DE19502840A1 - Tastmeßgerät - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Tastmeßgerät und insbesondere ein Tastmeßgerät, das Abstandsmessungen in Richtung einer Meßachse und quer dazu erlaubt.

Ein Mehrkoordinaten-Tastmeßgerät, das nicht nur eine Abstand­ messung in Richtung einer vorbestimmten Hauptkoordinate bzw. Meßachse erlaubt, sondern auch Abstandmessungen in beliebiger Winkellage senkrecht zu der Meßachse ist aus DE-A-41 00 323 bekannt. Ein solches Tastmeßgerät hat ein Gehäuse und einen in Richtung der Meßachse relativ zu dem Gehäuse verschiebbaren und mittels eines Universalgelenks um einen auf der Meßachse lie­ genden Schwenkpunkt allseitig schwenkbar an dem Gehäuse geführ­ ten Tasthebel. Der Tasthebel ist federnd in eine Ruhelage vorgespannt und hat einen aus dem Gehäuse herausragenden Tast­ arm, dessen freies Tastende einen in der Ruhestellung des Tasthebels auf der Meßachse liegenden Tast-Bezugspunkt defi­ niert. Mit dem Tastarm ist gleichachsig ein Koppelarm verbun­ den, dessen dem erstgenannten Universalgelenk fernes Ende mittels eines zweiten Universalgelenks um einen zweiten Schwenkpunkt allseitig schwenkbar mit einem Lenkerelement verbunden ist. Das Lenkerelement ist seinerseits mittels eines dritten Universalgelenks allseitig um einen auf der Meßachse verschiebbaren dritten Schwenkpunkt schwenkbar an dem Gehäuse geführt. Das Lenkerelement hat eine die Meßachse umschließende, von dem ersten Schwenkpunkt wegweisende Ringschulter, die an einer entgegengesetzten, die Meßachse gleichfalls umschließen­ den Ringschulter eines parallel zur Meßachse in dem Gehäuse verschiebbaren Kopplungsstücks aufliegt. Eine Meßuhr mißt den Hub des Kopplungsstücks. Durch geeignete Bemessung der Schwenk­ punktabstände wird erreicht, daß die radiale Auslenkung des Tastendes des Tastarms einerseits und die axiale Auslenkung des Tastendes um gleich große Wege zu gleich großen Auslenkungen des Kopplungsstücks führen. Zwar ist die Meßgenauigkeit eines solchen Tastmeßgeräts in axialer Richtung, d. h. in Richtung der Meßachse und in radialer Richtung sehr hoch, doch wird dies mit vergleichsweise hohem Konstruktionsteile- und Fertigungs­ aufwand erkauft.

Aus DE-C-19 32 010 und DE-C-37 01 730 sind Tastmeßgeräte be­ kannt, die gleichfalls einen in Richtung der Meßachse relativ zu einem Gehäuse verschiebbaren und mittels eines Universalge­ lenks um einen auf der Meßachse liegenden Schwenkpunkt all­ seitig schwenkbar an dem Gehäuse geführten, federnd in eine Ruhestellung vorgespannten Tasthebel haben. Auch hier definiert das freie Tastende des aus dem Gehäuse herausragenden Tastarms des Tasthebels einen in der Ruhestellung des Tasthebels auf der Meßachse liegenden Tast-Bezugspunkt. Der Tasthebel hat einen Koppelarm, dessen, bezogen auf den Schwenkpunkt, dem Tastende fernes, freies Ende eine in der Ruhestellung des Tasthebels zur Meßachse rotationssymmetrische, äußere Steuerfläche bildet. In dem Gehäuse ist in Richtung der Meßachse verschiebbar ein Kopplungsstück geführt, dessen Position, bezogen auf das Ge­ häuse von einer Meßeinrichtung, beispielsweise einer Meßuhr, erfaßt wird. Das Kopplungsstück hat eine zum Tastende hin sich erweiternde und offene Aussparung, die eine zur Meßachse rota­ tionssymmetrische, innere Steuerfläche bildet, an der die äußere Steuerfläche des Koppelarms anliegt. Die Steuerflächen sind so geformt, daß der Koppelarm sowohl beim Verschieben des Tastarms in Richtung der Meßachse als auch beim Auslenken des Tastarms um den Schwenkpunkt das Kopplungsstück in Richtung der Meßachse mit im wesentlichen gleichem Proportionalitätsfaktor mitnimmt. Durch geeignete Wahl der Krümmung der Erzeugenden der Steuerflächen lassen sich auch hier Meßfehler zwischen axialer und radialer Messung vermeiden. Bei dem aus DE-C-19 32 010 bekannten Tastmeßgerät hat die äußere Steuerfläche des Koppel­ arms eine im wesentlichen kreisabschnittförmige Erzeugende, deren Kreismittelpunkt exzentrisch zur Rotationssymmetrieachse liegt, während die Erzeugende der inneren Steuerfläche des Kopplungsstücks geradlinig ist. Im Fall des Tastmeßgeräts der DE-C-37 01 730 hat die innere Steuerfläche des Kopplungsstücks eine mathematisch vorgegebene konvex gekrümmte Form, während die äußere Steuerfläche des Koppelarms durch eine Kugelab­ schnittsfläche gebildet wird.

