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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Trägersystem mit einem zur Anbringung
einer Funktionskomponente vorgesehenen Tragarm, der über ein
Gelenk mit einem ortsfest installierbaren Haltestück verbunden
ist, wobei das Gelenk einen in einer Anzahl von Lagerschalen gehalterten
Gelenkkopf aufweist, der über
eine Verspannung der Lagerschalen gegeneinander in seiner Orientierung
fixierbar ist.
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Funktionskomponenten,
wie beispielsweise Aktoren oder Sensoren, können insbesondere bei der hochpräzisen Justierung
oder Vermessung komplexer Gerätschaften
zum Einsatz kommen. Um befriedigende Mess- oder Produktionsergebnisse
erzielen zu können,
ist daher üblicherweise
eine exakte und zuverlässige
Justierung und Positionierung des Gelenkkopfes, zum Beispiel in
einem umgebenden Gerüst,
wünschenswert.
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Da
aber beispielsweise durch handgeführte Funktionskomponenten teilweise
beträchtliche
Relativbewegungen zwischen der Funktionskomponente und den zu vermessenden,
zu bearbeitenden oder zu behandelnden Bauteilen auftreten können, und
diese Relativbewegungen zum Teil mit erheblichen Mess- oder Bearbeitungsfehlern
verbunden sind, ist es wünschenswert,
derartige Komponenten ortsfest und zuverlässig zu verankern, sie zuvor
allerdings noch in gewissen Grenzen räumlich zu verändern oder
zu justieren.
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Für eine derartige
besonders flexible Positionierung oder Orientierung der Funktionskomponente kommt
insbesondere ein Gelenk in Betracht, das frei schwenkbar ist. Hierzu
eingesetzte Gelenkkugeln sind üblicherweise
in einer eingestellten Position mit einer Klemmvorrichtung fixierbar.
Zur Kugelaufnahme wird dabei beispielsweise eine die Gelenkkugel über einen
Teil ihrer Umfangsfläche
umschließende zweiteilige
so genannte Schelle eingesetzt, die mit einem Schlitz versehen ist.
Zum Anpressen der Schelle an die Gelenkkugel lässt sich der Schlitz verengen, indem
eine Klemmschraube angezogen wird, die durch eine Öffnung einer
ersten Schellenhälfte
gesteckt und in eine Gewindebohrung einer zweiten Schellenhälfte eingeschraubt
ist. Durch Anziehen der Klemmschraube wird die Gelenkkugel fest
in die Kugelsenkungen der Schelle gepresst. Mittels einer solchen
Klemmvorrichtung wird die Position der Gelenkkugel räumlich fixiert.
Zum Positionieren der Gelenkkugel wird die Klemmschraube dabei soweit
gelöst, dass
die Gelenkkugel in ihrem Kugelsitz frei orientierbar ist. Eine derartige
Vorrichtung ist zum Beispiel aus der Druckschrift
DE 199 15 684 A1 bekannt.
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Bei
einem derartigen Mechanismus besteht allerdings die Gefahr eines
unkontrollierten Verrutschens der Kugel, wenn die Reibkräfte in den
Kugelsenkungen der Schelle zu klein sind. Die demzufolge oftmals
eingesetzten hohen Anpresskräfte
können allerdings
eine Positionierung mit hoher Genauigkeit erschweren.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein oben genanntes Trägersystem
anzugeben, mit dem sowohl eine hohe Justier- und Positioniergenauigkeit
als auch eine hohe Verspannkraft bei der Fixierung des Gelenkkopfes
erreichbar ist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass den Lagerschalen des Gelenkkopfes zumindest ein zweistufig
ausgeführtes
Verspannungssystem mit mindestens zwei sich voneinander hinsichtlich
der erreichbaren Verspannkraft unterscheidbaren Verspannelementen
zugeordnet ist.
