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Einrichtung zur Exzentrizitätsmessung Die Erfindung betrifft eine
Einrichtung zur Exzentrizitätsmessung an einem Werkstück mit zwei exzentrisch zueinander
angeordneten Zylinderflächen.
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Es sind bereits Einrichtungen zur Exzentrizitätsmessung bekannt,
bei denen das Werkstück um die Achse seiner einen Zylinderfläche gedreht wird. An
der anderen Zylinderfläohe liegt der Stö#el eines BEngenmeBtasters an, dessen Maximal-und
Minimalausschläge ein Ma# für die Exzentrizität der einen Zylinderfläche zu der
anderen sind. Bei diesen bekannten Einrichtungen ist es also grundsätzlich erforderlich,
das Werkstüok exakt geführt zu dreben. Das Werkstück liegt dabei mit der geführten
Floche in der Regel in einer keilförmigen Rille, wobei an these Zylinderfläohe angreifende
Mitnebmerrollen für die Drehung des Werkstücks sorgen. Durch die Drehung
in
der keilförmigen Rille können leicht Fehler durch an den Seitenflächen der Rille
oder an der geführten Zylinderfläche anhaftende Körnchen auftreten, und außerdem
besteht der Nachteil, da8 sicb die Führungsflächen abnutzen. Von ganz besonderer
Bedeutung und nachteiliger Auswirkung ist Sedoch aeben dem erforderlichen Antrieb
fUr die Drehung des Werkstücks die erforderliche Zeitspanne, um dan Werkstück eine
Umdrehung ausführen zu lassen. Die Zeit kann aicht sehr klein sein, weil andernfalls
die Beschleunigungen su gro# sied und zu MeSfehlern führer. Bine laageama Beschleunigung
und lange Umdrehungszeit bringt u. U. Nachteile far die nachfolgende elektrische
Auswertung, bei der die Maximal- und Minimalwerte su speichern sind, und außerdem
wird natürlich die Me#geschwindigkeit in unerwünschter Weise lang.
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Bei der Drebung des WerketUcks bei diesen bekannten Einrichtungen
ist weiter von Nachteil, daß die Me#stö#el an der nicht geführten exzentrischen
Zylinderfläche durch Reibung an dieser Zylinderfläche im Laufe der Zeit abgenutzt
werden. Diese Abautzung erfordert häufige Nach@ustierungen und bringt grundsätzlich
die Gefaht von Ungenauigkeite mit sich. Insgesamt ist bei diesen bekannten Einrichtungen
der erforderliche Antrieb, die lange Meßzeit, der gro#e Aufwand und die Abnutsung
der Me#organe son gro#em Nachteil.
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Der Erfindung liegt der neue Gedanke zugrunde, grundsätzlich eine
Einrichtung sur Exzentrizitätsmessung su schaffen, bei der eine Drehung des werkstücks
nicht mehr erforderlich ist, so dag ein Antrieb entfallen kann, die Me#zeit kurz
und
der Aufwand gering ist und keine Abuutzung an den MeBorganen
auftritt.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird bei einer Einrichtung
zur Exzentrizitätsmessung an einem Werkstück mit zwei exzentrisch zueinander angeordneten
Zylinderflächen dadurch gelöst, daB vier elektrische längenme#taster jeweils mit
der Stö#elrichtung um 90° versetzt um die Zylinderflächen herum angeordnet sind,
da6 die Behkuse der elektrischen Längenme8taster in Ricbtung des zugehörigen StöBels
verschieblich sind und mit einer quer sur Stö#elrichtung und quer zu den Achéen
der Zylinderflächen gerichteten Anschlagschneide gegen eine der Zylinderfläohen
zur Anlage gebracht werden können, da# die Me#stö#el der elektrischen X§ngenmeBtaster
mit zu den an den Gehäusen vorgesehenen Anschlagschneiden parallelen Me#schneiden
versehen sind, die an der anderen Zylinderfläche anliegen, da# jeweils zwei gegenüberliegende
LEngewmeßtaster an Subtraktionsnetzwerke angeschlossen sind, da# die Subtraktionsnetzwerke
an ein Additionsnetzwerk angeschlossen sind, in dem die Differenzspannungen zwischen
den jeweils gegenüberliegenden elektrischen BEngenmeßtastern eines Paares geometrisch
addiert werden, und da8 an das Additionsnetzwerk eine Anzeigeeinriohtung angeschlossen
ist.
