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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Befestigung an einem Koordinatenmessgerät. Genauer gesagt, betrifft die vorliegende Erfindung eine an einem Koordinatenmessgerät lösbare Komponente. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Koordinatenmessgerät mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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Koordinatenmessgeräte, insbesondere mit taktilen und/oder optischen Messsensoren, werden in der dimensionellen Messtechnik verwendet, um die Form einer Werkstückoberfläche, bspw. durch Abtastung, zu bestimmen. Da die dimensionelle Messtechnik im Regelfall in Industriezweigen Anwendung findet, in denen sehr hohe Genauigkeiten, beispielsweise für nachfolgende Bearbeitungsschritte oder zur Qualitätssicherung erforderlich sind, ist eine fehlerfreie Funktionsweise und Anbringung der Messsensorik sowie der zu vermessenden Werkstücke über die gesamte Lebensdauer zu gewährleisten.
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Aufgrund der Vielseitigkeit in der Geometrie und Ausführung der zu vermessenden Teile bzw. Werkstücke werden zudem sehr hohe Anforderungen an Flexibilität und Auswechselbarkeit für einzelne Zusatzkomponenten eines Koordinatenmessgerätes (bspw. Messsensoren und Anbringungsvorrichtungen) gestellt. Beispielsweise können auf einer massiv ausgeführten Trägerplatte eines Messtisches eines Koordinatenmessgerätes eine Vielzahl verschiedener Vorrichtungen und/oder Zusatzkomponenten, bspw. zur Aufspannung und Platzierung eines zu vermessenden Werkstücks, reversibel lösbar befestigt werden. Zudem ist eine Befestigung solcher Zusatzkomponenten auch an anderen Bauteilen eines Koordinatenmessgerätes möglich.
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Insbesondere Drehteller, auf denen ein zu vermessendes Werkstück zumindest um eine Drehachse des Drehtellers während einer Messung rotiert werden kann, bieten durch die Bereitstellung eines weiteren Freiheitsgrades die Möglichkeit, einen Messvorgang effizienter zu gestalten.
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Bei der Befestigung von Zusatzkomponenten an Bauteilen eines Koordinatenmessgerätes bestehen allerdings sehr hohe Genauigkeitsanforderungen. So muss beispielsweise die Spannkraft zwischen der aufzuspannenden Vorrichtung und der Trägerplatte ausreichen, um im Rahmen der auf die Vorrichtung einwirkenden Kräfte und/oder den vorherrschenden Reibungsverhältnissen, die aufgespannte Vorrichtung gegen eine Verschiebung zu sichern. Ferner sind häufig Spielfreiheit zwischen der aufgebrachten Vorrichtung und bspw. der Trägerplatte sowie eine möglichst symmetrische Nachgiebigkeit der Vorrichtung gefordert.
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Handelt es sich bei den aufzuspannenden Komponenten bspw. um eine Maßverkörperungen oder um eine Lagerungen eines Drehtellers, darf sich eine solche Komponente durch das Aufspannen nicht (oder nur minimal) verformen, da ansonsten Messungenauigkeiten durch diese Strukturverformungen entstehen. Dadurch kann die Lebensdauer einer oder mehrerer aufzuspannender Komponenten reduziert werden. Am Beispiel eines Drehtellers kann sich eine Strukturverformung auf die Drehlagerungen (z.B. Wälzlagerungen) auswirken und zu einem Fehler der Drehachse führen.
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Ursächlich für solche Strukturverformungen sowie für ein zwischen den gegeneinander verspannten Bauteilen resultierendes Spiel sind u.a. auf die Aufspannungen zurückzuführende mechanische Überbestimmungen. Bspw. wird ein Drehteller gewöhnlich durch vier Einschraubverbindungen auf einem Messtisch bzw. der Trägerplatte eines Messtischs montiert, da die Trägerplatte bzw. der Messtisch des Koordinatenmessgerätes ein vorgegebenes Lochraster (Bohrungen) zur Befestigung aufweist. Durch die vier Einschraubverbindungen ist die Befestigung mechanisch überbestimmt und es kann somit zum Auftreten von Strukturverformungen kommen. Diese Verformungen können sich in der Folge bspw. auf die Drehachse des Drehtellers übertragen und dabei Fehler verursachen. Diese können sich wiederum auf die Messgenauigkeit des Messergebnisses bei der Vermessung eines auf dem Drehteller befindlichen, zu vermessenden Werkstücks auswirken.
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Um eine aufzuspannende Komponente bzw. Vorrichtung gegen Verformung zu schützen, werden die Kontaktflächen zwischen Vorrichtung und Trägerplatte mit hoher Präzision bearbeitet, um eine möglichst planare Oberfläche der Trägerplatte sowie der Kontaktfläche zu gewährleisten. Diese hohen Anforderungen an die Ebenheit von Messtisch-Trägerplatten verursachen insbesondere wegen der großflächigen Ausdehnung hohe Kosten. Auch die Oberflächenbearbeitung der jeweiligen Kontaktflächen der aufzuspannenden Vorrichtungen verursacht hohe Kosten und weist darüber hinaus zusätzliche Probleme auf. Bspw. sind die bearbeiteten Kontaktflächen empfindlich gegenüber Stößen und sonstigen Krafteinwirkungen und sind daher im Zuge zyklischer Wartungsintervalle nachzuarbeiten. Zudem stellt die Reinigung der Kontaktflächen aufgrund der hochgenau bearbeiteten Oberfläche eine Wartungsarbeit dar, welche lediglich von speziell geschulten Fachkräften durchgeführt werden kann.
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Trotz präziser Oberflächenbearbeitung von Messtisch-Trägerplatten weisen diese zum heutigen Stand der Technik mittel- bis langwellige Ebenheitsfehler in einem Bereich von mehr als 10 µm (teilweise bis zu 40 µm) auf. Ein solcher Fehlergrad ist bspw. für die Montage von Drehtellern nicht tolerierbar.
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Zur Vermeidung bzw. Verminderung von Strukturverformungen sowie von Spiel werden in der Regel sogenannte Ringauflagen eingesetzt, die Strukturverformungen als mögliche Folge der mechanischen Überbestimmtheit reduzieren sollen. Allerdings bieten diese Ringauflagen keinen vollständigen Schutz gegen Strukturverformungen und weisen gerade bei Messungen mit hohen Genauigkeitsanforderungen weiterhin ein Optimierungspotenzial auf.
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Ein weiterer Ansatz zur Verbesserung der vorstehend genannten Problematik ergibt sich durch die Verwendung sogenannter Dreipunktauflagen, welche jedoch im Regelfall spezielle (drei-punkt-förmige) Bohrbilder aufweisen. Die Dreipunktauflage ermöglicht ein Befestigen bzw. ein Montieren einer Vorrichtung auf einem Messtisch eines Koordinatenmessgerätes, wobei die gesamthaft eingebrachte Spannkraft lediglich über drei Punkte (bzw. drei Krafteinleitungsbereiche) auf die Trägerplatte des Messtisches übertragen wird. Die oftmals standardisierten Trägerplatten der Messtische weisen in der Regel jedoch rechteckförmige Bohrlochrasterungen auf, die sich somit nicht unmittelbar mit den drei-punkt-förmigen Bohrbildern der Dreipunktauflage überdecken. Bei der Befestigung einer Dreipunktauflage mit mehr als drei Befestigungselementen bilden sich wiederum unweigerlich Drehmomente zwischen den einzelnen Krafteinleitungspunkten bzw. Befestigungselementen aus.
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Daher müssen die Trägerplatten zur Befestigung der Dreipunktauflage zusätzlich zu der standardisierten Bohrlochrasterung mit weiteren Anschraubpunkten (bspw. (Gewinde-) Bohrungen) ausgestattet werden, was für den Anwender Zusatzkosten verursacht und gleichzeitig die Flexibilität bei der Montage verschiedener Vorrichtungen minimiert.
