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Die Erfindung betrifft ein Messtastelement, insbesondere ein Gewinde-Messtastelement, zum taktilen Vermessen des Innengewindes oder eines Innenprofils eines Werkstücks, wobei das Innengewinde oder das Innenprofil eine axiale Erstreckung und mindestens einen radial von der Achse beabstandet verlaufenden Gewindegang oder eine Profilierung aufweist.
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Funktionsgewinde in Form von Innengewinden eines Werkstücks werden aufgrund der immer höher werdenden Anforderungen immer häufiger gemessen, statt durch entsprechende „Lehren“ geprüft zu werden. Zusätzlich unterliegen Gewindelehren einer laufenden, turnusmäßigen Überprüfung und müssen präzise gemessen werden, um sicherzustellen, dass die geforderten in den einschlägigen Normen festgelegten Parameter eingehalten werden.
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Die Prüfung der Flankenwinkel, der Gewindesteigung, der Flankendurchmesser, der Kernlochdurchmesser, etc. erfolgt mittels taktiler Messverfahren, d. h. in der Regel mit Tastschnittgeräten (Konturenmessgeräten) durch Scannen der Gewindeoberfläche. Dies ist auch bei der vorliegenden Erfindung der Fall. Hierzu wird ein Gewinde-Messtastelement über die obere und untere Gewindekontur gezogen, die daraus resultierende Tastspitzenbewegung gemessen, die Daten digitalisiert und mittels geeigneter Auswertealgorithmen auf diese Weise die aktuellen Kennwerte des Prüflings berechnet.
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In 1 ist ein Werkstück 3 mit einem Innengewinde 2 zu sehen, welches auf diese Art und Weise vermessen werden kann. Das Innengewinde 2 weist dabei einen Kerndurchmesser DK auf, in den das Gewinde-Messtastelement eingeführt wird. Dies ist in 2, 3 und 4 dargestellt. Das Gewinde-Messtastelement 1 umfasst ein erstes, oberes und ein zweites, unteres Tastelement 4 und 6, die an einem Halteelement 5 befestigt sind. Das Gewinde-Messtastelement 1 wird dann in axiale Richtung a in die durch das Innengewinde 2 definierte Öffnung in das Werkstück 3 eingeführt und zunächst die eine, untere Fläche (siehe 2) und anschließend die andere, obere Fläche (siehe 4) vermessen.
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Das Antastelement (Tastelement), das hierbei verwendet wird, sollte theoretisch einer idealen Spitze entsprechen. In der Praxis wird dazu jedoch ein im Endbereich kugelförmig ausgebildetes Tastelement verwendet. Der Kugelradius muss hierbei kleiner sein als der Radius, der am Gewindeflankengrund vorkommt. Eine ideale Spitze würde im Gebrauch durch Reibung sofort brechen oder verschleißen und damit zu falschen Ergebnissen führen.
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Kleine Gewinde haben Flankengrund-Radien kleiner als 0,1 mm. Nachdem der Tastspitzenradius kleiner sein muss, um diesen Flankengrund noch abtasten zu können und Tastelemente mit derartig kleinen Kugeln nicht mehr hergestellt werden können, wird hierzu ein Hartmetallkegel mit einer entsprechend verrundeten Spitze genutzt. Diese Tastspitzen sind allgemein üblich und verfügbar.
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Zur Prüfung der Innengewinde werden daher die beschriebenen und in den genannten Figuren gezeigten „doppelkonische Tastelemente“ verwendet, da die Gewindeflanken unten und gegenüberliegend oben abgetastet (gescannt) werden müssen. Erst durch diese Doppelabtastung ist die Berechnung von Durchmessern möglich.
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Werden die Durchmesser der zu vermessenden Innengewinde immer kleiner, ergibt sich durch die Geometrie dieser Doppeltastspitzen folgendes Problem: Die kleinsten noch herstellbaren Tastspitzen dieses Typs haben eine Gesamtlänge (L, s. 6) von mindestens 2 mm. Mit diesen Tastspitzen sind Innengewinde kleiner M3 nicht mehr prüfbar, da diese einen Kernlochdurchmesser von weniger als 2 mm haben. Anwendungstechnisch muss hierbei noch ein Spielraum zwischen Kerndurchmesser und Tastelement von 0,2 bis 0,3 mm vorliegen, damit die Tastspitze nicht durch Kollision beim Einführen zum Messen zerstört wird.
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Demgemäß kann das Gewinde-Messtastelement 1 nicht mehr in die durch das Innengewinde 2 definierte Öffnung in das Werkstück 3 eingeführt werden, wie es in 5 illustriert ist.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Messtastelement, insbesondere ein Gewinde-Messtastelement, der eingangs genannten Art so fortzubilden, dass es möglich wird, auch sehr kleine Innengewinde bzw. Profile, und insbesondere solche kleiner als M3, vermessen zu können.
