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Die
Erfindung betrifft ein Federgelenksystem und ein Tastmessgerät.
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Federgelenksysteme
werden z. B. bei 3D-Tastköpfen
oft zur nachgiebigen Lagerung von Taststiften eingesetzt. Es wird
dazu auf die
DE 43
45 091 C2 , verwiesen. Diese Druckschrift offenbart einen
Tastkopf mit einem Taststiftträger,
der durch Federgelenke beweglich gelagert ist. Jedes Federgelenk
besteht aus zwei steifen Metallteilen, die übereinander durch eine Blattfeder
verbunden sind. Die Blattfeder überbrückt dabei
einen zwischen den beiden Metallteilen ausgebildeten geraden Spalt,
der die Schwenkachse des so gebildeten Federgelenks definiert.
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DE 37 25 205 A1 beschreibt
einen Tastkopf, bei dem mehrere starre Seitenteile durch Blattfedern miteinander
verbunden sind, um einen als Federparallelogramm wirkenden Rahmen
zu bilden.
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DE 2 323 447 A1 beschreibt
ein weiteres Federgelenksystem, das als Parallelführungselement bei
einer Wägezelle
dient. Es weist eine Sandwichstruktur mit einer federnden Schicht
auf, die zwischen zwei versteifenden Platten angeordnet und mit
diesen verbunden ist. Durch Aussparungen in den Platten und der
federnden Schicht werden Federgelenke geschaffen.
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DE 93 20 718 U1 beschreibt
einen Mehrkoordinatentastkopf, der auf der Grundlage eines mittels
Blattfedern gebildeten Federparallelogramms arbeitet.
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DE 26 20 099 C2 beschreibt
einen weiteren 3D-Tastkopf, der zur Auslenkung in alle Koordinatenrichtungen
eine verschachtelte Struktur von Federparallelogrammen aufweist.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung eine Möglichkeit
zur Schaffung von Federgelenksystemen anzugeben, mit der sich Tastköpfe auf
besonders rationelle einfache Weise erzeugen lassen.
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Diese
Aufgabe wird von dem Federgelenksystem nach Anspruch 1 gelöst:
Das
erfindungsgemäße Federgelenksystem
besteht aus einer Sandwichstruktur mit einer federnden Folie, die
mit zumindest einer steifen Deckschicht versehen ist, die mit der
Folie verbunden ist. In der Deckschicht ist zumindest eine Unterbrechung
ausgebildet, die von der federnden Folie ü berbrückt wird, um ein Federgelenk
zu bilden. Die beiden durch die Unterbrechung getrennten Teile der
Deckschicht entstammen somit ein und demselben ursprünglichen Teil.
Beispielsweise sind sie aus einem gemeinsamen Blech hergestellt,
in das die Unterbrechung eingebracht worden ist.
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Diese
Art des Aufbaus von Federgelenksystemen eröffnet zum einen die Möglichkeit
einer sehr rationellen Herstellung und zum anderen hat sie das Potential
der Miniaturisierung von Koordinaten- und Formmessgeräten. Das
Federgelenksystem lässt sich
aus wenigen großen,
einfach zu handhabenden ebenen Teilen herstellen, nämlich einer
federnden Folie und zumindest einer, vorzugsweise aber zwei Deckschichten,
zwischen denen die Folie gefasst ist. Die Deckschichten werden durch
Deckkörperzuschnitte
gebildet, in denen Trennlinien für
spätere Trennstellen
und Gelenkstellen vorgefertigt sind. Sind die Deckkörperzuschnitte
und die Folie miteinander verbunden, können aus dieser Sandwichanordnung
eine große
Anzahl einzelner Federgelenksysteme herausgeschnitten werden, die
jeweils für sich
eine Sandwichstruktur bilden. Diese Sandwichstruktur ist dadurch
gekennzeichnet, dass die federnde Folie und die darauf angebrachten
Deckkörper konturgleich
sind. Das Ausschneiden der einzelnen Federgelenksysteme aus der
Sandwichanordnung kann mittels Laserstrahl oder anderer geeigneter, ausreichend
genau und schonend arbeitender Schneidtechniken geschehen.
