DE2727758C3 - Mikrometerkopf für Innenmessungen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Mikrometerkopf für Innenmessungen nach dem Gattungsbegriff des Anspruchs 1, der zum Messen von Bohrungen, Saclduchern und von Innengewinden mechanischer Teile hoher Präzision dient

Es sind bereits derartige Mikrometerköpfe bekannt beispielsweise nach der CH-PS 2 23 716 oder der DE-AS 19 47271. Zur Messung von Sacklöchern müssen besondere Vorkehrungen getrofien werden; so besitzt das Innenmeßgerät nach US-PS 24 78 427 schrägstehende Tasten. Das beeinträchtigt aber bei Sacklöchern geringer Tiefe die Meßgenauigkeit infolge der unvermeidlichen geringfügigen Verwacklung der Tasten. In der AT-PS 2 39 555 wird vorgeschlagen, dieses Problem dadurch zu lösen, daß die Meßtasten zueinander in der Höhe versetzte Tastenstiele aufweisen, die einander überkreuzen können. Diese Lösung ist jedoch sehr aufwendig und von zweifelhaftem Erfolg.

Es läßt sich zeigen, daß die Verkantungsgefahr um so geringer ist, je größer der Scheitelwinkel des Konus gewählt wird. Dieser Winkel ist aber bei den bekannten Mikrometern dieser Art durch die Kcibung begrenzt, mit der die Meßtasten auf dem Konus gleiten.

Der im Hauptanspruch gekennzeichneten Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zu Grunde, einem Meßkonus mit großem Scheitelwinkel die Vorteile bezüglich Empfindlichkeit und niedrigem Anlegedruck der Tasten in Be/ug auf einen Konus mit kleinerem Scheitelwinkel zu vermitteln, ohne daß die Tasten sich verkanten könnsn.

Diese Aufgabe vird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Erfindungsgemäß ist also der Meßkonus mit einer spiralförmig auf dem Konus verlaufenden Rampe ausgestattet die eine im Querschnitt ein spitzwinkliges Dreieck bildende Rille darstellt. Die Berührungszone der Meßtasten stützt sich auf dem Boden dieser Rille ab. So kann der Scheitelwinkel des Konus groß gewählt werden, und trotzdem bildet die Berührungszone der Meßtasten einen kleinen Winkel gegenüber der Mikrometerachse, so daß der Reibungswiderstand nicht zu groß wird und die Gefahr einer Verkantung der Tasten verhindert werden kann.

Einige Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes werden nachfolgend an Hand der Zeichnung erläutert. Hierin zeigen

Fig, 1 und 2 schematische Darstellungen der bei den Meßtastern bekannter Art herrschenden Winkel- und Kräfteverhältnissen,

Fi g, 3 Und 4 schematische Teillängsschnitte verschie^ dener Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes,

F i g. 5 eine schematische Ansicht zur Veranschaulichung der Grundprinzipien der Erfindung,

F i g. 6 einen Axialschnitt einer anderen Ausführungsform und

Fig.7 einen teilweäsen Axialschnitt einer Variante eines Einzelteils der F i g. 6.

F i g. 1 veranschaulicht in übertriebener Weise einen an sich bekannten Meßkonus 9 und eine Meßtaste mit einem versetzten Taster 10, die in einem Gehäuse 11 angeordnet sind, das einen radialen Schiebeweg 12 aufweist, in welchem sich die Meßtaste verschiebt

Der Meßkonus 9 wird mit Hilfe eines nicht weiter dargestellten Drehzapfen? 13 mit Mikrometerschraube axial verschoben. Der gekröpfte Tasterkopf 10 ist für die Messung von Sacklöcbern bestimmt Unter der Wirkung des vom Drehzapfen 13 erzeugten Druckes verschiebt der Meßkonus 9 die Meßtaste und diese stützt sich gegen die Wandung des Sackloches ab, dies mit Hilfe ihres abgekröpften Tasterkopfes 10, der einer Reaktion Fi unterliegt, deren Aktionsünie in bezug auf die Achsfc der radialen Verschiebebahn 12 versetzt -st Ein funktionelles Spiel ist für die Montage der Meßtaste in der Verschiebebahn erforderlich. Diese versetzte Reaktion F, bewirkt eine Verschwenkung der Meßtaste, beispielsweise um den Stützpunkt O des vorderen Randes der radialen Verschiebebahn 12.