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Die
Erfindung geht dabei von der Überlegung aus,
dass die beiden Auslegungsziele für das Trägersystem, nämlich einerseits
die Einhaltung einer hohen Justier- und Positioniergenauigkeit und andererseits
die Gewährleistung
einer hohen Verspannkraft zur Sicherstellung einer besonders stabilen
und belastbaren mechanischen Fixierung, in ihren Konsequenzen grundsätzlich gegenläufig zueinander
wirken. Für
die Einhaltung einer hohen Justier- und Positioniergenauigkeit ist
nämlich üblicherweise
der Verzicht auf besonders hohe Verspannkräfte erforderlich, da die Aufbringung
hoher Verspannkräfte ausgehend
von einer ursprünglich
hoch genau en Positionierung zu nachträglichen zusätzlichen Positionierungsfehlern
führen
kann. Um dennoch die genannten Auslegungsziele zuverlässig einhalten
zu können,
ist das Trägersystem
hinsichtlich seiner Komponenten spezifisch auf jedes dieser Auslegungsziele
ausgerichtet, wobei jeweils eigenständige Systemkomponenten vorgesehen
sind. Demzufolge sind aufgabenspezifisch mehrere, in ihrer Gesamtheit
für die
Verspannung der Lagerschalen vorgesehene Verspannelemente vorgesehen,
wobei zumindest ein Verspannelement die genaue Positionierung besonders
erleichtern soll und zumindest ein weiteres Verspannelement in der
Art eines nachfolgenden Arbeitsschritts eine Aufbringung einer insgesamt
hohen Verspannkraft sicherstellen soll. Die aufgabenspezifisch unterschiedlich
ausgeführten
Verspannelemente unterscheiden sich dabei insbesondere in der durch
sie erreichbaren Verspannkraft in den Lagerschalen, wobei das insbesondere
zur Positionierung vorgesehene Verspannelement mit einer vergleichsweise
geringen Spannkraft auskommen kann. Die Verspannkraft dieses Verspannelements
kann dabei insbesondere derart bemessen sein, dass selbst bei der
nachfolgenden weiteren Verspannung durch das weitere Verspannelement
keine Beeinträchtigung
der ursprünglichen
vorgenommenen Positionierung mehr erfolgt.
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Für eine besonders
leichtgängige
und einfach handhabbare Positionierung ist zumindest eines der Verspannelemente
vorteilhafterweise als Überwurfmutter
ausgebildet. Durch die Ausbildung dieses Verspannelements als Drehteil
und mit einer Rändelung
an der Außenseite
kann das Gewinde der Überwurfmutter
mit der Hand des Operateurs, der das Trägersystem bedient, auf einfache
Weise und besonders verrutsch- oder verliersicher in ein Gegengewinde
eingeschraubt werden.
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In
besonders vorteilhafter Ausgestaltung des Trägersystems ist die Außenseite
einer der Lagerschalen als Gegengewinde für die Überwurfmutter ausgebildet.
Damit kann der von den beiden Lagerschalen gehaltene Gelenkkopf
exakt in die gewünschte
Stellung gebracht werden.
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Zugunsten
besonders flexibler Verschwenkmöglichkeiten
ist für
den Gelenkkopf zweckmäßigerweise
ein besonders großer
Bewegungsspielraum vorgesehen. Für eine
besonders großzügige Verstellbarkeit
des Neigungs- oder Kippwinkels des Gelenkkopfes weist die tragarmseitige
Lagerschale vorteilhafterweise in ihrer Kontaktplatte eine sich
radial nach außen
erstreckende Ausnehmung auf. Durch eine geeignet angepasste Dimensionierung
der Ausnehmung lässt
sich der Tragarm in die Ausnehmung hinein verschwenken, so dass
in dieser Richtung ein besonders großer Schwenkbereich für den Tragarm mitsamt
der Funktionskomponente erreichbar ist.
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Um
eine unerwünschte
Lageveränderung des
Gelenkkopfes in den Lagerschalen zu verhindern und um ein zu festes
Verspannen der Lagerschalen gegeneinander mit der Folge von Beschädigungen, wie
Verzerrungen oder Verquetschungen, an dem Gelenkkopf zu vermeiden,
ist vorzugsweise zwischen den Lagerschalen und dem Gelenkkopf ein Quetschschutz,
insbesondere ein Gummiring, angebracht.
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Zur
Gewährleistung
einer spielfreien, besonders festen und mechanisch belastbaren Anbindung des
Gelenkkopfes in den Lagerschalen weist das Trägersystem vorteilhafterweise
als zumindest ein Verspannelement eine Anzahl von Klemmschrauben auf.
In besonders vorteilhafter Ausgestaltung des Verspannungssystems
sind die Klemmschrauben als Madenschrauben ausgebildet und in weiterer
oder alternativer Ausgestaltung vorzugsweise durch angepasste Gewindebohrungen
in der Stirnfläche
der Überwurfmutter
geführt.
Durch letztere Ausgestaltung sind die Klemmschrauben vorzugsweise
auf die Außenseite
zumindest einer der Lagerschalen drückbar.
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Aus
fertigungstechnischen Gründen
ist das Trägersystem
vorteilhafterweise aus Metall- und/oder Kunststofftelemente gefertigt.
