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EINRICHTUNG ZUR MESSUNG DES FLANKENDURCHMESSERS VON GEWINDEN Die vorliegende
Erfindung bezieht sich auf. pneumatische Einrichtungen zur kontaktlosen Messung
des Flankendurchmessers und kann Anwendung in verschiedenen Maschinenbauzweigen
mit verschiedenem Automatisierungsgrad finden.
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Pneumatische Meßeinrichtungen zur kontaktlosen Messung des Flankendurchmessers
sind an sich bekannt (siehe beispielsweise das Buch von M.E. Kaznelson "Ismerenie
tugich resb" gepassten ("Messung von stramm @@ Gewinden" Moskau, 1957, in Russisch).
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-Die genannte Einrichtung enthält einen Halt er, dessen Gewinde das
gleiche Profil wie das des Prüflinge aufweist.
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Der Halt er enthält runde Meßdüsen mit geringem Bohrungsdurchmesser,
die
in der Flankenmitte eines seiner Gewindegange diametral zueinander liegen, sowie
einen Kanal für Druckluft zuführung zu den Meßdüsen.
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Die beschriebene Meßeinrichtung eignet sich für die Mes-Sung des
bezogenen Flankendurchmessers.
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Er wird durch Messung eines der Druckmittelparameter im Spalt zwischen
dem zu messenden und dem Haltergewinde bestimmt. Gemessen wird dabei in einem Punkt
an jeder Flanke eines Gewindeganges.
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Bei Gewindemessung en mit dieser Meßeinrichtung hängt des Meßergebnis
vom Steigungsfehler und Flankenwinkelfehler des gemessenen Gewindesab. Dabei geht
der Steigungsfehler ins MeJ3ergebnis völlig ein, da die Messung an beiden Seiten
der Gewindeachse nur an einer Gewindespitze durchgeführt wird. Der Einfluß des Flankenwinkelfehlers
hangt von der Lage der Meßdüsen an den Gewindeflanken ab.
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Aus diesem Grunde eignet sich die beschriebene Meßeinricheigentlichen
tung nicht zur Messung des Flankendurchmessers. Dies ist aber insofern wichtig,
als eben der Flankendurchmesser einer der wichtigsten Gewindeparameters ist, besonders
bei Gewinden mit strammer Passung (Preßsitz).
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Der Erfindung liegt soeit die Aufgabe zugrunde, eine Meßeinrichtung
zur Messung des eigentlichen Flankendurohmessers von Bolzen- und Muttergewinden
anzugeben.
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Die gestellte 4rufgabe wird durch eine pneusatlsche Meßeinrichtung
zur kontaktlosen Messung des Flankendurchmessers mit
einem Düsenhalter
gelöst, der mit Gewinde gleichen Profils wie der Prufling versehen ist und zwei
au Gewindeflanken diametral gegenüberliegend angeordnete Meßdüsen für Druckmittelauslaß
in den Spalt zwischen dem gemessenen und dem Düsenhaltergewinde sowie einen Kanal
für Druckmittel zuführung zu den Meßdüsen besitzt. Nach der Erfindung werden die
Meßdüsen schlitz-förmig ausgebildet. Die Meßdüsen liegen in der einander gleichen
Achsebene des Gewindesvdiametral gegenüber und erstrecken sich in der Richtung der
Gewindeachse über mehrere Gewindegänge, wobei aber die betreffenden Flankenspitzen
nicht weg geschnitten sind. Ferner werden erfindungsgemäß in Radialrichtung bewegliche
Schieber auf den Meßdüsen zur Abdeckung des Spaltes zwischen dem Düsenhalter- und
Prüflingsgewinde im Bereich der Flankenspitzen des gemessenen Gewindes vorgesehen.
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Mit der angegebenen Meßeinrichtung läßt sich der Flankendurchmesser
sowohl von Bolzen- als auch von Muttergewinden mit einer hohen Genauigkeit messen.
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Die Messung des eigentlichen Flankendurchmessers mit der angegebenen
Meßeinrichtung ist nicht zeitraubend. Die Meßeinrichtung ist einfach in der Handhabung
und läßt die subjektiven Fehler des Beobachters völlig vermeiden.
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Da der Flankendurchmesser durch Messung der Spaltfläche zwischen
den Gewindeflanken des Prüflings und Meßdüsenhalters bestimmt wird, wirkt sich dersteigungsfehler
und der Fehler des Elankenwinkels nicht auf das Meßergebnis aus.
