DE3510839A1

DE3510839A1 - Kegellehre

Info

Publication number: DE3510839A1
Application number: DE19853510839
Authority: DE
Inventors: Jiin Yuan Kao Hsiung San Min Hour; Yih Hsiung Liu
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1984-03-30
Filing date: 1985-03-26
Publication date: 1985-10-03
Also published as: US4589214A

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Kegellehre bzw. ein Feinmeßgerät, insbesondere zum direkten und genauen Messen des kegeligen Verlaufs einer Kegelfläche.

Es ist bekannt, daß der kegelige Verlauf bzw. die Konizität auf der innenliegenden Fläche eines Kegels nur indirekt gemessen werden kann, und daß folgende gebräuchliche Meßmethoden angewandt werden:

(1) Es wird ein Sinus-Lineal oder ein Sinus-Tisch verwendet und mittels verschiedener Arten von Meßuhren kann der kegelige Verlauf abgelesen werden.

(2) In mechanischen Produktionsstätten wird eine Vielzahl von Standardkegellehrdornen bzw. -schablonen ausgewählt, die nach und nach mit der Innenfläche des Kegels verglichen werden, um so den kegeligen Verlauf annähernd zu bestimmen.

Es ist bekannt, daß mit den beiden o.g. Meßmethoden

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der kegelige Verlauf nicht genau abgelesen werden kann, und daß diese sehr zeitaufwendig sind.

Unlängst hat ein Amerikaner namens George L. Gershman eine Kegellehre,die als "taper-mike" bekannt ist und von der Taper Micrometer Corporation in Amerika hergestellt und weltweit verwendet wird, geschaffen, mit der der kegelige Verlauf einfacher und genauer gemessen werden kann.

Im konstruktiven Aufbau ersetzt ein in Längsrichtung bewegbarer Mikrometerkopf der "taper-mike" das Parallelendmaß in der Sinus-Lineal-Meßvorrichtung.

Es wird auch eine Kegellehre, die ebenfalls von der Taper Micrometer Corporation in Amerika hergestellt wird, zum Messen des kegeligen Verlaufs der innenliegenden Fläche eines Kegels verwendet. Nichtsdestoweniger kann der Sachverhalt, ob beide Meßfühler in einer Ebene mit der Achse des Kegels, dessen kegeliger Verlauf der Innenfläche gemessen werden soll, verlaufen, nur unter der Bedingung angenommen werden, daß die Meßfühler die Innenfläche des Kegels berühren. Der

CRiGlNAL ^SPECTED

Wert, der von der Kegellehre abgelesen wird, ist abgesehen davon äquivalent zur Höhe des Parallelendmaßes in einer Sinus-Lineal-Meßvorrichtung und muß, um den kegeligen Verlauf zu erhalten, durch einige Berechnungen umgewandelt werden. Die Berechnungsformeln, die aus einer bestimmten geometrischen Figur, die auf der Basis eines Dreiecks konstruiert ist, entnommen werden können, sind folgende:

(1) t= 2a/c (Definition)

(2) h= 4t*b/(4+t*t)

(3) t= 2(b-Wurzel(b*b-h*h))/h

(4) Θ= arc sin h/b

(5) t= 2 tane
in denen:

t: der kegelige Verlauf,

c: die Höhe des gemessenen Kegels, 2a: die Differenz der Durchmesser zweier Kreise,

die zwei Punkte auf dem gemessenen Kegel berühren, h: die Höhe des Parallelendmaßes, Θ: den Winkel der sich zwischen der Kegeloberfläche

und der Kegelachse erstreckt, und b: die Länge des Sinus-Lineals bedeutet.

Die Berechung des kegeligen Verlaufs eines Kegels ' ist somit zeitaufwendig.

Aufgabe der Erfindung ist die zuvor aufgeführten Nachteile der weitverbreitet angewandten Kegelfeinmeßgeräten bzw. Kegellehren zu vermeiden.

