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Vorrichtung zum Messen und Prüfen von zylindrischen und konischen
Bohrungen und Innengewinden
Das Prüfen von konischen Bohrungen, z. B. bei Morsekegelhülsen,
erfolgte bisher in der Regel mit konischen Lehrdornen, deren Eindringtiefe einen
Anhalt für die Durchmessertoleranzen gibt. Die Konizität und die Rundheit der Bohrung
wurden durch Tuschieren des Lehrdorns geprüft. Dieses Prüfen mittels Lehrdorne war
jedoch nur eine Gesamtprüfung und gestattete nur bei verhältnismäßig kleinen Abweichungen
das Abschätzen von einzelnen Fehlern.
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Wenn man aber eine konische Bohrung einwandfrei messen will, müssen
drei verschiedene Messungen getrennt voneinander durchgeführt werden, nämlich erstens
eine Prüfung der Rundheit der Bohrung an mehreren Stellen verschiedenen Durchmessers,
zweitens ein Messen der Konizität der Bohrung, die aus der Differenz zweier in verschiedenen
otlerschnittsebenen liegender Durchmesser und dem Axialabstand der beiden Meßebene
ermittelt wird, und drittens das Messen eines Durchmessers in einem bestimmten Axialabstand
von der Stirnfläche der Bohrung.
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Die den Gegenstand der Erfindung bildende Meßvorrichtung ermöglicht
diese drei Messungen und ebenso das Messen und Prüfen zylindrischer Bohrungen ohne
die Zuhilfenahme eines weiteren Meßgerätes und ist dadurch gekennzeichnet, daß in
einem gemeinsamen Führungsgehäuse zwei durch einen festen Axialabstand voneinander
getrennte Gruppen von Meßbolzen vorgesehen sind, wobei die Meßbolzen jeder Gruppe
in einer gemeinsamen Meßebene angeordnet und mittels einer
ihnen
zugeordneten gemeinsamen Verstellvorrichtung radial verstellbar sind. Die Erfindung
besteht ferner darin, daß die Radialverstellung der Meßbolzen durch in ihrer Meßebene
angeordnete Kurvenscheiben erfolgt, wobei deren Drehwinkel als Ablesemaß für die
Radialbewegung der Meßbolzen dient. Der Antrieb der Kurvenscheiben.erfolgt erfindungsgemäß
durch zwei gleichachsig angeordnete Wellen; deren äußere Enden durch einen gemeinsamen
Reibantrieb angetrieben werden können. Vorzugsweise sind die mit den Wellen verbundenen
Reibflächen als Kreissektoren gleicher Abmessungen ausgebildet und liegen in der
Ebene einer gemeinsamen Reibscheibe, so daß auf jede Kurvenscheibe das gleiche Drehmoment
übertragen, bei dem durch Festhalten der Antriebswelle oder durch den Anschlag der
Meßbolzen erzwungenen Stillstand einer Kurvenscheibe aber die weitere Verdrehung
der anderen Kurvenscheibe bis zum Anschlag ihrer Meßbolzen nicht behindert wird.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung an einer beispielsweisen Ausführungsform
veranschaulicht. Es zeigt Fig. 1 einen Axialschnitt durch die gesamte Meßvorrichtung
nach den Linien 1-1 der Fig. 2 und 4, Fig. 2 einen Querschnitt nach Linie II-II
der Fig. I, Fig. 3 eine Ansicht des Einstellkopfes, Fig. 4 einen Querschnitt nach
Linie IV-IV der Fig. 1, Fig. 5 einen Axialschnitt durch das untere Ende der mit
einer mehrteiligen Kurvenscheibe versehenen Meßvorrichtung nach Linie V-V der Fig.
6, Fig. 6 einen Querschnitt nach Linie VI-VI der Fig. 5, Fig. 7 eine schematische
Darstellung des an einer Kegelfläche anliegenden Tastkopfes eines Meßbolzens in
größerem Maßstab.