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Aus diesem Grund ist aus dem Stand der Technik ein weiterer Lösungsansatz bekannt, bei dem sog. Adapterplatten eingesetzt werden. Adapterplatten sind Zusatzbauteile, die eine Adaption zwischen den standardisierten, rasterartig angeordneten Bohrlochmustern der Trägerplatte des Messtisches des Koordinatenmessgerätes und beispielsweise einer Dreipunktauflage der aufzuspannenden Vorrichtung bzw. Komponente ermöglichen. Beispielhafte Adapterplatten sind aus der
EP 2 839 236 B1 bekannt.
Ferner ist eine Messplatte für eine Positionsmesseinrichtung aus der
DE 10 2005 006 628 A1 bekannt. Zudem ist ein Kalibrierverfahren aus der
US 5 832 416 A bekannt.
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Ein Nachteil dieser Adapterplatten ist, dass sich durch ihren Einsatz die gesamthaften Material- und Fertigungskosten für die Vorrichtungen erhöhen. Zudem erfordern Vorrichtungen mit hoher Steifigkeit in der Regel eine Überdimensionierung einzelner Bauteile, was ebenfalls mit erhöhten Kosten sowie mit weiteren Handling-Problemen (aufgrund der größeren Dimensionierung) einhergeht.
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Nach alldem ist es daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Befestigung an einem Koordinatenmessgerät zu entwickeln, bei der auf den Einsatz einer Adapterplatte verzichtet werden kann und Strukturverformungen an der aufzuspannenden Komponente minimierbar bzw. vermeidbar werden.
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Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Die Vorrichtung weist ein erstes Bauteil, zumindest vier Befestigungselemente zur Befestigung des ersten Bauteils an dem Koordinatenmessgerät, einen Balken und ein Übertragungselement, das zwischen dem Balken und dem ersten Bauteil angeordnet ist, auf. Das erste Bauteil weist genau drei Auflagebereiche auf, die an einem Boden des ersten Bauteils angeordnet sind und von dem Boden abstehen. Der Balken erstreckt sich zwischen einem ersten der zumindest vier Befestigungselemente und einem zweiten der zumindest vier Befestigungselemente und ist über das Übertragungselement mit dem ersten Bauteil gekoppelt. Das erste Befestigungselement ist dazu eingerichtet, in einem ersten Bereich des Balkens eine erste Kraft auf den Balken zu übertragen. Das zweite Befestigungselement ist dazu eingerichtet, in einem von dem ersten Bereich beabstandeten zweiten Bereich des Balkens eine zweite Kraft auf den Balken zu übertragen. Der Balken ist dazu eingerichtet, eine aus der ersten Kraft und der zweiten Kraft resultierende dritte Kraft über das Übertragungselement auf das erste Bauteil zu übertragen. Das Übertragungselement und ein erster der drei Auflagebereiche sind zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich des Balkens angeordnet.
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Zudem wird die Aufgabe durch ein Koordinatenmessgerät gelöst, das eine Vorrichtung der oben genannten Art aufweist. Das Koordinatenmessgerät hat vorzugsweise einen Messtisch, der ein Bohrmuster mit zumindest vier Messtisch-Bohrungen aufweist, wobei die erfindungsgemäße Vorrichtung mit Hilfe der zumindest vier Befestigungselemente in den zumindest vier Messtisch-Bohrungen befestigt ist.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat den Vorteil, dass sich die durch das erste und das zweite Befestigungselement auf den Balken übertragene Spannkraft über das Übertragungselement auf den ersten Auflagebereich überträgt. Der erste Auflagebereich dient als ein erster von genau drei Auflagebereichen für die Vorrichtung.
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Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung entfällt somit die Notwendigkeit der Verwendung einer zuvor genannten Adapterplatte, da die Spannkraft des ersten und zweiten Befestigungselementes über den Balken auf das Übertragungselement und letztendlich lediglich auf den ersten Auflagebereich des ersten Bauteils übertragen wird. Der so resultierende Kraftfluss der dritten Kraft verläuft vorzugsweise senkrecht zu dem ersten Auflagebereich bzw. wird senkrecht in eine Montagefläche des Koordinatenmessgerätes eingeleitet. Somit ist es möglich trotz der Verwendung von zumindest vier Befestigungselementen die Spannkraft zur Befestigung der Vorrichtung auf genau drei Auflagebereiche zu verteilen. Hierdurch entsteht eine statisch bestimmte Auflage. Die genau drei Auflagebereiche sind vorzugsweise parallel zu dem Boden des ersten Bauteils ausgerichtet. Durch die Krafteinleitung vorzugsweise im Bereich des ersten Auflagebereichs werden Drehmomente zwischen dem ersten und dem zweiten Befestigungselement vermieden.
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Es entsteht also eine Dreipunktauflage, die statisch bestimmt ist, wodurch eine Spielfreiheit sowie eine Minimierung von Strukturverformungen gewährleistet werden kann. Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung werden daher aufspannbedingte Strukturverformungen vermieden, wodurch bei einer Koordinatenmessung lediglich gewichtskraftbedingte Verformungen, die bspw. durch ein auf die Vorrichtung aufgespanntes Bauteil hervorgerufen werden, zu berücksichtigen sind, da diese als Restfehler verbleiben.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich insbesondere für Komponenten zur Bereitstellung einer beweglichen Achse des Koordinatenmessgeräts. Beispiele solcher Komponenten sind Werkstück- oder Sensorhalterungen, die zumindest entlang einer Achse beweglich sind, oder Drehteller, die um zumindest eine Achse herum drehbar sind.
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Dementsprechend weist die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß einer Ausgestaltung zusätzlich zu dem ersten Bauteil ein zweites Bauteil auf, das gegenüber dem ersten Bauteil entlang einer Achse oder um eine Achse bewegbar ist.
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Das „erste Bauteil“ kann beispielsweise ein statischer Sockel eines Drehtellers sein, der beispielsweise eine zusätzliche Drehlagerung zur drehbar gelagerten Befestigung des „zweiten Bauteils“ aufweist. Das zweite Bauteil kann bspw. eine drehbare Platte des Drehtellers sein. Auf die drehbare Platte kann bspw. ein durch das Koordinatenmessgerät zu vermessendes Werkstück aufgespannt werden.
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Ebenfalls ist eine Vielzahl anderer erster und zweiter Bauteile möglich, wobei das zweite Bauteil gegenüber dem ersten Bauteil zumindest entlang der Achse und/oder um die Achse bewegbar ist. Zudem kann sich das zweite Bauteil gegenüber dem ersten Bauteil auch um mehrere Achsen und/oder entlang mehrerer Achsen bewegen.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung muss nicht zwangsläufig an dem Messtisch des Koordinatenmessgerätes angeordnet werden. Sie kann auch an anderen Stellen des Koordinatenmessgerätes angeordnet sein. Beispielsweise kann sie auch an der Pinole angeordnet sein und als Träger eines Messsensors dienen.
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Unter der Formulierung „zumindest vier“ wird vorliegend verstanden, dass die Vorrichtung vier oder mehr als vier Befestigungselemente sowie vier oder mehr als vier Bohrungen aufweist.
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Unter einem „Balken“ wird vorliegend ein tragendes Element verstanden, das eine größere Längenausdehnung als Breitenausdehnung ausweist. Ein Balken kann in einer Längsrichtung oder einer Querrichtung zu seiner Hauptachse belastet werden. Ein Balken kann bspw. ein stabförmiges Element sein, ohne einen definierten Querschnitt aufweisen zu müssen. Somit ist eine Vielzahl an Querschnitten für einen Balken im erfindungsgemäßen Sinne zulässig. Der Balken kann auch als „Biegebalken“ bezeichnet werden.