Die Aufgabe wird bei einer Kegellehre der genannten Art erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die Zentriervorrichtung kann ein gerades Teil enthalten, das eine Längsachse aufweist und senkrecht zur Kegelachse angelegt werden kann; sowie zwei Bezugsteile, die symmetrisch auf beiden Seiten des geraden Teils angeordnet sind und die Kegelfläche berühren können, so daß, falls die beiden Bezugsteile die Kegelfläche berühren, die Längsachse mit der Basislinie zusammenfällt.

Die Meßvorrichtung kann ein höheres Kontaktteil enthalten, das in einer längsverlaufenden Öffnung, die zwischen den beiden Bezugsteilen im geraden Teil vorgesehen ist, und auf der einen Seite der Bezugsteile angeordnet ist,das entlang der Längsachse und in der längsverlaufenden Öffnung gleiten kann und das die

Kegelfläche an einem ersten Punkt berührt, ferner ein niedrigeres Kontaktteil, das in der längsverlaufenden öffnung und auf der anderen Seite der Bezugsteile vorgesehen ist, und das entlang der Längsachse und in der längsverlaufenden öffnung gleiten kann und das die Kegelfläche an einem zweiten Punkt berührt, sowie eine Meßanordnung aufweist, die mit den Kontaktteilen zusammenwirkt und die einen Wert bestimmt, das doppelte des Abstandes zwischen den beiden Punkten in der Richtung der Basislinie geteilt durch den Abstand zwischen den beiden Punkten in Richtung der Kegelachse beträgt, so daß, welcher Art auch immer die Kontaktteile innerhalb der längsverlaufenden öffnung verschoben wurden, die beiden Punkte, die jeweils durch die beiden Kontaktteile berührt werden, einen konstanten Abstand in Richtung der Kegelachse aufweisen und daher der abgelesene Wert den gesuchten kegeligen Verlauf darstellt.

In einem Ausführungsbeispiel kann das gerade Teil ferner zwei längsverlaufende Nuten aufweisen, die

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jeweils an den beiden Seiten desselben vorgesehen sind. Das höhere Kontaktteil kann, nahe seines unteren Endes, das entgegengesetzt zu dem Ende ist, das die Kegelfläche berührt, eine Lochöffnung aufweisen, die gerade unterhalb und im wesentlichen parallel zur Längsachse eine Achse aufweist. Die Meßvorrichtung kann ferner für das höhere Kontaktteil ein Transportteil enthalten, das zwei entsprechende längsverlaufende Vorsprünge aufweist, die in den längsverlaufenden Nuten gleiten können, und das eine mittige öffnung aufweist, durch die das höhere Kontaktteil durchtreten kann und das in ihr fixiert ist, sowie eine Spindel, die koaxial in der Lochöffnung befestigt ist, und eine mit dem niedrigeren Kontaktteil verbundene Hülse auf der die Meßanordnung vorgesehen ist, und die entlang der Spindel gleiten kann, so daß, nachdem die Kontaktteile durch Verschieben des Transportteils für das höhere Kontaktteil entlang der längsverlaufenden Nuten und durch Gleiten der Hülse entlang der Spindel verschoben wurden, um die beiden Punkte zu berühren, die Meßanordnung den kegeligen Verlauf angibt.

ORIGINAL !NSf⁵ECTED

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Vorzugsweise enthält die Meßvorrichtung des letzten Abschnitts weiterhin eine Laufbuchse, die von einem Ende der Spindel, das dem gegenüberliegt, das in der Lochöffnung befestigt ist, auf die Hülse aufgebracht ist und sowohl drehbar als auch gewindegängig mit der Hülse im Eingriff steht, sowie eine längsverlaufende Ableseskala, auf der Hülse und eine kreisförmige Ableseskala auf dem offenen Ende der Laufbuchse, die mit der längsverlaufenden Ableseskala zusammenwirkt, damit ein bruchteilweises Ablesen ermöglicht wird, so daß wenn das höhere Kontaktteil die Kegelfläche berührt und die Laufbuchse gedreht wird, um das niedrigere Kontaktteil mit der Kegelfläche in Berührung zu bringen, das bruchteilweise Ablesen den kegeligen Verlauf wiedergibt.

