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Einrichtung zum Messen von Durchmessern kreisender Werkstücke Bei
den bekannten Meßgeräten zum Messen der Durchmesser kreisender Werkstücke ohne Stillsetzung
der Werkzeugmaschine gleiten Fühlstifte auf dem zu messenden Werkstück. Diese Stifte
nutzen sich dabei ab und bedürfen deshalb einer häufigen Nacheichung. Diese Abhängigkeit
von der Überwachung ist jedoch lästig, mag beim Rundschleifen allenfalls noch tragbar
sein, weil hier einmal die zu messenden Werkstücke schon eine verhältnismäßig hohe
Oberflächengüte haben und weil zum anderen die Umfangsgeschwindigkeit der Werkstücke
verhältnismäßig gering ist. Beim Drehen auf der Drehbank treffen diese beiden Voraussetzungen
nicht zu, denn dieOberfläche derWerkstücke ist rauher, und bei Hartmetall- oder
Diamantwerkzeugen ist bereits mit Umfangsgeschwindigkeiten von 5oo m/min und mehr
zu rechnen. Für diese Zwecke sind daher Meßgeräte mit Fühlstiften wegen ihrer raschen
Abnutzung unbrauchbar. Dabei liegt gerade bei rasch laufenden Werkstücken ein besonders
starkes Bedürfnis vor, ohne Stillsetzen der Maschine den Werkstückdurchmesser zu
messen. Bei der Meßvorrichtung, die Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, werden
keinerlei Fühlstifte, die gleitender Reibung ausgesetzt sind, verwendet. Die erwähnten
Nachteile der bekannten Geräte sind daher vermieden. Die neue Meßeinrichtung ist
deshalb auch bei Drehbänken uneingeschränkt verwendbar und benötigt keine Nacheichungen
im Gebrauch bei Rundschleifmaschinen.
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Der Grundgedanke der neuen Meßeinrichtung ist in der schematischen
Abb. i veranschaulicht. An einem Werkstück w, das auf einer Drehbank oder Rundschleifmaschine
läuft, sei der bekannte Durchmesser D längs der Länge L auf den Wert D" abzudrehen
(bzw. abzuschleifen). Die Drehzahl aa des Werkstückes werde durch die Reibrolle
mit dem Durchmesser g auf das Mittenrad a mit der Zähnezahl a eines Umlaufgetriebes
übertragen. Die Drehzahl Iaa des Rades a wird somit
Durch die an den zunächst unbekannten Durchmesser D., gedrückte Reibrolle
h wird die Drehung n des Werkstückes auf den Stegs des Umlaufrades b mit
der Zähnezahl h übertragen. Für die Stegdrehung fas erhält man daher
Rad b wälzt sich auf dem innen. verzahnten Rad -d ab undversetzt dieses, das dZähne
hat, im allgemeinen in Drehung. Für das erste
Umlaufgetriebe, bestehend
aus den Rädern ca und b sowie dem Stegs; ergibt sich
Für das zweite Umlaufgetriebe aus Steg s., Rad b und d erhält man
Aus diesen beiden Gleichungen folgt a (las - na) = d (lad
- ns) Hieraus und aus Gleichung (r) und (z) folgt
Aus dieser Gleichung (3) ist ersichtlich, daß der Drehsinn von nd, der durch sein
Vorzeichen ausgedrückt ist, verschieden sein kann, je nachdem das ' erste oder das
zweite Glied der rechten Gleichungsseite das größere von beiden ist. Dies hängt
aber nur von der Größe D" ,des zu messenden Durchmessers ab, da alle anderen Größen
als unveränderliche zu gelten. haben. Als Grenzfall wird lad=o. Dann gilt
Die Werte auf der rechten Seite von Gleichung (3 a) werden nun so bestimmt, daß
die Gleichung erfüllt ist. Für Stillstand von Rad d hat also der zu messende Durchmesser
die gewünschte Größe. Wird Dx größer, ist der Drehsinn von lad positiv, wird Dx
kleiner, dann wird der Drehsinn von Rad d negativ. Um die Drehrichtungen besser
sichtbar. zu machen, istRadd mit einemZeigerz versehen. Nach dem Erfindungsgedanken
wird also aus dem Stillstand oder dem Drehsinn von Rad d auf die Größe. des zu messendenDurchmessers
geschlossen. Um den Meßbereich. zu verändern, genügt es, eins der Reibräder, z.
B. g, auswechselbar zu machen, oder aber es werden Zahnräder umgeschaltet, wie-sie
bei Umlaufzählern üblich sind.
