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Vorrichtung oder Maschine zum Prüfen von Hülsen oder napfförmigen
Werkstücken auf Gleichmäßigkeit der Wandstärke Bei der spanlosen Verformung von
Werkstoffen, insbesondere von Metallen, entstehen in sehr großen Mengen Hülsen oder
napfförmige Werkstücke, meist an einem Ende durch Boden verschlossen. Diese Werkstücke
werden dann größtenteils durch erneutes Ziehen, Pressen o. dgl. weiter verformt.
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Bei der Herstellung solcher Werkstücke ist es kaum zu vermeiden, daß
die Dicke der Wandung in irgendeinem zur Längsachse senkrechten Querschnitt über
den ganzen Umfang nicht völlig gleichmäßig ausfällt. Die Ursache hierfür ist bekanntlich
sowohl ungleiche Struktur des Ausgangswerkstoffs bzw. des Bleches in Quer- oder
Längsrichtung, aber auch Ungenauigkeit der zur Verformung benützten Werkzeuge, insbesondere
der Ziehmatrize und des Ziehstempels, oder auch exzentrisches Aufsetzen des Ziehstempels
auf das zum Napf zu verforrüende Rondell.
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Bekanntlich ist es nun so, daß ungleich starke Wandung eines Vorstadiums
im Ziehvorgang sich über alle weiteren Verformungsgänge fortpflanzt und demnach
auch die Fertigwerkstücke den Fehler ungleich starker Wandung behalten. Es liegt
daher ein starkes Bedürfnis vor, solche Werkstücke mit ungleich starker Wandung
über den Umfang entweder gar nicht zu erzeugen, oder aber so früh als möglich aus
der Weiterverarbeitung auszuscheiden. Zum Zwecke dieser Ausscheidung hat man bereits
Vorrichtungen und auch selbsttätige Prüfmaschinen vorgeschlagen, jedoch bisher ohne
richtigen Erfolg. Einfache Meßvorrichtungen, die mit Mikrometer oder Fühlhebelanzeige
arbeiten, lassen sich natürlich ohne erhebliche Schwierigkeiten anwenden. Es muß
aber stets jeder Teil des Umfanges des Werkstückes in dem zu prüfenden Querschnitt
nacheinander durch Abrollen in der Vorrichtung o. dgl. geprüft werden. Dieses Verfahren
ist sehr zeitraubend, die Fehlerbeobachtung schwierig und eine Verwendung kommt
nur für Stichproben, niemals aber für Prüfung der gesamten Herstellung in Betracht.
Nach anderem Grundsatz arbeitende Prüf- und Sortiermaschinen blieben bis jetzt erfolglos
und konnten sich wegen Nichterfüllung der technischen Anforderungen nicht einführen.
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Eine Hauptschwierigkeit, die sich der Lösung der Erfindungsaufgabe
in den Weg stellt, besteht darin, da.ß nicht eine Absolutmessung der Wandstärke
in Betracht kommt, sondern nur eine Relativprüfung verschiedener Umfangsstellen
gegeneinander. Der Grund hierfür ist, daß ja gewöhnlich die Wandstärke selbst in
irgendeinem Querschnitt senkrecht zur Längsachse nicht als starre Größe festgelegt
wird, sondern als ein zwischen zwei erlaubten Grenzmaßen liegendes Maß: Hierzu kommt
dann die ebenfalls
durch zwei Grenzen, d. h. von Null bis zu einem
bestimmten Höchstmaß, bestimmte zulässige Abweichung der Wandstärke an den verschiedenen
Stellen des Umfanges in-.einem bestimmten Querschnitt zur Achsenrichtung. Meist-
ist es in :der Praxis sogar so, daß die höchstzulässige Wandstärkenverschiedenheit
in dem gleichen Querschnitt, bezogen auf verschiedene Umfangsstellen, nur einen
Bruchteil ausmacht von der Toleranz, welche für die absolute Wandstärke in einem
bestimmten Querschnitt an und für sich zugelassen wird.
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So werden beispielsweise bei der Munitionsherstellung in großen Mengen
näpfchenartige Werkstücke mit einem Durchmesser von etwa 17 mm erzeugt, bei
denen für die Dicke der Wand eine Abweichung bis zu o,a mm zuge= lassen ist, während
als größte Ungleichförmigkeit der Wandung an verschiedenen Stellen des Umfanges
in ein und demselben Querschnitt senkrecht, zur Längsachse höchstens etwa
0,03 bis 0,05 mm gestattet sind. Man erkennt also, daß mit einer absoluten
Dickenmessung dem Erfindungsproblem nicht beizukommen ist. -Außerordentlich erhöht
wird die Schwierigkeit der Aufgabe noch dadurch, daß die Werkstücke keinesfalls
genau rund sind, und zwar weder innen noch außen, sondern, daß streng genommen ganz
ungleichmäßige Formen vorkommen, die auch bei sogenannten runden Werkstücken nur
annähernd einem Kreise ähneln.
