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Drehbarer Meßdorn bzw. Meßhülse mit selbsttätiger und zwangläufiger
Zentrierung Die Erfindung hat einen Meßdorn und eine Meßhülse zum Gegenstand, die
ein spielfreies Fügen mit einem Prüfling, einem Werkstück oder einer Vorrichtung
unabhängig von deren Toleranz sowie ein schnelles und fehlerfreies Zentrieren der
Achse auf die Achse des Prütlings ermöglicht, die bei Drehung lagebezogen bleibt
und deshalb für Serienmessungen besonders geeignet ist.
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Sobald bei Massenprüfungen der Stirnschlag eines Werkstückes, der
Abstand, die Parallelität, das Fluchten von Bohrungen cder Wellen bzw. deren Schränkung
gemessen oder geprüft werden soll, ist eine rasch zu erzielende und genaue Übereinstimmung
der Meßmittel- mit der Prüflingsachse unter Ausschaltung ihrer Herstellungstoleranz
Grundvoraussetzung.
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Die bisher für ähnlich Meßaufgaben verwendeten Meßdorne und Meßscheiben
lassen weder eine Drehung noch ein fehlerfreies Einmitten ihrer Achsen zu, was von
großer Wichtigkeit ist, damit keine unzulässig großen Fehler in das Meßergebnis
eingehen können.
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Die Genauigkeit des Meßvorganges ist um so größer, je genauer es
gelingt, zwei in einem Abstand auf der Meßachse liegende, gedachte Punkte beim Fügen
verläßlich mit zwei gleich weit auf der Prüflingsachse voneinander entfernt liegenden,
gedachten Punkten in Übereinstimmung zu bringen. Darüber hinaus ist es vorteilhaft,
wenn die betrachteten vier Punkte auch bei Drehung der einen oder der anderen Achse
weder ihren eigenen Abstand noch ihren gemeinsamen, bezugsgebundenen Abstand zum
Prüfling ändern.
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Beim Spannen zu prüfender Werkstücke hat man bisher durch Anwendung
von Schrauben, Hebeln, Exzentern, Keilen oder Spannhülsen, ähnlich wie im Vorrichtungsbau
versucht, die meßtechnischen Grundvoraussetzungen zu erfüllen, immer bemüht, die
Herstellungstoleranzen der Paßflächen soweit als möglich auszuschalten. Eine Drehung
während des Meßvorganges lassen diese Meßmittel jedoch nicht zu.
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Der Meßvorgang selbst geschieht bisher, wenn beispielsweise Bohrungen
in ihrer Lage zueinander vermessen werden sollen, von einer Bezugsbohrung als Ausgangspunkt
aus mittels über Meßdorne gesteckte Meßscheiben. die in die Bohrung eingebracht
werden, sowie über Endmaße und ähnliche Hilfsmittel.
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Handelt es sich dagegen um die Vermessung von Wellen, so werden im
allgemeinen Meßhülsen als Hilfsmittel angewandt.
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Das Fügen und Trennen dieser Hilfsmittel zum und vom Werkstück erfordert
Geschicklichkeit, ver-
leitet jedoch oft zu unerwünschter Kraftanwendung, die vorzeitige
Abnutzung oder Beschädigung der Meßmittel und Prüflinge zur Folge hat, besonders
wenn eine fortlaufende Prüfung in großen Stückzahlen notwendig ist.
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Auch das Messen von Bohrungsabständen mit dem bekannten Kegeldorn,
der einen zylindrischen Meßansatz aufweist, bringt Nachteile, sobald die Bohrungskante
unregelmäßig gebrochen, gerundet oder die obere Werkstückfläche uneben ist, weil
in allen diesen Fällen die Dornachse nicht mehr mit der Bohrungsachse übereinstimmt.
Außerdem kann der Kegeldom erfahrungsgemäß unterschiedlich tief eingedrückt werden.
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Es ist eine Vorrichtung zum Zentrieren und Befestigen von Scheiben,
Rädern u. dgl. auf Wellen bekannt, in welcher eine Kugelreihe mittels eines sehr
schlanken, mit Gewinde versehenen Zentrierdornes zum Zentrieren und Befestigen zweier
Teile zueinander benutzt wird. Mit dem schlanken Kegel und dem Gewinde ist es möglich,
die Andrückkraft zwischen den Kugeln und dem zu zentrierenden Körper fein abzustufen
und auch sehr hoch zu bemessen. Beides entsprichtnicht den Anforderungen, die an
einen Meßdorn bzw. eine Meßhülse nach vorliegender Patentanmeldung gestellt werden,
abgesehen davon, daß Gewindeteile zum Zentrieren nicht geeignet sind.