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Im allgemeinen werden nicht Durchmesser am Werkstück miteinander zu
vergleichen sein, sondern die Messung wird von einem kalibrierten Maße her erfolgen.
Von diesem wird die Drehzahl der Werkstückachse in einem bestimmten Übersetzungsverhältnis,
das durch den gewünschten Meßbereich bestimmt ist, auf den ersten Teil des Umlaufgetriebes
übertragen, während eine Reibrolle die Drehung des Werkstückes von dem Umfange des
zu messenden Durchmessers auf den zweiten Teil des Umlaufgetriebes überträgt und
die dritte Bewegung des Umlaufgetriebes, die einen Zeiger trägt, durch ihren Drehsinn
bzw. Stillstand die Größe des zu messenden Durchmessers erkennen läßt.
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Die erste Bewegung kann durch eine Reib-' rolle von einem kalibrierten
Ring oder durch ,;einen Zahnkranz auf der Futterscheibe, Mitnehmerscheibe, Planscheibe,
mitlaufenden -Reitstockspitze oder sonst von der das Werkstück antreibenden Welle,
etwa im Inneren eines Räderkastens, abgenommen werden.
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Abb. a zeigt die Meßeinrichtung von der mitlaufenden Reitstockspitze
p her angetrieben. Auf dieser ist der maßhaltige Ring o befestigt, der die Drehung
n des Werkstückes und der Drehspitze als erste Drehung auf die als Steg ausgebildete
Rolle h des Umlaufgetriebes überträgt. Die Verzahnung von o und 1a bietet den Vorteil,
von der Abnutzung in der Meßgenauigkeit unabhängig zu. werden. Die zweite Drehzahl
wird von dem am Werkstück zu messenden Durchmesser Dx über die Zwischenrolle k,
die Scheibe g1, Welle i auf das erste- Mittenrad a des Umlaufgetriebes übertragen.
Die Umlaufräder b und c, mit ihrer Welle l am Steg h befestigt, übertragen
beide Drehungen auf Rad d, das als zweites Mittenrad den Zeiger z trägt. Die Meßvorrichtung
ist zur Toleranzlehre dadurch ausgestaltet, daß die zweite Drehzahl auch über die
etwas kleinere Rolle g2 von Dx her übertragen werden kann. Die Teile g1 und g_ sind
so bemessen, daß die Drehung des Zeigers bei Antrieb über Rolle g1 in einem, bei
Antrieb über Rolle g2 im anderen Drehsinne erfolgt, wenn der zu messende Durchmesser
D,; zwischen seinem Größt- und Kleinstmaß liegt. Dies kann beim Drehen des Werkstückes
nach Anstellung des.Drehstahles gemessen werden. Von wesentlicher Bedeutung ist
hierbei, daß die Drehung von Dx nicht unmittelbar auf die Rolle g erfolgt, sondern
über die Zwischenrolle k. Dadurch wirkt die rauhe Werkstückoberfläche nur abnutzend
auf diese Rolle, deren Größe auf das übersetzungsverhältnis gx ohne Einfluß ist,
während die notwendige Maßhaltigkeit von- g geschont wird. Sind mehrere Durchmesser
am Werkstück zu messen, so können mehrere Rolleng auf Welle i angebracht werden.
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Eine weitere Anwendung findet der Erfindungsgedanke zur Messung von
Innendurchmessern. Diese ist hier sogar für Innenaussparungen leicht während der
Bearbeitung ausführbar.
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In Abb. 3 wird von den Zahnrädern o und h an der Futterscheibe des
Spannfutters die erste Drehung auf das Mittenrad a des Umlaufgetriebes übertragen.
Steg s mit den Rädern b und c trägt den Zeiger z und zeigt damit den Drehsinn von
n, an, der die Schlüsse auf den. Durchmesser des Werkstückes gestattet.
Von
diesem wird die Drehung durch die Zwischenrolle k über die Reibrolle g und die Welle
i über ein Zahnradvorgelege in und ein Reibradgetriebe, bestehend aus der
verschiebbaren Rolle f und Kegel e, auf das zweite Nlittenrad d übertragen,
in das Rad c eingreift und Wirkung auf die Steg bewegung hervorruft. Die Drehzahl
nd wird durch Verschieben der Rolle f längs des Kegels e verändert, bis für den
Zeiger z Stillstand eintritt. Durch die Entfernung L von einem Kegelende zur Rolle
f (die Entfernung wird mit bekannten Mitteln sichtbar gemacht) kann bei entsprechender
Eichung die zahlenmäßige Größe von D, abgelesen werden. Für Massenherstellung von
Werkstücken mit mehreren Durchmessern kann eine Brücke q mit Lücken für die entsprechenden
Stellungen der Rolle f angebracht «,-erden. Die Stellung von f am einen oder anderen
Rand der Lücke ergibt für Größt-oder Kleinstmaß von D., Stillstand, bei allen Zwischenwerten
von Dr ändert sich der Drehsinn des Zeigers beim Verschieben der Rolle f von einem
zum anderen Rand der Lücke.