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Es
lassen sich auf diese Weise Mikrotaster erzeugen, die beispielsweise
wenige Millimeter lange Taststifte, beispielsweise im Durchmesser
300 μm messende
Rubintastkugeln, oder andere Tastkörper, tragen und Antastunsicherheiten
von weniger als 20 Nanometern aufweisen. Die Herstellung der entsprechenden
Federgelenksysteme ist weitgehend unabhängig von manueller Montage
und Justage möglich. Es
werden in ei nem Bearbeitungsschritt gleichzeitig mehrere (viele)
Tastsysteme zusammen auf einer Palette gefertigt.
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Es
ist möglich,
das Federgelenksystem sowohl zur Erzeugung der gewünschten,
zur 2D- oder 3D-Abtastung erforderlichen Freiheitsgrade als auch zur
Erzeugung der Messkraft heranzuziehen. Eine federnde Stahlfolie
ergibt beispielsweise nahezu lineares Verhalten bezüglich der
Messkraftcharakteristik über
die Tasterauslenkung. Dies wird trotz einfacheren Aufbaus und einfachster
Kinematik erreicht. Das Prinzip ist zum Aufbau kleinster, kleiner
oder auch mittelgroßer
Systeme geeignet. Es kann in 3D-Messmaschinen,
Verzahnungsmessmaschinen, Formmessmaschinen und in anderen Messeinrichtungen angewendet
werden, die mindestens eine zwei oder auch mehrere Achsen haben.
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Die
Sandwichstruktur zur Ausbildung des Federgelenksystems weist vorzugsweise
wenigstens einen Trennspalt auf, an dem sowohl die Folie als auch
die wenigstens eine Deckschicht durchbrochen ist, um einen Teil
der Sandwichstruktur beweglich freizustellen. Dieser Trennspalt
kann beispielsweise durch Laserschneiden hergestellt werden. Die
einander gegenüber
liegenden Kanten des Trennspalts berühren sich nicht, so dass der
freigestellte Teil reibungsfrei bewegbar ist. In dem Trennspalt
kann bei Bedarf jedoch ein Dämpfungsmittel,
beispielsweise ein viskoses Dämpfungsmittel,
vorgesehen sein. Dieses kann z. B. durch Kapillarwirkung in dem
Trennspalt gehalten sein.
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Das
Federgelenksystem umfasst zumindest zwei Federgelenke, die in einem
Winkel zueinander orientiert sind, um zwei unterschiedliche Schwenktastrichtungen
festzulegen. Damit lässt
sich ein 2D-Taster aufbauen. Dies insbesondere, wenn der Winkel
ein rechter Winkel ist.
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Das
Federgelenksystem kann auch mehr als zwei Federgelenke aufweisen,
von denen vorzugsweise wenigstens zwei parallel zueinander orientiert sind.
Dadurch kann zusätzlich
zu den Schwenkrichtungen des Taststifts eine lineare Tastrichtung
festgelegt sein, die beispielsweise in Längsrichtung des Taststifts
weist. Mit diesen Federgelenken lässt sich ein einfacher 3D-Taster
mit zwei Schwenkrichtungen und einer linearen Tastrichtung realisieren.
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Vorzugsweise
werden die beiden Deckschichten durch steife Körper, beispielsweise in Form von
Deckblechen oder auch Keramikteilen oder dergleichen gebildet. Sie
können
mit der Folie dauerhaft verbunden werden, beispielsweise indem sie
mit der Folie verschweißt
werden. Alternativ können
sie mit der Folie verklebt werden. Die Folie ist dadurch zwischen
zwei steifen Deckschichten gefasst. Während die Folie z. B. eine
federnde Metallfolie, z. B. eine federnde Stahlfolie, ist, können die
Deckschichten hinsichtlich anderer physikalischer Eigenschaften
optimiert werden. Beispielsweise kann zumindest eine der Deckschichten
hinsichtlich magnetischer Eigenschaften optimiert sein, um in direktem
Zusammenwirken mit magnetischen Sensoren eine Positionserfassung
zu ermöglichen.
An der Deckschicht können weitere
Elemente, beispielsweise kapazitiv wirksame, optisch wirksame oder
anderweitig physikalisch wirksame Elemente angebracht sein, um eine
Positionserfassung des von dem Federgelenksystem getragenen Tastkörpers zu
ermögli chen.
