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Die Erfindung betrifft ein Verbindungsmodul zur lösbaren und spielfreien Verbindung eines Profils und eines Basiselementes einer Längenmesseinrichtung in einer vorzugsweise rechtwinkeligen Lage der jeweiligen Mittenachsen zueinander.
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Es ist bekannt, lösbare Verbindungen zwischen einem Profil und einem Basiselement einer Längenmesseinrichtung zu realisieren. Häufig wird dazu das Profil mit einem Flansch formschlüssig und untrennbar verbunden, z. B. durch Schweißen. Die Einheit aus Flansch mit Profil wird anschließend mit dem Basiselement einer Längenmesseinrichtung vorzugsweise durch Schrauben oder Gewindebolzen mit Muttern verbunden. Diese Verbindungstechnik hat insbesondere Montagenachteile hinsichtlich Aufwand und Genauigkeit der zu verbindenden Teile.
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Bekannte elektronisch arbeitende Längenmessstäbe sind infolge der teilweise hohen Anforderungen an die Präzision der Längenmesswerte durch komplexe elektromechanische Konstruktionen realisiert. Die Längenwerterfassung und die Signalgenerierung beruhen meist darauf, dass ein Kopfschieber entlang eines längenskalierten Profils verschiebbar angeordnet ist, dessen Position durch verschiedene bekannte physikalische Prinzipe detektierbar ist. So werden beispielsweise kapazitive Sensoren oder infrarot-Dioden zur Längenmesswerterfassung eingesetzt, welche praktisch eine Distanzmessung längs des Verschiebeweges des Kopfschiebers darstellen. Dabei können die Sensoren im beweglichen Teil, d. h. dem Kopfschieber, oder im feststehenden Teil, d. h. dem Profil des Längenmessstabs, untergebracht sein.
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Entscheidend für die fehler- und störungsfreie Messung ist jedoch, dass die Positionierung und Orientierung des Kopfschiebers in jedem Fall ein möglichst gleichmäßiges Spaltmaß zwischen bewegtem und fixem Teil erfordert, um ein störungsfreies Messen zu ermöglichen. Dies bedeutet, dass der gesamte Aufbau der Messeinrichtung und des Kopfschiebers insbesondere an den jeweiligen Verbindungselementen vergleichsweise komplex ist und eine langwierige Montage und vor allem auch Justage erfordert. Außerdem sind nach jeder Demontage die Position zu prüfen und der Messstab evtl. neu zu kalibrieren.
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Andere physikalische Messprinzipe, bei welchen auf die genaue Positionierung und Orientierung des Kopfschiebers relativ zum Profil oder des Profils relativ zum Basiselement verzichtet werden kann, liefern nicht die häufig erforderlichen Messgenauigkeiten. Beispielsweise liefert das Messprinzip beruhend auf dem Abspulen von Lochbändern im inneren des Profils insbesondere bei größeren Messlängen durch die dann erforderliche Baugröße und einen Schlupf unpräzise Messergebnisse.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verbindungsmodul der eingangs genannten Art bereitzustellen, dass durch eine kompakte Bauform die präzise und spielfreie Verbindung von Basiselement und Profil einer Längenmesseinrichtung unterstützt und die Notwendigkeit der Justage reduziert. Darüber hinaus soll ein Raum bereitgestellt werden, der die empfindlichen elektronischen Komponenten der Messeinrichtung wenigstens teilweise aufnehmen kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eine Spannbuchse und ein Spannflansch mit einer jeweils korrespondierenden Verspannungsschräge sowie ein optionales Mittenelement als Elemente des Verbindungsmoduls derart zusammenwirken, dass eine exakte, lösbare und kraftschlüssige Verbindung beider Längenmessvorrichtungselemente herstellbar ist.
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Die Erfindung unterstützt den kompakten Grundaufbau eines elektronischen Langenmessstabes bestehend aus den Komponenten Basiselement, Elektronik zur Längenwerterfassung, Profil zur Führung des beweglichen Kopfanschlags und einem Verbindungsmodul. Das Verbindungsmodul dient der lösbaren Verbindungsherstellung von Basiselement und Profil und stellt optional einen Aufnahmeraum für wenigstens einen Teil der Elektronik zur Längenwerterfassung bereit. Durch die Befestigungsmethode wird der Innenraum des Profils frei und somit wird ermöglicht, optische oder akustische Signale zur Längenmessung im Inneren zu verarbeiten, was dann wieder andere Vorteile bietet, wie z. B. Abschirmung.