Wenn der Neigungswinkel α der Tasterbasis, der dem halben Winkel an der Konusspritze entspricht, genügend groß ist, greift die kreisförmige Verschwenkungslinie Γ mindestens eines Punktes N der geneigten Basis der Taste in den Konus ein. Dies ergibt sich aus dem einspringenden Winkel D, der durch die Tangente f gebildet ist, welche am Punkt N des durch die kreisförmige Verschwenkungslinie Tgebildeten Kreises geführt ist und als Zentrum den Punkt O hat, sowie aus der Berührungslinie der geneigten Basis der Taste mit dem Konus. Die Wand des Konus bildet auf dieser Berührungslinie einen Anschlag, der eine Verschwenkung der Taste verhindern soll. Dieser Anschlag ist um so wirksamer, je größer der Winkel an der Konusspitze und der Gleitwiderstand der Taste auf dem Konus, welcher der Verschwenkung ebenfalls entgegenwirkt, sind.

Dieser letztgenannte Effekt ist in der F i g. 2 veranschaulicht, in welcher die Taste '-0 um einen Punkt schwenkbar dargestellt ist, der den Verschwenkungspunkt O (Fig. 1) darstellt, in welchem die genannte Taste senkrecht verschiebbar ist, wenn deren Stützbasis auf dem Konus gleitet

Es ist ersichtlich, daß unter der Wirkung der Kraft Fi, die auf der Taste um einen Wert a versetzt ist, die Stützbasis der Taste die Tendenz hat, an der Konuswand emporzusteigen, indem sie sich um den Punkt O verschweigt der in einem Abstand b von der genannten Wand vorgesehen ist.

Damit die Taste an einer Verschwenkbewegung gehindert werden kann, muß folgende Gleichgewichtsbeziehung vorhanden sein:

Aus dieser Beziehung wird fflr den Wert von μ folgender Reibungskoeffizient erhalten:

Hierin sind

F₁ sin β = μ Ft + μ F₇.

β = 9Ö^Ö - « ,

und

Ft = F₁ -j- cos ti. π

τ- COS« _ 0

-γ- sin ά + 2
ο

Wenn man einen wirklichkeitsnahen Beispielswert a = 1 mm und 6 = 2 mm annimmt, erhält man einen entsprechenden Wert μ für die Winkel λ von 30°, 40° und 60°:

μ = 0,19 für« = 30°,
μ = 0,16 für« = 40° und
μ = 0,10 für α = 60°.

Dies bedeutet, daß eine Verschwenkung der Taste dann verhindert werden kan"., wenn der Reibungskoeffizient der Taste auf dem Konus um so kleiner ist, je größer dei Neigungswinkel <x des Konus ist Anders ausgedrückt ist für einen gegebene.·. Reibungskoeffizienten μ, was ja immer der Fall ist der Reibungswiderstand der Taste auf dem Konus um so größer, je größer der Winkel α ist

