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Gerät zum Bestimmen des Durchmessers von Bohrungen
Die Erfindung bezieht
sich auf ein Gerät zum Bestimmen des Durchmessers von Bohrungen mit Tastkörpern,
die gegen die Wandung der zu messenden Bohrung durch eine im Schaft des Meßkopfes
geführte kegelige Nadel gedrückt werden, deren Verschiebung gemessen wird. Da bei
bekannten Geräten dieser Art die Tastkörper und da die kegelige Nadel durch Anlage
an den Tastkörpern allein keine eindeutig bestimmte Stellung erhalten würde, ist
sie im Gestell des Gerätes spielraumfrei verschiebbar geführt.
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Erfindungsgemäß wird eine wesentlich höhere Meßgenauigkeit dadurch
erreicht, daß die äußeren Stirnflächen der Tastkörper dem Bohrungszyllinder und
ihre inneren Stiruflächen dem Nadelkonus entsprechend gestaltet sind und die Nadel
bzw. ihre Verlängerungen im Schaft bzw. in dessen Verlängerungen mit Spiel gelagert
sind. Infolgedessen legt sich der Nadelkonus ungehindert an die Innenflächen der
Tastbolzen an, auch wenn die sich aus dieser Anlage ergebende Stellung der Nadelachse
nicht genau mit der Schaftachse des Meßgerätes zusammenfällt. Die auf diese Weise
ermöglichte satte Anlage des Nadelkonus an den Tastbolzen sotvie der Tastbolzen
an der Innenwandung der Bohrung ergibt eine eindeutig bestimmte Stellung der Nadel,
die ohne Schwierigkeiten mit großer Genauigkeit, z. B. mittels einer Mikrometerschraube,
gemessen werden kann. Das von den Tastkörpern und der kegeligen Nadel gebildete
System zentriert sich dabei selbsttätig in der zu messenden Bohrung, unabhängig
von allfiälligen, etwa durch Be-
arbeitungsfenler -- bedingten Abweichungen
der Nadel achse von der Achse des Schaftes des Meßgerätes, und zeichnet sich durch
große Starrheit aus, so daß es nicht etwaigen, auf die Nadel ausgeübten Meßkräften
mehr oder weniger nachgibt und dadurchdie Meßgenauigkeit beeinträchtigt. Vorzugsweise
sind zum Messen von Bohrungen rerschiedenen Durchmessers und verschiedener Tiefe
der Meßkopf und die Nadel auswechselbar ange ordnet sowie der Schaft und die Nadel
verlängerbar ausgebildet. Eine besondere zweckmäßige Ausgestaltung des Gerätes ergibt
sich, wenn außer der vorderen, in einer zur Kopfachse senkrechten Ebene angeordneten
Tastbolzenreihe eine oder mehrere weitere solcher Reihen weiter hinten angeordnet
sind, denn durch diese weiteren Reihen von Tastbolzen wird das Meßgerät in der zu
messenden Bohrung gleichachaig zu dieser ausgerichtet. Hierbei können die Bolzen
der zusätzlichen Reihen auf einen kleineren Durchmesser eingestellt sein als die
der ersten Reihe. Das bietet den Vorteil, daß nur die Bolzen der ersten Reihe der
Messung dienen, während d'ie Bolzen der zusätzlichen Reihen ausschließlich den Schaft
des gMeßgerätes in der Bohrung ausrichten. Das kann man aber auch bei gleicher Länge
aller Meßlbolzen dadurch erreichen, daß der Nadelkonus nur im Bereich der ersten
Reihe sein richtiges Maß aufweist, während sein im Bereich der zusätzlichen Reihen
liegender Teil etwas schw,ächer gearbeitet ist.
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In sden Zeichnungen sind verschiedene Ausfüh---rungsbeispiele des-
Instrumentes dargestellt.