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Der
genannte Aufbau des Federgelenksystems eröffnet außerdem den Weg zu einem überaus rationellen
und insbesondere großserientauglichen Fertigungsverfahren.
Zur Durchführung
desselben werden vorzugsweise zunächst eine geeignete federnde
Folie und zwei Deckkörperzuschnitte
bereitgestellt. Die federnde Folie sowie die Deckkörperzuschnitte
sind vorzugsweise im Umriss etwa rechteckig. Vorzugsweise sind sie
so groß,
dass ihre Fläche ein
Vielfaches der Fläche
eines einzelnen Federgelenksystems beträgt. Damit können in einem Fertigungsschritt
eine ganze Serie von Federgelenksystemen hergestellt werden.
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Vorzugsweise
sind die Deckkörperzuschnitte dazu
an denjenigen Stellen, an denen die herzustellenden Federgelenksysteme
Federscharniere haben sollen, mit Ausnehmungen versehen. Die Ausnehmungen
sind vorzugsweise etwa schlitzartig geformt und weisen eine Schlitzbreite
auf, die der Länge
des späteren
Federscharniers entspricht. Die Ausnehmungen können durch Laserschneiden hergestellt werden.
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In
einem nächsten
Fertigungsschritt wird nun die federnde Folie zwischen dem ersten
und dem zweiten Deckkörperzuschnitt
angeordnet, wobei die Deckkörperzuschnitte
so zueinander ausgerichtet werden, dass die vorgefertigten Aussparungen
miteinander fluchten. Dies kann durch geeignete Indexbohrungen geschehen,
die bei der Herstellung der Ausnehmungen ausgebildet worden sind.
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Sind
die Folie und die Deckkörper
aufeinander angeordnet und zueinander ausgerichtet worden, werden
sie miteinander verbunden. Dies kann durch Laserschweißen geschehen.
Beim dreischichtigen Aufbau und einer Federblechfolie von ca. 10
bis 20 oder auch 30 μm
Dicke und Deckkörperzuschnit ten
in Form von Blechen mit einer Dicke von jeweils ca. 0,2 mm können die
drei Blechschichten durch Laserschweißpunkte miteinander verbunden
werden. Es können
auch Klebetechniken oder andere Verbindungstechniken angewandt werden.
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Nach
Herstellung des dreischichtigen Verbunds werden aus der so gebildeten
Sandwichstruktur die Federgelenksysteme z. B. mit einem Laser oder
einem anderen geeigneten Schneidwerkzeug (z. B. in Form eines Laserstrahls)
herausgeschnitten. Außerdem
können
weitere Öffnungen
an den Federgelenksystemen angebracht werden, wie beispielsweise
Befestigungsbohrungen, Schlitze und dergleichen.
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Es
ist auch möglich,
einen geringfügig
abgewandelten Fertigungsablauf anzuwenden. Bei diesem werden aus
den Deckkörperzuschnitten,
d. h. dem Grundblech und dem Deckblech zunächst die Konturen der gewünschten
Federgelenksysteme heraus gelasert, d. h. mittels Laserstrahls teilweise freigeschnitten.
Jeder Deckkörperzuschnitt
enthält die
späteren
Hebelelemente und die späteren
Halteelemente in der gewünschten
Positionierung. Die Hebel- und Halteelemente sind dann über jeweils
einen oder mehrere Stege mit Abfallbereichen der Deckkörperzuschnitte
verbunden. Jedoch halten solche Hilfsstege die einzelnen Abschnitte
des Federgelenksystems noch zusammen, so dass die freigeschnittenen
Federgelenksysteme in den betreffenden Blechabschnitt des Deckkörpers gehalten
und als Gruppe weiterbearbeitet werden können.