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Nach der vorliegenden Erfindung wird nun die gestellte Aufgabe in
neuer Weise gelöst, welche den auftretenden Schwierigkeiten bezüglich Genauigkeit
des Prüfverfahrens sowie Wirtschaftlichkeit in hervorragender Weise Rechnung trägt.
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Eine neue Haupterkenntnis mit Bezug auf das gestellte Problem besteht
zunächst darin, daß es mit den üblichen Mitteln, wie Fühl= hebelübersetzungen, gelenkig
oder schwenkbar angeordnete Meß- oder Prüforgane o. dgl., in der Praxis nicht möglich
ist, die benötigte außerordentlich hochwertige Art der Maßprüfung zu erreichen.
Unterstellt man z. B. die in der Praxis wirklich gegebene Forderung, daß die Ungleichmäßigkeit
der Prüfung über verschiedene Umfangsstellen eines Querschnittes nicht größer sein
darf als o,o4 mm, so ergibt sich ohne weiteres, daß die Einrichtungen, welche zur
Prüfung dieser Ungleichmäßigkeit dienen sollen, mit einer Genauigkeit von nur wenigen
tausendstel Millimetern arbeiten müssen, um nur einigermaßen eine sichere Trennung
der guten von den schlechten Werkstücken zu erzielen, ohne daß man gezwungen ist,
im Grenzgebiet der Prüfung zu viel gute Werkstücke zum Ausschuß fallen zu lassen
oder umgekehrt Gefahr zu laufen, daß schlechte Werkstücke zu den guten kommen: Jeder
Fachmann auf dem Gebiet des Messens weiß aber, wieungewöhnlich schwierig es ist,
Größen, die sich im Bereich von wenigen tausendstel Millimetern oder darunter bew=egen,
mit Meßgeräten zu prüfen, bei welchen Hebelübersetzungen, Gelenke, Drehzapf en usw.
Verwendung finden. Nach vorliegender Erfindung werden nun derartige Prüfmittel grundsätzlich
von der Verwendung für den Erfindungszweck ausgeschlossen und nur starre, rachenlehrenähnliche
Prüfwerkzeuge angewendet. Nur auf dieser für vorliegenden Zweck neuen Basis läßt
sich eine genügend genaue und befriedigende Lösung der Erfindungsaufgabe erzielen.
-Der weitere Haupterfindungsschritt ist der, daß in ein und demselben Prüfvorgang
eine Mehrzahl solcher Rachenlehren von gleicher Rachenweite an das zu prüfende Werkstück
herangebracht wird, und zwar muß, wenn die Prüfung in nur einer Station erfolgt,
die Zahl dieser Prüfwerkzeuge so groß sein, daß praktisch die Gewähr gegeben ist,
daß verschieden starke Stellen eines Querschnittes auch wirklich herausgefunden
werden. In der Praxis genügen hierfür meist vier bis sechs, allerhöchstens acht
solcher auf den Umfang verteilter Prüfwerkzeuge.
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Zu beachten ist nun, daß aus ziehtechnischen Gründen die in der Praxis
vorkommenden Hülsen oder napffprmigen Werkstücke fast ausnahmslos eine nach dem
Boden hin ansteigende, also kegelig verlaufende Wandstärke haben. Wenn man demgemäß
ein rachenlehrenähnliches Prüfwerkzeug mit zweckmäßig gewählter Abmessung über die
Wandung des zu prüfenden Werkstückes hinwegschiebt, so kommt es an einer bestimmten
Stelle zur Anlage, nämlich dort, wo die Wandstärke der Weite des Prüfwerkzeuges
entspricht. Es werden sich also beim Prüfvorgang die einzelnen Prüfwerkzeuge dann
auf genau unter sich gleiche Axiallage einstellen, wenn die Wandstärke des Werkstückes
an dem zur Prüfung gelangenden Querschnitt ringsum über den Umfang genau dieselbe
ist.
