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Die
Erfindung betrifft eine Koordinatenmessmaschine mit einem Tastkopf.
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Gemäß dem Stand
der Technik werden zum Antrieb von zu bewegenden Teilen in Werkzeug-
oder Messmaschinen häufig
Drehspindeln verwendet. Die Drehspindeln erlauben ein schnelles
und exaktes Positionieren des bewegten Teiles, zum Beispiel eines luftgelagerten
Schlittens. Mit der Spindel können sehr
große
Beschleunigungskräfte
erzeugt werden.
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Über die
Ankopplung der Spindelmutter an das bewegte Teil, wie zum Beispiel
an den bewegten Schlitten, werden neben den Kräften in Bewegungsrichtung auch
Kräfte
sowie Drehmomente in anderen Richtungen übertragen. Dies führt dazu,
dass das bewegte Teil, wie beispielsweise der Schlitten, kleine Seitwärts- oder
Kippbewegungen ausführt.
Besonders bei Maschinen mit hoher Präzision, beispielsweise Koordinatenmessmaschinen,
ist dies jedoch unerwünscht,
weil diese Seitwärts-
oder Kippbewegungen die Führungsgenauigkeit
beeinträchtigen.
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Gemäß dem Stand
der Technik gibt es eine Reihe von Lösungsansätzen, mit denen eine Spindelankopplung
erreicht werden soll, die in der Bewegungsrichtung eine hohe Kraft
spielfrei überträgt und in
allen anderen Freiheitsgraden des Schlittens keine Kräfte beziehungsweise
Momente ausübt.
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Zum
Stand der Technik gehört
ein Zug-Druckstab, der zwischen der Spindelmutter und dem Schlitten
angeordnet ist.
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Dieser
zum Stand der Technik gehörende Zug-Druckstab
hat mindestens zwei geschwächte Stellen,
die als Gelenk dienen. Sie gleichen Bewegungen quer zur Bewegungsrichtung
bis zu einem gewissen Grad aus.
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Der
Nachteil dieser Stäbe
liegt im hohen Fertigungsaufwand. Das Material muss hohen Qualitätsansprüchen genügen, und
die Gelenke müssen
sehr präzise
bearbeitet sein, um ein Abreißen
beziehungsweise Einknicken bei Belastung zu vermeiden.
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Zum
Stand der Technik (
DE
41 32 333 A1 ) gehört
ebenfalls eine Spindelmutterankopplung an den Schlitten, bei der
die senkrecht zur Antriebsrichtung wirkenden Bewegungen der Spindelmutter durch
Kugelrollen von dem zu bewegenden Bauteil abgekoppelt werden (
3 28A und
28B). Diese Aus bildung
hat jedoch den Nachteil, dass Drehmomente um eine Achse senkrecht
zur Verbindungslinie der beiden Kugelrollen nicht entkoppelt sind.
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Zum
Stand der Technik (
DE
101 28 624 A1 ) gehört
ein Koordinatenmessgerät
mit einer Sonde, bei der ein Schlitten, der die Sonde trägt, über eine Spindel
angetrieben wird. Dabei wird der Schlitten mit einer Spindelmutter über einen
Verbindungsstift und ein Klavierdrahtstück verbunden. Dieses Klavierdrahtstück weist
den Nachteil auf, dass der Klavierdraht bei einer kurzzeitigen Überlastung über seine Fließgrenze
hinaus, etwa bei einem Notstopp der zu bewegenden Achse, eine irreversible
Längung
erfährt,
die die Vorspannung aus der Kopplung herausnimmt und deshalb zu
einer Lose in der Antriebskopplung führt, was äußerst unerwünscht ist.
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Zur
Beseitigung des Spiels bei einem Gewindespindelantrieb ist gemäß dem Stand
der Technik (
DE 43
10 130 C2 ) eine Lösung
beschrieben, bei der der Gewindespindelantrieb mit einer Vorspannkraft zwischen
Spindel und Mutter in Längsrichtung
der Gewindespindel beaufschlagt wird. Für die Beaufschlagung mit der
Vorspannkraft wird eine pneumatische Feder vorgeschlagen. Eine Entkopplung
von Querkräften,
die die Spindelmutter auf das zu bewegende Teil ausübt, kann
diese Lösung
nicht leisten. Diese pneumatische Feder hat außerdem den Nachteil, dass diese
sehr aufwändig
und kostspielig im Aufbau ist.
