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Grenzlehre (Toleranz- oder Passungslehre) Die zur Prüfung der Maßhaltigkeit
von Werkstücken zur Zeit vorwiegend benutzten Rachenlehren gestatten zwar, eine
Messung bei Erzielung verhältnismäßig großer Genauigkeit mit sehr geringem Zeitaufwand
durchzuführen. Da jedoch die Rachenlehre jeweils über den Prüfling geschoben werden
muß, so unterliegt sie einem sehr starken Verschleiß. Man ist daher gezwungen, eine
neue Rachenlehre im Sinne einer Verringerung der zulässigen Toleranz zu bemessen;
hierdurch ergibt sich für die Fabrikationsteile eine Verteuerung. Des weiteren gestattet
eine Rachenlehre lediglich festzustellen, ob sich das Werkstück innerhalb oder außerhalb
der Toleranzgrenzen befindet, nicht aber, wie es zum Toleranzfeld liegt. Der Einrichter
benötigt daher neben der Rachenlehre noch eine Mikrometerschraube o. dgl., deren
Gebrauch jedoch verhältnismäßig zeitraubend ist und in der Regel besondere Geschicklichkeit
des Messenden erfordert. Bei der Verwendung zweier Meßgeräte ergibt sich ferner
die Schwierigkeit, daß durch Abweichungen der Geräte voneinander Fehlmessungen entstehen.
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Gegenstand der Erfindung ist eine in ihrer Konstruktion verhältnismäßig
einfache Lehre, die an Prüfgenauigkeit der Rachenlehre überlegen ist und im Gegensatz
zu dieser fast keinem Verschleiß an den Meßflächen unterliegt, andererseits aber
auch hinsichtlich der Bedienung, d. h. hinsichtlich des zur Durchführung einer Messung
erforderlichen Zeitaufwandes, der Rachenlehre nicht nachsteht.
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Die neue Lehre bedient sich, ähnlich wie bekannte Ausführungen, eines
beweglichen, durch Zug oder Druck verschiebbaren Tastkörpers, der über eine Reihenschaltung
z-,veier Keilschubflächenübersetzungen mit einem Einstellglied einer Anzeigevorrichtung
zusammenarbeitet. Die neue Ausführung unterscheidet sich jedoch von den bekannten
dadurch, daß die beiden Keilschubflächenübersetzungen einen längsverschieblichen
Keil, vorzugsweise in Kegelform, und eine oder mehrere mit diesem zusammenarbeitende
und quer zu dessen Längsrichtung zwischen zwei Flächen verschiebliche Kugeln oder
Rollen umfassen, wobei die beiden Flächen in Richtung der Kugeln- oder Rollenbahn
abnehmenden gegenseitigen Abstand aufweisen und die eine dieser Flächen an einem
in Richtung der Keilbewegung verschieblichenTeil gebildetist.
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Diese Ausführung hat einmal den Vorteil, daß der Teil, über den die
Bewegung der einen Keilschubfläche zugeleitet wird, in der gleichen Richtung verschieblich
ist wie der Teil, über den die Bewegung von der zweiten Keilschubflächenübersetzung
abgeleitet wird. Dadurch ergibt sich eine gedrängte Bauart, und es läßt sich außerdem
das Bedienungsorgan so anordnen, daß die Handhabung der
Lehre einfach
und bequem wird, was in Anbetracht des häufigen Gebrauches einer Lehre von Bedeutung
ist. Außerdem ergibt sich aber, insbesondere bei Verwendung eines Keiles in Kegelform
in Verbindung mit einer Mehrzahl von diesen umgebenden Kugeln oder Rollen, der noch
bedeutendere Vorteil, daß, da der kegelförmige Keil um seine Achse drehbar ist,
die Kugeln ebenfalls Drehbewegungen oder Wälzbewegungen ausführen können, stets
andere Flächen des Kegels mit anderen Flächen bzw. Punkten der Kugeln in Berührung
kommen und ebenso auch diese wieder mit anderen Flächenteilen der zweiten Keilschubflächenübersetzung
in Berührung kommen. Das hat zur Folge, daß der Verschleiß der beiden konstruktiv
vereinigten Keilschubflächenübersetzungen auch bei langem Gebrauch überaus klein
bleibt und damit die Meßgenauigkeit der neuen Lehre eine sehr große ist.
