DE2718382B2 - Stehachsenlagerung in geodätischen Instrumenten - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Lagerung der Stehachse in geodätischen Instrumenten, insbesondere Theodoliten.

Als Stehachse bezeichnet man die vertikale Instrumentenachse in Form eines Zapfens, der in einer konischen oder zylindrischen Buchse gelagert ist und den Ober- und Unterteil eines geodätischen Instrumentes drehbar miteinander verbindet. Die Stehachse hat die Aufgabe, den oberen, beweglichen Teil des Instruments zu tragen und zu führen. Die dazu notwendige Genauigkeit liegt bei wenigen Winkelsekunden.

Achslagerungen, wie sie in anderen Gebieten der Technik üblich sind, leisten die für die Führung erforderliche Genauigkeit unter den Arbeits- und Umweltbedingungen eines geodätischen Instrumentes nicht.

Aus diesem Grunde enthalten die Theodolite verschiedener Hersteller Stehachsenlager als Sonderkonstruktionen, welche nach verschiedenen Grundprinzipien arbeiten und die im eigenen Betrieb entwickelt und gefertigt werden. Standardisierte Bauelemente werden bisher nicht angeboten, so daß die Stehachse mit ihrem Lager ein sehr aufwendiges und teures Bauelement im Instrumentenbau ist.

Stehachsen sind heute im allgemeinen als zylindrische Zapfen ausgebildet, die während ihrer Bearbeitung mit einer Genauigkeit von etwa 1 μπι auf ein durch die zuvor geschliffene Buchse bestimmtes Maß zu bringen sind. Diese Aufgabe ist sehr schwierig, auch wenn man durch Eindrehungen der Buchse die Berührungsfläche zwischen Zapfen und Buchse verringert. Es sind Konstruktionen bekannt, bei denen durch ein stirnseitig angeordnetes Kugellager das Gewicht des beweglichen oberen Instrumenteiles aufgenommen und die Stehachse an zwei Stellen in der Buchse geführt ist. Bekannt ist es auch, in einer konischen Erweiterung des oberen Buchsenendes ein Kugellager vorzusehen, das den axialen und radialen Druck aufnimmt und damit die Achse in der Buchse zentriert.

Alle diese Konstruktionen haben den Nachteil, daß sie sehr speziell sind und zu ihrer Herstellung einen großen Aufwand benötigen.

Es ist nun die Aufgabe der vorliegenden Erfindung,

ein Lager für die Stehachse in geodätischen Instrumen-

ί ten zu schaffen, das unter Verwendung standardisierter Bauelemente aufgebaut ist und sich durch höchste Genauigkeit und niedrige Herstellkosten auszeichnet.

Dieses Ziel wird gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen

κι Maßnahmen erreicht

Die Vorspannung der Kugeln sollte innerhalb der zulässigen Hertzschen Spannung liegen, um Beschädigungen von Buchse und Achse durch Verschleiß zu vermeiden.

π Zum Aufbau von Wälzkörperführungen sind Kugelkäfige bekannt und im Handel erhältlich, die eine Vielzahl von gleichmäßig über ihren Umfang verteilten einwandfrei runden Kugeln enthalten. Bisher erfolgte der Einsatz solcher Kugelkäfige vorwiegend zur axialen Verschiebung von Stanzwerkzeugen. Ihre Eignung zur Herstellung hochgenauer Drehachsen, insbesondere für geodätische Instrumente wurde bisher nicht bekannt.

Da Kugelkäfige mit Kugeln erhältlich sind, deren Durchmesser in 0,5 μιτι-Schritten gestuft ist, bietet die

2'· neue Lagerung der Stehachse den Vorteil, daß Toleranzen zwischen dem Innendurchmesser der Buchse und dem Außendurchmesser der Stehachse durch Einsetzen eines Kugelkäfigs ausgeglichen werden können, dessen Kugeln einen entsprechend dieser

in Toleranz gewählten Durchmesser haben.

Damit ist es möglich, Herstellkosten zu sparen, ohne daß die Genauigkeit der Führung des betreffenden Instrumententeils vermindert wird.

Da bei der neuen Lagerung der Stehachse die Größe

)"> der Vorspannung der Kugeln nur durch die Abmessungen der verwendeten Teile gegeben ist, ist sie unabhängig von außenwirkenden Kräften und sehr Langzeitstabil. Das Achslager mit Kugelführung ist verschleißfrei, gegen Umwelteinflüsse wie z. B. Tempern raturänderungen unempfindlich und weitgehend unabhängig von Änderungen des verwendeten Schmierstoffes. Es ergibt sich zudem ein sehr Leichtgängiger Lauf der Bewegung und, bedingt durch die große Zahl der tragenden Stellen bei dichter Anordnung der Kugeln

4^r) eine hohe Steifigkeit. Dies ist bei geodätischen Instrumenten, insbesondere bei Theodoliten von großer Wichtigkeit, da es den Feldtransport dieser Instrumente in allen Lagen ohne Beeinträchtigung der Stehachse ermöglicht.

w Die Erfindung wird im folgenden anhand der ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert.