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Weiterhin
gehört
zum Stand der Technik (
DE 39
38 204 A1 ) eine Vorrichtung zur Erzeugung von Messkräften an
einem Längenmessgerät. Diese
Vorrichtung weist zwei Zugmittel auf, wobei zwischen dem einen Zugmittel
und dem einen Ende eines Messschlittens eine Zugfeder einge setzt
ist, welche die beiden Zugmittel vorspannt. Diese Lösung weist den
Nachteil auf, dass sie relativ lang baut.
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Zum
Stand der Technik (
DE
100 55 188 A1 ) gehört
darüber
hinaus ein querkraftfreier Antrieb, der eine Verbindungseinheit
mit einem federnden Abschnitt aufweist, der die Vorschubbewegung
der Antriebseinheit querkraftfrei auf das geführte Maschinenteil überträgt. Zur
querkraftfreien Übertragung weist
der federnde Abschnitt wenigstens eine Blattfeder auf. Diese zum
Stand der Technik gehörende Vorrichtung
weist den Nachteil auf, dass bei einer mechanischen Überbeanspruchung
eine irreversible Veränderung
der Blattfeder durch Einknicken, was die Steifigkeit des Antriebszuges
beeinträchtigt,
nicht ausgeschlossen werden kann.
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Das
der Erfindung zugrunde liegende technische Problem besteht darin,
eine Koordinatenmessmaschine mit einer Ankopplung des Spindelantriebes an
die zu bewegenden Teile der Koordinatenmessmaschine anzugeben, die
einen sehr einfachen und kompakten Aufbau und eine fast vollständige Entkopplung
zwischen Spindelmutter und zu bewegendem Teil erreicht. Gleichzeitig
sollen in Bewegungsrichtung hohe Kräfte spielfrei übertragen
werden, wobei die Ankopplung robust gegen Überlastung sein soll.
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Dieses
technische Problem wird durch eine Koordinatenmessmaschine mit den
Merkmalen gemäß Anspruch
1 gelöst.
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Dadurch,
dass erfindungsgemäß für die Ankopplung
des Spindelantriebes an die zu bewegenden Teile der Koordinatenmessmaschine
wenigstens ein Seil-/Federelement vorgesehen ist, welches als eine
durch wenigstens ein Seil, wenigstens eine Kette oder einen oder
mehrere parallel ange ordnete Drähte
vorgespannte Druckfeder ausgebildet ist, wird eine fast vollständige Entkopplung
zwischen Spindelmutter und Schlitten erreicht.
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Dadurch,
dass erfindungsgemäß für die Ankopplung
des Spindelantriebes an die zu bewegenden Teile der Koordinatenmessmaschine
wenigstens ein Seil-/Federelement vorgesehen ist, ist eine fast vollständige Entkopplung
zwischen Spindelmutter und Schlitten erreicht. In Bewegungsrichtung
werden über
das Seil-/Federelement sehr hohe Kräfte spielfrei übertragen.
Drehmomente werden nicht übertragen,
da die Feder des Seil-/Federelementes für eine ausreichende Entkopplung
sorgt.
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Statt
des Seiles können
auch in allen seitlichen Richtungen flexible Ketten oder auch ein
oder mehrere parallel gespannte Drähte Verwendung finden. Das
Wesen der Erfindung liegt in der Verwendung eines biegeschlaffen,
in seiner Längsrichtung jedoch
hoch zugfesten Konstruktionselementes.
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Vorteilhaft
weist das Seil-/Federelement eine durch wenigstens ein Seil vorgespannte
Druckfeder auf. Die Druck feder ist zwischen Spindelmutter und dem
zu bewegenden Teil in Bewegungsrichtung angebracht. Durch das Drahtseil
ist die Feder vorteilhaft derart vorgespannt, dass die maximal auftretende Kraft
beim Beschleunigen beziehungsweise Abbremsen des Schlittens durch
die Spindel immer kleiner ist als die Vorspannkraft. Das Seil-/Federelement
ist also in Bewegungsrichtung steif ausgebildet, und zwar sowohl
auf Zug als auch auf Druck, kann jedoch bei seitlichen Bewegungen
ausweichen. Um ein seitliches Ausknicken der Feder beim Zusammenziehen zu
verhindern, ist vorteilhaft ein Rohr vorgesehen, welches entweder
in dem Federelement angeordnet ist oder das Federelement umschließt. Voraussetzung
ist jedoch, dass das Federelement zumindest mit geringem Abstand
zu dem Rohr angeordnet ist, um ein seitliches Ausweichen des Federelementes zuzulassen.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform weist
der Spindelantrieb für
die zu bewegenden Teile der Koordinatenmessmaschine wenigstens ein
Fangelement auf. Sollte das Seil-/Federelement defekt sein, so verhindert
das wenigstens eine Fangelement, dass sich das zu bewegende Teil
frei bewegen kann.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausführungsform
weist der Spindelantrieb einen auf einer Führungsbahn bewegbaren Spindelwagen
zum Abfangen des Drehmomentes der Spindelmutter auf.