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In dem Zusammenhang sei darauf verwiesen, daß die Verwendung von Kugeln
oder Rollen als Zwischenglieder zur Weiterleitung der Bewegung einer mit einer Kugel
in Berührung stehenden Keilfläche an sich bekannt ist.
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Einige Ausführungsbeispiele sind: in der Zeichnung dargestellt. Bei
der in Abb. i und :2 in verschiedenen Stellungen dargestellten Ausführungsform befindet
sich die eine Meßfläche der Lehre am Ansatz r, die andere, gegenüberliegende Meßfläche
an dem längsverschiebbargeführtenTastkörper2. Dieserist an seinem rückwärtigen Ende
kolbenförmig verstärkt und mit dieser Verstärkung 2a in der zylindrischen Bohrung
des Lehrergriffes geführt. Mit dem Tastkörper 2 wirkt über die unten noch näher
beschriebene Keilschubflächenübersetzung das Einstellglied 3 zusammen, welches an
seinem äußeren Ende eine kolbenförmige Verstärkung 3a aufweist, die in einer mit
der Griffwandung urverschiebbar verbundenen Buchse 4 geführt ist. Auf der kolbenförmigen
Verstärkung 3a befindet sich eine Skala, die mit einer fesfen Einstellmarke, welche
am einfachsten durch den Rand der Buchse 4 gebildet wird, zusammenwirkt. Zwischen
die zur Längsachse des Einstellgliedes 3 senkrechte Stirnfläche der Buchse4 und
die kegelförmig gestaltete Stirnfläche des Tastkörperansatzes 2a sind Kugeln 5 eingefügt,
die unter der Wirkung der an dem Tastkörper 2 angreifenden Feder 6 und der an der
Stirnwand des Ansatzes 2a gebildeten Schubfläche in seitlicher Anlage gegen das
Einstellglied 3 gehalten werden. Dieses ist an seinem in der axialen Bohrung des
Tastkörpers 2 mit freiem Spiel verschiebbaren Ende zu einem eine geringe Steigung
besitzenden Kegel 3b verstärkt. Zwischen dem Boden der Buchse 4 und dem Kolben 3a
des Einstellgliedes ist eine Druckfeder 7 gelagert, die bei Loslassen des über den
Kolben 3a hineingedrückten Einstellgliedes dieses zurückdrückt und dabei unter radialer
Verschiebung der Kugeln 5 mittels des Kegels 3b den Tastkörper 2 entgegen der Wirkung
der Feder 6 in die in Abb.2 dargestellte Meßstellung führt. Die Bewegung findet
ihr Ende, sobald der Tastkörper 2 seine Endstellung erreicht bzw. seine Meßfläche,
wie in Abb.2 veranschaulicht, sich auf den eingebrachten Prüfling aufsetzt.
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Die Bedienung geht also folgendermaßen vor sich: Zur Öffnung der Lehre
wird das Einstellglied 3 über den dabei als Druckknopf wirkenden Kolben 3a nach
innen gedrückt, wodurch sich die Stellung nach Abb. i ergibt. Dieser Hub des Einstellgliedes
3 sei, da er ohne Kraftübertragung auf den Tastkörper 2 vor sich geht, als Leerhub
des Einstellgliedes bezeichnet. Während dieses Hubes wird die Feder 7 gespannt,
und gleichzeitig rückt der Tastkörper 2 unter Vergrößerung seines Abstandes von
der Gegenmeßfläche i infolge der Wirkung der Feder 6 in den Lehrengriff hinein.
