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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Tastfühler nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Zur genauen Vermessung von Werkstücken ist die Verwendung von berührenden Messtastern, z. B. aus der
US 5,778,552 , der
DE 34 31 476 A1 , der
DE 38 43 125 A1 und der
DE 41 23 081 A1 bekannt. Darin wird ein Tastfühler zur Erfassung der Auslenkung eines Taststiftes oder dgl. beschrieben, welcher in einem Gehäuse gegen ein Druckelement bewegbar gelagert ist. Der Tastfühler zeichnet sich dadurch aus, dass das Druckelement aus zwei gegenpoligen Magneten besteht, wobei einer dem Taststift oder dgl. zugeordnet ist.
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In der
US 5,273,571 ist eine nicht-magnetische Nickel-Wolfram-Hartmetall-Legierung beschrieben.
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Aufgabe und Vorteile der Erfindung
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen solchen Messtaster zu verbessern.
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1. Durch die Merkmale der abhängigen Ansprüche werden vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen beschrieben.
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Demnach betrifft die vorliegende Erfindung einen Tastfühler nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass zumindest ein Lagerelement aus Hartmetall mit Nickelanteilen gefertigt ist. Dadurch wird im Zusammenhang mit einer magnetischen Rückstellung der Tastfühler genauer. D. h., dass pro Lagerstelle entweder das Trageelement oder das Sitzelement aus einem Nickelbinder gefertigt ist.
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Bei der Durchführung von Versuchen konnte nämlich herausgefunden werden, dass es ausreicht, wenn nur ein Teil eines jeweiligen Lagerpaares – Tragelement oder Sitzelement – aus einem Nickelbinder gefertigt ist, um insbesondere eine gewünschte Wiederholgenauigkeit des Tastfühlers gewährleisten zu können. Dabei spielt es im Wesentlichen keine Rolle, ob es sich hierbei um das Tragelement oder das Sitzelement des betreffenden Lagers handelt.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind sogar beide Lagerelementteile – Sitzelement bzw. Tragelement – aus Nickelbinder hergestellt. Damit lassen sich auf die Lagerrückstellung wirkende, negative Einflüsse noch weiter reduzieren.
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Als günstige Bauformen werden für die Lagerkomponenten zylinderförmige Tragelemente und kugelförmige Sitzelemente betrachtet. Insbesondere mit der Kombination eines zylinderförmigen und zweier kugelförmiger Elemente ist der Aufbau einer Lagerstelle mit sehr hoher Wiederholgenauigkeit möglich. Dies gilt besonders dann, wenn die Lagerstellen über drei Kreissegmente von etwa 120 Winkelgraden verteilt angeordnet sind. Der Lagerzylinder kommt dabei jeweils in einem Punkt seiner Manteloberfläche mit einer der beiden Kugeloberflächen derart in Berührung, dass über alle drei Lagerstellen betrachtet alle sechs Berührungspunkte in der die kleinste Vorspann-Kräftesumme aufweisenden Position für die gesamte Lagemechanik angeordnet sind. Es sind aber auch andere Formen für diese Lagerelemente denkbar. Z. B. können die Trag- und Sitzelemente in einer abgewandelten Ausführungsform auch vertauscht werden, oder nur Kugeln für beide Lagerelemente verwendet werden.
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Besonders bevorzugt wird im Weiteren ein Gehäuse für den Tastfühler, das aus einem antimagnetischen Material gefertigt ist.
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Insbesondere für den Einsatz bei Werkzeugmaschinen ist es vorteilhaft, wenn das Gehäuse aus einem auch vergleichsweise robusten Material gefertigt ist, wozu für eine bevorzugte Ausführungsform die Verwendung von rostfreiem, antimagnetischem Stahl vorgeschlagen wird, wie z. B. V2A oder dergleichen. Diese sind auch weitgehend säure- und laugenresistent, so dass der Kontakt mit Kühl- und/oder Schmiermittel keine Probleme darstellt.
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Zur Ausbildung des magnetischen Vorspannelementes wird die Verwendung von Festkörpermagneten vorgeschlagen, die gegeneinander gepolt ausgerichtet sind. Zur Verstärkung der magnetisch vorspannenden Kraftwirkung auf die Trag- und Sitzelemente der Lagerstellen kann gegebenenfalls der eine und/oder der andere Magnet durch einen zweiten Magneten oder weitere Magnete verstärkt werden.