In dieser Figur ist mit 1 eine Buchse bezeichnet, die eine zylindrische Innenbohrung aufweist. Die zylindri-

v> sehe Instrumentenachse ist mit 2 bezeichnet. Zwischen den Teilen 1 und 2 ist ein Kugelkäfig 3 angeordnet, der gleichmäßig über seine Fläche verteilt eine Vielzahl von Kugeln 4 trägt. Der Innendurchmesser der Buchse 1 und der Durchmesser der Achse 2 unterscheiden sich beispielsweise bei einem Durchmesser der Achse 2 von 16 mm, um den Betrag 2D — 6 μίτι, wobei mit D der Durchmesser einer der Kugeln 4 bezeichnet ist. Man erkennt daraus, daß die Kugeln 4 unter einer Vorspannung stehen, die durch ein Abplatten jeder Kugel an ihren Auflagepunkten um 1,5 μηι bewirkt ist. Diese Abplattung bewirkt eine Hertzsche Pressung, die jedoch nur so groß ist, daß bleibende Verformungen der Teile 1 und 2 nicht entstehen.

Die Herstellung der Instrumentenachse 2 und ihres Lagers ist ohne großen Aufwand mit der erforderlichen Genauigkeit möglich. Dazu wird beispielsweise zunächst die Buchse 1 gefertigt, wobei eine Toleranz der Innenbohrung von etwa 10 μπι zulässig ist. Danach wird i diese Buchse pneumatisch gegen eine Meisterwelle gemessen und durch diese Messung direkt gesteuert die Achse 2 bearbeitet Das Ziel dieser Bearbeitung ist eine zur Buchse 1 gepaarte Achse 2, deren Durchmesser sich um 2D — 6 μπι ±1 μπι vom Innendurchmesser dor Buchse 1 unti.1 scheidet. Wenn dieses Ziel der Bearbeitung nicht erreicht wird, so wird anstelle des vorgesehenen Kugelkäfigs 3 mit Kugein 4 vom Durchmesser D ein Kugelkäfig mit Kugeln anderen, entsprechend dem Bearbeitungsergebnis gewählten ΐϊ Durchmessers eingesetzt Da Kugeln mit einer Stufung ihres Durchmessers von 0,5 μπι erhältlich sind, wird deutlich, daß in jedem Fall die erforderliche hohe Genauigkeit der Stehachsenlagerung gewährleistet ist

Wie die Figur zeigt, ist die Instrumentenachse 2 mit einem zur Aufnahme des instruments dienenden Teller 5 aus einem Stück gefertigt Am unteren Ende der Instrumenteachse 2 ist ein Axiallager 6 vorgesehen, welches das Gewicht des Instruments auf dem Teller 5 aufnimmt Anstelle des Axiallagers 6 kann natürlich ein anderes Lager vorgesehen sein.

Das in der Figur dargestellte Lager der Instrumentenachse ist in bekannter, hier jedoch nicht dargestellter Weise so abgedichtet daß keine Staub- und Schmutzpartikel eindringen können.

Eine eingehende Untersuchung des neuen Stehachsenlagers hat ergeben, daß es hinsichtlich Kosten und Genauigkeit den bisher verwendeten Stehachsenlagern überlegen ist und daß auch durch Schockbeanspruchungen, wie sie beispielsweise beim Umfallen oder Anstoßen des Instrumentes auftreten, die Genauigkeit der Führung des Instruments in keiner Weise beeinträchtigt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Stehachsenlagerung in geodätischen Instrumenten, dadurch gekennzeichnet, daß die als zylindrischer Zapfen ausgebildete Instrumentenachse (2) in der zylindrischen Innenbohrung einer Buchse (1) unter Verwendung einer bekannten Wälzkörperführung auf mehreren, axial über einen großen Teil der Instrumentenachse (2) verteilten Reihen von Kugeln (4) gelagert ist, die von einem zylindrischen Kugelkäfig (3) in gleichbleibendem Abstand gehalten zwischen Instrumentenachse (2) und Buchse (1) vorgespannt sind.

2. Stehachsenlagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Instrumentenachse (2) und ein das Oberteil des Instruments tragender Teller (5) aus einem Stück bestehen.

3. Stehachsenlagerung nach Anspruch 1-2, dadurch gekennzeichnet, daß ein zur Aufnahme des Gewichts des beweglichen Instrumententeils dienendes Axiallager (6) für die Instrumentenachse (2) vorgesehen ist.