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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit einem Trägerkörper und mit einem Maßstab nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Eine derartige Anordnung ist in der
DE 27 12 421 A1 beschrieben. Dabei ist ein Maßband als Maßstab in einem Kanal eines Trägerkörpers aufgenommen. Der Kanal ist maßlich auf das Maßband abgestimmt, so dass das Maßband in Messrichtung zwar in den Kanal eingeschoben werden kann, jedoch das Maßband in den Richtungen quer zur Messrichtung nur mit einem vernachlässigbar kleinen Spiel in dem Kanal gelagert ist.
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Fertigungstechnisch ist es nun schwierig diese maßlichen Anforderungen einzuhalten. Einerseits soll der Maßstab in den Kanal einschiebbar sein, andererseits soll er möglichst spielfrei in dem Kanal gelagert sein, um Schwingungen des Maßstabs im Messbetrieb zu vermeiden.
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Zur Lösung dieses Problems wird in der
DE 10 2005 055 513 A1 vorgeschlagen, den Maßstab mit einer Schicht aus elastischem Material zu versehen, die quer zur Messrichtung elastisch nachgiebig, also komprimierbar, ausgeführt ist. Der Maßstab wird dadurch zwischen einer Auflagefläche und einer Gegenfläche des Trägerkörpers gehalten.
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Durch diese Maßnahme wird der Maßstab zwar spielfrei in dem Kanal gelagert, nachteilig dabei ist aber, dass der Maßstab - insbesondere bei großen Messlängen - nur schwer in den Kanal einbringbar ist.
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DE 201 10 905 U1 offenbart eine Längenmessvorrichtung mit innerhalb eines Kanals vorgesehenen Fixiermitteln. Durch die Fixiermittel wird ein Maßkörper innerhalb des Kanals lösbar fixiert, derart, dass der Maßkörper im Bedarfsfall durch Abziehen bzw. Einführen von der Stirnseite des Kanals ausgetauscht werden kann.
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DE 10 2005 027 025 A1 offenbart eine Halterung für einen Maßstab mit einem Trägerkörper und mehreren entlang des Maßstabs und an beiden Seiten des Maßstabs angeordneten Befestigungselementen. Zwischen dem Trägerkörper und den Befestigungselementen ist jeweils ein Festkörpergelenk angeordnet, welches das Befestigungselement und somit den Maßstab in Messrichtung X auslenkbar am Trägerkörper ankoppelt.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung, bestehend aus einem Trägerkörper und einem Maßstab zu schaffen, bei der der Maßstab relativ einfach in einen Kanal des Trägerkörpers einbringbar ist und der Maßstab trotzdem möglichst spielfrei im Kanal gelagert ist.
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Dieses Problem wird gemäß der Erfindung mit einer Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Die Vorteile der Erfindung liegen darin, dass der Maßstab schwingungsfest gehalten werden kann und trotzdem eine möglichst zwangskräftefreie Verschiebbarkeit des Maßstabs relativ zum Trägerkörper in Messrichtung gewährleistet ist.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Bei allen Ausführungsbeispielen der Erfindung gilt, dass der Maßstab im Kanal durch eine Anordnung von Unterstützungen gelagert ist. Die Unterstützungen sind jeweils quer zur Unterstützungsrichtung elastisch auslenkbar.
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Die Unterstützungen sind jeweils zumindest mit einer Richtungskomponente in Unterstützungsrichtung ausgerichtet.
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Die Unterstützungen sind derart dimensioniert, dass diese einerseits beim Einbringen, also beim stirnseitigen Einschieben des Maßstabs in den Kanal, aufgrund ihrer Elastizität in Einschieberichtung sich elastisch verbiegen bzw. umlegen und somit durch dieses Ausweichen den Widerstand verringern. Andererseits üben die Unterstützungen aufgrund der elastischen Verbiegung und der damit auftretenden Rückstellkraft eine in Unterstützungsrichtung wirksame Haltekraft auf den Maßstab aus, die den Maßstab an eine Fläche drängt und somit möglichst schwingungsfest am Trägerkörper hält.
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Die Unterstützungen sind borstenartig bzw. bürstenartig ausgebildet und können längliche, mit zumindest einer Richtungskomponente in Unterstützungsrichtung verlaufende und quer dazu elastisch auslenkbare Fasern, Noppen oder Haare sein. Die Fasern sind ausgebildet als Fäden oder Schlaufen.
