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Feinmeß- und Steuergerät für Werkzeugmaschinen Die Erfindung betrifft
ein Feinmeß- und Steuergerät mit elektrischer Impulsabgabe für Werkzeugmaschinen
zur Messung von Werkstücken mit einer Meßgenauigkeit von ungefähr 1/looo mm. Für
Rundschleifmaschinen oder ähnliche Werkzeugmaschinen sind Meßsteuerungen bekannt,
die einen elektronischen (kapazitiven oder induktiven) Geber mit zugeordneten Verstärkern
aufweisen. Auch sind entsprechende, auf pneumatischer Grundlage arbeitende Meß-
oder Tastgeräte, z. B. Feintastgeräte mit mechanischer oder elektrischer Vergrößerung
des Meßwertes. bekannt. Die bekannten Geräte werden hierbei unter anderem derart
verwendet, daß nach Erreichen eines bestimmten ersten Maßes von einer groben Zustellung
des Supportes auf feine Zustellung umgestellt wird. Bei Erreichen eines bestimmten
zweiten Maßes wird die Zustellung abgeschaltet, und es erfolgt das sogenannte Ausfeuern
mit einer gerinb fügigen Spanabnahme. Bei einem bestimmten dritten Maß ist der Arbeitsvorgang
beendet, indem z. B. ein Schleifsupport in die Ausgangsstellung zurückläuft.
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Diese Geräte sind sehr teuer, so daß sie nur für Spezialzwecke eingesetzt
werden körnen. In technischer Hinsicht haben sie den Nachteil, daß sie den Nullpunkt
nicht halten, weil die Bauelemente elektronisch arbeitender Geräte, wie Spulen,
Transistoren, ihre elektrischen Eigenschaften schon bei geringer Erwärmung verändern.
Bei diesen Geräten muß somit ständig nachgeregelt werden.
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Zum Messen von Werkstücken sind ferner Rachenlehren oder Meßbügel
bekannt, wobei auf der Rachenlehre ein Feintaster vorgesehen ist, der bei Erreichen
des vorgegebenen Werkstückmaßes einen elektrischen Impuls abgibt, der zur Steuerung
der Werkzeugmaschine benutzt wird. Solche Rachenlehren mit Feintaster haben den
Nachteil, daß sie bei Feinmessungen von etwa 1/looo mm eine schleichende Kontaktgabe
haben, da die Kontaktmittel bei diesen Geräten nur äußerst langsam, nämlich von
tausendstel zu- tausendstel Millimeter, zusammenkommen. Bei diesem schleichenden
Zusammenkommen der kontaktgebenden Teile ergibt sich kein genauer Kontaktabgabepunkt,
so daß Ungenauigkeiten in der Messung auftreten.
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Die bekannten Springschalter sind für verschiedene Verwendungszwecke
vorgeschlagen worden, beispielsweise bei einem druckgesteuerten Schwimmerschalter
für Flüssigkeitstanks oder zum Messen der Dicke von Transportbändern usw.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Feinmeß- und Steuergerät
mit elektrischer Impulsgabe für Werkzeugmaschinen zu schaffen, das bei einer Meßgenauigkeit
von ungefähr 1/looo mm, wie sie seither bei bekannten elektronischen Meßgeräten
gegeben ist, wesentlich einfacher im Aufbau und daher billiger und leichter zu bedienen
ist, so daß es bei jeder Werkzeugmaschine eingesetzt werden kann.
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Diese Aufgabe wird gelöst, indem bei dem einleitend beschriebenen
Feinmeß- und Steuergerät, bei dem ein unbeweglicher, starrer Meßbügel und ein diesem
gegenüber beweglicher Meßteil an dem zu messenden Werkstück anliegen, erfindungsgemäß
mit dem beweglichen Meßteil die Einspannstelle und mit dem starren Bügel die Kontaktplatten
sowie der Stützpunkt eines an sich bekannten Springschalters verbunden sind.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind vorteilhaft zur Erzielung
einer Stufenmessung mehrere Springschalter zwischen Meßteil und Meßbügel hintereinander
angeordnet. Das Gerät ist vorteilhaft nach Art einer Rachenlehre ausgebildet. Um
eine leichte Einstellbarkeit des Gerätes zu erreichen, sind nach einem weiteren
Merkmal der Erfindung die Kontaktplattenpaare sowie die Stützpunkte des Springschalters
je für sich oder gemeinsam an feineinstellbaren Verstellschrauben, vorzugsweise
mittels Differentialgewindes, im Meßbügel gelagert. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel
des Feinmeß- und Steuergerätes können die Kontaktplattenpaare auf je einem Schwenkarm
gelagert sein und unter Druck einer Feder gegen das Feineinstellglied, beispielsweise
eine mittels Differentialgewindes einstellbare Schrägfläche, anliegen.
