DE102005027025A1

DE102005027025A1 - Halterung für einen Maßstab

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Publication number: DE102005027025A1
Application number: DE102005027025A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr. Pucher; Ernst Dr. Thielicke; Reinhard Dipl.-Ing.(FH) Mayer; Kilian Dipl.-Ing. Bauer; Karl Fiedler
Original assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Current assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Priority date: 2005-06-11
Filing date: 2005-06-11
Publication date: 2006-12-14
Anticipated expiration: 2025-06-12
Also published as: US20080191107A1; US8359764B2; DE102005027025B4; JP2008545978A; WO2006133753A1; JP4931916B2

Abstract

Eine Halterung für einen Maßstab (2) besteht aus einem Trägerkörper (4) und mehreren entlang des Maßstabs (2) und an beiden Seiten des Maßstabs (2) angeordneten Befestigungselementen (10). Zwischen dem Trägerkörper (4) und den Befestigungselementen (10) ist jeweils ein Festkörpergelenk (20) angeordnet, welches das Befestigungselement (10) und somit den Maßstab (2) in Messrichtung X auslenkbar am Trägerkörper (4) ankoppelt (Figur 4).

Description

Die Erfindung betrifft eine Halterung für einen Maßstab gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Eine derartige Halterung für einen Maßstab einer Längenmesseinrichtung ist in der DD 36 06 754 A1 beschrieben. Die Halterung besteht aus einem Trägerkörper, an dem mehrere in Messrichtung federnd auslenkbare Trägerabschnitte angeordnet sind. An diesen Trägerabschnitten ist der Maßstab mit einer seiner Längsseiten befestigt. Die Befestigung erfolgt durch Kleben, Kitten oder Schrauben.

Diese Maßnahme hat den Nachteil, dass bei einer durch eine Temperaturänderung verursachten, unterschiedlichen Längsausdehnung von Trägerkörper und Maßstab Längskräfte am Maßstab einseitig angreifen, die eine Verbiegung des Maßstabs verursachen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Halterung für einen Maßstab anzugeben, mit der eine Verbiegung des Maßstabs vermieden werden soll.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Halterung hat den Vorteil, dass asymmetrische Längskräfte vermieden werden. Verformungen eines Maßstabs aufgrund von Querkräften, die aus der unterschiedlichen thermischen Längenausdehnung des Maßstabs und seines Trägerkörpers sowie der Art und Weise seiner Befestigung resultieren, werden zumindest nahezu vermieden. Durch die Verwendung von Festkörpergelenken werden Reibungseinflüsse vermieden und es ist gewährleistet, dass der Maßstab nach einem Temperaturausgleich auch wieder reproduzierbar in seine Ausgangslage zurückkehrt. Die Längenausdehnung des Trägerkörpers relativ zum Maßstab ist durch einfach zu fertigende Festkörpergelenke realisierbar und die durch die Auslenkung der Festkörpergelenke auf den Maßstab einwirkenden Kräfte führen zu keiner Verbiegung des Maßstabs.

Ein Festkörpergelenk (Flexure) ist ein haft- und gleitreibungsfreies Element, das auf der elastischen Deformation bzw. Biegung eines Festkörpers basiert und völlig ohne rollende oder gleitende Teile auskommt. Vorteile von Festkörpergelenken sind die Verschleißfreiheit, Unempfindlichkeit gegenüber Schockbelastungen und Vibrationen. Festkörpergelenke sind halt-, roll- und gleitreibungsfrei und benötigen daher keine Schmiermittel.

Durch die symmetrische Anordnung der Festkörpergelenke relativ zu der Mitte des Maßstabs und indem die Biegeeigenschaften jeweils gegenüberliegender Festkörpergelenke durch Wahl gleicher Längen der Stege, gleicher Querschnitte der Stege und gleicher Materialwahl identisch ausgeführt sind, wird die Einleitung von Querkräften auf den Maßstab vermieden.

Sehr gute Ergebnisse lassen sich erzielen, wenn als Festkörpergelenk ein Blattfederparallelogramm verwendet wird.

Es sind Maßnahmen vorgesehen, welche eine Verlagerung des Maßstabes in Y-Richtung bzw. die Einleitung von unzulässigen Kräften auf den Maßstab in Y-Richtung -verursacht durch die Auslenkung der Festkörpergelenke- verhindern. So kann die durch eine Auslenkung der Festkörpergelenke verursachte Verkürzung der Federstege und somit eine Querkraft bzw. eine Be wegung des Befestigungselementes und des daran befestigten Maßstabs in Y-Richtung vollständig kompensiert werden, wenn ein Doppelfeder-Parallelogramm, auch Multilink-Flexureführungssystem genannt, eingesetzt wird. Bei diesem Doppelfeder-Parallelogramm wird jeweils die Verkürzung einer Blattfeder durch die Parallelschaltung mit einer weiteren Blattfeder kompensiert.

