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Kegelmessgerät
Die Verwendung des Kegels als Konstruktionselement zur Übertragung von Drehmomenten setzt die Möglichkeit voraus, den Kegelwinkel mit einem geeigneten Gerät zu messen. Von den bekannt gewordenen Verfahren und Geräten zur Messung des Kegelwinkels a bzw. des Wertes 1/K= 2 tg eines Kegeldornes erfüllt keines gleichzeitig die folgenden notwendigen Forderungen :
2 a) Hinreichende-, durch die einzuhaltenden Toleranzen bestimmte Messgenauigkeit. b) Die Messung muss an dem in der Werkzeugmaschine eingespannten Werkstück durch einfaches Anlegen des Messgerätes ausführbar sein. c) Verlangt wird eine tatsächliche Messung, nicnt nur ein Vergleich mit einem Normalkegel. d) Die an der Werkzeugmaschine als Korrektion einzustellende Differenz "Istwert minus Sollwert" muss an dem Gerät nach Grösse und Vorzeichen unmittelbar und einfach abzulesen sein.
Das am häufigsten benützte Verfahren zur Messung des Kegelwinkels eines Kegeldornes verlangt die Messung zweier Durchmesser in einem bekannten Abstand. Aus dem Mebergebnis kann der Kegelwinkel berechnet werden.
Weiterhin sind Verfahren bekannt, bei denen der Winkel zwischen der Kegelachse und einer Mantellinie bestimmt wird, wobei die Mantellinie durch eine auf einer Geradführung zu verschiebende Messuhr abgetastet wird. Das Gemeinsame der beiden genannten Verfahren liegt darin, dass die Messung nicht in einem einzigen Vorgang erfolgt, sondern durch mehrere aufeinanderfolgende Schritte, wobei in der Zwischenzeit die relative Lage zwischen Werkstück und Messgerät strengt bewahrt werden muss, was nur durch das Einspannen des Werkstückes in eine besondere Messvorrichtung möglich ist. Bei diesen Verfahren muss also das Werkstück auf jeden Fall aus der, Maschine ausgespannt werden.
Bei einem andern Verfahren werden die beiden Schenkel eines Winkelmessers an zwei gegenüberliegende Mantellinien des Kegeldornes angelegt. Dazu braucht das Werkstück zwar nicht ausgespannt zu werden, weil aber in diesem Fall die relative Lage zwischen Werkstück und Messgerät unbestimmt bleibt, werden die Forderungen an die Messgenauigkeit nicht erfüllt.
Bei einer andern bekannten Einrichtung sind zwei gegeneinander schwenkbar angeordnete Messklötze vorgesehen, deren Achsen einen einstellbaren Winkel, nämlich den Sollwinkel, einschliessen. Jeder Mess-
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Messklotz noch mit einer V-förmigen Rinne versehen ist, in die der Kegel zur Messung vorgelegt werden kann. Der Nachteil dieserMesseinrichtung besteht darin, dass die Abweichung nicht unmittelbar abgelesen, sondern aus den Ausschlägen der Differenzenmessuhr errecbnet werden muss. Zwar können die Messuhraus- schläge auf eine weitere in derSchwenkachse der beidenMessklötze liegende Differenzenmessuhr übertragen werden, doch ist dann die Messeinrichtung sehr verwickelt und die Genauigkeit nicht mehr genügend.
Schliesslich würde ein solches Gerät die Messung des Kegels im eingespannten Zustand desselben verhindern.
Eine besondere Gruppe bilden schliesslich jene Messverfahren, bei denen ein V-Prisma oder ein Doppelreiter an den zu messenden Kegeldorn angelegt wird. Dabei ist die relative Lage zwischen Kegel und Messgerät einwandfrei bestimmt, die Genauigkeit daher ausreichend und ein Ausspannen des Werkstückes ist nicht erforderlich.
Nach einem bekanntgewordenen Verfahren dieser Gruppe wird ein Doppelreiter an des Kegeldorn angelegt, wobei sich ein linealförmiger Messkörper an den Kegel anlegt, dessen Drehung relativ zum Doppelreiter durch eine Anordnung von Hebeln auf die Anzeige einer Messuhr übertragen wird. Dieses
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Verfahren erlaubt aber keine eigentliche Messung, sondern nur einen Vergleich des zu messenden Kegeldornes mit einem Normalkegel.
Derselbe Einwand trifft auf ein anderes behanntgewordenes Verfahren dieser Gruppe zu, bei dem der Kegeldorn in ein V-Prisma gelegt wird und wieder die Drehung eines an der in der Symmetrieebene des Prismas befindlichen Erzeugenden anliegenden Lineals mittels einer das Lineal aussermittig abtastenden Messuhr übertragen wird.