Der in F i g. 3 dargestellte Konus ist dazu bestimmt einem Nießkonus 32 mit großem Winkel β die Vorteile bezüglich Empfindlichkeit und niedrigem Anlegedruck des Konus an der Taste eines Konus mit kleinerem Winkel α zu vermitteln. Die geneigte Basis der Meßtaste 33 ist mit zwei aufeinanderfolgenden Kontaktzonen versehen, die je mit einem Winkel α geneigt sind, der kleiner ist als der große Scheitelwinkel β des genannten Konus 32, jedoch mindestens gleich groß wie der Winkel des in F i g. 1 dargestellten Konus ist damit der bereits beschriebene Vorteil der Verhinderung einer Verschwenkung der Taste tatsächlich erreicht wird. In diesem Fall wird der Berührungsweg der genannten Zonen auf dem Meßkonus durch den Boden 34 einer im Querschnitt dreieckigen Rille (in der Zeichnung doppelt schraffiert dargestellt) festgelegt. Diese Rille ist im vollen Körper des Meßkonus eingeschnitten und zwar in rorm einer konischen Spirale. In einer nicht dargestellten, vereinfachten, jedoch den Anforderungen genügenden Ausführungsvariante ist eine einzige geneigte Zone vorgesehen mit einem Winkel κ, der kleiner ist als derjenige des Konus. Diese Zone kann von kleiner Abmessung sein und vorzugsweise im Zentrum der der geneigten Basis der Meßtaste liegen, um Gleichgewichtserfordernissen zu genügen.

Diese Ausführung ermöglicht eine maximale Meßka-

v> pazität des Mikrome!erkopfes, insbesondere für Geräte, die zum Messen von Sacklöchern bestimmt sind, wie dis an Hand der F i g. 5 angestellte Überlegung zeigt:

\uf einem Konus mit kleinem Winkel α, der die Anforderungen eines minimalen Anpreßdruckes zwisehen Taste und Konus erfüllt und gleichzeitig eine Verschwenkung der Taste verhindern kann, beschreibt man eine konische Spirale mit der Ganghöhe P,, mit welcher eine Fläche verbunden wird, deren Breite gleich der Berührungsfläche ρ der Taste ist. die kleiner als die Ganghöhe P₅ der Spirale ist. Hernach wird diese Fläche mit einer Breite ρ ausgeschnitten und gedruckt, damit die Teilung P₅ der Spirale auf einen Wert verringert wird, der gleich ρ ist; dabei wird diese Fläche derart verformt, daß der Neigungswinkel λ dieser Fläche in bezug auf die Achse des Konus der gleiche bleibt.

Dadurch wird eine geometrische Konstruktion erhalten, die aus einer konischen Spirale mit einer Ganghöhe P₁ besteht, mit welcher eine konisch-spiral-

iö

is

20

förmige Fläche mit einer Breite p, die gleich der genannten Ganghöhe ist, verbunden ist Die genannte konische Spirale ist in einen Konuswinkel β einbeschrie^ ben, der größer ist als der Ursprungswinkel ä, wie F i g. 3 zeigt

Schlußendlich wird dieser geometrischen Konstruktion eine schraubenförmige Bewegung verliehen, deren Steigung der Ganghöhe P der Spirale entspricht, wodurch die Taste radial vorwärtsbewegt wird in gleicher Weise wie auf einem Konus mit großem Neigungswinkel ß: hierdurch ist eine große Meßkapazität erzielbar.

Ferner werden sämtliche Vorteile, welche sich durch einen minimalen Anpreßdruck und durch die Kräfteübertragung mittels eines Konus mit kleinem Winkel λ • ergeben, erzielt.

Diese Ausbildung mit einer im Querschnitt dreieckigen Riüs fur den OcruhniP^<Tcu/erT ^**¹* UoRfaetA ι^αηη vorteilhaft in einer in F i g. 4 dargestellten Ausführungsvariante Verwendung finden. Dadurch kann eine Hinterschneidung mit einem Rücksprungwinkel Q in bezug auf die Normale zur Längsachse des Meßkonus gebildet werden, die zur Aufnahme eines Rückhakeorgans für die Taste dient Hierdurch kann eine Rückholfeder ersetzt werden, wie sie sonst Verwendung findet.

Dieses Rückhalteorgan wird im vorliegenden Fall durch eine Klaue 35 gebildet, die unter Kraftanwendung in eine radiale Ausnehmung 36 der MeOtaste eingesetzt isL Die Taste ist zweiteilig dargestellt, nämlich mit einem Grundteil 37 und mit einem Abtastkopf 38, der einen Zapfen 39 aufweist, welcher ebenfalls unter Kraftanwendung in die Ausnehmung 36 eingesetzt ist

Die Klaue 35 kann entweder starr ausgebildet wie in Fig.4 dargestellt oder elastisch nachgiebig sein, um eine automatische Freigabe derselben bei einer falschen Handhabung des Gerätes zu gewährleisten, beispielsweise bei einer zu schnellen Rückführung des Meßkonus.

