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Dokumentenidentifikation DE102005047850A1 12.04.2007
Titel Vorrichtung und Verfahren zum Vermessen mindestens eines konischen Gewindes
Anmelder DECOM Prüflabor GmbH & Co. KG, 24376 Kappeln, DE
Erfinder Ludwig, Peter, 24351 Damp, DE
Vertreter Meissner, Bolte & Partner, 90402 Nürnberg
DE-Anmeldedatum 05.10.2005
DE-Aktenzeichen 102005047850
Offenlegungstag 12.04.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 12.04.2007
IPC-Hauptklasse G01B 3/48(2006.01)A, F, I, 20051005, B, H, DE
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Vermessen mindestens eines konischen Gewindes (1), insbesondere einer Gewindeschachtel (2) oder eines Gewindenippels (3), einer Elektrode einer schmelzmetallurgischen Anlage. Zur Vereinfachung des Messvorganges zur Feststellung der Präzision des konischen Gewindes sieht die Erfindung vor, dass die Vorrichtung ein erstes (4) und ein zweites (5) Lehrengewindeteil aufweist, die auf das zu vermessende Gewinde (1) auf- oder einschraubbar sind und die voneinander verschiedene Gewindedurchmesser (Dg, Dk) aufweisen, wobei Mittel (6) vorgesehen sind, mit denen die relative Drehlage zwischen beiden Lehrengewindeteilen (4, 5) und die Abweichung der relativen Drehlage von einer Solldrehlage ermittelt werden kann. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Vermessen mindestens eines konischen Gewindes (1), insbesondere einer Gewindeschachtel oder eines Gewindenippels, einer Elektrode einer schmelzmetallurgischen Anlage.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Vermessen mindestens eines konischen Gewindes, insbesondere einer Gewindeschachtel oder eines Gewindenippels einer Elektrode einer schmelzmetallurgischen Anlage. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Vermessen mindestens eines konischen Gewindes, insbesondere einer Gewindeschachtel oder eines Gewindenippels einer Elektrode einer schmelzmetallurgischen Anlage.

Bei schmelzmetallurgischen Anlagen, insbesondere bei Elektroschmelzöfen bzw. Lichtbogenöfen, werden Elektroden eingesetzt, die meist aus gesintertem Kohlenstoff (Graphit) mit Pech bestehen. Dabei werden mehrere derartige Elektroden in Achsrichtung zusammengesetzt und nacheinander in den Ofen eingeführt. Nach dem Verbrauch bzw. dem Verschleiß einer Elektrode werden die sich anschließenden Elektroden über eine Schraubverbindung mit einer Gewindeschachtel und einem Gewindenippel verbunden und der entstehende Elektrodenverbund in Achsrichtung in den Ofen nachgeführt. In einem derartigen Elektrodenstapel sind typischerweise zwei bis drei Elektroden zusammengefügt. Eine derartige Lösung ist in der DD 216 835 A5, in der DE 33 22 128 A1, in der DE 31 16 221 A1 und in der DE 198 50 735 C1 beschrieben.

Beim Zusammenfügen mehrerer Elektroden durch die genannte Schraubverbindung mittels Gewindeschachtel und Gewindenippel ist es sehr wichtig, dass sowohl an den Kontaktflächen im konischen Gewinde als auch an den planen Kontaktflächen um das Gewinde herum ein möglichst großer Kontakt bewerkstelligt wird, über den der Strom von einer Elektrode zur nächsten geführt wird. Ist die Schraubenverbindung nicht mit hinreichender Präzision ausgeführt und die Anbindung zweier Elektroden daher geometrisch mangelhaft, können erhebliche Schäden durch Erosion entstehen.

Deshalb ist eine hohe Maßgenauigkeit bei der Gewindeverbindung erforderlich, d.h. sowohl das Außengewinde des Gewindenippels als auch das Innengewinde der Gewindeschachtel müssen hohen geometrischen Anforderungen entsprechen und die Gewinde möglichst nahe an ihrer Idealform liegen.

Zur Prüfung hinreichender geometrischer Genauigkeit eines Gewindenippels bzw. einer Gewindeschachtel sind Lösungen bekannt, wie sie beispielsweise in der DIN EN 60239 oder in der japanischen Norm JIS R 7202 (Japanese Industrial Standard) beschrieben sind. Beim Prüfen des Gewindes mit diesen vorbekannten Verfahren werden zwei scheibenförmige Lehrengewindeteile mit unterschiedlichem Durchmesser auf oder in das zu vermessende Gewinde eingeschraubt und der sich zwischen den beiden Lehrengewindeteilen ergebende axiale Abstand mittels einer Messuhr gemessen. Auf Grund der Soll-Geometrie des Außen- bzw. des Innengewindes des Gewindenippels bzw. der Gewindeschachtel ist ein ideales Maß für den axialen Abstand der beiden Lehrengewindeteile gegeben, so dass durch Messung des tatsächlichen Abstandes ein Rückschluss darauf möglich ist, ob die konischen Gewinde von Gewindenippel bzw. Gewindeschachtel hinreichende Genauigkeit aufweisen.