Die Erfindung geht von dem gleichen Prinzip aus, nämlich, zur Messung des Kegelwinkels eines Kegeldomes die geometrische Beziehung zwischen diesem Winkel und der relativen Lage eines gegen den Kegeldorn gedrückten V-Prismas gegenüber einer in der Symmetrieebene des Prismas liegenden Mantellinie des Kegels heranzuziehen.
Dieses Messprinzip wird an Hand der Fig. 1 und 2 erläutert. Der zu messende Kegeldorn mit der Spitze S, die körperlich nicht verwirklicht zu sein braucht, und mit dem zu messenden Kegelwinkel a liegt in einem V-Prisma P mit dem Prismenwinkel zip und mit der Prismenkante K-K'. Durch diese Kante und durch die Kegelachse ist eine Symmetrieebene Z-Z'festgelegt. Die in dieser Ebene liegende, der Prismenkante zugekehrte Mantellinie M - S des Kegels bildet mit der Prismenkante einen Winkel y.
Zwisehen diesem Winkel einerseits und dem gesuchtenKegelwinkel anderseits besteht eine zwar transzendente, aber eindeutige Beziehung der Form a = F (y, , f). Da der Prismenwinkel (p, festgelegt durch die materielle Ausführung des V-Prismas, gegeben und bekannt ist, genügt es, den Winkel y nach irgendeinem genauen Verfahren zu messen, um aus der angegebenen Beziehung unmittelbar den gesuchten Kegelwinkela berechnen zu können. Für kleine Kegelwinkel bis zu 200 besteht dabei eine fast lineare Beziehung zwischen ex und y.
Die Berührung des Kegels mit dem V-Prisma erfolgt in zwei zur Ebene Z-Z'symmetrischen, durch die Kegelspitze S gehenden Geraden. Es ist deshalb zulässig, in bekannter Weise das V-Prisma durch zwei in einem bestimmten Abstand durch einen Rahmen starr miteinander verbundene V-förmige Ausschnitte aufweisende Reiter mit gleichem Öffnungswinkel zu ersetzen.
Die Messung des Winkels y erfolgt, wie an sich bekannt, mittels eines um eine senkrecht zur Symmetrieebene Z - Z' stehende Achse frei schwenkbaren Messkörpers, der sich an die Mantellinie M - S des Kegels anlegt.
Die Erfindung bezieht sich demnach auf ein KegelmessgerÅat mit einem an den zu messenden Kegeldorn anlegbaren, einen geraden V-förmigen Ausschnitt unveränderlichen Öffnunswinkels aufweisenden, vorzugsweise aus zwei Reitern gebildeten Aufsatz und einem um eine zur Symmetrieebene dieses Ausschnittes senkrechte Achse schwenkbaren, den zu messenden Kegeldorn in Punkten, welche der in der Symmetrieebene liegenden Erzeugenden angehören, berührenden Messkörper, wobei zum Ausgleich der verschiedenen Durchmesser der zu messenden Kegeldorne die Schwenkachse des Messkörpers in zu ihr senkrechten Richtungen beweglich und ferner eine Messeinrichtung vorgesehen ist, welche die Abweichung der Neigung des Messkörpers von einem Sollwert misst.
Die Erfindung bezweckt, die Messgenauigkeit des Messgerätes zu erhöhen, was dadurch erzielt wird, dass der Messkörper an der dem Aufsatz zugewendetenSeite einen Planspiegel aufweist und der Aufsatz mit einem Autokollimations-Fernrohr versehen ist, wobei bei einer dem Sollwert des zu messenden Kegels entsprechendenLage des Messkörpers die Normale auf den Planspiegel und die Achse des Fernrohres gleiche Richtung aufweisen.
Um den Sollwert einstellen zu können, ist entweder der Spiegel gegenüber den an den zu messenden Kegel anliegenden Teilen des Messkörpers oder das Fernrohr gegenüber dem Aufsatz ein-und feststellbar um eine zur Symmetrieebene senkrechte Achse schwenkbar.
Da in der Technik meist einige wenige Kegelneigungen vorgeschrieben sine, besteht eine sehr einfache Möglichkeit der Anpassung des Gerätes an verschiedene Kegelwinkel dadurch, dass der Messkörper mit zwei Abstand voneinander aufweisenden, senkrecht zurSymmetrieebene stehenden Messschneiden ausgestattet ist, von denen die eine gegen Messschneiden anderer Höhe austauschbar ist.
Der Gegenstand der Erfindung ist in der Zeichnung in mehreren Ausführungsbeispielen schematisch dargestellt. Es zeigen die Fig. 3 und 4 ein Gerät mit optischer Messeinrichtung in den Schnitten nach den LinienIII-III der Fig. 4 und IV - IV der Fig. 3, Fig. 5 dae zugehörige Sehfeld, Fig. 6 ein Gerät mit starrem Autokollimations-Fernrohr und Fig. 7 ein Gerät mit schwenkbarem Fernrohr, bei dem die Kegelneigung mittels Parallelendmassen einstellbar ist.
