Aufgabe und
Vorteile der Erfindung
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Tastfühler der
eingangs beschriebenen Art weiter zu verbessern.
Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale gemäß Anspruch 1 gelöst.
In
den Unteransprüchen
sind vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen
der Erfindung angegeben.
Zunächst geht
die Erfindung von einem Tastfühler
aus, der einen auslenkbaren Taststift einer Ruhelagemechanik, an
der der Taststift angeordnet ist, sowie ein Gehäuse umfasst, in welchem die
Ruhelagemechnik untergebracht ist. Die Ruhelagemechanik weist eine
Taststifthalterung mit Tragelementen sowie den Tragelementen zugeordnete
Sitzelemente auf, die mit den Tragelementen zusammenwirken, um die
Taststifthalterung im Tastfühler
anzuordnen. Außerdem
ist mit den Tragelementen, den Sitzelementen und elektrischen Leitungsmitteln
ein Tastschaltkreis gebildet, der geschlossen ist, wenn die Tragelemente
mit den Sitzelementen in Kontakt sind und geöffnet ist, wenn eines der Tragelemente
keinen Kontakt zu einem zugeordneten Sitzelement hat, wobei die
Tragelemente durch eine Spannvorrichtung an der Taststifthalterung
befestigt sind.
Der
Kern der Erfindung liegt nun darin, dass die Spannvorrichtung eine
Platte mit Schraubmitteln umfasst.
Dieser
Vorgehensweise liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei lediglich
eingesteckten Tragelementen in einer Taststifthalterung, insbesondere durch
Verbiegung Ungenauigkeiten beim Messvorgang des Tastfühlers auftreten
können.
Durch das gesonderte Verspannen der Tragelemente, z.B. über eine
Platte, die mit Schraubenmitteln befestigt wird, entsteht eine steife
Anordnung, mit der eine Verbesserung der Messgenauigkeit des Tastfühlers erreicht werden
kann, insbesondere im Hinblick auf die Reproduzierbarkeit eines
Messpunktes.
Eine
weitere Verbesserung der Messgenauigkeit des Tastfühlers lässt sich
erzielen, wenn die Tragelemente in Buchsenmitteln aus vergleichsweise hartem
Material in der Taststifthalterung angeordnet sind. Als Material
kann Metall oder Sinterwerkstoff, z.B. Sinterkeramik, zur Anwendung
kommen. Um einen satten Sitz der Buchse auf einem z.B. zylindrischen
Tragelement zu erhalten, kann die Buchse geschlitzt oder auch geteilt
sein.
Für die Ausbildung
des gewünschten
Tastschaltkreises wird im Weiteren vorgeschlagen, dass die Buchsenmittel
so ausgebildet sind, dass sie die Tragelemente in Bezug zur Taststifthalterung
elektrisch isolieren. Durch diese Maßnahme wird sichergestellt,
dass die Tragelemente über
die Taststifthalterung den Schaltkreis mit Sitzelementen und Tragelementen
nicht kurzschließen.
Ein
weiterer vorteilhafter Aspekt der Erfindung liegt darin, dass die
Ruhelagemechanik ein Federelement umfasst, das zur Positionierung
der Taststifthalterung auf die Taststifthalterung drückt, wobei Einstellmittel
in der Taststifthalterung vorgesehen sind, die eine Einstellung
der Anpresskraft des Federelements erlauben.
Dadurch
kann auf elegante Weise eine Einstellung der Federkraft auf die
Taststifthalterung aus der Richtung des Taststiftes erfolgen. Hierzu
ist es bevorzugt, wenn die Einstellmittel ein Einstellelement aufweisen,
das in Längsrichtung
des Tastfühlers
verstellbar ist. Beispielsweise kann der Taststift abgenommen werden,
wodurch ein Zugriff zu einem Schraubenelement innerhalb der Taststifthalterung zu
dessen Verstellung möglich
ist.
Insbesondere
bei dieser Ausgestaltung zur Einstellung der Anpresskraft des Federelements
ist es im Weiteren bevorzugt, wenn das Federelement einen Federdraht
umfasst, der zur Taststifthalterung hin als Zapfen ausgebildet ist,
welcher in Richtung Achse des Tastfühlers verläuft und dass in der Taststifthalterung
eine Ausnehmung für
den Zapfen vorgesehen ist. Die Einstellung der Federkraft kann dann
z.B. durch Verdrehen des Teils der Taststifthalterung erfolgen,
in welcher die Ausnehmung vorgesehen ist. Dabei verdreht sich dieser
Teil hinsichtlich des Federelements, wogegen sich das Federelement nicht
mitdreht. Durch den Drehvorgang ändert
sich vorzugsweise die lineare Position des Teils mit Ausnehmung,
so dass die Feder entweder stärker
vorgespannt oder entspannt werden kann.
