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Meß- und Prüfverfahren zur Bestimmung des Flankenprofilwinkels an
Außen- und Innengewinden und Gerät zur Durchführung dieses Verfahrens Die Bestimmung
des Profilwinkels an Gewinden, wie überhaupt .die Untersuchung und Messung von Gewinden,
gehört zu den srhwierigsten Aufgaben des Abnahme- und Prüfwesens. Sie ist allein
schon deswegen kompliziert, weil die fünf Bestimmungsstücke jeden Gewindes, die
Steigung der Achsenschnittprofilwinkel, der Flankendurchmesser, der Kerndurchmesser
und der Außendurchmesser in gegenseitiger Abhängigkeit stehen und die Änderung einer
Größe meist auch -die Änderung anderer Größen zur Folge hat. Die Messung von Innengewinden
(Muttergewinden) bereitet außerdem noch besondere Schwierigkeiten, weil hierbei
die Zugänglichkeit stark beschränkt ist.
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Dennoch sind einige Methoden zur Bestimmung dieser fünf Größen des
Gewindes bekannt und werden insbesondere bei der Kontrolle von Gewindelehren und
anderen Genauigkeitsgewinden angewendet. Dem Zweck der nachfolgenden Beschreibung
entsprechend, wird von einer Schilderung der Meß- und Prüfverfahren zur Kontrolle
-des Flankendurchmessers, des Kern- un.d Außendurchmessers und der Steigung von
Gewinden Abstand genommen und nur jene. Verfahren, die der Prüfung des Pofilwinkels
dienen, näher beleuchtet.
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So wird beispielsweise der Profilwinkel an Außengewinden entweder
räch der Lichtspaltmethode mit Hilfe von festen Lehren oder nach der Schattenmethode
mit Hilfe eines Meßmikroskops oder Projektors durch Vergleich .des Schattenbildes
.des
Gewindezahnes mit einem Normalprofil oder mit Hilfe der sog. Schneidenmethode auf
Universalmeßmikroskop kontrolliert. Das genaueste Verfahren stellt die Schneidenmethode
dar, bei welcher an das zu prüfende Gewindeprofil messerartig ausgebildete Schneiden
zur Anlage gebracht werden und mit Hilfe eines Goniometerokulars die Winkellage
des Schneidenstriches, gegenüber der Gewindeachse ausgemessen wird.
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Für die Messung des Profilwinkels an Innengewinden war bisher nur
eine einzige wirklich genaue Methode bekannt, nämlich die nach B e r n d t und Härtel,
bei welcher von dem zu prüfenden Innengewinde Abgüsse hergestellt werden, die dann
hinsichtlich der ;Messung so behandelt werden dürfen, wie ein normales Außengewinde.
Dieses Verfahren ist jedoch sehr umständlich und bedarf langwieriger Vorbereitungsarbeiten.
Außerdem sind in Abhängigkeit von den verschiedenen Durchmessern der Innengewinde
verschieden gestufte, mehrteilige AusgieSdorne erforderlich, welche die Abgüsse
der Gewindeflanken festhalten und beim Herausnehmen aus dem Muttergewinde in ihre
Teile zerlegt werden müssen. Hernach sind sie vor der eigentlichen Messung wieder
zusammenzusetzen. Mit diesen mehrteiligen Dornen können große Teile des Umfanges
nicht erfaßt werden, weil- ansonsten der Gewindeabguß nicht beschädigungsfrei aus
der Mutter ausgebracht werden kann.
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Bekannt wurde auch die röntgenologische Ausmessung von Innengewinden,
bei welcher nach Ausfüllen des Innengewindes mit einer entsprechenden Substanz ein
Röntgenbild aufgenommen wird, aus dem auf die Größe des Profilwinkels geschlossen
werden kann. Trotz der Kompliziertheit auch dieses Verfahrens gelingt es nur, den
scheinbaren Umriß des Gewindes und nicht die wahre Größe des Profilwinkels im Achsenschnitt
festzustellen. Einfacher ist die Anwendung eines Methode, bei welcher .der Prüfling
zerstört wird, oder, wie dies bei einem amerikanischen Verfahren der Fall ist, schon
bei der Herstellung von Innengewinden an diesen ein axialer Schlitz vorgesehen wird,
indem man ein Blech einlegt, welches bei der Herstellung des Gewindes das Profil
mit ein. geschliffen erhält. Die Zerstörung (des Prüfstückes ist jedoch gleichbedeutend
mit seiner Unverwendbarkeit, und,das amerikanischeVerfahren ist seinerseits nur
dann anwendbar, wenn an dem zu prüfenden Gewinde tatsächlich ein Schlitz angebracht
werden darf. Beide Verfahren sind demnach in ihrem Anwendungsbereich stark eingeschränkt.