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Das Verbindungsmodul ermöglicht die reversible, d. h. lösbare Festlegung des Profils und des Basiselementes der Längenmesseinrichtung in einer vorzugsweise annähernd rechtwinkeligen Lage der jeweiligen Mittenachsen zueinander. Vorteilhaft ist weiterhin, dass das Verbindungsmodul aus wenigen Einzelteilen besteht, welche vormontierbar sind.
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Erfindungsgemäß ist das Verbindungsmodul mehrfach wirkend ausgestaltet. Es dient zur Aufnahme, Positionierung und Führung der Elektronik einerseits und zur stabilen, justagereduzierten und zentrischen sowie spielfreien Fixierung des Profils relativ zum Basiselement andererseits. Dadurch wird erreicht, dass Vormontage und Kalibrierung der elektronischen Längenwerterfassung während und nach der Montage vereinfacht werden oder ganz entfallen.
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Das Profil kann einen einfachen, praktisch beliebigen Querschnitt aufweisen. Darüber hinaus ist es nicht erforderlich, eine stirnseitige Bearbeitung des Profils zu realisieren, da das Verbindungsmodul durch seine konstruktive Ausgestaltung auch bei einer nicht planparallelen oder unebenen Profilstirnfläche die definierte Positionierung des Profils in Längsrichtung relativ zum Basiselement unterstützt.
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Das optionale Mittenelement ist im montierten Zustand des Verbindungsmoduls innerhalb des Profils angeordnet und weist einen Raum auf zur Aufnahme der Elektronik zur Längenwerterfassung auf. Sowohl die Spannbuchse als auch das Profil als auch das Mittenelement können Längsnuten aufweisen, die mit einer durch eine Finne gebildeten Orientierungsfestlegung zusammenwirken und eine Justage hinsichtlich der rotatorischen Lage des Profils und des Kopfschiebers relativ zum Basiselement erzwingen. Darüber hinaus ist die empfindliche Elektronik zur Längenwerterfassung in diesem Fall durch die Anordnung innerhalb des Mittenelementraumes weitestgehend vor Zugriff und mechanischen Belastungen geschützt.
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Das Verbindungsmodul ist infolge der kompakten Abmessungen und des geringen Gewichts einfach zu verpacken und zu transportieren. Ein weiterer Vorteil ist die einfache Demontage des kompletten elektronischen Langenmessstabes, beispielsweise um den Längenmessstab oder die vollständige Messstation in einen anderen Raum oder ein anderes Stockwerk eines Gebäudes zu transportieren. In diesen Fällen ist eine einfache Wiederinbetriebnahme ohne langwieriges Kalibrieren schnell möglich. Auch der Service des Längenmessstabs ist ohne großen Zeitverlust möglich, da die Schnittstelle zur Elektronik schnell erreicht werden kann.
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Optional kann das Basiselement so ausgestaltet sein, dass es während der Längenmessung als Fersenanschlag genutzt werden kann oder in einer anderen Ausführung kann das Verbindungsmodul zur Befestigung eines separaten Fersenanschlags dienen. Das bedeutet, es kann additiv oder alternativ mit oder anstatt des Basiselementes ein Fersenanschlag für die zu vermessende Person bereitgestellt werden. Der Fersenanschlag kann Teil des Spannflansches sein. Ebenfalls kann der Fersenanschlag ein separates und beispielweise auf den Spannflansch aufsteckbares Bauteil sein.
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Um die lösbare, spielfreie Verbindung des Profils mit dem Basiselement durch das Verbindungsmodul zu realisieren, sind folgende Montageschritte vorgesehen: Die Spannbuchse wird in die vertikale Lage gebracht und die Elektronik zur Längenwerterfassung wird innerhalb der Spannbuchse angeordnet und ausgerichtet, das Profil wird in die Spannbuchse eingeschoben derart, dass die Elektronik zur Längenwerterfassung innerhalb des Profils positioniert ist, der Spannflansch wird von oben auf die Spannbuchse aufgesteckt und ausgerichtet, der Spannflansch wird durch geeignete Mittel relativ zur Spannbuchse in Richtung des sich aufweitenden Spannbuchsenumfangs verschoben, sodass eine Verspannungskraft zur Fixierung des Profils erzeugt wird.
