DE1066032B - Messkopf - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf Meßvorrichtungen, bei denen ein vom Werkstück gesteuerter Luftstrom zum Anzeigen von Werkstücksabmessungen verwendet wird, und betrifft insbesondere einen verbesserten Meßkopf für Vorrichtungen dieser Art.

Es ist ein Meßkopf zum Regeln des Luftstromes in einer pneumatischen Meßvorrichtung bekannt, deren Meßkopf ein Gehäuse mit einem zylindrischen Kanal hat, der mit dem inneren Endteil des Gehäuses in Verbindung steht und der an seinem einen Ende in einer Fläche endet, die sich von dem Kanal nach außen erstreckt, wobei ein in dem Gehäuse in Ausrichtung des zylindrischen Kanals axial verschiebbarer Kolben vorhanden ist, der an seinem Außenende einen Werkstücktaster und in der Nähe seines Innenendes eine öffnungsregelfläche aufweist, die mit der nach außen gerichteten Fläche des Kanals zusammenwirkt, und wobei ferner eine Ausströmöffnung vorhanden ist, durch die Luft, die am Innenende des Gehäuses einströmt und zum stromab gelegenen Ende des zylindrischen Kanals strömt, zur Außenluft abgelassen wird.

Bei diesem bekannten Meßkopf ist der axial gleitende Träger des Kolbens an seinem Kolbenaußenende gelagert und hat eine verhältnismäßig große Axiallänge, die mit äußerster Präzision hergestellt werden muß, um die Sicherheit zu geben, daß die Öffnungsregelfläche des' Kolbens mit der nach außen gerichteten Fläche des zylindrischen Kanals einwandfrei zusammenwirkt. Bei dem bekannten Meßkopf wird außerdem die Öffnungsregelfläche von einer Feder gegen die nach außen gerichtete Fläche des zylindrischen Kanals gedrückt, so daß die Öffnungsregelfläche gegen die nach außen gerichtete Kanalfläche zurückspringt, wenn der am anderen Ende des Kolbens gelegene Werkzeugtaster vom Werkstück abgehoben wird. Ein Arbeiten dieser Art ist sehr unerwünscht, da eine Beschädigung der empfindlichen und wichtigen zusammenwirkenden Flächen leicht erfolgen kann und möglicherweise auch die Ausrichtung der Teile gestört wird.

Es ist die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, diese Mängel zu vermeiden. Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß der Kolben von auf Abstand stehenden, nahe dem Innenende und dem Außenende des Kolbens befindlichen Lagerflächen getragen wird; daß die nahe dem Innenende des Kolbens vorhandene Lagerfläche die Innenwand des zylindrischen Kanals ist und einen Träger begrenzter Axiallänge führt, der ein Teil des Kolbens ist und Durchlässe für den den zylindrischen Kanal durchströmenden Luftstrom hat, und daß die größte Querschnittsabmessung der Öffnungsregelfläche etwas kleiner ist als der Durchmesserdes zvlindrischen Kanals.

Meßkopf

Anmelder:

The Sheffield Corporation,
eine Gesellschaft nach den Gesetzen
des Staates Delaware,
Dayton, Ohio (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. Η. Ruschke₁ Berlin-Friedenau,
und Dipl.-Ing. Κ. Grentzenberg,
München 27, Pienzenauerstr. 2, Patentanwälte

Beanspruchte Priorität: V. St. v. Amerika vom 1. Mai 1953

Willis Fay Aller, Dayton, Ohio (V. St. A.),
ist als Erfinder genannt worden

Bei dieser Ausführung wird ein einwandfreies Zusammenwirken der Öffnungsregelfläche mit der nach außen gerichteten Fläche des zylindrischen Kanals ohne genaue Bearbeitung erreicht, und zwar auf Grund der auf Abstand stehenden, nahe dem Innenende und dem Außenende des Kolbens befindlichen Lagerflächen. DasVorhandensein eines Kolbenträgers, der im zvlindrischen Kanal gleitet und der nahe den zusammenwirkenden Flächen liegt, gibt die Sicherheit, daß diese Flächen stets die richtige Aufstellung haben. Eine Öffnungsregelfläche, die sich in den zvlindrischen Kanal frei hineinschieben kann, ermöglicht nicht nur eine nahe Aufstellung des inneren Kolbenträgers an den zusammenwirkenden Flächen, sondern verhütet auch, daß diese Flächen in Berührung miteinander kommen und infolgedessen beschädigt werden, ganz gleich, ob die Flächen durch Federdruck oder durch die dem Kolben durch das Werkstück erteilten Bewegungen axial gegeneinander bewegt werden.