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Zur Einschaltung des Meß- und Schaltstromes in Abhängigkeit von der
Lage des Werkstückes kann ein vorzugsweise zwischen den Meßplatten liegender zusätzlicher
Schalter, vorzugsweise Springschalter, vorgesehen sein.
Weitere
Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung einiger
Ausführungsbeispiele zu entnehmen. Die Zeichnungen zeigen Fig. 1 und 2 einen für
den vorliegenden Zweck besonders geeigneten Springschalter in Seiten -ansieht und
Draufsicht, Fig. 3 den Schalter nach Fig. 1 und 2 in der anderen Schaltlage, Fig.4
die Seitenansicht eines geeigneten Springschalters in anderer Ausführung, Fig. 5
eine Schaltanordnung mit den in den Fig. 1 bis 4 gezeigten Schaltern für den in
Frage stehenden Zweck, Fig. 6 und 7 zwei Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen
Gerätes in Seitenansicht, Fig.8 eine zweite Schaltanordnung eines Prüf-oder Schaltgerätes.
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Der Springschalter nach Fig. 1 bis 3 weist einen in Draufsicht etwa
M-förmig ausgebildeten, aus Blech gestanzten blattfederartigen Teil auf, dessen
Mittelabschnitt 1 als Schaltglied und dessen seitliche Abschnitte 2 als Schaltfeder
dienen. Das Schaltglied ist bei A zwischen den beiden Teilen 3 und 4 eingespannt
und im Bereiche der Kontaktstelle B mit den beiden seitlichen Abschnitten 2 verbunden.
Letztere sind federnd nach unten ausgebogen und stützen sich an der Abstützstelle
C unter Vorspannung schneidenförmig auf dem Grund einer winkelförmigen Nut 5 ab.
Sie suchen sich hierbei zu strecken und dadurch das mit ihnen fest verbundene Schaltglied
1 nach der einen oder anderen Seite zu biegen. Die Punkte A, B
und C liegen
ungefähr in Totpunktstellung zueinander, in der Regel also etwa in einer gemeinsamen
Ebene. Die Ausbiegung des Schaltgliedes 1 im Punkte B wird durch ein Paar plattenartige
Kontaktelemente 6 und 7 begrenzt, die auf einem Isolierglied 8 angebracht sind und
mit denen das als Kontaktkopf dienende Ende 9 des Schaltgliedes 1 abwechselnd in
Berührung kommt.
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Durch eine Relativbewegung des Schaltgliedes 1 zur Schaltfeder 2 quer
zur Längserstreckung des Schaltgliedes und senkrecht zur Blattfederebene kann der
Kontaktkopf 9 des Schaltgliedes 1 von einem Kontaktelement zum anderen herübergeschwenkt
werden, indem auf ihn eine entsprechende Kraft ausgeübt wird, und zwar insbesondere
dadurch, daß eine der drei Stellen A, B und C mit Bezug auf die beiden anderen
Stellen in Pfeilrichtung x1 oder x. verschoben wird. Das sprungweise Umschalten
an der Kontaktstelle B findet statt, sobald die wirkungsmäßige Totpunktlage der
Stellen A, B und C zueinander überschritten wird. Da der Kopf 9 als Teil
des Schaltgliedes 1 einen größeren Kreis um die Stelle A als um die Stelle C (als
Teil der Schaltfeder 2) ausführt, wird die Schaltfeder infolge ihres Bestrebens,
sich zu strecken, den Schaltkopf 9 jeweils gegen dasjenige Kontaktelement drücken,
das auf der dem Abstützpunkt C gegenüberliegenden Seite der durch die Stellen A
und B bestimmten Totpunktstellung der Stelle C liegt.
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In Fig. 1 bis 3 ist angenommen, daß sich die Kontaktstelle B mit dem
Kontaktelement 6, 7 in Pfeilrichtung x1, x. mit Bezug auf die Einspannstelle A des
Schaltgliedes 1 und der hiermit fest verbundenen Abstützstelle C der Schaltfeder
2 verschieben kann. Die Kontaktstelle B ist demgemäß in Fig. 1 in Pfeilrichtung
x, in Fig. 3 in Pfeilrichtung x. aus ihrer Mittellage verschoben, wodurch der Kontaktkopf
in Fig. 1 am Kontaktelement 6, in Fig. 3 am Kontaktelement 7 anliegt.