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Ahnliche Verhältnisse liegen bei einer bekannten Greifvorrichtung
für Stangen und Drähte für Spannbeton vor. Hier soll ausschließlich gespannt werden.
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Hierzu dienen in zwei Reihen angeordnete Spannkugeln, die durch eine
sehr schlanke durch Federkraft gegenüber den Kugeln bewegbare Spannhülse gegen das
Greifgut gedrückt werden. Ein Anfangsdruck wird durch eine Feder hervorgerufen,
die durch Servowirkung von seiten des gezogenen Drahtes unterstützt wird.
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Sämtliche früher bekannten Meßmethoden weisen, weil die Herstellungstoleranzen
des Werkstückes und der Meßmittel in die Messung eingehen und in Rechnung gestellt
werden müssen, Fehlerquellen auf, die sich zumindest teilweise vermeiden lassen.
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Dabei hat sich gezeigt, daß die Hauptschwierigkeit aus der bei der
Verwendung der bekannten Spannelemente tretenden Achsversetzung des zu prüfenden
Werkstückes und der Meßvorrichtung entsteht. Eine Übereinstimmung der Bezugsachen
war nicht sicher zu erreichen, weil zwei innerhalb ihrer Herstellungstoleranz stets
unterschiedliche Bohrungen oder Wellen einem Meß- oder Paß dorn, die in die Bohrungen
eingeführt werden, bzw. einer Meßhülse, die auf die Welle aufgebracht wird, und
die mit eigenen Fehlern behaftet sind, stets eine veränderte Winkellage vermittelt.
Die Plus- oder Minustoleranzen beeinflussen das Meßergebnis wechselnd und die Anwendung
eines Meßdornes in horizontaler Meßanordnung läßt bereits infolge seines Gewichtes
einen Abstand zwischen seiner Achse und der Werkstückachse entstehen.
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Aus der Erkenntnis der aufgezeigten Nachteile ergab sich die der
Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, nach der eine Aufnahme- und Zentriervorrichtung
geschaffen werden solle, die ein einwandfreies Ausrichten von zu prüfenden Werkstücken
bzw. ein schnelles Spannen von Meßdoren bei gleichzeitiger Zentrierung der Werkstück-
und Vorrichtungsachse ermöglicht, die die Unsicherheit der bisher verwandten Meßmittel
beseitigt, den Meßarbeitsgang beschleunigt und einen gleichmäßigen Arbeitsfluß beim
Prüfen großer Stückzahlen zuläßt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst. daß auf dem Meßdorn
eine mit Schrägflächen versehene Zentrierhülse spiel- und schlagfrei gleitend gelagert
ist, an deren beiden Enden je eine an sich bekannte an den Schrägflächen anliegende
Kugel reihe und an deren einem Ende außerdem eine an sich bekannte, auf dem Meßdorn
bzw. in der Führungsbüchse und an der einen Kugelreihe anliegende, unter Federspannung
stehende Druckhülse angeordnet sind.
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Gegenüber den obengenannten beiden Zentrier-bzw. Greifvorrichtungen
ergeben sich für den erfindungsgemäßen Meßdorn folgende Vorteile: 1. Die Meßkugeln
werden mit möglichst gleichbleibender Kraft an das Werkstück gedrückt.
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2. Die Meßkugeln sind in zwei oder mehr Kränzen angeordnet. Sie werden
zwar durch das gleiche Druckmittel (z. B. eine Feder) angedrückt, die Kugeln eines
Kranzes können sich aber unabhängig von den Kugeln eines anderen Kranzes auf den
jeweiligen Durchmesser der Bezugsbohrung (bzw. Bezugswelle) einstellen.
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Sämtliche Kugeln der Kugelkränze tragen dabei jeweils in drei Punkten,
und zwar in einem Punkt in der Bohrung bzw. auf der Welle des Prüflings, in einem
Punkt an der Schrägnäche eines Innen- bzw.
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Außenzylinders und in einem Punkt an einer Innen-bzw. Außenfläche
der Vorrichtung, wodurch eine einwandfreie Zentrierung der Werkstückachse auf die
Vorrichtungsachse jederzeit erreicht wird.
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Zur Führung der Kugeln dienen ein oder mehrere Käfige, deren Fenster
nach einer Seite aufgebrochen sind, so daß im Tragbild keine Störungen auftreten
können, eine Bewegung der Kugeln nach außen über
ihren vollen Durchmesser hinweg
jedoch verhindert wird.
