Reparatur Kreuztisch M20 English

Bastelanleitung

Geforderte Toleranzen etwa 0.1 mm; zum Teil etwas besser.

Seitwärts Bewegung des Objektträgers

Ersatzteile gibt es seit langem nicht mehr.
Der Mangel ist, dass die Kunststoff-Zähne nach Jahrzehnten spröde werden und brechen. Die Materialpaarung von Messing mit einem Thermoplasten ist ohnehin erklärungsbedürftig. Gelegentlich kommt es dann soweit, dass sich die abgebrochenen Zähnchen so verklemmen, dass der Objekträger nicht mehr seitwärts bewegt werden kann. Zudem verengt sich die Lücke zwischen Rad und Block so, dass auch Viertel-Zähne klemmen. Schmieren hilft nichts, es muss ein Ersatz her. Ein anderer Grund für das Brechen kann eine falsche Annahme des Benutzers sein: einige Achsen des Mikroskops können in der Gängigkeit reguliert werden, indem man die Achsen anzieht oder lockert. Bei dieser "Achse" kann dies nicht gehen, weil es sich um ein Doppel-Getriebe handelt. Versucht man dies trotzdem, so brechen Zähne ab.

Vorbereitung:

Ersatzteile beschaffen: z.B. Bestellnummer MG 717N, 4 Stück, bei www.nozag.ch.
Die Messingzahnräder (Modul 0.7, 17 Zähne) von Nozag haben eine Länge von 10 mm, wovon die Zähne 4 mm breit sind.
Kreuztisch abschrauben. Alle sichtbaren Schrauben entfernen. Nun müssen noch 3 Bolzen entfernt werden. Zwei davon sichern die Kunststoffrädchen und einer den fixen Handtrieb der sagittalen Bewegung. In Ermangelung eines Bolzendrückers helfen 1 mm dicke Nägel und ein Hämmerchen. Wenn die Kunststoffrädchen dabei noch ganz kaputt gehen macht's nichts, von diesen Teilen wird ohnehin nur die Stahl-Lagerhülse gebraucht. Aber trotzdem ist Vorsicht geboten, das Lager im Leichtmetallträger wird noch gebraucht.
Die Handtriebe für die laterale Bewegung (mit den Messingzahnrädern) sind auf der jeweiligen Achse mit einer Klemm-Mutter angeschraubt. Erst Klemmschräubchen lösen und dann drehen. Die Unterlagsringe (Nylon?) werden später wieder gebraucht (2 mal (2 gross und 1 klein)).

Veränderung Spindelantrieb:

Plastik-Zahnrad entfernen (einspannen in Bohrmaschine und mit Kombizange abraspeln, geht rasch, da das Zahrad dabei schmilzt). Die verbleibende Stahlhülse auf 7 mm Durchmesser abdrehen, schleifen.und polieren.
Wenn die Schrägverzahnung durch Geradverzahnung ersetzt wird, entfällt die Kompensation des Drucks der schrägen Zähne gegen die Schräge der Spindel. Solche Kräfte spielen hauptsächlich bei schnellen Drehzahlen eine Rolle. In unserem Fall handelt es sich aber um langsame Bewegungen im Bereich zwischen Haft- und Gleitreibung, die noch durch das Schmiermittel beeinflusst werden. Trotzdem steigt tendenziell die Belastung der Spitzenlager.
Leitspindelrad
Für das getriebene Rad muss die Achsbohrung auf 7 mm erweitert werden. Dann die Nabe um etwa 2 mm kürzen, um einen guten Eingriff der beiden Zahnräder zu haben. Nun wird das Bolzenloch so markiert, dass zwischen dem Messingrad und dem Aluminiumträger etwa 0.5 mm Luft ist.
Bohren des Bolzenlochs (1.5mm) erst nur auf einer Seite; dann auf das Lager aufschieben und das Gegenloch als Bohrerführung verwenden.
Die Leitspindel für die Lateral-Bewegung wurde durch Wild von Hand nachbearbeitet - erkennbar durch die Hand-Nummerierung der Teile. Hier ist meist etwas Schmutz eingeklemmt. Waschen mit Petrol hilft. Wieder gefettet wird erst nach dem Zusammensetzen. An den Enden der Leitspindel sind Spitzen, welche geschont werden müssen, denn sie dienen als Spitzenlager.