Gemäß einer anderen, in Fig.6 dargestellten Ausführungsform des Mikrometerkopfes weist dieser einen Meßkonus mit einer spiralförmigen, konischen Rampe auf, wie er vorstehend an Hand der F i g. 3 und 5 umschrieben worden ist Der Kopf ist mit einer Einstellvorrichtung gezeigt die in-situ eine leichte Bestimmung der genauen axialen Lage der spiralförmigen, konischen Rampe unter die schrägen Stützflächen der Meßtaste ermöglicht

Der in F i g. 6 dargestellte Mikrometerkopf weist drei bewegliche Tasten 48 auf, welche in drei Radialnuten 46 des Gehäuses 47 eingreifen. Die Basis der einzigen dargestellten beweglichen Taste 48 weist zwei geneigte Berührungsflächen auf, die mittels einer Feder 49 auf zwei aufeinanderfolgende Windungen einer spiralförmigen, konischen Rampe 50 abgestützt werden, welche Rampe eine konstante Steigung in der Wandung eines Meßkonus 51 besitzt

Dieser Meßkonus 52 wird durch seine zylindrische Basis 52 in einer zylindrischen Ausnehmung 53 des Gehäuses 47 axial geführt und ragt mit einem Drehzapfen 54 gegen das Innere des Gehäuses 47, wobei der Drehzapfen 54 eine Mikrometer-Meßschraube 55 mit derselben Steigung wie diejenige der spiralförmigen, konischen Rampe 50 aufweist

Die Mikroüicter-MeSseuraube 55, die konstruktiv axial und drehfest mit dem Meßkonus 5t verbunden ist greift in einen Gewindeteil 56 einer Zylindermuffe 57 ein, die drehbar in der zylindrischen Ausnehmung 53

50 angeordnet ist.

Die Zylindermuffe 57 weist einen Schulterteil 58 auf, der in eine kreisförmige Rille 59 der Gehäusewandung greift, wobei diese Riile in einem koaxialen Veflängerungsteil 60 endet, in weichen ein Gewihdespähnring 61 greift, der zum Blockieren des Schulterteiles 58 der Muffe in der Rille 59 dient.

Um das Einführen der Muffe 57 in die zylindrische Ausnehmung 53 zu ermöglichen, sind Rillen im Gewindeteil 60 und Schulterteil 58 vorgesehen. Diese Maßnahme erübrigt sich allerdings, wenn die Wandstärke des Gehäuses 47 genügend groß ist, um den Gewinde

60 einen größeren Durchmesser als denjenigen der Rille 59 zu geben.

Der Gewindeteil 56 der zylindrischen Muffe 57, in welchen die Mikrometer-Meßschraube 55 greift, weist eine Vorrichtung zur Kompensation des Spieles auf. ήκ

* t · 1 ο · ^Ί L-. λ. Ι.· λ Γ *

Μ"" «•■(«win n.*siii.3«.iii*ii Lspuiffiriilg ν*. LrCStClIl, u6T SUl 6ΪΠΕΓ Zone des Gewindeteils 56 mit radialen Schlitzen 63 sitzt.