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Wenn das optionale Mittenelement Bestandteil des Verbindungsmoduls ist, wird dies vor dem Einschieben des Profils in die Spannbuchse entweder in das endseitige Profil oder innerhalb der Spannbuchse angeordnet und die Elektronik zur Längenwerterfassung wird innerhalb des Mittenelementes platziert.
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Wird eine Spannbuchse mit sich in axialer Richtung von dem sich verjüngenden Ende aus erstreckenden Schlitzen verwendet und ist eine Orientierungshilfe in Form einer Finne oder eines Vorsprungs vorgesehen, so umfasst der Montageschritt der Ausrichtung dies entsprechend.
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In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen:
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1 Eine perspektivische Vorderansicht der Längenmesseinrichtung (100),
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2 eine schematische, vereinfachte Darstellung des erfindungsgemäßen Verbindungsmoduls (10) im Schnitt,
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3 eine weitere schematische Querschnittdarstellung einer anderen Ausführungsform,
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4 eine Seitenansicht und eine Draufsicht auf das Spannelement bei einem ersten Schritt des Fügevorganges,
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5 eine Darstellung ähnlich zur 4 bei einem zweiten Schritt des Fügevorganges nach einem Einstecken und Ausrichten der Längenerfassungseinheit ins Spannelement,
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6 eine Darstellung ähnlich zur 4 für einen dritten Schritt des Fügevorganges, bei dem das Rohr zwischen dem Spannelement und der Längenerfassungseinheit eingesteckt wird, wobei die Teile aber nur positioniert und noch nicht miteinander verbunden sind,
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7 ein vierter Schritt des Fügevorganges nach einem Aufstecken der Fußplatte und einem Ausrichten und
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8 ein fünfter Schritt des Fügevorganges nach einem Verpressen der beiden Hauptkomponenten und einer Verformung des Spannelementes.
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1 zeigt eine perspektivische Vorderansicht der Längenmesseinrichtung (100). An einem Basiselement (30) ist in einer vorzugsweise rechtwinkeligen Lage der jeweiligen Mittenachsen zueinander ein Profil (20) festgelegt, an dem ein Kopfschieber (50) vertikal beweglich angeordnet ist derart, dass mittels einer Längenmessskala (21) eine Längenmessinformation ermittelbar ist. Das Profil (20) ist an dem Basiselement (30) mittels eines Befestigungsschuhs (22) lösbar oder unlösbar verbunden.
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Das Profil (20) ist an verschiedenen Stellen in Längsrichtung zerlegbar, sodass ein kleineres Packmaß für den Transport unterstützt wird. Um eine stabile Verbindung von Basiselement (30) und dem Profil (20) zu gewährleisten, wird häufig der Befestigungsschuh (22) als unlösbare Befestigungsausführung ausgebildet mit dem Nachteil, dass ein kompaktes Packmaß nicht erreicht werden kann.
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Wird der Befestigungsschuh (22) als lösbare Befestigungsausführung ausgebildet, sind die beschriebenen Nachteile, d. h. eine langwierige Montage und exakte Ausrichtung erforderlich. Ebenfalls muss die relative Positionierung des Profils (20) und des Basiselementes (30) zueinander geprüft und die Längenmesseinrichtung (100) muss neu kalibriert werden.
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Eine optionale Wandbefestigung (60) kann vorgesehen sein, um die weniger stabile Verbindung von Basiselement (30) und dem Profil (20) durch den Befestigungsschuh (22) in der lösbaren Ausführungsvariante zu entlasten. Die Wandbefestigung ist jedoch insofern nachteilig, als dass der Montage- und Demontageaufwand nochmals erhöht ist.
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2 zeigt die schematische, vereinfachte Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen Verbindungsmoduls (10). Das Verbindungsmodul (10) wird im Wesentlichen gebildet aus einer Spannbuchse (1) und einem Spannflansch (4) sowie einem Mittenelement (5).