Sobald man den Kolben bzw. Druckknopf 3a losläßt, geht die Lehre unter der Wirkung
der Feder 7 in die in Abb. 2 dargestellte Meßstellung über, in der das Ist-Maß des
Prüflings an der auf dem Kolben 3 befindlichen Teilung genau ablesbar ist. Neben
dieser Teilung bzw. an Stelle dieser Teilung kann, wie Abb. 2 veranschaulicht, ein
um den Kolben herumlaufendes Band Anwendung finden. Die Breite dieses Bandes wird
entsprechend der Breite des Toleranzfeldes gewählt, d. h. so gewählt, daß sofern
bei der Messung die feste Einstellmarke innerhalb des Bandes liegt, dadurch qualitativ
angezeigt wird, daß die zulässige Toleranz nicht überschritten ist, während an der
Teilung des Kolbens 3a der wirklich vorhandene Ist-Wert abgelesen werden kann. Es
kann so in einfachster Weise die qualitative Toleranzmessung mit einer genauen quantitativen
Messung vereinigt werden bzw. man kann je nach Bedarf die Lehre zum einen oder anderen
Zweck verwenden. Es ist ersichtlich, daß der zur Durchführung einer Messung erforderliche
Zeitaufwand bei der neuen Lehre wesentlich geringer als bei Anwendung von Mikrometerschrauben
und auch wohl noch geringer als bei Anwendung der sonst üblichen Rachenlehren ist,
während andererseits die in dem starken Verschleiß und- der Unmöglichkeit einer
genauen quantitativen Messung beruhenden Nachteile der Rachenlehre hier in Fortfall
kommen; denn da beim Aufbringen der Lehre auf den Prüfling keine Reibung zwischen
Meßfläche und Prüfling stattfindet,
vielmehr die Meßfläche des Tastkörpers
senkrecht zur Fläche des Prüflings sich auf diesen aufsetzt, so ist die Abnutzung
der Meßflächen, wie auch Versuche bestätigt haben, überaus gering und praktisch
ohne Bedeutung.
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Das in Abb. i und z dargestellte Ausführungsbeispiel läßt sich durch
geringfügige Ergänzungen auch zu einer Lehre für Innenmessung ausgestalten. Ein
Ausführungsbeispiel ist in Abb. 3 dargestellt. Das bei den Ausführungen nach Abb.
i und 2 als Tastkörper bezeichnete Glied 2 wirkt hier nur mittelbar als Tastkörper,
und zwar arbeitet es über seine kegelförmige Spitze 2v auf den Meßzylinder 8, der
mit achsparallelen Schlitzen 8a versehen und infolgedessen gegen die Innenwandung
des mit 9 angedeuteten Prüflings spreizbar ist. Zur Erzielung einer möglichst elastischen
Spreizbarkeit ist der den eigentlichen Meßzylinder 8 mit dem Hauptkörper der Lehre
verbindende Zwischenzylinder 1o in der Wandstärke entsprechend dünn gehalten. Im
übrigen entspricht die Lehre nach Abb. 3 in der Bauart der in Abb. i und2 dargestellten
Lehre. Es wird also zur Öffnung der Lehre ebenso wie dort das Einstellglied 3 durch
Ausübung eines Druckes auf den Kolben 3a nach innen gedrückt, wobei die Feder 6
bezüglich des Tastkörpers 2 als Rückzugfeder arbeitet und hierbei gleichzeitig den
über die Kugeln 5 geführten Kraftschluß zwischen dem Einstellglied 3 und dem Tastkörper
2 aufrechterhält. Beim Loslassen des Einstellgliedes 3 schiebt sich die kegelförmige
Spitze des Gliedes 2 in den Meßzylinder 8 und spreizt diesen so weit, bis er Anlage
gegen die Innenwandung des Prüflings findet. Der zu messende Innendurchmesser kann
an der Teilung des Kolbens 3a abgelesen werden, bz-,v. es ist aus der Stellung des
ringförmigen auf dem Kolben 4 markierten Bandes ersichtlich, ob der zu messende
Durchmesser innerhalb der Toleranz liegt.