Es ist gut vorstellbar die Meßanordnung als Digitalanzeige weiterzuentwickeln, die auf die Bewegung der Hülse längs der Spindel anspricht, so daß der kegelige Verlauf direkt von der Digitalanzeige abgelesen werden kann.

IwSi-ECTED

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-JB-

Die vorliegende Erfindung wird anhand der beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben und erläutert. Es zeigt:

Figur 1 eine perspektivische Ansicht eines

bevorzugten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Kegellehre;

Figur 2 eine perspektivische Explosionsansicht des bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels;

Figur 3 eine schematische Ansicht des bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels beim Messen des kegeligen Verlaufes einer Kegelbohrung;

Figur 4 eine perspektivische Ansicht der Ablesungen auf der Hülse und der Laufbuchse des bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels;und

ORIGiUAL ;;iS?EOTED

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Figur 5 A + B geometrische Darstellungen zur Erläuterung der geometrischen Prinzipien, auf denen die Arbeitsweise der erfingungsgemäßen Kegellehre basiert.

Gemäß Figur 1 enthält die Kegellehre bzw. das Kegelfeinmeßgerät eine Zentriervorrichtung, die ein gerades Teil 1 aufweist, und eine Messvorrichtung, die einen Transportteil 2 für ein höheres Kontaktteil, eine Kontaktvorrichtung 3 und eine Messanordnung 4 aufweist. Wie aus Figur 2 zu entnehmen ist, enthält die Zentriervorrichtung ferner zwei Bezugsteile 11a und 11b, die symmetrisch auf den beiden Seiten des geraden Teils 1 angeordnet sind, das mit einer längsverlaufenden öffnung 12 zwischen den Bezugsteilen 11a und 11b und mit zwei längsverlaufenden Einkerbungen bzw. Nuten 13a und 13b in seinen beiden Seiten versehen ist. Die Kontaktvorrichtung 3 enthält des weiteren ein niedrigeres Kontaktteil 38, ein höheres Kontaktteil 37, eine Platte 35, um das höhere Kontaktteil 37 durch sie hindurchtreten zu lassen und um es an ihr zu

halten, wobei diese vier Gewindebohrungen 36a, eine mittige öffnung 32 und eine Lochöffnung 34a aufweist, die nahe dem unteren Ende des höheren Kontaktteils 37 vorgesehen ist und eine Achse aufweist, die gerade unterhalb und parallel zur Längsachse der mittigen öffnung 32 und dem geraden Teil 1 verläuft, sowie eine erste Schraube 34b und vier zweite Schrauben 36b. Das Transportteil 2 für das höhere Kontaktteil weist weiterhin eine mittige öffnung 22, zwei längsverlaufende Vorsprünge 23a, 23b, die in die längsverlaufenden Nuten 13a, 13b eingreifen und in ihnen gleiten und vier Gewindebohrungen 26 auf, in die über Gewindebohrungen 36a vier Schrauben 36b eingeschraubt werden können. Die Meßanordnung 4 enthält ferner eine Spindel 41, die koaxial in die Lochöffnung 34a eingebracht und durch eine Schraube 34b in der Lochöffnung 34a befestigt ist, eine Hülse 42, an der das niedrigere Kontaktteil 38 angebracht ist und die auf der Spindel 41 gleiten kann, eine Laufbuchse 44, die auf die Hülse 42 aufgebracht ist und die sowohl drehbar als auch gewindegängig mit der Hülse 42 in

