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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Reibradantrieb, insbesondere
für ein
Koordinatenmessgerät,
mit einem Reibrad und mit einem Gegenstück, das zumindest zeitweise
in Reibschluss mit dem Reibrad steht, und mit einem Kraftelement,
das dazu ausgebildet ist, das Reibrad und das Gegenstück gegeneinander
zu drücken.
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Die
Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Bewegen eines beweglich
gelagerten Teils, insbesondere zum Verfahren eines Tastkopfes an
einem Koordinatenmessgerät,
wobei das beweglich gelagerte Teil über ein Reibrad angetrieben
wird und wobei das Reibrad zumindest zeitweise in Reibschluss mit
einem Gegenstück
gebracht wird.
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Ein
solcher Reibradantrieb und ein solches Verfahren sind bspw. aus
EP 0 663 716 A2 oder
aus
DD 223 502 A1 bekannt,
wenngleich diese beiden Druckschriften keine Koordinatenmessgeräte im Sinne
der vorliegenden Erfindung offenbaren.
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Koordinatenmessgeräte werden üblicherweise
verwendet, um die Objektform eines Messobjekts mit hoher Genauigkeit
zu vermessen, bspw. im Rahmen der Qualitätskontrolle von industriell
hergestellten Werkstücken.
Die Koordinatenmessgeräte
besitzen in der Regel einen Tastkopf, der über eine Antriebsmimik zwei- oder dreidimensional
im Raum verfahren werden kann. Der Tastkopf wird über die
Antriebsmimik an einen Messpunkt des Messobjekts verfahren. Aus
der Stellung des Tastkopfes lassen sich dann die Raumkoordinaten
des angefahrenen Messpunktes bestimmen. Häufig wird der Messpunkt mit
einem im Tastkopf angeordneten Taststift angetastet und der Antastvorgang
löst die
Bestimmung der Raumkoordinaten aus. Es gibt jedoch auch Koordinatenmessgeräte, die
einen Messpunkt am Messobjekt berührungslos erfassen. Die vorliegende
Erfindung kann unabhängig
von der Art der Messwertaufnahme bei allen Koordinatenmessgeräten eingesetzt werden,
bei denen ein Tast- oder Messkopf über zumindest einen Reibradantrieb
im Raum verfahren wird.
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Darüber hinaus
sind Koordinatenmessgeräte zwar
das bevorzugte Anwendungsgebiet für die vorliegende Erfindung,
sie ist darauf jedoch nicht beschränkt und kann gleichermaßen bei
Werkzeugmaschinen und anderen Arten von Maschinen und Anlagen eingesetzt werden,
bei denen ein Teil über
ein Reibrad in Bewegung versetzt wird. Dabei kann das Reibrad grundsätzlich feststehend
sein und auf das angetriebene Gegenstück einwirken. Es kann jedoch auch
das Gegenstück
feststehend sein, beispielsweise in Form einer Laufschiene, und
das Reibrad sitzt an dem angetriebenen Teil.
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Um
das Reibrad in Reibschluss mit dem Gegenstück zu bringen, ist ein gewisser
Anpressdruck erforderlich, der bei heutigen Koordinatenmessgeräten häufig mit
einer oder mehreren Federn erzeugt wird. Die Federkraft spannt das
Reibrad in Richtung des Gegenstücks
vor. Unebenheiten auf der Lauffläche
des Gegenstücks
werden aufgrund der Elastizität
der Feder in gewissen Grenzen ausgeglichen. Eingesetzt wird ein
durch Federkraft vorgespanntes Reibrad bspw. bei dem Horizontalarm-Koordinatenmessgerät PRO, das
unter dieser Bezeichnung von der Anmelderin der vorliegenden Erfindung
vertrieben wird.
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In
anderen Koordinatenmessgeräten
der Anmelderin, nämlich
der Serie PRISMO, wirkt die Antriebskraft des Reibrades auf ein
Stahlband, das zwischen dem Reibrad und einer Gegenrolle eingeklemmt
wird. Der Anpressdruck von Reibrad und Gegenrolle wird hier mit
Hilfe eines Pneumatikzylinders erzeugt. Diese Realisierung ist aufwändiger als
ein federbelastetes Reibrad, das direkt auf das Gegenstück wirkt.