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Die erfindungsgemäße Meßvorrichtung besteht aus einem schaftförmigen
Gehäuse 1, in dessen in der Zeichnung unten dargestelltem Teil zwei Gruppen von
Meßbolzen 2 bzw. 3 angeordnet sind. Die Meßbolzen jeder Gruppe sind in einer gemeinsamen
Meßebene angeordnet und in radialen Gehäusebohrungen 40 geführt (Fig. 2). Die Meßbolzen
sind an ihren äußeren Enden mit Tastköpfen 4 versehen, die im Fall der Messung -von
Bohrungen die Gestalt von Kugelkalotten (Fig. I, 2, 5, 6 und 7) haben, im Fall der
Messung von Innengewinden dagegen schneidenförmig gestaltet sind. Die Meßebenen
der beiden Meßbolzengruppen sind bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel durch
einen festen Axialabstand A- voneinander getrennt (Fig. I), der beim Messen von
Innengewinden ein Vielfaches der Gewindesteigung beträgt. Jeder Meßbolzen 2 bzw.
3 wird - durch eine im Gehäuse I gelagerte GDruckfeder- 5 mit seinem inneren Ende
gegen den Umfang einer Kurvenscheibe gedrückt, welche erfindungsgemäß zur radialen
Verstellung der Meßbolzen dient. Bei dem in den Fig. I und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel
ist für jede Meßbolzengruppe nur eine einzige - Kurvenscheibe 6 bzw. 7 vorgesehen,
während bei dem in den Fig. 5 und 6 dargestellten Ausführungsbeispiel für jeden
Meßbolzen eine eigene Kurvenscheibe 8, 9, 10 vorgesehen ist, um bei gleichbleibendem
Drehwinkel der Anzeigevorrichtung den Hub der Meßbolzen oder bei gleichbleibendem
Hub der Meßbolzen den Drehwinkel der Anzeigevorrichtung zu vergrößern.
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Der Antrieb der Kurvenscheiben jeder Meßbolzengruppe erfolgt durch
je eine Welle II bzw. 12, mit deren unterem Ende die Kurvenscheiben verkeilt sind.
Die beiden Wellen II und 12 sind in dem Gehäuse I gleichachsig angeordnet, und zwar
ist die Welle 12 als Hohlwelle ausgebildet, die von der Welle II durchdrungen wird.
Die Wellen I I und 12 können durch Druckschrauben I3 und 14 unabhängig voneinander
in dem Gehäuse 1 gegen Drehung festgestellt werden. Jede der beiden Wellen II bzw.
I2 ist an ihrem oberen Ende mit einer Reibfläche 15 bzw. I6 verbunden, welche als
Kreisringsektoren ausgebildet sind und gleiche Abmessungen (Radien und Bogenmaße)
haben (Fig. 1 und 4). An Stelle der Kreisringsektoren sind natürlich auch Kegelsektoren
oder genutete Flächen möglich. Die zu der Welle II gehörende Reibfläche I5 bildet
einen Teil einer von der Welle getrennten Speiche I7, deren Nabe I8 durch einen
Keil 19 auf einem Stirnzapfen 20 der Welle II befestigt ist.
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Das äußere Ende der Speiche I7 trägt gleichachsig zu dem Wellenzapfen
20 einen ringförmigen Radkranz 2I (Fig. I und 4), der als Träger für eine Skalentrommel
22 dient. Die Skalentrommel 22 ist auf ihm verdrehbar gelagert und kann durch eine
Klemmschraube 23 festgestellt werden. Die zweite Reibfläche I6 bildet ein Stück
mit ihrer Welle 12.
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Sie ist als nockenartiger Ansatz auf der oberen Stirnfläche einer
kreisringförmigen Endscheibe 24 der Hohlwelle 12 angeordnet. Die Scheibe 24 hat
den gleichen Durchmesser wie der Kranz 21 und trägt wie dieser eine Skalentrommel
25, die auf dem Scheibenumfang verdrehbar und mittels einer Klemmschraube 26 feststellbar
gelagert ist. Wenn man die Wellen II und I2 um ihre gemeinsame Mittelachse dreht,
dann werden die mit den Wellen verbundenen Kurvenscheiben 6 und 7 sowie die Skalentrommeln
22 und 25 mitgedreht. Dabei gibt der auf den Skalentrommeln gegenüber einer am Gehäuse
1 angebrachten Nullmarke 27 ablesbare Drehwinkel das Maß der Radialbewegung der
Meßbolzen 2 und 3 an, das entweder zur Feststellung der Durchmesser in den beiden
Meßebenen oder unter Auswertung der Differenz der beiden Skalenstellungen die Steigung
der zu messenden kegelförmigen Bohrung angibt. Zum Antrieb der beiden Wellen II
und I2 dient eine Reibscheibe 28 (Fig. I), die gleichachsig zu den Wellen auf dem
Stirnzapfen 20 der Mittelwelle II lose drehbar gelagert ist und durch eine in ihrem
Griffansatz 29 geführte Druckfeder 30 gegen die mit den Wellen verbundenen und in
einer einzigen Ebene liegenden Reibfiächen 15 und I6 gepreßt wird.