Alternativ oder zusätzlich ist zwischen dem Trägerkörper und dem Maßstab ein Ausgleichselement angeordnet, welches das Befestigungselement bzw. zumindest die mit einer Längsseite des Maßstabs kooperierende Anschlagfläche in einer Richtung Y senkrecht zur Messrichtung X bewegbar lagert. Dieses Ausgleichselement ist insbesondere federnd ausgebildet und spannt den Maßstab mit einer Kraftkomponente Y senkrecht zur Messrichtung X an seinen Längsseiten ein. Darüber hinaus gleicht das Ausgleichselement durch die Auslenkung der Festkörpergelenke verursachte Bewegungen in einer Richtung Y senkrecht zur Messrichtung X aus, so dass der Maßstab bei einer Auslenkung der Festkörpergelenke in X-Richtung durch die dabei auftretende Verkürzung der Stege des Festkörpergelenkes sich nicht in Y-Richtung verlagert. Dieses Ausgleichselement ist insbesondere als ein in Y-Richtung wirksames Festkörpergelenk ausgebildet, welches zumindest die mit dem Maßstab kooperierende Anschlagfläche des Befestigungselementes elastisch auslenkbar an dem in Messrichtung X wirksamen Festkörpergelenk lagert. Um bei dieser Auslenkung in Y-Richtung wiederum keine Bewegung der Anschlagfläche in X-Richtung einzuleiten, ist es beispielsweise als symmetrisch angeordnetes Dehnelement ausgebildet.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung näher erläutert.
Es zeigt:
1 eine perspektivische Ansicht einer Halterung mit einem Maßstab mit einer ersten Ausgestaltung von Befestigungselementen und einer ersten Anordnung von Festkörpergelenken;
2 einen Querschnitt der Halterung gemäß 1;
3 eine vergrößerte Darstellung eines Befestigungselementes der Halterung gemäß 1;
4 eine perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführungsvariante einer Halterung mit einem Maßstab mit der ersten Ausgestaltung von Befestigungselementen und der ersten Anordnung von Festkörpergelenken;
5 eine zweite Ausführungsform eines Befestigungselementes und der ersten Anordnung von Festkörpergelenken;
6 eine dritte Ausführungsform eines Befestigungselementes und der ersten Anordnung von Festkörpergelenken;
7 eine vierte Ausführungsform eines Befestigungselementes und einer alternativen zweiten Anordnung von Festkörpergelenken;
8 das Prinzip der Wirkungsweise des Befestigungselementes gemäß 7 mit einem Maßstab;
9 das Befestigungselement gemäß 7 mit einer Montagevorrichtung in einer ersten Montagestellung;
10 das Befestigungselement mit der Montagevorrichtung gemäß 9 in einer zweiten Montagestellung;
11 eine fünfte Ausführungsform eines Befestigungselementes mit der zweiten Anordnung der Festkörpergelenke;
12 eine alternative dritte Anordnung von Festkörpergelenken und
13 eine Ausgestaltung eines Fixpunktes.
In den 1 bis 3 ist ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer ersten Ausgestaltung einer Halterung, einer ersten Ausgestaltung von Befestigungselementen und einer ersten Anordnung von Festkörpergelenken im Detail dargestellt. Der in einer Halterung 1 gehaltene Maßstab 2 besteht aus einem Material mit einem sehr geringen Ausdehnungskoeffizienten nahe Null, insbesondere aus Glaskeramik, Silizium oder Siliziumcarbid. Der im Querschnitt rechteckförmige Maßstab 2 trägt auf seiner Oberseite eine inkrementale Messteilung 3, bestehend aus einem optisch abtastbaren Strichgitter mit einer Teilungsperiode im Submikrometerbereich, z.B. 512 nm. Die Messteilung 3 besteht aus einem reflektierenden Phasengitter oder aus in Messrichtung X abwechselnd angeordneten reflektierenden und nichtreflektierenden Bereichen, die zur Generierung von positionsabhängigen elektrischen Abtastsignalen in Längsrichtung X des Maßstabs 2 von einer an sich bekannten und daher nicht dargestellten fotoelektrischen Abtasteinheit abgetastet werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Messteilung eine absolute Codierung aufweisen.