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Für ein den
individuellen Bedürfnissen
hinsichtlich der gewünschten
Orientierung und Positionierung einer Funktionskomponente angepasstes Trägersystem
ist als Gelenkkopf vorzugsweise eine Gelenkkugel vorgesehen.
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Verwendung
findet das beschriebene Trägersystem
vorzugsweise auf dem Gebiet der Feinmesstechnik und/oder der Feinmechanik.
Dafür ist als
Funktionskomponente vorteilhafterweise ein aktorisches und/oder
ein sensorisches Instrument eingesetzt.
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Die
mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin,
dass durch das den Lagerschalen des Gelenkkopfes zugeordnete zweistufig
ausgeführte
Verspannungssystem mit mindestens zwei sich voneinander hinsichtlich
der erreichbaren Verspannkraft unterscheidbaren Verspannelementen die
Vereinbarkeit zweier grundsätzlich
konträrer
Auslegungsziele, nämlich
sowohl eine besonders hohe Justier- und Positioniergenauigkeit als
auch eine besonders hohe Verspannkraft bei der Fixierung des Gelenkkopfes,
erreichbar ist.
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Die
zumindest zweistufige Befestigung mit einer zunächst besonders exakten Positionierung und
Orientierung und einer anschließend
besonders zuverlässigen
mechanischen Fixierung des Gelenkkopfes erlaubt einen besonders
kontrollierten Ablauf und eine besonders große Funktionsgenauigkeit der angekoppelten
Funktionskomponente. Die zumindest zweiteilige Ausführung des
Verspannungssystems ermöglicht
zudem eine zumindest doppelt räumlich
gesicherte Verankerung des Gelenkkopfes.
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Der
Einsatz einer Überwurfmutter
als eines der Verspannelemente gewährleistet eine besonders leichtgängige und
einfach handhabbare Positionierung und Orientierung des Gelenkkopfes.
Durch die manuelle Verspannung der den Gelenkkopf halternden Lagerschalen
kann der Gelenkkopf in die gewünschte
Stellung gebracht und verrutschsicher orientiert und nachjustiert
werden. Während
die Klemmschrauben als weitere Verspannelemente für eine automatisierte
besonders stabile Fixierung des Gelenkkopfes eingesetzt werden.
Folglich ist ein Trägersystem
bereitgestellt, das insbesondere für den Einsatz im Bereich der
Feinmesstechnik und/oder der Feinmechanik ertüchtigt ist.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin
zeigen:
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1 ein
Trägersystem
im Längsschnitt, und
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2 ein
Verspannungssystem des Trägersystems
nach 1 in Draufsicht.
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Gleiche
Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Die 1 zeigt
ein Trägersystem 1 mit
einem zur Anbringung einer Funktionskomponente 2 vorgesehenen
Tragarm 4. Im Bereich der Feinmesstechnik kann eine derartige
Funktionskomponente 2 beispielsweise als Sensorplatte ausgebildet
sein. Der Tragarm 4 ist über ein Gelenk 6 mit
einem ortsfest installierbaren Haltestück 8 verbunden. Das
Haltestück 8 ist
seinerseits für
einen flexiblen Einsatz in einem Gelenk oder in einem Verschiebemechanismus 9 geeignet
gelagert. Über
dieses Haltestück 8 ist
zudem eine zuverlässige
Feststellung erreichbar, wenn beispielsweise eine exakte Messung
ohne störende
Bewegungen oder Schwankungen erwünscht
ist. Zur Vorbereitung einer solchen Messung ist allerdings eine
genaue Positionierung und Orientierung der als Funktionskomponente 2 eingesetzten
Sensorplatte erwünscht.
Dazu eignet sich besonders das Gelenk 6, das einen in einer
tragarmseitigen Lagerschale 10 und einer haltestückseitigen
Lagerschale 12 gehalterten, am verjüngten Endstück 13 des Tragarms 4 angeordneten
Gelenkkopf 14 aufweist, der im Ausführungsbeispiel zugunsten einer
freien Schwenkbarkeit als Gelenkkugel ausgebildet ist. Abhängig vom
Einsatzgebiet und den damit verbundenen Bedürfnissen bezüglich der
Anzahl der Freiheitsgrade kann der Gelenkkopf 14 selbstverständlich auch
als Gelenkzylinder ausgebildet sein.