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Die Axialeinstellung dieser Prüfwerkzeuge wird von Fall zu Fall verschieden
sein, weil ja die absolute Waridstärke in dem geprüften Querschnitt nicht die gleiche
zu sein braucht. Es wird also die Axiallage derPrüfwerkzeuge auch bei Werkstücken
mit ringsum gleichmäßiger Wandung um einen Betrag verschieden sein, welcher von
der Größe des absoluten Wandstärkenunterschiedes und von der Neigung der inneren
oder äußeren Mantelfläche zux Längsachse abhängt., Es wird also der störende Einfluß
der an sich zugelassenen Toleranz für die absolute Dicke der Wand dadurch ausgeschaltet,
daß
nicht die absolute Stellung der einzelnen Prüfwerkzeuge für
die Beurteilung und Sortierung ausgenutzt wird, sondern nur die Relativstellung
der einzelnen Prüfwerkzeuge gegeneinander.
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Es geschieht dies zweckmäßig in der Weise, daß gegen die Prüfwerkzeuge
oder von diesen mittelbar beeinflußte Teile ein weiterer Teil, der als Toleranzschlitten
bezeichnet wird, in Axialrichtung herangebracht wird, derart, daß sich dieser Toleranzschlitten
gegen das jeweils hinterste oder aber vorderste Prüfwerkzeug anlegt, wodurch für
die eigentliche Beurteilung des Ausfalles der Prüfung jeweils eine Relativbasis
geschaffen wird. Man hat dann nur noch notwendig, die einzelnen Prüfwerkzeuge z.
B. mit abtastbaren Nasen, Vorsprüngen, Stufen, Schneiden o. dgl. zu versehen, welche
nach jeweils erfolgter Einstellung der Prüfwerkzeuge von dem Toleranz-Schlitten
quer zur Einstellrichtung der Prüfwerkzeuge abzutasten wären. Der Toleranzschlitten
erhält dann einen Schlitz, eine Aussparung, einen Rachen o. dgl., dessen Weite so
bemessen ist, daß sie unter Berücksichtigung der Kegelform der Innenwand des Werkstückes
und der für die Ungleichmäßigkeit der Wandung über verschiedene Umfangsstellen zugelassenen
Toleranz jeweils dieser Toleranz zugeordnet ist.
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Die Arbeitsweise vollzieht sich dann grundsätzlich so, daß die Prüfwerkzeuge
nebst Abtaststellen sich in einer bestimmten Gruppe einstellen. Nach dein vordersten
oder hintersten Prüfwerkzeug stellt sich alsdann der Toleranzschlitten in die zugehörige
Relativlage. Der Toleranzschlitten führt dann eine Querbewegung aus, tastet hierbei
die Prüfwerkzeuge ab und, falls die Gruppe der Prüfwerkzeuge innerhalb des zugelassenen
Maßes steht, kann der Toleranzschlitten seine Normalbewegung voll ausführen und
das Werkstück wird als gut gekennzeichnet bzw. bei selbsttätiger Arbeitsweise der
Maschine als gut ausgesondert. Sind die Wandstärkenungleichmäßigkeiten über den
Umfang an irgendeiner Stelle größer als zugelassen, so fällt die Abtaststelle -des
zugehörigen Prüfwerkzeuges aus dem Toleranzraum des Toleranzschlittens heraus, der
Toleranzschlitten stößt bei seiner Querbewegung gegen die Ab-Laststelle des betreffenden
Prüfwerkzeuges, wird in seiner Querbewegung aufgehalten, und durch irgendein bekarmtes
oder neues Mittel erfolgt alsdann die Kennzeichnung des betreffenden Werkstückes
als Ausschuß bzw. dessen selbsttätige Aussonderung.
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Eine technische Umkehrung bezüglich der Prüfwerkzeuge selbst wird
dann erforderlich, wenn die Wandung der Prüf-,verkstücke ausnahmsweise einmal nicht
kegelig, sondern genau zylindrisch beschaffen ist. In diesem Falle gibt es für eine
Relativeinstellung von Prüfwerkzeugen gleicher Rachenweite keine Möglichkeit. Um
auch hier wieder den Erfindungsgedanken, nämlich gleichzeitige Anwendung mehrerer
rachenlehrenähnlicher Prüfwerkzeuge und Ausnutzung deren Relativeinstellung gegeneinander,
zur Aussonderung anwenden zu können, ist es alsdann notwendig, die Prüfwerkzeuge
selbst mit keilförrnig verlaufendem Rachen auszugestalten. Diese setzen sich auf
den oberen Teil der Wandung des zu prüfenden Werkstückes und senken sich je nach
der Wandstärke verschieden tief. Ist die Wandung ungleich, so ergibt sich auch hier
wieder eine verschiedene Relativstellung der einzelnen Prüfwerkzeuge untereinander,
und es kann dies in der vorgeschilderten Weise zur Kennzeichnung oder selbsttätigen
Aussonderung der geprüften Werkstücke ausgenutzt werden.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend an Hand. der
Zeichnungen beschrieben.
