DE102017210985A1

DE102017210985A1 - Befestigung einer Kolben-/Zylindereinheit zur Gewichtskraftkompensation

Info

Publication number: DE102017210985A1
Application number: DE102017210985.8A
Authority: DE
Inventors: Oliver Jacobs
Original assignee: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH
Current assignee: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH
Priority date: 2017-06-28
Filing date: 2017-06-28
Publication date: 2019-01-03

Abstract

Es wird eine Befestigungsanordnung zur Befestigung einer Kolben-/Zylindereinheit (26) zur pneumatischen und/oder hydraulischen Kompensation einer Gewichtskraft eines in vertikaler Richtung beweglichen Maschinenteils vorgestellt, wie insbesondere der Pinole (3) eines Koordinatenmessgeräts, wobei die Befestigungsanordnung folgendes aufweist:- eine tragende Struktur (22), an der eine Kolbenstange (25) der Kolben-/Zylindereinheit (26) aufgehängt ist, wobei sich die Kolbenstange (25) mit ihrer Längsrichtung im Wesentlichen in vertikaler Richtung erstreckt,- eine mechanische Ausgleichseinheit (24), die die Kolbenstange (25) einerseits und die tragende Struktur (22) andererseits verbindet, wobei die mechanische Ausgleichseinheit (24) lineare Verschiebungen zwischen der Kolbenstange (25) und der tragenden Struktur (22) in einer senkrecht zur Längsachse der Kolbenstange (25) stehenden Ebene zulässt, wie auch Rotationen der Kolbenstange (25) relativ zur tragenden Struktur (22) um Drehachsen zulässt, die parallel zu der besagten senkrecht zur Längsachse der Kolbenstange (25) stehenden Ebene liegen. Die Besonderheit der Befestigungsanordnung ist hierbei, dass die mechanische Ausgleichseinheit (24) für die besagten linearen Verschiebungen zwischen der Kolbenstange (25) und der tragenden Struktur (22) in der senkrecht zur Längsachse der Kolbenstange (25) stehenden Ebene zumindest ein Seil (28a-28c) umfasst, das die tragende Struktur (22) oder ein hiermit in Verbindung stehendes Bauteil (33) und die Kolbenstange (25) oder ein hiermit in Verbindung stehendes Bauteil (34) miteinander verbindet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Befestigungsanordnung zur Befestigung einer Kolben-/Zylindereinheit zur pneumatischen und/oder hydraulischen Kompensation einer Gewichtskraft eines in vertikaler Richtung beweglichen Maschinenteils, insbesondere der Pinole eines Koordinatenmessgeräts gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Eine solche Befestigungsanordnung ist aus der Druckschrift DE 10 2008 053 227 A1 bekannt. Bei der hierin beschriebenen Befestigungsanordnung umfasst das, was in unserem Oberbegriff des Anspruches 1 als „mechanische Ausgleichseinheit“ bezeichnet ist, folgendes:

1.) Ein horizontal ausgerichtetes Lager, das eine Linearbewegung zulässt, wobei dieses Lager lineare Verschiebungen zwischen der Kolbenstange und der tragenden Struktur in einer senkrecht zur Längsachse der Kolbenstange stehenden Ebene zulässt.
2.) Eine Kugelscheibe und eine damit zusammenwirkende Kegelpfanne, die in der betreffenden Druckschrift als „Ausgleichseinrichtung“ beschrieben sind. Hierdurch werden Rotationen der Kolbenstange relativ zur tragenden Struktur um Drehachsen ermöglicht, die parallel zu der besagten senkrecht zur Lenksachse der Kolbenstange stehenden Ebene liegen.