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Der Balken erstreckt sich „zwischen“ dem ersten und dem zweiten Befestigungselement, wobei darunter zu verstehen ist, dass der Balken sich zumindest zwischen dem ersten und dem zweiten Befestigungselement erstreckt. Der Balken kann sich auch über die beiden Befestigungselemente hinaus erstrecken, also länger sein als der Abstand zwischen den beiden Befestigungselementen.
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Das zwischen dem Balken und dem ersten Bauteil angeordnete Übertragungselement ist vorzugsweise in der Mitte zwischen dem ersten und dem zweiten Befestigungselement angeordnet. Das Übertragungselement bildet zusammen mit dem Balken sozusagen eine Wippe. Die erste und zweite Kraft wird durch den Balken in eine senkrecht auf den Auflagebereich wirkende Spannkraft übersetzt, die über das Übertagungselement in einen vorzugsweise dem ersten Auflagebereich entsprechenden Krafteinleitungsbereich übersetzt wird.
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Darüberhinaus kann das Übertragungselement auch nicht mittig zwischen ersten und dem zweiten Bereich des Balkens angeordnet sein, wenn sich bspw. die von dem ersten Befestigungselement übertragene erste Kraft von der von dem zweiten Befestigungselement übertragenen zweiten Kraft unterscheidet. In diesem Fall sind bspw. die Anzugsmomente des ersten und zweiten Befestigungselements unterschiedlich gewählt, was zu unterschiedlichen auf den Balken übertragenen Anzugsmomenten (Hebelarmlängen) führt.
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Das heißt mit anderen Worten, dass das Übertragungselement vorzugsweise eine imaginäre Verbindungslinie zwischen dem ersten und dem zweiten Befestigungselement schneidet oder tangiert. Das Übertragungselement weist dabei vorzugsweise einen ersten Abstand von dem ersten Befestigungselement und einen zweiten Abstand von dem zweiten Befestigungselement auf, wobei vorzugsweise ein Produkt aus dem ersten Abstand und der ersten Kraft einem Produkt aus dem zweiten Abstand und der zweiten Kraft entspricht.
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Die resultierende dritte Kraft kann vorliegend entweder als Gesamtsumme oder Teilsumme zumindest aus der ersten und zweiten Kraft verstanden werden. Bspw. ist es möglich, dass Anteile der ersten und/oder der zweiten Kraft über andere Berührpunkte (bspw. des Balkens und des ersten Bauteils und/oder des ersten und/oder zweiten Befestigungselements unmittelbar mit dem ersten Bauteil) auf das erste Bauteil übertragen werden. In einem solchen Fall werden lediglich Teile der ersten und zweiten Kraft über das Übertragungselement auf das erste Bauteil übertragen.
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Das Übertragungselement und der erste Auflagebereich sind vorzugsweise „in etwa mittig zwischen“ angeordnet, wobei vorliegend darunter eine ± zehnprozentige Abweichung einer exakt mittigen Anordnung verstanden wird. Der Abstand des Übertagungselementes von dem ersten Bereich des Balkens (Bereich, in dem die Kraft von dem ersten Befestigungselement auf den Balken übertragen wird) weicht also maximal 10% von dem Abstand des Übertagungselementes von dem zweiten Bereich des Balkens (Bereich, in dem die Kraft von dem zweiten Befestigungselement auf den Balken übertragen wird) ab.
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In einer Ausgestaltung sind das Übertragungselement und der erste Auflagebereich in etwa mittig zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich des Balkens angeordnet und haben einen in etwa gleich großen Abstand von dem ersten und dem zweiten Bereich des Balkens.
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Gemäß dieser Ausgestaltung ist die von dem ersten und zweiten Befestigungselement übertragene erste und zweite Kraft vorzugsweise gleichgroß, was zu auf den Balken übertragenen Drehmomenten führt, die vorzugsweise gleichgroß sind, weshalb der erste Auflagebereich vorzugsweise mittig zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich des Balkens angeordnet ist.
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In einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung berührt der Balken das erste Bauteil nicht und ist ausschließlich über das Übertragungselement mit dem ersten Bauteil gekoppelt.
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Dies hat den Vorteil, dass die dritte Kraft die Gesamtsumme aus der ersten und der zweiten Kraft ist und keine Kraftanteile der durch das erste und zweite Befestigungselement erzeugten Spannkräfte über eine weitere Kopplung übertragen werden.
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Der Balken ist vorzugsweise freihängend gegenüber dem ersten Bauteil ausgestaltet. Der Balken kann bspw. in einer in dem ersten Bauteil vorgesehenen Ausnehmung angeordnet sein. In montiertem Zustand der Vorrichtung ist der Balken somit lediglich mit dem ersten und dem zweiten Befestigungselement sowie in dem in etwa mittigen Bereich mit dem Übertragungselement in direktem Kontakt.
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Das erste Bauteil weist vorzugsweise zumindest vier Bohrungen auf, wobei das erste Befestigungselement in montiertem Zustand in eine erste Bohrung der zumindest vier Bohrungen eingeführt ist, wobei das zweite Befestigungselement in montiertem Zustand in eine zweite Bohrung der zumindest vier Bohrungen eingeführt ist, wobei ein drittes Befestigungselement der zumindest vier Befestigungselemente in montiertem Zustand in eine dritte Bohrung der zumindest vier Bohrungen eingeführt ist, und wobei ein viertes Befestigungselement der zumindest vier Befestigungselemente in montiertem Zustand in eine vierte Bohrung der zumindest vier Bohrungen eingeführt ist.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung ist ein zweiter der drei Auflagebereiche im Bereich der dritten Bohrung angeordnet, und ein dritter der drei Auflagebereiche ist im Bereich der vierten Bohrung angeordnet.
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In dieser Ausgestaltung ist also der erste Auflagebereich unterhalb des Übertragungselementes in etwa gleichem Abstand zu der ersten und der zweiten Bohrung angeordnet, der zweite Auflagebereich ist im Bereich der dritten Bohrung angeordnet und der dritte Auflagebereich ist im Bereich der vierten Bohrung angeordnet.
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In einer weiteren Ausgestaltung umgibt der zweite Auflagebereich die dritte Bohrung zumindest teilweise und der dritte Auflagebereich umgibt die vierte Bohrung zumindest teilweise.
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Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass der zweite und der dritte Auflagebereich vorzugsweise direkt unterhalb der dritten und vierten der zumindest vier Bohrungen oder zumindest direkt um die dritte und vierte Bohrung herum angeordnet sind. Dadurch wird gewährleistet, das eine durch das dritte Befestigungselement übertragene Kraft (Spannkraft) sowie eine durch das vierte Befestigungselement übertragene Kraft (Spannkraft) vorzugsweise senkrecht auf die Auflagebereiche übertragen wird bzw. senkrecht in eine Montagefläche des Koordinatenmessgerätes eingeleitet wird. Durch die Aufspannung eingeleitete Momente und die sich daraus ergebenden Strukturverformungen lassen sich somit minimieren bzw. ganz vermeiden.
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Ebenfalls ist es möglich, dass die Auflagebereiche asymmetrisch um die dritte und vierte Bohrung herum angeordnet sind, wodurch die vierte und fünfte Kraft zumindest nahezu senkrecht in eine Montagefläche eingeleitet werden kann.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist ein Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Auflagebereich gleich einem Abstand zwischen dem ersten und dem dritten Auflagebereich.
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Diese Anordnung der Auflagebereiche ist insbesondere für eine flächig symmetrische Krafteinleitung bzw. Verspannung der Vorrichtung bspw. an einer Montagefläche des Koordinatenmessgerätes von Vorteil. Dabei bilden die drei Auflagebereiche in einer Bodenansicht des ersten Bauteils betrachtet ein gleichschenkliges Dreieck. Der erste Schenkel dieses Dreiecks ergibt sich aus dem Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Auflagebereich. Der zweite Schenkel des Dreiecks ergibt sich aus dem Abstand zwischen dem ersten und dem dritten Auflagebereich.