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Zum besseren Verständnis des Erfindungsgedankens werden nachstehend
einige Ausführungsbespiele mit Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher
beschrieben. Es zeigt Fig. 1 dte erfindungsgemäß ausgebildete Meßeinrichtung zur
Bestimmung des Flankendurchmessers von Muttergewinden; Fig. 2 den Schnitt II-II
der Fig. 1; Fig. 3 das Meßprinzip für den Flankendurchmessers eines Mutt ergewind
es; Fig. 4 den Schnitt IV-IV der Fig. 3; Fig. 5 die erfindungsgemäß ausgebildete
Meßeinrichtung zur Bestimmung des eigentlichen Flankendurchmessers von Bolzengewinden;
Fig.6 den Schnitt VI-VI der Fig. 5; Fig. 7 das Meßprinzip für den tatsächlichen
Flankendurchmesser eines Bolzengewindes; Fig. 8 den Schnitt VIII-VIII der Fig. 7;
Fig. 9 die Schaltung des pneumatischen Teiles der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung
zur Bestimmung des e igentl ichen Flankendurchmessers von Muttergewinden; Fig. 10
die Schaltung des pneumatischen Teiles der ero findungsgemäßen Meßeinrichtung zur
Bestimmung des tatsächlichen Flankendurchmessers von Bolzengewinden.
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Fig. 11 eine Schraubenverbindung mit gewährleistetem Spiel
in
schematischer Längsschnittdarstellung.
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Die nachstehende Beschreibung bezieht sich auf zwei Ausführungsbeispiele
der erfindungsgemäßenMeßeinrichtung zur Bestimmung des eigentlichen Flankendurchmessers
von Bolzen bzw. Muttergewinden, die Druckluft als Druekmittel benutzen.
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Die Meßeinrichtung zur Bestimmung des Flankendurchmessers von Muttergewinden
enthält zunächst einen außen geschnittenen Düsenhalter 1 in Form eines Düsendornes
1 mit Gewinde 2 und zentralem Kanal 3 für Druckluft zuführung zu den zwei diametral
gegenüberliegenden Meßdüsen 4, die in zwei Düseneinsätzen 5 ausgearbeitet sind.
Auf den Düseneinsätzen sitzen radial verschiebbare federbelastete Schieber 6.
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Der Flankendurchmesser des Gewindes 2 ist etwas kleiner gewählt als
der kleinste zulässige Flankendurchmesser des geprüften Gewindes 7 (Fig. 3), um
einen Spalt zwischen Geweizen 2 und 7 mit Gewähr zur Verfügung zu haben.
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In den Gewindeflanken des Düsendornes 1 (Fig. 1) sind Längsnuten
8 ausgearbeitet, Sie erstrecken sich über die ganze Gewindelänge parallel zur Düsendornachse
und dienen zur Luftableitung aus der Meßzone.
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Der Düsendorn 1 weist ferner eine Ringnut 9 (Fig. @) zur Aufnahme
der Schieber 6 auf.
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Die Düseneinsätze 5 werden von einer quer zum Düsendorn verlaufenden
oeffnung 10 aufgenommen und liegen diametral zueinander. Das Gewinde der Einsätze
5 wird zusammen mit dem Gewinde des Düsendornes 1 geschnitten, worauf man an ihren
Stirnseiten
11 die Bearbeitungszugabe entfernt, damit die geschnittene Fläche der Düseneinsätze
tiefer liegt als die geschnittene Fläche des Düsendornes.
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Die zwei in Düseneinsätzen 5 ausgearbeiteten Meßdüsen 4 liegen in
der gleichen Achsebene gegeneinander und entlang der Gewindeachse.
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Die Meßdüsen 4 haben einen rechteckigen Durchgangsquerschnitt und
erstrecken sich über mehrere Gewindegänge, wobei weg, die Flankenspitzen 12 des
Gewindes 2 nicht geschnitten sind.
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Die übriggebliebenen Stege an den Flankenspitzen 12 lassen aus dem
MeBergebnis die Spaltflächen im Bereich des Flankengrundes des geprüften Gewindes
ausschließen.
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Die Druckluft wird den Meßdüsen 4 durch Kanäle 13 mit den rechteckigem
Querschnit:t in Düseneinsätzen 5 zugeleitet, Die zwei Schieber 6 lassen aus dem
Meßergebnis die Spalt-Flankenspitzen flächen an den @ des gemessenen Gewindes ausschließen.
Sie stellen zwei iialbringe mit Ausschaitten dar, die ihre Orientiorung gegenüber
den flüseneinsätzen erleichtern. Zwei Blattfedern 14 spreizen die Schieber in der
Radialrichtung auseinander.