Die Erfindung ist in mehreren Ausführungen an Hand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung ist Fig. 1 ein an einem Meßgerät befestigter Meßkopf, Fig. 2 ein im Schnitt dargestellter Meßkopf,
Fig. 3 ein vergrößerter Teilschnitt nach Fig. 2,
Fig. 4 ein Schnitt nach Linie 4-4 der Fig. 2,
Fig. 5 eine Ansicht des Stirnendes des Meßkopfes.

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Fig. 6 eine vergrößerte Stirnansicht der am Innenende des von dem Werkstück gesteuerten Kolbens liegenden Führung,

Fig. 7 bis 9 sind Abänderungen des erfmdungsgemäßen Meßkopfes,

Fig. 10 ist eine Schablone, wie sie zum Einrichten verwendet wird, und

Fig. 11 ist eine in den Meßkopf eingesetzte Schablone nach Fig. 10.

Kurz zusammengefaßt, bezieht sich die Erfindung auf einen sehr gedrängt aufgebauten Meßkopf, der mit einer Druckluftanlage beim Messen vom Werkstück verbunden wird. Im Prinzip hat der AIeßkopf eine öffnung, der die Druckluft über einen Strömungsmesser zugeleitet wird, und hat ferner einen vom Werkstück gesteuerten Kolben, der die durch diese öffnung entsprechend der Werkstückverschiebung oder den Werkstückabmessungen hindurchtretende Druckluftsickerung regelt. Der Meßkopf kann in einer ortsfesten Stellung angeordnet sein, und das Werkstück kann an ihn angelegt werden, oder der Meßkopf kann auf einem beweglichen Schlitten gelagert sein und kann gegen das zu messende Werkstück geschoben werden. Die Meß- oder Anzeigeeinrichtung der Druckluftanlage spricht auf den Luftstrom an und gibt eine Anzeige der gemessenen Größen durch Vergleich mit Normalanzeigen. Unter dem Ausdruck »Druck« ist jeder Unter- oder Überdruck dem Außenluftdruck gegenüber zu verstehen. Unter dem Ausdruck »Teil«, »Werkstück« oder »Werkstückteil« ist jede steuernde Einrichtung zu verstehen, die auf den Antriebsteil des Meßkopfes oder -gerätes einwirkt, um die Größe der Druckluftsickeröffnung zu regelih

Der Meßkopf 10 (Fig. 1) ist mit einem Luftstrom-Meßgerät 11 verbunden, dem Druckluft über den Regler 12 zugeführt wird. Diese Druckluft strömt dann in einem kegelförmigen Rohr oder Zylinder nach oben und zum Meßkopf 10. Ein Zeiger stellt sich im Meßzylinder entsprechend dem durch den Zylinder hindurchfließenden Luftstrom ein, der von der durch den Meßkopf hindurchströmenden und vom Werkstück gesteuerten Sickerung bestimmt wird. Das Meßgerät 11 hat eine Regeleinrichtung 14, die das Ablassen der Druckluft zur Außenluft am oberen Ende des Zylinders regelt und die eine Schwimmereinstellung hervorruft. Ein Verstärker 15 regelt die Menge der unmittelbar zum Meßkopf strömenden, das Meßgerät umgehenden Luft. Der Meßkopf 10 ist im Schnitt näher in Fig. 2 dargestellt.

Dem Meßkopf 10 (Fig. 2 und 3) wird Druckluft durch einen biegsamen Schlauch 16 zugeführt, der an einem im Durchmesser verkleinerten Ansatz 17 des Meßgehäuses 18 angeschlossen wird. Ein Locheinsatz 13 kann eingebaut sein, um den Luftverbrauch herabzusetzen, hat jedoch eine genügend große Luftstromöffnung für alle Meßerfordernisse. Der durch den Meßkopf 10 strömende Luftstrom wird durch die die Durchlaßöffnung regelnde Fläche 19 oder Lochregelfläche 19 gesteuert und strömt zu dem einen Ende der die Durchlaßöffnung bildenden Büchse 20 oder Lochbüchse 20. Die Lochregelfläche 19 wird entsprechend der Längsbewegung eines Kolbens 21 eingestellt, der an seinem Außenende einen das Werkstück berührenden Taster oder Objekttaster 22 hat. Nachdem die Luft durch die Lochbüchse 20 hindurchgeströmt ist, fließt sie durch Radialkanäle 24 und durch in der Oberfläche des Meßkopfes 10 befindliche Längsnuten 25 in die Außenluft.