In nachteiliger Weise ist das in den genannten Normen beschriebene Verfahren zum Vermessen des konischen Gewindes relativ aufwendig. In der Praxis wirft dies insbesondere dann Probleme auf, wenn gering qualifiziertes Personal beim Herstellen der Gewinde Prüfungen durchführen muss.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Vermessen eines konischen Gewindes, insbesondere einer Gewindeschachtel oder eines Gewindenippels einer Elektrode einer schmelzmetallurgischen Anlage, sowie ein zugehöriges Verfahren zum Vermessen der Gewinde zu schaffen, mit der bzw. mit dem es möglich ist, in einfacherer Weise eine Prüfung der Gewinde von Gewindeschachtel und Gewindenippel vorzunehmen. Vorrichtung und Verfahren sollen möglichst einfach, auch unter rauen Umweltbedingungen, arbeiten und einfach verständlich sein, damit in der Fertigung auch Mitarbeiter mit geringer Qualifikation die Prüfung zuverlässig bewerkstelligen können.

Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist hinsichtlich der Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass sie ein erstes und ein zweites Lehrengewindeteil aufweist, die auf oder in das zu vermessende Gewinde auf- oder einschraubbar sind und die voneinander verschiedene Gewindedurchmesser aufweisen, wobei Mittel vorgesehen sind, mit denen die relative Drehlage zwischen beiden Lehrengewindeteilen und die Abweichung der relativen Drehlage von einer Solldrehlage ermittelt werden kann.

Dabei können die beiden Lehrengewindeteile zur Vermessung des Außengewindes eines Gewindenippels als Ringscheiben mit einem konischen Innengewinde ausgebildet sein. Bei der Vermessung des Innengewindes einer Gewindeschachtel können die beiden Lehrengewindeteile als Ringscheiben mit einem konischen Außengewinde ausgebildet sein.

Eines der Lehrengewindeteile kann mit einer Achse verbunden sein, die das andere Lehrengewindeteil koaxial durchsetzt. Dabei ist bevorzugt vorgesehen, dass die Achse an dem Lehrengewindeteil mit dem geringeren Gewindedurchmesser angeordnet ist. Weiterhin kann die Achse am Lehrengewindeteil mittels einer Schraubverbindung in einer einstellbaren relativen Drehlage fixierbar sein.

Eine Fortbildung sieht vor, dass an einem der beiden Lehrengewindeteile oder an einem mit diesen verbundenen Bauteil eine Skalenscheibe und an dem anderen der beiden Lehrengewindeteile oder an einem mit diesem verbundenen Bauteil ein Zeiger angeordnet ist, wobei der Zeiger auf der Skalenscheibe eine relative Drehlage der beiden Lehrengewindeteile anzeigt.

Beide Lehrengewindeteile können mit je einer Achse drehfest verbunden sein, wobei die eine Achse die andere, als Hohlwelle ausgebildete Achse axial durchsetzt. Dabei ist bevorzugt vorgesehen, dass an einem axialen Ende der beiden Achsen Handgriffe oder Griffabschnitte zum Handhaben und/oder Ein- oder Aufschrauben der Lehrengewindeteile angeordnet sind. Ferner kann eine Stirnseite der Handgriffe oder Griffabschnitte in der idealen Solllage der beiden Lehrengewindeteile relativ zueinander axial fluchten.

Mit Vorteil ist vorgesehen, dass die axiale Erstreckung der beiden Lehrengewindeteile maximal 30 mm beträgt, womit Probleme mit thermischen Ausdehnungen verhindert werden.

Der ein- und/oder auslaufende Abschnitt des Gewindestegs des Lehrengewindeteils kann gegenüber der theoretischen Sollform zurückgesetzt sein, um die Gefahr von Beschädigungen oder Unfällen möglichst zu vermeiden.

Zusätzlich Messmittel zur Messung des axialen Abstands der beiden Lehrengewindeteile können ebenfalls vorhanden sein. Bei den zusätzlichen Messmitteln handelt es sich bevorzugt um eine Messuhr.

Die Lehrengewindeteile können zum Auf- oder Einschrauben auf oder in ein einziges konisches Gewinde ausgebildet sein. Genauso ist es aber auch möglich, dass die Lehrengewindeteile zum Auf- oder Einschrauben auf oder in zwei mit unterschiedlicher Orientierung aneinander grenzender konischer Gewinde ausgebildet sind.