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Fig I ist ein Längsschnitt durch ein Instrument, bei welchem zur
Messung der Axialverschiehung der Meßnadel eine Mikrometerschraube benutzt wird;
Fig. I a ist ein Grundriß einer Einzelheit; Fig. 2 ist ein Schnitt durch den Meßkopf
nach der Linie II-II der Fig. I; Fig. 3 ist ein Querschnitt durch das Instrument
nach der Linie III-III der Fig. I; Fig. 4 zeigt ein zum Messen längerer Bohrungen
geeignetes Instrument, teilweise im Längsschnitt, teilweise in Ansicht; Fig. 5 und
6 zeigen für Sonderzwecke geeignete Meßnadelausführungen; in Fig. 7 endlich ist
(zweiteilig) eine zum Ausmessen sehr langer Bohrungen geeignete Ausführungsformldargestellt,
und Fig. 8 zeigt in Ansicht und teilweise im Schnitt ein für Kontrollzwecke geeignetes
Instrument mit direkter Ablesung der axialen Verstellung der Nadel.
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In Fig. I bedeutet I den hülsenförmigen Körper des Instrumentes.
Dieser ist mit einem Gewindeteil 2 versehen, auf welchem ein Meßkopf 3 aufgeschraubt
ist. 4 ist eine am vorderen Ende konisch ausgebildete Meßnadel, welche in den Schieber
oder Halter 5 eingeschraubt ist. Halter und Nadel besitzen reichliches Spiel in
der Bohrung 6 der Hülse I. Das hintere Ende 5a des Schiebers 5 hat einen kleineren
Durchmesser als- der Vorderteil 5.
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Auf dem Teil 5a sitzt eine Feder 7, welche in der Bohrung 6 untergebracht
ist. Diese Feder stützt sich einerseits an der Schulter 8 des Schiebers 5, 5a und
andererseits an einem Gegerrring g ab, welcher durch eine Schraube 10 in der Hülse
I festgehalten wird.
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Quer durch die Hülse I und den Schieber 5 geht eine Hülse II, welche
mit einem Innengewinde 12 versehen ist, zur Aufnahme von Griffen 13 und 14.
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Für den Durchgang der Querhülse II besitzt der Schieber 5 eine Bohrun,gq5
und die Hülse 1 einen Schlitz I6. Die Bohrung 15 läßt der Querhülse-Ii allseitig
reichliches Spiel, während der Schlitz eine Verschiebung der Querhülse m und damit
des Schiebers 5 und der Nadel 4 ermöglicht. Letztere kann entgegen 1der Wirkung
der Feder 7 mit den Griffen I3 und 14 nach rechts gezogen werden, Auf der Hülse
I sitzt verschiebbar eine Schutzhülse I7, welche mittels Xder Griffe I3 und 14.
mit 1der Querhülse II fest verbunden ist, so daß sie die Verschiebung der Hülse
II im Schlitz 16 mitmacht. I8 und IÇ sind in der Schutzhülse I7 angeordnete Filzabdichtungen,
welche das Eintreten von Staub u. dgl. in den Schlitz I6 verhindern. Im Schieber
ende 5a ist ein Anschlagbolzen 20 eingepreßt, gegen welchen ein weiterer Anschlag
2,I geführt werden kann. Dieser sitzt fest in einer Mikrometerschraube 22, welche
ihrerseits in einem Innengewinde 2-3 der Hülse 1 gedreht werden kann. Mit der Mikrometerschraube
212 ist eine Kappe 24 verschraubt, welche eine Meßtrommel 25 trägt. Letztere kann
auf der Kappe 24 durch eine Mutter 26 festgeklemmt werden. Die Meßtrommel 25 besitzt
eine Abschrägung -27, auf welcher -eine Einteilung 28 eingraviert ist.
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Die Meßtrommel 25 reicht über einen fest auf Idie Hülse I aufgepreßten
Ring 29, der einen Strich 30 tnägt, mittels dessen die Verdrehung ender Meßtrommel
abgelesen werden kann. Der Ring 29 besitzt einen Fortsatz 31, dessen hinteres Ende
mit einem Flansch 32 ausgerüstet ist. Gegen diesen Flansch stößt das Füßchen eines
in der Kappe 24 eingelassenen Schräubohens 33, wenn die Mikrometerschraube 22 ganz
nach außen geschraubt worden ist.
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In dieser Stellung stehen die Anschläge 20 und 211 so weit voneinander
ab, daß der Schieber 5 im Schlitz I6 frei verschoben werden kann, was dadurch Anlegen
des Handballens am hinteren Ende der Kappe 24 und durch Ziehen der Finger an den
Griffen I3 und 14 erfolgt unter Überw-indung der Spannung der Feder 7. Der Meßkopf
3 ist mit zwei Reihen von je drei Radialbohrungen 34 versehen.
