DE4022522A1 - Verfahren und vorrichtung zur messung des kugelanlagewinkels eines innengewindes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren der zerstörungsfreien Werkstückprüfung, nämlich der Messung des doppelten Kugelanlage­ winkels eines Innengewindes mit Spitzbogenprofil, insbesondere einer Schraubenmutter; und eine Vorrichtung zum Durchführen eines solchen Verfahrens.

Schraubenmuttern für Kugelumlaufspindeln besitzen wie diese ein Gewinde, das ein gotisches Bogenprofil mit prismatischem Charakter aufweist. Zwischen Innengewinde der Schraubenmutter und Außengewinde der Spindel laufen in deren Gewindegängen Kugeln um, welche die gleichgestalteten Spitzbogenprofile der Mutter bzw. Spindel in je zwei Anlagepunkten berühren, deren Bogenradien zusammen den doppelten Kugelanlagewinkel einschließen und je mit dem auf den Spitzbogenscheitel zeigenden Bogenradius den einfachen Kugelanlagewinkel bilden, der im allgemeinen ungefähr 45° beträgt.

Während der Kugelanlagewinkel des Außengewindes der Kugelumlauf­ spindel relativ einfach sicher optisch ermittelt werden kann, muß der Kugelanlagewinkel des Innengewindes der auf die Spindel zu schraubenden Mutter bisher durch Auftrennen derselben und anschließende optische Prüfung wie im Falle des Spindelaußengewindes gemessen werden. Infolgedessen kann statt einerSerien- Prüfung der Innengewinde, z. B. einer statistischen Prozeßkontrolle (SPC), nur eine Stichprobenprüfung erfolgen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben und eine entsprechende Vorrichtung zu schaffen, mit welchen eine zerstörungsfreie Kontrolle des Kugelanlagewinkels des Innengewindes jeder Schraubenmutter einer Werkstückserie möglich ist.

Diese Aufgabe ist nach der Erfindung verfahrensmäßig dadurch gelöst, daß eine Kugel mit einem den Radius der zwei Schenkel des symmetrischen Spitzbogenprofils etwas untertreffenden Durchmesser verwendet wird, deren Mittelpunkt auf der Mittellinie der Verbindungslinie der Kreismittelpunkte der beiden Profilschenkel näher bei diesen liegt, sodaß die Kugel das Gewinde in zwei Anlagepunkten berührt, deren Radien den doppelten Kugelanlage­ winkel einschließen; wobei eine angeflächte Kugel mit einer Kreisfläche verwendet wird, deren Durchmesser kleiner ist als die Bogensehne zwischen den beiden Kugelanlagepunkten; daß diese Kugel, ausgehend von einer Anordnung ihrer Kreisfläche ungefähr am Scheitel des Spitzbogenprofils, erst in Richtung eines der beiden Profilschenkel solange vom Scheitel weggedreht wird, bis der Kugelmittelpunkt eine Hin- und Herbewegung ausge­ führt hat, während die Kreisfläche den Kugelanlagepunkt dieses einen Profilschenkels unterwanderte, und dann in der Gegen­ richtung ungefähr gleich weit gedreht wird; und daß bei jeder dieser beiden Kugeldrehungen die Drehlage der Kugel im Umkehrpunkt der Kugelmittelpunktsbewegung festgestellt wird, in welchem die Mittellinie der Kreisflächensehne (Kreisdurchmesser) den zu messenden Kugelanlagewinkel begrenzt. - Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens zeichnet sich dementsprechend aus durch eine angeflächte Kugel mit einer ihrer Kreisfläche diametral gegenüberliegenden, radialen, Schwinge, deren Schwenkbewegung zum Drehen der Kugel um deren Mittelpunkt mittels eines Gelenkviereckes ausführbar ist, mit dessen Kurbel ein Winkelzeiger drehfest ver­ bunden ist; und dadurch, daß die Kugel mit ihrer der Kreisfläche abgewandten Hälfte im Durchbruch (Kegelpfanne) eines einarmigen Hebels sitzt, dessen vom Drehpunkt weiter entfernt liegendes Ende eine Bewegungsanzeigeeinrichtung beaufschlagt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung handelt es sich bei der Anzeigeeinrichtung um eine Meßuhr.

