.
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In 3 ist ein Ausschnitt des gleichen wie in 2 gezeigten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Ansicht von oben dargestellt. Über dem zu vermessenden Bauteil 12 liegt der Halbring 18 mit dem in der Führung 62 gehaltenen Stößel 60, in dem sich der vom Messgebern 38 verdeckte Messzapfen befindet. Für die Messung und Aufzeichnung der Axialschnitt-Abweichungen wird die Rotation des Bauteils 12 gestoppt. Das Bauteil 12 wird in gewünschte Position gebracht. Die Anzeige des Messgebers 38 wird auf Null gesetzt. Mit Hilfe des Schraube-Mutter-Systems 74 und des Griffs 68 oder alternativ eines elektrischen Antriebs dafür wird der Stößel 60 zusammen mit dem Messgeber 38 samt Messzapfen 36 in der Führung 62 bewegt. Die Bewegung in der Führung 62 erfolgt in diesem Fall mit Hilfe des Schraube-Mutter-Systems 74 wobei aber auch andere bekannte geeignete Verstellungsmechanismen denkbar sind. Die dabei vom Messgebers 38 erfassten Messdaten der Bewegung des Messzapfens werden visuell eingelesen oder durch ein Aufzeichnungsgerät aufgezeichnet und/oder gespeichert.
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In 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 mit zu vermessendem Bauteil 12 im vertikalen Querschnitt längs der Längsachse der Vorrichtung 10 gezeigt. Der eine Stellzapfen 28 mit der Zapfenoberfläche 30 und der weitere Stellzapfen 32 mit der weiteren Zapfenoberfläche 34 sowie der Messzapfen 36 zusammen mit dem Messgeber 38 sind nicht in einem Setzstock, aber an/in einem Gehäuse 14 mit der Form wie ein Bügel angeordnet, um die einseitige Zuführung zu dem zu messenden Bauteil 12 zu ermöglichen. Diese Konstruktion besteht aus zwei Bügelarmen 80 und 82, an denen die einstellbaren und fixierbaren Stellzapfen 28 und 32 symmetrisch zur Ebene I, die aus Längsachse des Messzapfens 36 und dessen vertikalen Verstellachse im in der Führung 62 geführten Stößel 60 aufgespannt wird, angeordnet sind. In den Bügelarmen 80 und 82 sind auch zusätzliche symmetrische Gewindebohrungen 70 und 72 vorgesehen, worin die Stellzapfen 28 und 32 eingebaut werden können, falls die Notwendigkeit entsteht, den Erfassungswinkel der zu messenden Oberfläche zu verändern. Diese Notwendigkeit kann zum Beispiel dann auftreten, wenn verschiedene Bauteile 12 mit bedeutenden Durchmesserunterschieden zu messen sind.
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Die Bügelarme 80 und 82 sind an die Führungen 62 fest eingebracht. In dieser Führungen 62 ist der Stößel 60 mit dem daran befestigten Messzapfen 36 angeordnet. Dieser Messzapfen 36 ist mit dem Messgeber 38 verbunden. Die erfassten Messdaten werden an ein in 4 nicht dargestelltes Aufzeichnungsgerät weitergeleitet. Die Bügelarme 80 und 82 sind entsprechend mit Konsolen 84 und 86 verbunden, diese Konsolen 84 und 86 sind auf dem Tafelfeld 88 befestigt. Der Stumpf der Stange 42 ist im Tafelfeld 88 befestigt. Zwischen der Stirn der Buchse 90 und dem Tafelfeld 88 ist die Feder 92 eingebaut. Bei der Messung wird das Bauteil 12 zwischen Spitzen oder auf Schneiden, die nicht in 4 dargestellt sind, und normalerweise senkrecht zur Aussparung des als Bügel ausgeformten Gehäuses 14, also in 4 mit vertikaler Rotationsachse ausgerichtet, eingespannt.
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Für eine Messung wird die Konsole 48 bis zum Kontakt der Zapfenoberfläche 30 des einen Stellzapfens 28 und der weiteren Zapfenoberfläche 34 des zweiten Stellzapfens 32 mit der Oberfläche des Bauteils 12 zum zu vermessenden Bauteil 12 hinbewegt und sogar noch weiter, um einen Druck der Feder 92 sicherzustellen, wobei die Feder 92 eine Vorspannung schafft, die einen ständigen Kontakt der Zapfenoberfläche 30 des einen Stellzapfens 28 und der weiteren Zapfenoberfläche 34 des zweiten Stellzapfens 32 mit der Oberfläche des Bauteils 12 im Laufe einer Messung gewährleistet. In dieser Lage ist die Konsole 48 bei einer Messung fixiert und die Anzeigen vom Messgeber 38, vom in 4 nicht dargestellten Längenmessgerät 52 und die Messeinrichtung 58 für die Winkelbewegung der Achse 46 sind vor der Messung auf Null gesetzt.
