-
Die
Erfindung betrifft eine Messvorrichtung zum Messen des Kegelwinkels
eines Innenkonus.
-
Bei
der Fertigung von unterschiedlichsten Werkstücken sowohl von Hand als auch
maschinell oder automatisiert müssen
immer wieder Innenkonen ausgebildet, typischerweise gebohrt werden.
In der Regel müssen
derartige Innenkonen vorbestimmte Kegelwinkel einhalten oder zumindest
innerhalb eines gewissen Toleranzbereiches liegen, um für den jeweils
vorbestimmten Einsatzzweck brauchbar zu sein.
-
Aufgabe
der Erfindung ist es eine Messvorrichtung zum Messen des Kegelwinkels
eines Innenkonus bereit zu stellen, welche mit einfachen und wenigen
Einzelkomponenten eine zuverlässige
und schnelle und folglich effiziente Messung bietet.
-
Die
erfindungsgemäße Lösung der
Aufgabe ist durch eine Messvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs
1.
-
Vorteilhafte
und/oder bevorzugte Ausbildungsformen und Weiterbildungen sind Gegenstand der
Unteransprüche.
-
Die
Erfindung sieht demgemäß zum Messen des
Kegelwinkels eines Innenkonus eine Messvorrichtung vor, welche einen
ersten und einen zweiten Grundkörper
besitzt, die entlang einer gemeinsamen Achse angeordnet sind, wobei
jeder der beiden Grundkörper
einen ringförmigen
Anlagebereich mit einem senkrecht zur gemeinsamen Achse sich erstreckenden
Durchmesser besitzt, wobei die Mittelpunkte dieser beiden Durchmesser
koaxial zueinander ausgerichtet sind und der Durchmesser des ringförmigen Anlagebereichs
des ersten Grundkörpers größer ist
als der Durchmesser des ringförmigen
Anlagebereichs des zweiten Grundkörpers, und wobei der erste
und der zweite Grundkörper
koaxial zueinander beweglich sind, derart, dass die Anlagebereiche
an der Innenwand eines Innenkonus zur Anlage zu kommen können, dessen
größter Durchmesser größer ist
als der Durchmesser des ringförmigen
Anlagebereichs des ersten Grundkörpers
und dessen kleinster Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser
des ringförmigen
Anlagebereichs des zweiten Grundkörpers. Die Messvorrichtung
besitzt ferner eine Recheneinrichtung, welche über den axialen Abstand zwischen
den beiden ringförmigen
Anlagebereichen und das bekannte Durchmesserverhältniss der beiden ringförmigen Anlagebereiche
einen Kegelwinkel berechnet.
-
Ein
wesentlicher Vorteil liegt somit darin, dass über den axialen Abstand zwischen
den beiden ringförmigen
Anlagebereichen aufgrund des bekannten Durchmesserverhältnisses
der beiden ringförmigen
Anlagebereiche der erfindungsgemäßen Messvorrichtung
ein Maß bereitgestellt
wird, das in fester und eindeutiger Beziehung zum zu messenden Kegelwinkel
steht, so dass dieser auf einfache und genaue Weise bestimmt werden
kann.
-
Um
auch bei einem Anliegen der Anlagebereiche für den Fall, dass die gemeinsame
Achse schräg
zur Drehachse des Innenkonus, dessen Kegelwinkel zu messen ist,
ausgerichtet ist, zu gewährleisten,
dass die Messung des Kegelwinkels stets präzise und genau ist, schlägt die Erfindung
in besonders zweckmäßiger Weiterbildung
vor, jeden der Anlagebereiche mit einer entlang der gemeinsamen Achse
gekrümmten
und in Umfangsrichtung der Anlagebereiche umlaufende Anlagefläche auszubilden, die
in Bezug auf die gemeinsame Achse convex ist und wobei die Krümmung jeweils
den selben Radius besitzt.