Bei den bekannten Tastmeßgeräten kann sich der Tasthebel zur Begrenzung seiner Endauslenkung sowohl in axialer Richtung, d. h. in Richtung der Meßachse als auch in radialer Richtung, d. h. senkrecht zur Meßachse ausschließlich über die Steuer­ flächen an dem Gehäuse abstützen. Bei den Steuerflächen handelt es sich jedoch um Präzisionsflächen, durch die Meßfehler ausge­ glichen werden sollen. Übermäßige Endanschlagskräfte können diese Präzisionsflächen beschädigen.

Der Erfindung liegt unter einem ersten Aspekt das technische Problem zugrunde, Schäden an dem Tastmeßgerät zu mindern oder zu vermeiden, die durch übermäßige Tastkräfte sich ergeben könnten.

Die Erfindung geht aus von einem Tastmeßgerät, welches umfaßt:
ein Gehäuse,
einen in Richtung einer Meßachse relativ zu dem Gehäuse ver­ schiebbaren und mittels eines Universalgelenks um einen auf der Meßachse liegenden Schwenkpunkt allseitig schwenkbar an dem Gehäuse geführten, federnd in eine Ruhestellung vorgespannten Tasthebel mit einem aus dem Gehäuse herausragenden Tastarm, dessen freies Tastende einen in der Ruhestellung des Tasthebels auf der Meßachse liegenden Tast-Bezugspunkt definiert und einem Koppelarm, dessen, bezogen auf den Schwenkpunkt, dem Tastende fernes, freies Ende eine in der Ruhestellung des Tasthebels zur Meßachse rotationssymmetrische äußere Steuerfläche mit im wesentlichen konvexer Erzeugender, insbesondere einer kreis­ abschnittförmigen Erzeugenden, bildet, deren Kreismittelpunkt exzentrisch zur Rotationssymmetrieachse liegt,
ein in dem Gehäuse in Richtung der Meßachse verschiebbar ge­ führtes Kopplungsstück mit einer zum Tastende hin sich erwei­ ternden und offenen Aussparung, die eine zur Meßachse rotationssymmetrische innere Steuerfläche, insbesondere in Form einer Kegelstumpffläche mit geradliniger Erzeugender bildet, an der die äußere Steuerfläche des Koppelarms anliegt, wobei die Steuerflächen so geformt sind, daß der Koppelarm sowohl beim Verschieben des Tastarms in Richtung der Meßachse als auch beim Aus lenken des Tastarms um den Schwenkpunkt das Kopplungsstück in Richtung der Meßachse mitnimmt und
eine die Position des Kopplungsstücks bezogen auf das Gehäuse erfassende Meßeinrichtung.

Bei einem solchen Tastmeßgerät ist dem ersten Aspekt der Erfin­ dung vorgesehen, daß das Kopplungsstück dem freien Ende des Koppelarms benachbart eine in Richtung der Meßachse durchge­ hende Durchgangsöffnung hat und daß einerseits an dem Gehäuse und andererseits an dem freien Ende des Koppelarms, jedoch seitlich von dessen äußerer Steuerfläche einander zugeordnete Anschlagorgane vorgesehen sind, die zumindest für die Begren­ zung des Verschiebewegs des Tasthebels längs der Meßachse bei im wesentlichen auf der Meßachse liegendem Tast-Bezugspunkt durch die Durchgangsöffnung hindurch aneinander anlegbar sind.

Bei einem solchen Tastmeßgerät werden zumindest die bei axialen Abstandmessungen eventuell auftretenden Endanschlagskräfte unmittelbar von dem Tasthebel in das Gehäuse geleitet. Die Steuerflächen sind an der Übertragung der Endanschlagskräfte nicht beteiligt, können also nicht durch solche Kräfte beschä­ digt werden.

