-
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung
zum Messen von geometrischen Abmessungen eines Werkstücks, insbesondere
Meßschieber
oder Schieblehre, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
-
Gattungsgemäße Vorrichtungen sind aus der
DE 198 51 124 A1 bekannt,
die eine besondere Ausführungsart
der Meßsignalwandlung
zeigt. Dabei werden üblicherweise
Längen-
oder Dickenmaße
in ein elektrisches Signal umgewandelt, das anschließend direkt
an der Vorrichtung anzeigbar ist und/oder über einen Verbindungskanal
an eine Weiterverarbeitungseinheit übertragbar ist. Grundsätzlich kann
die Wandlung der mechanischen Meßgröße in ein elektrisches Signal
alternativ oder ergängzend
auch mit anderen Signalwandlerprinzipien erfolgen, beispielsweise
optisch, magnetisch, elektrisch kapazitiv, induktiv usw.
-
Die
DE 43 22 661 A1 zeigt eine Bandmaßvorrichtung
mit einem Riemenband aus flexiblem Material und einem darauf verschiebbaren
Zeiger mit digitaler Meßwertanzeige.
-
Die
DE 197 17 752 A1 zeigt eine Bandmaßvorrichtung
mit einem dem Maßband
zugeordneten Stützband,
wobei die beiden Bänder
durch Koppelelemente gelenkig miteinander verbunden sind und im abgewickelten
Zustand außerhalb
des Aufwickelgehäuses
in Längsrichtung
ein biegesteifes, selbsttragendes Profil bilden.
-
Die
DE 36 44 444 C2 zeigt eine Meßkluppe zum
Vermessen des Durchmessers von Baumstämmen oder dergleichen, bei
der auf dem Läufer
Schaltmittel lösbar
befestigt sind, die als Kleinrechner ausgebildet sind.
-
Die
DE 40 17 954 C1 und
US 4,226,024 zeigen Vorrichtungen
und Verfahren zum Auswerten der Maßeinteilung durch einen Lesekopf
einer Schieblehre.
-
Aus der
DE 298 15 453 U1 ist ein
Meßschieber
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt, bei dem nur die Meßschnäbel, Meßspitzen
und der Maßstab
aus einem Werkstoff mit sehr hoher Formbeständigkeit hergestellt.
-
Die Vorrichtung der vorliegenden
Erfindung weist einem Grundkörper
aus einem Werkstoff mit verhältnismäßig geringem
Elastizitätsmodul,
insbesondere aus Leichtmetall oder Kunststoff, und einen gegenüber dem
Grundkörper
längsverschieblichen Schiebekörper auf,
wobei an dem Grundkörper
eine Meßskala
aus einem Werkstoff mit gegenüber
dem Grundkörper
höherem
Elastizitätsmodul
festgelegt ist, die eine von einem Lesekopf des Schiebekörpers auswertbare
Maßeinteilung
aufweist.
-
Insbesondere bei gattungsgemäßen Vorrichtungen
aus Leichtmetall oder Kunststoff, grundsätzlich aber auch bei solchen
aus anderen Werkstoffen, kommt es beim Messen zu einer beispielsweise
gravitationsbedingten Verformung des Grundkörpers, die einen Meßfehler
verursachen kann.
-
Der Erfindung liegt daher das Problem
zugrunde, eine gattungsgemäße Vorrichtung
bereitzustellen, die eine hochgenaue Meßwertanzeige gewährleistet
und dennoch kostengünstig
herstellbar und einfach in der Handhabung ist.
-
Das Problem ist durch die im Anspruch
1 bestimmte Vorrichtung gelöst.
Besondere Ausführungsarten
der Erfindung sind in den Unteransprüchen bestimmt.