Die Halterung 1 besteht aus einem Trägerkörper 4, der dazu dient, den Maßstab 2 an einem Maschinenteil zu befestigen, dessen Position gemessen werden soll. Diese Befestigung erfolgt beispielsweise durch Schrauben, wozu im Trägerkörper 4 Bohrungen 5 eingebracht sind. Weiterhin besteht die Halterung 1 aus Befestigungselementen 10, mit denen der Maßstab 2 am Trägerkörper 4 angekoppelt wird. Weiterhin weist die Halterung 1 Festkörpergelenke 20 auf, um die Befestigungselemente 10 in Messrichtung X beweglich am Trägerkörper 4 zu lagern.
Der Trägerkörper 4 besteht aus Metall, insbesondere aus Aluminium und hat somit ein anderes Ausdehnungsverhalten bei Temperaturänderungen als der Maßstab 2. Damit die bei Temperaturänderungen auftretenden Relativbewegungen zwischen dem Trägerkörper 4 und dem Maßstab 2 keine einseitigen Zwangskräfte und damit Dehnungen sowie daraus resultierend Verbiegungen des Maßstabs 2 verursachen, ist der Maßstab 2 am Trägerkörper 4 in Messrichtung X auslenkbar gehalten. Hierzu sind an beiden Längsseiten L1, L2 des Maßstabs 2 Festkörpergelenke 20 mit Befestigungselementen 10 angeordnet. Diese Festkörpergelenke 20 mit den Befestigungselementen 10 an jeweils einer Längsseite L1 bzw. L2 des Maßstabs 2 sind in Messrichtung X voneinander beabstandet angeordnet und ein Festkörpergelenk 20 mit dem Befestigungselement 10 an einer Längsseite L1 des Maßstabs 2 ist jeweils einem Festkörpergelenk 20 mit einem Befestigungselement 10 an der anderen Längsseite L2 des Maßstabs 2 gegenüberliegend angeordnet. Die Festkörpergelenke 20 mit den Befestigungselementen 10 auf einer Längsseite L1 des Maßstabs 2 sind also symmetrisch zu den Festkörpergelenken 20 mit den Befestigungselementen 10 auf der gegenüberliegenden Längsseite L2 des Maßstabs 2 angeordnet.
Zwischen jeweils einem Befestigungselement 10 und dem Trägerkörper 4 ist ein Festkörpergelenk 20 angeordnet, über welches das Befestigungselement 10 in Messrichtung X auslenkbar am Trägerkörper 4 gehalten ist. Das Festkörpergelenk 20 und das Befestigungselement 10 wird anhand der 3 näher erläutert.
Jedes Befestigungselement 10 ist als Klemmelement zum kraftschlüssigen Halten des Maßstabs 2 ausgebildet. Es weist eine Auflage 11 für den Maßstab 2 sowie ein Gegenelement in Form einer Biegefeder 12 zum angefederten Andrücken des Maßstabs 2 an diese Auflage 11 auf. Weiterhin be sitzt das Befestigungselement 10 einen senkrecht zur Auflage 11 und in Messrichtung X verlaufenden Anschlag 13. Dieser Anschlag 13 dient zum einfachen Ausrichten des Maßstabs 2 parallel zur Messrichtung X, indem der Maßstab 2 mit einer seiner in Messrichtung X verlaufenden Längsseiten L1 an den auf dieser Längsseite L1 angeordneten Anschlägen 13 angelegt wird. Wie aus der Schnittdarstellung in 2 ersichtlich ist, ist der Maßstab 2 mit seiner linken Längsseite L1 mit den Anschlägen 13 der auf der linken Seite angeordneten Befestigungselementen 10 in Kontakt. Um eine Überbestimmung zu vermeiden ist es in diesem Beispiel vorteilhaft, dass die gegenüberliegende Längsseite L2 des Maßstabs 2 von den der rechten Längsseite L2 zugeordneten Anschlägen 13 der Befestigungselemente 10 mit geringem Spiel beabstandet angeordnet ist.
Vorteilhaft ist es, dass die Auflage 11 und der Anschlag 13 einstückig ausgebildet sind, also ein gemeinsames Bauteil bilden. Zur Montage des Maßstabs 2 wird dieser auf die Auflagen 11 der beidseitig des Maßstabs 2 angeordneten Befestigungselemente 10 aufgesetzt. Der Maßstab wird parallel zur Messrichtung X ausgerichtet, indem eine Längsseite L1 mit den Anschlägen 13 der Befestigungselemente 10 auf dieser Längsseite L1 in Kontakt gebracht wird. Zur klemmenden Befestigung des Maßstabs 2 an den Befestigungselementen 10 wird jeweils eine Biegefeder 12 auf den Maßstab 2 aufgesetzt und mit jeweils einem den Anschlag 13 und die Auflage 11 bildenden Teil über eine Schraube 14 verschraubt. Durch dieses Einspannen des Maßstabs 2 an den Randbereichen seiner einander parallel gegenüberliegenden ebenen unteren und oberen Oberflächen ist der Maßstab 2 effektiv in der Mitte seiner Höhe fixiert, da der auf den Maßstab 2 durch die Biegefeder 12 ausgeübte Druck eine von der Auflage 11 auf den Maßstab 2 wirkende gleiche Gegenkraft hervorruft. Die zur Klemmung des Maßstabs 2 durch die Biegefeder 12 eingeleitete Kraft wirkt senkrecht zur Messrichtung X und senkrecht zur unteren und oberen Oberfläche des Maßstabs 2, also in Z-Richtung.