Schließlich weist das dem Meßkonus 51 entgegengesetzte Ende der zylindrischen Muffe 57 ein aus einer Stirnkralle 64 bestehendes Greifelement auf, das zu deren drehbaren Mitnahme dient

Beim Zusammensetzen des Gerätes ist der Spannring

61 nicht blockiert sondern lediglich in Reibverbindung gegen den Schulterieil 58 der Muffe angelegt, dies beispieh tfeise mit Hilfe eines Krallenschlüssels, der in die Löcher des genannten Ringes greift derart, daß eine Drehung der Muffe 57 ohne axiales Spiel in bezug auf das Gehäuse 47 möglich ist Der Mi'naHtnedrehzapfen 54 ist in bezug auf das Gehäuse 47 drehfest gehalten. In diesem Zeitpunkt bewirken die auf die Muffe 57 übertragenen Drehbewegungen, beispielsweise mit Hilfe eines entsprechend ausgebildeten Krallenschlüssels, der in die Endteile 64 der genannten Muffe greift, eine axiale Vorwärts- oder Rückwärtsbewegung der Mikrometerschraube 55 je nach dem gewählten Drehsinn. Der Konus und seine spiralförmige, konische Rampe 50 gelangen also unter die geneigten Stützflächen der Meßtaste 48 und dies mit einer optimalen Genauigkeit da diese Bewegungen durch die Präzisions-Mikrometerschraube bewirkt werden.

So kann beispielsweise der Konus vorwärts bewegt werden, bis die Windungen der Rampe mit den Wandungen der beiden geneigten Stützflächen der Meßtaste in Berührung kommen. Er kann hernach um einen Betrag, der dem gewünschten funktionellen Spiel entspricht rückwärts bewegt werden, wobei dieser Vorgang ohne weiteres kontrolliert werden kann, beispielsweise in dem die Muffe 57 verdreht wiru und zwar um einen Bruchteil einer Umdrehung, der dem genannten funktionellen Spiel entspricht Ist diese Einstellung erfolgt, so wird der Spannring 61 blockiert, damit die Muffe 57 im Gehäuse 47 festgelegt ist

Es ist zu bemerken, daß diese Mittel zum Einstellen der axialen Lage des Meßkonus unter die Taste selbstverständlich auch für die Feineinstellung der Null-Lage des Gerätes verwendet werden können.

In einer konstruktiven, in Fig.7 veranschaulichten Ausführungsvariante ist das Element zum Erfassen und Drehen der zylindrischen Muffe 57 aus Umfangskerben gebildet die aus gefrästen Rillen 65 auf einer Ringzone einer Seitenfläche bestehen. Im weiteren ist eine öffnung 66 gegenüber den genannten Kerben in der Wandung des Gehäuses 47 vorgesehen.

Mit dieser Ausführungsvariante erübrigt sich ein gleichzeitiges Einführen des Antriebsmittels für die Muffe 57 mit dem Feststellmittel für den Spannring 61

im wesentlichen an der gleichen Stelle im inneren des Gehäuses 47. Falls erwünscht, kann ein praktisches Kontrollmittel für die Überprüfung der Drehwinkelverschiebung der Muffe 57 im Gehäuse Ί·7 benutzt werden, indem die Anzahl der Kerben 65 gezählt wird, die vor der Öffnung 66 vorbeibewegt werden,

In einer anderen, nicht dargestellten AusfühfüngsvarlanSe kann die Drehwinkelfestlegung der Muffe 57 im Gehäuse 47 unabhängig von ihrer axialen Festlegung erfolgen, beispielsweise mittels einer radialen Feststellschraube, die in eine Gewindebohning ,der Gehäusewandung eingesetzt ist.

Dieses Einstellsystem in-situ der Äxiallage der Meßtaste und der spiralförmigen, konischen Rampe ist vorteilhaft, da sonst eine Regulierung, nachdem die

Mikrometerschraube in ein mit dem Gehäuse fest verbundenes Gewindeelement greift, nicht mehr möglich ist. Diese Tatsache erfordert eine sehr genaue Voreinstellung, auf die dank der beschriebenen Maßnahme verzichtet werden kann.

