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Die Erfindung betrifft eine Oberflächenmessvorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art zur Vermessung der Oberfläche eines Werkstücks.
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Bei entsprechenden Messvorrichtungen stellt sich die Aufgabe, ein Messelement (Tastelement) mittels einer Vorschubeinrichtung rauscharm auf einer geometrisch präzisen Bahn zu bewegen. Damit verbunden ist indirekt meist die Forderung nach einer geringen Reibung, weil dann die zur Überwindung der Reibung erforderliche Antriebsleistung gering ist. Bei einer geringen Antriebsleistung sind in der Regel auch die durch die Vorschubeinrichtung erzeugten Vibrationen geringer.
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In diesem Zusammenhang sind Präzisionsführungen als Luftlager, in hydraulischer Ausführung (Öllager), als berührungslose Magnetlager, Kugellager und Gleitführungen (Gleitlager) bekannt.
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Nachteilig bei Luftlagern ist, dass diese aufgrund der Kompressibilität der Luft im Spalt und wegen des Fehlens eines mechanischen Berührpunktes dazu neigen, einen Schwingungszustand beizubehalten. Aufgrund der geringen Dämpfung werden von außen eingekoppelte oder selbst erzeugte Schwingungen nur langsam abklingen.
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Bei hydraulischen Lagern wird das für die Lagerung verwendete Öl in den meisten Fällen in einem Kreislauf geführt. Die hierzu erforderliche Abdichtung des Ölkreislaufs kann aufwendig und problematisch sein. Leckagen des Ölkreislaufs sind in den meisten Anwendungen nicht tolerierbar.
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Magnetlager sind unter anderem wegen der stets erforderlichen aktiven Regelung aufwendig und daher teuer.
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Zur Vermeidung der vorgenannten Nachteile können Kugellager verwendet werden, deren Laufruhe für den Einsatz bei Präzisionsführungen jedoch häufig nicht ausreichend ist. Eine Ursache für durch das Lager selbst verursachte Störungen und Schwingungen liegt im Ein- und Austreten von einzelnen Kugeln aus den Kugelkäfigen.
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Es sind Oberflächenmessvorrichtungen der betreffenden Art zur Vermessung der Oberfläche eines Werkstücks bekannt, die einen Grundkörper und einen Messtaster mit einem Tastelement zum Antasten der Oberfläche des Werkstücks aufweisen. Eine Vorschubeinrichtung dient zum hochpräzisen Führen des Tastelements entlang einer Führungsbahn relativ zu der zu vermessenden Oberfläche, wobei die Vorschubeinrichtung wenigstens ein Präzisionsgleitlager aufweist, das ein mit dem Grundkörper verbundenes erstes Teil und ein mit dem Messtaster verbundenes zweites Teil aufweist, die gleitfähig oder gleitend miteinander in Eingriff stehen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Oberflächenmessvorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art anzugeben, die in Bezug auf das verwendete Präzisionsgleitlager verbessert ist.
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Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst.
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Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, ein Gleitlager zu verwenden, dessen Oberfläche gezielt strukturiert worden ist. In diesem Sinne sieht die Erfindung vor, dass das erste Teil zur Bildung einer Gleitlagerfläche plan ausgebildet ist und dass in das zweite Teil Vertiefungen eingeformt oder eingearbeitet sind, zwischen denen eine Auflagerfläche bildende, plane Auflagerflächenteile gebildet sind, auf denen das erste Teil mit seiner Gleitlagerfläche gleitfähig oder gleitend aufliegt. Unter einer Einarbeitung oder Einformung von Vertiefungen wird erfindungsgemäß verstanden, dass die Vertiefungen gezielt in die Oberfläche eingebracht bzw. eingearbeitet werden. Form, Größe und Ausgestaltung der Vertiefungen werden erfindungsgemäß so gewählt werden, dass die Eigenschaften des Gleitlagers verbessert sind.
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Es hat sich überraschend gezeigt, dass sich mittels der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Präzisionsgleitlagers erhebliche Vorteile ergeben.
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Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist die durch das Präzisionsleitlager definierte Führungsbahn gut reproduzierbar und weist eine hohe Langzeitstabilität auf.
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Darüber hinaus ist die erfindungsgemäß ausgestaltete Messvorrichtung robust gegenüber von außen eingekoppelten Schwingungen und Vibrationen und weist aufgrund einer geringeren benötigten Antriebsleistung eine hohe Laufruhe auf.