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Es
werden nun die so teilweise vorgeschnittenen Deckkörperzuschnitte
zu beiden Seiten der Federblechfolie positioniert und zueinander
ausgerichtet. Vorzugsweise wird einer der Deckkörperzuschnitte dazu vorher
gewendet, d. h. seine Oberseite nach unten gekehrt. Die Deckkörperzuschnitte
weisen vorzugsweise mit derjenigen Seite zu dem vorzugs weise mittigen
federnden dünnen
Blech, die einem schneidenden Laserstrahl zugewandt war. Dort bilden
sich an den Schnittlinien Rundungsradien. Die Deckkörperzuschnitte
können
aber auch auf andere Weise so z. B. durch Stanzen hergestellt werden. Wiederum
werden die Zuschnitte vorzugsweise (aber nicht zwingend) so angeordnet,
dass ohnehin infolge der Fertigung gerundete oder eigens abgerundete Kanten
dem federnden dünnen
Blech zugewandt werden.
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Der
Laser kann dann die Anordnung so bearbeiten, dass steife Bereiche
federnde Lagerbereiche, Befestigungsbohrung und sonstige Bereiche
wie beispielsweise magnetisch leitfähiger Sensorbereich entstehen.
Anschließend
kann der Laser die drei vorhandenen Schichten in der Vorrichtung
zu einer Einheit verschweißen.
Nachdem die drei Schichten zu einer Einheit fest verschweißt sind,
werden die Hilfsstege vom Laser beseitigt, so dass die Federgelenksysteme
vereinzelt werden.
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Weitere
Abwandlungen der Fertigungsreihenfolge sind möglich. Jedoch beruhen alle
Abwandlungen auf dem Gedanken, die auf beiden Flachseiten der Federblechfolie
vorhandenen Elemente aus entsprechenden Deckkörpern z. B. Blechen herauszuschneiden
und möglichst
erst dann von dem übrigen
Deckkörper
zu lösen,
wenn eine Verbindung zu der federnden Folie hergestellt ist. Auf
diese Weise wird immer ein einfaches prozesssicheres und massenfertigungstaugliches
Fertigungsverfahren erhalten.
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Weitere
Einzelheiten vorteilhafter Ausführungsformen
der Erfindung sind Gegenstand der Beschreibung, der Zeichnung oder
von Ansprüchen. Die
Beschreibung ist auf wesentliche Aspekte der Erfindung und sonstiger
Gegebenheiten beschränkt. Die
Zeichnung ergänzt
die Beschreibung und offenbart dazu weitere Details. Es zeigen:
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1 ein
Tastgerät
mit erfindungsgemäßem Federgelenksystem,
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2 das
Federgelenksystem und den Taststift des Tastgeräts nach 1 in gesonderter
Perspektivdarstellung,
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3 das
Federgelenksystem nach 2 perspektivischer Prinzipdarstellung,
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4 einen
Teil des Federgelenksystems nach 3 zur Veranschaulichung
seiner Funktion hinsichtlich einer ersten Achse,
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5 einen
Teil des Federgelenksystems nach 3 zur Veranschaulichung
seiner Funktion hinsichtlich einer zweiten Achse,
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6 das
Federgelenksystem nach 3 zur Veranschaulichung seiner
Funktion hinsichtlich seiner drei Achsen,
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7 vorgefertigte
Elemente zur Herstellung einer Sandwichanordnung zur Erzeugung einer Anzahl
von Federgelenksystemen,
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8 einen
Ausschnitt aus einem der vorgefertigten Elemente zur Herstellung
eines Federgelenksystems,
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9 ein
3D-Federgelenksystem in Sandwichbauweise,
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10 den
Taster mit Federgelenksystem nach 9 mit Taststift
in gesonderter Perspektivdarstellung,
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11 das
Federgelenksystem nach 9 in gesonderter ausschnittsweiser
Detaildarstellung und
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12 das
Federgelenksystem als ein Federgelenk, das nicht den Erfindungsgegenstand
verkörpert.
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In 1 ist
ein kleiner 3D-Taster 1 ausschnittsweise perspektivisch
veranschaulicht. Er weist ein z. B. zylindrisches Gehäuse 2 auf,
das an einem Ende mit einer Abschlussplatte 3 versehen
ist. Diese weist eine Öffnung 4 auf,
durch die ein Taststift 5 ragt. Der Taststift 5 trägt an seinem
freien Ende einen Tastkörper,
beispielsweise in Form einer Tastkugel 6.
