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Verfahren zum Prüfen geometrischer Abmessungen an elastischen bzw.
durch Druck leicht verformbaren Gegenständen sowie Einrichtung zum Ausüben des Verfahrens
Die
Prüfung elastischer oder durch Druck leicht verformbarer Gegenstände auf Toleranzhaltigkeit
ihrer geometrischen Abmessungen bietet im allgemeinen erhebliche Schwierigkeiten
dadurch, daß zur Feststellung der Abmessungen Prüfgeräte zur Verwendung kommen,
die auf den zu prüfenden Gegenstand mechanische Kräfte ausüben, die eine zu starke
Verformung des Gegenstandes zur Folge haben kännen.
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Zweck der Erfindung ist die Beseitigung des geschilderten Übelstandes.
Sie betrifft ein Verfahren zum Prüfen geometrischer Abmessungen an elastischen bzw.
durch Druck leicht verformbaren Gegenständen sowie eine Einrichtung zum Ausüben
des Verfahrens.
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Das erfindungsgemäße Verfahren besteht darin, daß in einer ersten
Phase unter Verwendung geringster Meßkräfte der Prüfling in bezug auf die zu prüfende
Abmessung mechanisch abgetastet und das Maß unter Vermeidung einer Rückwirkung auf
den Prüfling abgenommen wird.
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Die Einrichtung zum Ausüben des Verfahrens ist gekennzeichnet durch
ein in bezug auf eine feststehende Tastfläche bewegliches Fühlorgan zum Abtasten
des Prüflings, durch eine Hilfsvorrichtung und zur Registrierung des Meßwertes durch
Mittel zum rückwirkungsfreien Abnehmen des Prüfergebnisses von der Hilfsvorrichtung.
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Das Wesen der Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung erläutert,
welche beispiels-
weise Ausführungsformen der Einrichtung zum Prüfen
elastischer und leicht verformbarer Gegenstände schematisch darstellt. Es zeigt
Fig. 1 eine erste Ausführungsform der Einrichtung von der Seite gesehen und teilweise
im senkrechten Schnitt, Fig. 2 eine analoge Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispieles,
Fig. 3 die Einrichtung im Querschnitt nach der Linie III-III in Fig. 2, Fig. 4 eine
Teilvariante der in Fig. 2 gezeigten Einrichtung in Verbindung mit einer elektrischen
Toleranzkontaktlehre.
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Die in Fig. 1 gezeigte Einrichtung weist einen im wesentlichen U-förmigen
Ständer 1 auf, dessen einer Schenkel eine innere Tastfläche 2 und eine dazu parallele
äußere Meßfläche 3 besitzt. Im anderen Schenkel des Ständers ist ein zylindrischer
Taststift 4 längs verschiebbar derart gelagert, daß flächen 2 und 3 stehen. Der
Stift 4 geht durch eine Querbohrung eines in der Längsrichtung des betreffenden
Schenkels des Ständers verschiebbar untergebrachten Bolzens 7 hindurch, der einen
über das Ende des Schenkels vorspringenden Gewindeansatz 8 trägt. Eine Rändelmutter
9 ist auf den Gewindeansatz 8 aufgeschraubt und liegt unter Zwischenschaltung einer
Scheibe 10 an der Stirnfläche des betreffenden Schenkels des Ständers 1 an.
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Beim Anziehen der Mutter 9 wird der Bolzen 7 in Fig. 1 nach links
verschoben und der Taststift 4 dadurch festgeklemmt und gegen Verschiebung arretiert.
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Die Gebrauchs- und Wirkungsweise der beschriebenen Einrichtung ist
wie folgt: Während der Taststift 4 in einer in Fig. 1 nach oben geschobenen Lage
mittels der Arretiervorrichtung 7 bis 10 festgeklemmt ist, wird ein zu prüfendet
Gegenstand P@. der aus elastischem oder durch Druck leicht deformierbarem Material
bestehen kann, auf die innere Tastfläche 2 des Ständers 1 gelegt, worauf der Taststift
4 mit seiner unteren Endfläche 5 durch sein Eigengewicht mit dem Prüfling P in Berührung
gebracht wird. Das Gewicht des Stiftes 4 ist so bemessen, daß es auf den Prüfling
nur einen minimalen Druck ausübt, der praktisch ohne Ein-. fluß auf die Form des
Gegenstandes P bleibt. Dann wird der Taststift durch die Arretiervorrichtung 7 bis
10 unverrückbar mit dem Ständer 1 verbunden.