Eine sehr einfache Gestaltung der Anschlagorgane wird erreicht, wenn die innere Steuerfläche des Kopplungsstücks dessen Durch­ gangsöffnung zentrisch umschließt. Beispielsweise kann dann das Anschlagorgan des Koppelarms durch eine Anschlag-Stirnfläche des Koppelarms gebildet werden, die von der äußeren Steuer­ fläche des Koppelarms zentrisch umschlossen wird. Das Anschlag­ organ des Gehäuses kann beispielsweise als in Richtung der Meßachse vorstehender Vorsprung ausgebildet sein, der durch die Durchgangsöffnung hindurch in Anlagekontakt zur Anschlag-Stirn­ fläche des Koppelarms treten kann. Die Anschlagorgane können integral an dem Gehäuse oder dem Tasthebel angeformt sein; zumindest eines der Anschlagorgane kann auch durch einen ela­ stischen Puffer gebildet sein.

In einer bevorzugten Ausgestaltung werden auch die bei Quer­ auslenkung des Tastendes eventuell sich ergebenden Endan­ schlagskräfte nicht von den Steuerflächen aufgenommen, sondern von gesonderten Anschlagorganen. Es ist zweckmäßigerweise vorgesehen, daß an dem Kopplungsstück seitlich von dessen innerer Steuerfläche und an dem Koppelarm seitlich von dessen äußerer Steuerfläche ringförmig die Meßachse umschließende Anschlagorgane vorgesehen sind, die bei Auslenkung des Tast­ hebels um den Schwenkpunkt aneinander anlegbar sind. Bei Quer­ auslenkung auftretende Endanschlagskräfte werden zwar nicht unmittelbar in das Gehäuse abgeleitet, jedoch werden auch hier die empfindlichen Steuerflächen geschont. Bei dem ringförmigen weiteren Anschlagorgan des Kopplungsstücks kann es sich um die Innenfläche der auch die innere Steuerfläche bildenden Aus­ sparung des Kopplungsstücks handeln. Eine solche Innenfläche läßt sich mit hinreichender Präzision leicht herstellen, ins­ besondere wenn es sich um eine zylindrische Innenfläche han­ delt. Gleichfalls einfach herstellbar ist das ringförmige weitere Anschlagorgan des Koppelarms, wenn es als äußere Um­ fangsfläche eines Ringvorsprungs oder dergleichen des Koppel­ arms ausgebildet ist.

Belastungsschäden an einem Tastmeßgerät der vorstehend erläu­ terten Art können nicht nur auf Grund von Endanschlagskräften auftreten, sondern auch bei übermäßiger Beschleunigung des Tasthebels durch zu schnelles Anfahren des Tastendes an den zu messenden Gegenstand. Die üblicherweise als mechanische Meßuhr ausgebildete Meßeinrichtung setzt der Beschleunigung des Tast­ hebels und dem über die Steuerflächen in Anlagekontakt mit dem Tasthebel stehenden Kopplungsstück eine gewisse Trägheitsmasse entgegen, die über die Steuerflächen beschleunigt werden muß. Auf das Tastende des Tasthebels wirkende Stoßbeschleunigungs­ kräfte können nicht nur die Steuerflächen beschädigen, sondern auch den Mechanismus der Meßuhr. Einem zweiten Aspekt der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, durch Stoßbe­ lastungen des Tastmeßgeräts entstehende Schäden zu mindern bzw. zu vermeiden.

Auch unter dem zweiten Aspekt geht die Erfindung von dem be­ reits unter dem ersten Aspekt erläuterten Tastmeßgerät aus und ist dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Kopplungsstück und dem Gehäuse eine das Kopplungsstück zum Tastende hin vorspan­ nende Rückstellfeder eingespannt ist, daß im Stellantriebsweg der Meßeinrichtung zwischen dieser und dem Kopplungsstück eine Spielkupplung vorgesehen ist, die ein Bewegungsspiel des Kopp­ lungsstücks relativ zur Meßeinrichtung zuläßt und daß der Spielkupplung eine das Bewegungsspiel ausgleichende, insbeson­ dere entgegen der Kraft der Rückstellfeder ausgleichende Spiel­ ausgleichsfeder zugeordnet ist. Die Spielausgleichsfeder spannt die Spielkupplung in eine spielfreie Stellung, in der Stell­ kräfte von dem Kopplungsstück auf die Meßeinrichtung spielfrei übertragen werden. Die Spielkupplung ist jedoch nicht in der Lage auch Stoßbeschleunigungskräfte des Kopplungsstücks auf die träge Mechanik der Meßeinrichtung zu übertragen. Die Spielkupp­ lung öffnet in einem solchen Fall gegen die Kraft der Spielaus­ gleichsfeder kurzzeitig und hält Stoßbelastungskräfte von der Meßeinrichtung fern. Mit Verschwinden der Stoßbelastungskräfte schließt die Spielkupplung erneut in der dann durch das Kopp­ lungsstück bestimmten Meßstellung. Bei der Spielausgleichsfeder kann es sich um eine in der Meßeinrichtung ohnehin für deren Betrieb erforderliche Feder handeln, beispielsweise um eine innere Rückstellfeder einer Meßuhr. So kommt man zu einer vergleichsweise einfachen Konstruktion, wenn die Meßeinrichtung einen mit Spiel in eine Kupplungsöffnung des Kopplungsstücks eingreifenden Kupplungsstift aufweist, den die Spielausgleichs­ feder vom Tastende weg in Richtung der Meßachse spannt.