Zum Ausgleich der unterschiedlichen Ausdehnungen des Maßstabs 2 und des Trägerkörpers 4 sind die Befestigungselemente 10 jeweils über das Festkörpergelenk 20 am Trägerkörper 4 in Messrichtung X auslenkbar gelagert. Diese Lagerung ist eine reibungsfreie Lagerung, so dass die Übertragung von eine Verbiegung verursachenden Zwangskräften auf den Maßstab 2 zumindest weitgehend vermieden wird. Das Festkörpergelenk 20 ist zumindest ein stegförmiges federndes Biegegelenk, wobei der zumindest eine Steg senkrecht zur Messrichtung X verlaufend angeordnet ist. Das Festkörpergelenk 20 ist in Messrichtung X relativ leicht – ohne große Rückstellkräfte auszuüben – auslenkbar, aber in Richtungen senkrecht dazu möglichst steif. Fertigungstechnisch günstig ist es, wenn das Festkörpergelenk 20 einstückig an die Auflage 11 und den Anschlag 13 angeformt ist.
In vorteilhafter Weise besteht das Festkörpergelenk 20 aus zwei parallel zueinander angeordneten biegeelastischen Stegen 21, 22. Diese beiden Stege 21, 22 wirken als Parallelogrammführung für das Befestigungselement 10 und somit für den Maßstab 2. Die beiden Stege 21, 22 sind jeweils an einem Ende mit dem den Anschlag 13 und die Auflage 11 bildenden Teil verbunden und mit dem anderen Ende mit dem Trägerkörper 4 verbunden. Diese Verbindung mit dem Trägerkörper 4 kann durch das in den 1 bis 3 gezeigte Verschrauben mit dem Trägerkörper 4 erfolgen, oder gemäß der in 4 gezeigten Variante, indem das Festkörpergelenk 20, also die Stege 21, 22 einstückig an den schienenförmigen Trägerkörper 4.1 angeformt sind.
Die beiden Stege 21, 22 und der Anschlag 13 schließen einen Raum zur platzsparenden Anordnung der Schraube 14 ein.
Bezogen auf die Höhe des Maßstabes 2 (Richtung Z) ist das Festkörpergelenk 20, also die Stege 21, 22, in der bzw. symmetrisch zur Mittellinie (neutrale Ebene N1 des Maßstabs 2) angeordnet, also in vorteilhafter Weise auf der Höhe des Maßstabs 2 jeweils direkt neben der Längsseite L1 bzw. L2 des Maßstabs 2. Dies hat den Vorteil, dass die bei einer Auslenkung der Festkörpergelenke 20 auf den Maßstab 2 ausgeübte Kraft in der neutralen Ebene N1 des Maßstabs 2 angreift und dadurch diesen nicht verbiegt. Des Weiteren können keine störenden Querkräfte resultieren, da keine unsymmetrischen Biegemomente auf den Maßstab 2 einwirken.
Bei beiden oben erläuterten Ausführungsbeispielen ist die Messteilung 3 des Maßstabs 2 in der neutralen Ebene N des Trägerkörpers 4 angeordnet. Diese in den Querschnitt in 2 eingezeichnete neutrale Ebene N – auch neutrale Faser bezeichnet – ist der Bereich (Ebene) eines Körpers, der bei einer Verbiegung keine Längenänderung erfährt. Um dies zu bewerkstelligen ist der Trägerkörper 4 H- oder U-förmig ausgestaltet.
In 5 ist eine zweite Ausführungsform von Befestigungselementen 10.1 dargestellt. Vorteilhafterweise sind die in den 1, 2 und 4 auf der rechten Längsseite L2 des Maßstabs 2 dargestellten Befestigungselemente 10 durch die nun in 5 dargestellten Befestigungselemente 10.1 ersetzt.