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Besonders bevorzugt ist eine Ausgestaltung, bei der ein Abstand zwischen dem zweiten und dem dritten Auflagebereich gleich dem Abstand zwischen dem ersten und zweiten bzw. dem ersten und dritten Auflagebereich ist. Dadurch bilden die drei Auflagebereiche in einer Bodenansicht des ersten Bauteils betrachtet ein gleichseitiges Dreieck.
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In einer weiteren Ausgestaltung bilden die erste bis vierte Bohrungen ein rechteckiges oder quadratisches Bohrmuster.
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Das hat den Vorteil, dass vorzugsweise die standardisierten Bohrmuster (Bohrlochrasterungen) bspw. der Trägerplatte des Messtisches zur Aufspannung der Vorrichtung verwendet werden können, wobei sich das Bohrmuster der ersten bis vierten Bohrungen vorzugsweise mit dem der Trägerplatte überdeckt.
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In einer weiteren Ausgestaltung weisen die zumindest vier Bohrungen jeweils zueinander parallele Bohrachsen auf, wobei sich der Balken zwischen dem ersten Befestigungselement und dem zweiten Befestigungselement entlang einer Längsrichtung erstreckt, wobei die Längsrichtung des Balkens quer zu den Bohrachsen ausgerichtet ist.
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Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass die durch das erste und zweite Befestigungselement eingeleitete Kraft senkrecht auf den Balken übertragen wird.
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Im vorliegenden Fall wird unter dem Begriff „quer“ vorzugsweise, jedoch nicht notwendigerweise eine senkrechte Anordnung der Längsrichtung zu den Bohrachsen der zumindest vier Bohrungen verstanden. Ebenfalls umfasst der Begriff eine Abweichung von ± 10% zu einer senkrechten Ausrichtung, d.h. jeglicher Schnittwinkel zwischen der Längsrichtung des Balkens und den Bohrachsen der zumindest vier Bohrungen von 80° bis einschließlich 100° ist umfasst.
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In einer weiteren Ausgestaltung berührt das Übertragungselement das erste Bauteil ausschließlich entlang eine Berührlinie oder an einem einzigen Berührpunkt.
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Unter der Formulierung „Berührlinie oder Berührpunkt‟ wird verstanden, dass der Kontaktbereich zwischen dem Übertragungselement und dem ersten Bauteil linien- oder punktförmig ausgestaltet ist, wobei unter punktförmig auch ein, im Verhältnis zu einem Querschnitt des Übertragungselements, kleiner Flächenabschnitt zu verstehen ist. Grundsätzlich kann unter der Formulierung auch eine Fläche mit größerer Ausdehnung verstanden werden, die bspw. eine oder mehrere Gewindebohrungen zur Befestigung des Balkens aufweisen kann.
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In einer weiteren Ausgestaltung weist das Übertragungselement eine Walze, eine Kugel, ein Kugellager oder ein Gleitlager auf.
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Dies hat den Vorteil, dass diese Bauteile aus der Mechanik hinreichend bekannt und als Standardteile in einer Vielzahl von Dimensionen, Formen und Ausführungen verfügbar sind. Zudem ist diese Art von Übertragungselementen vorzugsweise austauschbar, was insbesondere bei Abnutzungserscheinungen von ökonomischem Vorteil ist.
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Zudem sei erwähnt, dass das Übertragungselement bspw. auch zwei oder mehr Kugeln oder Walzen aufweisen kann, die das erste Bauteil bspw. an zwei oder mehreren Berührpunkten Berühren. Diese Berührpunkte bzw. Berührlinien liegen jedoch aufgrund einer vorzugsweise sehr kleinen Dimensionierung der Kugeln oder Walzen derart dich zusammen, dass sie vorliegend als einzelner Berührpunkt bzw. Berührlinien zu verstehen sind.
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In einer weiteren Ausgestaltung weist der Balken in dem ersten Bereich eine erste Durchgangsbohrung oder einen ersten Schlitz, durch die das erste Befestigungselement durchführbar ist, und in dem zweiten Bereich eine zweite Durchgangsbohrung oder einen zweiten Schlitz, durch die das zweite Befestigungselement durchführbar ist, auf, wobei die erste Kraft in einem die erste Durchgangsbohrung umgebenden Bereich auf den Balken übertragen wird, und wobei die zweite Kraft in einem die zweite Durchgangsbohrung umgebenden Bereich auf den Balken übertragen wird.
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Dies hat den Vorteil, dass die ersten und zweiten Befestigungselemente durch die Durchgangsbohrungen oder die Schlitze geführt werden können. Grundsätzlich sind auch andere Ausnehmungen in dem ersten und zweiten Ende des Balkens vorstellbar. Die ersten und zweiten Befestigungselemente sind vorzugsweise mit jeweils einer lokalen Querschnittsvergrößerung ausgestaltet und übertragen in einem kreisringförmigen Bereich um die Durchgangsbohrungen die erste und zweite Kraft auf den Balken. Durch diese Ausgestaltung ist die kraftübertragende Fläche symmetrisch um die Durchgangsbohrungen des Balkens verteilt, wodurch eine homogene Krafteinleitung in den Balken erreicht werden kann.
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In einer weiteren Ausgestaltung weisen die Befestigungselemente Schrauben auf.
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Die Schrauben können bspw. als Gewindeschrauben mit Schaft, bspw. als Außensechskantschrauben nach der DIN 931 oder als Innensechskantschrauben nach der DIN 912, ausgeführt sein. Ebenfalls ist eine Vielzahl weiterer Schraubenarten als Befestigungsmittel möglich. Die Befestigungsmittel können je nach Anwendungsfall zusätzlich zu Schrauben auch Muttern, Splinte oder sonstige Konterteile aufweisen.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist das zweite Bauteil ein Drehteller, wobei die bewegliche Achse eine Drehachse des Drehtellers ist.
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Drehteller sind eine häufig verwendete Vorrichtung in der Koordinatenmesstechnik, da sie durch ihre bewegliche Achse (Drehachse) einen vierten Freiheitsgrat bei der Vermessung von Bauteilen bereitstellen. Das zu vermessende Bauteil wird bspw. auf dem Drehteller in einer vorzugsweise vorhandenen Halterung bzw. Aufspannvorrichtung derart fixiert, dass die durch das Bauteil auf den Drehteller aufgebrachte Gewichtskraft vorzugsweise unmittelbar über der Drehachse in den Drehteller eingeleitet wird, sodass keine Verkippung bzw. Strukturverformung durch eine exzentrische Beladung des Drehtellers entsteht. D.h., dass die auf den Drehteller aufgebrachte Gewichtskraft vorzugsweise zu einer zentrischen Lage des Schwerpunktes führt.
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In einer weiteren Ausgestaltung weist die Vorrichtung ferner Begrenzungselemente auf, wobei ein erstes Begrenzungselement in der ersten Bohrung entlang der Bohrachse der ersten Bohrung verschiebbar angeordnet ist und von dem ersten Befestigungselement durchdrungen wird, wobei ein zweites Begrenzungselement in der zweiten Bohrung entlang der Bohrachse der zweiten Bohrung verschiebbar angeordnet ist und von dem zweiten Befestigungselement durchdrungen wird, wobei das erste und das zweite Begrenzungselement dazu eingerichtet ist, eine durch die erste und die zweite Kraft verursachte Biegung des Balkens in Richtung des Bodens des ersten Bauteils zu begrenzen.
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Der Einsatz von Begrenzungselementen hat den Vorteil, dass der Balken vor einer Überbelastung geschützt wird. Zudem kann die auf den Balken wirkende Spannkraft (dritte Kraft) durch die Begrenzungselemente einen kritischen Wert nicht übersteigen. Die Begrenzungselemente sind vorzugsweise entlang der Bohrachsen der ersten und zweiten Bohrung verschiebbar angeordnet.
