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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung von Längen linearer Verschiebungen von Objekten, insbesondere Vorschublängen von Werkzeugen, mit einer parallel zur Verschiebungsrichtung anzuordnenden Maßverkörperungsleiste und einem parallel zu der Maßverkörperungsleiste geführten Messkopf.
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Längenmessvorrichtungen mit einem solchen Grundaufbau sind vor allem als sog. Inkrementalgeber bekannt. Aus einem bei Verschiebung des Messkopfs entlang der Maßverkörperungsleiste erzeugten periodischen Signal des Messkopfs lässt sich die Verschiebungslänge des mit dem Messkopf oder der Maßverkörperungsleiste zu verbindenden Objekts ableiten.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neue, in der Umgebung von Werkzeugmaschinen einsetzbare Messvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen.
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Die diese Aufgabe lösende Vorrichtung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Maßverkörperungsleiste in einem länglichen, sich in seiner Länge parallel zu der Maßverkörperungsleiste erstreckenden Gehäuse angeordnet und der Messkopf in dem Gehäuse in dessen Längsrichtung durch das Objekt relativ zu der Maßverkörperungsleiste entsprechend der zu messenden Verschiebungslänge über ein durch eine Öffnung aus dem Gehäuse herausgeführtes Stabelement bewegbar ist.
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Vorteilhaft lässt sich durch das Gehäuse, dessen Länge maßgebend für den erfassbaren Längenmessbereich der Vorrichtung ist, die Anordnung aus Messkopf und Maßverkörperungsleiste wirksam vor Umgebungseinflüssen schützen. Insbesondere lässt sich diese Anordnung, in welcher der Messkopf innenseitig vorzugsweise gleitend gegen das Gehäuse und/oder die Maßverkörperungsleiste anliegt, vorteilhaft z.B. gegen eindringende Späne abschirmen.
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Es versteht sich, dass Einrichtungen zur Verbindung des Stabelements oder Gehäuses mit einem zu verschiebenden Objekt und/oder Einrichtungen zur Fixierung des Stabelements oder Gehäuses in Bezug auf das Objekt vorgesehen sein können.
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Während es denkbar wäre, das den Messkopf bewegende Stabelement aus dem Gehäuse durch eine sich in Gehäuselängsrichtung erstreckende schmale Schlitzöffnung herauszuführen, ist in einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung das Stabelement als sich in Längsrichtung des Gehäuses erstreckender, durch eine Öffnung in einer Stirnwand des Gehäuses hindurch ragende Führungsstab ausgebildet. Vorteilhaft kann der Messkopf mit dem Stabelement dann parallel zur Verschiebungsrichtung des Objekts stabil geführt sein, indem der Messkopf entlang der Innenseiten des Gehäuses und der Maßverkörperungsleiste und das Stabelement in der Öffnung in der Stirnwand gleitet.
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Vorzugsweise ist das Gehäuse an der Öffnung durch einen das Stabelement umgebenden Dichtungsring aus Elastomermaterial abgedichtet, so dass z.B. weder Bohrflüssigkeit noch Öl in das Gehäuse eindringen kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das Stabelement als elektrische Anschlussleitungen für den Messkopf aufnehmendes Rohr, insbesondere Rundrohr, ausgebildet. Vorteilhaft münden die elektrischen Anschlussleitungen ohne innerhalb des Gehäuses frei zu liegen, direkt in dem mit dem Stabelement verbundenen Messkopf.
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Die Messverkörperungsleiste erstreckt sich vorzugsweise über die gesamte Innenlänge des Gehäuses. Vorteilhaft ist dadurch, eingeschränkt nur durch die Ausdehnung des Messkopfes, die gesamte Innenlänge des Gehäuses zur Längenmessung nutzbar.
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Der gleitend anliegende Messkopf kann mit einem abriebfesten Gleitbelag versehen sein, insbesondere aus PTFE oder Stahlfolie.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein Gleitbelag auf dem Messkopf, insbesondere auf dessen der Maßverkörperungsleiste abgewandten Seite, oder/und ein Gleitbelag am Gehäuse, insbesondere auf dessen der Maßverkörperungsleiste gegenüberliegenden Innenseite, mit einer elastischen Zwischenschicht unterlegt, wobei die Zwischenschicht vorzugsweise durch ein doppeltklebendes Klebeband erzeugt ist.