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In diesen Bohrungen sind zylindrische Bolzen 35 radial zur Achse der
Nadel 4 verschiebbar eingelassen. Ihre Bewegung wind begrenzt durch die Füßchen
von Schrauben 3i6, welche mit dem zum Messen erforderlichen Spiel in Querbohrungen
37 der Tastbolzen 35 hineinreichen. Die Begrenzung dieser Bewegung hat einerseits
den Zweck, daß die Tastbolzen 35 nicht aus dem Meßkopf herausfallen -und andererseits
nicht so weit in die Bohrung 38 des Meßkopfes eintreten können, tdaß die Tastbolzen
beim Aufschrauben des Meßkopfes 3 auf die Hülse I an Ider Nadel 4 anstoßen würden.
Die Bohrung 38 des Meßkopfes ist durch einen Deckel 39 vor dem Eindringen von Staub
u. dgl. geschützt. Bei der
Verschiebung der Querhülse I-I im Schlitz
16 nach rechts wird die Nadel4 ebenfalls nach rechts gezogen. In dieser Stellung
wird das Instrument in die zu messende Bohrung 40 eines Werkstückes 41 eingeführt.
Damit dabei die aus dem Meßkopf 3 etwas herausragenden Tastbolzen 35 nicht hinderlich
sind, ist deren äußerer Rand abgerundet, so daß die Bolzen durch das Anstoßen am
Rand der Bohrung 40 des Werkstückes 41 so weit nach innen getrieben werden, als
dies die zurückgezogene Nadel zuläßt. Läßt man nun die Griffe I3 und 14 los, so
bewegen sich Schieber 5 und Nadel 4 unter Wirkung der Feder 7 wieder nach vorn.
Die Tastbolzen 35 werden nach außen gedrückt, bis sie an der Wandung der Bohrung
40 zur Anlage kommen.
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Die Kraft der Feder 7 wird durch den sehr flachen Konus der Nadel
4 vervielfacht, so daß die in der Bohrung und andererseits an der Nadel anliegenden
Tastbolzen eine kräftige Richtwirkung auf die Nadel 4 ausüben, so daß sich die Achse
genau nach der Achse der Innenflächen der Tastbolzen ausrichtet. Diese Ausrichtung
wird durch das Spiel des Schiebers 5, ga in der Hülse I und im Ring g sowie das
Spiel der Querhülse II in der Bohrung 15 ermöglicht. Wäre dieses Spiel nicht vorhanden,
d. h. würde der Schieber 5 genau in die Bohrung6passen, so wäre die Lage seiner
Achse und damit auch diejenige der Nadel 4 genau festgelegt. Diese Achse würde also
nur dann genau mit der Achse der Innenflächen der Tastbolzen 35 zusammenfallen,
wenn alle Teile völlig fehlerfrei gearbeitet wären. Dies ist aber einerseits praktisch
nicht möglich. Andererseits ergibt die geringste Schiefstellung der Achse der Tastbolzeninnenfläche
zu der Nadel achse eine zu kleine Nadelverschiebung, weil die Nadel nur an den Kanten
der Tastbolzen anliegen kann. Diese Verkleinerung der Nadelverschiebung ist bei
flachem Nadelkonus sehr groß und bewirkt Meßfehler, welche bei einem Instrument,
mit dem auf 11iooo mm genau gemessen werden soll, nicht zulässig sind. Die Bearbeitungsungenauigkeiten
fallen bei der vorliegenden Erfindung um so mehr ins Gewicht, als auf demselben
M'eßköpfe ganz beliebigen Durchmessers und Verlängerungshülsen 42 beliebiger Länge
verwendet werden sollen. Auch bei der wirtschaftl ich noch möglichen genauesten
Bearbeitung dieser Teile ergeben sich bei der vielfältigen Zusammensetzung derselben
solche Abweichungen in der Lage der verschiedenen Achsen, daß dadurch der angestrebte
Zweck höchster Meßgenauigkeit nicht erreicht werden könnte, wenn sich die Nadel
nicht völlig ungehindert nach den Tastbolzen ausrichten könnte. Das ist aber nur
bei dem beschriebenen reichlichen Spiel des Schiebers möglich.