-
Durch
eine solche in Umfangsrichtung der Anlagebereiche umlaufende convexe
Krümmungsfläche ist
auf einfachste Weise sichergestellt, dass ein axialer Fehler durch
ungenaue Ausrichtung der gemeinsamen Achse mit der Drehachse des
Innenkonus ausgeglichen wird, da sich durch die umlaufenden Krümmungsflächen beider
Anlagebereiche diese im Sinne der Abstandsmessung gleich verhalten.
-
Die
Messvorrichtung gemäß Erfindung
ist somit ein selbstzentrierendes, mit hoher Genauigkeit anzeigendes
Messgerät,
welches sich zum Erkennen von Winkelabweichungen von Innenkonen
in der Serienmessung mit Hand direkt an der Maschine aber auch zum
Einbau in komplexeren Messsystemen und Automaten eignet. Der hierdurch
bewirkte breite Einsatzbereich und die einfache Handhabung bei gleichzeitig
höchster
Präzision
und robuster Ausführung
führen
auch zu hoher Wirtschaftlichkeit der erfindungsgemäßen Messvorrichtung.
-
Zweckmäßigerweise
besitzt der erste Grundkörper
eine koaxial ausgerichtete Durchgangsöffnung und der zweite Grundkörper einen
koaxial ausgerichteten Führungsbolzen,
der in der Durchgangsöffnung
axial verschiebbar aufgenommen ist und den zweiten Grundkörper entsprechend
axial führt.
-
In
einer besonders einfachen Ausführungsform
kann als Recheneinrichtung auf dem Führungsbolzen eine Rechenskala
zur direkten Anzeige von Kegelwinkeln ausgebildet sein, welche eine Änderung
des Abstandes zwischen den Anlagebereichen anhand einer jeweiligen
Längenänderung
eines außerhalb
der Durchgangsöffnung
befindlichen Abschnitts des Führungsbolzens
in Folge einer axialen Verschiebung des Führungsbolzens in einen entsprechenden
Kegelwinkel umsetzt und somit direkt anzeigt.
-
Alternative
zweckmäßige und
je nach Anwendungsbereich besonders bevorzugte Ausführungsformen
sehen eine Recheneinrichtung mit einem Sensor oder einem Messtaster
vor, wobei der Sensor oder der Messtaster eine Änderung des Abstandes zwischen
den Anlagebereichen über
eine hierdurch bewirkte axiale Verschiebung des Führungsbolzens
zunächst
erfasst und anschließend
einen erfassten Wert an ein Auswerteeinheit übergibt, die diesen in einen
entsprechenden Kegelwinkel umrechnet und anzeigt.
-
Als
Sensor eignet sich somit insbesondere ein Drucksensor oder Abstandssensor
und/oder ein Längensensor
zur Erfassung einer jeweiligen Längenänderung
eines außerhalb
der Durchgangsöffnung befindlichen
Abschnitts des Führungsbolzens.
-
Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
gewährleistet
somit den Einsatz von Recheneinrichtungen vielfältigster Art, einschließlich einer
digitalen Messuhr bis hin zum Messtaster mit angeschlossener Auswerteeinheit,
wobei zusätzliche
Peripheriegeräte, welche
mit der Recheneinrichtung verbunden sind, statistische Messdatenauswertungen,
maßabhängige Maschinensteuerungen
und vieles mehr ermöglichen.
-
Eine
bevorzugte Ausbildungsform sieht ferner vor, dass der erste Grundkörper auf
einer in Bezug auf den zweiten Grundkörper entgegengesetzt blickenden
Seite eine Befestigungseinrichtung besitzt, die in ein Anschlussstück von einer
Seite kommend lösbar
einsetzbar ist, und die Recheneinrichtung einen Halter umfasst,
der mit dem Anschlusstück
von einer gegenüberliegenden
Seite kommend lösbar
verbindbar ist.
