DE4419524C2 - Stehachsensystem für geodätische Geräte - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Stehachsensystem für geodätische Geräte, wie Theodolite, Tachymeter und Nivelliere, nach dem Oberbegriff des ersten Patentanspruches.

Bemühungen, eine genaue und konstruktiv einfache Stehachsenkonstruktion für geodätische Geräte zu schaffen, sind sehr alt. Das Hauptproblem bestand immer darin, eine hohe Führungsgenauigkeit zu erreichen. So wurden konische Vertikalachsen verwendet. Durch ein leichtes Anheben der Achse in der Buchse konnte das Spiel zwischen Achse und Buchse eingestellt werden. Dieses war sehr kompliziert und aufwendig und auf die Dauer nicht stabil. Des weiteren wurde die angestrebte gute Gängigkeit nicht erreicht.

Es sind ferner zylindrische Stehachsen bekannt. Auch hier bildet das minimal zu erreichende Spiel von kleiner als 1 µm die Grenze der Laufgenauigkeit der Stehachse. Die Herstellung der einzelnen Teile ist aufwendig, da enge Passungen eingehalten werden müssen.

Eine andere Möglichkeit, das Spiel der Stehachse zu verkleinern, besteht darin, an dem einen Ende der Achse ein Zentrierkugellager vorzusehen, und damit ein halbkinematisches Achssystem zu schaffen. Somit erstreckte sich die Kippung der Achse in der Buchse auf die gesamte Achslänge. Aber auch das Zentnerkugelläger muß genau laufen, um eine genaue Zentrierung der Achse zur Buchse zu erreichen. Durch dieses Achssystem wurde eine Genauigkeitssteigerung zur einfachen zylindrischen Achse mit Gleitlager etwa um den Faktor 2 erreicht. Nachteilig ist hier jedoch der hohe Aufwand, da die Passung zwischen Achse und Achsenbuchse am unteren Ende der Achse sehr genau ausgeführt sein muß (Deumlich "Instrumentenkunde der Vermessungstechnik", Achte, überarbeitete Auflage, VEB Verlag für Bauwesen, Berlin 1988, Seiten 78 bis 80).

Aus der DE-OS 27 18 382 ist eine Anordnung bekannt, bei welcher zwischen der Stehachse und der Achsenbuchse eine Kugelbuchse vorgesehen ist. Zwischen der zylindrischen Innenbohrung einer Achsenbuchse und der Instrumentenachse ist ein zylindrischer Kugelkäfig mit unter Vorspannung stehenden Kugeln angeordnet. Oben wird die Achse durch ein Plankugellager abgefangen. Auch diese Stehachse ist sehr teuer und aufwendig, da mindestens zwei sehr enge Passungen zwischen Stehachse und Buchse geschaffen werden müssen.

Aus der DE 9 69 368 ist ein kugelgelagertes Vertikalachsensystem für Präzisionsinstrumente, insbesondere für Theodolite bekannt, bei dem die Vertikalachse in zwei Kugelkränzen läuft. Dabei ist der auf der Vertikalachse gelagerte Laufring des unteren Kugellagers kalottenförmig ausgebildet und wird durch eine federnde, sich an der Vertikalachse abstützende Membran gegen den unteren Kugelkranz gedrückt. Der Krümmungsmittelpunkt des kalottenförmigen Laufringes liegt in der Membranebene. Nachteilig bei diesem Vertikalachsensystem ist, daß es technisch komplizierte kalottenförmige Teile besitzt, deren hochgenaue Bearbeitung sehr aufwendig ist und komplizierte Werkzeuge erfordert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Stehachsensystem hoher Genauigkeit für geodätische Geräte zu schaffen, bei dem durch eine starke Vereinfachung der Konstruktion und durch eine Reduzierung der Anzahl hochgenauer Teile der Aufwand und die Kosten für die Herstellung des Stehachsensystems wesentlich verringert werden und die Funktionssicherheit über lange Zeiten verbessert werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des ersten Anspruches dargelegten Mittel gelöst. Nähere Ausführungsformen sind in den weiteren Unteransprüchen aufgeführt.