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Die Lös u n g dieser Aufgabe durch die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass das Messtastelement umfasst:
- - ein erstes Tastelement, das an einem ersten Halteelement angeordnet ist, mit dem das erste Tastelement in den Bereich des Innengewindes oder des Innenprofils eingebracht werden kann,
- - ein zweites Tastelement, das an einem zweiten Halteelement angeordnet ist, mit dem das zweite Tastelement in den Bereich des Innengewindes oder des Innenprofils eingebracht werden kann, und
- - ein Verbindungselement, an dem beide Halteelemente befestigt sind und welches die beiden Tastelemente in radiale Richtung voneinander beabstandet hält.
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Die beiden Halteelemente verlaufen bevorzugt in Richtung der axialen Erstreckung des Innengewindes bzw. des Innenprofils. Das Verbindungselement erstreckt sich bevorzugt in radiale Richtung. Dabei bilden die beiden Halteelemente und das Verbindungselement bevorzugt eine gabelförmige Struktur.
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Die beiden Tastelemente sind dabei mit ihren zur Messung vorgesehenen Endbereichen voneinander abgewandt am Messtastelement angeordnet.
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Die beiden Tastelemente weisen bevorzugt in ihren Endbereichen einen kugelförmigen Messabschnitt auf. Die beiden Tastelemente weisen bevorzugt eine kegelige Grundform auf, an deren Ende der kugelförmige Messabschnitt angeordnet ist. Dabei ist bevorzugt vorgesehen, dass die beiden Tastelemente im Bereich des größten Durchmessers der kegeligen Grundform einen Durchmesser von höchstens 0,75 mm, vorzugsweise von höchstens 0,6 mm, aufweisen.
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Die beiden Tastelemente haben bevorzugt eine Erstreckung in radiale Richtung von höchstens 1,8 mm, vorzugsweise von höchstens 1,5 mm.
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Jedes Tastelement kann im Halteelement mit einem zylindrischen Endabschnitt in einer Bohrung des Halteelements angeordnet sein.
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Die beiden Tastelemente bestehen bevorzugt aus Hartmetall.
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Demgemäß sieht die vorliegende Erfindung die Trennung der nach oben und nach unten tastenden Spitze vor, wobei eine bevorzugt gabelförmig ausgebildete Struktur zur Halterung der beiden Tastelemente eingesetzt wird.
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Das einzelne, jeweils nach unten und nach oben wirkende Tastelement (Tastspitze) dadurch kann deutlich kleiner ausgebildet werden. Somit kann die sich ergebende Struktur auch in Bohrungen eingeführt werden, die sich bei einem Innengewinde kleiner als M3 ergibt.
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Während die vorgeschlagene Erfindung insbesondere für die Vermessung von Innengewinden zum Einsatz kommt, können auch andere Innenprofile bzw. Konturen in kleinen Bohrungen mit der vorgeschlagenen Lösung effektiv vermessen werden. Als Beispiel hierfür sei eine Einspritzdüse genannt.
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In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
- 1 den Radialschnitt durch ein Werkstück mit einem Innengewinde,
- 2 den Radialschnitt durch das Werkstück, wobei der untere Abschnitt des Innengewindes mit einem Gewinde-Messtastelement nach dem Stand der Technik vermessen wird,
- 3 die Ansicht „A“ gemäß zu 2,
- 4 den Radialschnitt durch das Werkstück, wobei der obere Abschnitt des Innengewindes mit einem Gewinde-Messtastelement nach dem Stand der Technik vermessen wird,
- 5 ein Werkstück mit einem kleinen Innengewinde sowie ein kleinstmöglich ausgebildetes Gewinde-Messtastelement nach dem Stand der Technik, mit dem eine Messung nicht mehr möglich ist,
- 6 den Messtaster des Gewinde-Messtastelements nach dem Stand der Technik,
- 7 den Radialschnitt durch das Werkstück, wobei der untere Abschnitt des Innengewindes mit einem Gewinde-Messtastelement gemäß der Erfindung vermessen wird,
- 8 die Ansicht „B“ gemäß zu 7,
- 9 den Radialschnitt durch das Werkstück, wobei der obere Abschnitt des Innengewindes mit einem Gewinde-Messtastelement gemäß der Erfindung vermessen wird, und
- 10 eines der Tastelemente des Gewinde-Messtastelements gemäß der Erfindung.
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Ausgehend von den obigen Erläuterungen zu den 1 bis 6 (die sämtlich die vorbekannte Lösung nach dem Stand der Technik zeigen) ist in den 7 bis 10 eine erfindungsgemäße Ausgestaltung zu sehen. Wiederum wird das Innengewinde 2 des Werkstücks 3 mittels eines Gewinde-Messtastelements 1 vermessen, wie es eingangs erläutert wurde.