Als Material für die beiden Lehrengewindeteile, vorzugsweise für die gesamte Vorrichtung, kann Aluminium, Stahl oder kohlenfaserverstärkter Kunststoff vorgesehen werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Vermessen mindestens eines konischen Gewindes, insbesondere einer Gewindeschachtel oder eines Gewindenippels einer Elektrode einer schmelzmetallurgischen Anlage, weist folgende Schritte auf:

  • a) Auf- oder Einschrauben eines ersten Lehrengewindeteils auf oder in das zu vermessende Gewinde mit einem ersten Gewindedurchmesser;
  • b) Auf- oder Einschrauben eines zweiten Lehrengewindeteils auf oder in das zu vermessende Gewinde mit einem zweiten, vom ersten Gewindedurchmesser abweichenden Gewindedurchmesser;
  • c) Ermitteln der relativen Drehlage zwischen erstem und zweitem Lehrengewindeteil und Feststellen der Abweichung der ermittelten relativen Drehlage zu einer Solldrehlage.

Das Auf- oder Einschrauben der Lehrengewindeteile auf das zu vermessende Gewinde erfolgt dabei bevorzugt jeweils mit einem vorgegebenem und definierten Drehmoment.

Vorzugsweise wird vor der Durchführung des Schritts a) eine Kalibrierung der Solldrehlage der beiden Lehrengewindeteile bei Anbringung dieser an ein Lehrengewinde durchgeführt. Dies erfolgt insbesondere so, dass die Kalibrierung so durchgeführt wird, dass beide Lehrengewindeteile zueinander in einer vorgegebenen Nullstellung sind.

Ein Verfahren zum Herstellen einer Gewindenippel-Lehre mit einem konischen Gewinde sieht erfindungsgemäß vor, dass die Gewindenippel-Lehre aus mindestens zwei separat gefertigten Teilen zusammengesetzt wird.

Mit Vorteil ist dabei vorgesehen, dass die Gewindenippel-Lehre aus genau zwei separat gefertigten Teilen zusammengesetzt wird. Weiterhin kann das konische Gewinde mittels eines Drehvorgangs und gegebenenfalls durch einen sich anschließenden Feinbearbeitungsvorgang erzeugt werden.

Mit der vorgeschlagenen Vorrichtung und dem zugehörigen Verfahren wird es möglich, in besonders einfacher Weise die konischen Gewinde einer Gewindeschachtel bzw. eines Gewindenippels zu vermessen. Mit wenigen Handgriffen kann die vorgeschlagene Vorrichtung angelegt und sofort abgelesen werden, ob sich die Genauigkeit des konischen Gewindes innerhalb einer vorgegebenen Toleranz befindet und somit eingesetzt werden kann.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

1 schematisch die geschnittene Seitenansicht einer Gewindeschachtel für eine Elektrode mit angebrachter Vorrichtung zum Vermessen des konischen Gewindes der Gewindeschachtel,

2 einen Teil der Anordnung gemäß 1, aus Richtung A gesehen,

3 einen Ausschnitt der Vorrichtung in der Darstellung gemäß 1 in vergrößerter Ansicht,

4 die Ansicht B gemäß 3,

5 eine Gewindeschachtel-Masterlehre in der geschnitten dargestellten Seitenansicht,

6 die Gewindeschachtel-Masterlehre in der Ansicht C gemäß 5,

7 die Einzelheit Z gemäß 5,

8 die Gewindeschachtel-Masterlehre gemäß den 5 bis 7 in perspektivischer Ansicht mit einem stirnseitig anzubringenden Distanzring,

9 eine Gewindenippel-Masterlehre in der geschnitten dargestellten Seitenansicht,

10 eine Gewindenippel-Masterlehre, bestehend aus zwei verbundenen Teil-Lehren eines Gewindenippels,

11 ein großes Nippellehrengewindeteil zum Aufschrauben auf das in 10 dargestellte rechte Gewindenippel-Lehrenteil bzw. auf einen zu vermessenden Gewindenippel in der Vorderansicht,

12 das Lehrengewindeteil gemäß 11 in der geschnittenen Seitenansicht,

13 ein kleines Nippellehrengewindeteil zum Aufschrauben auf das in 10 dargestellte rechte Gewindenippel-Lehrenteil bzw. auf einen zu vermessenden Gewindenippel in der Vorderansicht,

14 das Lehrengewindeteil gemäß 13 in der geschnittenen Seitenansicht,

15 ein großes Nippellehrengewindeteil zum Aufschrauben auf das in 10 dargestellte linke Gewindenippel-Lehrenteil bzw. auf einen zu vermessenden Gewindenippel in der Vorderansicht,

16 das Lehrengewindeteil gemäß 15 in der geschnittenen Seitenansicht,

17 ein großes Schachtellehrengewindeteil zum Einschrauben in das in 8 dargestellte Gewindeschachtel-Masterlehrenteil bzw. in eine zu vermessende Gewindeschachtel in der Vorderansicht,