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Bei der erfindungsgemä8en Ausbildung einer Einrichtung zur Exzentrizitätsmessung
wird eine Drehung des Werkstücks dadurch überflüssig, da# vier jeweils um 90° versetzte
Me#-einrichtungen vorgesehen sind, die in vier jeweils um 90° um den Umfang des
Werkstücks berum versetsten Radialrichtungen
den Tangentialabstand
zwischen den Zylinderflächen messen.
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Die Me#werte jeweils eines Paares gegenüberliegender Meßtaster werden
voneinander subtrahiert, und die sicb ergebenden Differenzwerte werden geometrisch
addiert. Das Ausgangssignal am Additionsnetzwerk ist dann ein MaS fUr die Exzentrizität,
die unmittelbar bei Anliegen der Me#taster angezeigt wird, PUr den Me#vorgang selbst
ist damit dberbaupt keine Zeit mehr erforderlich, die Anzeige erfolgt unmittelbar.
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Ma#gebend fUr die Taktgeschwindigkeit bei Messungen in der Massenfertigung
ist damit allein die Zuführungs- und Wegführungsgeschwindigkeit des Werkstücks sowie
die Zeit, die erforderlich ist, um die MeStaster mit ihren Me#schneiden zur Anlage
zu bringen.
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Besonders einfach gestaltet sich die geometrische Addition in dem
Additionsnetzwerk, wenn die elektrischen Längenme#taster wechselspannungsgespeiste
Längenme#taster sind, wie das an sich heute üblich ist, wobei jedoch die beiden
Paare von gegenüberliegenden Längenme#tastern zwar mit der gleicben Frequenz, jedoch
mit einer um 90° versetsten Phaselage gespeist werden. In dem Additionsnetzwerk
erfolgt dann lediglich noch eine einfache Summenbildung durch Uberlagerung.
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Da das Ausgangsaignal des Additionsnetzwerkes in der Regel sehr schwach
sein wird, wird es in der Regel zweckmä#ig sein, der nachfolgenden Anzeigeeinriohtung
noch einen VerstErkex vorzuschalten,
Gemma6 einer anderen zweckmäßigen
Weiterbildung der Erfindung ist bei Verwendung von wechselspannungsgespeisten elektrischen
Längenme#tastern dem Additionsnetzwerk ein gesteuerter Gleichrichter nachgesohaltet.
Dieser Gleicbrichter wird mit einer Weebselopannung gleicher Frequenz wie die Speiseweohselspannung
iür die Längenme#taster gesteuert, jedoch ist die Phase dieser steuernden Weohselspannung
vorzugsweise zwischen 0° und 360° einstellbar. Auf diese Weise ist es möglicb, die
Winkellage der Exzentrizität festsustellen.
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Aufgrund wenigstens zwei Exzentrizitätsmessungen an verschiedenen
Stellen in Achsrichtung des Werkstücks 1&Bt sich die Schiefheit bestimmen, also
die Winkelabweiohung der Achse der einen Rotationsfläche su der Achee der anderen
Rotationsflache. Eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung siebt daher vor, daB
zur Sohiefheitsmessung wenigstens zwei jeweils aus vier zusammenarbeitenden elektrischen
Längenme#tastern bestehende Sktze von B§ngenmeßtastern vorgesehen sind, die mit
ihren Anschlagscheneiden und ihren Me#schneiden jeweils an den gleichen Zylinderfläohen,
jedoch an axial nebeneinanderliegenden Stellen, anliegen.
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Anhand der Zeichnung soll die Erfindung naohfolgend näher erläutert
werden.
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Fig. 1 seigt den mechanischen Teil eine@ Ausführungsbeispiele einer
erfindungsgemä#en Einrichtung, Fig. 2 zeigt ein elektrisches Blockschaltbild des
Ausführbrungsbeispiels gemä# Fig. 1
Fig. 3 dient zur Erläuterung
der erfindungsgemä#en Einrichtung, inebesondere des Ausführungsbeispiels gemäß Fig.