Der Grundaufbau entspricht dem in 3 dargestellten Befestigungselement 10, weshalb für gleiche Elemente gleiche Bezugszeichen verwendet werden und gegenüber den vorher erläuterten Beispielen nur sich unterscheidende Merkmale nachfolgend ergänzend beschrieben werden. Der wesentliche Unterschied ist die Ausgestaltung des Befestigungselementes 10.1 zum kraftschlüssigen Halten des Maßstabs 2. Das Befestigungselement 10.1 weist wiederum eine Auflage 11 für den Maßstab 2 sowie ein Gegenelement zum Andrücken des Maßstabs 2 an diese Auflage 11 auf. Dieses Gegenelement ist eine Biegefeder 12.1 mit zwei Armen 15, 16, mit denen der Maßstab 2 an die Auflage 11 drängbar ist und einem weiteren umgebogenen Arm 17, der den Maßstab 2 an den Anschlag 13 des gegenüber angeordneten Befestigungselementes 10 drängt. Dadurch ist gewährleistet, dass der Maßstab 2 an den Auflagen 11 und mit seiner Längsseite L1 an den Anschlägen 13, des gegenüber angeordneten Befestigungselementes 10 in Messrichtung X ausgerichtet und unter geringer Vorspannung der Arme 15, 16 und 17 der Biegefeder 12.1 in dieser Position gehalten wird. Unterschiedliche thermisch bedingte Ausdehnungen zwischen Maßstab 2 und Trägerkörper 4 in X-Richtung werden von dem Festkörpergelenk 20 ausgeglichen und in Y-Richtung von dem biegeelastischen Arm 17. Das Befestigungselement 10.1 ist beispielsweise ein Blechteil.
6 zeigt eine dritte Ausführungsform eines Befestigungselementes 10.2. Auch hier sind die in den 1, 2 und 4 auf der rechten Längsseite L2 des Maßstabs 2 dargestellten Befestigungselemente 10 vorteilhafter Weise durch die nun in 6 dargestellten und nachfolgend erläuterten Befestigungselemente 10.2 zu ersetzen.
Der Grundaufbau entspricht dem in 3 dargestellten Befestigungselement 10, weshalb auch hier für gleiche Elemente gleiche Bezugszeichen verwendet werden und nur sich unterscheidende Elemente ergänzend beschrieben werden. Das Befestigungselement 10.2 weist wiederum eine Auflage 11 für den Maßstab 2 sowie das Gegenelement in Form der Biegefeder 12 auf. Der wesentliche Unterschied gegenüber der Ausgestaltung des Befestigungselementes 10 ist nun die in Y-Richtung federnd auslenkbare Anordnung der Anschlagfläche 19 über das Festkörpergelenk 18. Ein Befestigungselement 10.2, welchem unter Zwischenschaltung des Maßstabs 2 ein Befestigungselement 10 gemäß der 3 gegenüberliegend angeordnet ist, drängt die Längsseite L1 des Maßstabs 2 an den Anschlag 13 des Befestigungselementes 10. Dadurch wird der Maßstab 2 mit einer Kraftkomponente quer zur Messrichtung X, also in Y-Richtung eingespannt und klemmend gehalten. Zur optimalen Ausübung dieser Klemmkraft ist die Anschlagfläche 19 des Befestigungselementes 10.2 eine erhabene konvexe Fläche 19, die mit der Längsseite L2 des Maßstabs 2 in Kontakt tritt.
Eine vierte Ausführungsform eines Befestigungselementes 10.3 ist in den 7 bis 10 dargestellt. Das Befestigungselement 10.3 ist wieder über ein Festkörpergelenk 18 in Y-Richtung auslenkbar. Gegenüberliegend zum Befestigungselement 10.3 ist ein Befestigungselement 10 mit einer Auflage 11 und einem Anschlag 13 gemäß 3 angeordnet. Im Unterschied zu den vorher beschriebenen Ausführungsbeispielen sind die Festkörpergelenke 20.1 platzsparend im Trägerkörper 4.2 unterhalb des Maßstabs 2.1 angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass die Länge der Stege 21, 22 vergrößert werden kann, wodurch die Biegesteifigkeit verringert wird, was für bestimmte Anwendungsfälle vorteilhaft sein kann. Bei einer Auslenkung der Befestigungselemente 10 und 10.3 in X-Richtung aufgrund von unterschied lichen thermischen Ausdehnungsverhalten des Trägerkörpers 4.2 und des zwischen den Befestigungselementen 10 und 10.3 eingespannten Maßstabs 2.1 verkürzt sich der Abstand (Y-Richtung) zwischen den Anschlagflächen 13 und 19. Diese Verkürzung wird durch die Nachgiebigkeit des Befestigungselementes 10.3 in Y-Richtung ausgeglichen, ohne dass unzulässige Kräfte auf den Maßstab 2.1 einwirken.