Als weitere Maßnahme zum Schutz empfindlicher Baukomponenten des Tastmeßgeräts ist es beispielsweise aus DE-A-41 00 323 bekannt, daß der Tastarm ein Soll-Bruchteil aus sprödem Ma­ terial, insbesondere Keramik aufweist, das zwischen dem Univer­ salgelenk und dem Tastende eingefügt ist. Ein solches Soll- Bruchteil kann zweckmäßigerweise auch bei dem erfindungsgemäßen Meßtaster vorgesehen. Bei übermäßiger Anschlagbelastung bricht das Tastende ab, wodurch insbesondere die Steuerflächen und die Meßeinrichtung vor Beschädigung geschützt werden. Bei der nachfolgenden Reparatur des Tasters muß das Soll-Bruchteil erneuert werden, wobei allerdings der Tastarm zum Universalge­ lenk und zum Steuerarm ausgerichtet und abstandjustiert werden muß. Um dies auf einfache Weise zu ermöglichen, ist in einer bevorzugten Ausgestaltung vorgesehen, daß das Soll-Bruchteil in einem axiale und radiale Paßflächen aufweisenden Sockelelement befestigt ist, das seinerseits in einer axiale und radiale Gegen-Paßflächen bildenden Steckaufnahmeöffnung eines den Koppelarm aufweisenden, von dem Universalgelenk geführten Bauteils positioniert ist, wobei das Sockelelement mit einem Ende eines Toleranzausgleichsstifts verbunden ist, dessen anderes Ende im Abstand vom Sockelelement mit dem Bauteil verbunden ist. Das Sockelelement wird auf diese Weise unabhän­ gig von seiner sonstigen betriebsmäßigen Fixierung über die Paßflächen axial und radial relativ zum Schwenkpunkt und zu dem Koppelarm positioniert. Der Toleranzausgleichsstift übernimmt die axiale Fixierung und gleicht, da er lediglich im Bereich seiner Enden mit dem Sockelelement einerseits und dem Bauteil andererseits verbunden ist, eventuell vorhandene Toleranzen dieser Befestigungsstellen aus.

In einer einfachen und damit zweckmäßigen Ausgestaltung ist das Universalgelenk als Kugelgelenk ausgebildet, dessen Gelenkkugel einstückig mit dem Koppelarm verbunden ist und dessen Kugel­ pfanne in eine zylindrische, zur Meßachse zentrische Kugelfüh­ rung übergeht. Der Koppelarm und die Gelenkkugel bilden hierbei eine Baueinheit, die ein zur Meßachse zentrisches, die Steck­ aufnahmeöffnung bildendes Sackloch enthält, das den Toleranz­ ausgleichsstift zwischen dessen Enden mit Abstand umschließt.

Um die axiale Baulänge des Tastmeßgeräts möglichst gering halten zu können, ist zweckmäßigerweise vorgesehen, daß das Kopplungsstück als den Koppelarm umschließende, in einer zylin­ drischen, zur Meßachse zentrischen Führungsöffnung des Gehäuses verschiebbare Hülse ausgebildet ist, deren Innenmantel im Bereich des dem Schwenkpunkt fernen Hülsenendes unter Bildung der inneren Steuerfläche vom Schwenkpunkt weg, insbesondere in Form einer Kegelstumpffläche mit geradliniger Erzeugender ver­ engt ist, und daß zur Führung der Hülse in der Führungsöffnung des Gehäuses am Außenmantel der Hülse in axialem Abstand von­ einander zwei radial vorstehende Führungsflansche vorgesehen sind. Die Hülse hat zweckmäßigerweise im wesentlichen gleichmä­ ßige Wandstärke und zwar auch im Bereich ihrer inneren Steuer­ fläche. Ihre Außenkontur folgt damit im wesentlichen der Innen­ kontur. Eine solche Hülse hat vergleichsweise geringes Gewicht, was das Trägheitsmoment der Hülse und damit die Gefahr von Stoßbelastungsschäden der Steuerflächen mindert.