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Die Spannbuchse (1) und der Spannflansch (4) verfügen über jeweils eine korrespondierende Verspannungsschräge (2), welche vorzugsweise einen Winkel aufweist, so dass eine leichte Demontage gewährleistet ist. Wird der Verspannungsflansch (4) relativ zur Spannbuchse (1) in Richtung des sich aufweitenden Spannbuchsenumfangs verschoben wird eine radial wirkende Kraft auf das innerhalb der Spannbuchse (1) angeordnete Profil (20) ausgeübt und spielfrei kraftschlüssig fixiert.
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Voraussetzung für die Fixierung des Profils (20) durch die an der Verspannungsschräge (2) eingeleitete Radialkraft ist, dass die Spannbuchse (1) radial verformbar ist. Dies kann in einer ersten Ausführungsvariante durch einen verformbaren oder komprimierbaren Spannbuchsenwerkstoff realisiert sein, beispielsweise können Kunststoffe, poröse Werkstoffe, ein Gummi oder Weichmaterialien wie Kupfer, Zinn oder ein Kompositwerkstoff Anwendung finden. Die radiale Verformbarkeit der Spannbuchse kann durch drei Ansätze erreicht werden:
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- a) Das Ziel kann durch ein verformbares Element aus Kunststoff, das durch den Druck elastisch und plastisch verformt wird, erreicht werden. Die große Verformung wird durch die segmentartige Bauweise unterstützt, dadurch sind große Toleranzen überbrückbar und daher die Bauteile Profil und Spannflansch relativ grob herstellbar. Der Vorteil ist, dass durch die Verformbarkeit ein Verschrauben auf „Block”, d. h. bis auf eine axiale Begrenzung möglich ist. Ein weiterer Vorteil sind geringe Herstellungskosten. Jedoch ist die Wiederverwendbarkeit eingeschränkt.
- b) Es ist auch ein Spannelement aus einem elastischen, aber festen Material einsetzbar, beispielsweise Federstahl. Der Vorteil ist die höhere Festigkeit in der Verbindung. Als Nachteil sind die Kosten zu berücksichtigen.
- c) Letztlich ist auch eine Verbindung über klassische Kegelpassungen denkbar. Der Vorteil ist die höchste Präzision am Umfang. Demgegenüber ist als Nachteil anzusehen, dass die axiale Position uneindeutig ist und sehr hohe Kosten entstehen.
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In einer bevorzugten Ausführungsvariante wird die Verformungsfähigkeit der Spannbuchse (1) durch eine konstruktive Gestaltung unterstützt. Dazu ist die Spannbuchse (1) in axialer Richtung von dem sich verjüngenden Ende aus teilweise genutet oder geschlitzt. Wird die Spannbuchse (1) in axialer Richtung von dem sich verjüngenden Ende aus teilweise geschlitzt, wird je nach Anzahl der Schlitze eine an einer Stelle geöffnete ringförmige Situation geschaffen oder es werden Zungen (3) gebildet.
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Das Mittenelement (5) als weitere, optionale Komponente des Verspannungsmoduls (10) ist im montierten Zustand innerhalb des Profils (20) angeordnet. Vorzugsweise weist dessen geometrische Gestaltung einen Bund (7) in Form eines konzentrischen Rings endseitig des Mittenelementes (5) als stirnseitige Anschlagfläche für das Profil (20) auf. Durch den Bund (7) wird auch ohne planparallele Stirnfläche des Profils (20) eine exakte und definierte Positionierung des Profils (20) in axialer Richtung realisiert.
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Das Mittenelement (5) kann einen innenliegenden Raum (6) aufweisen, in dem die Elektronik zur Längenwerterfassung (40) aufnehmbar und dadurch weitgehend vor Zugriff und mechanischen Belastungen geschützt ist. Sowohl das Mittenelement (5) als auch die Spannbuchse (1) können in Richtung des Basiselementes (30) eine Öffnung aufweisen, durch die eine Verkabelung der Elektronik zur Längenwerterfassung (40) hindurchgeführt werden kann.