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Wenn die Lage der Achse der Tastbolzeninnenflächen mit der Achse der
Hülsenbohrung6 nicht genau übereinstimmt, so kommt der Schieber 5 allerdings im
Instrument mehr oder weniger exzentrisch oder schief zu stehen. Während die bloße
Exzentrizität unschädlich ist, verursacht die Schiefstellung des Schiebers einen
gewissen Meßfehler, da diese in der Wirkung einer Längenän,derung der Nadel gleichkommt.
Solche Längenänderungen, welche auch durch verschiedene Erwärmung der Teile auftreten,
haben aber nur einen sehr geringen Einfluß auf das Meßresultat, weil deren Wirkung
durch den flachen Nadelkonus beträchtlich verringert wird. Beträgt der Anzug des
Nadelkonus z. B. °/o, so wird die Wirkung aller Längenfehler auf die Bohrungsmessung
auf 1/25 reduziert, während sich die mangelhafte Anlage der Nadel ag den Tastbolzen,
wie sie bei passender Führung des Schiebers im Instrumentenkörper entsteht, direkt
als Meßfehler auswirkt.
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Die Richtwirkung der Tastbolzen auf die Nadelachse wird durch die
Anordnung zweier oder mehrerer Tastbolzenreihen wesentlich erhöht. Sie ist aber
schon bei der Anordnung nur einer Tastbolzenreihe vorhanden, wenn die Außenflächen
der Tastbolzen nach der zu messenden Bohrung gearbeitet, d. h. als zur Nadelachse
konzentrischer Zylinder ausgebildet sind. Da mit einem Meßkopf Bohrungen von allerdings
nur wenig verschiedenen Durchmessern gemessen werden sollen, wie sich solche z.
B. aus der im Maschinenbau durchgeführten Normalisierung der Abmaße für die verschiedenen
Sitz- und Bearbeitungstoleranzen einer Bohrung vom sogenannten Nennmaß ergeben,
so kann der Durchmesser des Tastbolzenzylinders nicht genau mit dem Durchmesser
der zu messenden Bohrung übereinstimmen. Damit aber in jedem Fall wenigstens eine
lineare Berührung der Tastbolzen mit der Bohrungswandung stattfindet, wählt man
den Tastbolzenzylinder um einen geringen Betrag kleiner als die kleinste zu messende
Bohrung, wie dies in Fig. 2 übertrieben dargestellt ist. Desgleichen können die
Innenflächen der Tastbolzen nicht bei jeder Stellung der Nadel genau mit dem Nadelkonus
übereinstimmen. Um auch hier stets eine lineare Berührung zwischen Tastbolzen und
Nodelkonus herbeizuführen, schleift man die Tastbolzeninnenflächen nach einem etwas
größeren Kegel aus, als ihn die Meßnadel in der vordersten Meßstellung darstellt,
wie dies ebenfalls aus Fig. 2 ersichtlich ist, wo die Krümmung der Tastbolzeninnenflächen
zum Zwecke der Darstellungsmöglichkeit übertrieben klein gezeichnet ist. Da mit
einem Meßkopf nur ein Meß bereich von etwa t/lo mm überbrückt werden soll. so weichen
die Krümmungen der Tastbolzenflächen aber nur verschwindend wenig von den entsprechenden
Krümmungen von Bohrung und Nadel ab, so daß praktisch eine fast völlige Anlage der
Tastbolzen an der Bohrungswand und am Nadelkonus stattfindet.
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Zum Messen einer Bohrung werden zunächst die 'Mikrometerschraube
so weit als möglich herausgeschraubt und die Nadel so weit als möglich zurückgezogen,
worauf das Instrument in die Bohrung eingeführt werden kann. Da der Meßkopf nur
wenig kleiner ist als die Bohrung, so findet schon durch die bloße Einführung des
Instrumentes in diese eine wirksame Ausrichtung desselben statt, welche vollkommen
wird, sobald die Nadel losgelassen und die Tastbolzen an die Bohrungswand angepreßt
werden.