In einer bevorzugten Ausgestaltung haben die Führungsflansche ringförmige Führungsflächen, die wenigstens bei im Bereich seiner Ruhelage sich befindendem Tasthebel sämtlich im wesent­ lichen auf der zum Schwenkpunkt gelegenen Seite der Stelle gegenseitiger Anlage der Steuerflächen gelegen sind. Durch eine solche Gestaltung wird erreicht, daß die Hülse bezüglich beider Führungsflächen vom Koppelarm hier ausschließlich ziehend bewegt wird, was die an den Führungsflächen wirksamen Reibungs­ kräfte mindert. Auch durch diese Maßnahme wird die Gefahr von Stoßbelastungsschäden an den Steuerflächen gemindert und es werden Meßhysteresefehler verkleinert.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt einen Axiallängsschnitt eines Tastmeßgeräts gemäß der Erfindung.

Das allgemein mit 1 bezeichnete Tastmeßgerät umfaßt ein Gehäuse 3, an dem ein allgemein mit 5 bezeichneter Tasthebel in Rich­ tung einer durch das Gehäuse 3 definierten Meßachse 7 ver­ schiebbar geführt ist. Der Tasthebel 5 ist mittels eines Uni­ versalgelenks in Form eines Kugelgelenks 9 darüber hinaus um einen auf der Meßachse 7 liegenden Schwenkpunkt 11 allseitig schwenkbar an dem Gehäuse 3 geführt und wird von einer Rück­ stellfeder 13 in nachfolgend noch näher erläuterten Weise in die in der Zeichnung dargestellte Ruhestellung federnd vor­ gespannt. Der Tasthebel 5 hat einen aus dem Gehäuse heraus­ ragenden Tastarm 15, dessen freies, durch eine Kugel gebildetes Tastende 17 einen in der Ruhestellung des Tasthebels 5 auf der Meßachse 7 liegenden Tast-Bezugspunkt 19 definiert. Bezogen auf den Schwenkpunkt 11 ragt ein Koppelarm 21 des Tasthebels 5 entgegengesetzt zum Tastarm 15 in eine kreiszylindrische, zur Meßachse 7 zentrische Führungsöffnung 23 des Gehäuses 3 hinein. In der Führungsöffnung 23 ist ein im wesentlichen hülsenförmi­ ges Kopplungsstück 25 in Richtung der Meßachse 7 verschiebbar geführt. Einer an dem Gehäuse 3 gehaltene Meßuhr 27 oder andere Meßeinrichtung erfaßt die Position des Kopplungsstücks 25 relativ zum Gehäuse 3.

Das Kopplungsstück 25 hat im Bereich seines, dem Schwenkpunkt 11 axial fernen Endes eine innere Steuerfläche 29 in Form einer Kegelstumpffläche mit geradliniger Erzeugender, mit der es an einer am freien Ende des Koppelarms 21 gebildeten konvexen äußeren Steuerfläche 31 des Tasthebels 5 anliegt. Die innere Steuerfläche 29 ist zur Meßachse 7 rotationssymmetrisch, wäh­ rend die äußere Steuerfläche 31 zu der in der Ruhestellung des Tasthebels 5 mit der Meßachse 7 zusammenfallenden Geraden durch den Tast-Bezugspunkt 19 und den Schwenkpunkt 11 rotationssym­ metrisch ist. Die äußere Steuerfläche 31 hat eine kreisab­ schnittförmige Erzeugende, deren Kreismittelpunkt exzentrisch zu dieser Geraden liegt. Die mit ihrem einen Ende in einer Ringnut 33 des Bodens der Führungsöffnung 23 und mit ihrem anderen Ende an einem Ringansatz 35 des Kopplungsstücks 25 geführte Rückholfeder 13 spannt das Kopplungsstück 25 in Rich­ tung auf das Tastende 17 zu vor und sorgt zugleich für einen Anlagekontaktdruck der aneinander anliegenden Steuerflächen 29, 31.

Im Betrieb wird das Tastmeßgerät 1 mittels eines bei 37 ange­ deuteten, zur Meßachse 7 gleichachsigen Steilkegelschafts in einer Werkzeugmaschine oder einem Meßgerät oder dergleichen gehalten. Bei einer im Meßbetrieb sich ergebenden Stellbewegung des Tastendes 17 in Richtung der Meßachse 7 nimmt der Koppelarm 21 das Kopplungsstück 25 mit, welches seinerseits die Meßuhr 27 stellt. Bei einer Stellbewegung des Tastendes 17 quer zur Meßachse 7 schwenkt der Koppelarm 21 um den durch das Kugelge­ lenk 9 definierten Schwenkpunkt 11. Die bei dieser Schwenkbewe­ gung des Koppelarms 21 entlang ihrer Erzeugenden aneinander gleitenden Steuerflächen 29, 31 setzen die Schwenkbewegung des Tasthebels 5 in eine axiale Bewegung der Kopplungshülse 25 um, derart, daß die Meßuhr 27 den radialen Abstand des Tast-Bezugs­ punkts 19 von der Meßachse 7 mißt. Durch die erläuterte Gestal­ tung der Steuerflächen 29, 31 wird erreicht, daß der radiale Abstand des Tast-Bezugspunkts 19 von der Meßachse 7 in einem linear proportionalen 1 : 1 Verhältnis in den durch die Schwenkbewegung des Tasthebels 5 bewirkten axialen Stellhub des Kopplungsstücks 25 umgesetzt wird.