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Mit Hilfe einer gebräuchlichen Meßlehre, wie beispielsweise Mikrometerlehre,
Meßuhr, Rechenlehre usw., wird nachher das maß E, welches die Distanz der äußeren
Meßfläche 3 des Ständers 1 zur Endfläche 6 des Taststiftes 4 ist gemessen. Die das
Prüfergebnis bildende Abmessung d des Prüflings P ist dann gleich E-a-b, wobei a
der Abstand der beiden Meßflächen 2 und 3 voneinander und b die Länge des Taststiftes
4 ist, welche Maße unveränderlich sind und als bekannt vorausgesetzt werden können.
Die Ermittlung des Maßes E kann mit üblichen und höheren Meßkräften erfolgen, ohne
daß eine Rückwirkung auf den Prüfling P stattfindet, weil der Stift 4 arretiert
ist.
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Aus dem Gesagten geht hervor, daß die Ermittlung des Prüfergebnisses
in zwei Phasen vor sich geht, wobei in der ersten Phase das zu ermittelnde Maß unter
Verwendung geringster Meßkräfte abgetastet und auf eine. Hilfsvorrichtung übertragen
wird, welche die beiden meßflächen 3 und 6 aufweist, von welcher Hilfsvorrichtung
in der zweiten Phase der Prüfung das Ergebnis unter Vermeidung einer Rückwirkung
auf den Prüfling abgenommen wird.
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Das in Fig. 2 und 3 gezeigte Ausführungsbeispiel der Einrichtung weist
auf einem als Unterlage dienenden Ständer 11 wieder eine ebene Tastfläche 2 zum
Auflegen des Prüflings P auf. Ein mit einer Tastfläche 12 versehenes Fühlorgan 13
hat winkelförmige Gestalt und ist mit Hilfe eines Lenkers 14 und des einen Armes
eines Hebels 15 in der Höhe zu sich parallel verschiebbar an einer Säule 16 des
Ständers 11 geführt, so daß die Tastfläche 12 des Fühlorgans 13 stets parallel zur
Tastfläche 2 des Ständers bleibt. Der Hebel 15 weist einen nach rückwärts verlängerten
Arm auf, an dessen Ende ein Kopf 17 vorhanden ist, der sich zwischen zwei Führungsteilen
18 des Ständers auf und ab bewegen kann. Der eine dieser Führungsteile 18 besitzt
einen angenähert senkrecht verlaufenden Schlitz 19, durch welchen ein am Kopf 17
befestigter Gewindeansatz 20 hindurchragt. Mit Hilfe einer auf den Gewindeansatz
20 aufgeschraubten Rändelmutter 21 kann der Hebel 15 unverrückbar mit dem Ständer
11 verbunden werden. Eine Zugfeder 22 greift mit dem einen Ende am rückwärtigen
Arm des hebels 15 und mit dem anderen Ende an einem mittels einer Mutter 23 verstellbar
an einem Ausleger der Säule 16 gehaltenen Schraubenbolzen 24 an und hat das Bestreben,
den Hebel 15 so zu schwenken, daß sich die beiden Tastflächen 2 und 12 einander
nähern. Die Kraft der Feder 22 ist jedoch so schwach bemessen, daß ein zwischen
die Flachen 2 und 12 hineingeschobener Prüfling P keine bemerkbare Deformation erleidet.
Oberhalb des Kopfes 17 des Hebels 15 ist eine Meßuhr 25 mit Hilfe einer Säule 26
starr mit dem Ständer 11 verbunden. Der Fühler 27 der Meßuhr arbeitet mit der oberen
Stirnfläche eines in den Kopf 17 eingesetzten Meßbolzens 28 zusammen und er kann
mit Hilfe eines Griffes 29 nach oben gehoben werden. Der Fühler 27 der Meßuhr 25
steht unter dem Einfluß einer in der Zeichnung nicht sichtbaren Feder, die den Fühler
nach unten schiebt, so daß sich die Tastfläche 12 nach oben bewegt und von einem
Prüfling P abhebt.