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Zur
Positionierung und Justierung des Gelenkkopfes 14 können die
ihn haltenden Lagerschalen 10, 12 gegeneinander
verspannt werden, wobei der Gelenkkopf 14 durch Kontaktplatten 15, 16 der Lagerschalen 10, 12 fixiert
wird. Zugunsten einer verbesserten Ausrichtungsgenauigkeit und -sicherheit des
Gelenkkopfes 14 mit der am Tragarm 4 vorgesehenen
Funktionskomponente 2 und der damit ermöglichten erhöhten Messgenauigkeit
ist ein Verspannungssystem 17 vorgesehen, das zweistufig
ausgeführt
ist und voneinander hinsichtlich der erreichbaren Verspannkraft
unterscheidbare Verspannelemente 18, 20 aufweist.
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Für eine manuell
betätigbare,
verrutschsichere Positionierung und Orientierung des Gelenkkopfes 14 ist
als eines der Verspannelemente 18 eine Überwurfmutter vorgesehen, die
im Ausführungsbeispiel
die Außenseite
der tragarmseitigen Lagerschale 10 umfasst und ohne großen Kraftaufwand
von Hand in die im Ausführungsbeispiel
als Gegengewinde 22 ausgebildete Außenseite der haltestückseitigen
Lagerschale 12 gedreht werden kann. Damit werden die beiden
den Gelenkkopf 14 haltenden Lagerschalen 10, 12 derart
miteinander verspannt, dass der Gelenkkopf 14 in die gewünschte Stellung gebracht
und verrutschsicher orientiert und nachjustiert werden kann.
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Für eine in
einem zweiten Arbeitsschritt automatisiert durchführbare zuverlässige, maschinenfeste
Fixierung des Gelenkkopfes 14 weist das Verspannungssystem 17 als
weiteres Verspannelement 20 Klemmschrauben auf.
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Wie
in 2 gezeigt, sind im Ausführungsbeispiel aus Symmetriegründen bei
der Kräfteverteilung
drei Klemmschrauben, insbesondere Madenschrauben, vorgesehen. In 1 ist
zugunsten einer größeren Übersichtlichkeit
lediglich eine Klemmschraube dargestellt ist. Die Klemmschrauben
sind dabei jeweils durch eine Gewindebohrung 24 in der Stirnfläche des
als Überwurfmutter
ausgebildeten Verspannelements 18 geführt. Das als Klemmschraube
ausgebildete Verspannelement 20 ist dabei im Ausführungsbeispiel
auf die Außenseite
der tragarmseitigen Lagerschale 10 drückbar. Dadurch werden die Lagerschalen 10, 12 besonders
kraftvoll gegeneinander verspannt, so dass der derart in den Lagerschalen 10, 12 verankerte
Gelenkkopf 14 auch erhöhte
mechanische Belastungen, wie beispielsweise Maschinenkräfte, aushält.
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Um
insbesondere Beschädigungen
des Gelenkkopfes 14 bei seiner besonders festen Fixierung in
den Lagerschalen 10, 12 zu unterbinden, ist im Ausführungsbeispiel
optional an den Berührungsflächen zwischen
den Lagerschalen 10, 12 und dem Gelenkkopf 14 ein
in den Figuren nicht dargestellter Quetschschutz, insbesondere ein
Gummiring, angebracht.
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Zugunsten
besonders flexibler Verschwenk- und Rotiermöglichkeiten für den Gelenkkopf 14 weist die
tragarmseitige Lagerschale 10 in ihrer Kontaktplatte 15 eine
sich radial nach außen
erstreckende Ausnehmung 26 auf, die aus Gründen der Übersichtlichkeit
nur in 2 gezeigt ist. Durch eine geeignet angepasste
Dimensionierung der Ausnehmung 26 lässt sich das Endstück 13 des
Tragarms 4 in die Ausnehmung 26 hinein verschwenken,
so dass in dieser Richtung ein besonders großer Schwenkbereich für den Tragarm 4 insgesamt
erreichbar ist. Die Lagerschale 10 ist im Übrigen frei
rotierbar um die Zentralachse des Haltestücks 8 angeordnet,
so dass die Ausnehmung 26 in diejenige Richtung, in der
ein großer
Schwenkbereich für
den Tragarm 4 mit der angekoppelten Funktionskomponente 2 wünschenswert
ist, hin ausgerichtet werden kann.
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- 1
- Trägersystem
- 2
- Funktionskomponente
- 4
- Tragarm
- 6
- Gelenk
- 8
- Haltestück
- 9
- Verschiebemechanismus
- 10
- Lagerschale
- 12
- Lagerschale
- 13
- Endstück
- 14
- Gelenkkopf
- 15
- Kontaktplatte
- 16
- Kontaktplatte
- 17
- Verspannungssystem
- 18
- Verspannelement
- 20
- Verspannelement
- 22
- Gegengewinde
- 24
- Gewindebohrung
- 26
- Ausnehmung