-
Erfindungsgemäß ist an dem Grundkörper und
von der Meßskala
beabstandet ein Versteifungsmittel festgelegt, das aus einem Werkstoff
mit gegenüber
dem Grundkörper
höherem
Elastizitätsmodul besteht
und mindestens abschnittsweise im wesentlichen parallel zur Meßskala verläuft. Durch
diese Anordnung und Erstreckung des Versteifungsmittels kommt es
zu einer mechanischen Versteifung des Grundkörpers, durch die dessen Verformung
wirkungsvoll reduziert oder verhindert wird. Dieser Effekt ist dann
besonders stark, wenn das Versteifungsmittel und die Meßskala einen
möglichst
großen
Abstand voneinander aufweisen, insbesondere wenn das Versteifungsmittel
und die Meßskala
auf gegenüberliegenden
Seiten des Grundkörpers
angeordnet sind. Vorzugsweise weist das Versteifungsmittel eine mit
der Meßskala
im wesentlichen übereinstimmende Längserstreckung
auf.
-
Insbesondere bei einer gewünschten
hohen Meßwertauflösung sind
in der Regel die berührungslosen
und auf elektromagnetischen Wechselwirkungen beruhenden Signalwandlerprinzipien
zu bevorzugen. Alternativ oder ergänzend kann auch eine kontaktbehaftete
mechanische Meßwerterfassung und
insbesondere Meßwertanzeige
vorgesehen sein, beispielsweise mittels einer Meßuhr. Besonders vorteilhaft
ist die Anwendung der vorliegenden Erfindung bei gattungsgemäßen Vorrichtungen
aus Leichtmetall oder Kunststoff, beispielsweise aus Aluminium oder
Aluminiumlegierungen. In diesem Anwendungsfall kann die Meßskala und/oder
das Versteifungsmittel durch ein Stahlband gebildet sein oder ein
Stahlband als Träger
aufweisen. Grundsätzlich
kann die Erfindung jedoch auch bei gattungsgemäßen Vorrichtungen aus Stahl
eingesetzt werden; wesentlich ist lediglich, daß die Meßskala, deren Träger und/oder
das Versteifungsmittel aus einem Werkstoff bestehen, der einen gegenüber dem
Grundkörper
höheren
Elastizitätsmodul
aufweist. Im Fall eines Grundkörpers
aus Stahl kann beispielsweise ein Versteifungsmittel aus einem entsprechend
hochlegierten Stahl oder aus einer Keramik verwendet werden.
-
Sofern sich der Grundkörper und
die Meßskala
bzw. das Versteifungsmittel nicht nur hinsichtlich ihres Elastizitätsmoduls
unterscheiden, sondern auch hinsichtlich ihres thermischen Ausdehnungskoeffizienten,
ist es vorteilhaft, wenn die Meßskala und/oder
das Versteifungsmittel an den Grundkörper mittels eines elastisch
verformbaren Klebstoffs festgelegt ist. Dadurch ist eine mechanischen
Entkopplung der Ausdehnung des (beispielsweise einen hohen thermischen
Ausdehnungskoeffizienten aufweisenden) Grundkörpers aus Aluminium gegenüber dem
(einen geringeren thermischen Ausdehnungskoeffzienten aufweisenden)
Versteifungsmittel aus Stahl gewährleistet.