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Die Messung des eigentlichen Flankendurchmessers eines Muttergewindes
mit der beschriebenen Meßeinrichtung vollzieht sich folgenderweise.
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Man schraubt die Meßeinrichtung in die Gewindebohrung des Prüflinges
ein. Die Blattfedern 14 drücken dabei die Schieber
t (Fig. 3,4)
an die Flankenspitzen des zu messenden Gewindes 7 an Jetzt öffnet man den Druckluftzutritt
aus dem pneumatischen Teil der Meßeinrichtung0 Die Druckluft strömt durch den zentralen
Kanal 3 (Fig. 1) des Düsendornes den Meßdüsen 4 zu und tritt durch diese in.den
Spalt zwischen den Gewindeflanken der Düseneinsätze 5 und des Prüflings. Die Stege
an den Gewindespitzen 12 schirmen dabei die Spalte im Bereich der Außendurchmesser
des gemessenen Gewindes ab, während die Spalte am Innendurchmesser von den Schiebern
6 abgedeckt werden.
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Das Ergebnis der Messung der Spaltflächen zwischen den Gewindeflanken
15 wird an der vorgeeichten Skala des Gebers der Meßeinrichtung direkt als tatsächlicher
eigentlicher Flankendurchmesser des gemessenen Gewindes 7 abgelesen.
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Die Meßeinrichtung kann man während der Messung auf dem Gewinde 7
bewegen und damit den Flankendurchmesser auf beliebiger Länge messen.
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Die Meßeinrichtung zur Bestimmung des eigentlichen Flankendurchmessers
von Bolzengewinden besitzt ebenfalls zunächst einen Düsendorn 16 (Fig. 5) in Form
eines Düsenringes mit Zentralbohrung 17, die mit Gewinde 18 versehen ist.
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In den Öffnungen 19 des Düsenringes 16 sind Düseneinsätze 20 mit
Meßdüsen 21 eingesstzt. Auf den Düseneinsätzen sind feder/belastete Schieber 22
beweglich in der Radialrichtung angeordnet-.
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Der Flankendurchmesser des Düsenringgewindes 18 ist etwas
größer
als der maximal zulässige Flankendurchmesser des gemessenen Gewindes, damit ein
Spalt zwischen Düsenringgewinde 18 und Prüflingsgewinde 23 (Fig. 7) mit Gewähr verbleibt.
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Auf der geschnittenen Fläche des Düsenringes sind Langsnuten 24 und
eine Ringnut 25 zur Luftableitung aus der Meßzone vorgeßehen. Die Längsnuten erstrecken
sich über alle Gänge des Düsenringgewindes, während die Ringnut sich etwa in der
Düsenringmitte befindet.
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Die diametral gegenüberliegenden Offnungen 19 münden in die Ringnut
25 aus dnd verlaufen quer zur Achse des Düsenringgewindes 18. Das Gewinde der Düseneinsätze
20 wird zusammen mit dem Gewinde 18 des Düsenringes geschnitten und darauf durch
Unterlegen etwas stärkerer Scheiben 26 gegenüber dem Halterringgewinde versenkt.
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Die in den Düseneinsätzen 20 ausgearbeiteten Meßdüsen 21 liegen in
der gleichen Achsebene des Düsenringes gegeneinander.
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Sie werden von je einem Schlitz mit rechteckigem Querschnitt gebildet,
der nicht bis an die Flankenspitzen 27 reicht und dessen Länge sich über mehrere
Gewindegänge erstreckt.
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Die Stege an den Gewindespitzen 27 lassen aus dem Meßergebnis die
Spaltflächen am Kerndurchmesser des zu messendenden Gewindes 23 ausschließen.
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Die Druckluft wird den Meßdüsen 21 durch Kanäle 28 mit rechteckigem
Querschnitt in den Einsätzen 20 zugeleitet.
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Die zwei Schieber 22 lassen aus dem Meßergebnis die Spaltflachen
am Außendurchmesser des gemessenen Gewindes ausschließen.
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Sie stellen je einen abgestuften Zylinder. dar und werden von den
in Radialrichtung wirkenden Druckfedern 29 belasten, die andererseits an den Düseneinsätzen
20 angreifen Der Düsenring 16 wird komplett mit Düseneinsätzen 20t Schiebern 22
und DruckSedern 29 im Gehäuse 30 untergebracht, das mit einem Anschluß 31 und einer
Ringnut 32 für Druckluftzuführung zu den Meßdüsen 21 versehen ist.
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Die Messung des Flankendurchmessers von Bolzengewinden mit der oben
beschriebenen Meßeinrichtung geschieht wie folgt.