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In Abb.4 ist das eigentliche t7mlaufgetriebe in einen Räderkasten
eingebaut und dadurch geschützt. Die von dem zu messenden Durchmesser des Werkstückes
die Umfangsgeschwindigkeit abnehmende Rolle g mit Zwischenrolle k ist an dem mitlaufenden
Bettschlitten befestigt. Dadurch befindet sie sich immer gegenüber dem durch den-Längsvorschub
bewegten Stahl, also dort, wo durch die Bearbeitung der neue Durchmesser entsteht
und gemessen werden soll. Es wird auch möglich, durch die im Vorschub mitlaufende
Rolle den Kerndurchmesser eines Gewindes zu messen. Die Rollen können hierzu in
Richtung der Gewindesteigung eingestellt werden, wie das in Abb.4 dargestellt ist.
Der weitere Antrieb erfolgt über Wehei und Vorgelegeräder m auf Mittenrad ca. Von
der Werkstückachse wird Rad d des Umlaufgetriebes durch Rad t angetrieben. In die
Innenverzahnung von Rad d greift das Umlaufrad b ein, das auch mit Rad ca kämmt
und am Steg s befestigt ist. Die Bewegung des Steges s zeigt mittels des Zeigers
z die Größe von D, an. Es ist hierbei außerdem noch die Möglichkeit gegeben, bei
Einstecharbeiten mit Schneidstahl oder Schleifscheibe, d. h. also bei einem zur
Werkstückachse senkrechten Vorschub, selbsttätig bei Erreichung des gewünschten
Durchmessers den Vorschub der Maschine stillzusetzen oder eine Alarmvorrichtung
auszulösen. Zu diesem Zwecke ist ein Sperrad u verwendet, in das eine Klinke v eingreift.
Das Sperrad dreht sich zwangsläufig mit der dritten Bewegung des Umlaufgetriebes,
also mit Zeiger z, in dem vorliegenden Beispiel mit dem Steg s. Solange der herzustellende
Durchmesser D" seinen Wert noch nicht erreicht hat, dreht sich die dritte Bewegung
des Umlaufgetriebes, hier also Stegs, in einem solchen Drehsinne, daß sich Sperrrad
u ungehindert durch die Klinke v drehen kann, bei weiterem Planvorschub
der Einstecharbeit wird die dritte Bewegung zum Stillstand kommen und schließlich
in den* anderen Drehsinn übergehen. Dadurch wird die Sperrklinke v gezwungen, in
der Pfeilrichtung auszuweichen. Diese Bewegung kann zum Stillsetzen der Maschine
oder des Vorschubes benutzt werden oder dis Auslösung dieses Stillsetzens bewirken.
Hierdurch kann für selbsttätige Arbeiten eine außerordentliche Vereinfachung der
Bearbeitungsmaschine erfolgen. Die von Fall zu Fall zu entwerfenden Steuerkurven
für den Planvorschub fallen weg, die richtige Steuerung wird durch die Meßeinrichtung
bewirkt. Ihre Einstellung für verschiedene Durchmesser ist durch Wechseln von Reibrollen
oder Zahnrädern oder durch Verschieben einer Reibrolle in wenigen Sekunden durchführbar.
Außerdem erfolgt die Ausschaltung durch die besprochene MeBeinrichtung bei dem richtigen
Werkstückdurchmesser, ist also unabhängig von der Abnutzung des Werkzeuges im Gegensatz
zur Ausschaltung durch Steuerkurven.
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Besondere Schwierigkeiten treten ein, wenn das Werkstück, das in Abb.
5 von oben etwa auf einer Karusselldrehbank gesehen ist, an 'einem durch Einschnitte
unterbrochenen Durchmesser D, zu bearbeiten ist. Die Möglichkeit der Messung ist
dadurch geschaffen, daß zwei Zwischenrollen k1 und k. vorgesehen sind, die die Umfangsgeschwindigkeit
von dem unbekanntenDurchmesserDr auf die maßhaltige Rolle g übertragen. Die Zwischenrollen
k1 und k. sind in der Armlänge verstellbar, sie; sind in einem Abstande voneinander
angeordnet, der höchstens eine der Rollen gegenüber der Werkstücklücke laufen läßt,
so. daß die Umfangsgeschwindigkeit stets von der anderen wenigstens sicher übertragen
werden kann. Durch diese Ergänzung des ursprünglichenErfindungsgedankens kann die
Messung auch dann noch erfolgen, wenn sich, wie in Abb. 5 gezeichnet, Lücke und
voller Durchmesser gegenüberstehen.