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Das Gewinde-Messtastelement 1 weist hierzu zwei separate Tastelemente 4 und 6 auf, die an jeweiligen Halteelementen 5 bzw. 7 befestigt sind. Die beiden Tastelemente 4 und 6 erstrecken sich dabei in radiale Richtung r, während sich die beiden Halteelemente 5 und 7 in axiale Richtung a erstrecken. Endseitig sind die beiden Halteelemente 5 und 7 mittels eines Verbindungselements 8 miteinander verbunden; am Verbindungselement 8 ist eine Halterung 11 angeordnet, mit der das Gewinde-Messtastelement 1 in einer nicht dargestellten Messmaschine befestigt wird.
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Die beiden Tastelemente 4 und 6, die in 10 näher dargestellt sind, haben einen zylindrischen Endabschnitt 10, mit dem sie in einer Bohrung des jeweiligen Halteelements 5 bzw. 7 angeordnet sind.
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Der sich vom Halteelement 5, 7 weg erstreckende Abschnitt des Tastelements 4, 6 ist kegelförmig ausgebildet und weist in seinem Endbereich einen kugelförmig gestalteten Messabschnitt 9 auf. Der größte Durchmesser des Tastelements 4, 6 ist mit DT angegeben (s. 10); dies ist der Durchmesser des zylindrischen Endabschnitts 10.
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Aus 10 ergibt sich die Erstreckung L des Tastelements 4, 6 in radiale Richtung r, die im wesentlichen dem minimalen Kerndurchmesser DK entspricht, den das zu vermessenden Innengewinde aufweisen kann. Der Vergleich mit 6 (Stand der Technik) zeigt, dass nunmehr ein wesentlich geringeres Maß für die Erstreckung L möglich ist. Die Länge LM des Messabschnitts kann indes im Stand der Technik wie bei der vorliegenden Erfindung im wesentlichen gleich sein (vergleiche die 6 und 10).
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Bei der Vermessung des Innengewindes 2 des Werkstücks 3 muss zunächst das Konturenmessgerät bei montiertem Gewinde-Messtastelement 1 kalibriert werden. Dabei wird der Abstand des oberen Tastelements (Tastspitze) 4 zum unteren Tastelement 6 mittels Messung einer Kugel mit bekanntem Durchmesser festgestellt und entsprechend softwareseitig korrigiert bzw. berücksichtigt.
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Dann folgt die Prüfung der unteren Gewindehälfte gemäß 7 mittels des Tastelements 6, danach die Abtastung der oberen Gewindehälfte gemäß 9 mittels des Tastelements 4. Die erfassten Messdaten werden danach an ein Rechnersystem (nicht dargestellt) übergeben und per Software ausgewertet.
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Die in den 7 bis 10 dargestellten Elemente sind weitgehend maßstäblich und zeigen im wesentlichen die realen Größenverhältnisse.
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Der Schaftdurchmesser der Tastelemente (Tastspitzen), s. Durchmesser DT in 10, beträgt ca. 0,5 mm. Dieser Wert markiert gleichzeitig die untere Grenze der Herstellbarkeit.
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Vorbekannte Doppelkegelspitzen mit kleineren Durchmessern lassen sich weder wirtschaftlich herstellen noch hätten diese die notwendige Stabilität.
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Als Beispiel für eine Vermessung des Innengewindes sei ein Gewinde M3 angeführt, welches einen Kernlochdurchmesser DK von etwa 2,5 mm aufweist. Ein vorbekanntes Gewinde-Messtastelement hätte eine Erstreckung in radiale Richtung von etwa 2 mm, so dass in diesem Falle die Messung gerade noch erfolgen könnte.
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Soll indes bereits ein Innengewinde M 2,5 vermessen werden, beträgt der Kernlochdurchmesser hier nur etwa 2,0 mm, so dass selbst die kleinste Ausgestaltung des vorbekannten Gewinde-Messtastelements nicht mehr zur Durchführung der Messung eingeführt werden kann.
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Mit der vorgeschlagenen Lösung sind Tastspitzenlängen (L in 10) ab 1,3 mm realisierbar. Damit lassen sich problemlos und präzise Gewinde ab M 1,8 vermessen, die einen Kernlochdurchmesser ab 1,5 mm aufweisen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gewinde-Messtastelement
- 2
- Innengewinde
- 3
- Werkstück
- 4
- erstes Tastelement
- 5
- erstes Halteelement
- 6
- zweites Tastelement
- 7
- zweites Halteelement
- 8
- Verbindungselement
- 9
- Messabschnitt
- 10
- zylindrischer Endabschnitt
- 11
- Halterung
- a
- axiale Erstreckung
- r
- radiale Erstreckung
- DK
- Kerndurchmesser des Gewindes
- DT
- größter Durchmesser des Tastelements
- L
- Erstreckung des Tastelements in radiale Richtung
- LM
- Länge Messabschnitt