Im
Weiteren ist es bevorzugt, wenn elektrische Leitungsmittel mit wenigstens
einem Sitzelement, vorzugsweise mit jeweils allen Sitzelementen durch
eine Kontaktierung verbunden sind, bei welcher elektrische Leitungsmittel
unmittelbar an dem wenigstens einen Sitzelement, vorzugsweise an
allen Sitzelementen festgemacht sind. Auf diese Weise wird eine
Kontaktierung bereitgestellt, bei welcher die Kräfte für die Kontaktierung separat
für das
jeweilige Sitzelement und nach außen kräfteneutral bereitgestellt werden.
Auf diese Weise ist eine hohe Kontaktzuverlässigkeit realisierbar. Zudem
können
die Sitzelemente unabhängig
von einer elektrischen Verbindung der Sitzelemente eingespannt werden,
was sich positiv auf die Lagerung der Taststifthalterung auswirkt.
Die
elektrischen Leitungsmittel können
mit einem Sitzelement z. B. durch eine unlösbare elektrische Kontaktierung
verbunden werden. Die Verbindung kann beispielsweise in Form einer
Löt- oder Schweißverbindung
erfolgen, beispielsweise mit einem Ultraschallschweißverfahren.
Um
eine hohe Kontaktsicherheit zu gewährleisten, ist es dabei bevorzugt,
wenn die Verbindungsstelle eine Oberflächenstruktur enthält, die eine
zum übrigen
Sitzelementmaterial verbesserte elektrische Kontakteigenschaft aufweist.
Die Oberflächenstruktur
wird vorzugsweise nur über
einen Teil der Oberfläche
des Sitzelements erzeugt, so dass die Materialeigenschaften des
Sitzelements als Lager nach wie vor zur Verfügung stehen.
Als
Beschichtung an der Kontaktstelle kommt z. B. Gold in Frage.
Weitere
unlösbare
Verbindungen können auch
in Form einer Schraub-, Steck-, Schnapp-, Bajonett-, Klebe- oder
einer Pressverbindung realisiert werden. Beispielsweise wird ein
elektrisches Leitungsmittel in eine vorbereitete Ausnehmung des
Sitzelements eingepresst. Bei einer Klebeverbindung ist es bevorzugt,
wenn der Kleber selbst gute elektrische Leiteigenschaften aufweist,
so dass die Klebestelle einen möglichst
geringen Übergangswiderstand
aufweist.
In
einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung
sind die Sitzelemente über
eine Spannvorrichtung in Ausnehmungen eines im Gehäuse gelagerten
separaten Trägers
gepresst. Dadurch lässt
sich eine besonders starre Fixierung der Sitzelemente im Gehäuse realisieren.
Um
eine steife Anordnung zu erhalten, wird überdies vorgeschlagen, dass
der Träger
aus Metall oder einem ähnlich
harten Werkstoff besteht, aber eine elektrisch isolierende Oberfläche aufweist.
Dies ist erforderlich, damit die Sitzelemente elektrisch gegenüber dem
Gehäuse
isoliert sind.
Um
einen elektrischen Zugriff auf den Schaltkreis zu erhalten, wird
außerdem
vorgeschlagen, dass der Schaltkreis vorzugsweise zwei handelsübliche Kontakte
aufweist, die gefederte Kontaktstifte besitzen.
Im
Weiteren kann es vorteilhaft sein, dass das Gehäuse becherförmig ist, also auf einer Seite keine
wesentlichen Öffnungen
aufweist, und daher nur durch eine einseitige Becheröffnung bestückbar ist.
Gegebenenfalls sind im einstückig
mit dem Gehäuse
verbundenen Becherboden vergleichsweise kleine Zugriffsöffnungen
vorgesehen. Vorzugsweise ist der Becher aber am Boden gänzlich geschlossen.
Dadurch
lässt sich
das Gehäuse
stabil ausführen.
Außerdem
kann auf einer Seite auf das Anbringen eines geschraubten oder anderweitig
befestigten Deckelelements vollständig verzichtet werden.
Bei
dieser Ausführungsform
sollte die Konstruktion dann so gewählt werden, dass zumindest alle
wesentlichen Teile des Tastfühlerinneren,
vorzugsweise alle Teile, nicht nur durch die einseitige Becheröffnung einbringbar
sind, sondern auch eine dementsprechende Befestigung der Teile von
dieser Seite möglich
ist.
Um
einen kostengünstigen
Aufbau des Tastfühlers
zu fördern,
ist es überdies
bevorzugt, wenn die Tragelemente handelsübliche Stiftelemente, insbesondere
nach DIN sind.
Außerdem ist
es vorteilhaft, wenn der Tastfühler
mit Öl
befüllt
ist, das insbesondere hinsichtlich seiner Gleiteigenschaften optimiert
ist.