Eingriff steht, und eine längsverlaufende Ableseskala 43a auf der Hülse 42 zusammen mit einer kreisförmigen Ableseskala 43b am offenen Ende 43b der Laufbuchse 44, um ein bruchteilhaftes Ablesen zu ermöglichen, das durch Zusammenwirken der längsverlaufenden Ablesung 43a und der kreisförmigen Ablesung 43, wie allgemein bekannt, erhalten werden kann. Aufgrund der hierzuvor durchgeführten bauteilhaften Beschreibung der vorliegenden Kegellehre bzw. -feinmeßgerätes können folgende Tatsachen festgestellt werden:

Dadurch, daß die Bezugsteile 11a, 11b symmetrisch auf den beiden Seiten des geraden Teils 1 angeordnet sind, verläuft die Längsachse des geraden Teils 1, falls beide Bezugsteile 11a und 11b die Kegelfläche berühren, senkrecht zur Kegelachse und schneidet eine Gerade, die durch zwei Punkte auf einer Kegelfläche, zwischen denen ein kegeliger Verlauf gemessen werden soll, bestimmt wird.

Die Kontaktteile 37 und 38 können entlang der Längsachse des geraden Teils 1 bewegt werden, wobei sie in der längsverlaufenden öffnung 12 bzw. in den mittigen öffnungen 32 bzw. 22 gleiten und die beiden Punkte auf der Kegelfläche berühren, so daß die Ablesungen 43a, 43b dazu vorgesehen sein können, einen Wert anzuzeigen, der den doppelten Abstand zwischen den beiden Punkten in Richtung der Längsachse geteilt durch den Abstand zwischen den beiden Punkten in Richtung der Kegelachse beträgt, da ja, wie auch immer die Kontaktteile 37, 38 solange, bis beide die Kegelfläche berühren, durch Gleiten des Transporters 2 entlang der längsverlaufenden Nuten 13a, 13b bzw. Drehen der Laufbuchse 44, bewegt wurden, die Höhendifferenz, d.h. Abstand c in Figur 3, zwischen den beiden Teilen 37, 38 konstant ist.

Die vorliegende Kegellehre kann zur Messung des kegeligen Verlaufs der innenliegenden oder der außenliegenden Fläche eines Kegels oder nur zur Messung des kegeligen Verlaufes einer geneigten Fläche verwendet werden.

In Figur 3 ist die vorliegende Kegellehre bzw. das Kegelfeinmeßgerät bei der Messung des kegeligen Verlaufs einer Kegelbohrung gezeigt. Figur 4 zeigt ein Beispiel an Ablesungen 43a, 43b.

Für die Praxis beträgt die Genauigkeit bei der Messung des kegeligen Verlaufes der vorliegenden Kegellehre t= 2a/c = 2*(O.O1)/2O = 0.001, wenn eine Genauigkeit von 0.01 mm der Meßanordung angenommen und eine Höhendifferenz der beiden Kontaktteile 37", 38 von 20 mm vorgegeben ist, wobei die Genauigkeit dem ISO (International Organisation for standardization) Wert 10T entspricht. Falls gewünscht kann durch die vorliegende Erfindung ein geringerer ISO Wert wie z.B. 3T oder 4T erreicht werden. Der Kegelmeßbereich Ct = 2a/c) der vorliegenden Kegellehre kann offensichtlich von etwa 0.001 bis 2,5 betragen, der für verschiedene Kegelstandards, wie z.B. Morse Taper, Brown & Sharp Taper, Jano Taper .·... usw. geeignet ist.

Zum völligen Verständnis der Arbeitsweise einer erfindungsgemäßen Kegellehre wird auf Figur 5A und 5B verwiesen. Wie in Figur 5A gezeigt, kann eine Gerade G, die einen gewissen Neigungswinkel θ aufweist, nur durch einen bestimmten Kegel K berührt werden. Da die Bezugsteile 11a, 11b symmetrisch auf den beiden Seiten des geraden Teils 1, wie aus der Geometrie in Figur 5B entnommen werden kann, vorgesehen sind, verläuft die Längsachse, d.h. Basislinie B des geraden Teils 1 durch den Mittelpunkt M eines Kegelkreises C des Kegels K, d.h. durch einen Punkt auf der Kegelachse A, falls die Bezugsteile 11a, 11b den Kegelkreis C berühren. Die Basislinie B verläuft, wie aus Figur 5A zu entnehmen, daher senkrecht zur Kegelachse A und, wenn der erste und zweite Punkt P-, P, auf der Geraden G des Kegels K getrennt voneinander vom höheren und niedrigeren Kontaktteil 37, 38 berührt werden, kann der kegelige Verlauf zwischen den beiden Punkten