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Wie aus der Darstellung hervorgeht, ist die neue Lehre insbesondere
mit großem Vorteil als Passungslehre verwendbar und geeignet, die bisher übliche
Rachenlehre vollkommen zu ersetzen. Wie schon erwähnt, besitzt die Lehre praktisch
fast keine Abnutzung. Man kann daher bei der Eichung einer neuen Lehre bereits ganz
dicht an die Grenzen des Toleranzfeldes herangehen, wodurch der Vorteil entsteht,
daß sich die Herstellungstoleranz der Fabrikationsteile entsprechend vergrößert.
Gleichzeitig fallen die sonst in kürzeren Zeitabständen erforderlichen Kontrollen
der Lehren fort bzw. die Revisionen sind nur in wesentlich größeren Zeitabständen
notwendig.
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Für einen Nenndurchmesser lassen sich ebenfalls im Gegensatz zu den
bisher üblichen Rachenlehren mehrere Sitze in einer Lehre vereinigen; desgleichen
können unterschiedliche Fabrikations- und Abnahmetoleranzen in einer Lehre vereinigt
werden. Die entsprechenden Toleranzfelder werden vorteilhaft an der Lehre durch
verschiedene Farben oder Markierungen kenntlich gemacht. Zweck= mäßig verwendet
man in diesem Fall zur Markierung der Toleranzfelder nicht, wie in Abb. 2, 3 und
4 veranschaulicht, um den vollen Umfang des Kolbens 3a herumlaufende Bänder, sondern
ordnet die verschiedenartig dargestellten Toleranzfelder möglichst in gleichem Abstand
auf dem Umfang des Kolbens 3a nebeneinander an.
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Selbstverständlich kann die neue Lehre außer als Passungslehre auch
ähnlich wie eine Mikrometerschraube als Lehre zur genauen quantitativen Messung
Anwendung finden. Zweckmäßig sieht man, wie auch in der Ausführung nach Abb. i und
:2 angenommen, beide Möglichkeiten in der gleichen Lehre vor, d. h. man bringt neben
den Toleranzfeldmarkierungen auch entsprechende Teilungen zur genauen quantitativen
Messung an. Die Übersetzung zwischen der Tastkörperbewegung und der Bewegung des
Einstellgliedes kann bei der neuen Lehre an den verschiedenen Stellen bzw. Bereichen
des Gesamtineßbereiches in einfachster Weise dadurch verschieden gewählt werden,
daß beispielsweise bei den Ausführungen nach Abb. i bis 3 die Steigung der an dem
Teil 2a befindlichen Schubfläche oder die Steigung des Kegels 3v an verschiedenen
Stellen verschieden gewählt wird. Diese Möglichkeit bietet den Vorteil, die Skala
bzw. die Teilung an bestimmten Stellen des Meßbereiches, z. B. in der Umgebung des
zu erzielenden Soll-Durchmessers, zur Erhöhung der Genauigkeit auseinanderzuziehen.
Im übrigen kann es auch aus Fabrikationsgründen angebracht sein, von den dargestellten
Kegelformen mit geradlinigen Mantellinien abzuweichen. So läßt sich z. B. der an
der Verstärkung 2a des Tastkörpers 2 befindliche Hohlkonus wesentlich genauer herstellen,
wenn seine Oberfläche nach einer Kugelfläche gestaltet wird.