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Die Messvorrichtung kann als Inkremental- oder Absolutgeber ausgebildet sein, wobei die Maßverkörungsleiste ggf. mehrere Spuren aufweist. In der Ausbildung als Inkrementalgeber erzeugt der Messkörper in Verbindung mit der Maßverkörperungsleiste ein periodisches Signal, vorzugsweise Sinus-Signal. Anhand der periodischen Funktion, insbesondere Sinus-Funktion können Zwischenwerte des Signals zwischen gezählten Extremwerten in Längenwerte umgerechnet werden.
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Die Erfindung ist nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und der beiliegenden, sich auf diese Ausführungsbeispiele beziehenden Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigen:
- 1 eine Schemadarstellung einer Messvorrichtung nach der Erfindung,
- 2 und 3 Detaildarstellungen eines Ausführungsbeispiels der Vorrichtung von 1,
- 4 Detaildarstellungen weiterer Ausführungsbeispiele,
- 5 bis 7 Längenmessungen durch die Vorrichtungen gemäß 1 bis 4 erläuternde Darstellungen, und
- 8 und 9 weitere Ausführungsformen für Messvorrichtungen nach der Erfindung.
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Eine Vorrichtung zur Messung linearer Verschiebungen z.B. eines Werkzeugschlittens für ein Schneidwerkzeug umfasst ein längliches Gehäuse 1, in dem eine zur Längsrichtung des Gehäuses 1 ausgerichtete Maßverkörperungsleiste 2 untergebracht ist. In dem Gehäuse 1 befindet sich ein entlang der Maßverkörperungsleiste 2 bewegbarer Messkopf 3. Der Messkopf 3 lässt sich in Gehäuselängsrichtung durch eine aus dem Gehäuse 1 herausgeführte Zug-/Schubstange 4 bewegen. Bei der gezeigten Messvorrichtung handelt es sich z.B. um einen Inkrementalgeber, dessen Maßverkörperungsleiste 2 z.B. Magnetmaterial in periodischer Anordnung enthält, so dass der entlang der Maßverkörperungsleiste bewegte Messkopf 3 abhängig von der Verschiebungslänge ein periodisches Signal, z.B. Sinus-Signal, erzeugt.
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Zur Messung der Verschiebung z.B. eines Werkzeugschlittens wird die Anordnung aus Zug-/Schubstange 4 und Gehäuse 1 parallel zur Verschiebungsrichtung des Werkzeugschlittens ausgerichtet und die Zug-/Schubstange 4 zur Mitbewegung mit dem Werkzeugschlitten über ein Klemmverbindungsstück 9 mit dem Werkzeugschlitten verbunden, während das Gehäuse 1 in Bezug auf den Werkzeugschlitten an geeigneter Stelle (durch nicht gezeigte Mittel) fixiert wird. Umgekehrt könnte auch der Werkzeugschlitten das Gehäuse 1 bewegen und die Zug-/Schubstange 4 in Bezug auf den Werkzeugschlitten festgelegt sein.
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In der durch ein Rundrohr gebildeten Zug-/Schubstange 4 ist ein Kabel 5 verlegt, das Anschlussleitungen für den Messkopf 3 enthält, über welche der Messkopf 3 mit einer Anzeigeeinrichtung 6 in Verbindung steht.
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Das Gehäuse 1 hat in dem gezeigten Beispiel eine Länge von etwa 20 cm. Die Maßverkörperungsleiste 2 erstreckt sich nahezu über die gesamte Gehäuselänge. Das Gehäuse 1 besteht aus Aluminium, die Zug-/Schubstange 4 aus Stahl. Das Gehäuse 1 weist innen- und außenseitig jeweils einen rechteckigen Querschnitt auf. Abweichend hiervon könnten z.B. auch Gehäuse mit rundem Querschnitt verwendet werden.