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Gleichzeitig richtet sich die Meßnadel nach den Innenflächen der Tastbolzen
aus, wobei der Schieber
einen größeren oder kleineren Betrag seines
Spieles in der Bohrung 6 ausnutzt. Je nach dem größeren oder kleineren Durchmesser
der Bohrung verschiebt sich die Nadel unter den Tastbolzen mehr oder weniger. Die
Größe der jeweiligen Verschiebung wird nun in der Weise gemessen, daß die Mikrometerschraube
wieder so weit in die Hülse 1 eingeschraubt wird, bis der Anschlag 21 am Anschlag
so zur Anlage kommt, wobei die Größe der dazu nötigen Drehung der Mikrometerschraube
durch die Skala 28 der Meßtrommel 25 angezeigt wird. Bei zweckmäßig nach dem Konusanzug
und der Steigung der Mikrometerschraube geteilter Skala und bei Einstellung ihres
Nullpunktes nach einem Normalkaliberring kann der Durchmesser der Bohrung in jeder
gewünschten Maßeinheit direkt an der Skala abgelesen werden.
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Will man eine längere Bohrung ausmessen, so schaltet man zwischen
Hülse I und Meßkopf 3 eine Verlängerungshülse 42 ein, durch welche die entsprechend
verlängerte Nadel 4 wieder völlig frei durchgeht. Nach der Messung an einer Stelle
schraubt man die Mikrometerschraube 212 wieder zurück und zieht die Nadel nach hinten.
Dadurch verschwindet die Pressung zwischen Nadel, Tastbolzen und Bohrung, und das
Instrument läßt sich in der Bohrung wieder leicht verschieben, und weitere Messungen
können an jeder beliebigen Stelle vorgenommen werden. Handelt es sich um das Ausmessen
sehr langer Bohrungen, wie z. B. von Geschützrohren, so verwendet man ein Instrument
nach Fig. 7. Dort stellt 3 wieder den Meßkopf mit den Tastbolzen 35 und der Nadel
4 dar. Um dem unter Umständen mehrere Meter langen Instrument in allen Stellungen
eine gute Führung zu geben, ordnet man zu beiden Seitenldes Meßkopfes Führungsköpfe
43,44,45 und 46 an. Diese Köpfe sind sehr wenig kleiner als die zu messende Bohrung
und sind durch Verlängerungshülsen 47, 48 und 49 miteinander verbunden. Der Führnngskopf
45 wird zweckmäßig vor dem Meßkopf 3 angeordnet, damit dieser bereits beim Eintreten
in die zu messende Bohrung eine gute Führung hat. Je nach Bedarf werden hinter dem
Meßkopf noch weitere Führungsköpfe als der bezeichnete 46 angeordnet. Die Nadel
4 erhält durch ihre Länge so viel Biegsamkeit, daß sie sich stets vollkommen zwischen
die Tastbolzen legen kann, auch wenn man ihr in den Köpfen 46 und eventuell folgenden
eine Führung gibt, welche zwar ihre freie Verschiebbarkeit ermöglicht, aber einen
allzu großen Durchhang verhindert. Damit man bei der großenLänge des Instrumentes
stets genau weiß, auf welcher Stelle gemessen wird, wird zweckmäßigerweise auf den
hinter dem Meßkopf ßbefindlichen Führungsköpfen und Führungshülsen eine Läntgenskale
50 eingeritzt, deren Nullpunkt z. B. bei der vordersten Tastbolzenreihe des Meßkopfes
liegt. Damit bei großen Verschiebungen dieses Instrumentes die Nadel nicht dauernd
mit der Hand zurückgezogen werden muß, wird zweckmäßigerweise an der hülse I ein
sattelförmiger umlegbarer Riegel 51 angeordnet, - -welcher sich bei zurückgezogener
Nadel gegen die Schutzhulse I7 legt und die Nadel in ihrer hinteren Stellung festhält.
Beim Umklappen des Riegels 51 in die strichpunktiert gezeichnete Stellung S2 kann
wieder ungehindert gemessen werden.
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Wenn es sich um die Prüfung der Rundheit einer Bohrung handelt, so
wird zweckmäßig nur mit einer Bolzenreihe gemessen, die aus zwei oder drei gleich
mäßig um die Nadel verteilten Tastbolzen gebildet ist. Das gleiche empfiehlt sich,
wenn z. B. Normalkaliberringe mit der äußerst möglichen Genauigkeit gemessen werden
sollen, damit auch noch die kleinsten, zwischen den einzelnen Bolzenreihen etwa
noch vorhandenen Bearbeitungsfehler ausgeschaltet werden. Damit bei diesem Meßverfahren
nicht besondere Köpfe verwendet werden müssen, deren Kosten bedeutend höher sind
als diejenigen einer Nadel, so empfiehlt sich eine Anordnung nach Fig. 5.