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Bei der Einführung der Vorrichtung in Bohrungen bzw. zum Aufbringen
derselben auf Wellen können die Kugeln von der Federkraft entlastet werden und in
das Innere des Käfigs zurücktreten. Zwischen Werkstückbohrung bzw. Werkstückwelle
und Vorrichtung entsteht dadurch ein geringfügiges Spiel, oder es verbleibt nur
noch ein geringer Axialdruck auf den Kugeln und die Vorrichtung kann schnell und
ohne Gefahr für eine Beschädigung der Meßflächen eingeführt bzw. aufgebracht werden.
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Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnungen an Ausführungsbeispielen
beschrieben.
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Es zeigt Fig. 1 einen Zentriermeßdorn, teilweise geschnitten und teilweise
in perspektivischer Darstellung, F i g. 2 einen Längsschnitt durch eine Zentriermeßhülse,
F i g. 3 einen Ausschnitt aus der Draufsicht auf die Zentriermeßhülse nach F i g.
2, bei abgenommener Deckplatte.
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In die Werkstückbohrung 1 ist der Zentrierdorn 2 eingeführt, dessen
oberer Kugelkranz 3 und dessen unterer Kugelkranz 4 sich gegen die Innenwand der
Werkstückbohrung abstützen. Die Kugeln beider Kugelkränze sind im Käfig 5 geführt,
durch dessen Fenster 6, 7 sie nach außen treten können. Zwischen dem Zentrierdorn
und dem Kugelkäfig ist eine Zentrierhülse 8 angeordnet, die Schrägflächen 9 und
10 aufweist und spiel- sowie schlagfrei auf dem Zentrierdorn gleitet.
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Auf dem Unterteil des Zentrierdorus befindet sich, ebenfalls spiel-
und schlagfrei auf diesem gleitend, die Druckhülse 11. in die der Druckbolzen 12
eingepaßt ist, gegen den die Druckfeder 13 wirkt. Die Feder stützt sich andererseits
auf der Schraube 14 ab.
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Der Durchmesser der Querbohrung 15 im Zentrierdorn ist größer gehalten
als der Durchmesser des Druckbolzens 12. wodurch der Druckhülse 11 eine Hubbewegung
ermöglicht wird.
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Die Vorspannkraft der Feder 13 wird also auf die Druckhülse 11 und
von dort über den unteren Kugelkranz 4, die Zentrierhülse 8 und den oberen Kugelkranz
3 auf den Zentrierdorn 2 übertragen.
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Jede einzelne Kugel trägt dabei mit drei Punkten, nämlich in einem
Punkt auf der Stirnfläche 16 der Druckhülse 11 bzw. der Lauffläche 17 im Kopf des
Zentrierdornes 2, in einem Punkt auf der Schrägfläche 10 bzw. 9 der Zentrierhülse
8 und in einem weiteren Punkt an der Innenwand der Werkstück bohrung 1. Dadurch
ist sichergestellt, daß sich die Achse des Zentrierdorns stets genau auf die Bohrungsachse
des Werkstückes zentriert.
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Damit das Tragbild der Kugeln nicht gestört wird, sind die Fenster
6 des Kugelkäfigs nach oben gegen die Lauffläche 17 und die Fenster 7 nach unten
gegen die Lauffläche 16 offen. Zum Ein- und Ausführen der Zentriervorrichtung werden
die Kugelkränze durch Zurücknahme der Druckhülse 11 entlastet und treten in den
Käfig zurück, so daß Beschädigungen an der Werkstückbohrung oder am Zentrierdorn
nicht möglich sind.
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An Stelle der Schraube 14 und der Feder 13 kann ein Druckbolzen mit
Gewindeansatz angeordnet sein, der über das Gewinde auf den Bolzen 12 wirkt. Damit
ist eine Möglichkeit des zwangläufigen Spannens der Zentriereinrichtung geschaffen.
In diesem Falle muß
vor jedem Ein- und Ausführen der Vorrichtung
der Gewindedruckbolzen um den Betrag gelöst werden, der notwendig ist, damit die
Kugeln in den Käfig zurücktreten können. während zum Zentrieren der Bolzen wieder
angezogen werden muß. Dieser Vorgang erfolgt bei der Federausführung selbsttätig.