Der damit verbundene Nachteil der Möglichkeit der Übertragung von Biegemomenten auf den Maßstab 2.1 aufgrund der in Z-Richtung beabstandeten Anordnung der Stege 21, 22 von der neutralen Ebene N1 des Maßstabs 2.1 lässt sich kompensieren, indem ein H- oder U-förmiger Maßstab 2.1 verwendet wird und die Messteilung 3 in der neutralen Ebene N1 dieses Maßstabs 2.1 angeordnet ist. Dieser H- oder U-förmige Maßstab 2.1 kann einteilig ausgeführt sein oder zur Vereinfachung der Herstellung dieses Maßstabs 2.1 können die Seitenteile 2.11 an den die Messteilung 3 tragenden Grundkörper 2.12 angesprengt sein, wobei die Messteilung 3 vor dem Verbinden mit den Seitenteilen 2.11 auf dem Grundkörper 2.12 aufgebracht wird.
In den 9 und 10 ist eine Möglichkeit dargestellt, wie die Montage des Maßstabs 2.1 erleichtert werden kann. Um den Freiraum zwischen jeweils zwei gegenüberliegenden Befestigungselementen 10 und 10.3 zu vergrößern, ist eine Montagevorrichtung 30 vorgesehen. Mit der Montagevorrichtung 30 wird die Anschlagfläche 19 des Befestigungselementes 10.3 in eine Stellung gebracht, in der das Festkörpergelenk 18 vorgespannt ausgelenkt und die konvexe Anschlagfläche 19 vom Maßstab 2 beabstandet ist, so dass der Maßstab 2.1 zwischen die beiden gegenüber liegenden Befestigungselemente 10 und 10.3 einlegbar ist. Nach Entfernen der Montagevorrichtung 30 federt die konvexe Anschlagfläche 19 des Befestigungselementes 10.3 in eine zweite Stellung zurück und hält den Maßstab 2.1 klemmend, wie in 10 dargestellt ist. Die Montagevorrichtung 30 weist hierzu Vorsprünge 31, 32 auf, mit denen diese mit dem Befestigungselement 10.3 durch Formschluss kooperiert.
Bei der Ausführung gemäß den 7 bis 10 kann in nicht gezeigter Weise auch zusätzlich eine Biegefeder 12 als Gegenelement gemäß der 3 bzw. 6 vorgesehen werden.
Anstelle der oben beschriebenen Kombinationen von Befestigungselementen 10 an der Längsseite L1 und gegenüber liegende Befestigungselemente 10.1 oder 10.2 oder 10.3 an der Längsseite L2 können auch andere Kombinationen eingesetzt werden. So können beispielsweise an beiden Längsseiten L1 und L2 Befestigungselemente 10.1 oder 10.2 oder 10.3 Verwendung finden.
Bei den oben erläuterten besonders vorteilhaften Ausführungen ist der Maßstab am Halter klemmend befestigt. Dies hat den Vorteil, dass der Maßstab erst vom Anwender nach Montage der Halterung an einer Maschine (Werkzeugmaschine oder Messmaschine) mit der Halterung kombiniert werden kann und der Maßstab austauschbar ist. Ist dies nicht erforderlich, so kann diese kraftschlüssige Befestigung auch durch Kleben oder eine andere stoffschlüssige Verbindung ersetzt werden bzw. ergänzt werden.