Die Realisierung bietet jedoch den Vorteil, dass der Anpressdruck über den
Pneumatikzylinder variabel eingestellt werden kann. Insbesondere ist
es möglich,
den Anpressdruck bei stillstehendem Koordinatenmessgerät zu reduzieren,
um Standplatten des kunststoffbeschichteten Reibrades zu vermeiden.
Solche Standplatten sind ein Problem bei federbelasteten Reibrädern, was
insbesondere bei Koordinaten messgeräten nachteilig ist, deren Messgenauigkeit
von der Antriebsgenauigkeit abhängt.
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Bei
den Koordinatenmessgeräten
der Serie CONTURA der vorliegenden Anmelderin wird eine Kombination
aus Federkraft und Pneumatikzylinder verwendet, um ein Reibrad und
eine Gegenrolle an die Laufflächen
des einer Pinole zu drücken.
Auch hier besteht das Problem, dass aufgrund der permanent anliegenden
Federkraft Abplattungen des Reibrades und der Gegenrolle bei längeren Standzeiten auftreten
können.
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Darüber hinaus
besteht bei der Verwendung einer Feder zum Erzeugen des Anpressdrucks
das Problem, dass die Federkennlinie möglichst flach sein sollte,
damit der Anpressdruck auch bei Unebenheiten der Lauffläche möglichst
gleich bleibt. Dies bedingt jedoch in aller Regel eine recht voluminöse Feder.
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Aus
der eingangs genannten
EP
0 663 716 A2 ist ein Reibradantrieb bekannt, bei dem das
Reibrad mit Hilfe von Magneten gegen die Lauffläche gedrückt wird. Einen ähnlichen
Vorschlag offenbart auch die schon erwähnte
DD 223 502 A1 . Darüber hinaus
erwähnt
die zuletzt genannte Druckschrift, dass die Kompensation der für den Reibschluss
erforderlichen Querkräfte
prinzipiell mechanisch, pneumatisch, hydraulisch oder elektromagnetisch
erfolgen kann. Pneumatische und hydraulische Kompensation wird jedoch
aufgrund des hohen fertigungs- und gerätetechnischen Aufwandes zu
Gunsten der magnetischen Lösung
verworfen.
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Vor
diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
einen alternativen Reibradantrieb und ein Verfahren der eingangs
genannten Art anzugeben, mit dem sich die Abplat tung des Reibrades
im Stand vermeiden lassen und die – zumindest bei Koordinatenmessgeräten – relativ
einfach und kostengünstig
in die Antriebsmimik integriert werden können.
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Diese
Aufgabe wird nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung durch
einen Reibradantrieb der eingangs genannten Art gelöst, bei
dem das Kraftelement einen Luftkanal zum Führen eines gerichteten Luftstroms
und zumindest eine Öffnung
an dem Luftkanal beinhaltet, wobei der geführte Luftstrom im Bereich der Öffnung einen
Luftdruck erzeugt, der den Reibschluss bewirkt.
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Die
Aufgabe wird ferner durch ein Verfahren der eingangs genannten Art
gelöst,
bei dem mit Hilfe eines gerichteten Luftstroms ein Luftdruck erzeugt wird,
der den Reibschluss bewirkt.
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Die
vorliegende Erfindung beruht somit auf der Idee, den Anpressdruck
zwischen dem Reibrad und der Lauffläche dadurch zu erzeugen, dass
im Bereich von zumindest einem der beiden Teile eine Druckdifferenz
bezogen auf den Normal- bzw. Umgebungsdruck erzeugt wird. Die Druckdifferenz
kann grundsätzlich
ein Unterdruck oder ein Überdruck sein,
je nachdem wie die Öffnung,
an der die Druckdifferenz erzeugt wird, in Bezug auf das Reibrad
und das Gegenstück
ausgerichtet ist. Charakteristisch ist in allen Fällen, dass
der Anpressdruck zwischen Reibrad und Lauffläche die direkte Folge des Luftdrucks
ist, d.h. der den Luftdruck erzeugende Luftstrom ist das Medium,
dass das Reibrad und die Lauffläche
gegeneinander drückt.