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Der in dem gezeigten Beispiel quaderförmige Messkopf 3 liegt gleitend mit drei Seiten gegen die betreffenden Wände des Gehäuses 1 an, mit einer vierten Quaderseite gegen die Maßverkörperungsleiste 2. An allen vier gleitend anliegenden Seiten ist der Messkopf 3 mit einer Gleitschicht 7 aus PTFE versehen und die Maßverkörperungsleiste 2 ist mit einer schützenden Gleitschicht 8 aus einer Stahlfolie verklebt. Die Stahlgleitschicht 8 erstreckt sich zusammen mit der Maßverkörperungsleiste 2 nahezu über die gesamte Länge des Gehäuses 1. Abweichend hiervon könnte umgekehrt die Magnetmaterial aufweisende Maßverkörperungsleiste 2 z.B. mit einer PTFE-Gleitschicht bedeckt sein, während zumindest die der Maßverkörperungsleiste 2 zugewandte Quaderseite des Messkopfs 3 z.B. eine Stahlgleitschicht aufweist.
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In 4a und b ausschnittsweise gezeigte weitere Ausführungsformen weisen eine Gleitschicht 16 auf der Maßverkörperungsleiste 2 und eine aus dem gleichen Material bestehende Gleitschicht 17 auf der der Maßverkörperungsleiste 2 gegenüberliegenden Innenseite des Gehäuses 1 auf. Die Gleitschichten 16 und 17 können z.B. aus PTFE oder Stahl bestehen. Den Gleitschichten 16 und 17 zugewandte Gleitschichten 18 und 19 am Messkopf 3 bestehen ebenfalls z.B. aus Stahl oder PTFE. Es versteht sich, dass in den Paarungen 16,18 und 17,19 aufeinander gleitende Materialien stets unterschiedlich sind.
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Zwischen der Gleitschicht 17 und der Gehäusewand ist eine elastische Zwischenschicht 20 gebildet, die z.B. aus Schaumstoff besteht und z.B. durch eine Zwischenlage eines doppeltklebenden Klebebandes gebildet sein kann, über das die Gleitschicht 17 mit der Gehäusewand verbunden ist. Die elastische Zwischenschicht 20 sorgt für eine gewisse Vorspannung, durch welche der Messkopf reproduzierbar an der Maßverkörperungsleiste 2 anliegt.
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Bei dem Ausführungsbeispiel von 4b ist eine solche elastische Zwischenschicht 21 zwischen der Gleitschicht 19 und dem Messkopf 3 gebildet.
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Wie die 2 und 3 erkennen lassen, weist das Gehäuse 1 Stirnteile 10 und 11 auf, die mit einem Flanschteil 12 bzw. 13 gegen einen Stirnrand des übrigen Gehäuses anliegen und mit dem übrigen Gehäuse verschraubbar sind.
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Das Stirnteil 11 weist eine die Zug-/Schubstange 4 aufnehmende Öffnung 14 auf, wobei ein die Zug-/Schubstange 4 umgebender Dichtungsring 15 aus Elastomermaterial das Gehäuse 1 an der Durchgangsöffnung abdichtet.
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Im Betrieb der Messvorrichtung bewegt sich der Messkopf 3 innerhalb des Gehäuses 1 entsprechend einer zu messenden Verschiebungslänge. Beim Überstreichen der Maßverkörperungsleiste erzeugt der Messkopf 3 z.B. entsprechend einer Anordnung von magnetischem Material in der Maßverkörperungsleiste 2 z.B. ein Sinus-Signal, das eine in dem Messkopf 3 untergebrachte Elektronik vorverarbeitet. Dabei erfasst die Elektronik in bekannter Weise die Anzahl der bei der Verschiebung des Messkopfs 3 in Längsrichtung der Maßverkörperungsleiste 2 ermittelten Extremwerte, z.B. des Sinus-Signals, wobei diese Anzahl einer bestimmten Verschiebungslänge entspricht. Werten des Sinus-Signals zwischen zwei Extremwerten ordnet die Elektronik anhand der Sinus-funktion einen weiteren Längenbetrag zu und übermittelt die Gesamtlänge an die Anzeigeeinrichtung 6.
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Abweichend hiervon könnte der Messkopf 3 der Anzeigeeinrichtung 6 auch z.B. nur das Sinus-Signal übermitteln und die Anzeigeeinrichtung 6 die oben beschriebene Auswertung des Sinus-Signals übernehmen.