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In einem Fall, in dem der Balken durch die ersten und/oder zweiten Befestigungselemente zu stark gebogen wird, kommt es ab einer vorbestimmten (über eine Länge der Distanzhülsen definierbaren) Grenzbiegekraft dazu, dass das ersten und/oder das zweite Ende des Balkens zumindest bereichsweise auf einem ersten Rand der Begrenzungselemente zum Liegen kommen. Die Begrenzungselemente liegen in diesem Fall mit ihrem dem ersten Rand gegenüberliegenden zweiten Rand bspw. auf einer Montagefläche des Koordinatenmessgerätes auf und begrenzen somit den Biege-Weg des Balkens.
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In einer weiteren Ausgestaltung weist die Vorrichtung ferner einen zweiten Balken und ein zweites Übertragungselement auf, wobei sich der zweite Balken zwischen einem dritten der zumindest vier Befestigungselemente und einem vierten der zumindest vier Befestigungselemente erstreckt und über das zweite Übertragungselement mit dem ersten Bauteil gekoppelt ist, wobei das dritte Befestigungselement dazu eingerichtet ist, in einem ersten Bereich des zweiten Balkens eine vierte Kraft auf den zweiten Balken zu übertragen, und wobei das vierte Befestigungselement dazu eingerichtet ist, in einem von dem ersten Bereich beabstandeten zweiten Bereich des zweiten Balkens eine fünfte Kraft auf den zweiten Balken zu übertragen, wobei der zweite Balken dazu eingerichtet ist, eine aus der vierten Kraft und der fünften Kraft resultierende sechste Kraft über das zweite Übertragungselement auf das erste Bauteil zu übertragen, und wobei das zweite Übertragungselement und ein zweiter der drei Auflagebereiche zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich des zweiten Balkens angeordnet sind.
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Der Einsatz eines solchen zweiten Balkens kann beispielsweise bei einer Anordnung mit mehr als vier Befestigungselementen zum Einsatz kommen. Bei einer Anordnung mit fünf Befestigungselementen kann beispielsweise die Spannkraft des ersten und zweiten Befestigungselementes über den ersten Balken und das erste Übertragungselement auf den ersten Auflagebereich übertragen werden, die Spannkraft des dritten und vierten Befestigungselementes über den zweiten Balken und das zweite Übertragungselement auf den zweiten Auflagebereich übertragen werden und die Spannkraft des fünften Befestigungselementes wird direkt in den dritten Auflagebereich eingeleitet. Auch bei der Verwendung von fünf Befestigungselementen lässt sich somit die gesamte Spannkraft der Befestigungselemente auf exakt drei statisch bestimmte Auflagebereiche verteilen. Vorzugsweise sind das zweite Übertragungselement und der zweite Auflagebereich in etwa mittig zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich des zweiten Balkens angeordnet, weisen also mit anderen Worten vorzugsweise einen gleichgroßen Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich auf.
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In einer weiteren Ausgestaltung weist die Vorrichtung ferner einen dritten Balken und ein drittes Übertragungselement auf, wobei sich der dritte Balken zwischen einem fünften der zumindest vier Befestigungselemente und einem sechsten der zumindest vier Befestigungselemente erstreckt und über das dritte Übertragungselement mit dem ersten Bauteil gekoppelt ist, wobei das fünfte Befestigungselement dazu eingerichtet ist, in einem ersten Bereich des dritten Balkens eine siebte Kraft auf den dritten Balken zu übertragen, und wobei das sechste Befestigungselement dazu eingerichtet ist, in einem von dem ersten Bereich beabstandeten zweiten Bereich des dritten Balkens eine achte Kraft auf den dritten Balken zu übertragen, wobei der dritte Balken dazu eingerichtet ist, eine aus der siebten Kraft und der achten Kraft resultierende neunte Kraft über das dritte Übertragungselement auf das erste Bauteil zu übertragen, und wobei das dritte Übertragungselement und ein dritter der drei Auflagebereiche zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich des dritten Balkens angeordnet.
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Der Einsatz eines solchen dritten Balkens kann beispielsweise bei einer Anordnung mit mehr als fünf Befestigungselementen zum Einsatz kommen. Bei einer Anordnung mit sechs Befestigungselementen kann beispielsweise die Spannkraft des ersten und zweiten Befestigungselementes über den ersten Balken und das erste Übertragungselement auf den ersten Auflagebereich übertragen werden, die Spannkraft des dritten und vierten Befestigungselementes über den zweiten Balken und das zweite Übertragungselement auf den zweiten Auflagebereich übertragen werden und die Spannkraft des fünften und sechsten Befestigungselementes über den dritten Balken und das dritte Übertragungselement auf den dritten Auflagebereich übertragen werden. Auch bei der Verwendung von sechs Befestigungselementen lässt sich somit die gesamte Spannkraft der Befestigungselemente auf exakt drei statisch bestimmte Auflagebereiche verteilen. Vorzugsweise sind das dritte Übertragungselement und der dritte Auflagebereich in etwa mittig zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich des dritten Balkens angeordnet, weisen also mit anderen Worten vorzugsweise einen gleichgroßen Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich auf.
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In einer weiteren Ausgestaltung erstreckt sich der zweite Balken zwischen dem zweiten Befestigungselement und einem dritten der zumindest vier Befestigungselemente und ist über ein zweites Übertragungselement mit dem ersten Bauteil gekoppelt. Das zweite Befestigungselement dazu eingerichtet, in einem ersten Bereich des zweiten Balkens die zweite Kraft auf den zweiten Balken zu übertragen und das dritte Befestigungselement ist dazu eingerichtet, in einem von dem ersten Bereich beabstandeten zweiten Bereich des zweiten Balkens die vierte Kraft auf den zweiten Balken zu übertragen, wobei der zweite Balken dazu eingerichtet ist, eine aus der zweiten Kraft und der vierten Kraft resultierende fünfte Kraft über das zweite Übertragungselement auf das erste Bauteil zu übertragen, und wobei das zweite Übertragungselement und ein zweiter der drei Auflagebereiche zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich des zweiten Balkens angeordnet sind.
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Das heißt mit anderen Worten, dass der zweite Balken ebenfalls derart angeordnet sein kann, dass eines der zumindest vier Befestigungselemente sowohl auf den ersten oder zweiten Bereich des ersten Balkens als auch auf den ersten oder zweiten Bereich des zweiten Balkens eine Kraft übertragen kann. Somit überträgt eines der Befestigungselemente sowohl auf den ersten als auch auf den zweiten Balken eine Spannkraft. Ein Vorteil dieser Ausgestaltung ist, dass eines der Befestigungselemente zur Spannung von sowohl dem ersten Balken als auch dem zweiten Balken einsetzbar ist.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur einzeln oder in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombination verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Koordinatenmessgerätes mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
- 2 ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Draufsicht von unten;
- 3 das erste Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Seitenansicht;
- 4 das erste Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Schnittansicht, welche in 2 als Schnitt IV-IV angedeutet ist;
- 5 das erste Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Schnittansicht, welche in 2 als Schnitt V-V angedeutet ist;
- 6 ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Schnittansicht; und
- 7 ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer schematischen Darstellung.
- 8 ein viertes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer schematischen Darstellung
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1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Koordinatenmessgerätes, bei dem eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Einsatz kommen kann. Das Koordinatenmessgerät ist in seiner Gesamtheit mit der Bezugsziffer 100, die erfindungsgemäße Vorrichtung mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet. Die Vorrichtung 10 ist zur Bereitstellung einer beweglichen Achse in dem Koordinatenmessgerät 100 ausgebildet.