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Statt die Relativbewegung durch Verschieben der Kontaktstelle B zu
bewirken, kann sie auch dadurch erzielt werden, daß die Einspannstelle A oder die
Abstützstelle C in Pfeilrichtung x1, x. bewegt wird. Gegebenenfalls kann auch das
Schaltglied 1 in einem mehr oder weniger großen Abstand von der Einspannstelle in
Richtung x1, x. nach oben oder unten gedrückt werden. Zweckmäßig liegt die
Abstützstelle C zwischen den Stellen A und B. In Verbindung mit einer entsprechenden
Vorspannung der Schaltfeder 2 kann dadurch der Umschaltpunkt des Springschalters
außerordentlich genau festgelegt werden.
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Die Empfindlichkeit des Umschaltpunktes kann noch gesteigert werden,
wenn das Schaltglied 1 nach oben oder unten ausgeknickt ist, wie in Fig. 4 bei 1'
angedeutet ist. In Schaltstellung wird es unter der Wirkung der Schaltfeder 2 etwa
die ausgezogene Form mit der Knickstelle 10 annehmen.
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Das Schaltschema nach Fig.5 zeigt eine Stromquelle 20, von deren einem
Pol über einen Schalter 21 eine Leitung 22 zu einem ersten Springschalter 23 führt.
Eine an das eine Kontaktelement des Schalters angeschlossene Leitung 24 a ist über
eine Schalt- oder Anzeigevorrichtung 24 mit dem anderen Pol der Stromquelle 20 angeschlossen,
während die an das andere Kontaktelement angeschlossene Leitung 25 zu einem zweiten
Schalter 26 führt, dessen in der Zeichnung rechtes Kontaktelement mit einer zweiten
Schalt- oder Anzeigevorrichtung 27 und dessen in der Zeichnung linkes Kontaktelement
mit einer dritten Schalt- oder Anzeigevorrichtung 28 verbunden ist. Die Schalt-
oder Anzeigevorrichtungen 27 und 28 hängen jeweils am anderen Pol der Stromquelle
20. In der dargestellten Lage fließt bei geschlossenem Schalter 21 der Strom durch
die Vorrichtung 24, z. B. eine rote Lampe, die dadurch zum Aufleuchten gebracht
wird. Springt das Schaltglied des Schalters 23 in seine andere Lage, so fließt der
Strom durch die Vorrichtung 27, z. B. eine weiße Lampe, die dadurch aufleuchtet.
Sowie das Schaltglied des Schalters 26 in seine andere Lage springt, wird die Vorrichtung
28 unter Strom gesetzt, indem z. B. eine grüne Lampe aufzuleuchten beginnt. Mit
dem Aufleuchten wird beispielsweise ein Untermaß »-«, ein Gutmaß »0« sowie ein Übermaß
»-f-« angezeigt. Statt bzw. zusätzlich zu Anzeigevorrichtung 24, 27, 28 können auch
verschiedene Bearbeitungsstufen einer oder mehrerer Maschinen unmittelbar oder mittelbar
gesteuert werden, beispielsweise bei drei zu steuernden Bearbeitungsstufen - etwa
an einer Schleifmaschine -Schlichten, Ausfeuern und Fertigmaß. indem z. B. bei Fertigmaß
die Maschine gleichzeitig stillgesetzt wird. Natürlich können je nach der Anzahl
der Springschalter auch beliebige andere Arbeits- oder Meßvorgänge od. dgl. gesteuert
bzw. angezeigt werden.
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Ein erstes Ausführungsbeispiel eines mit den beschriebenen Springschaltern
versehenen Schalt- oder Prüfgerätes in Form einer Rachenlehre ist in Fig. 6 dargestellt.
Es weist einen relativ festen Schenkel 40 auf, an dem zwei Blattfedern 42 und 43
an ihren einen Enden eingespannt sind, während die anderen Enden der Blattfedern
an einem kleineren, relativ beweglichen, L-förnügen Schenkel 45, dem Meßteil, befestigt
sind. Die mittleren Abschnitte der Blattfedern sind jeweils durch plattenförmige
Stücke an ihrer Ober- und Unterseite abgedeckt, so daß die
Blattfedern
in Nähe jeder Einspannstelle gelenkig wirken. Der Schenke140 trägt auf je einem
Isolierstück 53 und 54 zwei Paare von Kontaktelementen 49, 50 und 51, 52, wobei
die Isolierstücke 53 oder 54 ihrerseits von Haltestücken 57 oder 58 getragen werden,
die am Schenkel 40 festschraubbar sind. Jedes Kontaktelement hat einen nicht dargestellten
Anschluß für eine elektrische Leitung. Im Schenkel 40 ist für jedes Isolierstück
eine Einstellschraube 59, 60
eingeschraubt, deren Gewindegänge z. B. nach
Art eines Differentialgewindes im Schenkel 40 eine größere Steigung haben als im
Isolierstück, so daß durch Drehen der Schraube die zugehörigen Kontaktelemente feineinstellbar
sind. Die Lage jeder Schraube 59, 60 kann durch einen Gewindestift 62 gesichert
sein.