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In F i g. 2 ist eine erfindungsgemäße Zentriervorrichtung als Zentrierhülse
zur Aufnahme einer Welle 18 dargestellt. In der Führungsbüchse 19 befindet sich,
entsprechend der Anordnung nach F i g. 1, eine Druckhülse20, auf die die Feder 21
oder ein Gewindedruckbolzen wirkt. Die Kugelkränze 22, 23, die Zentrierhülse 24
und der Kugelkäfig 25 sind ebenfalls wie beim Zentrierdorn nach F i g. 1 angeordnet,
mit dem Unterschied, daß Druck- und Zentrierhülse jetzt spiel- und schlagfrei in
der Führungsbüchse gleiten. Die Kugeln des oberen Kugelkranzes 22 tragen außer am
Werkstück und an der Schrägfläche der Zentrierhülse noch auf der Unterseite einer
Deckplatte 26, die auf der Führungsbüchse verschraubt ist.
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In F i g. 3 ist die Lage einer der Kugeln 22 des oberen Kugelkranzes
bei eingefügtem Werkstück 18 dargestellt. Die Kugel hat im Tragpunkt 27 Berührung
mit dem Prüfung. Außerdem wird ersichtlich, daß die Kugel vom Käfig 25 in Zentrierstellung
völlig frei geht, so daß das Werkstück oder im anderen Falle der Dorn beliebig gedreht
werden kann, damit zum Beispiel der Achsen- oder Stirnschlag gemessen werden kann.
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Ein maßgeblicher Vorteil der erfindungsgemäßer Vorrichtung gegenüber
bekannten Zentriereinrichtungen liegt darin, daß der Außendurchmesser des Zentrierdorus
im allgemeinen etwa 1 mm kleiner und der Innendurchmesser der Zentrierhülse etwa
1 mm größer als das Werkstück gehalten werden kann. Die Differenz wird durch die
Kugeln einwandfrei überspannt, so daß der gesamte Meßarbeitsgang infolge erleichterten
Ein- und Ausführens der Meßmittel bzw. Werkstücke beschleunigt wird, was sich besonders
beim Prüfen großer Stückzahlen günstig auswirkt.
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Das Zentrieren der Vorrichtungsachse auf die Achse des Prüflings
geschieht auch dann fehlerfrei, wenn die Kugelberührungsbahn am Werkstück beispielsweise
durch Ölbohrungen oder Kanäle streckenweise unterbrochen ist. Falls in dieser Hinsicht
auf Grund einer besonderen Fertigung Bedenken bestehen sollten, kann die Anzahl
der Kugeln jedes Kugelkranzes bzw. die Anzahl der Kugelkränze entsprechend erhöht
werden. In der Praxis haben sich jedoch schon Meßeinrichtungen bewährt, mit denen
Gehäuse geprüft wurden, deren äußere Bohrung, durch die der Zentrierdorn eingeführt
werden mußte, vier Millimeter kleiner war als die innere Bohrung in welcher der
zweite Kugelkranz zu liegen kam.
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Auch diese Maß differenz wurde bei einwandfreier Zentrierung sicher
überspannt.
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Weiterhin hat sich die Kugelzentrierung für die Vermessung fluchtender
Bohrungen bereits bewährt, die weit auseinander liegen. Man ist mit dem erfindungsgemäßen
Meßdorn auch in der Lage, Achsabstands-, Parallelitäts-, Schränkungs- und Schlagmessungen
durchzuführen, wozu der Dorn gegebenenfalls lediglich mit einer zweckentsprechenden
Verlängerung versehen wird. Genauso gut lassen sich beispielsweise zwischen oder
außerhalb der Zentrierstellen liegende Bohrungen vermessen, deren Hüllzylinder mittels
radialer Taststifte während der Drehung des Meßdornes abgetastet und deren Meßwerte
durch entsprechende Übertragungsmittel auf Meßuhren sichtbar gemacht werden.
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Die selbsttätige Federdruckzentrierung oder die zwangläufige Gewindebolzenzentrierung
läßt sich mit Erfolg für alle genannten und ähnlichen Meßaufgaben zur Zentrierung
verwenden, unabhängig davon, ob der Meßdorn oder die Meßhülse gleichzeitig zur Aufnahme
des Werkstückes dienen oder ob Meßdorn bzw. Meßhülse zu Meßzwecken lediglich für
die Dauer des Meßvorganges in das Werkstück eingefügt werden.
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Als besonders vorteilhaft, vor allem für Stirnschlag-und Radialschlagmessungen,
hat sich gezeigt, daß die Meßgenauigkeit auch durch Drehen der Meßvorrichtung oder
des Werkstückes um die Meßmittel- bzw.
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Werkstückachse nicht beeinflußt wird.