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Soll die Dicke des Prüflings P ermittelt werden, so hebt man von Hand
mit Hilfe des Grifffes 29 den Fühler 27 der Tastuhr 25 langsam hoch, so daß der
Hebel unter der Wirkung der Feder 22 so schwenken kann, daß sie die Tastfläche 12
des Fühlorgans 13 dem Prüfling nähert. Der Fühler 27 wird auf diese Weise so weit
nach oben bewegt, bis er sich gerade von der Meßfläche des Bolzens 28 ablösen will.
Das ist dann der Fall, wenn das Fühlorgan 13 mit dem Prüfling P zur Anlage kommt.
An der Meßuhr 25 kann nun die momentane Lage des Fühlers 27 abge-
lesen
werden, welche das Prüfergebnis bildet. Das Resultat kann bei entsprechender Eichung
der Meßuhr direkt abgelesen werden. Im anderen Fall ist es mit der Ablesung in bestimmter
Weise in Zusammenhang, welcher beispielsweise graphisch mittels einer Eichkurve
festgelegt sein kann.
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Beim Anheben des Fühlers 27 ist es wegen der beschriebenen Ausbildung
des Hebels 15 unmöglich, auf den Prüfling einen größeren Druck auszuüben als durch
die Feder 22 hervorgerufen wird, Die Prüfung kann in einfacher Weise auch so durchgeführt
werden, daß der Fühler der Meßuhr mit Hilfe des Griffes 29 zunächst ganz hochgehoben
wird. Der Kopf 17 des Hebels 15 wird dieser Bewegung nur so weit folgen, bis das
Fühlorgan 13 mit dem Prüfling in Berührung kommt. Nur arretiert man den Hebel 15
durch Anziehen der Rändelmutter 21, worauf der Fühler der Meßuhr 25 auf die Meßfläche
des Bolzens 28 abgesenkt und die Anzeige der Meßuhr abgelesen werden kann. Durch
das Festklemmen des hebels 15 ist jede Rückwirkung auf den Prüfling P vermieden
und es ist so nicht nötig, den Moment des Loslösens des Fühlers 27 vom Bolzen 28
zu beobachten.
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Die Prüfung erfolgt auch hier in zwei Phasen, die dem ersten Beispiel
analog sind. Die Hilfsvorrichtung, von welcher das Maß in der zweiten Phase mit
Hilfe der Meßuhr 25 abgenommen wird, weist ein durch den Hebel 15 gebildetes, bewegliches
Organ auf, das in der ersten Phase der Prüfung durch den Prüfling mittels des Fühlorgans
13 beaufschlagt wird. Beim ersten Ausführungsbeispiel waren das bewegliche Organ
der Hilfsvorrichtung und das Fühlorgan starr miteinander verbunden, d. h. sie bestanden
aus einem einzigen Körper 4.
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Der Fühler 27 der Meßuhr 25 kann beim zweiten Beispiel auch als Betätigungselement
für das bewegliche Organ der Hilfsvorrichtung betrachtet werden, da das bewegliche
Organ sich nur entsprechend der Freigabe durch das Betätigungselement bewegen kann,
bis das Fühlorgan 13 mit dem Prüfling zum Anschlag kommt.
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Gemäß einer nicht dargestellten Variante kann die Einrichtung nach
Fig. 2 und 3 auch ohne Arretiervorrichtung 20, 21 rückwirkungsfrei arbeiten. Zu
diesem Zwecke würde die Meßuhr 25 elektrisch isoliert auf dem Ständer 11 abgestützt.
Der Meßbolzen 28 und der Fühler 27 würden dann je ein Kontaktelement eines elektrischen
Kontaktes bilden, der bei der Berüûhrung dieser beiden Teile miteinander geschlossen
und im anderen Falle geöffnet wäre. Beim langsamen Anheben des Fühlers 27 mit Hilfe
des Griffes 29 würde der Kontakt in dem Augenblick geöffnet, da das Fühlorgan 13
mit dem Prüfling P zur Anlage gelangt und eine Relativbewegung zwischen dem Meßbolzen
28 und dem Fühler 27 beginnt. Dadurch kann ein Stromkreis unterbrochen werden, wodurch
gegebenenfalls mit Hilfe von Relais ein blitzartiges Aufleuchten einer Stroboskoplampe
herbeiführbar ist, welche die Skala der Meßuhr 25 vorübergehend grell beleuchtet.