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Das Koordinatenmessgerät 100 weist eine Basis 12 auf. Auf der Basis 12 ist ein Portal 14 in Längsrichtung verschiebbar angeordnet. Bei der Basis 12 handelt es sich vorzugsweise um eine stabile Platte, welche beispielsweise aus Granit gefertigt ist und im vorliegenden Sinne auch als Trägerplatte und/oder Montagefläche eines Messtisches des Koordinatenmessgerätes 100 bezeichnet wird. Das Portal 14 dient als bewegliche Trägerstruktur. Das Portal 14 weist zwei von der Basis 12 nach oben abragende Säulen auf, die durch einen Querträger verbunden sind und gesamthaft eine umgekehrte U-Form aufweisen.
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Die Bewegungsrichtung des Portals 14 relativ zu der Basis 12 wird üblicherweise als Y-Richtung bezeichnet. Am oberen Querträger des Portals 14 ist ein Schlitten 16 angeordnet, der in Querrichtung verschiebbar ist. Diese Querrichtung wird üblicherweise als X-Richtung bezeichnet. Der Schlitten 16 trägt eine Pinole 18, die in Z-Richtung, also senkrecht zu der Basis 12, verfahrbar ist.
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Die Bezugsziffern 20, 22, 24 bezeichnen Messeinrichtungen, anhand derer die X-, Y- und Z-Positionen des Portals 14, des Schlittens 16 und der Pinole 18 bestimmt werden können. Typischerweise handelt es sich bei den Messeinrichtungen 20, 22, 24 um Glasmaßstäbe, welche als Messskalen dienen. Diese Messskalen sind in Verbindung mit entsprechenden Leseköpfen (hier nicht dargestellt) dazu ausgebildet, die jeweils aktuelle Position des Portals 14 relativ zu der Basis 12, die Position des Schlittens 16 relativ zu dem oberen Querbalken des Portals 14 und die Position der Pinole 18 relativ zu dem Schlitten 16 zu bestimmen.
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Es sei darauf hingewiesen, dass in 1 lediglich beispielhaft ein Koordinatenmessgerät 100 in Portalbauweise erläutert ist. Grundsätzlich kann die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 auch bei Koordinatenmessgeräten in Ausleger-, Brücken-, oder Ständerbauweise zum Einsatz kommen. Je nach Bauart des Koordinatenmessgerätes 100 lässt sich die Relativbewegung von Basis 12 und einem an einem unteren, freien Ende der Pinole 18 angeordneten Messsensor 26, der im hier vorliegenden Fall ein taktiler Messsensor ist, entlang einer, zweier oder aller drei Raumrichtungen durch eine Verfahrbarkeit der Basis 12 bzw. der darauf befestigten, erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 realisieren.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 ist im vorliegenden Fall auf der Basis 12 befestigt. In anderen hier nicht gezeigten Ausführungsbeispielen kann die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 auch auf anderen Montageflächen des Koordinatenmessgerätes 100 befestigt sein. Die Vorrichtung 10 weist ein erstes Bauteil 28 und ein zweites Bauteil 30 auf, das gegenüber dem ersten Bauteil 28 entlang der bewegliche Achse (nicht dargestellt) oder um die bewegliche Achse bewegbar ist.
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Alternativ kann das Koordinatenmessgerät 100 als ein Gelenkarmsystem (bspw. eines Roboter) mit einer Vielzahl von Freiheitsgraden ausgeführt sein. Beispielhaft kann das Koordinatenmessgerät 100 als Bauteil eines Roboters, z.B. als Roboterarm ausgestaltet sein, an dessen Endeffektor (nicht gezeigt) die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 angeordnet ist. Das heißt mit anderen Worten, dass der kinematische Aufbau des Koordinatenmessgerätes 100 vorliegend nicht auf Systeme beschränkt ist, die entlang von drei Achsen verfahrbar sind. Der Begriff „Koordinatenmessgerät“ ist dementsprechend breit aufzufassen als jegliche Art von System, das sich zur Erfassung von Koordinaten eines Messobjekts eignet.
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In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel weist der Messsensor 26 einen in Z-Richtung in Richtung der Basis 12 abragenden Taststift 32 auf. Im vorliegenden Fall ist der Taststift 32 ein taktiler Messsensor. In anderen, hier nicht gezeigten Ausführungsbeispielen kann der Messsensor 26 auch mehrere taktile und/oder optische Messsensoren und Taststifte 32 aufweisen, die in unterschiedliche Raumrichtungen abragen können. Die Anzahl und Ausrichtung der einzelnen Messsensoren hängt dabei von der Geometrie des zu vermessenden Werkstücks bzw. von der Anzahl und Lage der zu vermessenden Messpunkte ab. Der Taststift 32 ist dazu eingerichtet, mittels seines Messkopfes 34 bspw. die Oberfläche eines Werkstücks (nicht dargestellt) abzutasten. Der Messkopf 34 ist beispielsweise aus einer Rubinkugel gefertigt. Der Taststift 32 samt Messkopf 34 ist vorzugsweise entlang der drei Raumachsen X, Y, Z verfahrbar.
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Bei der Abtastung der Oberfläche bspw. eines Werkstücks erzeugt bspw. ein schaltender, taktiler Taststift 32 elektrische Signale, anhand derer die Geometrie des zu vermessenden Werkstücks ermittelt werden kann. Bei einem taktilen Taststiften 32 kann bspw. zwischen dem Taststift 32 und dem unteren Ende der Pinole 18 ein Dreh-Schwenk-Mechanismus (hier nicht dargestellt) angeordnet sein, mit Hilfe dessen sich die räumliche Orientierung des Taststiftes 32 gegenüber dem unteren Ende der Pinole 18 verändern lässt. Ein solcher Dreh-Schwenk-Mechanismus weist beispielsweise ein oder mehrere Gelenke auf, mit Hilfe derer der Taststift 32 um eine, zwei oder mehr Achsen gedreht und/oder geschwenkt werden kann. In anderen, hier nicht gezeigten Ausführungsbeispielen kann die Geometrie des zu vermessenden Werkstücks ebenfalls über einen oder mehrere optische Messsensoren, vorzugsweise eine oder mehrere Messkameras, ermittelt werden, die bspw. an dem unteren Ende der Pinole 18 angeordnet sind und von dort aus in verschiedenen Raumrichtungen blicken können.
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Beim Antasten einer Vielzahl von Messpunkten von bspw. dem Werkstück werden durch den Taststift 32 bzw. den Messkopf 34 je nach Funktionsweise des Taststiftes 32 Positions- und Lageinformationen des Messkopfes 34 an eine Steuereinheit 36 des Koordinatenmessgerätes 100 entweder kabellos oder über ein oder mehrere Kabel übermittelt. Die Steuereinheit 36 bestimmt bspw. die Raumkoordinaten des jeweiligen Messpunktes und ermittelt durch die Auswertung einer Vielzahl von Messpunkten letztlich die Geometrie des Werkstücks.
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2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 in einer Draufsicht von unten. Dabei blickt man auf einen Boden 38 des ersten Bauteils 28. Der Boden 38 hat vorliegend die Form einer rechteckigen Platte. Das erste Bauteil 28 ist in dem hier gezeigten Fall eine massive rechteckige Sockelplatte. Diese Sockelplatte 28 trägt in dem vorliegend gezeigten Ausführungsbeispiel das zweite Bauteil 30, welches als Drehteller ausgestaltet ist und vorzugsweise über ein Drehlager (nicht dargestellt) mit dem ersten Bauteil 28 verbunden. Das zweite Bauteil bzw. der Drehteller 30 ist um eine Achse 42 relativ zu dem ersten Bauteil 28 beweglich. Das erste Bauteil bzw. die Sockelplatte 28 dient der Anbringung der Vorrichtung 10 an dem Messtisch 12 des Koordinatenmessgerätes 100. Grundsätzlich lässt sich die Vorrichtung 10 bzw. das erste Bauteil 28 aber auch an anderen Komponenten des Koordinatenmessgerätes 100, beispielsweise an dessen Pinole 18 anbringen.