Antriebsachse

Triebrad
Material: Messing, verchromt. Das Original-Rad hat 33 Zähne und eine Schrägungswinkel von 15° und ein Modul von zirka 0.3486. (Annahme: Norm-Evolventenzahnung)

Veränderung:

Mit Laubsäge Zahnrad entfernen und mit Feile und Schleifpapier richten, bis die Schnittfläche senkrecht zur Drehachse steht.
Die Achsbohrung muss für das treibende Rad auf 8 mm erweitert werden. Dann wird es soweit gekürzt, dass die alte Gesamtlänge von 26.8 mm wieder erreicht wird.
Die Kürzung beträgt beim Nozag Rad etwa 3 Millimeter. Bei der die Länge ist keine grosse Genauigkeit gefordert, da mit der Klemmmutter justiert werden kann. Aber diese Schnittfläche muss senkrecht zur Achse sein. Die Klemmmutter hat beim Spannschräubchen einen dicken und einen dünnen Teil. Der dünne Teil hat kein Gewinde und liegt nach aussen. Mit der Klemmmutter wird die Gängigkeit dieser "Achse" eingestellt, siehe Einleitung.
Zusammengefügt wird mit Elektroniklot und einem Industrieföhn. Das Lot hat etwa 0.1 Millimeter Dicke.
Die Schwierigkeit hier ist das exakte Fügen. Auffädeln beider Teile auf einen trockenen Schilfhalm von 8 mm Durchmesser hilft. Nach dem Abkühlen sauber putzen und auf der betreffenden Achse einschleifen, bis sich das Triebrad gut drehen lässt.
Der Schilfhalm wurde aus folgenden Günden gewählt: a) Das Material stand als Rest vom Basteln eines Bienenhotels ohnehin zur Verfügung. Ich konnte mit der Schublehre auswählen. b) es wird ein Material gebraucht, das der Hitze des schmelzenden Weichlotes genügend lang Widerstand leistet, etwas federt, genügend gerade ist, eine schlechte thermische Leitfähigkeit aufweist und sich anschliessend leicht entfernen lässt. Eine Alternative wäre ein hohles Papierröllchen, das auf den richtigen Durchmesser gebracht wird. Keine gute Alternative sind Aluminiumrohre oder frische Schilfhalme (zuviel Wärmeabfuhr)..

Die Festigkeit der Lötstelle genügt auch hohen Ansprüchen. Allerdings darf auch dann die Gewindestange (Leitspindel) nicht klemmen, weil sie sonst beschädigt wird.

Befestigungsbolzen

Die Befestigungsbolzen sind weich. Sie verformen sich beim Entfernen so sehr, dass sie kaum mehr brauchbar sind. Daher wurden sie durch Nägel (Stahlstifte) mit 1.6 mm Durchmesser ersetzt. Mit Schleifpapier etwas konisch machen, die Spitze abschleifen und nach dem Einschlagen, abzwicken und glatt feilen. Die Spitze muss weg, damit die Bolzen wieder entfernt werden können.
Dazu wird die Bohrmaschine als Behelfsdrehbank gebraucht: Nagel einspannen und mit Schlüsselfeile und Schleifpapier präparieren. Der Bolzen muss nicht wie das Original poliert werden, - 150-er Papier reicht. Nägel haben zudem den Vorteil, dass sie bequemer platziert werden können. Wenn am Schluss noch ein Stückchen hochragt, ist klar, welches die Eintreibrichtung war.

Verändertes Getriebe nach obiger Korrektur

modifiziertes Getriebe

Mass-Skizze des neuen Getriebes

modifiziertes Getriebe
Die grau getönte Fläche bezeichnet das Einstellspiel.
Die Lager der konzentrischen Doppel-Achse sind mit je zwei Schrauben mit Federunterlagsringen befestigt. Die Bohrungen sind mit Absicht etwas grösser als unbedingt nötig, damit sowohl der Achsabstand der neuen Zahnräder, als auch der Eingriff in die Zahnstange zur Sagittal-Bewegung reguliert werden können. Diese Justierung ist erst nach dem Zusammenbau vorzunehmen. Die Lagerbleche (je 4 Schräubchen) für die Lateral-Bewegung werden nachher angeschraubt.

Das Aufbohren der Löcher wird am einfachsten mit einer Drehbank gemacht. Von Hand gebohrt, können die Räder eiern. Daher stufenweise vorgehen, häufig messen, Fräser benutzen und viel Geduld. Zudem sind Bohrmaschinen auf Holzbearbeitung ausgelegt. Messing braucht langsame Drehzahlen und einen veränderten Schnittwinkel (zirka 90°, d.h schaben statt Span abhebend).
Weitere Zahnräder, die in Frage kommen sind (alle Messing, ≥ 4 mm breite Zähne und Gesamtlänge ≥8mm)
Modul 1 kommt wegen zu kleinem Fussradius nicht in Frage, siehe Tabelle
Modul 0.5 24 oder 25 Zähne
Modul 0.4: 30 oder 31 Zähne
Modul 0.3: 39, 40 oder 41 Zähne

Benötigtes Werkzeug

Ausser einer ersehnten Drehbank, ist alles andere in einem Hobbykeller vorhanden: Schraubstock mit weicher Zulage, Laubsäge, Schlüsselfeilen, Feile, Nägel, Hammer, Bohrer, Kombizange, Schleifpapier, Lötkolben und Weichlot. Schraubendreher (Uhrmachersatz), Bohr- und Schleifmaschine. Auf den Gebrauch einer Schublehre kann notfalls verzichtet werden, die Schäfte der Bohrer 7 und 8 mm genügen als Passmass.