Anders ausgedrückt
werden das Reibrad und das Gegenstück aufgrund der Saug- oder
Blaswirkung des durch die Öffnung
hindurch tretenden (offenen) Luftstroms gegeneinander gedrückt.
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Der
neue Reibradantrieb und das neue Verfahren kommen mit relativ wenigen
Bauteilen aus, da der Luftdruck den erforderlichen Anpressdruck
zwischen Reibrad und Lauffläche
direkt erzeugt. Darüber
hinaus werden bewegte Teile zumindest bei Koordinatenmessgeräten häufig mit
Luftlagern gelagert, zu deren Betrieb ein Luftstrom erforderlich
ist, der einen Überdruck
oder Unterdruck erzeugt. Die vorliegende Erfindung macht sich die
vorhandene Ausstattung vieler Koordinatenmessgeräte zunutze, da der ohnehin
benötigte
Luftstrom ohne großen
Aufwand auch zum Erzeugen des Anpressdrucks verwendet werden kann.
Der neue Reibradantrieb lässt
sich daher – zumindest
bei Koordinatenmessgeräten – relativ
einfach und kostengünstig
in die Antriebsmimik integrieren.
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Darüber hinaus
besitzen der neue Reibradantrieb und das neue Verfahren den Vorteil,
dass der Anpressdruck ohne den gerichteten Luftstrom sofort abfällt. Standplatten
der Antriebs- und ggf. Gegenrolle aufgrund von langen Stillstandszeiten
sind daher wirkungsvoll vermieden.
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Die
genannte Aufgabe ist daher vollständig gelöst.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die zumindest
eine Öffnung
so angeordnet, dass der Luftstrom einen Unterdruck erzeugt, wobei
der Unterdruck das Reibrad und das Gegenstück gegeneinander zieht.
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Diese
Ausgestaltung den besitzt Vorteil, dass der feststehende Teil des
Antriebs, bei Koordinatenmessgeräten
in aller Regel das Reibrad, und der Luftkanal mit der zumindest
einen Öffnung
auf derselben Seite zu dem Gegenstück angeordnet sein können.
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Diese
Ausgestaltung ermöglicht
daher eine sehr kompakte und sogar modulartig austauschbare Antriebseinheit.
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In
einer weiteren Ausgestaltung beinhaltet das Kraftelement eine mit
dem Luftkanal verbundene Venturidüse, um den Unterdruck zu erzeugen.
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Alternativ
hierzu könnte
ein Unterdruck bspw. auch mit Hilfe einer Vakuumpumpe erzeugt werden.
Die vorliegende Ausgestaltung lässt
sich jedoch deutlich kostengünstiger
realisieren.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die zumindest eine Öffnung so
angeordnet, dass der Luftstrom einen Überdruck erzeugt, wobei der Überdruck
das Reibrad und das Gegenstück
gegeneinander drückt.
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Diese
Ausgestaltung kann alternativ oder ergänzend zu einem Unterdruck verwendet
werden, um den Anpressdruck zwischen Reibrad und Gegenstück zu erzeugen.
Im letztgenannten Fall versteht es sich, dass zumindest zwei Öffnungen
benötigt
werden, wobei an einer ersten Öffnung
der Unterdruck erzeugt wird und an einer zweiten Öffnung der Überdruck
erzeugt wird.
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Die
Ausgestaltung besitzt den Vorteil, dass der Anpressdruck über einen
größeren Variationsbereich
hinweg eingestellt werden kann. Darüber hinaus führt ein Überdruck
in aller Regel zu einem Luftpolster zwischen der Öffnung des
Luftkanals und demjenigen Teil, auf den der Überdruck einwirkt. Daher eignet
sich diese Ausgestaltung besonders gut, um den Überdruck direkt an dem bewegten
Teil des Antriebes angreifen zu lassen, was die Zahl der benötigten Bauelemente
weiter reduziert.
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In
einer weiteren Ausgestaltung ist das Reibrad quer zur Bewegungsrichtung
des Gegenstücks beweglich
gelagert, wobei der Luftdruck das Reibrad gegen das Gegenstück bewegt.