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Besonders vorteilhaft ist, wenn die Unterstützungen an ihrem einen Ende jeweils am Trägerkörper oder am Maßstab ortsfest befestigt sind und an ihrem anderen Ende jeweils mit dem entsprechenden Gegenkörper, also dem Maßstab oder dem Trägerkörper gleitend in Kontakt stehen. Zwischen der ortsfesten Befestigung und dem gleitenden Kontakt sind die Unterstützungen quer zur Unterstützungsrichtung elastisch ausgelenkt und erzeugen aufgrund ihrer Rückstellkraft eine Haltekraft, die den Maßstab an eine Fläche des Trägerkörpers drängt.
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Die Vorrichtung mit Trägerkörper und Maßstab kann zur Verwendung in Längenmesssystemen in Messrichtung linear verlaufend ausgebildet sein, oder zur Verwendung in Winkelmesseinrichtungen gekrümmt ausgebildet sein.
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Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung mit Hilfe von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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Es zeigt
- 1 die Ansicht eines Trägerkörpers mit einem Maßstab während des Einbringens in den Trägerkörper;
- 2 einen Querschnitt II-II der Vorrichtung gemäß 1;
- 3 einen Längsschnitt III-III der Vorrichtung gemäß 2;
- 4 ein zweites Beispiel einer erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung im Querschnitt;
- 5 ein drittes Beispiel einer erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung im Querschnitt, und
- 6 ein viertes Beispiel einer erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung im Querschnitt
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Die 1 bis 3 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Vorrichtung weist einen Trägerkörper 1 auf, der einen in Messrichtung X verlaufenden Kanal 2 zur Aufnahme eines Maßstabs 3 aufweist. Der Kanal 2 ist derart ausgeführt, dass der Maßstab 3 stirnseitig einführbar ist und ansonsten vom Trägerkörper 1 formschlüssig umgriffen wird.
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Im dargestellten Beispiel ist der Maßstab 3 ein biegbares, aber sonst unelastisches längsstabiles Maßband, vorzugsweise ein Stahlband. Das Einbringen des Maßstabs 3 in den Kanal 2 erfolgt durch Einschieben in Pfeilrichtung.
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Der Trägerkörper 1 ist ein starres biegesteifes Profil aus Metall, insbesondere aus Aluminium, zur kostengünstigen Fertigung in großen Längen. Der Trägerkörper 1 wird zur Positionsmessung an einem von zwei relativ in Messrichtung X bewegbaren Maschinenteilen befestigt, so dass eine auf dem Maßstab 3 aufgebrachte Messteilung 4 von einer am anderen Maschinenteil angebrachten Abtasteinheit abtastbar ist. Die Befestigung des Trägerkörpers 1 an dem zu messenden Maschinenteil kann mittels Klebstoff, Schrauben oder Spannpratzen erfolgen.
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Der Kanal 2 wird im Trägerkörper 1 von Auflageflächen A1, A2 für den Maßstab 3 und von den Maßstab 3 umgreifenden Falzen 5.1, 5.2 mit der den Auflageflächen A1, A2 zugewandten Gegenflächen B1, B2 gebildet. Der Abstand der Flächen A1 zu B1 und A2 zu B2 in Richtung Z ist derart gewählt, dass der Maßstab 3 zwischen diesen Flächen A1 und B1 sowie zwischen A2 und B2 möglichst schwingungsfest gehalten ist, aber in Messrichtung X einschiebbar ist und sich der Trägerkörper 1 bei Temperaturänderungen relativ zum Maßstab 3 möglichst frei ausdehnen kann.
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Die Messteilung 4 ist optisch abtastbar ausgebildet, indem sie ein auftreffendes Lichtbündel positionsabhängig moduliert. Der Kanal 2 ist hierzu nach oben hin im Bereich der Messteilung 4 offen, die Falze 5.1, 5.2 lassen somit einen optisch abtastbaren Bereich der Messteilung 4 frei.