18 das Lehrengewindeteil gemäß 17 in der geschnittenen Seitenansicht,

19 ein kleines Schachtellehrengewindeteil zum Einschrauben in das in 8 dargestellte Gewindeschachtel-Lehrenteil bzw. in eine zu vermessende Gewindeschachtel in der Vorderansicht,

20 das Lehrengewindeteil gemäß 19 in der geschnittenen Seitenansicht,

21 ein Lehrengewindeteil zum Einschrauben in das in 8 dargestellte Gewindeschachtel-Lehrenteil bzw. in eine zu vermessende Gewindeschachtel samt der mit diesem verbundenen Achse in Explosionsdarstellung und

22 die teilweise geschnitten dargestellte Seitenansicht einer zu vermessenden Gewindeschachtel samt Vorrichtung zum Vermessen deren Gewinde (Schachtellehren).

In den 1 und 2 ist schematisch eine Gewindeschachtel 2 dargestellt, bei der es sich auch – wie später noch gesehen werden wird – um eine Gewindeschachtel-Lehre 2' handeln kann. Die Gewindeschachtel 2 weist ein konisches Innengewinde 1 auf, dass, wie oben erläutert, relativ hohen Anforderungen hinsichtlich seiner geometrischen Ausbildung unterliegt.

Zur Vermessung des konischen Gewindes 1 wird eine Vorrichtung eingesetzt, die zunächst aus zwei Lehrengewindeteilen 4 und 5 besteht. Das erste Lehrengewindeteil 4 weist einen ersten Gewindedurchmesser, nämlich den großen Gewindedurchmesser Dg, auf, so dass das Lehrengewindeteil 4 in den rechten Endbereich der Gewindeschachtel 2 eingeschraubt werden kann. Dem gegenüber weist ein zweites Lehrengewindeteil 5 einen zweiten, kleineren Gewindedurchmesser auf, nämlich den Gewindedurchmesser Dk. Damit kann das zweite Lehrengewindeteil 5 in den linken Endbereich des Gewindes der Gewindeschachtel 2 eingeschraubt werden.

Die beiden Lehrengewindeteile 4, 5 sind mit Mitteln 6 zur Ermittlung der relativen Drehlage beider Teile 4, 5 ausgestattet. Hierbei handelt es sich zunächst um eine Achse 7 in Form eines Wellenteils, das mit dem zweiten Lehrengewindeteil 5 mittels einer Schraubverbindung 8 drehfest verbunden ist. Die Achse 7 erstreckt sich einseitig im eingeschraubten Zustand aus der Gewindeschachtel 2 heraus.

Das erste Lehrengewindeteil 4 ist mit einer Achse 11 drehfest verbunden, wobei letztere als Hohlwelle ausgeführt ist. Wie 1 entnommen werden kann, durchsetzt die Achse 7 die Achse 8 axial und zwar in der Weise, dass in eingeschraubtem Zustand beider Lehrengewindeteile 4, 5 die Stirnseiten 16 beider Achsen 7, 11 im Bereich des axialen Endes 14 weitgehend fluchten.

Die Achse 7 ist im Bereich des ersten Lehrengewindeteils 4 mit einer Skalenscheibe 9 ausgestattet (siehe 2). Die Achse 11 weist in diesem Bereich einen Zeiger 10 auf.

Liegt ein ideal gefertigtes konisches Gewinde 1 vor, handelt es sich bei der Gewindeschachtel 2 namentlich um eine Gewindeschachtel-Lehre 2', fluchten nicht nur die beiden Stirnseiten 16 der beiden Achsen 7 und 11 axial, sondern der Zeiger 10 zeigt bei eingeschraubten Lehrengewindeteilen 4, 5 exakt auf eine Nullmarke der Skalenscheibe 9.

Wird die Vorrichtung in eine zu vermessende Gewindeschachtel 2 eingeschraubt, wird sich in Folge von Ungenauigkeiten des konischen Gewindes 1 nicht dieser Idealzustand einstellen. Vielmehr wird es, wie es in 2 angedeutet ist, zu einer Konstellation kommen, bei der der Zeiger 10 nicht die Nullmarke, sondern einen gewissen Differenzwinkel auf der Skalenscheibe 9 anzeigt. Aus der Größe des durch den Zeiger 10 angezeigten Fehlerwinkels kann sofort ein Rückschluss darauf gezogen werden, ob das konische Gewinde 1 noch eine hinreichende Genauigkeit aufweist und so die Gewindeschachtel eingesetzt werden kann oder ob es sich bei dieser um ein Ausschussteil handelt. Hierzu wird ein definierter Toleranzbereich vorgegeben, so dass auch gering qualifiziertes Personal sofort eine Prüfung dahingehend vornehmen kann, ob die geprüfte Gewindeschachtel verwendbar ist oder nicht.