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Man schraubt den Prüfling 23 in die Gewindebohrung 17 (Fig. 5) der
Meßeinrichtung ein, wihrend die Schieber 22 durch Luftdruck angehoben werden. Die
hierzu erforderliche Druckluft wird durch die Leitung 44 (Fig.lO) und Anschlüsse
33 (Fig. 5) in Umgehung des pneumatischen Meßsystems zugeleitet0 Nachdem der Prüfling
23 (Fig.7) in die richtige Lage eingedreht ist, schaltet man die Druckluft zuführung
für Schieber 22 ab. Diese stoßen dann, gegen die Flankenspitzen des zu messenden
Gewindes 23 (Fig.8). Gleichzeitig schaltet man die Druckluft zuführung zu den Meßdüsen
21 ein. Die Druckluft tritt durch die Meßdüsen in den Spalt zwischen den Gewindeflanken
34 des Prüflinges 23 und der Düseneinsätze 20 aus.
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Die Stege an den Gewindespitzen 27 schließen dabei die Spaltflächen
am Kerndurchmesser des gemessenen Gewinde 23 und die Schieber 22 die Spaltflächen
am Außendurchmesser des geb messenen Gewindes 23 aus den Meßergenis aus.
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Das Ergebnis der Spaltflächenmessung zwischen den Gewindeflanken
34
wird an der vorgeeichten Skala des Gebers der Meßeinrichtung direkt als der tatsächliche
eigentliche Flankendurchmesser abgelesen.
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Während der Messung kann man den Prüfling 23 im Düsenhalt er verschieben
um sein Gewinde auf jeder gewünschten Länge zu messen Die Meßeinrichtung 39 (Fig.
9) zur Bestimmung des eigentlichen Flankendurchmessers von Muttergewinden gehört
zu einem pneumatischen Meßsystem das sich aus einem Feuchtigkeitsabscheider 35,
einem Druckkonstanthalter 36 mit Filter,einem Präzisionsmanometer 3? und einem pneumatischen
Geber 38 zusammensetzt.
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Die Meßeinrichtung 45 (Fig.10) zur Bestimmung des eigen. tlichen
Flankendurchmessers von Bolzengewinden gehört zu einem pneumatischen Meßsystem,
das ebenfalls aus einem Feuchtigkeitsabscheider, einem Druckkonstanthalter 41 mit
Filter, einem Präzisionsmanometer 42 und einem pneumatischen Geber 43 besteht. Hier
ist aber noch eine Druckluftleitung 44 vorgesehen, die die Druckluft zuführung zu
dem Schiebern 45 in Umgebung des pneumatischen Meßsystems ermöglicht.
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Die Abhängigkeit zwischen dem eigentlichen Flankendurchmesser und
der Spaltfläche zwischen den Gewindeflanken des Prüflinges und Düsenringes bzw.
-dornes ist aus Fig. 11 verständlich, Darin ist ein Achsschnitt einer Gewindeverbindung
dargestellt. Liegt ein Spalt in der Gewlndeverbindung mit Sicherheit vor, so läßt
sich sein Wert in einem quer
zur Gewindeachse liegenden Schnitt
XI-XI als Differenz # = dM - dB bestimmen.
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Darin bezeichnen b - den Gesamtspalt in der Verbindung; d M - - den
eigentlichen Flankendurchmesser der Mutter 46; d B - den eigentlichen Flankendurehmesser
des Bolzens 47.
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Die Gesamtfläche des Spaltes F in der Achsebene der Gewindeverbindung
auf der Länge 1 ist gleich der Differenz F = F1 - F2 wo F1 der voh Muttergewindeflanken
begrenzte Teil des Achsschnittes mit der Länge t und F2 der Flächeninhalt des Bolzengewindeflanken
begrenzten Längsschnitteiles mit der Länge e sind.
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Die Fläche F2 läßt sich als Summe der Flächeninhalte von Parallelogrammen
abcd, befc, emnf, mkpn bestimmen. Die Grundlinie aller Parallelogramme ist gleich
lang wie der Bolzenflankendurchmesser dB während die Gesamthöhe aller Parallelogramme
der Länge 1 des betreffenden Gewindeabschnittes gleich ist. Damit ergibt sich F2
= d3 # In der gleichen Weise bekommt man für die Fläche F1 auf dem Gewindeabschnitt
1 den Ausdruck
F1 = dM. -# Die differenz dieser Flächen errechnet
sich zu F = F1 - F2 = # (dM- dB ) = #.# ; # # = F/# Der eigentliche Flankendurchmesser
des gemessenen Gewindes wird also von der Gesamtfläche des Spaltes zwischen dem
Lehr- und Präflingagewinde eindeutig abgebildet.