Durch die genannte Befestigungsanordnung kann die Kolbenstange relativ zur tragenden Struktur also sowohl Translationsbewegungen entlang der besagten horizontal liegenden Ebene ausführen, als auch Rotationen um Achsen ausführen, die parallel zu dieser Ebene liegen. Die Translationsbewegungen finden hierbei kontinuierlich während des Betriebes des besagten Maschinenteils statt und dienen dem Ausgleich von seitlichen Bewegungen zwischen dem oberen Ende der Kolbenstange und der tragenden Struktur im Betrieb des Maschinenteils. Die Rotationsbewegungen werden hingegen nur bei der Montage der Befestigungsanordnung verwendet. Hierbei werden Verkippungen zwischen der Kolbenstange und der tragenden Struktur einmalig ausgeglichen.
Diese Befestigungsanordnung funktioniert grundsätzlich. Im Dauerbetrieb der eben beschriebenen Befestigungsanordnung stellt sich jedoch heraus, dass es zu Beschädigungen der Dichtung zwischen der Kolbenstange und dem Anbindeflansch des Zylinders kommt.
Diese Dichtung versagt dann. Außerdem kann es auch zu Beschädigungen der Dichtung zwischen dem Kolben und der Innenwand des Zylinders kommen. Die besagten Beschädigungen werden hierbei dadurch hervorgerufen, dass lineare Verschiebungen zwischen der Kolbenstange und der tragenden Struktur durch das besagte Lager nicht kräftefrei erfolgen, sodass hierdurch insbesondere auf die Kolbenstange und gegebenenfalls auch den Kolben Kräfte ausgeübt werden, die dann zur Zerstörung der besagten Dichtung zwischen Kolbenstange und Anbindeflansch und ggf. auch der Dichtung zwischen dem Kolben und der Zylinderinnenwand führen.
Außerdem hat sich die horizontale Ausrichrichtung der tragenden Struktur relativ zur Kolbenstange als schwierig erwiesen, da die Kolbenstange exakt zentrisch durch die Bohrung in der Tragstruktur gehen muss, um den maximalen Weg des horizontal ausgerichteten Lagers nutzen zu können.
Aufgabe ist es hiervon ausgehend, eine einfach zu montierende Befestigungsanordnung der oben genannten Art anzugeben, mit der die Lebenserwartung der Kolben-/Zylindereinheit erhöht werden kann.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Anspruches 1 gelöst. Die Besonderheit der erfindungsgemäßen Lösung ist hierbei darin zu sehen, dass die mechanische Ausgleichseinheit für die besagten linearen Verschiebungen zwischen der Kolbenstange und der tragenden Struktur in der senkrecht zur Längsachse der Kolbenstange stehenden Ebene zumindest ein Seil umfasst, das die tragende Struktur oder ein hiermit in Verbindung stehendes Bauteil und die Kolbenstange oder ein hiermit in Verbindung stehendes Bauteil miteinander verbindet.
Der Vorteil ist hierbei darin zu sehen, dass die besagten linearen Verschiebungen zwischen der Kolbenstange und der tragenden Struktur in der senkrecht zur Längsachse der Kolbenstange stehenden Ebene bei relativ geringen Verschiebungen nahezu kräftefrei erfolgen. Hierdurch wird die Lebenserwartung der Kolben- / Zylindereinheit deutlich erhöht.
Außerdem kann auf eine präzise horizontale Ausrichtung der tragenden Struktur relativ zur Kolbenstange verzichtet werden, da das besagte Seil kleinere Unterschiede in horizontaler Richtung problemlos ausgleicht.
Prinzipiell reicht ein einziges Seil um die besagten linearen Verschiebungen zwischen der Kolbenstange und der tragendenden Struktur in einer senkrecht zur Längsachse der Kolbenstange stehenden Ebene zu ermöglichen. Reißt jedoch das Seil, könnte es für den Bediener des Koordinatenmessgerätes prinzipiell zu gefährlichen Situationen kommen, da die Gewichtskraft des vertikal beweglichen Maschinenteils dann nicht mehr kompensiert wird. Außerdem kommt zur dann unkompensierten Gewichtskraft des vertikal beweglichen Maschinenteils zusätzlich dann noch die Gewichtskraft der Kolben-/Zylindereinheit hinzu. Sofern die Antriebe diese Gewichtskräfte des in vertikaler Richtung beweglichen Maschinenteils dann nicht mehr halten können, könnte dieses Maschinenteil dann herunterfallen und möglicherweise den Bediener verletzen. Eine vorteilhafte mechanische Ausgleichseinheit sollte daher wenigstens drei parallele Seile umfassen, die die tragende Struktur oder ein hiermit in Verbindung stehendes Bauteil und die Kolbenstange oder ein hiermit in Verbindung stehendes Bauteil miteinander verbinden.
Um die Seile im Bereich der tragenden Struktur und im Bereich der Kolbenstange gut befestigen zu können, kann in einer vorteilhaften Weiterbildung an der tragenden Struktur eine erste Platte befestigt sein und im Bereich der Kolbenstange eine zweite Platte vorgesehen sein, die die Kolbenstange trägt, wobei die wenigstens drei parallelen Seile jeweils an der ersten Platte befestigt sind und auch an der zweiten Platte befestigt sind. Hierdurch ergibt sich im Übrigen auch der besondere Vorteil, dass hierdurch die zweite Platte hinsichtlich Rotationen um Drehachsen, die parallel zu einer senkrecht auf die Längsachse der Kolbenstange stehenden Ebene liegen, relativ steif ist, während lineare Bewegungen in Richtung dieser Ebene nahezu kräftefrei möglich sind.