Das Kugelgelenk 9 hat eine integral mit dem Koppelarm 21 ausge­ bildete, zur Gelenkachse 11 zentrische Gelenkkugel 38, die in einem die Führungsöffnung 23 zum Tastende 17 hin begrenzenden Gelenkpfannenteil 39 sitzt. Das Gelenkpfannenteil 39 ist in das Gehäuse 3 eingeschraubt und setzt sich dem Tastende 17 ent­ gegengesetzt in einer zylindrischen Führung 41 fort, die die Gelenkkugel 38 bei der axialen Verschiebebewegung des Tast­ hebels 5 radial zur Meßachse 7 führt. Zur Sicherung des Tast­ hebels 5 gegen Verdrehen um die Meßachse 7 ist in einer den Schwenkpunkt 11 in der Ruhestellung des Tasthebels 5 einschlie­ ßenden, achsnormalen Ebene ein Stift 43 an dem Gelenkpfannen­ teil 39 vorgesehen, der in einen in einer Axiallängsschnitt­ ebene des Tasthebels 5 in der Gelenkkugel 38 sich erstreckenden Schlitz 45 eingreift.

Der aus dem Gehäuse 3 vorstehende Tastarm 15 kann im Meßbetrieb aus Unachtsamkeit oder dergleichen Stoßbelastungen ausgesetzt sein oder aber der Tastarm 15 wird axial oder radial bis an seine Hubgrenzen ausgelenkt. Für eine axiale Hubbegrenzung der Bewegung des Tasthebels 5 hat das Kopplungsstück 25 dem freien Ende des Koppelhebels 21 benachbart eine zentrische Durch­ trittsöffnung 47, in der eine von der äußeren Steuerfläche 31 des Koppelhebels 21 umschlossene Anschlagfläche 49 zum Boden der Führungsausnehmung 23 des Gehäuses 3 hin freiliegt. Vom Boden der Führungsausnehmung 23 steht zentrisch zur Meßachse 7 ein zapfenartiger Vorsprung 51 ab, der in die Durchtrittsöff­ nung 47 eingreifen kann und mit seiner Stirnfläche 53 an der Anschlagfläche 49 zur axialen Hubbegrenzung anlegbar ist. Axial auf das Tastende 17 wirkende Anschlagkräfte werden auf diese Weise direkt in das Gehäuse 3 geleitet, werden also nicht von den Steuerflächen 29, 31 aufgenommen.

Um die radiale Hubbewegung zu begrenzen, ist im Bereich des freien Endes des Koppelarms 21 ein Ringwulst 55 angeformt, dessen Umfangsfläche 57 zur radialen Hubbegrenzung des Tast­ hebels 5 an eine axial seitlich der inneren Steuerfläche 29 anschließende, ringzylindrische innere Anschlagfläche 59 des Kopplungsstücks 25 anschlägt. Auch hier werden Anschlagkräfte nicht von den Steuerflächen 29, 31 aufgenommen.

Einen weiteren Schutz der Steuerflächen 29, 31, wie auch der Meßuhr 27 ermöglicht ein als Keramikhülse ausgebildetes Soll- Bruchteil 61 des Tastarms 15. Das Soll-Bruchteil 61 verbindet die Kugel des Tastendes 17 mit einem einstückig die Gelenkkugel 38 und den Koppelarm 21 umfassenden Bauelement. Bei übermäßig großen radialen Anschlagkräften bricht das Tastende 17 ab, wodurch die Steuerflächen 29, 31 und die Meßuhr 27 vor Beschä­ digung geschützt werden. Um das Soll-Bruchteil 21 in einem solchen Fall problemlos auswechseln zu können, ist das dem Tastende 17 abgewandte Ende des Soll-Bruchteils 61 in einem Sockelelement 63 befestigt. Das Sockelelement 63 sitzt mit radialem Paßsitz in einem zentrischen Sackloch 65 des durch die Gelenkkugel 38 und den Koppelhebel 21 gebildeten Bauteils und wird durch eine zum Schwenkpunkt 11 hinweisende axiale Paß­ fläche 67 des Sockelelements axial positioniert. Für die axiale Fixierung ist ein in Richtung des Tastarms 15 sich erstrecken­ der Toleranzausgleichsstift 69 vorgesehen, der mit seinem einen Ende an dem Sockelelement 63 und mit seinem anderen, in axialem Abstand von dem Sockelelement 63 gelegenen Ende an der Kugelge­ lenk-Koppelarm-Baueinheit befestigt, beispielsweise jeweils angeschraubt ist. Der Toleranzausgleichsstift verläuft zwischen seinen Befestigungsenden mit radialem Abstand von dem Sackloch 65 und sorgt dafür, daß die axialen Fixierungskräfte unabhängig von der Lage der axialen und radialen Paßflächen des Sockel­ element 63 in die Baueinheit geleitet werden können.