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel wird zur Messung des Kegelwinkels ein Teilkreis benützt. Die beiden Reiter 1 und 1' mit der gemeinsamen Kante K-K'ihrer V-förmigen Ausschnitte sind durch einen Rahmen 2 zu einem Aufsatz 2'starr miteinander verbunden, innerhalb dessen ein Messkörper 3 durch zwei
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Lenker 4 und 4'mit dem Rahmen 2 derart gelenkig verbunden ist, dass die beiden Schneiden 5 und 5' des Messkörpers immer senkrecht zu der durch die Prismenkante K-K* gehenden Symmetrieebene der V-förmigen Ausschnitte bleiben, wenn sich der Messkörper mit seinen Schneiden an den zu messenden Kegel A anlegt. Das Anlegen des Messkörpers kann dabei entweder durch sein eigenes Gewicht oder mittels Federkraft erfolgen.
Mit dem Messkörper 3 fest verbunden ist ein Planspiegel 6.
Ein Autokollimations-FE'rnrohr 7 ist mittels Zapfen 8 und 8'um eine zu den Schneiden 5, 5'parallele Achse schwenkbar. Die Schwenkung gegenüber dem Aufsatz 2'wird an einem mit dem Rahmen fest ver-. bundenenGlas-Teilkreis 9 abgelesen. Dazu wird die Teilung des Kreises mit Hilfe von Prisma 10, Objektiv 11 und Prisma 12 vergrössert auf eine Strichplatte 13 des Fernrohres abgebildet. Zur Einstellung der gewünschten Teilstriche trägt diese Strichplatte einen festen Doppelstrich. Die Ablesung des Kreises erfolgt in der unteren Hälfte des Sehfeldes, wie in Fig. 5 dargestellt. Teilung und Beschriftung des Teilkreises erfolgen vorteilhaft so, dass an ihm nicht der Winkel y, sondern unmittelbar der gesuchte Kegelwinkel a oder der Wert 1 : k abgelesen werden kann.
Das Autokollimations-Fernrohr 7 enthält weiter in bekannter Art auf einem Prisma 14 eine von aussen beleuchtete Strichmarke. Diese wird durch das Objektiv 15 de3 Fernrohres ins Unendliche abgebildet, am Planspiegel 6 reflektiert und schliesslich vom Objektiv 15 auf der Strichplatte 13 abgebildet.
Wenn die Fernrohrachse parallel zur Spiegelnormalen steht, fällt das Bild der Strichmarke auf den im oberen Teil des Sehfeldes angeordneten Nullstrich einer Teilung. Geringe Neigungsunterschiedekönnen an dieser Teilung nach Vorzeichen und Grösse abgelesen werden.
Das Gerät wird in folgender Weise benützt. Wenn ein Kegel mit einer bestimmten Kegelneigung herzustellen ist, dann wird das Autokollimations-Fernrohr um die Zapfen 8-8'in jene Lage geschwenkt, bei der in der unteren Hälfte des Sehfeldes der Teilstrich mit dem gewünschten Wert des Kegelwinkels genau in der Mitte des Doppelstriches steht, und in dieser Stellung festgeklemmt. Wird nun das Gerät mit den Reitern an den zu messenden Kegeldorn angelegt, dann legt sich auch der Messkörper mit den beiden Schneiden an den Kegeldorn an und an der Skala im oberen Teil des Sehfeldes ist unmittelbar die Diffe- renz"Istwert minus Sollwert" nachGrösse und Vorzeichen abzulesen. An dieser Skala kann auch unmittelbar abgelesen werden, ob der Kegelwinkel innerhalb der Toleranz liegt.
Soll der Kegelwinkel oder die Kegelneigung gemessen werden, so wird das Gerät auf den Kegeldorn aufgesetzt und das Fernrohr so lange um die Zapfen 8, 8' geschwenkt, bis im oberen Teil des Sehfeldes der auf der Strichplatte 13 abgebildete Teilstrich genau mit der Marke "Null" der Skala übereinstimmt.
Hierauf kann im unteren Teil des Sehfeldes am Doppelstrich der tatsächliche Kegelwinkel oder der wirkliche Wert 1 : k abgelesen werden.
Die Kontrolle der genauen Justierung des Gerätes kann in einfacher Weise durch Anlegen an einen
Zylinder von beliebigem Radius erfolgen, der hier als ein Kegeldom mit dem Kegelwinkel Null angese- hen wird.