In den 3 und 4 ist vergrößert die Situation dargestellt, die sich beim Vorliegen von Bearbeitungsfehlern des konischen Gewindes zeigt. Während, wie oben erläutert, die Stirnseiten 16 der beiden Achsen 7 und 11 bei einem idealen konischen Gewinde 1 fluchten und der Zeiger 10 auf der Nullmarke der Skalenscheibe 9 zu liegen kommt, ergibt sich in der Praxis zumeist das in den 3 und 4 dargestellte Bild. Hiernach existiert ein axialer Versatz x zwischen den beiden Stirnseiten 16 der Achsen 7 und 11. Gleichzeitig kommt der Zeiger 10 auf einer gewissen Winkelmarkierung der Skalenscheibe 9 zu liegen, womit auf das Maß der Ungenauigkeit des konischen Gewindes 1 geschlossen werden kann.

Falls eine derart große Abweichung in der Genauigkeit des konischen Gewindes 1 von der Idealform vorliegt, dass diese über einen Abweichungswinkel von der Nullmarke über 360° hinausgeht, kommt es zu einer Nicht-Eindeutigkeit beim Ablesen der durch den Zeiger 10 angezeigten Winkelstellung (Periodizität von 360°). Allerdings liegt in diesem Falle auch ein starker axialer Versatz x der beiden Stirnseiten 16 der beiden Achsen 7 und 11 vor, d.h. der axiale Versatz x wird relativ groß und sofort sichtbar und fühlbar. Dadurch kann auch für den Fall auf das Vorliegen dann sogar großer Ungenauigkeiten des konischen Gewindes 1 geschlossen werden, wenn (zufällig) der Zeiger 10 nahe der Nullmarke der Skalenscheibe 9 zu liegen kommt, in Folge der Periodizität der Winkelstellung jedoch eine erhebliche Ungenauigkeit vorliegt.

Wird vor der Benutzung der Vorrichtung diese an Hand einer Gewindeschachtel-Lehre 2' kalibriert, werden beide Lehrengewindeteile 4, 5 mit den sich hieran angebrachten Achsen 7 und 11 in das Gewinde 1 eingeschraubt. Hierzu steht im axialen Endbereich ein Griffabschnitt 15 an beiden Achsen 7 und 11 zur Verfügung, die zum einfachen Eindrehen der Lehrengewindeteilen 4, 5 dienen. Dabei wird zunächst das zweite Lehrengewindeteil 5 mit der sich hieran befindlichen Achse 7 eingeschraubt; ist dies geschehen, wird das erste Lehrengewindeteil 4 mit seiner Achse 11 koaxial auf die Achse 7 aufgesteckt und gleichermaßen mittels des Griffabschnitts 15 eingeschraubt. Im Falle einer Gewindeschachtel-Lehre 2' muss der Zeiger 10 exakt auf die Nullmarke der Skalenscheibe 9 zeigen. Dies kann dadurch eingestellt werden, dass eine Schraubverbindung 8 vorgesehen wird, die eine gewisse Einstellmöglichkeit in Umfangsrichtung zwischen dem Lehrengewindeteil 5 und der Achse 7 ermöglicht.

Zusätzlich kann – wie in 1 angedeutet wurde – ein zusätzliches Messmittel 12 in Form einer Messuhr eingesetzt werden, um den axialen Abstand a1 zwischen den beiden Lehrengewindeteilen 4 und 5 zu ermitteln. Zusätzlich oder alternativ zu dem Messmittel 12 ist eine Messuhr 22 vorgesehen zum Messen oder Ermitteln des axialen Abstandes a2 zwischen dem Lehrgewindeteil 4 und der als Messfläche oder Messebene dienenden Oberfläche 20 des Körpers, in dem das zu vermessende Gewinde ausgebildet ist.

In 5 ist eine Gewindeschachtel-Lehre 2' im Schnitt dargestellt und in 6 die entsprechende Vorderansicht. Wie aus 7 hervorgeht, handelt es sich bei dem konischen Gewinde 1 der Gewindeschachtel-Lehre 2' um ein API ähnliches Gewinde. Aus 8 ergibt sich eine perspektivische Darstellung der Gewindeschachtel-Lehre 2', wobei zur exakten Definition einer axialen Anlagefläche (Messebene) ein Distanzring 13 stirnseitig angeschraubt werden kann.

Eine Gewindenippel-Lehre 3' geht aus 9 im Radialschnitt hervor. Hier liegt ein konisches Außengewinde 1 vor. Zwei derartige Gewindenippel-Lehren 3' können – wie 10 zeigt – so zusammengesetzt werden, dass sich eine klassische Form eines Gewindenippels ergibt, wie er in vorbekannter Weise zum Verbinden zweier Elektroden eines Elektroschmelzofens eingesetzt wird.