Der Klebstoff ist zwar elastisch verformbar, gewährleistet aber eine dauerhaft
sichere Anbringung der Meßskala
bzw. des Versteifungsmittels an den Grundkörper. Der Grundkörper weist einen
im wesentlichen zylindrischen Profilstab auf, an dem der Schiebekörper geführt verschiebbar
ist. Vorzugsweise weist der Profilstab die Form eines langgestreckten
Prismas auf mit einander gegenübeliegenden
Schmalseiten, die jeweils eine Nut aufweisen, in die beispielsweise
ein Stahlstift oder Stahldraht einlegbar ist, damit die Feststellschraube
des Schiebekörpers
darauf klemmen kann und nicht auf dem Profilstab klemmt. Auf einander
gegenüberliegenden
Breitseiten ist die Meßskala
bzw. das Versteifungsmittel festgelegt. Die Meßskala ist dabei an einer dem
Lesekopf des Schiebekörper
zugewandten Fläche
des Profilstabes angeordnet. Vorzugsweise ist das Versteifungsmittel
in eine Nut des Profilstabes derart eingelegt, das die Oberfläche des
Versteifungsmittels bündig
ist mit der sie umgebenden Oberfläche des Profilstabes. Auch
die Meßskala
ist in eine entsprechende Nut des Profilstab eingelegt. Die Oberfläche der
Meßskala
ist allerdings vorzugsweise gegenüber der Oberfläche des
Profilstabes etwas zurückversetzt,
insbesondere um eine Beschädigung der
Meßskala
durch den Schiebekörper
zu vermeiden.
-
Der Grundkörper weist ein erstes Anlagemittel
zur Anlage an dem zu vermessenden Werkstück auf, insbesondere einen
Meßschnabel
oder eine Meßspitze.
Die Meßskala
ist an ihrem, dem ersten Anlagemittel nahen Ende an mindestens einen
Punkt fest mit dem Grundkörper
verbunden, vorzugsweise verschraubt. Von diesem Fixpunkt ausgehend
kann sich die Meßskala
entsprechend ihrem thermischen Ausdehnungskoeffizienten in Richtung
auf ihr gegenüber
dem Grundkörper
freies Ende ausdehnen. Auch das Versteifungsmittel ist an seinem
dem ersten Anlagemittel des Grundkörpers nahen Ende an mindestens
an einem Punkt fest mit dem Grundkörper verbunden. Um diese Ausdehnung
so gering wie möglich
zu halten, werden insbesondere für
die Meßskala,
vorzugsweise auch für
das Versteifungsmittel, spezial legierte Stähle verwendet, die einen geringen thermischen
Ausdehnungskoeffizienten aufweisen. Dadurch ist gewährleistet,
daß sich
der Grundkörper, insbesondere
der die Meßskala
und das Versteifungsmittel tragende Profilstab praktisch frei zwischen
der Meßskala
und dem Versteifungsmittel aufgrund von Temperaturwechseleinflüssen bewegen kann,
insbesondere die Meßskala
hiervon entkoppelt ist.
-
Gemäß der Erfindung sind die Meßskala und das
Versteifungsmittel an einer von dem ersten Anlagemittel des Grundkörpers entfernten
Stelle, vorzugsweise an ihren von dem ersten Anlagemittel entfernten
Enden, an mindestens einem Punkt unmittelbar oder mittelbar fest
miteinander verbunden. Erforderlichenfalls können mehrere Verbindungsstellen vorgesehen
sein, beispielsweise nahe dem Anfang, nahe dem Ende und in der Mitte
der Meßskala
bzw. des Versteifungsmittels. Die Anzahl der Verbindungsstellen
und auch der Verbindungspunkte an den einzelnen Verbindungsstellen
bestimmt sich beispielsweise nach der Länge und der Breite der Meßskala bzw.
des Versteifungsmittels. Durch diese mechanische Kopplung von Meßskala und
Versteifungsmittel ist die Versteifung des Grundkörpers weiter
erhöht. Die
Verbindung kann unmittelbar erfolgen, insbesondere unter direkter
Anlage der Meßskala
an dem Versteifungsmittel, oder mittelbar unter Zwischenlage eines
Abstandselements, beispielsweise einer Hülse oder eines zylindrischen
Abstandskörpers.
Die Verbindung kann beispielsweise durch Vernieten, Verschrauben,
Verstiften, Verkleben oder dgl. der Meßskala und des Versteifungsmittels
unmittelbar oder mittelbar jeweils mit dem Abstandselement erfolgen. Vorzugsweise
tritt die Verbindung von Meßskala
und Versteifungsmittel durch eine Öffnung im Grundkörper hindurch,
wobei in diesem Fall ein in Anlage an der Meßskala und dem Versteifungsmittel
liegendes Abstandselement eine Längserstreckung
aufweist, die geringer ist als die Längserstreckung der Öffnung im
Grundkörper,
damit das Abstandselement sich bei Temperaturwechsel und der damit
einhergehenden unterschiedlichen Längenausdehnung von Meßskala bzw.