Das Kopplungsstück 25 hat im Bereich seiner axialen Enden je einen Ringflansch 21, 73, der mit seiner äußeren Umfangsfläche an der Führungsbohrung 23 axial verschiebbar radial geführt ist. Axial zwischen den Führungsflanschen 71, 73 verläuft das Kopplungsstück 25 mit radialem Abstand von der Führungsöffnung 23 und zwar so, daß die Außenkontur des Kopplungsstücks 25 im wesentlichen der Innenkontur unter Einhaltung einer im wesent­ lichen gleichbleibenden Wandstärke folgt. Auf diese Weise kann das Gewicht des Kopplungsstücks 25 und damit die Trägheitsmasse des Kopplungsstücks 25 verringert werden. Das Kopplungsstück 25 kann auf diese Weise Stoßbeschleunigungen des Tasthebels 5 besser folgen.

Wie die Zeichnung zeigt, liegen die zur Führung des Kopplungs­ stücks 25 ausgenutzten Umfangsflächen der Führungsflansche 71, 73 in der Ruhelage des Tasthebels 5 beide auf der zum Tastende 17 hin gelegenen Seite der in der Ruhestellung sich ergebenden Anlagekontaktstelle der Steuerflächen 29, 31. Auf diese Weise wird die Ruhereibung beider Führungsflansche 71, 73 ziehend überwunden, was sich günstig auf die Leichtgängigkeit des Kopplungsstücks 25 auswirkt.

Die Meßuhr 27 ist über einen in Richtung der Meßachse 7 be­ weglichen Kupplungsstift 75 mit dem Kopplungsstück 25 gekup­ pelt. Der Kupplungsstift 75 wirkt auf den Meß- und Anzeigeme­ chanismus der Meßuhr 27 und wird von einer bei 77 angedeuteten Feder direkt oder indirekt entgegen der Kraft der Rückstell­ feder 13 belastet. Der Kupplungsstift 75 greift mit Spiel in Richtung der Meßachse 7 in eine in dieser Richtung langge­ streckte Kupplungsöffnung 79 des Kopplungsstücks 25, wobei die Feder 77 den Kupplungsstift 75 gegen den vom Tastende 17 abge­ wandten Rand der Kupplungsöffnung 79 spannt und das durch die Übergröße der Kupplungsöffnung 79 ermöglichte Spiel ausgleicht. Die Kraft der Feder 77 ist, bezogen auf das Kopplungsstück 25 kleiner als die Kraft der Rückstellfeder 13.

Im Normalbetrieb liegt der Kupplungsstift 75 unter Ausgleich des Kupplungsspiels am Rand der Kupplungsöffnung 79 an. Bei übermäßiger Beschleunigung des Tastendes, beispielsweise durch axiale oder radiale Stoßbelastung des Tastarms 15 muß der Kopplungsarm 21 lediglich die träge Masse des Kopplungsstücks 25 beschleunigen, nicht aber die träge Masse des Meßmechanismus der Meßuhr 27. Der von der trägen Masse des Mechanismus der Meßuhr 27 zurückgehaltene Kupplungsstift 75 hebt dann vorne Rand der Kupplungsöffnung 79 ab. Die Feder 77 gleicht das Kupplungs­ spiel zeitlich verzögert aus. Auf diese Weise können die auf den Meßmechanismus der Meßuhr 27 und auch auf die Steuerflächen 29, 31 wirkende Stoßbelastungskräfte verringert werden.