Ein
weiterer Aspekt der Erfindung liegt darin, dass der Tastfühler eine
Vibrationsvorrichtung enthält.
Durch Vibrationen am Tastfühler
kann ein sicherer Sitz der Tragelemente an den Sitzelementen mit entsprechend
hoher Positionsgenauigkeit erreicht werden.
In
einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Vibrationsvorrichtung
derart ausgelegt, dass nach Schließen des Tastschaltkreises auf
den Tastfühler
für eine
vorgebbare Zeitspanne Vibrationen übertragen werden. Bereits nach
kurzer Zeit erreichen dadurch die Tragelemente eine Endposition zwischen
den Sitzelementen, so dass sich eine hohe Schaltwiederholgenauigkeit
realisieren lässt,
da die Endlage der Tragelemente in hohem Maße reproduzierbar wird.
Eine
Vibrationsvorrichtung kann in einer bevorzugten Ausgestaltung einen
Motor mit Unwucht umfassen.
Zeichnungen
Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in den beigefügten
Zeichnungen unter Angabe weiterer Vorteile und Einzelheiten nachstehend
näher erläutert. Es
zeigen
1 einen
schematischen Querschnittriss durch einen Tastfühler,
2 eine
Ansicht von rechts eines Teils der Ruhelagemechanik, die eine Spannvorrichtung
für ein
Tragelement umfasst und
3 eine
Draufsicht auf eine Anordnung elektrisch leitend miteinander verbundener
Stützelemente
des Tastfühlers
nach 1.
Beschreibung
des Ausführungsbeispiels
1 zeigt
einen Tastfühler
mit einem äußeren Gehäuse 1,
das vorzugsweise aus Stahl besteht und eine gestufte Innenform 5 aufweist.
Im
Gehäuse 1 ist
eine Taststifthalterung 2 mit einem Taststift 3 angeordnet.
Der Taststift 3 und ein Teil der Taststifthalterung 2 ragen
von dem Gehäuse 1 in
Richtung der Längsachse 9,
des Tastfühlers durch
eine Öffnung 4 eines
Deckelelements 1a des Gehäuses 1 heraus. Dadurch
ist der Taststift 3 in der Lage, ein Werkstück oder
Werkzeug zu berühren oder
von diesem berührt
zu werden, wenn zwischen dem Tastfühler und dem Werkstück oder
Werkzeug eine Relativbewegung stattfindet.
Auf
einem Absatz 5a der gestuften Innenform 5 des
Gehäuses 1 sitzt
ein Träger 6 zur
Aufnahme von Sitzelementen 7, hier in der Form von Kugeln.
Im Träger 6 befinden
sich Ausnehmungen 8 zur Aufnahme der Kugeln 7.
Die Ausnehmungen 8 sind paarweise angeordnet. Jeweils drei
Paare sind um die Achse 9 herum um 120° versetzt positioniert. Die Ausnehmungen 8 sind
dabei so gestaltet, dass die Kugeln 7, wenn sie in die
Ausnehmungen 8 gedrückt werden,
derart eingespannt werden, dass eine kinematisch stabile Lagerung
entsteht. Die Ausnehmungen 8 können, z.B. zumindest abschnittsweise
die Form eines Kegels oder einer dreiseitigen Pyramide aufweisen.
Der
Abstand der Kugeln 7 in einem Paar ist derart, dass sie
durch eine Walze 10 der Taststifthalterung 2 zur
Herbeiführung
eines elektrischen Kontakts überbrückt werden
können
und einen stabilen Sitz für
diese bilden.
Der
Träger 6 für die Kugeln 7 besteht
vorzugsweise aus Metall, um eine möglichst steife Lagerung der
Kugeln 7 zu gewährleisten.
Dabei ist vorzugsweise die Oberfläche wenigstens der Ausnehmungen 8 zur
Aufnahme der Kugeln 7 mit einer elektrisch isolierenden
Schicht versehen. So kann der Träger 7 z.B.
aus Aluminium bestehen, dessen Oberfläche durch Anodisierung eine
elektrisch isolierende Eigenschaft erhalten hat.
Die
Kugeln 7 sind mittels einer Spannvorrichtung 14, 15 in
die Ausnehmungen 8 des Trägers 6 gepresst. Gleichzeitig
wird durch die Spannvorrichtung 14, 15 auch der
Träger 6 am
Gehäuse 1 fixiert.
Die Presskraft auf die Kugeln 7 wird z.B. durch wenigstens
zwei Schrauben 15 aufgebracht, die z.B. einen Spannring 14 der
Spannvorrichtung zur Stufe 5a des Gehäuses hinziehen. Um eine bestmögliche Fixierung
der Kugeln 7 zu erhalten, werden vorzugsweise sechs Schrauben 15 eingesetzt,
wobei jede Schraube möglichst
nah bei je einer der sechs Kugeln 7 positioniert wird.