1 und 2 und Fig. 4 zeigt eine Einrichtung entsprechend Fig. 2, jedoch mit Mitteln
sur Bestimmung der Winkellage der Exzentrizität.
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In Fig. 1 ist ein WerkstUck 1 mit einer zylinderfläche 2 und mit
einer Zylinderfläche 3 dargestellt. Die Zylinderfläche 2 kann beispielsweise die
Außenflkohe einer Welle sein, an deren Ende sich ein Zapfen befindet, dessen au#enfläche
durch die Zylinderfläche 3 gebildet ist, Rund um das Werkstück 1 sind vier gleiche,
jeweils um 90° vereetzte Me#einheiten angeordnet. Der Einfachheit halber sind gleiche
Toile in allen Meßanordnungen mit gleichen Bezugszeiohen versehen. Zur nachfolgenden
Unterscheidung in der elektrischen Sehaltung sind an den Anschlu#kabeln die MeBspannungen
Gt T2, T3 und T4 angegeben, Jede Me#anordnung weist einen Tisch 4 auf, auf dem ein
Wagen 5 gehalten ist.
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Die Wagen 5 sind, jeweils unter Berücksichtigung der Versetzung um
90°, radial in Richtung au das WerkstUck 1 bin-und herfahrbar. Beim Hinfahren auf
das Werkstück 1 kommen Anschlagschneiden 6 an der Zylinderfläche 3 sur Aalage, so
daß der Wagen 5 eine genau definierte Lage in bezug zu der Zylinderfläche 3 hat.
Damit haben auch von Blöcken 7 gehaltene GehZu 8 von elektrischen Längenme#tastern
9 eine bestimmte
Besugslage su der Zylinderfläche 3, wenn die Anschlagschneiden
6 anliegen. An MeBstUBeln 10 der LängenmeStaster 9 befinden sich Me#schneiden 11,
die jeweils parallel su den Anschlagschneiden 6 verlaufen und an der Zylinderfläche
2 des Werkstücks 1 anliegen, wenn die Wagen 5 auf das WerkstUok 1 zugefahren sind.
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Die elektrischen Längenme#taster 9 geben über Anachlu8-kabel 12 die
elektriseben Me#spannungen ! bis T4 ab, die proportional dem Auaachlag der Meßachneiden
11 im Verhältnis zu den Anschlagschneiden 6 sind.
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Fig. 2 zeigt das elektrische Blockschaltbild, in das die elektrischen
Längenme#taster 9 liber die Anschlu#kabel 12 eingeschaltet sind. Das obere Paar
der Längenme#taster 9, deren Me#stö#el in vertikaler Richtung, also in einer Y-Ebene,
verschieblich sind, wird von einem Trägerfrequenzgenerator 13 mit einer Wechselspannung
gespeist, die cos@t proportional ist. Das untere Paar von Längenme#tastern 9, deren
Stößel in horizontaler Richtung, also in einer I-Ebene, beweglieh sind, wird von
dem Trägerfrequenzgenerator 13 mit einer Wechselspannung gespeist, die der Wert
pinot proportional ist.
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In einer Subtraktionsnetzwerk 14 wird die Differens T3-T4 gebildet,
während in einem Subtraktionsuetswerk 15 die Differenz 2 gebildet wird. Die beiden
Differensspannungen T1 - T2 und T3 - T4 gelangen in ein Additionsnetswerk 16, in
dem sie Uberlagert werden, so da8 als Ausgangssignal an dem Additionsnetzwerk 16
ein Wert erscheint, der ein Ma# fUr die Exzentrizität ist. Die Ausgangsspannung
des
Additionsnetzwerks 16 wird in einem VerstErker 17 verstärkt, einem Gleichrichter
18 gleichgerichtet und mittels eines Anzeigeinstruments 19 zur Anzeige gebracht.
Bei diesem AusfUbrungsbeispiel ist dem Anzeigeinstrument 19 ein Grenzwertsebalter
20 parallel geschaltet, der so einstellbar ist, daB durch ihn unmittelbar Einrichtungen
zum Sortieren der Werkstücke ln"gut"und"Ausschuß"gesteuert werden kUnnen.