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Um die Vorspannkraft auf die Lagerelemente einstellen zu können, wird im Weiteren die Anordnung eines entsprechenden Einstellmittels vorgeschlagen. Bevorzugt wird hierbei ein die Feldliniendichte des Magnetfeldes beeinflussendes Mittel angesehen. In einer bevorzugten Ausführungsform kann dies beispielsweise ein die Distanz zwischen den gegeneinander gepolt ausgerichteten Magneten veränderndes Element sein, z. B. eine in ihrer Längspositionierung justierbare Schraube, mittels der die beiden Magnete in ihrem Abstand zueinander verstellbar sind.
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Ausführungsbeispiel
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung und der darauf bezugnehmenden Figurenbeschreibung näher erläutert.
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Es zeigt die beliegende 1 einen schematischen Längsschnitt durch einen Tastfühler mit einem darin angeordneten, auslenkbaren Taststift mit einer magnetischen Vorspannung für die Lagerelemente eines Taststiftes bzw. dessen Halterung.
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Der in der Schnittdarstellung in der 1 dargestellte Tastfühler 1 weist einen auslenkbaren Taststift 2 auf, der über eine Ruhelagemechanik 3 im Gehäuse des Tastfühlers 1 angeordnet ist. Die Ruhelagemechanik umfasst zylindrische Tragelemente 4, die mit kugelförmigen Sitzelementen 5 so zusammenwirken, dass der Taststift 2 zur Erzeugung eines Messsignals gegen eine Vorspannkraft eines magnetischen Vorspannelementes 6 bei Berühren eines zu vermessenden Werkstückes aus seiner durch die Achse 7 verlaufenden Ruhelageposition ausgelenkt werden kann.
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Die Tragelemente 4 und Sitzelemente 5 sind sowohl Teile des Lagers 8 für den Taststift 2 als auch des elektrischen Tastschaltkreises. Im gezeigten Ausführungsbeispiel bilden zwei kugelförmige Sitzelemente 5 und ein zylinderförmiges Tragelement 4 einen Teil des Lagers 8 aus. Insgesamt umfasst der dargestellte Tastfühler drei solche Lagerteile. Diese sind in einer durch die Längsachse 24 des dargestellten Tragelementes 4 verlaufenden Ebene vorzugsweise um jeweils etwa 120 Winkelgrade versetzt angeordnet. In der Ruhelage des Taststiftes 2 liegen die drei zylindrischen Tragelemente 4 jeweils in einem Punkt an einer der beiden ihm zugeordneten Lagerkugeln 5 auf. In diese Position werden sie durch die Vorspannung des magnetischen Vorspannelementes 6 gedrängt.
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Erfindungsgemäß ist nun wenigstens ein Teil eines solchen Lagerpaares – Tragelement 4 bzw. Sitzelement 5 – aus Hartmetall mit Nickelanteilen gefertigt. D. h. entweder der Zylinder 4 oder die beiden Kugeln 5 sind aus einem Nickelbinder hergestellt. Durch einen derartigen Aufbau kann gewährleistet werden, dass sich die zylindrischen Tragelemente 4 nach einem Anheben von den beiden Auflagepunkten an den beiden Kugeln 5 aufgrund einer Auslenkung des Taststiftes 2 anschließend wieder zuverlässig und wiederholbar genau auf denselben zwei Auflagepunkten an den beiden Kugeln 5 zum Aufliegen kommt. Diese wiederholgenaue Positionierung, ohne störende Reib- oder Festsetzkräfte zwischen den einzelnen Elementen des Tragelement- und Sitzelemente-Paares 8 gilt für alle drei Stellen des Lagers 8.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn beide Teile des Lagerpunktes, also sowohl die beiden Kugeln 5 als auch der Zylinder 4 Anteile aus Nickel aufweisen, also aus einem Nickelbinder gefertigt sind. Das Hartmetall im Nickelbinder gewährleistet eine hohe Festigkeit des Materials, der Nickelanteil reduziert Kräfte, die eine exakte Rückpositionierung in der jeweiligen Lagerstelle 8 behindern soweit, dass eine vorgegebene Wiederholgenauigkeit für den Tastfühler ermöglicht wird.