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In Fig,. 11 ist dreieckiges Gewinde dargestellt. In der Tat aber
wird es an den Flankenspitzen abgeflacht und am Flankengrund abgerundet. Daher sind
die Flächeninhalte der Spalte nur zwischen den Flanken des Lehr- und Prüflingsgewindes
für den Flankendurchmesser maßgebend, während die Spaltflächen im Bereich der ibfiachungen
und Abrundungen aus dem Meßergebnis ausgeschlossen werden sollen.
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Die vorstehend beschriebenen Meßeinrichtungen für Bolzen-und Muttergewinden
wurden bei Messungen des Flankendurchmessers des Gewindes M18 erprobt.
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Beispiel 1.
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Die Meßeinrichtung wurde für die Messung des eigentlichen Flankendurchmessers
an luttergewinden M18 bestimmt.
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Das zu messende Gewinde hatte folgende Maße Außendurchmesser d=18o
Kerndurchmesser d1=15,294+0,520 +0,200 Flankendurchmesser d2= 16,376+0,101 0
Steigung
S = 2,5 mm Flankenwinkel α/2=30° Das Grenzmaß für Einteilung der Gewinde in
Gruppen I und II lag bei 16, 426 mm.
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Die Daten des Düsendorngewindes waren folgende Flankendurchmesser
d2 =16,356-0,015 mm Steigungsfehler #s<0,005 mm Flankenwinkelfehler #</@ <9'
2 Außendurchmesser d =18 - 0,010 mm Kerndurchmesser d1= 15,470 - O,03 mm Die geschnittene
Fläche der Düseneinsätze lag um 0,01 mm unter der geschnittenen Fläche des Düsendornes.
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Die Meßdüsenbreite betrug 0,35+0,05mm und die Meßdüsenlänge 1,5 Windungen
bzw. 3,75 mm.
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Die nicht durchgeschnittene Steghöhe an den Flankenspitzen der Düseneinsätze
wurde zu 0,4-0,05 mm, gewählt, Die Düseneinsätze waren in der Meßzone 1,5-0,100
mm und die Arbeitskanten der Schieber 0,7 mm breit.
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Der Luftdruck im pneumatischen Teil der Meßeinrichtung betrug 2 bar
und der Skalenwert des Gebers 15 µm Die Eichung der Skala des Gebers erfolgte mit
Lehren, deren Maße den gewünschten Grenzmaßen der Gruppe entsprachen.
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Der maximale festgestellte Meßfehler bei Flankendurchmessermessung
war kleiner als 5
Beispiel 2.
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Die Meßeinrichtung wurde für Bestimmung des eigentlichen Flankendurchmessers
des Bolzengewindes M18 bestimmt.
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Die Daten des Prüflingsgewindes werden Außendurchmesser d = 18-0,170-0,450
Kerndurchmesser d1=15,294-0,164 0,445 mm Flankendurchmesser d2 = 16,376+0,196 +0,095
mm Steigung 5 = 2,5 mm Flankenwinkel </2 = 3o Das Grenzmaß für Einteilung der
Gewinde in die I und II Gruppe lag bei d2 =16,521 mm Das Düsenringgewinde hatte
folgende Maße Flankendurchmesser d2=16,590+0,015mm Steigung sfehler #s < 0,005
mm Elankenwinkelfehler # α/2 < 9' Außendurchmesser d =18+0,03 mm Kerndurchmesser
d1=15,144+0,01 mm Die geschnittene Fläche der Düseneinsätze lag um 0,01 mm tiefer
als dieselbe des Düsenringes. Die Düsenbreite betrug 0,35+0,05mm und die Düsenlänge
1,5 Windungen oder 3,75 mm.
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Die nicht durchgeschnittene Steghöhe an den Flankenspitzen der Düseneinsätze
wurde zu 0,4-0,05 mm und die Düseneinsatz -breite
in der Meßzone
zu 1,5-0,100 mm gewählt. Die Arbeitskanten der der Schieber waren 0,7 mm breit.
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Der Luftdruck H im pneumatischen Teil des der Meßeinrichtung betrug
etwa 2 bar und der Skalenwert des Gebers 1,5 µm.
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Das Geber wird mit Lehren geeicht, deren Maße den gewünschten Grenzmaßen
der Gruppen entsprechen.
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Der maximale festgestellte Meßfehler bei Messung des Flankendurchmessers
war kleiner als 5 r