Als Seil können hierbei natürlich grundsätzlich unterschiedliche Formen von Seilen verwendet werden. So sind Seile aus Naturfasern, Kunstfasern oder Drähten bekannt. Wegen der hohen Zugfestigkeit wird man jedoch vorzugsweise Seile verwenden, die aus Stahldrähten gefertigt sind, also Stahlseile. Ganz besonders vorteilhaft sind hierbei vorkonfektionierte Stahlseile, die an ihren beiden Enden jeweils mit einer Kugel abschließen. Hierdurch nämlich haben die verwendeten Stahlseile von vornherein die gewünschte Länge und können auch relativ schnell montiert werden.
Zur Montage der besagten Seile kann die erste Platte und/oder die zweite Platte Aufnahmebereiche, wie insbesondere Kugelpfannen oder zylindrische Aussparungen aufweisen, durch die die Kugeln an den Enden der Seile in einem vordefinierten Bereich an der ersten Platte oder der zweiten Platte gehalten werden.
Um die Kugeln der Seile in die eben beschriebenen Aufnahmebereiche (Kugelpfannen oder zylindrische Aussparung) einzubringen, kann die erste Platte und/oder die zweite Platte Nuten aufweisen, durch die hindurch die Seile durchgeführt werden müssen, um die Kugeln in den jeweiligen Aufnahmebereichen positionieren zu können. Die Ausrichtung dieser Nuten sollte so ausgeführt sein, dass ein Durchführen der Seile in umgekehrter Richtung im montieren Zustand unmöglich ist.
Um Rotationen der Kolbenstange relativ zur tragenden Struktur um Drehachsen zuzulassen, die parallel zu der besagten, senkrecht zur Längsachse der Kolbenstange stehenden Ebene liegen, sind unterschiedliche Ausführungsvarianten denkbar. Beispielsweise könnte ein Kugelgelenk verwendet werden. Besonders vorteilhaft werden jedoch eine Kugelscheibe und eine mit der Kugelschreibe zusammenwirkende Kegelpfanne eingesetzt, da eine solche Anordnung sehr kostengünstig ist.
Auch die Lage der mechanischen Elemente, die die Rotationen der Kolbenstange relativ zur tragenden Struktur innerhalb der mechanischen Ausgleichseinheit ermöglichen, kann variieren. Beispielsweise könnte die Kolbenstange starr an der zweiten Platte befestigt sein, die über die Seile mit der ersten Platte verbunden ist. Die erste Platte hingegen könnte dann über ein Kugelgelenk mit der tragenden Struktur verbunden sein.
Die besagten Rotationen werden vorzugsweise nur einmalig während der Montage der Befestigungsanordnung genutzt, um die Ausrichtung der Kolbenstange relativ zur zweiten Platte zu korrigieren. Im späteren Betrieb findet keine Rotation mehr statt. Hierdurch werden im Wesentlichen Verkippungen zwischen der zweiten Platte und der Kolbenstange ausgeglichen, die daher rühren, dass die zweite Platte nicht exakt horizontal ausgerichtet ist infolge von unterschiedlichen Seillängen.
Um dies zu realisieren müsste die mechanische Ausgleichseinheit, um Rotationen der Kolbenstange relativ zur tragenden Struktur um Drehachsen zu ermöglichen, die parallel zu der besagten senkrecht zur Längsachse der Kolbenstange stehenden Ebene liegen, mechanische Elemente umfassen, über die eine Rotation während der Montage ermöglicht ist, wohingegen während des Betriebes des beweglichen Maschinenteils keine Rotationen stattfinden. Solche mechanischen Elemente wären beispielsweise die Kugelscheibe und die hiermit zusammenwirkende Kegelpfanne, sofern eine ausreichend große Reibung zwischen diesen Elementen besteht, die zur Durchführung einer Rotation überwunden werden müsste. Genauso kann auch ein Kugelgelenk eingesetzt werden, das dann in einer jeweiligen Drehstellung geklemmt wird.
Hinsichtlich des Begriffes „Rotationen der Kolbenstange relativ zur tragenden Struktur“ ist hierbei folgendes anzumerken. Diese Formulierung bedeutet nicht zwingend, dass bei einer Ausrichtung während der Montage auch tatsächlich eine Rotation der Kolbenstange relativ zur tragenden Struktur stattfinden muss. Vielmehr wird beispielsweise, soweit die im Zusammenhang mit der Figurenbeschreibung gezeigte Ausführungsform verwendet wird, tatsächlich bei der Ausrichtung während der Montage die zweite Platte relativ zur Kolbenstange solange rotiert, bis die zweite Platte gleichmäßig auf den Seilenden aufliegt und zwischen der Kolbenstange und der zweiten Platte nahezu keine Drehmomente mehr bestehen. Hierbei wird also die Kolbenstange relativ zu Teilen der mechanischen Ausgleichseinheit (hier insbesondere der zweiten Platte) rotiert. Zu einer Rotation der Kolbenstange relativ zur tragenden Struktur muss es nicht zwangsläufig kommen. Entscheidend ist allerdings, dass trotzdem Rotationen der Kolbenstange relativ zur tragenden Struktur möglich sind.
Hinsichtlich der Maschine kann es sich um vollkommen unterschiedliche Maschinen handeln, die ein vertikal bewegliches Maschinenteil aufweisen. Vorzugsweise handelt es sich hierbei um ein Koordinatenmessgerät oder eine Werkzeugmaschine. Besonderheit dieser Maschine ist hierbei eine erfindungsgemäße Befestigungsanordnung, wobei der Zylinder der Kolben-/Zylindereinheit Teil des in vertikaler Richtung beweglichen Maschinenteils ist.
Weitere Vorteile und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Figuren. Hierin zeigen:

1: ein Koordinatenmessgerät 19 als Portalmessgerät, an dem eine erfindungsgemäße Befestigungsanordnung verwendet wird
2: eine rein schematische Darstellung des zweiten Messschlittens 20 des Koordinatenmessgerätes 19 aus 1, bei dem die vordere Verkleidung des zweiten Messschlittens 20 abgenommen wurde.
3: ausschnittsweise Darstellung des oberen Bereiches der Darstellung aus 2
4: ausschnittsweise perspektivische Darstellung des oberen Bereiches der Darstellung aus 2.

1 zeigt nur rein schematisch ein Koordinatenmessgerät 19, bei dem eine nicht näher gezeigte erfindungsgemäße Befestigungsanordnung eingesetzt wird, wie dies weiter unten im Zusammenhang mit 2 bis 4 noch näher ausgeführt wird. Das hier rein beispielhaft dargestellte Koordinatenmessgerät 19 ist hierbei in sogenannter Portalbauweise ausgeführt, wobei entlang von zwei parallelen Führungen im Bereich des Messtisches 1 ein erster Messschlitten 2 in Form eines Portals beweglich geführt ist. Zur Messung der Position des Portals ist ein Maßstab 9 mit einem entsprechenden Ablesesensor vorgesehen, der hier nicht näher dargestellt ist. Außerdem ist ein Antrieb vorgesehen, der den ersten Messschlitten 2 in der mit dem Pfeil y bezeichneten Richtung entlang der Führung verfahren kann. Entlang der die Basis (Messtisch 1) horizontal überspannenden Traverse des portalförmigen ersten Messschlittens 2, ist ein zweiter Messschlitten 20 (oft als x-Schlitten bezeichnet) beweglich geführt, wobei dieser zur Positionsmessung in der mit dem Pfeil x bezeichneten Richtung einen Maßstab 10 mit zugehörigem Ablesesensor aufweist. Über einen zweiten Antrieb kann der zweite Messschlitten 20 in der mit dem Pfeil x bezeichneten Richtung bewegt werden. An dem zweiten Messschlitten 20 wiederum ist in vertikaler Richtung ein dritter Messschlitten 3 (oftmals als Pinole bezeichnet) beweglich geführt, wobei die Position des Messschlittens 3 in der mit dem Pfeil z bezeichneten Richtung über einen Maßstab 11 mit zugehörigem Ablesesensor ermittelt werden kann und ebenfalls ein Antrieb vorgesehen ist, um den dritten Messschlitten 3 in der dritten Koordinatenrichtung z zu bewegen. Am unteren Ende des dritten Messschlittens 3 ist eine Dreheinheit 8 in Form eines Dreh-Schwenkgelenkes befestigt, über die ein hieran befestigter taktiler Sensor 4 mit seinem Taster 5 um zwei senkrecht aufeinander stehende Drehachsen rotiert werden kann. Natürlich kann der taktile Sensor 4 auch direkt am dritten Messschlitten 3 befestigt sein. Anstelle eines taktilen Sensors 4 kann auch ein optischer Sensor verwendet werden.
Auf dem Messtisch 1 ist hierbei ein Werkstück 6 angeordnet, das durch Bewegung der drei Messschlitten 2, 20, 3 vom taktilen Sensor 4 abgetastet wird, wobei aus den Signalen des Sensors 4 und aus den Maßstabspositionen der Maßstäbe 9, 10, 11 Messwerte auf der Oberfläche des zu vermessenden Werkstückes 6 ermittelt werden. Der Regler für die Regelung der Antriebe der Messschlitten 2, 20, 3 befindet sich in der Steuerung 7. Außerdem werden von der Steuerung 7 auch die Maßstabswerte der Maßstäbe 9, 10, 11 ausgelesen, sowie die Signale des Sensors 4. Mit der Steuerung 7 verbunden ist weiterhin ein Messrechner 17. Der Messrechner 17 dient hierbei dazu, einen Messablauf zu erstellen und die zur Ausführung des Messablaufes notwendigen Informationen an die Steuerung 7 zu übergeben. Die Steuerung 7 führt den Messablauf dann durch. Die Steuerung 7 wiederum liefert dann unter anderem die ermittelten Messwerte des Werkstückes 6 an den Messrechner 17 zurück, wo die rückgelieferten Werte dann vom Messrechner 17 ausgewertet werden. Mit dem Bezugszeichen 13 ist weiterhin ein Bedienpult bezeichnet, das mit der Steuerung 7 verbunden ist, wobei hierüber die Antriebe des Koordinatenmessgerätes 19 manuell verstellt werden können.
2 zeigt eine rein schematische Darstellung des zweiten Messschlittens 20 aus dem Koordinatenmessgerät 19 aus 1, bei dem die vordere Verkleidung dieses zweiten Messschlittens 20 abgenommen wurde. Gleiche Bezugszeichen wie in 1 bezeichnen hierbei gleiche Bauteile.
Die Vertikalbewegung des dritten Messschlittens (Pinole 3) in der mit dem Pfeil z bezeichneten Richtung ist, wie schematisch durch die mit 15 bezeichneten Luftlager angedeutet, beweglich gelagert. Die Luftlager 15 sind hierbei in Form von zwei Lagerkäfigen vorgesehen, die den dritten Messschlitten 3 jeweils vollständig umschließen, wobei diese Lagerkäfige auf jeder ihrer Innenflächen Luftlagerflächen aufweisen. Über ein Reibrad 14, das an der Außenoberfläche des dritten Messschlittens (Pinole 3) abrollt, wird die Vertikalbewegung angetrieben. Das Reibrad 14 ist hierzu mit einem nicht zu sehenden Elektromotor verbunden. Die Luftlager 15, wie auch der Elektromotor mit dem Reibrad 14 sind an tragenden Strukturen des Messschlittens 20 befestigt, die hier pauschal mit dem Bezugszeichen 22 bezeichnet sind.