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Zwischen
der Abschlussplatte 3 und dem Gehäuse 2 ist ein Federgelenksystem 7 veranschaulicht,
das in 2 gesondert dargestellt ist. Das Federgelenksystem 7 ist
ein im Wesentlichen ebenes Sandwichbauelement, das den Taststift 5 bzgl.
mehrerer Freiheitsgrade beweglich lagert und mit der erforderlichen
Messkraft beaufschlagt. Die Freiheitsgrade sind z. B. ein lineares
Freiheitsgrad Z längs des
Taststifts 5, in 2 symbolisiert
durch einen Pfeil sowie weitere Schwenk-Freiheitsgrade Y und X. Die
Schwenk-Freiheitsgrade Y und X sind Schwenkrichtungen, die zueinander
vorzugsweise rechtwinklig sind und jeweils radial zu dem Taststift 5 orientiert sind.
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In
dem Innenraum des Gehäuses 2 ist
ein nicht weiter veranschaulichtes Messsystem angeordnet, das dazu
eingerichtet ist, die Bewegungen des Taststifts 5 zu erfassen.
Diese Messsysteme können magnetische,
optische, kapazitive oder sonstige physikalische Effekte oder Kombinationen
aus diesen nutzen.
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Das
Federgelenksystem 2 ist deutlicher in 3 veranschaulicht.
Es besteht aus einer Sandwichstruktur 8 mit einer steifen
Deckschicht 9, einer federnden Folie 10 und einer
unteren steifen Deckschicht 11. Die Folie 10 ist
beispielsweise eine dünne Stahlfolie,
d. h. ein Stahlblech von beispielsweise 30 μm Dicke. Die Deckschichten 9, 11 sind
beispielsweise aus etwas dickerem Stahlblech von z. B. 0,4 mm Dicke
ausgebildet. Die Deckschichten 9, 11 und die Folie 10 sind
miteinander fest verbunden. Sie weisen außerdem übereinstimmende Konturen auf.
Wenn das Federgelenksystem 7, wie in 2 und 3 veranschaulicht,
insgesamt aus außen
kreisförmige Scheibe
ausgebildet ist, sind die Deckschichten 9, 11 und
die Folie 10 jeweils kreisförmige Zuschnitte mit gleichem
Durchmesser.
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Das
Federgelenksystem 7 weist mehrere linear also gerade oder
auch anderweitig geformte Trennspalte 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18 auf,
die als Schlitze ausgebildet sind. Bei diesen Trennspalten sind
sowohl die Deckschichten 9, 11 als auch die federnde
Folie 10 unterbrochen. Zusätzlich sind die Deckschichten 9, 11 mit
geraden schlitzartigen Unterbrechungen 19, 20, 21, 22 versehen,
bei denen die Folie 10 nicht unterbrochen ist. Somit bilden
die Zonen 19 bis 22 Federgelenke, die insbesondere
in 6 deutlich sichtbar sind.
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Wie
ersichtlich, bilden die Unterbrechungen 19 bis 22 Federgelenke. 4 veranschaulicht
ein erstes Federgelenk 21, über das ein z. B. in Draufsicht
u-förmiges
Teil 23 um eine Scharnierachse 24 schwenkbar an
dem übrigen
Teil 25 gelagert ist, das einen Halteabschnitt oder Halteteil
bildet. Damit erhält
der Taststift einen ersten Freiheitsgrad in Schwenkrichtung Y, wie 2 zeigt.
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An
das Teil 23 ist über
die Federscharniere 19, 20 ein weiteres Teil 27 angeschlossen,
wobei die Federscharniere 19, 20 eine Schwenkachse 28 festlegen,
die parallel zu der Schwenkachse 24 ist. Somit kann das
Teil 27 parallel gegen das Teil 25 bewegt werden,
wodurch die aus 2 ersichtliche Linearachse Z
festgelegt wird.
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An
dem T-förmig
ausgebildeten Teil 27 kann über das weitere Federscharnier 22 ein
weiteres Teil 29 angeschlossen sein, das beispielsweise
als Taststiftträger
dient. Die von dem Federscharnier 22 festgelegte Schwenkachse 30 steht
in einem Winkel vorzugsweise in einem rechten Winkel zu den Schwenkachsen 24, 28.