Es sei angemerkt, dass die genannten Gewindeschachtel-Lehren 2' bzw. Gewindenippel-Lehren 3' quasi eine geometrische Idealform der zu fertigenden und zu vermessenden Gewindeschachteln 2 bzw. Gewindenippeln 3 darstellen.

Die 11 bis 20 zeigen Lehrengewindeteile 4, 5 in verschiedener Ausgestaltung zum Einsatz an Gewindeschachteln und Gewindenippeln.

Die 11 und 12 zeigen ein Lehrengewindeteil 4 zum Aufschrauben auf das in 10 dargestellte rechte Gewindenippel-Lehrenteil 3' bzw. auf einen zu vermessenden Gewindenippel 3. Das Lehrengewindeteil 4 weist ein konisches Innengewinde 1 mit großem Gewindedurchmesser Dg auf. Entsprechend ist in den 13 und 14 ein zugehöriges zweites Lehrengewindeteil 5 zu sehen, das grundsätzlich genauso wie dasjenige gemäß der 11 und 12 ausgebildet ist, hier jedoch einen kleinen Gewindedurchmesser Dk aufweist. Das Gewindelehrenteil 4 gemäß 15 und 16 entspricht demjenigen gemäß den 11 und 12, wobei die Konizität des Gewindes 1 lediglich anders orientiert ist und das Gewindelehrenteil 4 somit zum Aufschrauben auf das in 10 dargestellte linke Gewindenippel-Lehrenteil bzw. auf einen entsprechenden zu vermessenden Gewindenippel vorgesehen ist.

Die 17 und 18 zeigen ein erstes Lehrengewindeteil 4 mit großem Gewindedurchmesser Dg zum Einschrauben in eine Gewindeschachtel 2. Das Lehrengewindeteil 5 gemäß den 19 und 20 wird ebenfalls in eine Gewindeschachtel 2 eingeschraubt, weist hier jedoch den kleineren Gewindedurchmesser Dk auf. Beide Lehrengewindeteile 4, 5 gemäß den 17 bis 20 weisen also ein Außengewinde 1 auf, um in eine Gewindeschachtel 2 eingeschraubt werden zu können.

21 zeigt in Explosionsdarstellung verschiedene Teile eines Teils der Messvorrichtung, wobei das Lehrengewindeteil 4 bzw. 5 zu sehen ist, das mittels einer Schraubverbindung 8 mit der Achse 7, 11 verbunden ist. Wie zu erkennen ist, ist eine Scheibe 18 in die Achse 7 integriert, die eine axiale Anlagefläche definiert.

Die axiale Länge der Lehrengewindeteile 4, 5 wird möglichst klein gewählt, beispielsweise wird sie auf maximal 30 mm beschränkt. Weiterhin kann der Gewindesteg 17 des konischen Gewindes 1 der Lehrengewindeteile 4, 5 teilweise weggearbeitet sein, um Beschädigungen von Gewindeeinlauf und Gewindeauslauf und Verletzungen bei der Handhabung zu verhindern.

Aus 22 geht noch einmal der Gesamtaufbau hervor, wenn die Vorrichtung zum Vermessen des konischen Gewindes 1 in eine Gewindeschachtel 2 eingeschraubt ist.

Gemäß der vorliegenden Erfindung werden zum Vermessen des konischen Gewindes der Gewindeschachtel bzw. des Gewindenippels also wie im Stand der Technik zwei Lehrengewindeteile 4, 5 bzw. Gewindelehrdorne eingesetzt, wobei jedoch ein Drehwinkel als Differenzwinkel zwischen diesen beiden Lehrengewindeteilen ermittelt wird, um auf die Qualität des zu vermessenden konischen Gewindes zu schließen. Liegt eine Abweichung der relativen Drehlage der beiden Lehrengewindeteile 4, 5 zueinander vor, d. h. zeigt der Zeiger 10 nicht auf die Nullmarke der Skalenscheibe 9, liegt folglich eine entsprechende Abweichung des konischen Gewindes 1 von der Idealform vor. Der Differenzwinkel steht in direktem Zusammenhang mit dem Kegelwinkel des konischen Gewindes 1. Somit kann (mittelbar) gemessen werden, wie es um die Genauigkeit des Kegelwinkels des konischen Gewindes 1 bestellt ist.