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Alle diese Schwierigkeiten werden von dem erfindungsgemäßen Verfahren
und der Vorrichtung zur Ausübung desselben überwunden. Das neue Verfahren läßt sich
sowohl für die Messung des Profilwinkels an Außengewinden wie auch zur Messung des
Profilwinkels an Innengewinden heranziehen, wobei es seine ganz besondere Bedeutung
bei der Prüfung von Innengewinden besitzt, um so mehr, als bisher überhaupt kein
gleichwertiges unmittelbar anwendbares wirtschaftliches Prüfverfahren derselben
Genauigkeit zur Messung des Profilwinkels an Innengewinden bekannt ist.
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Das erfindungsgemäße Prüfverfahren stellt aber auch .bei der Messung
des Profilwinkels an Außengewinden eine bedeutende Verbesserung insofern dar, als
es sich auch dann wirtschaftlich und bequem anwenden läßt, wenn beispielsweise das
Prüfstück solche Abmessungen besitzt, daß es in dem normalerweise zur Verfügung
stehenden optischen Gewindeprüfmaschinen nicht mehr aufgenommen werden kann. Ein
weiterer Vorzug des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt sich darin, daß die Berührung
zwischen Tastkörper (mechanische Tastkörper, elektrischer Tastkörper oder Solexdüse)
und Prüfling vom Gerät selbst gesteuert wird, wodurch gleichbleibende Berührungsbedingungen
gewährleistet sind, welche- durch die Prüfperson während des Meßvorganges nicht
beeinflußtwerden. Dies ist beispielsweise bei Anwendung der Schneidenmethode nicht
der Fall, nachdem bei letzterer von der Prüfperson vor jeder Messung die Schneide
an der zu prüfenden Flanke zur Anlage gebracht werden muß, wobei das Erkennen der
richtigen Anlage dem subjektiven Urteil des Prüfers überlassen bleibt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren verwendet zur Abtastung der Profilflanke
geeignet ausgebildete Meßkörper (Meßkugeln, Meßdrähte usw.), die mittels geeigneüer
Einrichtungen oder längs der Gewindeflanken verschoben werden. Es hat sich hierbei
als zweckmäßig erwiesen, beim mechanischen Abtasten Tastkugein zu verwenden, deren
Radien möglichst klein sind, so daß für normale Gewinde das Inrechnungstellen einer
Anlagekorrektur entfällt. Mit Hilfe dieser Einrichtung und bei Anwendung des erfindungsgemäßen
Verfahrens ist es möglich, sowohl die Größe als auch die Lage des gesuchten Profilwinkels
festzustellen.
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Fig. i zeigt einen Achsenschnitt durch ein Innengewinde mit unsymmetrischem
Profil, Fig. einen Achsenschnitt durch ein Außengewinde, jeweils mit der Tastkugel
in verschiedenen Anlage-(Berührungs-) Stellen an den Gewindeflanken. Ebene y-z bedeutet
die Gewindeachsenschnittebene, z stellt die Achse des Gewindekörpers dar, die zu
der Bewegungsrichtung des Meßkörpers etwa mittels Führungslineals (Fig. () um den
halben Profilwinkel der Gewindeflanken geneigt ausgerichtet wird. rk ist
der Radius des verwendeten Hilfsstückes (Tastkugel), mit a°ist sei der wirkliche
Neigungswinkel der oberen Gewindeflanke gegen eine zur z-Achse normale Ebene bezeichnet,
während aog den Winkel bedeutet, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren aus den
jeweiligen Ablesungen ermittelt (gemessen) wird. a" ist stellt den Neigungswinkel
der unteren Gewindeflanke gegen eine zur z-Achse normale Ebene dar.
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Soll der Profilwinkel eines Innengewindes geprüft werden, so wird
zunächst der Tastkörper in die Gewindelücke eingeführt und nacheinander in den beispielsweise
in Fig.,i dargestellten Meßpunkten i, z, 3 an der Flanke zur Anlage gebracht. Desgleichen
wird eine Messung an den gegenüberliegenden
Punkten der zugeordneten
Gewindeflanke vorgenommen.