Der Kolben 21 wird an seinem Innenende und an seinem Außenende getragen, so daß er eine Längs-

verschiebung in dem Meßkopfgehäuse 18 ausführen kann. An dem Außenende ist der Kolben 21 an einem innenliegenden Vorsprung 26 gleitend geführt, der eine begrenzte Axiallänge in der in das Gehäuse 18 eingeschraubten Büchse 27 hat. An seinem Innenende hat der Kolben eine Führung 28, die in der Lochbüchse 20 gleitet.

Das Meßgehäuse 18 hat eine Längsbohrung, die von zwei fluchtenden Bohrungen gebildet wird, von denen die innere Bohrung einen kleineren Durchmesser hat als die außenliegende Bohrung. An der Vereinigungsstelle dieser Bohrung ist eine Schulter 30 vorhanden. Die Lochbüchse 20 ist in den inneren Bohrungsteil eingesetzt, und eine Schulter der Büchse 20 legt sich an die Schulter 30 an, so daß die Büchse 20 in Längsrichtung in dem Gehäuse 18 fest aufgestellt ist.

Die Büchse 27 ist in der außenliegenden Bohrung mittels einer Fläche 31 eingemittet. Fläche 31 und die Länge des inneren Bohrungsabschnittes, an dem die Lochbüchse 20 anliegt, verlaufen koaxial. Wenn Büchse 27 und Büchse 20 von diesen Richt- oder Bezugsflächen getragen werden, liegen ihre Innenflächen, in denen der Kolben 21 und die Kolbenführung 28 gleiten, ebenfalls koaxial, und der Kolben 21 wird mit der Durchlaßöffnung ausgerichtet gehalten. Da der Kolben an weit auf Abstand stehenden Stellen seiner Länge von der Innenfläche 26 und der Führung 28 gehalten wird und diese Stellen sich nur in einer begrenzten Länge auf der Kolbenachse erstrecken, kann ein Fehler in der Ausrichtung der Büchsenfläche 26 und der Innenfläche der Lochbiichse 20 toleriert werden, ohne daß der Kolben 21 sich verklemmt. Die koaxialen Aufstellungen sind bei dieser Ausführung von nicht so großer Bedeutung wie dann, wenn der Kolben von einer Gleitfläche getragen wird, die sich über fast die gesamte Länge des Kolbens erstreckt. Die Führung 28 auf dem Kolben 21 sorgt dafür, daß die Lochregelfläche 19, deren größter Durchmesser kleiner als der Innendurchmesser der Lochbüchse 20 ist, sich richtig dem Ende dieser Büchse 20 nähert und in diese Büchse eintritt, so daß der Kolben eine übergroße Bewegung ausführen kann und jede Beschädigung der Oberfläche oder der Büchse durch Aufstoßen des Meßkopfes verhütet wird.

Der Meßkopf besteht nur aus vier Bauteilen, nämlich dem Meßkopfgehäuse 18, der Büchse 27, der Lochbüchse 20 und dem Kolben 21. Jeder dieser Teile kann mit jedem gewünschten und erforderlichen Grad von Genauigkeit leicht für sich hergestellt werden. Diese Ausführung ermöglicht die Herstellung von Meßköpfen, deren größte Abmessungen wenige Millimeter beträgt und die sehr genaue Meßergebnisse geben, ohne daß zahlreiche oder komplizierte Teile oder kritische Abmessungsverhältnisse vorhanden sind.

Der an dem Werkstück anliegende Kolben 21 wird an das Werkstück mittels einer Feder 34 gedrängt, die sich an ihrem Innenende auf die in dem Meßkopf 10 befindliche Schulter abstützt und die an ihrem Außenende in einem Ring eingesetzt ist, der an einen in dem Kolben 21 befestigten Sprengring 35 anliegt. Ein zweiter Ring liegt an der gegenüberliegenden Seite des Sprengringes 35 an und berührt auch das Innenende der Büchse 27, um die Auswärtsbewegung des Kolbens 21 zu begrenzen.