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Dreht man die Reibscheibe 28 mittels ihres Griffes 29 um den Wellenzapfen
20, so wird das auf sie wirkende Drehmoment in gleicher Stärke auf die
beiden
Reibflächen I5, I6 bzw. auf die mit ihnen verbundenen Wellen II, 12 übertragen.
Wird nun eine der beiden Wellen II oder 12 durch Festklemmen der Druckschraube I3
bzw. 14 oder durch das Anschlagen der von der Welle betätigten Meßbolzen 2 bzw.
3 an der Drehung verhindert, so kann die zweite Welle 12 bzw. II trotzdem durch
die Reibscheibe 28 bis zum Anschlag ihrer Meßbolzen 3 bzw. 2 an der Wand der zu
messenden Bohrung weitergedreht werden, wobei die Reibscheibe 28 über die festgehaltene
Reibfläche 15 oder I6 hinweggleitet. Das Gehäuse I, das unten durch eine Bodenplatte
31 verschlossen wird (Fig. I und 4), ist mit einem kurzen Außengewinde 32 versehen,
auf dem ein Anschlagring 33 verschraubt und mittels einer Spannschraube 34 festgestellt
werden kann. Der Anschlagring 33, der beim Messen auf der Stirnfläche der zu messenden
Bohrung aufliegt, kann durch Verschrauben auf dem Gewinde 32 höher oder tiefer gestellt
werden, um dadurch den Abstand H der Meßbolzen 2 bzw. 3 vom Anfang der zu messenden
Bohrung größer oder kleiner zu machen.
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Die erfindungsgemäße Meßvorrichtung kann in folgender Weise angewandt
werden: I. Prüfen der Bohrungen auf Rundheit Die Vorrichtung wird bei beliebig eingestelltem
Anschlagring 33 in die zu prüfende Bohrung eingeführt, bis der Ring auf der Stirnfläche
der Bohrung aufliegt (Fig. I). Dann wird die Reibscheibe 28 mittels ihres Griffes
29 so lange gedreht, bis die Meßbolzen 2 und 3 an der Wand der Bohrung sicher zur
Anlage gekommen sind. Dann werden die beiden Skalentrommeln 22 und 25 gelöst und
so verdreht, daß ihre Nullmarken mit der Gehäusenullmarke 27 übereinstimmen. Stellt
man nun die Meßbolzen zurück und wiederholt die Messung, nachdem man die Vorrichtung
in der Bohrung um einen bestimmten Winkel, z. B. 450, 900 usw., verdreht hat, so
müssen die Skalen in ihrer Endstellung wieder auf Null stehen, wenn die Bohrung
genau rund ist. Andernfalls kann man an den Skalen das Maß der Unrundheit feststellen.
Nach Verstellen des Anschlagrings 33 kann die Messung an anderen Stellen der Bohrung
wiederholt werden.
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2. Prüfen des Kegelwinkels (Konizität) einer Bohrung Die Meßvorrichtung
wird mit einer Innenkegellehre bis zum Anschlag der Meßbolzen an der Wandung der
Lehre eingestellt. Dann werden die beiden Skalen 22, 25 mit der Nullmarke 27 zur
Übereinstimmung gebracht und festgestellt. Beim Prüfen einer Konusbohrung zeigen
sich dann etwaige Abweichungen von der Konizität an den Abweichungen der Skalen
von der Nullmarke 27.
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3. Messen des Kegelwinkels (Konizität) einer Bohrung Die Meßvorrichtung
wird mit Hilfe zylindrischer Einstellringe auf einen festen Durchmesser eingestellt.