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Am beweglichen L-förmigen Schenkel 45 sind zwei Isolierstücke 65 und
66 befestigt, die zur Aufnahme je eines an eine elektrische Leitung anschließbaren
Schaltgliedes 1 eines Springschalters 1, 2 dienen. Die als Schaltfeder dienenden
federnden Abschnitte 2 sind je an einem Stützglied 68 und 69 abgestützt, das an
einer mit dem festen Schenkel 40 verbundenen Seitenwand 70 befestigt ist. Diese
umgreift auch einen außenliegenden Abschnitt des L-förmigen Schenkels 45 und dient
als Stütze für eine Feder 71, die den Schenkel 45 gegen den Schenkel 40 zu drücken
sucht und in einer Ausnehmung des Schenkels 45 untergegebracht ist. Zwischen den
Isolierstücken 65 und 66 ist am Schenkel ein Mikroschalter 72 befestigt, dessen
Schaltstift 73 gegenüber der außenliegenden Schenkelfläche auf der Seite des Werkstückes
vorsteht. An den freien Enden der Schenkel 40 und 45 sind Platten 74 und 75 aus
Hartmetall aufgesetzt, welche zur Anlage am Werkstück dienen und den zu messenden
Durchmesser desselben bestimmen.
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Die an den Isolierstücken 65 und 66 befestigten Schaltglieder 1 und
die Kontaktelemente 49 bis 52 sind beispielsweise so geschaltet, wie in Fig. 5 schematisch
dargestellt ist. Der Mikroschalter 72 entspricht dem Schalter 21, der Schalter 1,
2 am Isolierstück 65 dem Schalter 23 und der Schalter 1, 2 am Isolierstück 66 dem
Schalter 26.
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Wenn die Feder 71 den Schenkel 45 an den Schenke140 anlegt, nehmen
die Schaltglieder der Schalter 23 und 26 die in Fig. 5 gezeichnete Lage ein. Bei
eingelegtem Schalter 29. leuchtet also z. B. eine rote Lampe 24 auf. Wird der Schenkel
45 vom Schenkel 40 gegen die Wirkung der Feder 71 abgehoben, werden also beide Anlageplatten
74 und 75 einander genähert, springt der Schalter 23 in einer durch die Feineinstellung
der Kontaktelemente bestimmten Entfernung der beiden Schenkel 40, 45 oder
der Platten 74 und 75 voneinander von einem Kontakt zum anderen über, so daß bei
eingelegtem Schalter 21 z. B. eine weiße Lampe 27 aufleuchtet. Werden die beiden
Schenkel noch weiter genähert, so springt auch das Schaltglied des Schalters 26
in die andere Lage und stellt eine Verbindung zu der z. B. grünen Lampe 28 her.
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Zum Messen des Werkstückes bzw. zur Schaltsteuerung seiner Bearbeitung
wird das Werkstück zwischen die Meßplatten 74 und 75 gebracht und gegen die Längsseite
des Schenkels 45 geschoben, bis mittels des Schaltstiftes 73 der Mikroschalter 72
eingelegt ist. Dadurch erst wird der Meßstrom eingeschaltet. Dieses hat den Vorteil,
daß - abgesehen von der Stromersparnis - das Werkstück zum Ablauf des Meß- oder
Arbeitsvorganges stets erst seine richtige Lage einnehmen muß. Der Abstand der Platten
74 und 75 voneinander ist hierbei der Größe des zu messenden Werkstückes angepaßt
und kann gegebenenfalls einstellbar sein. Wie bereits beschrieben, zeigt z. B. das
Aufleuchten einer roten Lampe an, daß der Durchmesser des gemessenen Werkstückes
zu klein ist, das Aufleuchten einer grünen Lampe, daß er zu groß ist. Wenn z. B.
eine weiße Lampe aufleuchtet, entspricht das Werkstück dem vorgeschriebenen Maß.
Dieses Maß kann durch entsprechendes Verschieben der Kontaktelemente 49 bis 52 eingestellt
werden. Es entspricht dem jeweils zulässigen Toleranzbereich.