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Fig. 3 erlOutert die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung,
insbesondere der Meßeinrichtung gemäß Fig. 1 und 2. Die Zylinderflächen 2 und 3
sind ebenso wie in der Fig. 1 bezeichnet. In die Zeichnung sind die geometrischen
Beziehungen eingezeichnet. Daraus ergeben sich folgende Beziehungen : T1 = r2 -
r1 - ex (1) T2 = r2 - r1 + ex (2) T3 = r2 - r1 - ey (3) T4 = r2 - r1 + ey (4) Somit
gilt : T1-T2 = r2-rI-ex-r2 + r1 - ex =-2 ex (5) T3 - T4 = r2 - r1 - ey - r2 + r1
- ey = -2 ey (6) Durch geometrische Addition von (5) und (6) ergibt sicb :
Verwendet man fWr jeweils ein Paar von Längenme#tastern 90° zueinander verschobene
Wechselspannungen, so gilt fUr die
beiden Komponenten in X-und
Y-Richtung : 2 ex = 2 # e # sinα (8) 2 ey = 2. # e # cosα (9).
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Aufgrund der Additionstheoreme und durch Summenbildung ergibt sich
damit : e=(.t)0 Fig. 4 ist ein Blockschaltbild, das im wesentlichen dem gemä# Fig.
2 entspricht. Ein Unterschied besteht jedoch darin, da# als Gleichrichter ein gesteuerter
Gleichrichter 18'verwendet ist, der von der Weobselspannung des TrägerfrequenzgeneratDrs
13 gesteuert ist. Die Steuerweahselspannung ist durch einen zwischen dem Trägerfrequenzgenerator
13 und dem gesteuerten Gleichrichter 18'liegenden Phasenschieber 21 zwiseben 0°
und 360° einstellbar. Die eingestellte Phasenverschiebung des Phasenschiebers 21
wird in einer Anzeigeeinrichtung 22 zur Anzeige gebraoht. An den gesteuerten Gleichrichter
18'ist Uber ein Differenzierglied 23 ein Nullindikator 24 angesohaltet.
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Wird bei der in Fig. 4 dargestellten Blooksehaltung der Phasenschieber
21 solange verstellt, bis der Nullindikator 24 au Null zeigt, so kann an der Anzeigeeinrichtung
22 der Winkel α (siehe Fig. 30 abgelesen werden, der di@ Richtung oder Winkellage
der Exzentrizität angibt.
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Die erfindungsgemäße Einriohtung ist in der vielgestaltigsten Weise
abwandelbar. Statt zweier naoh aubes gerichteter Zylinderfldchen 2 und 3 kana auch
die Exzentrizität zweier Zylinderflache gemessen werden, von denen die eine innen
und die andere außen liegt, die MeBeinrichtung ist dann lediglich in fUr jeden Fachmann
naheliegender Weise anders zu gestalten.
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Eine andere Abwandlung kana darin bestehen, da8 die erfindungsgemä#e
Einrichtung zur Exzentrizitätsmessung in entsprechender Anwendung der zugrundeliegenden
Lehre als Schiefstandsme#-einrichtung ausgebildet wird. Unter Sohiefstand ist dabei
beispielsweise die Schiefe oder Neigung einer Flache zu einer anderen, beispielsweise
die eine Stirnfläche eines Achsstücks zu der anderen Stirnfläche oder zu einer au
der Aohse tatsächlich seakreoht stehenden Flache, su versteben, Solche Flächen können
als Abwinklung sweier exzentrisch zueinander liegender Zylinderflache aufgefa8t
werden. Entsprechend sind dann die Längenme#-taster alle gleichgerichtet angeordnet,
aie stoßen mit ibren Anlagesohneiden an die eine der beiden zueinander sohiefstehenden
Flächen an, während die MeßstdBel auf der anderen Fläche aufliegen.
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Schlie#lich ist es bei einer erfindungsgemä#en Einrichtung zur Exzentrizitätsmessung
auch u. U. möglich, nur mit zwei elektrischen Längenme#tastern auszukommen, wenn
die Durohmesser des zu messenden Werkstücks immer gleich und vorherbekannt sind.
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Die e Durchmesser können dann ebenfalls herausfallen, so da# als Me
Me#wert lediglich der Exzentrizitätswert erscheint.