P , P₂ (oder des Kegels K) dadurch erhalten werden, indem man das doppelte des Abstandes d zwischen den Punkten P-, P~ in Richtung der Basislinie B durch den Abstand c zwischen den beiden Punkten P₁, P₂ in Rieh-

tung der Kegelachse A dividiert. Da die Höhendifferenz, d.h. der Abstand c zwischen dem höheren und niedrigeren Kontaktteil 37, 38 konstant ist, muß die Meßanordnung 4 nur den Abstand d als Variable nehmen, wie auch immer das höhere und das niedrigere Kontaktteil 37, 38 in der längsverlaufenden Öffnung 12 bzw. in den mittigen öffnungen 22, 32 durch Verschieben des Transporters 2 entlang den längsverlaufenden Nuten 13a, 13b bzw. Drehen der Laufbuchse 44 bewegt wurden, damit beide die Gerade G, d.h. die Kegelfläche des Kegels K berühren, um einen Wert entsprechend 2d/c, d.h. den kegeligen Verlauf der Kegelfläche anzuzeigen,

- Ende der Beschreibung -

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Claims

Patentansprüche

1. Kegellehre, gekennzeichnet durch eine Zentriervorrichtung (1,11a,11b), die an eine Kegelfläche anlegbar ist und eine senkrecht zur Kegelachse (A) verlaufende Basislinie (B) bestimmt, die eine Gerade (G) schneidet, die durch zwei Punkte (P-,P-)/ zwischen denen ein kegeliger Verlauf gemessen werden soll, auf der Kegelfläche bestimmt wird, wobei die Basislinie (B), die Achse (A) und die Gerade (G) in einer Ebene verlaufen und durch eine Meßvorrichtung (2,3,4), die zwei Strecken (c,d), die die Abstände zwischen den beiden Punkten (P

in Richtung der Achse (A) und in Richtung der Basislinie (B) darstellen, zur Anzeige des kegeligen Verlaufs zwischen den beiden Punkten (P₁,P₂) verwendet.

Postscheckkonto Stuttgart 507 71 -705 (BLZ 600100 70) · Dresdner Bank Stuttgart 1919 854 (BLZ 600 800 00)

2. Kegellehre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentriervorrichtung (1,lla,llb) ein gerades Teil (1) enthält, das eine Längsachse
aufweist und das senkrecht zur Kegelachse (A)
angelegt wird, und daß zwei Bezugsteile (11a,11b) symmetrisch auf beiden Seiten des geraden Teils (1) angeordnet sind und die Kegelfläche berühren können, wobei bei Kontakt der beiden Bezugsteile (11a,11b) mit der Kegelfläche diese Längsachse mit der Basislinie (B) zusammenfällt.

^. Kegellehre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das gerade Teil (1) zwischen den beiden Bezugsteilen (11a,11b) mit einer längsverlaufenden öffnung (12) versehen ist und daß die Meßvorrichtung (2,3,4) ein höheres Kontaktteil (37), das in der längsverlaufenden öffnung (12) und
auf der einen Seite der Bezugsteile (11a,lib)
vorgesehen ist, das entlang der Längsachse und
in der längsverlaufenden öffnung (12) gleiten kann und das die Kegelfläche an einem ersten Punkt (P-) berührt, ferner ein niedrigeres Kontaktteil (38),