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Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Oberflächenmessvorrichtung, die nachfolgend auch kurz als Messvorrichtung bezeichnet wird, besteht darin, dass auch nach längerer Standzeit der Anfahrruck gegenüber bekannten Vorrichtungen verringert ist und die Vorschubeinrichtung eine gute Positionierbarkeit aufweist. Weiterhin sind Herstellung, Wartung und Betrieb der erfindungsgemäßen Oberflächenmessvorrichtung kostengünstig.
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Schließlich ist die erfindungsgemäße Oberflächenmessvorrichtung umweltverträglich, indem keine potenziell umweltgefährdenden Stoffe, beispielsweise Hydrauliköl, verwendet werden.
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Form, Größe und Ausgestaltung der Vertiefungen sind entsprechend den jeweiligen Anforderungen innerhalb weiter Grenzen wählbar. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht insoweit vor, dass das Volumen der Vertiefungen zur Aufnahme von Abrieb der Gleitlagerfläche und der Auflagerflächenteile und/oder zur Aufnahme eines Gleitmittels dimensioniert ist. Bei dieser Ausführungsform wird der an dem Gleitlager entstehende Abrieb in den Vertiefungen aufgenommen, so dass das Gleiten der Lagerflächen aufeinander durch entsprechenden Abrieb nicht beeinträchtigt wird. Durch die optionale Verwendung eines insbesondere flüssigen Gleitmittels können die Gleiteigenschaften des Präzisionsgleitlagers der erfindungsgemäßen Oberflächenmessvorrichtung noch weiter verbessert werden, wobei die Vertiefungen ein Reservoir für das Gleitmittel bilden und gleichzeitig zur Aufnahme überschüssigen Gleitmittels dienen.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Tiefe der Vertiefungen senkrecht zu der Auflagerfläche um ein Mehrfaches größer ist als die Rautiefe des ersten Teils.
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Eine andere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Ausdehnung der Vertiefungen in Richtung parallel zu der Ausdehnung der Auflagerflächenteile in dieser Richtung gering ist, derart, dass die Vertiefungen grabenartig ausgebildet sind. Durch die so gebildete Strukturierung teilt sich die Auflagerfläche in einen unveränderten Plateauanteil und eine Grabenstruktur unterhalb dieser Fläche auf.
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Eine andere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Vertiefungen derart ausgebildet sind, dass die Auflagerflächenteile wenigstens abschnittsweise entlang der Auflagerfläche inselartig von umlaufenden Vertiefungen umgeben sind.
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Eine andere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Vertiefungen wenigstens abschnittsweise entlang der Auflagerfläche nach Art eines in der Draufsicht gleichmäßigen Musters in die Auflagerfläche eingeformt oder eingearbeitet sind. Wie auch in allen weiteren Ausführungsformen der Erfindung ist es möglich, die Auflagerfläche entlang ihrer gesamten Ausdehnung entsprechend der gewählten Strukturierung gleichmäßig zu strukturieren. Es ist jedoch auch möglich, die Auflagerfläche nur abschnittsweise, beispielsweise in Teilbereichen, entsprechend zu strukturieren, während andere Teilbereiche unstrukturiert bleiben. Auf diese Weise lassen sich die Gleiteigenschaften des Präzisionsgleitlagers entsprechend den jeweiligen Anforderungen in weitem Umfang beeinflussen.
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Grundsätzlich können die Vertiefungen bereits bei der Herstellung eines die Auflagerfläche aufweisenden Bauteiles in dasselbe eingeformt werden. Um die Herstellung dieses Bauteiles besonders einfach zu gestalten und die Vertiefungen gleichzeitig auf besonders präzise Weise zu bilden, sieht eine andere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung vor, dass die Vertiefungen mittels eines spanenden Bearbeitungsverfahrens in die Auflagerfläche eingearbeitet sind.
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Ein Muster, das in der die Auflagerfläche bildenden Oberfläche durch Einarbeitung oder Einformung der Vertiefung gebildet ist, kann entlang der Auflagerfläche unregelmäßig sein. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht jedoch insoweit vor, dass die Vertiefungen entsprechend einem sich in wenigstens einer Richtung mit einer Wiederholungsperiode periodisch wiederholenden Muster in die Auflagerfläche eingeformt oder eingearbeitet sind. Auf diese Weise sind die Gleiteigenschaften des Gleitlagers entlang der Auflagerfläche gleich oder im Wesentlichen gleich.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der vorgenannten Ausführungsform sieht vor, dass die Wiederholungsperiode klein gegenüber der Ausdehnung der Gleitlagerfläche ist. Auf diese Weise ist einerseits gewährleistet, dass die Gleitlagerfläche immer im Wesentlichen auf den Auflagerflächenteilen der Auflagerfläche aufliegt. Andererseits ergibt sich insbesondere für den Stillstand der Vorschubeinrichtung der Effekt, dass unterhalb der Gleitlagerfläche ein Druckausgleich mit der Umgebung stattfinden kann. Ein „Ansaugen“ eines die Gleitlagerfläche aufweisenden Gleitpads vor allem auf einer sehr glatten Auflagerfläche ist dadurch vermieden oder zumindest reduziert.