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Durch Fertigungstoleranzen bei der Fertigung des Kanals 2 und des Maßstabs 3 ist nicht ausgeschlossen, dass der Maßstab 3 mit zu großem Spiel im Kanal 2 gelagert ist. Um eine möglichst spielfreie Lagerung des Maßstabs 3 im Kanal 2 zu gewährleisten, ist zwischen dem Trägerkörper 1 und dem Maßstab 3 eine Anordnung von Unterstützungen vorgesehen, die einerseits den Maßstab 3 mit einer Haltekraft in Unterstützungsrichtung, also in Z-Richtung an die Gegenflächen B1, B2 des Trägerkörpers 1 drängen und die andererseits jeweils zumindest in Messrichtung X, also quer zur Unterstützungsrichtung Z, elastisch auslenkbar sind. Hierzu sind die Unterstützungen jeweils in Z-Richtung ausgerichtet, sind also längliche in Z-Richtung verlaufende und quer dazu auslenkbare Elemente.
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Die Unterstützungen sind vorzugsweise zweidimensional in der X-Y-Ebene angeordnet.
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Wie in 2 dargestellt ist, sind die Unterstützungen vorzugsweise elastisch biegbare Fasern in Form von einzelnen Fäden 10, die einerseits jeweils am Trägerkörper 1 ortsfest befestigt sind und andererseits mit ihrem anderen Ende mit der Unterseite des Maßstabs 3 in Kontakt stehen und dort gleiten. Die ortsfeste Befestigung der Fäden 10 erfolgt vorzugsweise mittels einer Verankerungsschicht, insbesondere ausgebildet als Trägerband 6 oder Klebstoffschicht. Die zweidimensionale Anordnung von Fäden 10 unter dem Maßstab 3 drängt diesen an die Gegenflächen B1, B2 der Falze 5.1, 5.2 und hält diesen schwingungsfest im Kanal 2. Die Erzeugung der Haltekraft resultiert somit nicht aufgrund einer Kompression einer Schicht, sondem durch elastische Biegbarkeit der Fäden 10 quer zur Unterstützungsrichtung Z, also Biegbarkeit quer zur Unterstützungsrichtung Z, zumindest in Messrichtung X.
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Die elastische Biegbarkeit der Fäden 10 hat den Vorteil, dass sie beim Einschieben bzw. Einziehen des Maßstabes 3 in den Kanal 2 durch Umbiegen bzw. Umlegen in Messrichtung X ausweichen und an der Unterseite des Maßstabs 3 gleiten, wie in 3 schematisch dargestellt. Die Reibung zwischen den Fäden 10 und dem Maßstab 3 ist dadurch auf ein Minimum reduziert, so dass auch lange Maßstäbe 3 ohne unzulässig großen Kraftaufwand in den Kanal 2 einschiebbar sind. Die Fäden 10 bilden durch ihre Elastizität eine ausreichend große Rückstellkraft aus, um den Maßstab 3 an die Gegenflächen B1, B2 zu drängen und möglichst spielfrei in dem Kanal 2 zu halten. Die Fäden 10 bilden weiterhin eine gleichmäßige flächige Unterstützung des Maßstabes 3, was die Messgenauigkeit positiv beeinflusst. Weiterhin wird der Maßstab 3 in allen Betriebslagen schwingungsfest im Kanal 2 gehalten.
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In der Regel sind Maßstab 3 und Trägerkörper 1 aus unterschiedlichen Materialien gefertigt. Der Maßstab 3 weist somit bei Temperaturänderungen ein vom Trägerkörper 1 abweichendes Ausdehnungsverhalten auf. Die flächige Unterstützung des Maßstabes 3 durch eine Anordnung von Fasern, beispielweise von Fäden 10, hat nun den großen Vorteil, dass diese unterschiedlichen Ausdehnungen ausgeglichen werden, ohne dass lokal unzulässige Reibkräfte auftreten, welche die Messgenauigkeit aufgrund von undefinierten Stauchungen oder Dehnungen des Maßstabes 3 nachteilig beeinflussen. Die Fäden 10 können nämlich diese lokal auftretenden Verschiebungen zwischen Maßstab 3 und Trägerkörper 1 zumindest größtenteils allein durch die elastische Biegung der Fäden 10 in Verschieberichtung, also in Messrichtung X, ausgleichen.
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4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel. Der Unterschied zum vorhergehenden Ausführungsbeispiel ist die Art der Fasem. Anstelle einzelner Fäden 10, werden die einzelnen Unterstützungen von Schlaufen 11 gebildet. Jede Schlaufe 11 ist einerseits am Trägerkörper 1 ortsfest fixiert und stützt sich andererseits am Maßstab 3 gleitend ab.