Zweckmäßig ist die Meßkugel der erfindungsgemäßen Vorrichtung mittel zweier um je 120° im Gewindegang versetzter, gefederter Stützkugeln gegen das zu prüfende Gewindeprofil drückbar.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann einen in das zu prüfende Innengewinde einschraubbaren Meßdorn aufweisen, dessen Meßkugel durch Verdrehung des Meßdorns an der zu prüfenden Gewindeprofilstelle positionierbar ist. Dadurch ist jede Stelle des Gewindegangs der Schraubenmutter prüfbar. Dabei spielen der Schraubensinn des Gewindes und die Meßtiefe keine Rolle. - Mit diesem Meßdorn kann auch eine Rolldurchmesser-Messung durchgeführt werden, indem während des Einschraubens des Meßdorns in die zu prüfende Mutter beispielsweise mittels der genannten Meßuhr eine radiale Verlagerung der Meßkugel verfolgt wird.

Im folgenden ist die Erfindung anhand der durch die Zeichnung beispielhaft dargestellten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung im einzelnen erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 den Querschnitt des Gewindeganges einer Schraubenmutter für eine Kugelumlaufspindel;

Fig. 2 das in Fig. 1 Gezeigte in Verbindung mit einer schematischen Seitenansicht der bevorzugten Ausführungs­ form; und

Fig. 3 rechts eine Seitenansicht eines Vorrichtungsteiles (Meßdorn) und links dessen Schnitt A-A.

In Fig. 1 ist zu sehen, daß das dem Außengewinde der Kugel­ umlaufspindel entsprechende Innengewinde der Schraubenmutter 3 im Axialschnitt zwei bezüglich der Mittellinie L symmetrische Schenkel 4.1 bzw. 4.2 eines Spitzbogenprofils 4 aufweist, dem ein Halbkreis HK einbeschrieben ist, welcher das Spitzbogenprofil 4 in zwei Kugelanlagepunkten AP1 und AP2 berührt, deren rechtwinklige Kreisradien R1 bzw. R2 mit der Mittellinie L je einen Winkel α von 45° einschließen. Im Scheitel 4.3 des Spitzbogenprofils 4 und an dessen zwei seitlichen Endpunkten 4.4 und 4.5, die zweimal ungefähr 75° auseinanderliegen, ist dadurch ein radialer Abstand zwischen dem radial äußeren Profil 4 und dem radial inneren Halbkreis HK geschaffen, daß die Mittelpunkte M1 und M2 der kreisbogenförmigen Profilschenkel 4.1 bzw. 4.2 mit die Radien R etwas übertreffenden, gleichen Halbmessern um das Übermaß auf den zu den Halbkreis-Radien R gehörenden Durchmessern vom Mittelpunkt MK des Halbkreises und vom Profilscheitel 4.3 sowie den beiden Anlagepunkten AP1 und AP2 so weggerückt sind, daß ihre außerhalb des Halbkreises HK liegende Verbindungslinie V die Mittellinie L rechtwinklig schneidet, in Bezug auf welche die Mittelpunkte M1 und M2 spiegelbildlich angeordnet sind.

Eine die Mittellinie L senkrecht schneidende Verbindungslinie der Anlagepunkte AP1 und AP2 ist eine Bogensehne S des Halbkreises HK.