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Alternativ
hierzu könnte
grundsätzlich
auch das Reibrad feststehend gelagert sein, während das Gegenstück durch
den Luftdruck gegen das Reibrad gedrückt wird. Die bevorzugte Ausgestaltung
ermöglicht
demgegenüber
ein positionsgenaueres Verfahren des Gegenstücks mit einem quasi-stationären Reibrad.
Daher ist diese Ausgestaltung besonders für eine Verwendung bei Koordinatenmessgeräten bevorzugt.
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In
einer weiteren Ausgestaltung ist die zumindest eine Öffnung als
ein Luftlager ausgebildet, das mit dem Luftkanal verbunden ist.
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Luftlager
sind im Stand der Technik für
sich genommen bekannt. Sie werden von verschiedenen Herstellern
und Händlern
(beispielsweise Aerolas GmbH in Unterhaching, Deutschland oder LWS
Luftlagertechnik und Service GmbH in Kaufbeuren, Deutschland) kommerziell
angeboten und bei Koordinatenmessgeräten häufig eingesetzt, um die beweglichen
Teile zu lagern. Bei den Luftlagern dieser Ausgestaltung handelt
es sich um derartige Bauelemente, die darauf hin optimiert sind,
ein geringes Luftpolster als „Schmiermittel" zwischen der Gegenfläche des
Luftlagers und dem Lager selbst aufrecht zu erhalten. Der Einsatz
von Luftlagern im Sinne dieser Ausgestaltung ist besonders vorteilhaft,
wenn der erfindungsgemäß erzeugte
Luftdruck an dem beweglichen Teil angreifen soll, da das Luftlager
in diesem Fall die ohnehin benötigten
Lager für
das bewegliche Teil ergänzt.
Darüber
hinaus ist die Verwendung von Luftlagern im Sinne dieser Aus gestaltung
aufgrund deren kommerzieller Verfügbarkeit eine sehr kostengünstige Möglichkeit,
um einen optimalen Luftstrom im Bereich der Öffnung zu erhalten.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung beinhaltet das Kraftelement
eine Steuereinheit, um den Luftdruck im Bereich der Öffnung zu
variieren. Vorzugsweise wird der Luftdruck belastungsabhängig geregelt.
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Diese
Ausgestaltung ermöglicht
einen an die Betriebsbedingungen angepassten Anpressdruck und damit
eine optimale Übertragung
der Antriebsleistung auf das angetriebene Teil. Außerdem sorgt diese
Ausgestaltung dafür,
dass Unebenheiten der Lauffläche
keinen Einfluss auf die Bewegung des angetriebenen Teils nehmen.
Dies ist besonders bei Koordinatenmessgeräten von Vorteil, deren Messgenauigkeit
von der Positionier- und Verfahrgenauigkeit der Antriebsachsen abhängt.
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In
einer weiteren Ausgestaltung beinhaltet der Reibradantrieb einen
in Antriebsrichtung feststehenden Teil (vorzugsweise das Reibrad,
dieser Teil kann jedoch quer zur Antriebsrichtung beweglich gelagert
sein, wie oben beschrieben ist) und einen bewegten Teil (beispielsweise
die Pinole eines Koordinatenmessgerätes), wobei der Luftdruck auf
den bewegten Teil einwirkt.
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Diese
Ausgestaltung reduziert die Anzahl der benötigten Bauelemente und sie
ermöglicht
daher eine besonders einfache und kostengünstige Realisierung. Zudem
wirkt die zumindest eine Öffnung in
diesem Fall als (ggf. zusätzliches)
Luftlager, was zu einer stabilen Führung des bewegten Teils beiträgt.
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In
einer weiteren Ausgestaltung ist das Kraftelement so ausgebildet,
dass das Reibrad und das Gegenstück
allein aufgrund des Luftdrucks gegeneinander gedrückt werden.
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Alternativ
hierzu wäre
es grundsätzlich
auch möglich,
dass die Erfindung in Ergänzung
zu einer Feder oder einem anderen Kraftelement zum Erzeugen des
Anpressdrucks verwendet wird. Die vorliegende Ausgestaltung besitzt
demgegenüber
den Vorteil, dass der Anpressdruck ohne den erfindungsgemäßen Luftstrom
auf einen minimalen Wert zurückgeht,
so dass Standplatten des Reibrades vollständig ausgeschlossen sind. Darüber hinaus
führt diese
Ausgestaltung zu einer weiteren Reduzierung der Teilezahl und damit
zu einer kostengünstigen
Realisierung.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale
nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in
anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne
den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der
nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert.