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Die Verwendung von Zwischenelementen, wie Rollen, Spreizringen oder,
wie bei der Ausführung nach Abb. i und 3, von Kugeln 5, bietet den Vorteil einer
doppelten Übersetzung zwischen der Tastkörperbewegung und der Bewegung des Einstellgliedes;
denn wie ersichtlich, besteht bei der Ausführung nach Abb. i bis 3 zunächst eine
Übersetzung zwischen der Bewegung des Tastkörpers 2 und der Bewegung der Kugeln
5 und dann wiederum eine Übersetzung zwischen der Bewegung der Kugeln 5 und der
Bewegung des Einstellgliedes 3. Es läßt sich auf diese Weise eine sehr starke und
andererseits doch überaus
genaue Elbersetzung erzielen. Natürlich
kann man auch für Spezialzwecke zur Erzielung einer noch größeren Übersetzung die
Bewegung des Einstellgliedes 3 auf ein weiteres Einstellglied übertragen, in ähnlicher
Weise, wie die Bewegung des Tastkörpers 2 auf das erste Einstellglied übertragen
wird. Für die praktischen Verhältnisse genügt jedoch in der Regel eine Übersetzung
von etwa r :Zoo, die sich mit den dargestellten Ausführungsformen ohne weiteres
erreichen läßt.
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Die dargestellte Anordnung der Meßflächen ist für die Erfindung nicht
wesentlich. So besteht ohne weiteres die Möglichkeit, die neue Lehre ähnlich wie
eine Schublehre mit Tastern zur Messung von Innen- oder Außendurchmessern auszurüsten;
desgleichen kann man zur Erhöhung des Meßbereiches die an sich feste Meßfläche durch
Schraube oder Aufsatzstück stufenweise einstellbar gestalten. Aus der Abb. 3 und
der darauf bezüglichen Beschreibung .erhellt, daß wenn in der Beschreibung und in
den Ansprüchen das Glied2 als Tastkörper bezeichnet ist, darunter nicht unbedingt
zu verstehen ist, daß dieses Glied die bewegliche Meßfläche enthält. Es kann vielmehr
auch die bewegliche Meßfläche in irgendeiner Weise, beispielsweise über Zwischenelemente,
antreiben.
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Es sei weiterhin hervorgehoben, daß es für den Grundgedanken der Erfindung
nicht wesentlich ist, wenn die Anordnung so getroffen ist, daß der Kegel 3b am Ende
des Leerhubes mit dem Tastkörper 2 auf der gleichen Seite der durch die Kugeln 5
bestimmten Ebene liegt (vgl. Abb. i). Man kann statt dessen auch den Kegel 3b auf
der anderen Seite der genannten Ebene anordnen, d. h. für den Kegel 3b die entgegengesetzte
Steigung wählen und die Feder 7 als einerseits an der Buchse d. und andererseits
an dem Kolben 3a angreifende Zugfeder ausbilden. Bei dieser Ausführung wäre dann
zur cöffnung der Lehre jeweils das Einstellglied 3 nach außen zu ziehen, wozu man
den Kolben 3" mit einem Zugknopf oder Zugring versehen könnte. Die dargestellte
Ausführung hat jedoch demgegenüber den Vorzug größerer Handlichkeit. Bei der zuletzt
erwähnten Ausführungsmöglichkeit würde das Stärkeverhältnis zwischen der Zugfeder
und der auf den Tastkörper einwirkenden Feder 6 in gleicher Weise wie bei der Ausführung
nach Abb. i zu wählen sein. Indes kann auch das Stärkeverhältnis der beiden Federn
umgekehrt sein. Hiervon wird man dann Gebrauch machen, wenn beispielsweise das vordere
Ende des Tastkörpers 2 und der feste Ansatz i mit einander nicht übergreifenden
Tastern zur Messung von Innendurchmessern o. dgl. ausgerüstet werden. In diesem
Fall würde dann die Feder 6 die über-Führung des Tastkörpers 2 in die Meßstellung
übernehmen, während die Feder 7 nur zur Aufrechterhaltung des Kraftschlusses zwischen
Einstellglied und Tastkörper zu dienen hätte und dementsprechend so schwach zu bemessen
wäre, daß sie die Wirkung der Feder 6 nicht aufhebt.