Die Kalibrierung der Messvorrichtung erfolgt – wie erläutert – vor der eigentlichen Benutzung der Vorrichtung an einer Gewindeschachtel-Lehre bzw. an einer Gewindenippel-Lehre, die fertigungstechnisch mit höchster Präzision hergestellt werden und sehr genau vermessen sind. Dabei kommen beispielsweise optische dreidimensionale Abtastverfahren zum Einsatz oder auch ein Messen mittels mechanischer Abtastung durch in dem Gewindegang laufende Kugeln. Wie erläutert, werden bei in die Lehren eingeschraubten Lehrengewinde-Teilen 4, 5 die beiden Achsen 7, 11 so justiert, dass der Zeiger 10 auf der Nulllinie der Skalenscheibe 9 zu liegen kommt. Dazu erlaubt die Schraubverbindung 8 eine drehfeste Verbindung zwischen Lehrengewindeteil 5 und Achse 7 in jeder beliebigen Winkelstellung. Beide Lehrengewindeteile 4, 5 haben dabei die gleiche Konizität.

Als Material für die Vorrichtungsteile, insbesondere für die Lehrengewindeteile, kann ein Metall, insbesondere Aluminium oder Stahl, gewählt werden. Aluminium hat allerdings einen gewissen Nachteil, da sein thermischer Ausdehnungskoeffizient viel größer ist als bei dem Kohlenstoff oder Graphit der Elektrode. Deshalb ist auch ein kohlenfaserverstärkter Kunststoff vorteilhaft, der im wesentlichen den gleichen Ausdehnungskoeffizienten hat wie das Graphit.

Bei einem zu vermessenden Gewindenippel wird durch Messen des Abstandes der beiden Lehrengewindeteile 4, 5 der Abstand der beiden konischen Hälften des Nippels bestimmt (s. 10) und damit der Durchmesser oder Flankendurchmesser im Zenit. Der derart bestimmte Differenzdurchmesser entspricht dann zwei Mal der Differenz aus der größeren Länge und der kleineren Länge der beiden Nippelhälften. Die Gewindelängen der beiden Nippelhälften sollen normalerweise gleich sein.

Zusätzlich zu dem zu messenden relativen Drehwinkel wird in allen Ausführungen vorzugsweise auch eine Länge oder Tiefe gemessen, wobei insbesondere die erwähnte Messuhr (zusätzliches Messmittel 12 und/oder Messuhr 22) zum Einsatz kommt, wodurch auch der Flankendurchmesser des Gewindes oder Paarungsflankendurchmesser bestimmt werden können.

Um die Gewindenippel-Lehre herzustellen, kann nach einer besonderen Ausführungsform der Erfindung vorgesehen werden, dass diese Lehre aus zwei jeweils mit dem konischen Gewinde versehenen Hälften hergestellt und die Hälften kann miteinander verbunden werden. Dabei ist darauf zu achten, dass ein kontinuierlicher Gewindegang entsteht, die beiden Hälften also entsprechend gegerieinander ausgerichtet werden. Dies kann mit einer mechanischen Abtastung mittels einer Kugel gemessen werden. Im Stand der Technik sind die Gewindenippel-Lehren stets einstückig ausgebildet. Die Gewinde des Nippels werden beispielsweise durch Drehen erzeugt und durch Schleifen nachgearbeitet.

1
konisches Gewinde
1'
konisches Gewinde
1''
konisches Gewinde
2
Gewindeschachtel
2'
Gewindeschachtel-Lehre
3
Gewindenippel
3'
Gewindenippel-Lehre
4
erstes Lehrengewindeteil
5
zweites Lehrengewindeteil
G
Mittel zur Ermittlung der relativen Drehlage
7
Achse
8
Schraubverbindung
9
Skalenscheibe
10
Zeiger
11
Achse
12
zusätzlich Messmittel (Messuhr)
13
Distanzring
14
axiales Ende
15
Griffabschnitt
16
Stirnseite
17
Gewindesteg
18
Scheibe
20
Messfläche
22
Messuhr
Dg
großer Gewindedurchmesser
Dk
kleiner Gewindedurchmesser
a
axialer Abstand
x
axialer Versatz