Bei dem erfindungsgemäßen Stehachsensystem wird die Achsenbuchse mit zwei kegelstumpfförmigen Kugellaufflächen für die Kugeln eines jeden Zentrierkugellagers versehen, die an entgegengesetzten Enden der Achsenbuchse liegen und deren Oberfläche feingedreht ist und einen geringen Mittenrauhwert besitzt. Die zylindrische Stehachse selbst ist feinbearbeitet. Das Stehachsensystem besitzt also an diesen beiden Enden je ein spielfrei einstellbares Zentrierkugellager, welches durch eine aufgebrachte Vorspannkraft voreingestellt und vorgespannt werden kann. Diese Vorspannkraft wird durch Verstellung eines Einstellringes, der eine der Kugellaufflächen umfaßt und unten auf der Achsenbuchse aufgeschraubt ist, erzeugt und auf die Kugeln der Zentrierkugellager übertragen. Durch Drehung der Stehachse in der Achsenbuchse werden in die feingedrehten Laufflächen durch die vorgespannten Kugeln entsprechende Laufspuren eingearbeitet. Es wird damit ein Lagegleichgewicht garantiert, daß die Voraussetzung für die hohe räumliche und zeitliche Konstanz der Lagegenauigkeit bildet. Damit erhält die erfindungsgemäße Stehachse ihre hochgenauen Laufeigenschaften nicht durch den Schleif- und den Feindrehprozeß, sondern durch Spannprozeß während der Montage des Systems. Dieses Spannen findet im Moment des Kräftegleichgewichtes statt, welches mit der Vorspannkraft aufgebaut wird, und im Gleichgewicht zur zulässigen Druckspannung der Oberflächenerhebungen der feingedrehten Oberfläche steht. Nach dem Spannen kann die Vorspannkraft bis auf die notwendige Funktionskraft, die die Lagegenauigkeit garantiert, verkleinert werden bei steter Garantie des Lagegleichgewichtes.

Mit dem erfindungsgemäßen Stehachsensystem wird eine hochgenaue, jederzeit einstellbare und spielfreie Achsenlagerung erreicht, ohne hochgenaue Fertigungsverfahren für die Herstellung der einzelnen Teile anwenden zu müssen. So genügen bereits meistens feingedrehte statt feingeschliffene Oberflächen der einzelnen verwendeten Bauteile, um die herausragenden Eigenschaften dieses Stehachsensystems zu gewährleisten. Der Aufbau zeichnet sich durch eine große Einfachheit aus, wodurch sich nur relativ geringe Kosten für die Fertigung ergeben.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel, welches in der Zeichnung dargestellt ist, näher erläutert werden.

Das in der Zeichnung im Schnitt dargestellte Stehachsensystem für geodätische Geräte umfaßt eine Stehachse 1 mit einem Flansch 2 und einer Achsenbuchse 3, in der die Stehachse 1 gelagert ist. Am oberen Ende der Stehachse 1 ist ein drei Kugellaufflächen 4; 5 und 6 und Kugeln umfassendes Zentrierkugellager 7 vorgesehen, wobei die Kugelfläche 4 eine kegelstumpfförmige Oberfläche besitzt und Bestandteil der Achsenbuchse 3 ist. Die Kugelfläche 5 ist eine Zylinderfläche an der Stehachse 1 und die Kugellauffläche 6 eine ebene Fläche an der unteren Seite des Flansches 2 der Stehachse 1.

Am unteren Ende der Stehachse 1 befindet sich ein weiteres, ebenfalls drei Kugellaufflächen 8; 9 und 10 und Kugeln umfassendes Zentrierkugellager 11, wobei eine der Laufflächen, die Kugellauffläche 8, kegelstumpfförmig ist und sich an dem unteren Ende der Achsenbuchse 3 befindet. Die Kugellauffläche 9 ist eine Zylinderfläche der Stehachse 1 und die Kugellauffläche 10 ebene Fläche, welche sich auf einem, auf das untere Ende der Stehachse 1 aufschraubbaren Einstellring 12 befindet. Die Kugellauffläche 10 liegt senkrecht zur Drehachse A-A der Stehachse 1. Die Kegelwinkel der kegelstumpfförmigen Kugellaufflächen 4 und 8 ist vorteilhaft in Abhängigkeit vom Kugel- und Stehachsendurchmesser festgelegt. Die Scheitel der beiden Kegelwinkel liegen vorteilhaft auf der Drehachse A-A.