-
Dies
ermöglicht
eine äußerst effiziente
und bauteilsparende Umsetzung einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung
sowie ein flexibles Variieren unterschiedlicher Recheneinrichtung
mit unterschiedlichen Grundkörpern
allein durch jeweiliges Anpassen eines jeweils geeigneten Anschlussstückes.
-
Gemäß weiterer
bevorzugter Ausbildung ist ferner vorgesehen, dass der erfindungsgemäße Messvorrichtung
ein Satz von ersten und von zweiten miteinander kombinierbaren Grundkörpern zugeordnet
ist, so dass je nach zu vermessenden Innenkonen zwei Grundkörper mit
jeweils geeigneten Anlagebereichen für den Einsatz in der erfindungsgemäßen Vorrichtung
auswählbar
und einsetzbar sind.
-
Eine
Kalibrierung der Messvorrichtung erfolgt basierend auf den beiden
Durchmessern der ringförmigen
Anlagebereiche der beiden Grundkörper
durch Vorgabe des Radianten in der Recheneinrichtung.
-
Bevorzugte,
jedoch lediglich exemplarische Ausführungsformen der Erfindung
werden nachfolgend anhand der Figuren näher beschrieben. In den Figuren
zeigen:
-
1 eine
schematische Gesamtansicht einer Messvorrichtung nach der Erfindung,
-
2 eine
Ansicht eines ersten Grundkörpers
nach einer Ausführungsform
der Erfindung,
-
3 eine
Ansicht eines zweiten, mit dem ersten Grundkörper nach 2 kombinierbaren Grundkörpers,
-
4 eine
Ansicht von zwei kombinierten Grundkörpern, wobei der zweite Grundkörper axial verschiebbar
in dem ersten Grundkörper
geführt
ist,
-
5 eine
Ansicht eines Anschlussstückes, und
-
6 eine
Zeichnung betreffend die Kalibrierung einer Messvorrichtung nach
der Erfindung.
-
Nachfolgend
wird auf die Figuren Bezug genommen, welche nicht maßstabstreu
sind, und anhand an dieser bevorzugte jedoch lediglich exemplarische
Ausführungsformen
einer Messvorrichtung zum Messen des Kegelwinkels eines Innenkonus
beschrieben.
-
1 zeigt
eine schematische Gesamtansicht einer bevorzugten Messvorrichtung
zum Messen des Kegelwinkels eines Innenkonus nach der Erfindung.
Die Messvorrichtung besitzt einen ersten Grundkörper 100 und einen
zweiten Grundkörper 200.
-
Eine
detaillierte Ansicht eines ersten Grundkörpers 100 ist der 2 und
eine schematische Ansicht eines zweiten Grundkörpers 200, der mit
dem ersten Grundkörper 100 kombinierbar
ist, ist der 3 zu entnehmen. Ferner ist der 4 eine
detaillierte Ansicht von zwei kombinierten Grundkörpern 100 und 200,
wobei der zweite Grundkörper 200 axial verschiebbar
in dem ersten Grundkörper 100 geführt ist.
-
Wie
in den Figuren dargestellt, sind beide kombinierbaren Grundkörper 100 und 200 entlang
einer gemeinsamen Achse A angeordnet, wobei jeder der beiden Grundkörper einen
ringförmigen
Anlagebereich 101 bzw. 201 besitzt, mit einem
senkrecht zur gemeinsamen Achse sich erstreckenden Durchmesser d1
bzw. d2. Die Mittelpunkte dieser beiden Durchmesser sind koaxial
zueinander ausgerichtet und der Durchmesser d1 des ringförmigen Anlagebereichs 101 des
ersten Grundkörpers 100 ist
größer als
der Durchmesser d2 des ringförmigen
Anlagebereichs 201 des zweiten Grundkörpers 200.