das in der längsverlaufenden öffnung (12) und auf der anderen Seite der Bezugsteile (11a,11b) vorgesehen ist, das entlang der Längsachse und in der längsverlaufenden öffnung (12) gleiten kann, und das die Kegelfläche an einem zweiten Punkt (P₂) berührt, sowie eine Meßanordnung (4) aufweist, die mit den Kontaktteilen (37,38) zusammenwirkt und die einen Wert bestimmt, der das doppelte des Abstandes d zwischen den beiden Punkten (P-,P-) in Richtung der Basislinie geteilt durch den Abstand c zwischen den beiden Punkten (P-,P₂) in Richtung der Kegelachse (A) beträgt, wobei, wie auch immer die Kontaktteile (37,38) in der längsverlaufenden öffnung (12) bewegt werden, die beiden Punkte (P^,P₂) die jeweils durch die beiden Kontaktteile (37,38) berührt werden, einen konstanten Abstand c in Richtung der Kegelachse CA) aufweisen und daher der abgelesene Wert den gesuchten kegeligen Verlauf darstellt.

ORIGINAL INSPECTED

4. Kegellehre nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das gerade Teil (1) ferner zwei längsverlaufende Nuten (13a,33b)/ die jeweils an den beiden Seiten vorgesehen sind, enthält, daß das höhere Kontaktteil (37) nahe seines unteren Endes, das entgegengesetzt zu dem Ende ist, das die Kegelfläche berührt, eine Lochöffnung (34a) aufweist, wobei die Lochöffnung (34a) gerade unterhalb und im wesentlichen parallel zur Längsachse eine Achse aufweist, und daß die Meßvorrichtung (2,3,4) ferner für das höhere Kontaktteil (37) ein Transportteil (2) enthält, das zwei entsprechende längsverlaufende Vorsprünge (23a,23b) aufweist, die in den längsverlaufenden Nuten (13a,13b) gleiten können, und das eine mittige öffnung (22) aufweist, durch die das höhere Kontaktteil (37) durchtreten kann und in ihr fixiert ist, sowie eine Spindel (41), die koaxial in der Lochöffnung (34a) befestigt ist und eine mit dem niedrigeren Kontaktteil (38) verbundenen Hülse (42),auf der die Meßanordnung (4) vorgesehen ist, und die entlang der Spindel (41)

gleiten kann, wobei, nachdem die Kontaktteile (37,38) durch Verschieben des Transportteiles (2) für das höhere Kontaktteil (37) entlang der längsverlaufenden Nuten (13a,13b) bzw. durch Gleiten der Hülse (42) entlang der Spindel (41) verschoben worden sind, um die beiden Punkte (P-,P₂) zu berühren, die Meßanordnung (4) den kegeligen Verlauf angibt.

5. Kegellehre nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtung (2,3,4) weiterhin eine Laufbuchse (44) enthält, die von ihrem einen Ende, das dem Ende, das an der Lochöffnung (34a) befestigt ist, gegenüberliegt, auf die Hülse (42) aufgebracht ist und sowohl drehbar als auch gewindegängig mit der Hülse (42) in Eingriff steht, sowie eine längsverlaufende Ableseskala (43a) auf der Hülse (.42) und einekreisförmige Ableseskala (.43b) auf dem offenen Ende der Laufbuchse (44), die mit der längsverlaufenden Ableseskala (.43a) zusammenwirkt, damit ein bruchteilweises Ablesen ermöglicht wird, wobei, wenn das höhere Kontaktteil (37) die Kegelfläche

ORIGINAL !MSPECTED

berührt und die Laufbuchse (44) gedreht wird, um das niedrigere Kontaktteil (38) mit der Kegelfläche in Berührung zu bringen, das bruchteilhafte Ablesen den kegeligen Verlauf wiedergibt.

6. Kegellehre nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßanordung (4) durch eine Digitalanzeige gebildet wird, die auf die fortschreitende Bewegung der Hülse (42) entlang der Spindel (41) anspricht, so daß der kegelige Verlauf von der Digitalanzeige abgelesen werden kann.

- Ende der Patentansprüche -