Durch die Schwenkachse 30 wird ein dritter Freiheitsgrad
als Schwenkrichtung X für
den Taststift 5 festgelegt, wie es aus 2 ersichtlich
ist.
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Alle
Federscharniere 19, 20, 21, 22 werden durch
entsprechende streifenförmige
Abschnitte ein und derselben Folie 10 ausgebildet. Das
Federgelenksystem 7 besteht somit aus einem einzigen Folienabschnitt,
an dem die Teile 25, 23, 27, 29 befestigt sind,
die ebenfalls einem einzigen Teil z. B. Blechteil entstammen.
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Zur
Herstellung des Federgelenksystems 7 wird auf 7 verwiesen:
Bei
der Herstellung wird von einem Folienzuschnitt 31 ausgegangen.
Dieser wird beispielsweise durch einen rechteckigen Abschnitt einer
dünnen
Federstahlfolie gebildet, deren Fläche zur Herstellung mehrerer,
vorzugsweise vieler Federgelenksysteme 7 ausreicht. Der
Federgelenkfolie werden zwei Deckkörperzuschnitte 32, 33 zugeordnet.
Diese bestehen aus einem steiferen Material, beispielsweise Stahlblech
mit einer Dicke, die die Dicke des Folienzuschnitts 31 übersteigt.
Z. B. handelt es sich um Stahlblech von 0,4 mm Dicke, wohingegen
die Folie z. B. lediglich 30 μm
dick ist.
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Auf
den Deckkörperzuschnitten 32, 33 sind in 7 die
gedachten Bereiche punktiert, aus denen später Federgelenksysteme 7 zu
erzeugen sind. Ein solcher Bereich 34 ist in 7 hervorgehoben, um
stellvertretend für
alle anderen Bereiche anzudeuten, dass dieser mit einem Schlitzmuster
versehen sein kann. Ein solches Schlitzmuster ist in 8 gesondert
veranschaulicht. Es umfasst mehrere Schlitze insbesondere dort wo
später
die Federgelenke erzeugt werden sollen. Deshalb sind die Bezugszeichen
der späteren
Federgelenke 19 bis 22 an den entsprechenden Schlitzen
vermerkt. Außerdem können sich
die Schlitze auch über
Bereiche erstrecken, die später
Trennspalte bilden sollen. Um dies kenntlich zu machen, sind auch
die Bezugszeichen der Trennspalte an den entsprechenden Schlitzen vermerkt.
Ein Vergleich mit 3 macht deutlich, wie aus dem
Deckkörperzuschnitt
das Federgelenksystem 7 zu erzeugen ist. Zwischen den vorhandenen Schlitzen
sind noch Haltestege 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41 vorhanden,
die sicherstellen, dass aus dem Deckkörperzuschnitt keine Teile herausfallen.
Das spätere Federgelenksystem
kann von weiteren Schlitzen 42, 43, 44, 45 umgeben
sein, zwischen denen weitere Haltestege zur Wahrung des körperlichen
Zusammenhangs zwischen den Einzelteilen vorhanden sind. Das Schlitzmuster
nach 8 kann an allen in 7 punktiert
veranschaulichten Bereichen der Deckkörperzuschnitte 32, 33 ausgebildet
sein.
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Zur
weiteren Herstellung der Federgelenksysteme 7 werden nun
die Deckkörperzuschnitte 32, 33 auf
beiden Seiten des Folienzuschnitts 31 positioniert und
zueinander fluchtend ausgerichtet. Sodann wird diese dreilagige
Struktur zu einer Sandwichstruktur verbunden, beispielsweise indem
auf den Bereichen aller Teile 23, 25, 27, 29 Laserschweißpunkte
angebracht werden. Zur besseren Veranschaulichung sind die Bezugszeichen
der genannten Teile in 8 eingetragen und von einem
Kreis umgeben, um anzudeuten, dass aus diesen Abschnitten des Zuschnitts
später
die genannten Teile entstehen.
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Im
Weiteren wird dort wo die Trennspalte 12 bis 18 vorgesehen
sind, die Folie unterbrochen. Dies kann in einem Laserschneidvorgang
erfolgen. Im letzten Arbeitsgang werden alle verbleibenden Haltestege 35 bis 41 durchtrennt.