Ebenfalls von der tragenden Struktur 22 des zweiten Messschlittens 20 getragen ist eine Kolbenstange 25 einer Kolben-/Zylindereinheit 26, die die Gewichtskraft des dritten Messschlittens (Pinole 3) kompensiert. Da sich wesentliche Teile der Kolben-/Zylindereinheit 26, nämlich der Zylinder 41, der Kolben und auch Teile der Kolbenstange 25, im Inneren des dritten Messschlittens (Pinole 3) befinden, sind diese strichliniert dargestellt. Der Abschnitt der tragenden Struktur 22, der in dem Ausführungsbeispiel als obere Platte des Messschlittengehäuses des zweiten Messschlittens 20 ausgestaltet ist, befindet sich oberhalb des oberen Endes des dritten Messschlittens (Pinole 3) in einem Abstand zu dem dritten Messschlitten (Pinole 3), so dass der dritte Messschlitten (Pinole 3) in vertikaler Richtung auf die tragende Struktur 22 zu bewegt werden kann. Bei einer solchen Vertikalbewegung des dritten Messschlittens (Pinole 3) wird jedoch die Kolbenstange 25 nicht mitbewegt. Unterhalb der tragenden Struktur 22 (hier die obere Platte des Messschlittengehäuses) befindet sich das obere, freie Ende der Kolbenstange 25. Dort sind auch weitere Teile einer Befestigungsanordnung erkennbar, mit der die Kolbenstange 25 zur Festlegung in vertikaler Richtung befestigt ist. Die weiteren Teile der Befestigungsanordnung sind in 2 pauschal mit dem Bezugszeichen 27 bezeichnet.
3 und 4 zeigen hierbei jeweils Ausschnittsweise den oberen Bereich der Darstellung aus 2, wobei 3 eine gegenüber 2 vergrößerte Darstellung des oberen Bereiches der Darstellung aus 2 darstellt und 4 eine perspektivische Darstellung des oberen Bereiches der Darstellung aus 2 darstellt. Gleiche Bezugszeichen wie in 2 und 1 bezeichnen hierbei wiederum die gleichen Bauteile.
Anhand der 3 und 4 soll nunmehr im Detail die erfindungsgemäße Befestigungsanordnung 27 erläutert werden. Wie hieraus zu sehen, durchdringt die Kolbenstange 25 der Kolben-/Zylindereinheit 26 eine mit dem Bezugszeichen 34 bezeichnete Platte, die im Folgenden als „zweite Platte 34“ bezeichnet wird. Am oberen Ende der Kolbenstange 25 sind hierbei zwei gegeneinander gekonterte Muttern 39a, 39b aufgeschraubt. Die gegeneinander gekonterten Muttern 39a und 39b wiederum stützen sich auf einer Kugelscheibe 37 auf, die mit einer darunterliegenden Kegelpfanne 38 zusammenwirkt. Durch die Kugelscheibe 37 und die Kegelpfanne 38 können die Kolbenstange 25 und die zweite Platte 34 relativ zueinander rotiert werden um Drehachsen, die parallel zu einer Ebene stehen, welche senkrecht zur Längsachse der Kolbenstange 25 ausgerichtet ist. Weitere Details dieser Zusammenwirkung können auch der eingangs genannten Druckschrift DE 10 2008 053 227 A1 entnommen werden. In dieser Druckschrift weisen die betreffenden Bauelemente die Bezugszeichen 33 und 34 auf und sind beispielsweise im Zusammenhang mit 2 und 4 detailliert erläutert.
Da die zweite Platte 34, wie weiter unten noch detailliert erläutert werden wird, hinsichtlich Rotationen um Drehachsen relativ zur tragenden Struktur 22 unbeweglich ist, können durch die Kugelscheibe 37 und die Kegelpfanne 38 auch Rotationen der Kolbenstange 25 relativ zur tragenden Struktur 22 um Drehachsen erfolgen, die parallel zu der besagten senkrecht zur Längsachse der Kolbenstange stehenden Ebene liegen. Diese Rotationen werden, wie oben bereits dargelegt, nur einmalig bei der Montage der Befestigungsanordnung verwendet, um die Kolbenstange 25 relativ zur zweiten Platte 34 zu rotieren und hierdurch Abweichungen der zweiten Platte 34 gegenüber der Horizontalebene infolge von unterschiedlichen Seillängen (siehe unten) der drei Stahlseile 28a, 28b und 28c auszugleichen. Im späteren Betrieb finden dann keine Rotationen mehr statt, da die Reibung zwischen Kugelscheibe 37 und Kegelpfanne 38 relativ hoch ist. Die zweite Platte 34 ist über die besagten drei Stahlseile 28a, 28b und 28c mit einer ersten Platte 33 verbunden, die wiederrum durch drei Schrauben 36a, 36b, und 36c an der Tragstruktur 22 (obere Platte des Messschlittengehäuses) festgeschraubt ist. Durch die drei Seile 28a bis 28c können die besagten linearen Verschiebungen zwischen der Kolbenstange 25 und der tragenden Struktur 22 in der senkrecht zur Längsachse zur Kolbenstange stehenden Ebene erfolgen. Obwohl natürlich prinzipiell neben den besagten linearen Verschiebungen prinzipiell auch andere Bewegungen möglich sind, ist die zweite Platte 34 insbesondere hinsichtlich Rotationen der Kolbenstange 25 relativ zur tragenden Struktur 22 um Drehachsen, die parallel zu der besagten senkrecht zur Längsachse der Kolbenstange 25 stehenden Ebene liegen, weitgehend steif. Der Grund hierfür ist folgender. Wie bereits oben ausgeführt, sind aufgrund der Reibung zwischen der Kugelscheibe 37 und der hierzu zugeordneten Kegelpfanne 38 relativ hohe Drehmomente erforderlich, um Rotationen zwischen diesen beiden Bauteilen zu erzeugen, sodass im späteren Betrieb keine solchen Rotationen mehr stattfinden. Das Ende der Kolbenstange 25 und die zweite Platte 34 sind also gewissermaßen steif miteinander verbunden.. Andererseits setzt eine Rotation der zweiten Platte 34 um die Enden der Seile 28a bis 28c ebenfalls relativ hohe Drehmomente voraus, da hierzu die zweite Platte 34 um zumindest eines der Seilenden rotiert werden muss. Zu derartig hohen Drehmomenten kommt es jedoch im späteren Betrieb nicht, da die Kolbenstange 25 bereits während der Montage durch Rotationen zwischen Kugelscheibe 37 und Kegelpfanne 38 so relativ zur zweiten Platte 34 ausgerichtet wurde, dass praktisch keine Drehmomente mehr bestehen. Seitliche Verschiebungen hingegen werden durch die Seile 28a bis 28c aufgenommen. Damit bieten die Seile 28a bis 28c in vertikaler Richtung eine hohe Steifigkeit. In horizontaler Richtung hingegen kann die zweite Platte 34 nahezu reibungsfrei verschoben werden und hierdurch Unterschiede ausgleichen.