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Diese gesamte Mechanik ist in einem Gehäuse 10 untergebracht, welches seinerseits vorzugsweise aus einem antimagnetischen Material gefertigt ist.
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Für Einsatzzwecke in rauer Umgebung, insbesondere bei Werkzeugmaschinen, bei denen der Messtaster mit Schmier- und/oder Kühlemitteln in Kontakt kommt, kann es aber auch vorteilhaft sein, das Gehäuse 10 des Messtasters zumindest zum Teil, besonders bevorzugt aber vollständig aus nicht rostendem Stahl zu fertigen.
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Zur Erhöhung des Bedien- und/oder Justierkomforts des Tastfühlers kann die Ruhelagemechanik 3 im Weiteren eine Taststifthalterung 11 umfassen, in der die zylindrischen Lagerelemente 4 in entsprechend ausgebildeten Aufnahmen sternförmig angeordnet sind. Die Taststifthalterung 11 erstreckt sich dabei entlang der Längsachse 7 aus dem Gehäuse 10 heraus und kann beispielsweise an ihrem stirnseitigen Ende eine entsprechende Aufnahme 12 zur Verbindung mit dem Taststift 2 aufweisen. Z. B. kann es sich bei dieser Aufnahme um eine Schraubverbindung handeln, vorzugsweise um eine gesicherte, so dass sich der Taststift 2 nach seinem Anbringen an der Taststifthalterung 11 nicht mehr in seiner Position verändert.
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Im Inneren der ebenfalls vorzugsweise zylindrisch sich erstreckenden Längsausdehnung der Taststifthalterung 11 ist eine Bohrung 13 vorgesehen, die Zugang zu einem Einstellmittel 14 für die Einstellung der Vorspannkraft für das magnetische Vorspannelement 6 ermöglicht. Im dargestellten Beispiel handelt es sich hierbei um eine mit einem Inbus versehene Schraube 14, die über die Gewindeverbindung 15 entlang der Längsachse 7 entsprechend der Darstellung des Pfeiles 16 verstellbar ist. Das magnetische Vorspannelement 6 umfasst hier im gezeigten Ausführungsbeispiel einen Festkörpermagneten 17 und einen Festkörpermagneten 18, die jeweils gegenpolig ausgerichtet zueinander angeordnet sind. Durch ihre aufgrund der gegenpoligen Anordnung hervorgerufenen gegenseitigen Abstoßkraft wird der Magnet 17 nach unten gedrückt, so dass die Tragelemente 4 entsprechend des oben dargelegten Sachverhaltes jeweils in einem Punkt mit einer der beiden Lagerkugeln 5 in Berührung kommen.
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Zur Festsetzung der Lagerkugeln 5 im Gehäuse 10 ist ein scheiben- oder ringförmiges Fixierelement 19 vorgesehen. Dieses ist wiederum mittels Schrauben 20 an dem Gehäuse fixiert. Zur Abdichtung des Innenraums des Gehäuses 10 ist im Weiteren eine Dichtung 21 vorgesehen, so dass das darin befindliche Öl nicht aus dem Gehäuseinnenraum auslaufen kann.
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Zum weiteren Schutz, insbesondere gegen Verunreinigungen bzw. mechanische Beschädigungen ist dem Gehäuse 10 ein Deckel 22 zugeordnet, welcher z. B. über eine Schraubverbindung oder dergleichen mit dem Gehäuse 10 verbunden sein kann. Eine entsprechend groß dimensionierte Öffnung 23 sorgt für eine ausreichende Auslenkmöglichkeit des Taststiftes. Gegebenenfalls kann sie zusätzlich zum mechanischen Schutz des Tastfühleraufbaus dienen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Tastfühler
- 2
- Taststift
- 3
- Ruhelagemechanik
- 4
- Tragelement
- 5
- Sitzelement
- 6
- Vorspannelement
- 7
- Achse
- 8
- Paar
- 9
- Öl
- 10
- Gehäuse
- 11
- Taststifthalterung
- 12
- Aufnahme
- 13
- Bohrung
- 14
- Einstellmittel
- 15
- Gewindeverbindung
- 16
- Pfeil
- 17
- Magnet
- 18
- Magnet
- 19
- Fixiermittel
- 20
- Schraube
- 21
- Dichtung
- 22
- Deckel
- 23
- Öffnung
- 24
- Längsachse