Im Ausführungsbeispiel weist die erfindungsgemäße Vorrichtung als wichtigsten Bestandteil eine Meßkugel 10 auf, welche zwar in ihrem Durchmesser den Kugeln entspricht, die in den Gewindegängen zwischen Kugelumlaufspindel und aufge­ schraubter Mutter 3 rollen, sodaß sie deren Gewindegang- Spitzbogenprofil 4 gemäß Fig. 1 lediglich in zwei Anlagepunkten 11 und 12 berührt; jedoch unter dem Profil­ scheitel 4.3 abgeflacht ist, d. h. eine Kreisfläche 13 mit einem Durchmesser aufweist, der kleiner sein muß als der Abstand der Kugelanlagepunkte 11 und 12 voneinander, also in Fig. 1 kleiner als die Länge der Bogensehne S. Die vom Profilscheitel 4.3 wegweisende zentrale Flächennormale der Kreisfläche 13 geht durch den Kugelmittelpunkt MK, von dem aus die Kugelradien R11 und R12 zu den Kugelanlagepunkten 11 bzw. 12 zeigen. Diese beiden Radien R11 und R12 begrenzen den zu messenden doppelten Kugelanlagewinkel α in der Ebene, die durch die Anlagepunkte 11 und 12 sowie durch den Mittelpunkt MK der Kugel 10 als Dreieck bestimmt ist.

Die Kugel 10 sitzt mit ihrer nicht in den Gewindegang der Mutter 3, sondern in deren Bohrung/Innengewinde 3.1 eingreifenden unteren Hälfte in einem Durchbruch 14, in dem sich die Kugel dank nur einer Berührungslinie reibungsarm um ihren Mittelpunkt MK drehen kann. Dieser Durchbruch 14 ist in der Nähe des vorrichtungs­ festen Drehpunktes 15 eines einarmigen Meßhebels 16 ausgebildet, der sich im Hohlraum der Schraubenmutter 3 ungefähr parallel zu deren Drehachse erstreckt und mit einem freien Ende 16.1 aus der Mutter herausragt. An diesem vom Drehpunkt 15 weiter entfernt liegenden Hebelende 16.1 ist seitlich ein radialer Amboß 17 befestigt, der eine nicht gezeigte Meßuhr als Anzeigeeinrichtung beaufschlagen kann.

Die Kugel 10 weist außer der Kreisfläche 13 eine dieser diametral gegenüberliegende, radiale Schwinge 18 eines Gelenk­ viereckes auf, welche aus dem Hebeldurchbruch 14 unten herausragt und dort am einen Ende einer Koppel 19 angelenkt ist, deren anderes Ende seinerseits an einer Kurbel 20 angelenkt ist, welche mit einem Winkelzeiger 21 drehfest verbunden ist. Dieser Winkelzeiger 21 mit vorrichtungsfester Drehachse 22 wirkt mit einer diesbezüglichen Bogenskala 23 zusammen, die den Auslenkungswinkel 0 bis ± ca. 50° der durch den Kugelmittelpunkt MK gehenden zentralen Flächennormalen der Kreisfläche 13 bei ihrer Auslenkung aus der mittleren Drehlage angibt, in der die Verlängerung dieser Flächen­ normalen nach oben auf den Profilscheitel 4.3 zeigt.

Gemäß Fig. 3 links ist der Meßhebel 16 radial verschiebbar in einem hohlen, hauptsächlich zylindrischen Meßdorn 24 gelagert, der auch die Schwinge 18 und die Koppel 19 zur Kurbel 20 aufnimmt sowie zwei radial gefederte Stützkugeln 25 lagert, die in Umfangsrichtung des Dorns um 120° gegeneinander und außerdem gemäß Fig. 3 rechts axial so versetzt sind, daß alle drei Kugeln 10 bzw. 25 in den zu prüfenden Gewindegang dessen Steigung entsprechend eingreifen.

Zur Messung des doppelten Winkels α, unter dem die Kugel 10 in den Punkten 11 und 12 am Spitzbogenprofil 4 des Gewindeganges der Schraubenmutter 3 anliegt, wird der Zeiger 21 zunächst auf 0° gestellt. Danach wird der Zeiger 21 zunächst in beliebiger Richtung über mindestens 45° gedreht, wobei beobachtet wird, bei welchem Drehwinkel die Meßuhr einen Umkehrpunkt der radialen Bewegung des Mittelpunktes MK der Kugel 10 anzeigt. Diese radiale Kugelbewegung tritt zwangsläufig auf, solange die Kreisfläche 13 den Kugelanlage­ punkt 11 oder 12 unterwandert, wobei der erwähnte Umkehrpunkt gerade dann angezeigt wird, wenn die Normale der Kreisfläche 13 mit dem Kugelradius R11 oder R12 zusammenfällt.