Es zeigens
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1 eine
vereinfachte Darstellung eines Koordinatenmessgerätes, in
dem Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung vorteilhaft eingesetzt werden können,
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2 eine
vereinfachte Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels für einen
Reibradantrieb der vorliegenden Erfindung,
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3 und 4 eine
vereinfachte Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels für einen erfindungsgemäßen Reibradantrieb
in zwei verschiedenen Betriebsstellungen,
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5 und 6 eine
vereinfachte Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels für einen
erfindungsgemäßen Reibradantrieb
in zwei verschiedenen Betriebsstellungen, und
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7 eine
vereinfachte Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels.
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In 1 ist
ein Koordinatenmessgerät
mit einem erfindungsgemäßen Reibradantrieb
in seiner Gesamtheit mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet.
Wie bereits oben erwähnt,
kann der neue Reibradantrieb besonders vorteilhaft bei Koordinatenmessgeräten zur
Anwendung kommen. Die Erfindung ist hierauf jedoch nicht beschränkt. Außerdem ist
der Anwendungsbereich der Erfindung nicht auf Koordinatenmessgeräte in der
in 1 dargestellten Portalbauweise beschränkt. Die
Erfindung kann vorteilhaft auch bei Koordinatenmessgeräten in Horizontalarm-Bauweise
oder sonstiger Bauweise eingesetzt werden.
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Das
Koordinatenmessgerät 10 besitzt
eine Basis 12, auf der ein Portal 14 in Längsrichtung
verschieblich gelagert ist. Die Bewegungsrichtung des Portals 14 wird
bei dem Koordinatenmess geräten 10 üblicherweise
als y-Achse bezeichnet. An dem Portal 14 ist ein Schlitten 16 in
x-Richtung beweglich gelagert. Der Schlitten 16 trägt eine
Pinole 18, die in z-Richtung beweglich ist. Das Portal 14 bildet
zusammen mit dem Schlitten 16 und der Pinole 18 eine
Antriebsmimik, die es erlaubt, einen Tastkopf (Bezugsziffer 28)
an eine beliebige Stelle im Messvolumen zu verfahren.
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Mit
den Bezugsziffern 20, 22, 24 sind schematisch
dargestellte Glasmaßstäbe mit einer
Skalierung bezeichnet. Die Glasmaßstäbe 20, 22, 24 sind Teil
von Messeinrichtungen, die es ermöglichen, die aktuelle Raumposition
des Tastkopfes 28 zu bestimmen. Üblicherweise werden die Glasmaßstäbe 20, 22, 24 beim
Verfahren des Portals 14, des Schlittens 16 und
der Pinole 18 optisch abgetastet. Es können jedoch auch andere Messeinrichtungen
verwendet werden.
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Mit
der Bezugsziffer 26 ist hier ein Antrieb für die Bewegung
des Portals 14 bezeichnet. Bei diesem Antrieb kann es sich
um den neuen Reibradantrieb handeln, der nachfolgend anhand von
Ausführungsbeispielen
näher dargestellt
ist. Darüber
hinaus können
auch der Schlitten 16 und die Pinole 18 über entsprechende
Reibradantriebe verfahren werden.
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Hei
den Bezugsziffern 32 und 34 sind der Vollständigkeit
halber noch eine Steuereinheit und ein Bedienpult dargestellt, wie
sie bei Koordinatenmessgeräten
häufig
verwendet werden. Die Steuereinheit 32 enthält zum einen
eine Antriebssteuerung, die die Antriebe des Koordinatenmessgerätes 10 so ansteuert,
dass der Tastkopf 28 eine gewünschte Bewegungsbahn innerhalb
des Messvolumens abfährt. Die
gewünschte
Bewegungsbahn kann in der Steu ereinheit 32 in Form eines
Messprogramms abgespeichert sein und/oder über das Bedienpult 34 vorgegeben
werden. Darüber
hinaus enthält
die Steuereinheit 32 in aller Regel ein Auswerteprogramm,
um die Raumkoordinaten eines Messpunktes an dem Messobjekt 30 zu
bestimmen.