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Auch hier sind die einzelnen Unterstützungen, hier in Form von einzelnen Schlaufen 11 jeweils zwischen ihrer ortsfesten Befestigung und dem gleitenden Kontakt quer zur Unterstützungsrichtung elastisch ausgelenkt, also gebogen, und erzeugen aufgrund ihrer Rückstellkraft eine Haltekraft, die den Maßstab 3 an zumindest eine Fläche B1, B2 des Trägerkörpers 1 drängt.
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Vorteilhaft ist, wenn die Fäden 10 oder Schlaufen 11 an einem Trägerband 6 fixiert sind, mit dem die Anordnung der Fäden 10 bzw. Schlaufen 11 gut handhabbar ist. Mittels dieses Trägerbandes 6 ist die Anordnung von Fäden 10 bzw. Schlaufen 11 auf einfache Weise -beispielsweise mittels Kleben - am Trägerkörper 1 anbringbar. Derartige Trägerbänder 6 mit einer Anordnung von Schlaufen sind beispielsweise in Verbindung mit Klettverbindungen als Schlaufenband erhältlich.
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Die Unterstützungen, beispielsweise in Form von Fäden 10 oder Schlaufen 11, können am Trägerkörper 1 ortsfest fixiert sein, wobei dann die freien Enden mit dem Maßstab 3 gleitend in Kontakt stehen und auf diesen eine Haltekraft in Z-Richtung ausüben. Alternativ können die Unterstützungen, beispielsweise in Form von Fäden 10 oder Schlaufen 11, aber auch am Maßstab 3 ortsfest fixiert sein und sich mit ihren freien Enden am Trägerkörper 1 gleitend abstützen. Ein Beispiel hierzu ist in 5 dargestellt. Hier sind Schlaufen 11 ortsfest am Maßstab 3 fixiert.
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In den bisher erläuterten Ausführungsbeispielen wird der Kanal 2, in dem der Maßstab 3 gelagert ist, durch die Flächen A1, A2 der voneinander beabstandeten unnachgiebigen Auflagen 7.1, 7.2 des Trägerkörpers 1 und der Flächen B1, B2 der Falze 5.1, 5.2 des Trägerkörpers 1 in Z-Richtung begrenzt. Der dadurch für den Maßstab 3 zur Verfügung stehende in Z-Richtung verlaufende Spalt entspricht nominal der Dicke des Maßstabs 3. Die Unterstützungen, beispielsweise ausgebildet als Fäden 10 oder Schlaufen 11, sind außerhalb der Auflagen 7.1, 7.2 angeordnet, nämlich in einer Ausnehmung 8, also in den Beispielen zwischen den beiden voneinander beabstandeten Auflagen 7.1, 7.2.
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6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. Hier ist ein Kanal 102 vorgesehen, der ausschließlich stimseitig offen ist. Der Kanal 102 wird begrenzt von Seitenflächen des Trägerkörpers 101 und von einer Abdeckung 109 des Trägerkörpers 101, die beispielsweise aufgeklebt oder aufgeschweißt ist. Diese Abdeckung 109 kann transparent ausgeführt sein, um eine Messteilung des Maßstabs 103 optisch abzutasten. Bei Verwendung einer nicht optisch abtastbaren Messteilung kann die Abdeckung 109 auch opak ausgebildet sein, beispielsweise ein Stahlband sein.
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Zur schwingungsfesten Lagerung des Maßstabs 103 in dem Kanal 102 wird der Maßstab 103 mittels Unterstützungen in Form von Fäden 110 an die Fläche B100 der Abdeckung 109 gedrängt. Die Fäden 110 sind an einem Trägerband 106 fixiert und mit ihren anderen Enden gleiten diese an der Unterseite des Maßstabs 103. Die Fäden 110 sind also wiederum zumindest mit einer Richtungskomponente in Richtung der Unterstützung (Z-Richtung) ausgerichtet und zumindest in Messrichtung X auslenkbar bzw. ausgelenkt gebogen. Durch die elastische Auslenkbarkeit der Fäden 110 sind die Gleiteigenschaften optimiert und durch die Rückstellkraft der elastisch biegbaren Fäden 110 wird die Haltekraft zum Andrängen des Maßstabs 103 an die Fläche B100 generiert. Als Unterstützungen können alternativ auch die in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen erläuterten Varianten verwendet werden.