-
Beide
Grundkörper 100 und 200 sind
in Bezug auf die Achse A koaxial zueinander beweglich. In Folge
dessen können
die Anlagebereiche 101 und 201 an der Innenwand
eines Innenkonus zur Anlage kommen, dessen größter Durchmesser dk1 größer ist,
als der Durchmesser d1 des ringförmigen
Anlagebereichs 101 des ersten Grundkörpers 100 und dessen
kleinster Durchmesser dk2 kleiner ist als der Durchmesser d2 des
ringförmigen
Anlagebereichs 201 des zweiten Grundkörpers 101, wie stark
abstrahiert in 6 zu sehen. Die Messvorrichtung
besitzt ferner eine Recheneinrichtung, welche über den axialen Abstand y (6)
zwischen den beiden ringförmigen
Anlagebereichen 101 und 201 und das bekannte Durchmesserverhältniss der
beiden ringförmigen
Anlagebereiche einen Kegelwinkel berechnet.
-
Wie
bei 6 dargestellt, bilden bei exakter Ausrichtung
der Messvorrichtung die gemeinsame Achse A und die Drehachse Ak
des Innenkonus, dessen Kegelwinkel zu messen ist, eine gemeinsame Achse,
d. h. A = Ak.
-
Um
auch bei einem Anliegen der Anlagebereiche für den Fall, dass die gemeinsame
Achse A schräg
zur Drehachse Ak des Innenkonus, dessen Kegelwinkel zu messen ist,
ausgerichtet ist, zu gewährleisten,
dass die Messung des Kegelwinkels stets präzise und genau ist, besitzt
jeder der Anlagebereiche 101 und 201 einen entlang
der gemeinsamen Achse A gekrümmten
und in Umfangsrichtung der Anlagebereiche umlaufende Anlagefläche 110 bzw. 210,
die in Bezug auf die gemeinsame Achse A convex ist und wobei der
Radius r1 und der Radius r2 identisch sind.
-
Durch
eine solche in Umfangsrichtung der Anlagebereiche umlaufende convexe
Krümmungsfläche ist
auf einfachste Weise sichergestellt, dass ein axialer Fehler durch
ungenaue Ausrichtung der gemeinsamen Achse mit der Drehachse des
Innenkonus ausgeglichen wird, da sich durch die umlaufenden Krümmungsflächen 110 und 210 beider
Anlagebereiche 101 und 201 diese Anlagebereiche
im Sinne der Abstandsmessung, d. h. der Messung des Abstandes y
gleich verhalten.
-
Zweckmäßigerweise
besitzt der erste Grundkörper
eine koaxial ausgerichtete Durchgangsöffnung 107 und der
zweite Grundkörper
einen koaxial ausgerichteten Führungsbolzen 250,
der in der Durchgangsöffnung
axial verschiebbar aufgenommen ist und den zweiten Grundkörper entsprechend axial
führt.
-
In
einer besonders einfachen Ausführungsform
kann als Recheneinrichtung auf dem Führungsbolzen 250 eine
nicht näher
dargestellte Rechenskala zur direkten Anzeige von Kegelwinkeln ausgebildet sein,
welche eine Änderung
des Abstandes zwischen den Anlagebereichen anhand einer jeweiligen
Längenänderung
eines außerhalb
der Durchgangsöffnung
befindlichen Abschnitts 255 des Führungsbolzens 250 in
Folge einer axialen Verschiebung des Führungsbolzens in einen entsprechenden
Kegelwinkel umsetzt und somit direkt anzeigt.
-
Alternative
zweckmäßige und
je nach Anwendungsbereich besonders bevorzugte Ausführungsformen
sehen eine Recheneinrichtung 500 mit einem nicht näher dargestellten
Sensor oder einem nicht näher
dargestellten Messtaster vor, wobei der Sensor oder der Messtaster
eine Änderung
des Abstandes zwischen den Anlagebereichen über eine hierdurch bewirkte
axiale Verschiebung des Führungsbolzens
zunächst
erfasst und anschließend
einen erfassten Wert an ein Auswerteeinheit übergibt, die diesen in einen
entsprechenden Kegelwinkel umrechnet und anzeigt. Als Sensor eignet
sich somit insbesondere ein Drucksensor oder Abstandssensor und/oder
ein Längensensor
zur Erfassung einer jeweiligen Längenänderung
eines außerhalb
der Durchgangsöffnung
befindlichen Abschnitts 255 des Führungsbolzens.