Die Meßuhr kann während der Beleuchtung abgelesen werden, wobei diese Ablesung wie
vorher dem Prüfergebnis entspricht. Die elektrische Schaltung kann so ausgebildet
sein, daß dieser Vorgang in rascher Folge hintereinander mehrmals wiederholbar ist,
indem der Fühler 27 der Meßuhr mehrmals auf und ab bewegt wird. Bei jedem Aufblitzen
der Lampe befindet sich dann der Zeiger der Meßuhr 25 an derselben Stelle und er
scheint wegen der stroboskopartigen Beleuchtung an dieser Stelle stillzustehen.
Die Ablesung des Prüfergebnisses ist in diesem Fall besonders bequem. Die elektrische
Schaltung kann auch so ausgebildet sein, daß die Lampe beim Schließen des Kontaktes
bei der Abwärtsbewegung des Fühlers aufleuchtet, also am Ende der Relativbewegung
zwischen dem Fühler und dem Meßbolzen 28.
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Eine weitere Ausführungsvariante zum zweitbeschriebenen Beispiel ist
in Fig. 4 schematisch dargestellt, wobei die gegenüber Fig. 2 unveränderten Elemente
weggelassen sind. Die Einrichtung gemäß dieser Variante benötigt ebenfalls keine
Arretiervorrichtung für das bewegliche Organ der Hilfsvorrichtung, im vorliegenden
Fall für den Hebel 15. An Stelle einer Meßuhr 25 ist jetzt oberhalb des Kopfes 17
des Hebels 15 eine elektrische Toleranzkontaktlehre 30 befestigt, welche einen vertikal
verschiebbaren Fühler 31 besitzt, der unter der Wirkung einer Feder 32 nach unten
gedrückt wird. Ein Kontakthebel 33 ist bei 43 schwenkbar gelagert und steht unter
dem Einfluß einer Zugfeder 34, welche das Bestreben hat, den Kontakthebel in Fig.
4 nach oben zu schwenken. Der Fühler 31 arbeitet mit dem Kontakthebel 33 zusammen,
indem ein Anschlag 35 des Fühlers sich von oben an den Hebel 33 anlegt, so daß derselbe
durch die Kraft der stärkeren Feder 32 entgegen der Wirkung der Feder 34 nach unten
geschwenkt wird. Das bewegliche Ende des Kontakthebels 33 befindet sich zwischen
zwei feststehenden, jedoch in vertikaler Richtung einzeln verstellbaren Kontaktelementen
36 und 37, die abwechslungsweise mit dem Hebel 33 elektrischen Kontakt machen können.
Der mit dem Fühler verbundene Griff 29 dient wiederum zum Anheben des Fühlers 31.
Die Kontaktlehre 30 oder wenigstens deren Fühler 31 ist von der übrigen Einrichtung
elektrisch isoliert, so daß der Fühler 31 das eine und der Meßbolzen 28 des Hebels
15 das andere Kontaktelement eines elektrischen Kontaktes sein können.
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Die elektrische Schaltung der Einrichtung ist im einfachsten Fall
gemäß Fig. 4 wie folgt: Der Fühler 31 ist an den Minuspol einer Stromquelle 38 angeschlossen,
deren anderer Pol über die Wicklung eines Relais 39 mit dem Meßbolzen 28 in Verbindung
steht. Über einen Ruhekontakt des Relais 39 ist der Pluspol der Stromquelle 38 an
drei Signallampen 40, 41 und 42 angeschlossen, die anderseits mit dem Minuspol der
Stromquelle bzw. dem einen Kontaktelement 36 bzw. dem anderen Kontaktelement 37
der Kontaktlehre 30 in Verbindung sind.
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Der Kontakthebel 33 liegt elektrisch am Minuspol der Stromquelle 38.