Zur Steigerung der Ablesegenauigkeit können alle bekannten Messhilfen, wie bewegliche, mit Mess- schrauben zu betätigende Strichmarken, Hilfsteilungen u. dgl. verwendet werden.
Ferner kann das Autokollimations-Fernrohr durch einen der bekannten optischen Multiplikatoren ersetzt werden, wobei das aus dem Kollimator austretende Strahlenbündel am beweglichen Spiegel 6 mehr- mals reflektiert wird. Schliesslich ist es möglich, die subjektive Abbildung mit Hilfe eines Okulars durch die objektive Projektion der Strichplatte auf einen Schirm oder eine Mattscheibe zu ersetzen.
Die in der Technik verwendeten Kegelwinkel sind genormt, weshalb praktisch nur eine kleine Reihe von Werten des Kegelwinkels öfter vorkommen. Das legt eine Ausführungsform nahe, bei der auf einen
Teilkreis verzichtet und statt dessen eineReihe von vorbereiteten Endmassen benützt wird. Die Fig. 6 zeigt eine solche Anordnung. Das Autokollimations-Fernrohr 7 ist starr mit dem Aufsatz 2'verbunden.
Die eine der beiden Schneiden des Messkörpers 3 ist hier als auswechselbares Endmass 16 ausgebildet, dessen Höhe so berechnet ist, dass beim Anlegen des Gerätes an den Kegel die Neigung der Spiegelnormalen gegen die
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teile der Normalkegel werden durch diese Endmasse keineswegs wieder eingeführt, weil für jeden genormten Kegelwinkel nur ein einziges Endmass notwendig ist, während ein Normalkegel immer nur für einen kleinen Durchmesserbereich verwendbar ist.
Fig. 7 zeigt eine dritte Bauart, bei der auf die Verwendung besonderer vorbereiteter Endmasse verzichtet wird und statt dessen eine aus den üblichen Endmassen aufzubauende Endmasskombination zur Win-
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kelmessung in der bekanntenArt einesSinuslineals verwendet wird. Das Autokollimations-Fernrohr ist um eine zurSymmetrieebene senkrechte Achse 18 schwenkbar. Die Endmasskombination 19 liegt auf einer fest mit dem Aufsatz 2'verbundenen Auflage 20. Durch eine Zugfeder 21 wird eine mit dem Fernrohr verbundeneRolle 22 gegen dit Endmasskombination 19 gedrückt.
Die Höhe der Endmasskombination ist so zu wählen, dass der Winkel zwischen der Fernrohrachse und der Normalen zur Prismenkante K-K'gleich dem Winkel y ist, dessen Wert für jeden Kegelwinkela aus der eingangs erwähnten Gleichung zu berechnen ist. Die Ausführung des Fernrohres und das Sehfeld sind gleich wie bei der Ausführungsform nach Fig. 6.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. So könnte z. B. der Spiegel 6 gegenüber dem Messkörper verschwenkbar ausgestaltet sein. Ebenso kann an die Stelle der Schneiden 5,5', 16, wie an sich bekannt, ein Lineal treten, dessen Winkelige zum Messkörper einstellbar oder das gegen andere keilförmige Lineale mit ändern Keilwinkeln austauschbar ist. Ferner können die beiden Reiter durch ein Prisma ersetzt werden, das eine Aussparung für den Messkörper und ein Fenster für den Durchgang der zum Spiegel geleiteten und von diesem zurückgeworfenen Lichtstrahlen auf- weist. 0
PATEN ! ANSPRÜCHE :
1.
Kegelmessgerät mit einem an den zu messendenKegeldorn anlegbaren, einen geradenV-förmigen Ausschnitt unveränderlichen Öffnungswinkels aufweisenden, vorzugsweise aus zwei Reitern gebildeten Aufsatz und einem um eine zur Symmetrieebene dieses Ausschnittes senkrechte Achse schwenkbaren, den zu messenden Kegeldorn in Punkten, welche der in der Symmetrieebene liegenden Erzeugenden angehören, berührenden Messkörper, wobei zum Ausgleich der verschiedenen Durchmesser der zu messenden Kegeldorne die Schwenkachse des Messkörpers in zu ihr senkrechten Richtungen beweglich und ferner eine Messeinrichtung vorgesehen ist, welche die Abweichung der Neigung des Messkörpers von einem Sollwert misst, dadurch gekennzeichnet, dass der Messkörper (3) an der dem Aufsatz (2') zugewendeten Seite einen Planspiegel (6)
aufweist und der Aufsatz mit einem Autokollimations-Fernrohr (7) versehen ist, wobei bei einer dem Sollwert des zu messenden Kegels entsprechenden Lage des Messkörpers die Normale auf den Planspiegel und die Achse des Fernrohres gleiche Richtung aufweisen.