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Diese weiteren Vorteile, Messung von Innenabsätzen, Handlichkeit der
Meßeinrichtung unabhängig von noch so großen Werkstückdurchmessern, selbsttätiges
Ausschalten bei erreichtem richtigem Bearbeitungsdurchmesser, Messung von unterbrochenem
Durchmesser, wenn voller Durchmesser auf Lücke steht, bleiben auch erhalten, wenn
der erste Erfindungsgedanke, das Werkstück im Laufe zu messen,. dadurch gegenstandslos
wird, daß das Werkstück stillsteht, sei es daß eine
Kontrollmessung
nach der Bearbeitung erfolgen soll- oder die Werkzeugmaschine bei stillstehendem
Werkstück das Werkzeug im Kreise bewegt, z. B. bei Bohrmaschinen, bestimmten Kurbelwellendrehbänken
oder Planetenschleifmaschinen. Die Ausführung der Meßmaschine in kinematischer Umkehrung
nach Abb.6 für Durchmessermessung am stillstehenden Werkstück ist daher erfolgversprechend.
Das Beispiel zeigt schematisch die Messung etwa für einen Zylinder auf einem Horizontalbohrwerk.
Der Stegs des Umlaufgetriebes bewegt sich zwangsläufig mit der Drehzahl der Maschinenwelle
i, die außerdem den Bohrkopf zu tragen hat. An dem Steg ist die Zwischenrolle k
befestigt, die durch das .Drehen mit Stegs und die Anlage an den zu messenden Durchmesser
Dx in Drehung gesetzt wird und diese auf die Meßrolle g, die ebenfalls am Steg befestigt
ist, überträgt. Fest verbunden und sich daher sowohl mit dem Steg um die Werkstückmitte
bzw. Maschinenachse als auch um den eigenen Mittelpunkt drehend, läuft Zahnrad b
mit Rolle g. Rad b greift in das um Welle i zentrierte, aber lose
auf ihr laufende Rad a, das Mitten= rad des Umlaufgetriebes. Mit ihm verbunden ist
Zeiger z zur' Anzeige des Drehsinnes. Ganz im Sinne der ausgeführten Darlegungen
ist der Drehsinn von a in Abhängigkeit vom Durchmesser Dx wechselnd und dient zur
Größenbestimmung von letzterem. .
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Wenn in den bisherigen Beispielen immer Kreisdurchmesser zur Bestimmung
angenommen waren, so nur deswegen, weil das der häufigste Fall ist. Es kann vielmehr
auch ein Werkstück mit unrundem Durchmesser verglichen werden, wenn der Vergleichsdurchmesser
nur denselben Gesetzen der Veränderung unterliegt. Aus Gleichung (3 a) ist ja zu
entnehmen, daß es nur auf das Verhältnis von D, zu D ankommt. Soll also z. B. eine
Kurvenscheibe; gemessen werden, so muß der kalibrierte Ring o, etwa in Abb. 2, eine
solche Gestalt haben, daß das Verhältnis D" zu D
gleichbleibt. Dann` läßt
der Drehsinn des Zeigers die Schlußfolgerungen auf die Größe der wechselnden Durchmesser
bzw. Radien ebenso zu wie bei gleichbleibendem Durchmesser.
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Soweit die Größe der Drehzahl der dritten Bewegung des Umlaufgetriebes
bisher betrachtet war, handelte es sich in den angeführten Beispielen stets um Betrachtung
der Drehzahl Null. Es kann aber auch eine andere Größe gewählt werden, die sich
bei dem gewünschten Durchmesser D" einstellt. Nach Gleichung (3) ist allerdings
diese Drehzahl izs außerdem noch abhängig von der Werkstückdrehzahl n. Für Fernanzeige,
etwa bei langen Bohrungen, kann durch die Bewegung n, ein kleiner Generator angetrieben
werden, dessen Stromstärke von n, und damit von 1z und D" abhängt. Bei bestimmter
Drehzahl n kann die Stromstärke zur Anzeige von D" dienen. Für mehrere Drehzahlen
n der Werkzeugmaschine können Schiebewiderstände benutzt werden wie bei elektrischen
Schnittgeschwindigkeitsmessern.