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2 zeigt
ein erstes Ausführungsbeispiel 40 des
neuen Reibradantriebs und des neuen Verfahrens. Der Reibradantrieb 40 beinhaltet
ein Reibrad 42, das mit einem Gegenstück 44 zusammenwirkt,
um das Gegenstück 44 in
Richtung des Pfeils 45 zu bewegen. In diesem Fall ist also
das Reibrad 42 (in Antriebsrichtung) ortsfest gelagert
und das Gegenstück 44 wird
bewegt. Diese Realisierung ist besonders vorteilhaft für die Antriebsmimik
von Koordinatenmessgeräten.
Grundsätzlich
kann jedoch auch das Gegenstück 44 eine
ortsfeste Laufschiene sein, auf der sich ein Wagen mit dem Reibrad 42 bewegt.
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In
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel handelt
es sich bei dem Gegenstück
um die Pinole 18 des Koordinatenmessgerätes 10.
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Das
Reibrad 42 sitzt zusammen mit einem Rad 46 auf
einer Welle 48, die eine Drehachse senkrecht zur Zeichenebene
definiert. Das Rad 46 ist Bestandteil eines Riemenantriebes 50 mit
einem hier nicht näher
bezeichneten Motor. Der Riemenantrieb 50 dient dazu, das
Reibrad 42 in die gewünschte Drehbewegung
zu versetzen. Der Riemenantrieb 50 ist hier beispielhaft
dargestellt. Das Reibrad 42 könnte auch direkt auf der Antriebswelle
eines Motors (hier nicht dargestellt) angeordnet sein oder über ein Getriebe
oder in sonstiger Weise in die gewünschte Drehbewegung versetzt
werden.
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Das
Reibrad 42 ist hier zusammen mit dem Rad 46 auf
einem Träger 52 angeordnet,
der in Richtung eines Pfeils 54 (quer zur Antriebsrichtung)
beweglich gelagert ist. Der Bewegungshub des Trägers 52 ist allerdings
minimal im Vergleich zu dem Bewegungshub; den das Gegenstück 44 in
Richtung des Pfeils 45 ausführt. Der Bewegungshub des Trägers 52 (und
damit des Reibrades 42) in Richtung des Pfeils 54 ist
gerade so bemessen, dass er einen erhöhten oder reduzierten Anpressdruck
zwischen dem Reibrad 42 und dem Gegenstück 44 ermöglicht. Außerdem kann
das Reibrad 42 aufgrund des beweglich gelagerten Trägers 52 Unebenheiten
auf der Lauffläche
des Gegenstücks 44 ausgleichen.
Typischerweise wird der Bewegungshub in Richtung des Pfeils 54 im
Bereich weniger Millimeter (< 5
mm) liegen.
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Mit
der Bezugsziffer 56 sind Luftlager bezeichnet, über die
das Gegenstück 44 in
Richtung des Pfeils 45 beweglich gelagert ist. Die Luftlager 56 sind
an einen Luftkanal 58 angeschlossen, der einen Luftstrom 60 führt. Im
Luftkanal 58 und den Luftlagern 56 herrscht ein Überdruck
bezogen auf den Umgebungsdruck des Gegenstücks 44, so dass sich zwischen
dem Gegenstück 44 und
der Austrittsseite der Luftlager 56 ein Luftpolster bildet,
in dem das Gegenstück 44 geführt ist.
Der Überdruck
wird mit Hilfe eines Kompressors 62 erzeugt und ist in 2 anhand
der dunklen Schattierung dargestellt. Der Kompressor 62 wird
von einer Steuereinheit 64 angesteuert, die den gewünschten
Luftdruck mit Hilfe des Kompressors 62 einstellt.
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Mit
der Bezugsziffer 66 ist eine Venturidüse bezeichnet, durch die der
Luftstrom 60 in der dargestellten Richtung hindurchtritt.
An die Venturidüse 60 ist
seitlich ein weiterer Luftkanal 68 angeschlossen, der in
zwei Luftlagern 70 ausläuft.