Fig. 4 ist ein Schnitt nach Linie 4-4 der Fig. 2. der die konzentrische Lage zwischen dem Meßgehäuse 18, der Lochbüchse 20 und dem vorgeschobenen Führungsteil 28 des Kolbens 21 zeigt.

Claims (1)

Fig. 5 ist eine Ansicht des Außenendes des Meßkopfes 10 mit dem Objekttaster 22 und dem Außenende der Büchse 27. Das Gehäuse 18 ist durch eine Kreislinie angedeutet. Das Gehäuse kann jedoch auch quadratisch sein oder eine andere Form haben, so daß es in Halter oder auf Flächen in der gewünschten Weise gesetzt werden kann. Fig. 6 zeigt die Führung 28 von rechts nach Fig. 2. Wie aus Fig. 6 ersichtlich, hat die Führung 28 durchgehende Kanäle, die den zum Messen erforderlichen Druckluftstrom hindurchlassen. Die Fig. 7, 8 und 9 zeigen Abänderungen des erfindungsgemäßen Meßkopfes. Die Lochregelfläche 19 des in Fig. 2 dargestellten Meßkopfes ist kegelförmig. Die in Fig. 8 dargestellte Abänderung ist in dem in Fig 2 dargestellten Aufbau gleich mit der Ausnahme, daß die Lochregelfläche 19 strahlenförmig oder radial ist. Eine bestimmte Einwärtsbewegung des Kolbens 21 bei der in Fig. 8 dargestellten Ausführung würde eine größere Abnahme des Stromes durch die Lochbüchse 20 hindurch zur Folge haben als die gleiche Einwärtsbewegung bei dem Aufbau nach Fig. 2. Dies soll zur Erläuterung der Tatsache dienen, daß die Kegelgröße der Lochregelfläche 19 die Verstärkungswirkung des Meßkopfes selbst bestimmt. Bei den in den Fig. 2 und 8 dargestellten Aufbauten ergibt eine Einwärtsbewegung des Kolbens 21 eine Herabsetzung oder Verminderung der Druckluftsickerung. Verschiebt sich der Kolben nach innen, so nimmt der Luftstrom ab und der Zeiger des Meß-Instrumentes 11 fällt, so daß er übergroße Abmessungen anzeigt. Die in den Fig. 7 und 9 dargestellten Meßköpfe unterscheiden sich von denen in den Fig. 2 und 8 dargestellten Meßköpfen darin, daß sie in umgekehrtem Sinne arbeiten. Die Lochregelflächen 36 und 36' bei den Ausführungen nach den Fig. 7 und 9 liegen an dem Innenende der Lochbüchse. Bei einer Einwärtsbewegung der Kolben in diesen Meßköpfen wird der durch die Lochbüchse fließende Strom erhöht, so daß der Zeiger des Anzeigeinstrumentes 11 steigt, wenn die Werkstückabmessung zu groß ist oder eine Bewegung des Werkstückes zum Meßkopf erfolgt. Die innere Führungsfläche des in den Fig. 7 dargestellten Meßkopfes hat an dem Kolben einen im Durchmesser verkleinerten Abschnitt 37 mit Längsnuten 38, die das Durchströmen von Luft zur Außenluft ermöglichen, nachdem die Luft zwischen der Lochregelfläche 36 und dem Innenende der Lochbüchse 20 hindurchgeströmt ist. Die Innenführung der in Fig. 9 dargestellten Ausführung ist die gleiche wie die Innenführung nach Fig. 6. Bei der erfinduugsgemäßen Vorrichtung sind keine teuren Schablonen erforderlich, um die AIeßköpfe oder Locheinsätze mit dem Meßinstrument zu eichen oder auszurichten. Der das Werkstück berührende Taster 22 hat eine innenliegende geschliffene Radialfläche 23. Die Außenfläche der Büchse 27 ist ebenfalls geschliffen. In dem zusammengesetzten Aufbau licgt diese Fläche parallel zu der geschliffenen Fläche des Werkstücktasters 22. Einfache Dicktenschablonen (Fig. 10) mit genuteten Außenenden werden beim Einstellen oder beim Eichen des Meflkopfes mit (lein Meßinstrument verwendet. Werden diese Schablonen zwischen die gegenüberliegenden geschliffenen Flächen des Werkstücktasters 22 und der Büchse 27 eingeschaltet und diese Flächen gegen die