In der Tat ist die Steigung der spiralförmigen konischen Rampe zwangläufig die gleiche wie diejenige der Mikrometerschraube und ihres Mitnahmedrehzapfens. Dadurch bleibt die relative axiale Läge des mit der geneigten Berührungsfläche der Meßtaste in Berührung stehenden Spiralbereiches während der Axialverschiebungen des Meßkonus unter die Taste unverändert, da diese axialen Verschiebungen nur durch eine gleichzeitige Drehung der Mikrorneterschraube im Gewindeelement des Gehäuses erzeugt werden können.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Mikrometerkopf für Innenmessungen, in dessen Gehäuse mindestens eine Meßtaste mit geneigter Basis radial in einer Führung verschiebbar und durch die axiale Verschiebung eines Meßkonus auf der geneigten Seitenfläche desselben bewegbar ist und mit Hilfe eines Rückholorgans in Berührung mit dem Meßkonus gehalten wird, wobei der Meßkonus mindestens auf Drehung mit einem Drehzapfen mit koaxialer Mikrometer-Meßschraube verbunden ist, der mit einem mit dem Gehäuse vereinigten Gewindeelement in Eingriff steht und mit dem Anzeigeorgan eines Meßgerätes verbunden werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß die geneigte Basis der Meßtaste (33) mindestens eine Berührungszone aufweist, deren Neigung kleiner ist als diejenige des Meßkonus (32) in bezug auf die Drehachse desselben und daß der Berührungsweg der Berührungszone auf dem Meßkonus, der die Form einer konischen Spirallampe hat, durch den Boden (34) einer im Querschnitt ein spitzwinkliges Dreieck bildenden Rille, auf dem die Berührungszone der Taste (33) abgestützt ist, gebildet wird.

2. Mikrometerkopf nach Alispruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand der Rille (34) des Konus, die jede Windung der Spirale von der nachfolgenden abgrenzt, derart geneigt ist, daß im Querschnitt eine Hinterschneidung (Q) gebildet wird, in die ujs auf der Meßtaste (33) befestigte Rückführorgan (35) eingreift

3. Mikrometerkopf npch Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückfüb organ der Meßtaste (33) eine starre, fest mit der Meßtaste J5 verbundene Rückhalteklaue (35) ist.

4. Mikrometerkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß das Rückführorgan eine elastische Rückhalteklaue (49) ist.

5. Mikrometerkopf nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßtaste aus einem Grundteil (37) mit geneigter Basis, der eine Ausnehmung (36) aufweist, einer in die Ausnehmung eingesetzten Rückhalteklaue (35) und einem Abtastkopf (38) besteht, der ebenfalls in die Ausnehmung (36) eingesetzt ist.

6. Mikrometerkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mit dem Gehäuse (47) verbundene Gewindeelement (56) eine zylindrische Muffe (57) ist. die auf mindestens einem Teil ihrer w Länge ein Innengewinde (60) aufweist und die drehbar in einer axialen, zylindrischen Ausnehmung (53) des Gehäuses angeordnet und mit diesem axial verbunden ist, wobei diese Muffe ein Mitnehmerelement (64, 65) und ein Element (61, 58) für ihre Festlegung im Gehäuse aufweist.

7. Mikrometerkopf nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Festlegeorgan (61, 58) zur Blockierung der Drehwinkellage der zylindrischen Muffe (57) hinsichtlich des Gehäuses (47) dient. t>o

8. Mikrometerkopf nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrische Muffe (57) einen Schulterteil (58) aufweist, der in eine ringförmige Rille (59) einer zylindrischen Ausneh* mung (53) im Gehäuse (47) ragt, und daß die Rille (53) einen verlängerten, koaxialen Gewindeteil (60) aufweist, in welchen ein Gewindespannring (61' greift, der zum Blockieren des Schulterteils (58) in

der Rille (59) dient.

9. Mikrometerkopf nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Mitnehmer der zylindrischen Muffe aus einer Stirnkralle (64) am dem Meßkonus (51) abgewandten Ende der Muffe besteht

10. Mikrometerkopf nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Mitnehmerelement der zylindrischen Muffe (57) aus einer Umfangskralle (65) an einer Ringzone ihrer Seitenfläche besteht und und daß die Wand der zylindrischen Ausnehmung des Gehäuses (47) gegenüber dieser Kralle ein Fenster (66) aufweist