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5 und 6 zeigen schematisch ein Gehäuse 1, das an einem Werkzeugschlittenträger 22 befestigt ist. Eine Zug-/Schubstange 4 steht in Verbindung mit einem auf dem Schlittenträger 22 parallel zu dem Gehäuse 1 verschiebbaren Werkzeugträger 23. Die Verbindung zwischen der Zug-/Schubstange 4 und dem Werkzeugschlitten 23 ist über ein Abdeckblech 24 hergestellt, das sich mit der Zug-/Schubstange 4 und dem Werkzeugschlitten 23 mitbewegt und die Zug-/Schubstange vor Spänen schützt.
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Wie 7 erkennen lässt, gleitet das Abdeckblech 24 an einem Ende auf dem Gehäuse 1, wobei an diesem der Zug-/Schubstange 4 abgewandten Ende des Abdeckblechs 24 ein Abstreifer 25 vorgesehen ist.
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8 und 9 zeigen alternative Varianten zur Führung eines innerhalb eines länglichen Gehäuses 1 durch eine Zug-/Schubstange 4 entlang einer Maßverkörperungsleiste 2 bewegten Messkopfs 3. Das Gehäuse 1 weist vier im Rechteck angeordnete Innenwände auf, die jeweils mit einer Gleitschicht 7, z.B. aus Teflon, belegt sind. In dem Messkopf 3 sind (nicht gezeigte) mit der Maßverkörperungsleiste 2 zusammenwirkende Messeinrichtungen, z.B. wie oben beschrieben, untergebracht.
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Der in 8 gezeigte Messkopf 3 weist an seinem der Zug-/Schubstange 4 abgewandten Ende Rollen 26 und 27 auf, wobei jeweils zwei Rollen 26 bzw. 27 an einander gegenüberliegenden Seiten des Messkopfs 3 angebracht und die Rollen 27 auf der Seite der Maßverkörperungsleiste 2 angebracht sind.
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Die Rollen 26,27 können z.B. durch Kugellager gebildet sein, deren äußerer Schalenring drehbar ist und deren innerer Schalenring drehfest auf einer Achse sitzt. Den Rollen 26 und den Rollen 27 kann jeweils eine gemeinsame Achse zugeordnet sein.
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Die Achsen der beiden Rollen 26 sind bzw. deren gemeinsame Achse ist beweglich und federbeaufschlagt, so dass die Rollen 26 den Messkopf gemäß Pfeil 29 in Richtung zu der Maßverkörperungsleiste 2 drücken und der Messkopf dadurch exakt in konstantem Abstand zu der Maßverkörperungsleiste 2 geführt wird.
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Es versteht sich, dass zumindest eines der beiden Rollenpaare durch eine einzige, senkrecht zur Verschiebungsrichtung des Messkopfs 3 in dessen Mitte angeordnete Rolle ersetzt werden könnte, wobei die Beaufschlagung der die Rollen 26 ersetzenden Rolle durch eine Feder z.B. durch eine die Rollenachse bewegende Gabel oder/und Wippe erfolgen könnte.
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Alternativ zu einer Federbeaufschlagung der Achsen könnten die Rollen 26 einen elastischen Ringbelag aufweisen, durch den eine Vorspannung gemäß Pfeil 29 erreicht wird.
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Bei dem Ausführungsbeispiel von 9 sind anstelle der Rollen 26,27 Gleiteinsätze 30,31, z.B. aus Stahl oder Teflon, an dem Messkopf 3 gebildet. Auf einander gegenüberliegenden Seiten des Messkopfs 3 ist jeweils ein Gleiteinsatz 30 bzw. 31 angeordnet. Der Gleiteinsatz 30 auf der der Maßverkörperungsleiste 2 abgewandten Seite des Messkopfs 3 ist durch eine Feder 32 beaufschlagt, so dass der Messkopf 3 gemäß Pfeil 33 in Richtung zu der Maßverkörperungsleiste 2 gedrückt wird. Durch diese Vorspannung ist ein konstanter Abstand des Messkopfs 3 zur Maßverkörperungsleiste 2 gesichert. Zudem ergibt sich, wie auch bei dem Ausführungsbeispiel von 9, ein reproduzierbarer Widerstand des Messkopfs 3 gegen Verschiebung in Längsrichtung zur Zug-/Schubstange 4.