Durch Verstellung des Einstellringes 12 in Richtung der Drehachse A-A kann eine Vorspannkraft definiert eingestellt und durch die Kugeln über die kegelstumpfförmigen Kugellaufflächen 4 und 8 gleichmäßig auf alle Kugellaufflächen übertragen werden. Durch Verdrehen der Stehachse 1 relativ zu der Achsenbuchse 3 werden durch die mit der Vorspannkraft belasteten Kugel durch plastische Verformung Laufspuren in die Kugellaufflächen 4; 5; 6; 8; 9 und 10 eingedrückt. Dabei sind die Kugellaufflächen 5; 6; 9 und 10 geschliffene und die Kugellaufflächen 4 und 8 feingedrehte Laufflächen, so daß die Laufspuren der Kugeln sich unterschiedlich tief sich in die Kugellaufflächen einprägen können, wobei die Laufspuren in den feingedrehten Kugellaufflächen 4 und 8 für die hohe Laufgenauigkeit des Stehachsensystems maßgeblich sind. Nach erfolgtem Einlaufen der beiden Zentrierkugellager 7 und 11 wird die Vorspannkraft auf eine für eine einwandfreie Funktion des Stehachsensystems erforderliche Funktionskraft zurückgenommen.

Zur Zentrierung des Einstellringes 12 auf der Stehachse 1 ist ein Paßring 13 vorgesehen, welcher vorteilhaft aus einem elastischen Material, z. B. einem Kunststoff, besteht. Dieser Paßring 13 ist, wie es aus der Zeichnung zu entnehmen ist, zwischen dem Einstellring 13 und der Stehachse 1 angeordnet.

Mit dem erfindungsgemäßen Stehachsensystem wird eine hochgenaue, jederzeit einstellbare und spielfreie Achsenlägerung erreicht, ohne zur Herstellung der Kugellaufflächen 4 und 8 der Achsenbuchse 3 hochpräzise Fertigungsverfahren anwenden zu müssen. So werden diese Flächen durch Feindrehen anstelle von Feinschleifen hergestellt. Durch den Einlaufvorgang wird dann durch die Kugeln selbst die erforderliche Feinheit der Laufspurenoberfläche erreicht.

Claims (4)

1. Stehachsensystem für geodätische Geräte, bestehend aus einer vertikalen, zylindrischen Stehachse mit einem Flansch und aus einer Achsenbuchse, in welcher die Stehachse gelagert ist, wobei als Lager am oberen und am unteren Ende der Stehachse jeweils ein drei Kugellaufflächen umfassendes Zentrierkugellager vorgesehen ist, wobei eine der Kugellaufflächen der Zentrierkugellager eine in Richtung der Drehachse (A-A) frei verstellbare Kugellauffläche ist, dadurch gekennzeichnet, daß diese verstellbare Kugellauffläche (10) senkrecht zur Drehachse (A-A) verläuft und auf einem axial verstellbaren Einstellring (12) angeordnet ist, daß die drei Kugellaufflächen (4; 5; 6 bzw. 8; 9; 10) eines jeden Zentrierkugellagers (7; 11) in einem von Achsen- und Kugeldurchmesser abhängigen Winkel zueinander stehen, wobei eine Kugellauffläche (4 bzw. 8) eines jeden der beiden Zentrierkugellager (7 und 11) die Mantelfläche eines Kegelstumpfes bildet, dessen Achse mit der Drehachse (A-A) übereinstimmt, und daß diese kegelstumpfförmigen Kugellaufflächen (4; 8) an entgegengesetzten Enden der Achsenbuchse (3) angeordnet sind.

2. Stehachsensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Zentrierkugellager (7 und 11) durch eine durch axiale Verstellung des Einstellringes (12) definiert erzeugbare Vorspannkraft vorgespannt sind.

3. Stehachsensystem nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufbahnen durch die Kugeln selbst in die Kugellaufflächen (4; 5; 6; 8; 9; 10) der Zentrierkugellager (7 und 11) unter der Wirkung der Vorspannkraft eingearbeitet sind.

4. Stehachsensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Paßring (13) zwischen dem Einstellring (12) und der Stehachse (1) angeordnet ist.