Versteifungsmittel einerseits und Grundkörper andererseits frei in der Öffnung bewegen
kann.
-
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der
Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden
Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen mehrere Ausführungsbeispiele
im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und
in der Beschreibung erwähnten
Merkmale jeweils einzeln für
sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
-
1 zeigt
eine Ansicht des erfindungsgemäßen Meßschiebers,
-
2 zeigt
einen Querschnitt II-II durch den Profilstab der 1,
-
3 zeigt
einen Schnitt III-III durch den Meßschieber der 1,
-
4 zeigt
einen Schnitt IV-IV durch den Meßschieber 1 der 1,
-
5 zeigt
die Draufsicht V auf die Verbindungsstelle der 4 bei abgenommener Meßskala,
-
6 zeigt
das Entstehen eines Meßsignalfehlers
in Folge des insbesondere gravitationsbedingten Durchbiegens des
Profilstabes,
-
7 zeigt
das Entstehen eines Meßsignalfehlers
bei einer gegenüber
der 6 umgekehrten Durchbiegung
des Profilstabes, und
-
8 zeigt
das Vermeiden des Meßsignalfehlers
durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung.
-
Die 1 zeigt
eine Ansicht des erfindungsgemäßen Meßschiebers 1 mit
einem Grundkörper 2 aus
einem Werkstoff mit verhältnismäßig geringen Elastizitätsmodul,
insbesondere aus Leichtmtall oder Kunststoff, und einem gegenüber dem
Grundkörper 2 längsverschieblichen
Schiebekörper 3.
An dem Grundkörper 2 ist
eine Meßskala 4 (2) aus einem Werkstoff mit
gegenüber
den Grundkörper 2 höheren Elastizitätsmodul
festgelegt, die eine von einem Lesekopf des Schiebekörpers 3 auswertbare
Maßeinteilung
aufweist.
-
Der Lesekopf des Schiebekörpers 3 kann
die Maßeinteilung
des Grundkörpers 2 nach
allen aus dem Stand der Technik bekannten Signalwandlerprizipien
auslesen bzw. auswerten. Die Meßwandlung erfolgt
batteriebetrieben und der Meßwert
ist auf einem an dem Schiebekörper 3 angebrachten
Anzeigeelement, insbesondere einer Flüssigkristallanzeige 5 (LCD-Display)
anzeigbar. In bekannter Weise ist der Schiebekörper 3 mittels einer
Feststellschraube 6 in Bezug auf den Grundkörper 2 fixierbar.
Sowohl der Schiebekörper 3 als
auch der Grundkörper 2 weisen jeweils
einen Meßschnabel 7, 8 sowie
eine Meßspitze 9, 10 zum
Messen von geometrischen Abmessungen eines Werkstücks 11 auf.
Der Grundkörper 2 weist
neben dem Meßschnabel 8 und
der Meßspitze 10,
die vorzugsweise einstöckig
ausgebildet sind, auch einen im wesentlichen zylindrischen Profilstab 12 auf,
der mit dem Meßstab 8,
bzw. der Meßspitze 10 vorzugsweise
fest und unlösbar
oder lösbar
verbunden ist.
-
Die 2 zeigt
einen Querschnitt II-II durch den Profilstab 12 der 1. Auf seiner dem Lesekopf des
Schiebekörpers 3 zugewandten
Breitseite 13 weist der Profilstab 12 eine sich
in Längsrichtung
und senkrecht zur Zeichenebene erstreckende Nut zur Aufnahme der
Meßskala 4 auf.