Ebenso die zwischen den Schlitzen 42 bis 45 vorhandenen
Haltestege, womit das fertige Federgelenksystem 7 aus dem
Rest der gebildeten Sandwichanordnung herausfällt.
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Somit
können
aus einer einzigen Sandwichanordnung eine größere Anzahl von Federgelenksystemen
vereinzelt werden, die in einem prozesssicheren, leicht mechanisierbaren
und menschlichen Fehlereinflüssen
weitgehend entzogenen Fertigungsablauf hergestellt worden sind.
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9 veranschaulicht
eine weitere Ausführungsform
des Federgelenksystems 7 zum Aufbau eines 3d-Tasters. Wie
bei den vorbeschriebenen Ausführungsformen
besteht das Federgelenksystem 7 wiederum aus zumindest
zwei, vorzugsweise drei Schichten oder Ebenen, nämlich Deckschichten 9, 11,
wie sie ausschnittsweise auch aus 11 ersichtlich
sind, und einer dazwischen angeordneten federnden Folie 10 in
Form eines dünnen
Stahlblechs. Das Federgelenksystem 7 nach 9 weist zwei
Schenkel 46, 47 auf, die untereinander durch einen
jochartigen Abschnitt 48 verbunden sind. Sowohl der jochartige
Abschnitt 48 als auch die Schenkel 46, 47 bestehen
jeweils aus steifen Feldern 46a bis 46d, 47a bis 47e und 48a, 48b, 48c.
Die Felder sind von Abschnitten der Deckschichten 9, 11 gebildet
und untereinander durch Spalte getrennt. Die Spalte werden durch
die Folie 10 überbrückt, die
Federgelenke bildet. Einige der Felder, z. B. die Felder 46b, 46c können mit
Ausschnitten versehen sein. Zur Herstellung des Federgelenksystems
werden vorzugsweise die oben beschriebenen Prozesse genutzt. Beispielsweise
werden in einem steifen Blech, aus dem die Deckschicht 9 oder 11 erzeugt
werden soll, zunächst
dort Schlitze angebracht, wo später
die Federgelenke entstehen sollen. Auf einem Blech können mehrere Zuschnitte
entsprechend der Form des Federgelenksystems 7 erzeugt
werden.
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Zwei
entsprechende Bleche können
in der genannten Art durch Laserschneiden vorbereitet werden. Dabei
werden vorzugsweise in den Blechen zueinander spiegelsymmetrische
Schnittmuster erzeugt. Eines der Bleche wird dann gewendet. Damit liegt
z. B. bei der Deckschicht 11 diejenige Seite, bei der der
Laserstrahl in das Material eingedrungen ist, oben während sie
bei der Deckschicht 9 unten liegt. Wie 7 zeigt,
kann dadurch sichergestellt werden, dass gerundete Kanten 49, 50, 51, 52 an
der der Folie 10 zugewandten Seite zu liegen kommen.
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Nach
dem Durchverbinden der Deckschichten 9, 11, beispielsweise
durch Laserschweißpunkte, kann
der 3D-Taster 53 nach 10 aufgerichtet
werden. Dazu werden an dem Federgelenksystem 7 einige Biegungen
erzeugt. Diese können
durch die Federgelenke erhalten oder an gesonderten Biegelinien erzeugt
werden, wie es 11 oder auch 9 mit gestrichelten
Linien 54 andeutet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel
ist das Feld 47c der Träger
für einen
Taststift 55, der endseitig eine Tastkugel 56 oder
einen sonstigen Tastkörper
trägt.
Zur Aufrichtung des 3D-Tasters wird beispielsweise bei der Biegelinie 54 ein
90°-Winkel
innerhalb des Felds 47a erzeugt. Dann wird das Feld 47e an
einer mit 57 bezeichneten Stelle mit dem Feld 47a verbunden.
Das Feld 47c ist nun durch eine Parallelogrammführung mit
dem Feld 47a verbunden. Die Parallelogrammführung wird
durch die Felder 47b, 47d nebst zugehörigen Federgelenken
gebildet, die etwa an den Kanten des gebildeten rechteckigen Rings
angeordnet sind.
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Im
nächsten
Schritt wird das Feld 47a mit dem Feld 48a verbunden.