Hierauf werden die Skalen 22, 25 mit der Nullmarke 27 in Übereinstimmung gebracht.
Dann wird die so vorbereitete Vorrichtung in die zu messende Bohrung eingeführt
und die Meßbolzen 2 und 3 durch Drehen der Reibscheibe 28 zur Anlage an die Wand
der Bohrung gebracht. Aus der Differenz der beiden Skalen und dem festen Abstand=4
der beiden Meßebenen kann dann die Tangensfunktion des halben Spitzwinkels festgestellt
und dieser selbst ermittelt werden.
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4. Messen von Durchmessern an zylindrischen Bohrungen In diesem Fall
kann man eine der beiden Wellen, z. B. die Welle I2, mittels der zugehörigen Druckschraube
14 feststellen und die Meßbolzen 2 an der Wandung eines zylindrischen Einstellrings
(Lehre) zur Anlage bringen. Dann wird die Skala 22 auf Null gestellt und die Vorrichtung
in die zu messende Bohrung eingeführt. Durch Ablesen der Skala 22 kann man dann
die absolute Größe des Durchmessers der Bohrung feststellen.
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5. Messen von Durchmessern an konischen Bohrungen Auch in diesem
Fall werden die beiden Meßbolzengruppen mit Hilfe von zylindrischen Einstellringen
auf bestimmte Werte eingestellt. Bei dieser Einstellung muß aber berücksichtigt
werden, daß der Tastkopf 4 der Meßbolzen in der zylindrischen Bohrung des Einstellrings
mit seinem Scheitel, in der konischen Bohrung aber in einem Punkt P seiner Oberfläche
zur Anlage kommt, der auf einem Durchmesser liegt, welcher von dem wahren, in der
Meßebene liegenden Durchmesser um so stärker abweicht, je größer der Spitzenwinkel
ß- der konischen Bohrung ist (Fig. 7). Da nun erfindungsgemäß der Tastkopf 4 der
Meßbolzen die Gestalt einer Kugelkalotte hat, kann man die Abweichung f (Fig. 7)
des in der durch den Kugelmittelpunkt gehenden Meßebene liegenden wahren Durchmessers
von der mit dem zylindrischen Einstellring gewonnenen Einstellung ohne weiteres
aus der Beziehung
errechnen, worin p der Spitzenwinkel der konischen Bohrung und r der Halbmesser
der Kugelkalotte 4 ist. Der Korrekturwert f kann daher als Funktion des Spitzenwinkels
ß in einer Tabelle zusammengefaßt und für jeden Wert von ß aus dieser Tabelle abgelesen
werden. Man wird dann bei der Messung konischer Bohrungen zuerst die beiden Meßbolzengruppen
mittels eines zylindrischen Einstellrings auf Anlagemaß einstellen und dann die
beiden Skalen 22, 25 um das aus der Tabelle abgelesene Korrekturmaß f über die Nullmarke
27 hinaus einstellen, worauf man mittels der in die konische Bohrung eingeführten
Meßvorrichtung das absolute Maß zweier Durchmesser feststellen kann, die um das
mittels des Anschlagrings 33 einstellbare Maß H bzw. H-A von der Stirnfläche der
Bohrung entfernt sind. Aus diesen ge-
messenen Durchmessern kann
man dann auch noch andere, z. B. den größten und den kleinsten Durchmesser der Bohrung,
errechnen.
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6. Messen konischer Gewinde Die beschriebene Vorrichtung eignet sich
insbesondere auch zum Messen der Konizität konischer Gewinde. Hierbei sind die mit
kugelhaubenförmigen Tastköpfen 4 versehenen Meßbolzen gegen solche mit schneidenförmigen
Tastköpfen auszuwechseln, deren Schneiden an den Flanken des Gewindes zur Anlage
kommen. Der axiale Abstand A der beiden Meßbolzengruppen muß dabei ein Vielfaches
der Gewindesteigung betragen.
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Wenn auch bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel die beiden Meßbolzengruppen
2 und 3 durch einen festen Axialabstand voneinander getrennt sind, so ist es grundsätzlich
auch möglich, den Meßbolzenabstand A z. B. durch Einlage einer oder mehrerer Abstandsringe
veränderlich zu gestalten.