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Die Gestalt der Meßflächen kann je nach der Art des Prüfobjektes verschieden
gewählt werden; so besteht bei der neuen Lehre z. B. die Möglichkeit, bei entsprechender
Gestaltung der Meßflächen die Maßhaltigkeit von Formteilen, z. B. Gewinden, zu prüfen
bzw. die Masse genau zu bestimmen.
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Bei den in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen der neuen
Lehre ist der Meßdruck von dem Messenden unabhängig. Zur Erzielung dieses Vorteiles
ist es nicht notwendig, daß, wie bei den Ausführungsformen nach Abb. z bis 3, die
Messung erfolgt, nachdem das Einstellglied bzw. der mit diesem verbundene Bedienungsknopf
3a losgelassen ist. Es sind vielmehr auch Ausführungen möglich, bei welchen der
Übergang des Tastkörpers in die Meßstellung während des Hineindrückens des Bedienungsknopfes
3a erfolgt.
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Wenn in der Beschreibung bzw. in den Ansprüchen angegeben ist, daß
der Tastkörper mittels Zug oder Druck verschiebbar ist, so soll damit einer der
Unterschiede, die zwischen einer Mikrometerschraube und der neuen Lehre bestehen,
hervorgehoben werden. Denn während bei einer Mikrometerschraube der Tastkörper in
einer Gewindemutter mit selbstsperrendem Gewinde geführt ist und mithin nur durch
eine Drehbewegung in die Meßstellung sich überführen läßt, ist beim Erfindungsgegenstand
der Tastkörper so geführt, daß ein auf ihn ausgeübter Zug oder Druck hinreicht,
um ihn in die Meßstellung zu führen. Damit ist jedoch nicht gesagt, daß eine Drehbewegung
des Tastkörpers 2 ausgeschlossen sein soll. So besteht die Möglichkeit, auf dem
Tastkörper2 eine Schraubennut starker Steigung anzubringen und in diese einen ortsfesten
Führungsstift eingreifen zu lassen, so daß der Tastkörper 2 neben der Längsverschiebung
auch eine Drehbewegung ausführt. Die Steigung der Schraubennut wird man jedoch zweckmäßig
so wählen, daß die Verschiebung des Tastkörpers 2 durch Ausübung eines Druckes oder
Zuges möglich ist. Eine mit der Verschiebung verbundene Drehbewegung des Tastkörpers
-9 kann gegebenenfalls im Interesse einer gleichmäßigen Beanspruchung der Kugeln
5 von Vorteil sein.
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Es besteht des weiteren auch die Möglichkeit, das Einstellglied 3
bzw. den Mittelteil des Einstellgliedes als eine stark steigende und in einer feststehenden
Mutter geführte
Schraube auszubilden. In diesem Fall kann man, abweichend
von der Darstellung, die Anzeigemarken bzw. Markierungen über den Umfang des mit
dem Einstellglied verbundenen Druckknopfes 3a verteilen oder auf dessen Stirnfläche
anbringen. Die Gewindesteigung wird hierbei zweckmäßig so bemessen, daß die Wirkungsweise
des Einstellgliedes im übrigen die gleiche bleibt wie bei der in Abb. i dargestellten
Ausführung, d. h. daß das Einstellglied seinen Leerhub unter der Wirkung eines auf
den Knopf 3a ausgeübten Druckes und seinen Krafthub unter der Wirkung der Feder
7 ausführt.
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Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und oben beschriebenen
Lehrenformen beschränkt. Die Vorzüge der neuen Ausführung treten vielmehr auch in
Erscheinung, wenn man sie z. B. mit Bezug auf Abb. i unter Weglassung des dort dargestellten,
die feste Gegenmeßfläche enthaltenden Bügels als Zusatzgerät ausbildet, das nach
Art einer Meßuhr in beliebige Prüfeinrichtungen einspannbar ist.