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Eine außerordentlich vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Auflagerflächenteile wenigstens abschnittsweise entlang der Auflagerfläche als in der Draufsicht regelmäßige Sechsecke ausgebildet sind. Es hat sich überraschend gezeigt, dass sich auf diese Weise besonders günstige Eigenschaften des Gleitlagers ergeben.
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Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung ist in den Vertiefungen wenigstens abschnittsweise entlang der Gleitlagerfläche ein flüssiges Gleitmittel aufgenommen. Auf diese Weise sind die Gleiteigenschaften des Gleitlagers weiter verbessert.
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Bei der vorgenannten Ausführungsform können beliebige geeignete flüssige Gleitmittel verwendet werden. Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht insoweit vor, dass das flüssige Schmiermittel Gallium oder eine Galliumlegierung enthält.
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Eine andere besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Vertiefungen zur Ausbildung von Kapillarkräften auf das flüssige Schmiermittel ausgebildet sind. Auf diese Weise sind die Eigenschaften des in der erfindungsgemäßen Messvorrichtung vorgesehenen Gleitlagers weiter verbessert. Die Ausprägung der generierten Kapillarkräfte kann durch das Aspektverhältnis von Breite (parallel zur Oberfläche) zu Tiefe (senkrecht zur Oberfläche) der Auflagerfläche beeinflusst werden.
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Eine andere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Ränder der Auflagerflächenteile zu den Vertiefungen wenigstens teilweise nach Art einer Schneid- oder Wischkante ausgebildet sind. Auf diese Weise wird überschüssiges Gleitmittel abgestreift.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügte stark schematisierte Zeichnung näher erläutert. Dabei bilden alle beschriebenen, in der Zeichnung dargestellten und in den Patentansprüchen beanspruchten Merkmale für sich genommen sowie in beliebiger geeigneter Kombination miteinander den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen und deren Rückbezügen sowie unabhängig von ihrer Beschreibung bzw. Darstellung in der Zeichnung.
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Es zeigt:
- 1 in einer schematischen Perspektivansicht einen Teil eines Präzisionsgleitlagers eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Oberflächenmessvorrichtung und
- 2 eine Ansicht von oben auf das Gleitlager gemäß 1
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Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Oberflächenmessvorrichtung zur Vermessung der Oberfläche eines Werkstücks weist einen Grundkörper und einen Messtaster mit einem Tastelement zur Antastung der Oberfläche des Werkstücks auf, wobei eine Vorschubeinrichtung zum Führen des Tastelementes entlang einer Führungsbahn relativ zu der zu vermessenden Oberfläche vorgesehen ist und wobei die Vorschubeinrichtung wenigstens ein Präzisionsgleitlager aufweist, das ein mit dem Grundkörper verbundenes erstes Teil und ein mit dem Messtaster verbundenes zweites Teil aufweist, die gleitfähig oder gleitend miteinander in Eingriff stehen. Da die Erfindung das Präzisionsgleitlager der Vorschubeinrichtung betrifft und der grundsätzliche Aufbau einer entsprechenden Oberflächenmessvorrichtung dem Fachmann allgemein bekannt ist, wird nachfolgend ausschließlich die erfindungsgemäße Verbesserung des Präzisionsgleitlagers näher erläutert. Die Oberflächenmessvorrichtung im Übrigen wird nicht näher erläutert.
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1 zeigt in einer perspektivischen Darstellung ein Präzisionsgleitlager 2 einer erfindungsgemäßen Oberflächenmessvorrichtung. Das Präzisionsgleitlager 2 weist ein mit einem Grundkörper der Oberflächenmessvorrichtung verbundenes erstes Teil 4 und ein mit dem Messtaster verbundenes zweites Teil 6 auf, die gleitfähig bzw. gleitend miteinander in Eingriff stehen. Bei einer Bewegung des Messtasters mittels einer Vorschubeinrichtung bleibt das mit dem Grundkörper verbundene erste Teil 4 ortsfest, während sich das zweite Teil 6 entsprechend einer Vorschubachse relativ zu dem ersten Teil 4 bewegt. Hierbei liegt das zweite Teil 6 auf dem ersten Teil 4 auf und gleitet auf demselben.