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Das erste Bauteil 28 weist zumindest vier Bohrungen 44 auf. Vorliegend weist das erste Bauteil 28 genau vier Bohrungen 44a, 44b, 44c, 44d in den jeweiligen Eckbereichen des rechteckigen Bodens 38 auf. Die Bohrungen 44 grenzen jeweils an zwei der vier Kanten des ersten Bauteils 28, sind jedoch von diesen beabstandet, sodass die jeweils verbleibende Wandstärke mechanisch stabil bleibt.
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Das erste Bauteil 28 hat genau drei Auflagebereiche 46a, 46b, 46c, die an dem Boden 38 des ersten Bauteils 28 angeordnet sind und von dem Boden 38 senkrecht in einer Richtung aus der Blattebene hinaus abstehen. Die drei Auflagebereiche 46a, 46b, 46c können beispielsweise als Sockel, Abstandsplatten oder Planscheiben ausgestaltet sein, die an dem Boden 38 des ersten Bauteils 28 fix oder lösbar befestigt sind.
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Ein erster Auflagebereich 46a der drei Auflagebereiche 46 ist in etwa mittig zwischen der ersten Bohrung 44a und der zweiten Bohrung 44b angeordnet. Ein zweiter Auflagebereich 46b ist im Bereich der dritten Bohrung 44c angeordnet. Ein dritter Auflagebereich 46c ist im Bereich der vierten Bohrung 44d angeordnet. Vorzugsweise ist der zweite Auflagebereich 46b konzentrisch um die dritte Bohrung 44c herum angeordnet und der dritte Auflagebereich 46c konzentrisch um die vierte Bohrung 44d herum angeordnet. Durch die drei Auflagebereich 46a, 46b, 46c ergibt sich eine statisch bestimmte Auflage des ersten Bauteils 28 auf dem Messtisch 12.
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3 zeigt eine Seitenansicht des in 2 gezeigten Ausführungsbeispiels der Vorrichtung 10 in montiertem Zustand. Darin ist das erste Bauteil 28 an dem Messtisch 12 befestigt. Die Art der Befestigung des ersten Bauteils 28 an dem Messtisch 12 ist insbesondere in 4 und 5 verdeutlicht. 4 zeigt die in 2 angedeutete Schnittansicht IV-IV und 5 zeigt die in 2 angedeutete Schnittansicht V-V, wobei der Einfachheit halber jeweils das zweite Bauteil 30 der Vorrichtung 10 in 4 und 5 weggelassen wurde.
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Wie insbesondere in 4 und 5 ersichtlich ist, ist die Vorrichtung 10 mit Hilfe von vier Befestigungselementen 48a, 48b, 48c, 48d, welche vorliegend als Schrauben ausgebildet sind, an dem Messtisch 12 befestigt. Die vier Befestigungselemente 48 greifen in Innengewinde 52, die in entsprechenden vier Messtisch-Bohrungen 50 im Messtisch 12 vorgesehen sind. Die vier Messtisch-Bohrungen 50 weisen vorzugsweise das gleiche Bohrmuster auf wie die vier Bohrungen 44 des ersten Bauteils 28. Das erste Befestigungselement 48a, welches in die erste Bohrung 44a des ersten Bauteils 28 eingesetzt ist, greift in das erste Gewinde 52a, welches in der ersten Messtisch-Bohrung 50a vorgesehen ist. Das zweite Befestigungselement 48b, welches in die zweite Bohrung 44b des ersten Bauteils 28 eingesetzt ist, greift in das zweite Gewinde 52b, welches in der zweiten Messtisch-Bohrung 50b vorgesehen ist. Das dritte Befestigungselement 48c, welches in die dritte Bohrung 44c des ersten Bauteils 28 eingesetzt ist, greift in das dritte Gewinde 52c, welches in der dritten Messtisch-Bohrung 50c vorgesehen ist. Das vierte Befestigungselement 48d, welches in die vierte Bohrung 44d des ersten Bauteils 28 eingesetzt ist, greift in das vierte Gewinde 52d, welches in der vierten Messtisch-Bohrung 50d vorgesehen ist.
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Wie durch Vergleich von 4 und 5 ersichtlich wird, gestaltet sich die Art der Anbringung des dritten und vierten Befestigungselementes 48c, 48d anders als die Art der Anbringung des ersten und zweiten Befestigungselementes 48a, 48b.
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Das dritte und das vierte Befestigungselement 48c, 48d kontaktieren das erste Bauteil 28 vorzugsweise direkt, wodurch deren Spannkraft unmittelbar auf das erste Bauteil 28 übertragen wird. Die dritte und vierte Bohrung 44c, 44d sind hierzu in ihrem jeweiligen unteren Teil etwas verjüngt, so dass die Schraubenköpfe der Schrauben 48c, 48d jeweils im Inneren der Bohrungen 44c, 44d auf einem entsprechenden Sockel aufliegen und unmittelbar an dem ersten Bauteil 28 angreifen (siehe 4). Der zweite Auflagebereich 46b umgibt vorzugsweise die dritte Schraube 48c unmittelbar. Ebenso umgibt der dritte Auflagebereich 46c vorzugsweise die vierte Schraube 48d unmittelbar. Somit wird die jeweilige Spannkraft der Schrauben 48c, 48d vorzugsweise direkt unterhalb der jeweiligen Schraubenköpfe in den Messtisch 12 eingeleitet.
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Das erste und das zweite Befestigungselement 48a, 48b übertragen ihre Kräfte dagegen nicht unmittelbar auf das erste Bauteil 28. Sie kommen mit dem ersten Bauteil 28 vorzugsweise gar nicht in Berührung. Die Spannkräfte des ersten und das zweiten Befestigungselementes 48a, 48b werden über einen Balken 54 und ein Übertragungselement 56 indirekt auf das erste Bauteil 28 übertragen (siehe 5).
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Der Balken 54 erstreckt sich zwischen dem ersten Befestigungselement 48a und dem zweiten Befestigungselement 48b und ist lediglich über das Übertragungselement 56 mit dem ersten Bauteil 28 gekoppelt. Das Übertragungselement 56 ist vorzugsweise genau mittig zwischen dem ersten und dem zweiten Befestigungselement 48a, 48b bzw. zwischen der ersten und der zweiten Bohrung 44a, 44b angeordnet. Das Übertragungselement 56 ist vorzugsweise eine Kugel, eine Walzen, ein Kugellager oder ein Gleitlager. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Übertragungselement 56 eine Walze. Der sich zwischen dem ersten und dem zweiten Befestigungselement 48a, 48b erstreckende Balken 54 bildet zusammen mit dem Übertragungselement 56 eine Art Wippe.
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Das erste Befestigungselement 48a überträgt seine Spannkraft F1 in einem ersten Bereich 45a auf den Balken 54. Das zweite Befestigungselement 48b überträgt seine Spannkraft F2 in einem zweiten Bereich 45b auf den Balken 54. Die beiden Bereiche 45a, 45b sind vorzugsweise in der Nähe der einander gegenüberliegenden Enden des Balkens 54 angeordnet. In diesen Bereichen 45a, 45b weist der Balken 54 jeweils eine Durchgangsbohrung 70a, 70b auf. Durch die erste Durchgangsbohrung 70a ist das erste Befestigungselement 48a hindurchgeführt. Durch die zweite Durchgangsbohrung 70b ist das zweite Befestigungselement 48b hindurchgeführt.
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In anderen hier nicht gezeigten Ausführungsbeispielen sind anstelle von oder zusätzlich zu Durchgangsbohrungen 70a, 70b ebenfalls auch Ausführungen mit Schlitzen vorstellbar. Ebenfalls können bspw. auch Pratzen, Klemmen (nicht gezeigt) oder ähnliches eingesetzt werden, die auf den Balken 54 drücken.