Bemerkungen

Das Einfachste wäre gewesen, das Plastikrädchen durch ein entsprechendes Messing-Zahnrädchen zu ersetzen. Diese sind im Handel so wenig erhältlich, wie die Fräser, die zur Herstellung gebraucht würden.
Messing wurde gewählt, weil es sich mit Weichlot sehr gut löten lässt.
Der Kopfkreis von Zahnrädern sollte nicht nachträglich verkleinert werden, damit würde der Eingriff verschlechtert.
Das neue Getriebe hat zwar etwas mehr Schlupf, was aber durch die Mechanik der Leitspindel aufgefangen wird. Die seitliche Lagerung (Spitzenlager) wurde nicht verändert, was heisst, dass die ursprüngliche Toleranz erreicht ist. Die volle Funktionsfähigkeit ist nun für Jahrzehnte erhalten. Wenn das neue Getriebe nach Jahren trotzdem klemmen sollte, putzen, waschen und neu schmieren.
 

Mögliche Messing-Ersatz-Zahnräder

Ersatz
Nozag
Original
Wild
Falsch
Module 0.3 0.3 0.3 0.4 0.4 0.5 0.5 0.7 .3486 0.8 1 Modul
Cogs 39 40 41 30 31 24 25 17 33 15 11 Zähne
dividing radius 5.85 6 6.15 6 6.2 6 6.25 5.95 5.95 6 5.5 Teilkreis Radius mm
head radius 6.15 6.3 6.45 6.4 6.6 6.5 6.75 6.65 6.32 6.8 6.5 Kopfkreis Radius mm
foot radius 5.50 5.65 5.80 5.53 5.73 5.42 5.67 5.13 5.53 5.07 4.33 Fusskreis Radius mm
thickness cog 0.459 0.459 0.459 0.613 0.613 0.766 0.766 1.072 .553 1.225 1.532 Zahndicke mm
between cogs 0.483 0.483 0.483 0.644 0.644 0.805 0.805 1.127 .581 1.288 1.610 Zahnlücke mm
cog height 0.650 0.650 0.650 0.866 0.866 1.083 1.083 1.516 .782 1.733 2.166 Zahnhöhe mm
helix angle° 0 0 0 0 0 0 0 0 15 0 0 Schrägungswinkel° °
Anforderungen:
Achsdistanz ≥11.7 und ≤12.61 mm (Teilungs-Durchmesser) und Kopfradius ≤6.93 mm und Fussradius > 4.5 mm, besser ≥ 5mm.
Zudem müssen die Zähne ≥4 mm breit und das Rad (inklusive Nabe) ≥8 mm lang sein. Die Nabe muss ≥ 9 , besser 10.4 mm Durchmesser haben, siehe auch Fusskreis (wegen Lötstelle).
 

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Die eigentliche Vorarbeit bestand darin, erst den Hersteller, das heisst den Nachfolger zu fragen um festzustellen, dass die Vorräte an Ersatzteilen seit Jahren erschöpft sind und damit Eigeninitiative gefordert ist. Ein erster zaghafter Versuch mit Aufdoppelung der Plastikräder und nachschneiden der Zähne mit feinsten Messerchen unter der Lupe scheiterte kläglich. Die neuen Zähne bröselten noch besser als die alten. Leider kann vom bestehenden Messing-Zahnrad auch keine Silikon-Gussform für ein Ersatz-Kunststoffrad abgenommen werden. Sie müsste gespiegelt werden, da zu einer rechtsschrägen Zahnung eine linksschräge Zahnung gehört.
Der Kreuztisch wurde mit Schublehre und Mikrometer vermessen (Genauigkeit etwa 0.01 mm). Dann wurden Werk-Zeichnungen gemacht und darin die Spiele vermessen. Mit den gewonnenen Massen wurden die Zahnradberechnungen (für mich nichts Neues, siehe Windengetriebe) und die Liste der möglichen Modul/Zahnzahl-kombinationen gemacht. Zudem wurde die Festigkeitsberechnung der Lötstelle gemacht, um zu wissen, ob das halten kann. Es tut. Schliesslich wurden mit der Liste Kataloge durchgesehen, ob etwas Brauchbares erhältlich sei. Die gibt's, aber leider teuer, weil es sich nicht um die gängigen Masse handelt.