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Vorteilhaft
ist der Abstand zwischen der Spindelmutter und der Führungsbahn
einstellbar.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich anhand der zugehörigen Zeichnung,
in der ein Ausfüh rungsbeispiel
nur beispielhaft dargestellt ist. In der Zeichnung zeigt:
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1 einen
Spindelantrieb für
einen Schlitten in perspektivischer Ansicht;
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2 einen
Längsschnitt
durch einen Spindelantrieb.
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1 zeigt
eine Spindelmutter (1), die an einen Schlitten (2) über eine
vorgespannte Druckfeder (3) angekoppelt ist. Die Druckfeder
(3) ist zwischen der Spindelmutter (1) und dem
Schlitten (2) in Bewegungsrichtung angeordnet.
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Wie
in 2 dargestellt, ist die Feder (3) durch
ein in ihrem Inneren angeordnetes Drahtseil (4) derart
vorgespannt, dass die maximal auftretende Kraft beim Beschleunigen
und Abbremsen des Schlittens (2) durch eine Spindel (13)
immer kleiner ist als die Vorspannkraft.
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Die
Feder (3) ist nicht auf ihre maximale Vorspannung vorgespannt,
sondern lediglich auf einen Teil davon.
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Das
Seil-/Federelement (3, 4) bildet eine leicht zu
montierende Einheit, die in Bewegungsrichtung steif ist, und zwar
sowohl auf Zug als auch auf Druck, jedoch bei seitlichen Bewegungen
ausweichen kann. Das Seil-/Federelement (3, 4)
benötigt keine
exakte Justierung, lediglich die Vorspannkraft muss bei der Vormontage
einmal eingestellt werden.
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Diese
Einstellung wird durch die Länge
des Seiles (4) in der Druckfeder (3) erzielt.
Die Enden des Seiles (4) werden mit Elementen (5),
wie sie beispielsweise bei Brems-Bowdenzügen von
Kraftfahrzeugen verwendet werden, abgeschlossen. Diese halten die
wirkenden Dauerkräfte
mit der nötigen
Sicherheit.
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Ein
seitliches Ausknicken der Feder (3) beim Zusammenziehen
wird durch ein in der Feder eingesetztes Kunststoffrohrelement (6)
verhindert, das in seinem Außen-
und Innendurchmesser an den Federinnendurchmesser und an den Außendurchmesser
des Seiles (4) so angepasst ausgebildet ist, dass kleinere
seitliche Bewegungen von Seil und Feder möglich sind.
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Die
auf die Spindelmutter (1) wirkenden Drehmomente, zum Beispiel
beim Beschleunigen oder Umsteuern der Richtung, werden durch einen Spindelwagen
(7) auf der spindelseitigen Seite abgefangen. Der Spindelwagen
(7) weist zwei Kugellager (8) auf, die am Ende
einer Achse (14) angeordnet sind, derart, dass eine Hebelbasis
gebildet wird. Die Kugellager (8) laufen auf einer Führungsbahn
(9). Durch einstellbare Führungselemente (10)
lässt sich der
Abstand der Spindelmutter (1) zur Führungsbahn (9) exakt
einstellen. Hierdurch wird ein möglicher Spindeldurchhang
ausgeglichen.
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Ein
Fangstift (11), der in eine Aussparung (12) des
Schlittens (2) mit entsprechender Toleranz ragt, verhindert
bei einem Defekt des Seiles (4), dass sich der Schlitten
(2) frei bewegen kann.
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Die
Lagerung des Schlittens (2) ist nicht dargestellt. Es handelt
sich um eine gemäß dem Stand der
Technik übliche
Lagerung, beispielsweise mittels Luftlagern.
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- 1
- Spindelmutter
- 2
- Schlitten
- 3
- Druckfeder
- 4
- Drahtseil
- 5
- Befestigungselement
für Drahtseil
- 6
- Kunststoffrohrelement
- 7
- Spindelwagen
- 8
- Kugellager
- 9
- Führungsbahn
- 10
- Führungselemente
- 11
- Fangstift
- 12
- Aussparung
des Schlittens
- 13
- Spindel
- 14
- Achse