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Die Abb. i bis 3 zeigen die Ausgestaltung der Meßeinrichtüng und die
Abb. .I his 7 erläutern schematisch den Prüfvorgang.
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Das näpfchenartige Werkstück i wird in eüiem Spannfutter 2 festgehalten
und unter Federdruck durch den Bolzen 3 fest gegen seine Auflage :2 gedrückt. In
beliebiger Anzahl sind auf dem Umfang des Werkstückes i rachenlehrenähnliche Prüfwerkzeuge
4: verteilt, deren Meßstellen 5 aus Diamant, Hartstein oder einer sonstigen Hartmetallegierung
gefertigt sind. Geht der Meßkopf 6 nach unten, so preßt zuerst der Bolzen 3 das
Näpfchen fest gegen seineUnterlage, alsdann schieben sich die Rachenlehren q. über
den Rand des Näpfchens und bleiben, wie aus Abb. i ersichtlich, je nach der Stärke
der Wandung in verschiedener Entfernung vom Boden des Näpfchens stehen. . Die Abb.
2 zeigt die Meßv orrichtung im Grundriß, und zwar im Querschnitt durch die Rachenlehren
.4.
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Aus den Abb. i und z ist das Messen der Wandstärke für den am häufigsten
vorkommenden Fall ersichtlich, wo infolge zylindrischer Außen- und kegeliger Inhenwand
die Wandung des Werkstückes nach dem offenen Rande zu immer schwächer wird. Umaber
auch Werkstücke messen zu können, deren Bohrung zylindrisch ist und deren Wandung
daher in axialer Richtung gleichmäßig stark ist, wird gemäß Abb. 3 eine Lehre 7
mit schwach keilförmigem Ausschnitt 8 benutzt. Diese- Lehre wird sich, entsprechend
der Stärke der Wandung, in verschiedener Höhe vom Boden einstellen. Ist die Wandung
stark, so bleibt die Lehre 7, wie auf der linken Seite der Abb.3 angedeutet, in
größerer Entfernung
vom Boden stehen, .während die rechte Seite
der Abb. 3 die Stellung der Lehre in kleinerem Abstand vom Boden, d. h. also bei
schwächerer Wandung, zeigt.
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Je nach der Wandstärke werden also die Lehren ¢ bzw, 7 in axialer
Richtung verschieden weit voneinander entfernt sein. Die Lehren 4 besitzen nach
Abb. q. bolzenartige Verlängerungen 9, die in einem Taststück io enden, . welches
bei allen Prüf-,verkzeugen gleich weit von den Meßspitzen 5 entfernt ist. Wie aus
Abb. 5 hervorgeht, ist außerdem der obere Teil der Lehrenbolzen 9 rechtwinklig herum
gekröpft, so daß die Taststücke io alle in einer Reihe hintereinander liegen. Es
wird nun immer-ein Taststück am höchsten stehen, während die übrigen tiefer liegen.
Dieses höchststehendeTaststück i i wird entsprechend Abb. 4 zur Relativmessung benutzt,
und zwar wird durch das Taststück ii ein sogenannter Toleranzschlitten gehoben.
Dieser Schlitten kann durch die Führung i- sich in axialer Richtung au£ der Hülse
13 auf und ab bewegen. Quer .zur Axialrichturig bewegt sich in einem Schlitten
-der Toleranzschieber 1q.. Er läuft in den Führungen 15 und wird durch den
Schieber 16 nach links geschoben. Hört der Druck des Schiebers 16 auf, so bewegt
sich der Toleranzschieber 1q. -unter Federwirkung nach rechts, und zwar so lange,
bis er in der gestrichelt angedeuteten Lage gegen ein Taststück stößt.
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Dieser Relativmeßvorgang ist in Abb. 6 und 7 genauer erläutert. Nach
Abb. 6 hat sich der Toleranzschieber nach rechts bewegt. Da sämtliche Taststücke
io sich innerhalb des zulässigen Toleranzbereiches a befinden, hat der Schieber
auf seinem Wege nach rechts keinen Widerstand gefunden und ist in die Normalstellung
gelangt. In dieser Lage findet der Querschieber 17 ebenfalls keinen Widerstand und
kann aus der gestrichelt-gezeichneten Lage die Stellung x8 einnehmen, wodurch auf
mechanischem Wege o. dgl: eine Aussonderung des als gut befundenen Werkstückes i
erfolgt.