Im Weiteren soll nunmehr die Montage der Seile 28a bis 28c näher erläutert werden.
Dazu wird zunächst einmal vorausgeschickt, dass es sich bei den drei Seilen 28a - 28c jeweils um vorkonfektionierte Stahlseile handelt, die an ihren beiden Enden jeweils mit einer Kugel abschließen.
In einem ersten Schritt werden die drei Seile 28a bis 28c an der zweiten Platte 34 befestigt. Die Befestigung wird hierbei exemplarisch für das Seil 28a beschrieben. Die Befestigung erfolgt hierbei, indem zunächst die untere Kugel des Seils 28a in einen Aufnahmebereich (Kugelpfanne oder zylindrische Aussparung) der zweiten Platte 34 eingelegt wird. Der Aufnahmebereich befindet sich hierbei im Fall der zweiten Platte 34 auf der Unterseite der zweiten Platte 34. Sodann wird das Seil 28a durch die jeweils korrespondierende Nut 29a durchgeführt, sodann durch die Nut 32 hindurchgeführt und in einem letzten Schritt durch die Nut 30a hindurchgeführt. Genau dasselbe Vorgehen erfolgt analog auch für die Seile 28b und 28c, wobei in 3 und 4 die entsprechenden Nuten 29b und 29c nicht zu sehen sind.
In einem zweiten Schritt werden die so montierten Seile durch ein Loch in der tragenden Struktur 22 (das heißt ein Loch in der oberen Abschlussplatte des Messschlittengehäuses) hindurchgeführt. Danach wird jedes der Seile 28a bis 28c jeweils durch eine der Nuten 31a bis 31c in der ersten Platte 33 durchgeführt und danach die Kugeln 35a bis 35c an den oberen Enden der Seile 28a bis 28c in einem Aufnahmebereich, der hier als Kugelpfanne ausgestaltet ist, an der ersten Platte 33 platziert. Die Aufnahmebereiche befinden sich, wie aus 4 sichtbar, diesmal auf der Oberseite der ersten Platte 33. Natürlich geht dieser zweite Schritt nur, da die erste Platte 33 noch nicht über die drei Schrauben 36a bis 36c an der tragenden Struktur 22 festgeschraubt ist.
Nachdem also die Kugeln 35a bis 35c der Seile 28a bis 28c jeweils in einem Aufnahmebereich (Kugelpfanne) der ersten Platte 33 platziert sind, wird in einem dritten Schritt die Platte mit den hieran lose befestigten Seilen über die Schrauben 36a bis 36c an der tragenden Struktur 22 (obere Abschlussplatte des Messschlittengehäuses) festgeschraubt. Da das Loch in der tragenden Struktur 22 (obere Abschlussplatte des Messschlittengehäuses) einen so geringen Durchmesser aufweist, dass dieses Loch komplett von der ersten Platte 33 überdeckt wird, besteht nunmehr keine Gefahr mehr, dass die Seile wieder ausgehängt werden können.
Genauso sind auch die Nuten 29a bis 29c und 30a bis 30c und 32 der zweiten Platte 34 damit so angelegt, dass ein Durchführen der Seile 28a bis 28c in umgekehrter Richtung im montierten Zustand nunmehr ebenfalls unmöglich ist.
In einem vierten und letzten Schritt wird nunmehr noch die Kolbenstange 25 durch eine zentrale Bohrung in der zweiten Platte 34 hindurchgeführt. Außerdem wird auf die Kegelpfanne 38, die bereits vorher fest mit der zweiten Platte 34 verbunden war, die Kugelscheibe 37 aufgelegt und auf das Außengewinde der Kolbenstange 25 die Mutter 39a aufgeschraubt und hiergegen die Mutter 39b gekontert. Damit ist die Befestigungsanordnung nunmehr einsatzbereit. Die erste Platte 33, die Seile 28a bis 28c, die zweite Platte 34, die Kegelpfanne 38 und die Kugelscheibe 37 zeigt damit eine mögliche Ausführungsform einer „mechanischen Ausgleichseinheit 24“, da diese mechanische Ausgleichseinheit 24 einerseits die Kolbenstange 25 und die tragende Struktur 22 (obere Abschlussplatte des Messschlittengehäuses) miteinander verbindet und diese mechanische Ausgleichseinheit 24 lineare Verschiebungen zwischen der Kolbenstange 25 und der tragenden Struktur 22 in einer senkrecht zur Längsachse der Kolbenstange 25 stehenden Ebene zulässt, wie auch Rotationen der Kolbenstange 25 relativ zur tragenden Struktur 22 um Drehachsen zulässt, die parallel zur besagten senkrecht zur Längsachse der Kolbenstange stehenden Ebene liegen.
Damit ist durch die Figurenbeschreibung also folgendes gezeigt:
Eine Befestigungsanordnung 27 zur Befestigung einer Kolben-/Zylindereinheit 26 zur pneumatischen und/oder hydraulischen Kompensation einer Gewichtskraft eines in vertikaler Richtung beweglichen Maschinenteils, insbesondere der Pinole 3 eines Koordinatenmessgerätes, wobei die Befestigungsanordnung 27 folgendes aufweist:

- eine tragende Struktur 22 an der eine Kolbenstange 25 der Kolben-/Zylindereinheit 26 aufgehängt ist, wobei sich die Kolbenstange mit ihrer Längsrichtung im Wesentlichen in vertikaler Richtung erstreckt
- eine mechanische Ausgleichseinheit 24, die die Kolbenstange 25 einerseits und die tragende Struktur 22 andererseits verbindet, wobei die mechanische Ausgleichseinheit 24 lineare Verschiebungen zwischen der Kolbenstange 25 und der tragenden Struktur 22 in einer senkrecht zur Längsachse der Kolbenstange stehenden Ebene zulässt, wie auch Rotationen der Kolbenstange 25 relativ zur tragenden Struktur 22 und Drehachsen zulässt, die parallel zu der besagten senkrecht zur Längsachse der Kolbenstange 25 stehenden Ebene liegen.

Insbesondere ist hierbei gezeigt, dass die mechanische Ausgleichseinheit 24 für die besagten linearen Verschiebungen zwischen der Kolbenstange 25 und der tragenden Struktur 22 in der senkrecht zur Längsachse der Kolbenstange stehenden Ebene zumindest ein Seil (siehe Seile 28a bis 28c) umfasst, das ein mit der tragenden Struktur 22 in Verbindung stehendes Bauteil (erste Platte 33) und ein mit der Kolbenstange 25 in Verbindung stehendes Bauteil (zweite Platte 34) miteinander verbindet. Die gezeigte mechanische Ausgleichseinheit 24 umfasst hierbei drei parallele Seile (28a bis 28c) die ein mit der tragenden Struktur 22 in Verbindung stehendes Bauteil (erste Platte 33) und ein mit der Kolbenstange 25 in Verbindung stehendes Bauteil (zweite Platte 34) miteinander verbinden. Dabei ist an der tragenden Struktur 22 eine erste Platte 33 befestigt und im Bereich der Kolbenstange 25 eine zweite Platte 34 vorgesehen, die die Kolbenstange 25 trägt, wobei die drei parallelen Seile 28a bis 28c jeweils an der ersten Platte 33 befestigt sind und auch an der zweiten Platte 34 befestigt sind. Jedes der besagten Seile 28a-28c ist hierbei als vorkonfektioniertes Stahlseil ausgeführt, das an seinen beiden Enden jeweils mit einer Kugel (35a-35c sind die Bezugszeichen der Kugeln an den oberen Enden, die Kugeln an den unteren Enden weisen kein Bezugszeichen auf, da diese Kugeln in den Darstellungen nicht zu sehen sind) abschließt. Sowohl die erste Platte 33, wie auch die zweite Platte 34, weisen Aufnahmebereiche, insbesondere Kugelpfannen oder zylindrische Aussparungen auf, durch die die Kugeln (35a-35c sind die Bezugszeichen der Kugeln an den oberen Enden, die Kugeln an den unteren Enden weisen kein Bezugszeichen auf, da diese Kugeln in den Darstellungen nicht zu sehen sind) an den Enden der Seile 28a-28c in einem vordefinierten Bereich an der ersten Platte 33 und an der zweiten Platte 34 gehalten werden. Sowohl die erste Platte 33, wie auch die zweite Platte 34 weisen Nuten auf (siehe Nuten 31a bis 31c in der ersten Platte 33 und Nuten 29a bis 29c; 32; 30a bis 30c in der zweiten Platte 34) durch die hindurch die Seile 28a bis 28c durchgeführt werden müssen, um die Kugeln (35a-35c sind die Bezugszeichen der Kugeln an den oberen Enden, die Kugeln an den unteren Enden weisen kein Bezugszeichen auf, da diese Kugeln in den Darstellungen nicht zu sehen sind) in den jeweiligen Aufnahmebereichen positionieren zu können. Die Ausrichtung der Nuten ist hierbei so ausgeführt, dass ein Durchführen der Seile 28a bis 28c in umgekehrter Richtung im montierten Zustand unmöglich ist. Die mechanische Ausgleichseinheit 24 weist, um Rotationen der Kolbenstange 25 relativ zur tragenden Struktur 22 um Drehachsen zu ermöglichen, die parallel zu der besagten senkrecht zur Längsachse der Kolbenstange stehenden Ebene liegen, mechanische Elemente auf, über die eine Rotation während der Montage ermöglicht ist, wohingegen während des Betriebes des beweglichen Maschinenteils (Pinole 3) keine Rotationen stattfinden. Des Weiteren weist die mechanische Ausgleichseinheit 24, um Rotationen der Kolbenstange 25 relativ zur tragenden Struktur um Drehachsen zu ermöglichen, die parallel zu der besagten senkrecht zur Längsachse der Kolbenstange stehenden Ebene liegen, weiterhin eine Kugelscheibe 37 und eine Kegelpfanne 38 auf.