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Das zweite Teil 6 ist an seiner dem ersten Teil 4 zugewandten Seite zur Bildung einer Gleitlagerfläche 8 plan ausgebildet.
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In das erste Teil 4 sind Vertiefungen eingearbeitet, von denen in 1 exemplarisch lediglich eine Vertiefung mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet ist.
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Zwischen den Vertiefungen 10 sind zusammen eine Auflagerfläche bildende plane Auflagerflächenteile gebildet, von denen in 1 wiederum lediglich ein Auflagerflächenteil mit dem Bezugszeichen 12 versehen ist. Das zweite Teil 6 liegt mit der Gleitlagerfläche 8 gleitfähig oder gleitend auf den Auflagerflächenteilen 12 auf.
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Das Volumen der Vertiefungen ist zur Aufnahme von Abrieb der Gleitlagerfläche 8 und der Auflagerflächenteile 12 und/oder zur Aufnahme eines Gleitmittels dimensioniert.
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Erfindungsgemäß sind die Vertiefungen 10 gezielt in das erste Teil 4 eingearbeitet, wobei die Tiefe der Vertiefungen senkrecht zu der Auflagerfläche um ein Mehrfaches größer ist als die Rautiefe des ersten Teils 4.
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2 zeigt eine Draufsicht auf das Präzisionsgleitlager 2 gemäß 1. Aus 1 und 2 ist ersichtlich, dass die Ausdehnung der Vertiefungen 10 in Richtung parallel zu der Auflagerfläche relativ zu der Ausdehnung der Auflagerflächenteile 12 in dieser Richtung gering ist, derart, dass die Vertiefungen grabenartig ausgebildet sind.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Vertiefungen 10 derart ausgebildet, dass die Auflagerflächenteile 12 wenigstens abschnittsweise entlang der Auflagerfläche inselartig von umlaufenden Vertiefungen umgeben sind. Ferner sind bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel die Vertiefungen entlang der Auflagerflächen nach Art eines in der Draufsicht regelmäßigen Musters in die Auflagerfläche eingearbeitet. Die Einarbeitung der Vertiefungen 10 kann beispielsweise mittels eines spanenden Bearbeitungsverfahrens erfolgen.
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Wie insbesondere aus 2 ersichtlich ist, sind die Vertiefungen 10 entsprechend einem sich in wenigstens einer Richtung mit einer Wiederholungsperiode periodisch wiederholenden Muster in die Auflagerfläche eingearbeitet, wobei die Wiederholungsperiode klein gegenüber der Ausdehnung der Gleitlagerfläche 8 ist.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Auflagerflächenteile 10 entlang der Auflagerfläche als in der Draufsicht regelmäßige Sechsecke ausgebildet.
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Zur Verbesserung der Gleiteigenschaften des Präzisionsgleitlagers ist in den Vertiefungen 10 entlang der Gleitlagerfläche ein flüssiges Gleitmittel aufgenommen, das insbesondere Gallium oder eine Galliumlegierung enthalten kann. Hierbei sind die Vertiefungen zur Ausbildung von Kapillarkräften auf das flüssige Gleitmittel ausgebildet.
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Um überschüssiges Gleitmittel von der Gleitlagerfläche 8 abzustreifen, können die Ränder der Auflagerflächenteile 12 zu den Vertiefungen 10 wenigstens teilweise nach Art einer Schneid- oder Wischkante ausgebildet sein.
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Bei Betrieb der erfindungsgemäßen Oberflächenmessvorrichtung gleitet das zweite Teil 6 mit seiner Gleitlagerfläche 8 auf der durch die Auflagerflächenteile 12 gebildeten Auflagerfläche des ersten Teils 4. Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung mit in die Auflagerfläche eingearbeiteten bzw. eingeformten Vertiefungen ergibt sich eine gute Reproduzierbarkeit und Langzeitstabilität der Geometrie der Führungsbahn. Darüber hinaus ist das Präzisionsgleitlager 2 robust gegenüber von außen eingekoppelten Vibrationen. Aufgrund der besonders günstigen Gleiteigenschaften wird bei der Vorschubeinrichtung eine im Vergleich zu dem Stand der Technik geringere Antriebsleistung benötigt, so dass sich eine hohe Laufruhe ergibt. Weiterhin weist die mit einem erfindungsgemäßen Präzisionsgleitlager 2 ausgestattete Vorschubeinrichtung eine gute Positionierbarkeit und auch einen im Vergleich zum Stand der Technik reduzierten Anfahrruck auf. Das erfindungsgemäße Präzisionsgleitlager ist kostengünstig in Herstellung, Wartung und Betrieb.