Die beiden Luftlager 70 sind seitlich von dem Reibrad 42 auf
dem Träger 52 befestigt,
so dass die Position des Trägers 52 mit
Hilfe der Luftlager 70 bzw. mit Hilfe des Luftdrucks im
Luftkanal 68 variiert werden kann. Der Luftkanal 68 ist
aus diesem Grund so ausgeführt,
dass er der Positionsverschiebung der Luftlager 70 folgen
kann, d.h. er besitzt zumindest stellenweise einen längenveränderlichen
Abschnitt, der bei Bezugsziffer 72 schematisch angedeutet
ist.
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In
dem Luftkanal 68 herrscht aufgrund der Beschleunigung des
Luftstroms 60 in der Venturidüse 66 ein Unterdruck,
was durch die helle Schattierung in dem Kanal 68 dargestellt
ist. Aufgrund des Unterdrucks saugen sich die Luftlager 70 an
das Gegenstück 44 an
und das Reibrad 42 wird gegen die Lauffläche des
Gegenstücks 44 gezogen.
Lässt der Luftstrom 60 nach,
vermindert sich die Druckdifferenz zum Umgebungsdruck im Bereich
der Luftlager 70 und der Anpressdruck zwischen Reibrad 42 und
Gegenstück 44 sinkt
ab. Der Reibschluss zwischen dem Reibrad 42 und dem Gegenstück 44 wird
folglich über
den Luftstrom 60 und den daraus folgenden Luftstrom (nicht
näher dargestellt)
im Luftkanal 68, der zu dem Unterdruck führt, bewirkt.
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Bei
der nachfolgenden Beschreibung von weiteren Ausführungsbeispielen bezeichnen
gleiche Bezugszeichen dieselben Elemente wie zuvor.
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In
den 3 und 4 ist ein Ausführungsbeispiel
eines Reibradantriebes 80 dargestellt, bei dem das Reibrad 42 mit
Hilfe eines Überdrucks
gegen die Lauffläche
des Gegenstücks 44 gedrückt wird.
Das Reibrad 42 ist hier wiederum auf einem Träger 52 angeordnet,
der in Richtung des Pfeils 54 mit einem geringen Bewegungshub
beweglich gelagert ist. Mit der Bezugsziffer 82 ist ein
Luftlager bezeichnet, das ähnlich
wie die Luftlager 56 in 2 mit dem
Luftstrom 60 aus einem Kompressor 62 gespeist wird,
um einen Überdruck
im Bereich der Austrittsfläche
des Luftlagers zu erzeugen. Gegenüber von dem Luftlager 82 ist
eine Prallplatte 84 angeordnet, gegen die der Luftstrom 60 aus
dem Luftlager 82 drückt, wenn
der Kompressor 62 in Betrieb ist. Ohne Luftstrom 60 (4)
kann die Prallplatte 84 an dem Luftlager 82 anliegen,
das Reibrad 42 steht nicht im Reibschluss mit dem Gegenstück 44.
Durch Beaufschlagen der Prallplatte 84 mit dem Luftstrom 60 aus
dem Luftlager 82 wird das Reibrad 42 an die Lauffläche des
Gegenstücks 44 gedrückt. Nach
Abschalten des Luftstroms 60 fällt das Reibrad 42 wieder
in Richtung des Pfeils 86 von dem Gegenstück 44 ab.
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5 und 6 zeigen
ein weiteres Ausführungsbeispiel
eines neuen Reibradantriebes 90. Auch in diesem Fall wird
das Reibrad 42 mit Hilfe eines Überdrucks aus einem Luftlager 92 gegen
die Lauffläche
des Gegenstücks 44 gedrückt. Im
Unterschied zu dem Reibradantrieb 80 aus 3 und 4 sind
das Reibrad 42 und das Luftlager 92 hier jedoch
auf gegenüberliegenden
Seiten des Gegenstücks 44 angeordnet.
Reibrad 42 und Luftlager 92 sitzen beide auf einem
beweglichen Träger 52.
Wird das Luftlager 92 mit dem Luftstrom 60 aus
dem Kompressor 62 beaufschlagt, zieht es das Reibrad 42 in Richtung
des Pfeils 54 gegen die Lauffläche des Gegenstücks 44 (5).