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Das Ausführungsbeispiel nach Fig.7 weist einen geschlossenen Rahmen
80 auf, in dem ein Stößel 81, wie beim ersten Ausführungsbeispiel beschrieben, durch
Blattfedern 42 und 43 verschiebbar gelagert ist. Innerhalb des Rahmens sind drei
Schalter angebracht, deren Schaltglieder 1 ebenfalls denen nach den Fig. 1 und 2
entsprechen. Jedes Schaltglied 1 ist wie beim ersten Ausführungsbeispiel am Stößel
befestigt. Zur Abstützung der als Schaltfedern dienenden federnden Seitenabschnitte
2 sind Stützen 82 vorgesehen, die an einer den Rahmen auf einer Seite abdeckenden
Seitenwand 83 befestigt sind. Die mit 84 bis 89 bezeichneten Kontaktelemente sind
zusammen mit ihren Isolierkörpern auf Schwenkarmen 91 bis 93 gelagert, die um die
Achsen 91 a bis 93 a schwenkbar sind und durch Federn 94 gegen durch
Verstellschrauben 95 verschiebbare Schrägflächen 97 gedrückt werden. Durch Drehen
der Verstellschrauben 95 kann die Lage der Kontaktelemente 84 bis 89 jeweils paarweise
geändert werden.
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An der Außenseite des Rahmens 80 ist ein Ansatzstück befestigt,
in das ein Schenkel 98 einer Rachenlehre eingeschraubt ist. In ihm ist ein sich
gegen den Stößel 81 abstützender Meßstift 99 gelagert, welcher den anderen Schenkel
der Rachenlehre bildet und den eine sich am Schenkel 98 abstützende Feder 101 gegen
den Stößel 81 zu drücken sucht. An der dem Meßstift benachbarten Seite am
Schenkel 98 ist eine Meßkugel 102 a angebracht, während sich der Stift 99 mittels
einer Kugel 102b am Werkstück W abstützt.
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Die Schaltung des zweiten Ausführungsbeispieles ist in Fig. 8 dargestellt.
Die Schalter 111, 112, 113
mit den _ Schaltgliedern 1 weisen die Kontaktelemente
114 bis 119 auf. Eine Stromquelle ist mit 120 bezeichnet. Von ihr geht eine Leitung
121 zu dem Schalter 111. An eine zweite Leitung 122 sind drei Anzeigevorrichtungen
und/oder Schaltvorrichtungen, z. B. einerseits Lampen 123 bis 125 und andererseits
drei Relais 126 bis 128 angeschlossen, die den Vorschub z. B. für Schlichten, Ausfeuern
und Beenden des Bearbeitungsvorganges, z. B. einer Schleifmaschine, steuern. Das
Prüfen des Werkstückes bzw. die Steuerung der Maschine findet beispielsweise wie
folgt statt: Der Schenkel 98 wird über ein in eine Schleifmaschine eingespanntes
und zu bearbeitendes Werkstück W geschoben, wobei sich die Schalter 111, 112 und
113 in der in Fig. 8 dargestellten Lage befinden. Der von der Stromquelle fließende
Strom gelangt über das Schaltglied 1 des Schalters 111, das Kontaktelement 114 zu
dem Relais 126, das den Vorschub für das Schnippen des Werkstückes überwacht. Die
z. B. grün aufleuchtende Lampe 123 zeigt an, daß der Schruppvorschub eingeschaltet
ist. Sobald -der
Werkstückdurchmesser auf ein bestimmtes Maß abgeschliffen
ist, das von der beschriebenen Einstellung der Kontaktelemente 114, 115 der Lage
der Einspannung des Schaltgliedes im Schalter 111 und der Lage der Abstützung der
zugehörigen Schaltfeder 2 abhängt, springt das Schaltglied des Schalters 111 zum
Kontaktelement 115, wodurch das Relais 126 fällt und das Relais 127 angezogen wird
- jetzt leuchtet die beispielsweise gelbe Lampe 124 auf - weil das Schaltglied
des Schalters 113 am Kontaktelement 117 anliegt. Das Schlichten des Werkstückes
beginnt und ist beendet, wenn das Schaltglied des Schalters 112 zum Kontaktelement
117 wechselt, wodurch das Relais 127 fällt und das Relais 128 angezogen wird,
angezeigt durch die beispielsweise rot aufleuchtende Lampe 125. Der Ausfeuervorgang
beginnt. Nach dessen Beendigung, z. B. nach nur geringer Spanabnahme, schaltet der
Schalter 113 aus, indem sein Schaltglied zum Kontaktelement 119 springt, wodurch
die Maschine stillgesetzt wird.