Die Auslenkbarkeit zumindest eines von jeweils zwei gegenüberliegend angeordneten Anschlagflächen 13 und 17 bzw. 13 und 19 wird gemäß der oben erläuterten Beispiele dadurch gewährleistet, dass die Anschlagfläche 17, 19 relativ zur Auflage 11 in Y-Richtung bewegbar an dem Festkörpergelenk 20, 20.1 angeordnet ist. Alternativ dazu kann das gesamte Befestigungselement 10, 10.1, 10.2, 10.3 mit den dazugehörigen Anschlagflächen 13, 17, 19 sowie mit der Auflage 11 sowie dem Gegenelement (Biegefeder 12, Arme 15, 16) am Festkörpergelenk 20, 20.1 in Y-Richtung auslenkbar gehalten sein. Ein Beispiel hierzu ist in 11 dargestellt. Im Unterschied zu dem in 7 dargestellten Beispiel ist hier das am Ende des Festkörpergelenkes 20.1 angeordnete Befestigungselement 10.4 mit dem Anschlag 19 und der Auflage 11.1 in Y-Richtung auslenkbar. Diese Auslenkbarkeit ist so gestaltet, dass sich die Auflage 11.1 und der Anschlag 19 bei einer Y-Bewegung nicht in X-Richtung verlagern, so dass keine Zwangskräfte in Messrichtung X auf den Maßstab 2 ausgeübt werden. Hierzu ist die Auflage 11.1 und der Anschlag 19 über symmetrisch angeordnete Dehnelemente 18.1 und 18.2 am Festkörpergelenk 20.1 befestigt. Die beidseitig der Auflage 11.1 und des Anschlags 19 angeordneten Dehnelemente 18.1, 18.2 verlaufen als dünne Stege in X-Richtung
Die bisher erläuterten Festkörpergelenke 20, 20.1 bestehen jeweils aus zwei parallel angeordneten Stegen 21 und 22. Die aus einer Auslenkung der Stege 21, 22 in X-Richtung resultierende Verlagerung der Anschläge 13, 17, 19 in Y-Richtung aufgrund der Verkürzung der Stege 21, 22 kann vollständig kompensiert werden, indem Doppelfeder-Anordnungen, insbesondere Doppelfederparallelogramme eingesetzt werden. Eine derartige Anordnung ist in 12 gezeigt. Der Grundaufbau entspricht der Anordnung gemäß 4, weshalb wiederum nur die Unterschiede dazu im Detail beschrieben werden. Die Darstellung erfolgt ohne die Biegefeder 12. Im Trägerkörper 4.1 sind die senkrecht zur Messrichtung X einander gegenüberliegenden Festkörpergelenke 20.2 vorteilhafter Weise einstückig ausgebildet. Jeder Steg 21, 22 der bisher erläuterten Ausführungen ist durch einen weiteren Steg 21.1, 22.1 ergänzt, wobei die beiden Stege 21, 21.1 sowie 22 und 22.1 jeweils miteinander über eine in Y-Richtung frei bewegliche Koppel 40 miteinander verbunden sind. Die bei einer Auslenkung resultierende Verkürzung der Stege 21, 21.1, 22, 22.1 wird durch die Koppel 40 ausgeglichen, ohne dass sie sich auf das Befestigungselement 10 auswirkt. Die beiden Koppeln 40 eines Festkörpergelenkes 20.2 können auch jeweils starr miteinander verbunden sein.
Zur Bildung eines thermischen Fixpunktes und zur besonders schwingungsfesten Fixierung des Maßstabs 2 bzw. 2.1 an dem Trägerkörper 4, 4.1 bzw. 4.2 kann der Maßstab 2 bzw. 2.1 an einer Position in Messrichtung X am Trägerkörper 4, 4.1 bzw. 4.2 unverrückbar fixiert werden. Besonders vorteilhaft ist eine Fixierung in der Mitte der Messlänge des Maßstabs 2 bzw. 2.1, da damit eine Minimierung der Längsdehnung bei Temperaturänderungen oder Beschleunigungen erreicht werden kann.
Eine Ausführung eines derartigen Fixpunktes ist in 13 schematisch an einem Stück Trägerkörper 4 und einem Stück Maßstab 2 dargestellt. Dabei liegt der Maßstab 2 in seiner Mitte der gesamten Messlänge (X-Richtung) beidseitig an Auflagen 50 -vergleichbar mit den Auflagen 11- auf. An gegenüberliegenden Bereichen seiner Längsseiten L1 und L2 ist der Maßstab 2 über eine starre Klebung 51 starr mit dem Trägerkörper 4 verbunden. Diese starre Verbindung 51 zwischen Maßstab 2 und Trägerkörper 4 liegt vorzugsweise ebenfalls in der neutralen Ebene N1 des Maßstabs 2 bzw. symmetrisch zur neutralen Ebene N1.

Claims

Halterung für einen Maßstab (2, 2.1) mit – einem Trägerkörper (4, 4.1, 4.2) und – Festkörpergelenken (20, 20.1, 20.2) als Verbindung zwischen einer ersten Längsseite (L1) des Maßstabs (2, 2.1) und dem Trägerkörper (4, 4.1, 4.2) über welche der Maßstab (2, 2.1) in Messrichtung X verschiebbar am Trägerkörper (4, 4.1, 4.2) lagerbar ist, gekennzeichnet durch – weitere Festkörpergelenke (20, 20.1, 20.2) als Verbindung zwischen einer zweiten Längsseite (L2) des Maßstabs (2, 2.1) und dem Trägerkörper (4, 4.1, 4.2), über welche der Maßstab (2, 2.1) in Messrichtung X verschiebbar am Trägerkörper (4, 4.1, 4.2) lagerbar ist, wobei die zweite Längssseite (L2) und die erste Längsseite (L1) einander gegenüberliegend angeordnet sind.