Die Tiefe dieser Nut ist dabei so gewählt, daß die Meßskala 4 von der sie umgebenden
Oberfläche
des Profilstabes 12 etwas zurückversetzt ist. Die Meßskala 4 ist
mit einem weichelastisch verformbaren Klebstoff an dem Profilstab 12 festgelegt.
Insbesondere um eine definierte Anlage der Meßskala 4 an dem Profilstab 12 zu
gewährleisten,
weist der Boden der die Meßskala 4 aufnehmenden
Nut Vertiefungen auf, unter anderem um dadurch Verdrängungsraum
für den
Klebstoff unter der Meßskala 4 zu
bilden. Vorzugsweise weist der Boden der Nut sich in Längsrichtung
und senkrecht zur Zeichenebene erstreckende Stege 14 auf,
die nebeneinander angeordnet sind und deren der Meßskala 4 zugewandten
Flächen
in einer Ebene liegen.
-
Auf der die Meßskala 4 tragenden
ersten Breitseite 13 gegenüberliegenden zweiten Breitseite 15 weist
der Profilstab 12 ebenfalls eine Nut auf zur Aufnahme eines
Versteifungsmittels 16, das aus einem Werkstoff mit gegenüber dem
Grundkörper 2 und
insbesondere dem Profilstab 12 höherem Elastizitätsmodul
besteht. Im Ausführungsbeispiel
ist das Versteifungsmittel 16 ebenso wie die Meßskala 4 durch
ein Stahlband gebildet, wobei sich die beiden Stahlbänder parallel über annähernd die
gesamte Länge
des Profilstabes 12 erstrecken. Die für das Versteifungsmittel 16 vorgesehene
Nut im Profilstab 12 ist dabei hinsichtlich ihrer Tiefe
so gewählt,
daß die
vom Profilstab 12 wegweisende Oberfläche des Versteifungsmittels 16 bündig mit
der sie umgebenden Oberfläche
der zweiten Breitseite 15 abschließt.
-
Im Ausführungsbeispiel ist der Profilstab 12 im
Querschnitt – von
den Nuten abgesehen -zwölfeckig.
An seinen gegenüberliegenden
Schmalseiten 17, 18 weist der Profilstab 12 jeweils
eine teilkreisförmige
Nut 19, 20 auf, deren Winkelerstreckung > 180° ist, im
dargestellten Ausführungsbeispiel
etwa 270°. In
diesen teilkreisförmigen
Nuten 19, 20 ist ein Stahldraht einlegbar, auf
den die Feststellschraube 6 klemmt, um den Schiebekörper 3 festzustellen.
Die Führung
des Schiebekörpers 2 am
Profilstab 12 erfolgt an den weiteren Außenflächen 21 des
Profilstabes 12.
-
Die 3 zeigt
einen Schnitt III-III durch den Meßschieber 1 der 1. Die Meßskala 4 ist
außer durch
den elastischen Klebstoff auch noch an ihrem dem Meßschnabel 8 zugewandten
Ende mittels einer Schraube 22 mit dem Grundkörper 2 bzw.
dem Profilstab 12 fest verbunden. Ausgehend von diesem Fixpunkt 30 kann
sich die Meßskala
in gewissen Grenzen, beispielsweise aufgrund von Temperaturschwankungen
und unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, gegenüber dem
Profilstab 12 verschieben, ohne daß es zu einer Verformung des
Profilstabes 12 kommt. In entsprechender Weise ist das
Versteifungsmittels 16 mittels einer weiteren Schraube 23 an
der der Meßskala 4 gegenüberliegenden
Seite des Profilstabes 12 an seinem dem Meßschnabel 8 zugewandten
Ende fest mit dem Profilstab 12 verbindbar. Im dargestellten
Ausführungsbeispiel
weist der Profilstab 12 zur Festlegung der Meßskala 4 bzw.
des Versteifungsmittels 16 zwei axial voneinander beabstandete
Gewindebohrungen 24, 25 auf. Alternativ hierzu
wäre es
auch möglich,
lediglich eine einzige Gewindebohrung vorzusehen, in der sowohl
die Meßskala 4 als
auch das Versteifungsmittel 16 festlegbar sind.