1: Messtisch
2: erster Messschlitten
3: dritter Messschlitten
4: Sensor
5: Taster
6: Werkstück
7: Steuerung
8: Dreheinheit
9: Maßstab
10: Maßstab
11: Maßstab
12: Traverse
13: Bedienpult
14: Reibrad
15: Luftlager
16: Säule
17: Messrechner
18: Säule
19: Koordinatenmessgerät
20: zweiter Messschlitten
21
22: tragende Struktur
23
24: mechanische Ausgleichseinheit
25: Kolbenstange
26: Kolben-/Zylindereinheit
27: Befestigungsanordnung
28a-c: Seil
29a-c: Nut
30a-c: Nut
31a-c: Nut
32: Nut
33: erste Platte
34: zweite Platte
35a-c: Kugel
36a-c: Schraube
37: Kugelscheibe
38: Kegelpfanne
39a, 39b: Mutter
40
41: Zylinder

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102008053227 A1 [0002, 0029]

Claims

Befestigungsanordnung zur Befestigung einer Kolben-/Zylindereinheit (26) zur pneumatischen und/oder hydraulischen Kompensation einer Gewichtskraft eines in vertikaler Richtung beweglichen Maschinenteils, insbesondere der Pinole (3) eines Koordinatenmessgeräts, wobei die Befestigungsanordnung folgendes aufweist: - eine tragende Struktur (22), an der eine Kolbenstange (25) der Kolben-/Zylindereinheit (26) aufgehängt ist, wobei sich die Kolbenstange (25) mit ihrer Längsrichtung im Wesentlichen in vertikaler Richtung erstreckt, - eine mechanische Ausgleichseinheit (24), die die Kolbenstange (25) einerseits und die tragende Struktur (22) andererseits verbindet, wobei die mechanische Ausgleichseinheit (24) lineare Verschiebungen zwischen der Kolbenstange (25) und der tragenden Struktur in einer senkrecht zur Längsachse der Kolbenstange (25) stehenden Ebene zulässt, wie auch Rotationen der Kolbenstange (25) relativ zur tragenden Struktur (22) um Drehachsen zulässt, die parallel zu der besagten senkrecht zur Längsachse der Kolbenstange stehenden Ebene liegen, gekennzeichnet dadurch, dass die mechanische Ausgleichseinheit (24) für die besagten linearen Verschiebungen zwischen der Kolbenstange (25) und der tragenden Struktur (22) in der senkrecht zur Längsachse der Kolbenstange (25) stehenden Ebene zumindest ein Seil (28a-28c) umfasst, das die tragende Struktur (22) oder ein hiermit in Verbindung stehendes Bauteil (33) und die Kolbenstange (25) oder ein hiermit in Verbindung stehendes Bauteil (34) miteinander verbindet.
Befestigungsanordnung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die mechanische Ausgleichseinheit (24) wenigstens drei parallele Seile (28a-28c) umfasst, die die tragende Struktur (22) oder ein hiermit in Verbindung stehendes Bauteil (33) und die Kolbenstange (25) oder ein hiermit in Verbindung stehendes Bauteil (34) miteinander verbinden.
Befestigungsanordnung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei an der tragenden Struktur (22) eine erste Platte (33) befestigt ist und im Bereich der Kolbenstange (25) eine zweite Platte (34) vorgesehen ist, die die Kolbenstange (25) trägt, wobei die wenigstens drei parallelen Seile (28a-28c) jeweils an der ersten Platte (33) befestigt sind und auch an der zweiten Platte (34) befestigt sind.
Befestigungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jedes der besagten Seile (28a-28c) als vorkonfektioniertes Stahlseil ausgeführt ist, das an seinen beiden Enden jeweils mit einer Kugel (35a-35c) abschließt.
Befestigungsanordnung nach den beiden vorhergehenden Ansprüchen, wobei die erste Platte (33) und/oder die zweite Platte (34) Aufnahmebereiche, insbesondere Kugelpfannen oder zylindrische Aussparungen aufweisen, durch die die Kugeln (35a-35c) an den Enden der Seile (28a-28c) in einem vordefinierten Bereich an der ersten Platte (33) und/oder der zweiten Platte (34) gehalten werden.
Befestigungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Platte und/oder die zweite Platte Nuten (29a-29c, 32,30a-30c; 31a-31c) aufweisen, durch die hindurch die Seile (28a-28c) durchgeführt werden müssen, um die Kugeln (35a-35c) in den jeweiligen Aufnahmebereichen positionieren zu können.
Befestigungsanordnung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Ausrichtung der Nuten (29a-29c, 32,30a-30c; 31a-31c) so ausgeführt ist, dass ein Durchführen der Seile (28a-28c) in umgekehrter Richtung im montierten Zustand unmöglich ist.
Befestigungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mechanische Ausgleichseinheit (24), um Rotationen der Kolbenstange (25) relativ zur tragenden Struktur (22) um Drehachsen zu ermöglichen, die parallel zu der besagten senkrecht zur Längsachse der Kolbenstange stehenden Ebene liegen, mechanische Elemente umfasst, über die eine Rotation während der Montage ermöglicht ist, wohingegen während des Betriebes des beweglichen Maschinenteils keine Rotationen stattfinden.
Befestigungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die mechanische Ausgleichseinheit (24), um Rotationen der Kolbenstange relativ zur tragenden Struktur um Drehachsen zu ermöglichen, die parallel zu der besagten senkrecht zur Längsachse der Kolbenstange stehenden Ebene liegen, weiterhin eine Kugelscheibe (37) und eine hiermit zusammenwirkende Kegelpfanne (38) umfasst.
Maschine, insbesondere Koordinatenmessgerät oder Werkzeugmaschine, mit der Befestigungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Zylinder (41) der Kolben-/Zylindereinheit (26) Teil des in vertikaler Richtung beweglichen Maschinenteils (3) ist.
Maschine nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Zylinder (41) der Kolben-/Zylindereinheit innerhalb der Pinole (3) der Maschine angeordnet ist und mit der Pinole (3) verbunden ist.