Halterung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Festkörpergelenk (20, 20.1, 20.2) jeweils aus zumindest einem senkrecht zur Messrichtung X verlaufenden Steg (21, 22, 21.1, 22.1) besteht.
Halterung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Festkörpergelenke (20, 20.1, 20.2) einstückig an den Trägerkörper (4.1) angeformt sind.
Halterung nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem Maßstab (2), wobei die Festkörpergelenke (20, 20.2) neben dem Maßstab (2) in der Ebene des Maßstabs (2) angeordnet sind.
Halterung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit einem Maßstab (2), wobei die Festkörpergelenke (20.1) in einer Ebene unterhalb des Maßstabs (2, 2.1) angeordnet sind.
Halterung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Festkörpergelenke (20, 20.1, 20.2) jeweils ein Befestigungselement (10, 10.1, 10.2, 10.3, 10.4) aufweisen, über das jeweils eine Verbindung mit dem Maßstab (2, 2.1) herstellbar ist, wobei jeweils zwei der Befestigungselemente (10, 10.1, 10.2, 10.3, 10.4) einander gegenüberliegend an den beiden Längsseiten (L1, L2) des Maßstabs (2, 2.1) angeordnet sind.
Halterung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungselement (10, 10.1, 10.2, 10.3, 10.4) zum kraftschlüssigen Halten des Maßstabs (2, 2.1) ausgebildet ist.
Halterung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungselement (10, 10.1, 10.2, 10.3, 10.4) eine Auflage (11, 11.1) für den Maßstab (2, 2.1) sowie ein Gegenelement (12, 12.1, 15) zum Andrücken des Maßstabs (2, 2.1) an diese Auflage (11, 11.1) aufweist.
Halterung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegenelement eine Biegefeder (12, 12.1) ist.
Halterung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der einander gegenüberliegend angeordneten Befestigungselemente (10) einen Anschlag (13) aufweist, an den der Maßstab (2) mit seiner ersten in Messrichtung X verlaufenden Längsseite (L1) anlegbar ist.
Halterung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die einander gegenüberliegenden Befestigungselemente (10, 10.1, 10.2, 10.3, 10.4) den Maßstab (2, 2.1) mit einer Kraftkomponente Y quer zur Messrichtung X einspannen.
Halterung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der einander gegenüberliegend angeordneten Befestigungselemente (10.1, 10.2, 10.3, 10.4) derart ausgebildet ist, dass es auf den Maßstab (2, 2.1) eine in Richtung des gegenüberliegenden Befestigungselementes (10, 10.1, 10.2, 10.3, 10.4) gerichtete Klemmkraft ausübt.
Halterung nach Anspruch 9 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Biegefeder (12.1) zumindest einen Arm (15, 16) aufweist mit dem der Maßstab (2) an die Auflage (11) drängbar ist und einen weiteren Arm (17) aufweist, mit dem der Maßstab (2) in Richtung des gegenüberliegenden Befestigungselementes (10) drängbar ist.
Halterung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungselement (10) an der ersten Längsseite (L1) des Maßstabs (2, 2.1) eine Auflage (11) und einen quer zur Messrichtung X wirksamen Anschlag (13) für die erste Längsseite (L1) des Maßstabs (2, 2.1) bildet, und dass das gegenüberliegende Befestigungselement (10.1, 10.2, 10.3, 10.4) derart ausgebildet ist, dass es den Maßstab (2, 2.1) in Richtung Y dieses Anschlags (13) drängt.
Halterung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anschlagfläche (19) des weiteren Befestigungselementes (10.1, 10.2, 10.3, 10.4) über ein weiteres Festkörpergelenk (18, 18.1, 18.2) quer zur Messrichtung X bewegbar ist.
Halterung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlagfläche (19) des weiteren Befestigungselementes (10.1, 10.2, 10.3, 10.4) mittels einer Montagevorrichtung (30) in eine Stellung bringbar ist, in der das weitere Festkörpergelenk (18) vorgespannt ausgelenkt ist um den Maßstab (2.1) zwischen die beiden gegenüberliegenden Befestigungselemente (10, 10.3) einzulegen, und dass bei Entfernen der Montagevorrichtung (30) die Anschlagfläche (19) in eine zweite Stellung zurückfedert, in der diese den Maßstab (2, 2.1) klemmend hält.
Halterung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Messteilung (3) des Maßstabs (2) in der neutralen Ebene (N) des Trägerkörpers (4) angeordnet ist.
Halterung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messteilung (3) in der neutralen Ebene (N1) des Maßstabs (2.1) angeordnet ist.