-
Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
gewährleistet
somit den Einsatz von Recheneinrichtungen vielfältigster Art, einschließlich einer
digitalen Messuhr bis hin zum Messtaster mit angeschlossener Auswerteeinheit,
wobei zusätzliche
Peripheriegeräte, welche
mit der Recheneinrichtung verbunden sind, statistische Messdatenauswertungen,
maßabhängige Maschinensteuerungen
und vieles mehr ermöglichen.
-
Eine
bevorzugte Ausbildungsform sieht ferner vor, dass der erste Grundkörper 100 auf
einer in Bezug auf den zweiten Grundkörper 200 entgegengesetzt
blickenden Seite eine Befestigungseinrichtung 105 besitzt,
die in ein Anschlussstück 300 (5)
von einer Seite 305 kommend lösbar einsetzbar ist, und die
Recheneinrichtung 500 einen Halter 400 umfasst,
der mit dem Anschlusstück 300 von
einer gegenüberliegenden
Seite 310 kommend lösbar verbindbar
ist.
-
In
den Figuren ist als Befestigungseinrichtung 105 beispielhaft
ein Innengewinde dargestellt, und am Anschlussstück 300 an der Seite 305 ein
entsprchendes Außengewinde.
An der gegenüberliegenden
Seite 310 des Anschlusstücks 300 ist wiederum
beispielsweise ein Außengewinde
dargestellt, welches mit einem entsprechenden, nicht näher dargestellten
Innengewinde des Halters 400 lösbar verbindbar ist. Das Anschlussstück 300 weist
eine im Durchmesser der Durchgangsöffnung 107 des ersten Grundkörpers 100 und
mit dieser koaxial ausgerichtete Durchgangsöffnung 307 auf.
-
Dies
ermöglicht
eine äußerst effiziente
und bauteilsparende Umsetzung einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung
sowie ein flexibles Variieren unterschiedlicher Recheneinrichtungen
mit unterschiedlichen Grundkörpern
allein durch jeweiliges Anpassen eines jeweils geeigneten Anschlussstückes.
-
Gemäß weiterer
bevorzugter Ausbildung ist ferner vorgesehen, dass der erfindungsgemäßen Messvorrichtung
ein Satz von ersten und von zweiten miteinander kombinierbaren Grundkörpern zugeordnet
ist, so dass je nach zu vermessenden Innenkonen zwei Grundkörper mit
jeweils geeigneten Anlagebereichen für den Einsatz in der erfindungsgemäßen Vorrichtung
auswählbar
und einsetzbar sind. Da dies basierend auf vorstehender Beschreibung
im Rahmen des Könnes
eines Fachmanns liegt, ist ein solcher Satz von miteinander kombinierbaren
Grundkörpern
nicht näher
dargestellt.
-
Eine
Kalibrierung der Messvorrichtung erfolgt basierend auf den beiden
Durchmessern d1 und d2 der ringförmigen
Anlagebereiche 101 bzw. 201 der beiden Grundkörper durch Vorgabe
des Radianten in der Recheneinrichtung, wie nachfolgend näher beschrieben.
-
Die
Außendurchmesser
d1 des ersten Grundkörpers 100 und
d2 des zweiten Grundkörpers 200 werden
je nach zu vermessendem Innenkonus angepasst, wobei im Falle von
gekrümmten
Anlageflächen
der Radius r1 am Durchmesser d1 des ersten Grundkörpers stets
dem Radius r2 am Durchmesser d2 des zweiten Grundkörpers entspricht.