-
Die 4 zeigt
einen Schnitt IV-IV durch den Meßschieber 1 der 1. An ihren von dem Meßschnabel 8 entfernten
Enden sind die Meßskala 4 und
das Versteifungsmittel 16 durch den Niet 26 miteinander
verbunden. Der Niet 26 greift dabei durch entsprechende Öffnungen
in der Meßskala 4 und dem
Versteifungsmittel 6 hindurch. Zwischen der Meßskala 4 und
dem Versteifungsmittel 16 ist ein zylindrisches Abstandselement 27 angeordnet,
dessen Erstreckung der Meßskala 4 und
dem Versteifungsmittel 16 bzw. Höhe übereinstimmt mit der entsprechenden
Erstreckung bzw. Dicke des Profilstabes 12. Die Meßskala 4 und
das Versteifungsmittel 16 sind in Anlage an dem Abstandselement 7 und
weiterhin in Anlage an den die Öffnung 28 für das Abstandselement 27 bildenden
Randflächen
des Profilstabes 12. Dadurch ist eine sichere Abstützung insbesondere der
Meßskala 4 an
dem Profilstab 12 gewährleistet.
-
Die 5 zeigt
die Draufsicht V auf die Verbindungsstelle der 4 bei abgenommener Meßskala 4. In dieser
Draufsicht sind die parallel zueinander und zur Längsachse
des Profilstabes 12 sich erstreckenden Stege 14 am
Boden der die Meßskala 4 aufnehmenden
Nut sichtbar. Insbesondere die Längserstreckung
der Öffnung 28 ist
größer als
die entsprechende Längserstreckung
des Abstandselements 27 um die freie Beweglichkeit des
Abstandselements 27 gegenüber dem Profilstab 12 zu
gewährleisten.
Auch die Erstreckung des Abstandselements 27 quer zur Längsrichtung
kann etwas geringer sein als die Breite der Öffnung 28, da die
Fixierung der Meßskala 4 in
Querrichtung insbesondere durch die genau auf die Breite der Meßskala 4 abgestimmte Breite 29 der
Nut gewährleistet
ist.
-
Die 6 zeigt
das Entstehen eines Meßsignalfehlers
in Folge des insbesondere gravitationsbedingten Durchbiegens des
Profilstabes 12. Geht man davon aus, daß die Mittellinie 31 das
zu ermittelnde Maß darstellt,
und daß die
Meßskala 4 an
der Fixstelle 30 fest mit dem Profilstab 12 verbunden ist, beispielsweise
durch die in der 3 dargestellte Schraube 22,
kommt es in Folge der Durchbiegung und der Verschiebung der Meßskala 4 gegenüber dem
Profilstab 12 zu einem Meßsignalfehler in der Größe von minus
X.
-
Die 7 zeigt
das Entstehen eines Meßsignalfehlers
bei einer gegenüber
der 6 umgekehrten Durchbiegung
des Profilstabes 12. Hier kommt es gegenüber der
Mittellinie 31 zu einem Meßsignalfehler plus X.
-
Die 8 zeigt
das Vermeiden des Meßsignalfehlers
durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung, bei
der auf gegenüberliegenden
Seiten des Profilstabes 12 die Meßskala 4 und das Versteifungsmittel 16 angeordnet
sind, die jeweils an einer Fixstelle 30 fest mit dem Profilstab 12 verbunden
sind und an ihren diesbezüglich
gegenüberliegenden
Enden fest miteinander verbunden sind, wobei die Verbindungsstelle 32 in
der Öffnung 28 des
Profilstabes 12 in Axialrichtung frei bewegbar ist.