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Wird die Spannbuchse (1) in axialer Richtung von dem sich verjüngenden Ende aus teilweise geschlitzt, ist es möglich, wenigstens einen dieser Schlitze in Verbindung mit einer korrespondierenden Finne oder Vorsprung in dem Mittenteil (5) und, oder dem Profil (20) und, oder dem Spannflansch (4) eine Orientierung insbesondere des Profils (20) relativ zum Basiselement (30) zu nutzen. Dadurch ist es möglich, eine Justierung hinsichtlich der rotatorischen Lage des Profils (20) und ggf. auch des Kopfschiebers (50) relativ zum Basiselement (30) zu erzwingen. Darüber hinaus ist die empfindliche Elektronik zur Längenwerterfassung (40) durch die Anordnung innerhalb des Mittenelementraumes (6) weitestgehend vor Zugriff und mechanischen Belastungen geschützt.
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Das Verbindungsmodul (10) soll überwiegend zur Realisierung einer spielfreien, lösbaren Verbindungsherstellung von Basiselement (30) und Profil (20) dienen.
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Das Verbindungsmodul (10) ermöglicht die reversible, d. h. lösbare Festlegung des Profils (20) und des Basiselementes (30) der Längenmesseinrichtung (100) in einer vorzugsweise annähernd rechtwinkeligen Lage der jeweiligen Mittenachsen zueinander jedoch nur dann, wenn die Spannbuchse (1) eine zumindest teilweise elastische Verformung durch die radiale Kraftbeaufschlagung für die Verspannung unterstützt. Im Fall einer plastischen Verformung der Spannbuchse (1) bliebe auch nach Rücknahme der axialen Verschiebung des Spannflansches (4) die Verspannungssituation des Profils (20) mit dem Mittenteil (5) aufrechterhalten, sodass eine Demontage der Anordnung nicht unterstützt ist.
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Das Profil (20) kann einen wenigstens teilweisen runden Querschnitt aufweisen. Aufgrund der gleichmäßig am Umfang wirkenden radialen Verspannungskräfte ist die ideale-runde Querschnittsaußenform des Profils (20) aus Sicht der Verbindungstechnik die bevorzugte Form. Grundsätzlich kann das Profil (20) auch jeden anderen, praktisch beliebigen Querschnitt aufweisen. Im Fall einer von der ideal-runden Querschnittsaußenform des Profils (20) abweichenden und asymmetrischen Gestaltung können ggf. die zuvor beschriebenen Mittel zur Justierung hinsichtlich der rotatorischen Lage des Profils (20) entfallen.
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3 zeigt eine Darstellung ähnlich zur 2 für eine modifizierte Aufführungsform.
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4 zeigt bei der Durchführung eines Fügevorganges einen ersten Fügeschritt. Im linken Teil von 4 ist eine perspektivische Seitenansicht des Spannelementes dargestellt. Der rechte Teil von 4 zeigt eine Draufsicht auf das Spannelement.
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Gemäß 5 wird der zweite Schritt des Fügevorganges durchgeführt. Der linke Teil von 5 zeigt eine Seitenansicht des Spannelementes nach einem Einstecken und Ausrichten der Längenerfassungseinheit. Der rechte Teil von 5 zeigt eine Draufsicht auf die Anordnung.
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6 veranschaulicht einen dritten Schritt des Fügevorganges. Der linke Zeichnungsteil zeigt wieder eine Seitenansicht, nachdem das Rohr zwischen dem Spannelement und der Längenerfassungseinheit eingesteckt wurde. Die Teile sind während dieses dritten Fügeschrittes zwar bereits positioniert, aber noch nicht miteinander verbunden. Im rechten Teil von 6 ist wieder eine Draufsicht dargestellt.
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7 veranschaulicht einen vierten Schritt des Fügevorganges. Im linken Zeichnungsteil wiederum eine Seitenansicht und im rechten Zeichnungsteil eine Draufsicht. Bei diesem vierten Fügeschritt ist die Fußplatte von oben aufgesteckt und bereits ausgerichtet. Die Fußplatte kann beispielsweise aus Aluminiumguss bestehen.
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Die Fußplatte steckt zunächst auf dem Kegel des Spannelementes und liegt noch nicht ganz auf dem Boden auf.
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8 veranschaulicht einen fünften und abschließenden Schritt des Fügevorganges. Der linke Zeichnungsteil zeigt eine perspektivische Seitenansicht, der rechte Zeichnungsteil einen Vertikalschnitt. Durch das Verpressen der beiden Hauptkomponenten wird das Spannelement derart verformt, dass eine formschlüssige Verbindung zwischen der Fußplatte und dem Rohr erzeugt wird.