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Aus den Ablesungsdifferenzen am Meßgerät für die Lagen, i, @a und
3 bzw. .4, 5, 6 läßt sich der gesuchte Winkel a des Gewindeprofils berechnen.
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Arbeitet man mit zwei Meßstücken (beispielsweise Kugeln oder Drähten
verschieden großen Durchmessers rki und rk2), die nacheinander in ein und dieselbe
Gewindelücke eintauchen und die Flanken des Profils berühren, so wird aus ihrer
Eindringtiefe die Größe des Profilwinkels bestimmt, wie dies in Fig. 3 angedeutet
ist.
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In Fig. 4. ist eine beispielsweise Ausführung des Erfindungsgegenstandes
dargestellt, wie er etwa als Standgerät oder auch direkt an der Herstellungsmaschine
für das Innengewinde Anwendung finden kann. Diese beispielsweise Ausführung besteht
im wesentlichen aus dem Grundkörper A, ,welcher einerseits den TaststiftB mit dem
kugeligen Meßkörper und andererseits ein normales Meßgerät C (z. B. eine Meßuhr)
trägt. Geeignete Umlenkeinrichtungen übersetzen die in Fig. q. erkennbare horizontale
Meßbewegung des Prüfkörpers B und leiten die Bewegung zum Taststift der Meßuhr C.
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Der Meßkopf des Gerätes D zur Prüfung .des Flankenwinkels an Muttergewinden
wird beispielsweise mittels Zentrierbacke E am Kerndurchmesser des Innengewindes
zentriert, und unter Federdruck wird die zylindrisch ausgebildete Bezugsfläche F
an dem Kerndurchmesser des Gewindes zur Anlage gebracht. Die Eindringtiefe des Meßkörpers
B in die Gewindelücke läßt sich an der .Meßuhr C ablesen. Die Einstellung des Meßgerätes
auf Null erfolgt unter Benutzung einer Einstellkimme mit dem Flankenwinkelsollwert
des zu prüfenden Gewindes, oder man verwendet hierzu eine ebene Anlagefläche, wie
in Fig. 5 a und 5 b angedeutet ist.
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Führt man diese Art der Prüfung mit Hilfe zweier oder mehrerer verschieden
großer Meßstücke B durch, dann kann, wie in Fig. 3 verdeutlicht, aus dem Anzeigeunterschied
a und den bekannten Radien der Meßstücke der Winkel 2a der zu prüfenden Gewindelücke
berechnet werden. Hierbei ist zu berücksichtigen, daß die 1Keßstücke wegen der Anlagekorrektur
die Gewindeflanken nicht direkt im Achsenschnitt berühren und der aus dem Abstand
a errechnete Winkelwert um diese Anlagekorrektur zu berücksichtigen ist. Für normale
Gewinde kann der scheinbare Winkelwert direkt als Funktion des Winkel-Ist-Wertes
in Tabellen festgelegt werden, wodurch weitere Umrechnungen erspart werden.
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Sowohl beim Standgerät wie auch als tMeßgerät direkt an der Maschine
ist dafür zu sorgen, daß sich das Prüfgerät am Prüfling frei einstellen kann. Eine
beispielsweise Ausführung des Gerätes zur Prüfung des Flankenwinkels mittels eines
Einkugeltasters stellt Fig. 6 ,dar. Ein Feintaster J, der in einer Büchse K aufgenommen
wird, berührt mit seinem Meßstück H die Flanke des zu prüfenden Gewindes. Die Büchse
h ist längs einer Führungsbahn G verschieblich, die gegen die Gewindeachse um den
halben Sollwert des zu prüfenden Gewindeprofilwinkels geneigt ist. Die Führungsbahn
kann auch fallweise für veränderliche Profilwinkelwerte einstellbar ausgeführt werden.
Beispielsweise wird mit Hilfe von Bewegungsschrauben L die Büchse K bzw. der Feintaster
J längs dieser Führungsbahn bewegt, so daß die Abweichungen des Flankenprofilwinkels
gegenüber dem Sollwert vom Feintaster.T unmittelbar angezeigt werden. Hierbei ist
die ;Messung nur einer Koordinate notwendig, da die zweite Koordinatenric'htung
mit der Richtung der Gewindeflanke zusammenfällt.