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Unter- bzw. überschreitet die Wandung des Näpfchens an einer Stelle
die zugelassene Größe, so werden die Taststücke io nicht alle innerhalb der zulässigen
Toleranz a liegen. Beispielsweise liegt entsprechend Abb. 7 das Taststück i9 außerhalb
der zulässigen Toleranz a, in diesem Falle wird der Toleranzschieber bei seiner
Bewegung nach rechts gegen das Taststück i9 zur Anlage kommen und in seiner weiteren
Bewegung gehemmt sein. Dieser Umstand hat zur Folge, daß der-Ouerschieber
17 nicht die in Abb. 6 gezeichnete Lage 18 einnehmen kann.
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Durch diese Sperrstellung des Querschiebers 17 wird dann durch
irgendwelche Mittel mechanischer, pneumatischer, hydraulischer oder auch elektrischer
Art das fehlerhafte Werkstück angezeigt oder auch eine Aussonderung des Werkstückes
vorgenommen, dessen Wandung in bezug auf die übrigen Meßstellen an einer Meßstelle
die zugelassene Abweichung überschreitet.
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Es ist für die Erfindung unwesentlich, ob die Art der Prüfung gemäß
der Erfindung nur dazu benutzt wird, um durch irgendeine Anzeigevorrichtung optischer,
akustischer oder sonstiger Natur kenntlich zu machen, ob das Werkstück gut ist oder
nicht, oder ob das Ergebnis der Prüfung zur selbsttätigen Sortierung ausgenützt
wird.
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Anzeigevorrichtungen sowie Einrichtungen zur selbsttätigen Aussonderung
von Werkstücken je nach dem Ausfall von Messungen verschiedenster Art sind in unzähligen
Ausführungen bekannt und an.sich nicht Gegenstand vorliegender Erfindung. Es sind
daher auch diese Teile in der Zeichnung gar nicht dargestellt oder nur schematisch
angedeutet.
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Man kann die -Relativmessung auch so durchführen, indem man die Taststellen
io mit dem einen und den Toleranzschieber 14 mit dem andern Pol einer elektrischen
Batterie verbindet, so daß beim Überschreiten des zulässigen Toleranzbereiches und
Berühren des Taststückes mit dem Rahmen 14 ein Stromkreis geschlossen wird, der
über ein Relais o. dgl. die Anzeige- bzw. Aussonderungsvorrichtung betätigt.
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Auch die Beschaffenheit der zur Prüfun; benutzten rachenlehrenähnlichen
Prüfwerkzeuge kann eine beliebige sein. Es können diese aus einem Stück bestehen
oder zusammengesetzt sein. Die am Werkstück anliegenden Prüfflächen können aus einem
besonderen Werkstoff bestehen, wie Hartmetall, Diamant, oder auch aus einem gleichen
Werkstoff, wie die Prüfwerkzeuge selbst. Zweckmäßig wird man natürlich die Prüfwerkzeuge
mit Tastflächen aus Diamant oder Hartstein ausstatten, um eine möglichst lange Betriebsdauer
der Einrichtung ohne jegliche Nachstellung oder Instandhaltung zu erzielen.
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Auch das Festhalten des Prüfwerkstückes während der Prüfung kann auf
verschiedene Weise erfolgen. So kann das Werkstück nur einfach in eine Aufnahme
mit etwas Spiel gebracht und durch geeignete Mittel gegen die Unterlage angepreßt
werden, oder es wäre auch denkbar, das Prüfwerkstück in ein sich öffnendes und schließendes
Spannfutter einzuführen. Äuch ein federndes Spannfutter könnte Verwendung finden.
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Es wäre auch denkbar, daß bei sehr kleinen Werkstücken der Raum zur
Unterbringung einer genügenden Anzahl von Prüfwerkzeugen zwecks Erfassung genügend
vieler Umfangsstellen
nicht ausreicht. In einem solchen Fall ist
es nur notwendig, die Prüfung anstatt an einer Prüfstelle .an mehreren Prüfstellen
nacheinander vorzunehmen, wobei immer nur eine Teilgruppe von Prüfwerkzeugen an
den einzelnen Stellen zur Anlage gebracht wird. Das Werkstück selbst muß natürlich
ohneVerdrehung durch die verschiedenen Prüfstellen befördert werden, damit die Prüfung
jeweils an den vorgesehenen Umfangsstellen erfolgt. Auf diese Art und Weise ließen
sich beliebig viele Umfangsstellen des Werkstückes der Prüfung zugänglich machen.