Es wird ein rechteckiger Ring, bestehend aus den Feldern 48a, 48b, 48c, 48d gebildet,
der den zuvor beschriebenen aus den Feldern 47 bestehenden
Ring in geringem Abstand umschließt. Das Feld 48d ist über eine
Parallelo grammführung
mit dem Feld 48b verbunden. Die Parallelogrammführung wird
durch die Felder 48a, 48c gebildet.
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Im
letzten Schritt wird das Feld 46d mit dem Feld 48b verbunden.
Damit ist das Feld 48b über eine
aus den Feldern 46a, 46c gebildete Parallelogrammführung mit
dem Feld 46b verbunden. Das Feld 47c ist gegen
das Feld 46b in drei Richtungen beweglich. Das Feld 46b bildet
die Basis des in 10 dargestellten 3D-Tasters.
Der Taststift 55 erstreckt sich durch eine Öffnung 57,
die in dem Feld 46c vorgesehen sein kann. Das Feld 4b hingegen
bildet eine Basis, die an einem Tastkopfträger befestigt werden kann.
Gegen diese Basis ist das Feld 48b in einer ersten Richtung
bewegbar. Das Feld 48d ist gegen das Feld 48b in
einer zweiten Richtung bewegbar. Das Feld 47c ist gegen
das Feld 48d bzw. 47a in einer dritten Richtung
bewegbar. Die erste, zweite und dritte Richtung können die
X, Y und Z-Richtung sein.
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In 12 ist
ein Federgelenksystem 7, das nicht den Erfindungsgegenstand
verkörpert
in einer Ausgestaltung als Kreuzfedergelenk dargestellt. Wiederum
sind aus zwei Deckschichten 9, 11 und einer dazwischen
angeordneten Folie 10 mehrere steife Felder 58, 59 geschaffen,
die über
Federgelenke und sich an diese anschließende Streben 60, 61, 62 miteinander
verbunden sind. Die Herstellung erfolgt wieder als ebenes Federgelenksystem,
in dem entsprechend mit Ausschnitten versehene Deckschichten 9, 11 auf
der Folie 10 platziert und mit dieser verbunden werden.
Aus diesem 3-Schichtverbund kann dann eine Vielzahl von Federgelenksystemen
frei geschnitten werden, die dann zu der Gestalt nach 12 aufgerichtet
und z. B. an einer Stelle 63 z. B. durch Laserschweißen miteinander
verbunden werden. Im Übrigen
gilt die zu den 1 bis 11 gegebene
Beschreibung entsprechend für
die Ausführungsform
nach 12.
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Zur
Herstellung eines, 2D- oder 3D-Tasters wird zunächst eine Sandwichanordnung
bestehend aus mindestens einem, vorzugsweise zwei steifen Deckkörperzuschnitten
und einer zwischen diesen angeordneten Federfolie ausgegangen. Aus
dieser Sandwichanordnung werden die einzelnen Federgelenksysteme
mit einem geeigneten Trennverfahren ausgeschnitten.
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- 1
- Taster
- 2
- Gehäuse
- 3
- Abschlussplatte
- 4
- Öffnung
- 5
- Taststift
- 6
- Tastkugel
- 7
- Federgelenksystem
- x,
y, z
- Achsen
- 9
- Deckschicht
- 10
- Folie
- 11
- Deckschicht
- 12–18
- Trennspalte
- 19–22
- Unterbrechungen
der Deckschichten = Federgelenke
- 23
- Teil
- 24
- Schwenkachse
- 25,
27
- Teil
- 28
- Schwenkachse
- 29
- Teil
- 30
- Schwenkachse
- 31
- Folienzuschnitt
- 32,
33
- Deckkörperzuschnitte
- 35–41
- Haltestege
- 42–45
- Schlitze
- 46,
47
- Schenkel
- 48
- jochartiger
Abschnitt
- 46a-a,
47a-d, 48a-d
- Felder
- 49–52
- gerundete
Kanten
- 53
- 3D-Taster
- 54
- Linie
- 55
- Taststift
- 56
- Tastkugel
- 57
- Öffnung
- 58,
59
- Felder
- 60–62
- Streben
- 63
- Stelle