Ohne den Luftstrom 60 fällt das
Reibrad 42 von der Lauffläche des Gegenstücks 44 ab
(6), was hier wiederum übertrieben dargestellt ist.
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Die
Reibradantriebe 40 und 90 besitzen gegenüber dem
Reibradantrieb 80 den Vorteil, dass der Andruckmechanismus
einen in sich geschlossenen Kraftverlauf aufweist. Mit anderen Worten
wird der Anpressdruck des Reibrades 42 bei den Reibradantrieben 40 und 90 über die
Luftlager 70 und 92 erzeugt und an dem Gegenstück 44 auch
wieder aufgenommen. Die Lagerung des Gegenstücks 44 (im Ausführungsbeispiel 40 gemäß 2 also
die Luftlager 56) müssen
den Anpressdruck des Reibrades 42 nicht aufnehmen. Im Gegensatz
dazu stützt
sich das Reibrad 42 in dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 und 4 gegen
die Lager des Gegenstücks 44 ab.
Andererseits profitiert der Reibradantrieb 80 gemäß 3 und 4 davon,
dass kein Umgriff um das Gegenstück 44 erforderlich
ist, so dass der Reibradantrieb 80 sehr einfach montiert
und ggf. auch bei vorhandenen Koordinatenmessgeräten nachgerüstet werden kann. Alle Ausführungsbeispiele
profitieren davon, dass der Anpressdruck über den Luftstrom 60 variabel
eingestellt werden kann und ohne Luftstrom 60 praktisch
vollständig
entfällt.
Dadurch wird ein Standplatten am Reibrad 42 verhindert,
was einen gleichmäßigeren
und positionsgenauen Antrieb auch nach längeren Stillstandszeiten gewährleistet.
Außerdem
kommen alle dargestellten Ausführungsbeispiele
ohne Gegenrolle aus, was die Zahl der Bauelemente reduziert und
das Risiko von Standplatten weiter minimiert.
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In 7 ist
ein weiteres Ausführungsbeispiel vereinfacht
dargestellt und mit der Bezugsziffer 100 bezeichnet. Der
Reibradantrieb 100 ist auf einem Träger 52 angeordnet,
der um einen nur schematisch dargestellten Lagerpunkt 102 verschwenkbar
ist. Außerdem
besitzt der Träger 52 ein
Flügelprofil 104,
das in geringem Abstand zu dem Gegenstück 44 angeordnet ist.
Es verbleibt hier nur ein schmaler Spalt zwischen dem Gegenstück 44 und
dem Flügelprofil 104.
Der Kompressor 62 erzeugt einen Luftstrom 60, der
durch den schmalen Spalt zwischen dem Flügelpro fil 104 und
dem Gegenstück 44 hindurchtritt.
Aufgrund des Bernoulli-Effekts erzeugt der Luftstrom 60 einen
Unterdruck im Bereich der Oberfläche
des Gegenstücks 44.
Dieser Unterdruck sorgt für
den Reibschluss zwischen dem Reibrad 42 und dem Gegenstück 44.
Die Reibkraft kann über
die Geschwindigkeit des Luftstroms 60 und über die
Dimensionierung des Flügelprofils 104 beeinflusst
werden. Vorteil dieser Variante ist der einfache mechanische Aufbau und
der Umstand, dass die Reiboberfläche
des Gegenstücks 44 ständig von
Staub und anderen Verschmutzungen gereinigt wird.
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Der
Vollständigkeit
halber sei noch darauf hingewiesen, dass alle hier gezeigten Ausführungsbeispiele
kommerziell erhältliche
Luftlager 70, 82, 92 verwenden, um den
gewünschten
Luftdruck zum Erzeugen des Reibschlusses zu übertragen. Grundsätzlich ist
es jedoch auch denkbar, die Öffnung
des druckführenden
Luftkanals ohne kommerzielle Luftlager auszubilden. Die Verwendung
von kommerziellen Luftlagern bietet sich vor allem bei Koordinatenmessgeräten an,
da Luftlager dort häufig
zum Lagern der beweglichen Teile eingesetzt werden.