dazwischenliegende Schablone (Fig.11) gelegt, so kanu die Lochregelfläche dem Endeder mit ihrzusammenarbeitendenLochbüchse gegenüber durch genau vorbestimmte Abstände ein- gestellt werden, so daß eine Prüfung und Einstellung des Instrumentes erfolgt. Beispielsweise können sich die Schablonen 40 und 41 in Dicke um ein gewünschtes Toleranzfeld unterscheiden. Durch ihren Einbau kann das Meßgerät eingestellt und die Toleranzgrenzmarken längs der Seitenfläche des Instrumentes richtig angeordnet werden. Eine zusätzliche Schablone 42 mittlerer Dicke kann verwendet werden, um eine zusätzliche Prüfung des Instrumentes an einem zwischen diesen Toleranzgrenzen befindlichen Punkt vorzunehmen. Fig. 11 zeigt die gegenüberliegenden Flächen des Werkstücktasters und der Büchse 27, die eng an der stärksten Dicktenschablone 40 anliegt. Wie ersichtlich, ist ein kleiner Meßkopf geschaffen, der aus wenigen leicht herstellbaren Teilen besteht. Da dieser Meßkopf sehr kleine Abmessungen hat und da er mit seinem Meßinstrument nur durch einen biegsamen Schlauch verbunden ist, kann er überall dort aufgestellt werden, wo Messungen aufgenommen werden sollen. Der erfindungsgemäße Meßkopf hat einen ganz neuartigen Aufbau, in welchem alle Abmessungen, die genau eingehalten werden müssen, klein gehalten sind. Der Kolben wird nahe seinem Außenende und seinem Innenende von Flächen getragen, die eine begrenzte Länge haben, so daß sich der Kolben bei seiner Bewegung nicht verklemmt. Die kritische Ausrichtung zwischen der Lochregelfläche und dem Ende der zugehörenden Lochbüchse wird genau aufrechterhalten, und die Lochregel fläche kann bei einer zü großen Verschiebung in die Lochbüchse eintreten. Werden Kolben verwendet, deren Lochregelflächen verschiedenartige Kegelwinkel haben, so können Meßköpfe von unter sich verschiedenen Verstärkungen erhalten werden. Die Lochregelfläche kann entweder am Innenende oder am Außenende der Lochbüchse angeordnet sein, und die Meßköpfe können so ausgeführt werden, daß bei einwärts erfolgenden Kolbenbewegungen die Druckluftsickerung zunimmt oder abnimmt. Mit Hilfe der Einstellschablonen kann der Meßkopf mit einem Anzeigegerät abgestimmt werden, wobei sich das Einstellen oder Eichen schnell ausführen läßt und keine kostspieligen Dicktenschablonen erforderlich sind. Patentansprüche

1. Meßkopf zum Regeln des Luftstromes in einer pneumatischen Meßvorrichtung mit einem Gehäuse mit einem zylindrischen Kanal, der mit dem inneren Endteil des Gehäuses in Verbindung steht und der an seinem einen Ende in einer Fläche endet, die sich von dem Kanal nach außen erstreckt, mit einem in dem Gehäuse in Ausrichtung des zylindrischen Kanals axial verschiebbaren Kolben, der an seinem Außenende einen Werkstücktaster und in der Xiihe seines Inneneudes eine Öffnungsregelfläche aufweist, die mit der nach außen gerichteten Fläche des Kanals zusammenwirkt, und mit einer Ausströmöffnung, durch die Luft, die am Innenende ties Gehäuses einströmt und zum stromab gelegenen Ende des zylindrischen Kanals strömt, zur Außenluft abgelassen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (21) von auf Abstand stehenden, nahe dem Innenende und dem Außenende des Kolbens befindlichen Lagerflächen getragen wird; daß die nahe dem Inneneude des Kolbens vorhandene Lagerfläche die Innenwand des zylindrischen Kanals ist und einen Träger (28 oder 37) begrenzter Axiallänge führt, der ein Teil des Kolbens (21)