-
Die
zuletzt beschriebene Ausführungsform einer
Messvorrichtung nach der Erfindung zum Messen des Kegelwinkels eines
Innenkonus bietet somit ein Kegelmessgerät, welches zweckmäßig eine
Recheneinrichtung 500 mit Anzeigeeinheit 510 mit
integrierter Tangensfunktion, einen ersten Grundkörper 100 (auch
als Kugelträger
bezeichnet), einen zweiten Grundkörper 200 (auch als
Kugeltaster bezeichnet) sowie ein Anschlussstück 300 und einen Halter 400 besitzt.
Der erste Grundkörper 100 wird
mit dem Anschlussstück 300 verbunden,
der als dessen Aufnahme dient. Im als Aufnahme dienenden Grundkörper 100 wird
der zweite Grundkörper 200 geführt. Das Anschlussstück 300 wiederum
wird in den Halter 400 eingeführt, der mit der Anzeigeeinheit 510 verbunden ist.
In dieser ist zur Kalibrierung der Radiant hinterlegt, der auf den
Durchmessern d1 und d2 der Anlagebereiche beider Grundkörper basiert.
-
Zwischen
Halter und Anzeigeeinheit ist ferner z. B. ein nicht dargestellter
Messtaster integriert, der eine Abstandsänderung y der beiden Grundkörper über eine
Längenänderung
des Anzeigeabschnitts 255 aufnimmt und diese an die Anzeigeeinheit 510 weitergibt,
in welcher mittels des dort hinterlegten Radianten eine Umrechnung
in einen entsprechenden Kegelwinkel erfolgt. Aufgrund der gleichen Radien
r1 und r2 an den Anlagebereichen bzw. Kontaktpunkten zum Innenkonus
wird ein axialer Fehler, der beispielsweise bei einer Handmessung
entstehen kann, ausgeglichen, so dass sich durch die beiden Radien
r1 und r2 der Durchmesser d1 und d2 beide Kontaktpunkte bzw. Anlagebereiche
im Sinne der über
die Abstandsänderung
erfolgten Tiefenmessung gleich verhalten.
-
Zum
Einstellen der erfindungsgemäßen Messvorrichtung
muss lediglich ein Radiant basierend auf den beiden Durchmessern
d1 und d2 hinterlegt werden. Die Umrechnung erfolgt gemäß 6 nach: α/2
= arctan x/y,wobei α den
Winkel in Grad (°)
wiedergibt,
x sich nach der Formel:
(d1 – d2)/2
basierend auf den eingesetzten Grundkörpern ergibt und
y der
axiale Abstand der beiden Grundkörpern
im Innern eines zu vermessenden Innenkonus ist.
-
Über den
axialen Abstand zwischen den beiden ringförmigen Anlagebereichen kann
somit aufgrund des bekannten Durchmesserverhältnisses d1 zu d2 der beiden
ringförmigen
Anlagebereiche der erfindungsgemäßen Messvorrichtung
ein Maß bereitgestellt
werden, das in fester und eindeutiger Beziehung zum zu messenden
Kegelwinkel steht, so dass dieser auf einfache und genaue Weise
bestimmt werden kann.
-
Die
Messvorrichtung zum Messen des Kegelwinkels eines Innenkonus ist
somit ein selbstzentrierendes, anzeigendes Messgerät mit hoher
Genauigkeit und eignet sich zum Erkennen von Winkelabweichungen
von Innenkonen in der Serienmessung mit Hand direkt an der Maschine
aber auch zum Einbauen in Messsystemen und Automaten. Der breite
Einsatzbereich und die einfach Handhabung bei gleichzeitig höchster Präzision und
robuster Ausführung
zeigen die hieraus resultierende Wirtschaftlichkeit. Als Anzeigeeinheit
kann bereits ein Anzeigeabschnitt des zweiten Grundkörpers verwendet
werden und darüber
hinaus digitale Messuhren bis zu Messtaster mit angeschlossenem
Auswertegerät
frei gewählt
werden. Peripheriegeräte
ermöglichen
statistische Messdatenauswertungen, maßabhängige Maschinensteuerungen
und vieles mehr.