Anschließend wird der Zeiger 21 in die entgegengesetzte Richtung gedreht und wiederum die Anzeige der Meßuhr beobachtet. Aus den beiden angezeigten Drehwinkeln, deren Summe der doppelte Kugelanlagewinke α ist, kann dessen Mittelwert durch Halbieren errechnet werden.

Claims (5)

1. Verfahren der zerstörungsfreien Werkstückprüfung, nämlich der Messung des doppelten Kugelanlagewinkels (α) eines Innengewindes mit Spitzbogenprofil (4),insbesondere einer Schraubenmutter (3), dadurch gekennzeich­ net, daß eine Kugel (HK) mit einem den Radius der zwei Schenkel (4.1, 4.2) des symmetrischen Spitzbogenprofils (4) etwas untertreffenden Durchmesser (2×R) verwendet wird, deren Mittelpunkt (MK) auf der Mittellinie (L) der Verbindungslinie (V) der Kreismittelpunkte (M1, M2) der beiden Profilschenkel (4.1, 4.2) näher bei diesen liegt, sodaß die Kugel (HK) das Gewinde in zwei Anlagepunkten (AP1, AP2) berührt, deren Radien (R1, R2) den doppelten Kugelanlagewinkel (α) einschließen; wobei eine angeflächte Kugel (10) mit einer Kreisfläche (13) verwendet wird, deren Durchmesser kleiner ist als die Bogensehne (S) zwischen den beiden Kugelanlagepunkten (AP1, AP2); daß diese Kugel (10), ausgehend von einer Anordnung ihrer Kreisfläche (13) ungefähr am Scheitel (4.3) des Spitzbogen­ profils (4), erst in Richtung eines der beiden Profil­ schenkel (4.1, 4.2) solange vom Scheitel (4.3) weg gedreht wird, bis der Kugelmittelpunkt (MK) eine Hin- und Herbewegung ausgeführt hat, während die Kreisfläche (13) den Kugelanlagepunkt (AP) dieses einen Profilschenkels unterwanderte, und dann in der Gegenrichtung ungefähr gleich weit gedreht wird; und daß bei jeder dieser beiden Kugeldrehungen die Drehlage der Kugel (10) im Umkehrpunkt der Kugelmittelpunktsbewegung festgestellt wird, in welchem die Mittellinie (L) der Kreisflächensehne (S) (Kreisdurchmesser) den zu messenden Kugelanlagewinkel (α) begrenzt (Fig. 1).

2. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine angeflächte Kugel (10) mit einer ihrer Kreisfläche (13) diametral gegenüberliegenden, radialen Schwinge (18), deren Schwenkbewegung zum Drehen der Kugel (10) um deren Mittelpunkt (MK) mittels eines Gelenkviereckes (18-20) ausführbar ist, mit dessen Kurbel (20) ein Winkelanzeiger (21) drehfest verbunden ist; und dadurch, daß die Kugel (10) mit ihrer der Kreisfläche (13) abgewandten Hälfte im Durchbruch (14) eines einarmigen Meßhebels (16) sitzt, dessen vom Drehpunkt (15) weiter entfernt liegendes Ende (16.1) eine Bewegungsanzeigeeinrichtung beaufschlagt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Meßuhr als Anzeigeeinrichtung.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßkugel (10) mittels zweier um je 120° im Gewindegang versetzter gefederter Stützkugeln (25) gegen das zu prüfende Gewindeprofil drückbar ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es einen in das zu prüfende Innengewinde einschraubbaren Meßdorn (24) aufweist, dessen Meßkugel (10) durch Verdrehung des Meßdorns an der zu prüfenden Gewindeprofilstelle positionierbar ist.