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Der Balken 54 überträgt seinerseits eine aus der ersten Spannkraft F1 und der zweiten Spannkraft F2 resultierende dritte Kraft F3 über das Übertragungselement 56 auf das erste Bauteil 28. Die beiden Krafteinleitungsbereiche 45a, 45b haben vorzugsweise jeweils einen gleich großen Abstand von dem Übertragungselement 56. Die Kraftübertragung zwischen dem Balken 54 und dem Übertragungselement 56 erfolgt drehmomentfrei (reine Kraftübertragung).
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Das Übertragungselement 56 überträgt die eingeleitete dritte Kraft F3 bspw. entlang einer linienförmigen Berührlinie auf das erste Bauteil 28. Vorzugsweise ist der erste Auflagebereich 46a unmittelbar unterhalb des Übertragungselementes 56 angeordnet, so dass die Kraft F3 in diesem Auflagebereich 46a von dem ersten Bauteil 28 in den Messtisch 12 eingeleitet werden kann.
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Auf diese Weise können auch in dem ersten Auflagerbereich 46a Hebel und Momentübertragungen, welche zu unerwünschten Strukturverformungen führen können, wirksam vermieden werden. Trotz der vier Befestigungselemente 48a, 48b, 48c, 48d ist es somit möglich, die Spannkräfte der Befestigungselemente 48 drehmomentfrei über genau drei Auflagebereichen 46a, 46b, 46c in den Messtisch 12 einzuleiten.
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6 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10, wobei die in 6 dargestellte Ansicht der Schnittansicht aus 5 entspricht. Anders als in dem ersten Ausführungsbeispiel sind hier zusätzlich noch Begrenzungselemente 58a, 58b vorgesehen. Ein erstes Begrenzungselement 58a ist entlang einer Bohrachse 60a der ersten Bohrung 44a verschiebbar in der ersten Bohrung 44a angeordnet. Das erste Begrenzungselement 58a wird von dem ersten Befestigungselement 48a durchdrungen. Ein zweites Begrenzungselement 58b ist entlang einer Bohrachse 60b der zweiten Bohrung 44b verschiebbar in der zweiten Bohrung 44b angeordnet. Das zweite Begrenzungselement 58b wird von dem zweiten Befestigungselement 48b durchdrungen. Das erste sowie das zweite Begrenzungselement 58a, 58b ist dazu eingerichtet, eine durch die erste und die zweite Kraft F1, F2 verursachte Biegung des Balkens 54 in Richtung des Bodens 38 des ersten Bauteils 28 zu begrenzen. Die Begrenzungselemente 58a, 58b können beispielsweise als zylindrische Distanzhülsen ausgestaltet sein.
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7 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 in einer schematischen Ansicht. In diesem Fall ist das erste Bauteil 28 mit Hilfe von insgesamt sechs Befestigungselementen 48a, 48b, 48c, 48d, 48e, 48f an dem Messtisch 12 befestigt. Dennoch erfolgt die Krafteinleitung wiederum nur über exakt drei Auflagebereiche 46a, 46b, 46c. Dies wird in diesem Fall über insgesamt drei Balken 54, 62, 66 gewährleistet.
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Der erste Balken 54 ist zwischen der ersten und der zweiten Bohrung 44a, 44b angeordnet und wird von dem ersten und dem zweiten Befestigungselement 48a, 48b fixiert. In der Mitte zwischen der ersten und der zweiten Bohrung 44a, 44b bzw. dem ersten und dem zweiten Befestigungselement 48a, 48b ist wiederum das Übertragungselement 56 angeordnet. Das Übertragungselement 56 überträgt wie in den zuvor erwähnten Ausführungsbeispielen die in den ersten Balken 54 eingeleiteten Spannkräfte des ersten und zweiten Befestigungselementes 48a, 48b auf das erste Bauteil 28 und über den ersten Auflagebereich 46a auf den Messtisch 12. Der erste Auflagebereich 46a ist vorzugsweise direkt unterhalb des Übertragungselementes 56 angeordnet und hat in etwa den gleichen Abstand zu dem ersten und dem zweiten Befestigungselement 48a, 48b.
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Der zweite Balken 62 ist zwischen der dritten und der vierten Bohrung 44c, 44d angeordnet und wird von dem dritten und dem vierten Befestigungselement 48c, 48d fixiert. In der Mitte zwischen der dritten und der vierten Bohrung 44c, 44d bzw. dem dritten und dem vierten Befestigungselement 48c, 48d ist ein zweites Übertragungselement 64 angeordnet. Das zweite Übertragungselement 64 überträgt die in den zweiten Balken 62 eingeleiteten Spannkräfte des dritten und vierten Befestigungselementes 48c, 48d auf das erste Bauteil 28 und über den zweiten Auflagebereich 46b auf den Messtisch 12. Der zweite Auflagebereich 46b ist vorzugsweise direkt unterhalb des zweiten Übertragungselementes 64 angeordnet und hat in etwa den gleichen Abstand zu dem dritten und dem vierten Befestigungselement 48c, 48d.
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Der zweite Balken 66 ist zwischen der fünften und der sechsten Bohrung 44e, 44f angeordnet und wird von dem fünften und dem sechsten Befestigungselement 48e, 48f fixiert. In der Mitte zwischen der fünften und der sechsten Bohrung 44e, 44f bzw. dem fünften und dem sechsten Befestigungselement 48e, 48f ist ein drittes Übertragungselement 68 angeordnet. Das dritte Übertragungselement 68 überträgt die in den dritten Balken 64 eingeleiteten Spannkräfte des fünften und sechsten Befestigungselementes 48e, 48f auf das erste Bauteil 28 und über den dritten Auflagebereich 46c auf den Messtisch 12. Der dritte Auflagebereich 46c ist vorzugsweise direkt unterhalb des dritten Übertragungselementes 68 angeordnet und hat in etwa den gleichen Abstand zu dem fünften und dem sechsten Befestigungselement 48e, 48f.
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Somit gelingt es auch bei einer Befestigung der Vorrichtung 10 mit insgesamt sechs Befestigungselementen 48a, 48b, 48c, 48d, 48e, 48f die Krafteinleitung wiederum nur über exakt drei Auflagebereiche 46a, 46b, 46c in den Messtisch 12 einzuleiten. In dem in 7 gezeigten Fall sind die drei Übertragungselemente 56, 64, 68 bzw. die drei Auflagebereiche 46a, 46b, 46c in einem gleichseitigen Dreieck zueinander angeordnet (angedeutet durch ein in gestrichelten Linien gezeichnetes Dreieck).
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8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10. Die Vorrichtung 10 weist ebenfalls den zweiten Balken 62 und das zweiten Übertragungselement 64 auf. Der erste Balken 54 erstreckt sich zwischen dem ersten und dem zweiten Befestigungselement 48a, 48b. Der erste Auflagebereich 46a ist vorliegend mittig zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich des ersten Balkens 54 angeordnet.
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Der zweite Balken 62 erstreckt sich zwischen dem zweiten Befestigungselement 48b und dem dritten Befestigungselement 48c und ist über das zweite Übertragungselement 46b mit dem ersten Bauteil 28 gekoppelt. Das zweite Befestigungselement 48b ist dazu eingerichtet, in einem ersten Bereich des zweiten Balkens 62 die zweite Kraft auf den zweiten Balken 62 zu übertragen, und das dritte Befestigungselement 48c ist dazu eingerichtet, in einem von dem ersten Bereich beabstandeten zweiten Bereich des zweiten Balkens 62 eine vierte Kraft auf den zweiten Balken 62 zu übertragen, wobei der zweite Balken 62 dazu eingerichtet ist, eine aus der zweiten Kraft und der vierten Kraft resultierende fünfte Kraft über das zweite Übertragungselement 64 auf das erste Bauteil 28 zu übertragen. Das zweite Übertragungselement 64 und ein zweiter der drei Auflagebereiche 46 sind zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich des zweiten Balkens 62 angeordnet.