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Bei dieser wird eine Nadel 4 verwendet, welche nur unter der vordersten
Tastbolzenreihe das Normalmaß besitzt. An der unter der oder den hinteren Tastbolzenreihen
liegenden Stelle ist sie um einen ganz geringen Betrag dünner gearbeitet, wie dies
in Fig. 5 übertrieben dargestellt ist. Die hintere Tastbolzenreihe wird nun allerdings
beim Messen an der Bohrung nicht anliegen, sie steht aber so wenig ab, daß sie dem
Instrument beim Einführen in die Bohrung eine sehr gute Führung gibt. Das Instrument
wird durch den nachfolgenden Meßdruck wirksam ausgerichtet, trotzdem dieser nur
auf eine Bolzenreihe wirkt.
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Beim Messen des Durchmessers (der Laufbahn der Kugellagerringe ergibt
sich die Schwierigkeit, daß sich das Instrument wegen des kleinen radialen Weges
der Tastbolzen nicht in die Bohrung einführen läßt. Diese Schwierigkeit könnte zwar
dadurch einen wesentlich steileren Nadelkonus behoben werden. Dadurch ginge aber
die durch den flachen Konus erzielte hohe Meßgenauigkeit verloren, welche gerade
bei solchen Kugellagerringen erforderlich ist. Prinzipiell könnte zwar ein genügend
großer Weg der Tastbolzen Idurch eine entsprechend größere Axialverschiebung der
schwach konischen Nadel erzielt werden, was aber beim Normalinstrument nicht möglich
ist. Will man dieses auch zum Ausmessen solcher Ringe verwendbar machen, so verwendet
man zweckmäßigerweise eine Nadel mit Doppelkonus, wie in Fig. 6 dargestellt. Dort
bedeutet 4 wieder die Nadel mit dem gewöhnlichen Meßkonus 53, welcher sich an der
Spitze der Nadel in einem wesentlich steileren Konus 54 fortsetzt.
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Diese Nadel ermöglicht, daß der mit einer Abschrägung 55 versehene
Tastbolzen nach Rückzug der Nadel weit genug nach innen treten kann, damit die Einführung
des Meßkopfes 3 in den Kugellagerring 56 möglich wird, bis die Tastbolzen in der
Mitte der Laufrille stehen. Läßt man nun die Nadel los, so verschiebt der steile
Konus 54 die Tastbolzen zunächst rasch bis nahe auf den Grund der Laufrille.
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Die weitere zum Messen taugliche Nadelverschiebung drückt die Bolzen
vollends an die Laufbahn an, wobei das Maß für den größten Durchmesser der Rille
gewonnen wird. Zwecltmäßig wird man das äußere Ende der Tastbolzen abrunden, ferner
wird
man das beim No rmal instrument genügende runde Loch 37 zu
einem Schlitz verlängern, damit der Tastbolzen sich genügend weit verschieben kann.
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Bisher wurde angenommen, daß die Nadelverschiebung mittels einer
Mikrometerschraube gemessen werde. Diese Messung kann aber ebensogut durch irgendeine
andere Meßvorrichtung geschehen. Eine solche stellt z. B. die in Fig. 8 Idargestelite
Indikatoruhr 58 dar, welche in das Gewinde 23 der Hülse I eingeschraubt ist und
deren Taster 59 ständig unter dem leichten, das Räderwerk der Tasteruhr treibenden
Federdruck am Anschlag 20 anliegt und allen Nadelverschiebungen folgt. Diese Anordnung
hietet den Vorteil, daß das Meßresultat jeweils nach Loslassen der Nadel sofort
abgelesen werden kann. Sie erscheint daher besonders geeignet für die rasche Kontrolle
von großen Serien gleicher Arbeitsstücke, insbesondere wenn die Indikatoruhr mit
verschiebbaren Toleranzmarken 6o und - 61 ausgerüstes ist.