Anspruch[de]
Vorrichtung zum Vermessen mindestens eines konischen Gewindes (1), insbesondere einer Gewindeschachtel (2) oder eines Gewindenippels (3) einer Elektrode einer schmelzmetallurgischen Anlage, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein erstes (4) und ein zweites (5) Lehrengewindeteil aufweist, die auf oder in das zu vermessende Gewinde (1) auf- oder einschraubbar sind und die voneinander verschiedene Gewindedurchmesser (Dg, Dk) aufweisen, wobei Mittel (6) vorgesehen sind, mit denen die relative Drehlage zwischen beiden Lehrengewindeteilen (4, 5) und die Abweichung der relativen Drehlage von einer Solldrehlage ermittelt werden kann. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Lehrengewindeteile (4, 5) zur Vermessung des Außengewindes (1) eines Gewindenippels (3) als Ringscheiben mit einem konischen Innengewinde ausgebildet sind. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Lehrengewindeteile (4, 5) zur Vermessung des Innengewindes (1) einer Gewindeschachtel als Ringscheiben mit einem konischen Außengewinde ausgebildet sind. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eines der Lehrengewindeteile (5) mit einer Achse (7) verbunden ist, die das andere Lehrengewindeteil (4) koaxial durchsetzt. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse (7) an dem Lehrengewindeteil (5) mit dem geringeren Gewindedurchmesser (Dk) angeordnet ist. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse (7) am Lehrengewindeteil (5) mittels einer Schraubverbindung (8) in einer einstellbaren relativen Drehlage fixierbar ist. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass an einem der beiden Lehrengewindeteile (4, 5) oder an einem mit diesen verbundenen Bauteil (7, 11) eine Skalenscheibe (9) und an dem anderen der beiden Lehrengewindeteile (4, 5) oder an einem mit diesem verbundenen Bauteil (7, 11) ein Zeiger (10) angeordnet ist, wobei der Zeiger (10) auf der Skalenscheibe (9) eine relative Drehlage der beiden Lehrengewindeteile (4, 5) anzeigt. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass beide Lehrengewindeteile (4, 5) mit je einer Achse (7, 11) drehfest verbunden sind, wobei die eine Achse (7) die andere, als Hohlwelle ausgebildete Achse (11) axial durchsetzt. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass an einem axialen Ende (14) der beiden Achsen (7, 11) Handgriffe oder Griffabschnitte (15) zum Handhaben und/oder Ein- oder Aufschrauben der Lehrengewindeteile (4, 5) angeordnet sind. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stirnseite (16) der Handgriffe oder Griffabschnitte (15) in der idealen Solllage der beiden Lehrengewindeteile (4, 5) relativ zueinander axial fluchten. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Erstreckung der beiden Lehrengewindeteile (4, 5) maximal 30 mm beträgt. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der ein- und/oder auslaufende Abschnitt des Gewindestegs (17) des Lehrengewindeteils (4, 5) gegenüber der theoretischen Sollform zurückgesetzt ist. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich Messmittel (12) zur Messung des axialen Abstands (a) der beiden Lehrengewindeteile (4, 5) vorhanden sind. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzlichen Messmittel (12) eine Messuhr sind. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Lehrengewindeteile (4, 5) zum Auf- oder Einschrauben auf oder in ein einziges konisches Gewinde (1) ausgebildet sind. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Lehrengewindeteile (4, 5) zum Auf- oder Einschrauben auf oder in zwei mit unterschiedlicher Orientierung aneinander grenzender konischer Gewinde (1', 1'') ausgebildet sind. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die beiden Lehrengewindeteile (4, 5), vorzugsweise die gesamte Vorrichtung, aus Aluminium bestehen bzw. besteht. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die beiden Lehrengewindeteile (4, 5), vorzugsweise die gesamte Vorrichtung, aus Stahl bestehen bzw. besteht. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die beiden Lehrengewindeteile (4, 5), vorzugsweise die gesamte Vorrichtung, aus kohlenfaserverstärktem Kunststoff bestehen bzw. besteht. Verfahren zum Vermessen mindestens eines konischen Gewindes (1), insbesondere einer Gewindeschachtel oder eines Gewindenippels einer Elektrode einer schmelzmetallurgischen Anlage, das die Schritte aufweist:

a) Auf- oder Einschrauben eines ersten Lehrengewindeteils (5) auf oder in das zu vermessende Gewinde (1) mit einem ersten Gewindedurchmesser (Dk);

b) Auf- oder Einschrauben eines zweiten Lehrengewindeteils (4) auf oder in das zu vermessende Gewinde (1) mit einem zweiten, vom ersten Gewindedurchmesser (Dk) abweichenden Gewindedurchmesser (Dg);

c) Ermitteln der relativen Drehlage zwischen erstem und zweitem Lehrengewindeteil (4, 5) und Feststellen der Abweichung der ermittelten relativen Drehlage zu einer Solldrehlage.
Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Durchführung des Schritts a) gemäß Anspruch 20 eine Kalibrierung der Solldrehlage der beiden Lehrengewindeteile (4, 5) bei Anbringung dieser an ein Lehrengewinde erfolgt. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalibrierung so erfolgt, dass beide Lehrengewindeteile (4, 5) zueinander in einer vorgegebenen Nullstellung sind. Verfahren zum Herstellen einer Gewindenippel-Lehre (3') mit einem konischen Gewinde, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindenippel-Lehre (3') aus mindestens zwei separat gefertigten Teilen zusammengesetzt wird. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindenippel-Lehre (3') aus genau zwei separat gefertigten Teilen zusammengesetzt wird. Verfahren nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass das konische Gewinde mittels eines Drehvorgangs und gegebenenfalls durch einen sich anschließenden Feinbearbeitungsvorgang erzeugt wird.






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