Die Walzen 10 sind in Buchsen 11 gelagert, die
entlang ihrer Länge
geschlitzt oder geteilt sein können
(s. hierzu auch 2). Insbesondere bei einer geschlitzten
oder geteilten Ausführung
der Buchsen können über eine
Spannvorrichtung 12 der Taststifthalterung 2 die
Walzen 10 in der Taststifthalterung 2 starr fixiert
werden.
Die
Buchsen 11 und eine Platte 12a der Spannvorrichtung 12 sind
vorzugsweise aus Metall, um eine möglichst steife Fixierung der
Walzen zu erhalten. Die Oberfläche
der Buchsen und der Spannvorrichtung weisen bevorzugt eine elektrisch
isolierende Schicht auf. Die Buchsen und die Platte 12a der
Spannvorrichtung 12 können
beispielsweise aus Aluminium bestehen, dessen Oberfläche durch
Anodisierung eine elektrisch isolierende Eigenschaft besitzt. Die
Spannkraft auf die Buchsen 11 wie auch die Walzen 10 wird
z.B. durch wenigstens zwei Schrauben 13 aufgebracht, die
die Platte 12a der Spannvorrichtung 12 zur restlichen
Taststifthalterung ziehen.
Damit
der Tastfühler
ein Signal erzeugen kann, wenn der Taststift 3 entweder
durch Kippen oder senkrechte Bewegung in seiner Lage verändert wird,
sind die Kugeln 7 elektrisch in Serie geschaltet und bilden
einen Schaltkreis, bei welchem die Walzen 10 einen elektrischen
Kontakt zwischen den beiden Kugeln eines jeden Kugelpaares herstellen.
Um
die Kugeln 7 und die Walzen 10 zu einem vollständigen Schaltkreis
zu verbinden, ist jeweils zwischen zwei Kugeln benachbarter Kugelpaare
ein Leitungsmittel, vorzugsweise ein drahtförmiges Element 31 an
einer Stelle 32 durch Löten
fest mit den Kugeln 7 verbunden (siehe hierzu 3).
An Enden 33 der drahtförmigen
Elemente 31 kann ein Schaltsignal nach außen geführt werden.
Vorteilhafterweise
besitzen die Kugeln 7 wenigstens an der Lötstelle 32 eine
Beschichtung, die eine gute Haftung einer Lötverbindung gewährleistet. In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist die Beschichtung nicht auf der ganzen Kugel aufgebracht, sondern
nur im Bereich der Lötstelle
bzw. im Bereich der Lötstelle
und Bereichen, die nicht als Lagerflächen für die Kugel selbst bzw. der
Walzen dienen.
Eine
Beschichtung in dem Bereich, an dem die Tragelemente 10 aufliegen,
kann von Nachteil sein. Die Beschichtung der Kugeln 7 besteht
vorzugsweise aus Gold.
In 3 ist
die Verbindung zwischen einem elektrischen Verbindungselement 31 und
einem Sitzelement 7 symbolisch durch viele kleine Striche
angedeutet. Diese symbolische Darstellung kann auch für z. B.
eine Klebeverbindung bzw. eine Schweißverbindung stehen.
Als
Schweißverbindung
kommt z. B. eine Ultraschallschweißverbindung in Betracht.
Eine
sich an einem Boden 20 des Gehäuses 1 abstützende vorzugsweise
konische Schraubenfeder 21 drängt die Taststifthalterung 2 in
ihre durch die Kombination von Walzen 10 und Kugeln 7 vorgegebene
Null-Stellung.
Durch
ein in der Taststifthalterung 2 integriertes Einstellelement 22,
das vorzugsweise über
ein Gewinde in Relation zur Taststifthalterung 2 in Richtung
der Achse 9 verfahren werden kann, besteht die Möglichkeit,
die Druckkraft der Schraubenfeder 21 auf die Taststifthalterung 2 einzustellen.
Hierzu
ist lediglich das Entfernen des Taststifts 3 erforderlich.
Der komplette Tastfühler
kann dadurch in einer Aufnahme, z.B. einer Messmaschine während eines
Einstellvorgangs, verbleiben.
Die
Schraubenfeder 21 umfasst einen Zapfen 23 in Achsrichtung,
der in einer Ausnehmung 23a in der Taststifthalterung 2 sitzt.
Vorzugsweise
wird eine Serienschaltung aus elektrisch leitenden Verbindungselementen 31,
Kugeln 7 und Walzen 10 an den Enden 33 der
Verbindungselemente 31 nach außen kontaktiert. Oder funktional
betrachtet, lässt
sich an diesen Stellen vorzugsweise ein Schaltsignal durch Unterbrechung
des Schaltkreises nach außen
führen.