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Bei losgelassenem Griff 29 sitzt der Fühler 31 auf dem Meßbolzen 28
auf, so daß der Erreger-
stromkreis des Relais 39 geschlossen ist.
Sein Kontakt ist daher geöffnet und die drei Signallampen 40, 41 und 42 sind stromlos.
Zur Kontrolle eines auf die Meßfläche 2 aufgelegten Prüflings P wird der Fühler
31 mit Hilfe des Griffes 29 langsam hochgehoben, wodurch sich das Fühlorgan 13 dem
Prüfling nähert. Im Augenblick, da die Tastfläche 12 des Fühlorgans am Prüfling
unter der Wirkung der verhältnismäßig schwachen Feder 22 zur Anlage kommt, wird
bei der Weiterbewegung des Fühlers 31 der elektrische Strom zwischen demselben und
dem Meßbolzen 28 durch Relativbewegung dieser Teile unterbrochen. Das Relais 39
fällt sofort ab und schließt mit seinem Ruhekontakt die Signallampen 40, 41 und
42 einerends an den Pluspol der Stromquelle 38. Dadurch kommt die Lampe 40 zum Ajufleuchten,
welche anzeigt, daß das Prüfergebnis nun an den beiden anderen Lampen abgelesen
werden kann. Wurde der Fühler bis zum Augenblick des Stromunterbruches zwischen
den Elementen 28 und 31 nicht weit angehoben, so steht der Kontakthebel 33 noch
in Berührung mit dem Kontaktelement 36, so daß nun die Lampe 41 brennt. Befindet
sich in diesem Augenblick der Fühler 31 jedoch bereits in einer höheren Lage, so
berührt der Kontakthebel 33 weder das Kontaktelement 36 noch das Kontaktelement
37, in welchem Falle keine der Signallampen 41 und 42 leuchtet. Ist der Fühler aber
weiter angehoben, so macht der Kontakthebel 33 mit dem Kontaktelement 37 Kontakt
und bringt die Lampe 42 zum Leuchten. Die beiden Kontaktelemente 36 und 37 sind
nun derart eingestellt, daß das freie Ende des Kontakthebels 33 mit dem Kontaktelement
36 in Berührung bleibt, solange die zu prüfende Abmessung des Prüflings P die zulässige
Toleranz überschreitet, jedoch mit dem anderen Kontaktelement 37 in Berührung kommt,
sobald ein Prüfling die zulässige Toleranz der geprüften Abmessung unterschreitet.
Das Aufleuchten der Signallampe 41 zeigt demnach das Prüfergebnis Übermaß und das
Aufleuchten der Signallampe 42 das Prüfergebnis Untermaß, während beim Nichtbrennen
beider Lampen 41 und 42 bei gleichzeitigem Leuchten der Signallampen 40 das Prüfergebnis
gut erkennbar ist.
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Es ist klar, daß bei der gezeigten Schaltung durch weitere Aufwärtsbewegung
des Fühlers 31 nach dem Öffnen des Kontaktes 28, 31 die Verhältnisse wieder geändert
werden können und andere als dem Prüfergebnis entsprechende Signallampen zum Leuchten
kommen können. Dieser Nachteil kann unter Zuhilfenahme von weiteren Relais und durch
geeignete Schaltung beseitigt werden, so daß das der Lage des Fühlers im Augenblick
des Öffnens des Kontaktes 28, 31 entsprechende Prüfresultat mindestens vorübergehend
festgehalten bleibt, auch wenn der Fühler noch weiter angehoben wird. Es gehört
jedoch nicht in den Rahmen der vorliegenden Erfindung, dies zu zeigen.
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Bei der beschriebenen, auf elektrischem Wege erzielten Anzeige des
Prüfergebnisses, entsteht trotz des Weglassens einer Arretiervorrichtung für das
bewegliche Organ der Hilfsvorrichtung keine Rückwirkung auf den elastischen oder
unter Druck deformierbaren Prüfling.
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Das Bewegen des Fühlers 27 (Fig. 2 und 3) bzw.
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31 (Fig. 4) oder allgemein des Betätigungselementes kann anstatt von
Hand gegebenenfalls auch mechanisch selbsttätig erfolgen.