Die Achse des Steilkegelschafts 37 muß gleichachsig zu der durch die übrigen Komponenten des Tastmeßgeräts 1 bestimmten Meßachse 7 verlaufen. Um Fluchtungsfehler ausgleichen zu kön­ nen, ist das Gehäuse 3 an dem Steilkegelschaft 37 mittels eines Adapters 81 befestigt, der eine achsparallele Justierung der Meßachse 7 des Gehäuses 3 relativ zur Achse des Steilkegel­ schafts 37 erlaubt. Der Adapter 81 hat einen im Paßsitz in einer zentrischen durchgehenden Bohrung 83 des Steilkegel­ schafts 37 sitzenden Schaft 85 und wird mittels einer bei 87 angedeuteten Klemmschraube an dem Steilkegelschaft 37 auswech­ selbar gehalten. Zwischen dem Steilkegelschaft 37 und dem Gehäuse 3 trägt der Schaft 85 einen Ringflansch 89 mit einer zur Achse des Steilkegelschafts 37 exakt senkrecht verlaufen­ den, planen Anlagefläche 91 für das Gehäuse 3. In die Anlage­ fläche 91 ist zentrisch eine Zentrieröffnung 93 eingesenkt, in die mit radialem Spiel ein vom Gehäuse 3 abstehender Zentrier­ zapfen 95 eingreift. Wenigstens drei am Umfang des Ringflan­ sches 89 verteilt angeordnete, radiale Justierschrauben 97 erlauben eine radiale Justierung des an der Anlagefläche 91 verschiebbar geführten Gehäuses 3. Eine zentrische Befesti­ gungsschraube 99 hält das Gehäuse 3 am Adapter 81. Für die radiale Justierung des Gehäuses 3 relativ zu dem Steilkegel­ schaft 37 wird die Schraube 99 zunächst leicht angezogen, um das Gehäuse 3 etwas gegen die Anlagefläche 91 zu spannen. Nach der Justierung halten die Justierschrauben 97 das Gehäuse 3 in der gewünschten Lage fest, bis die Schraube 99 vom gehäusefern­ en Ende des Steilkegelschafts 37 her festgezogen ist.

Claims (14)

1. Tastmeßgerät, umfassend:

• - ein Gehäuse (3),
• - einen in Richtung einer Meßachse (7) relativ zu dem Gehäuse (3) verschiebbaren und mittels eines Univer­ salgelenks (9) um einen auf der Meßachse (7) liegen­ den Schwenkpunkt (11) allseitig schwenkbar an dem Gehäuse (3) geführten, federnd in eine Ruhestellung vorgespannten Tasthebel (5) mit einem aus dem Ge­ häuse (3) herausragenden Tastarm (15), dessen freies Tastende (17) einen in der Ruhestellung des Tast­ hebels (5) auf der Meßachse (7) liegenden Tast-Be­ zugspunkt (19) definiert und einem Koppelarm (21), dessen bezogen auf den Schwenkpunkt (11) dem Tast­ ende (17) fernes, freies Ende eine in der Ruhestel­ lung des Tasthebels (5) zur Meßachse (7) rotations­ symmetrische äußere Steuerfläche (31) mit im wesent­ lichen konvexer Erzeugender, insbesondere einer kreisabschnittförmigen Erzeugenden, bildet, deren Kreismittelpunkt exzentrisch zur Rotationssymmetrie­ achse liegt,
• - ein in dem Gehäuse (3) in Richtung der Meßachse (7) verschiebbar geführtes Kopplungsstück (25) mit einer zum Tastende (17) hin sich erweiternden und offenen Aussparung, die eine zur Meßachse (7) rotationssym­ metrische, innere Steuerfläche (29), insbesondere in Form einer Kegelstumpffläche mit geradliniger Erzeu­ gender bildet, an der die äußere Steuerfläche (31) des Koppelarms (21) anliegt, wobei die Steuerflächen (29, 31) so geformt sind, daß der Koppelarm (21) sowohl beim Verschieben des Tastarms (15) in Rich­ tung der Meßachse (7) als auch beim Auslenken des Tastarms (15) um den Schwenkpunkt (11) das Kopp­ lungsstück (21) in Richtung der Meßachse (7) mit­ nimmt und
• - eine die Position des Kopplungsstücks (25) bezogen auf das Gehäuse (3) erfassende Meßeinrichtung (27),

dadurch gekennzeichnet, daß das Kopplungsstück (25) dem freien Ende des Kop­ pelarms (21) benachbart eine in Richtung der Meßachse (7) durchgehende Durchgangsöffnung (47) hat und daß einerseits an dem Gehäuse (3) und andererseits an dem freien Ende des Koppelarms (21) jeweils seitlich von dessen äußerer Steuerfläche (31) einander zugeordnete Anschlagorgane (49, 51) vorgesehen sind, die zumindest für die Begrenzung des Verschiebewegs des Tasthebels (5) längs der Meßachse (7) bei im wesentlichen auf der Meßachse (7) liegenden Tast-Bezugspunkt (11) durch die Durchgangsöffnung (47) hindurch aneinander anlegbar sind.

2. Tastmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Steuerfläche (29) des Kopplungsstücks (25) dessen Durchgangsöffnung (47) zentrisch um­ schließt.

3. Tastmeßgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die äußere Steuerfläche (31) des Kop­ pelarms (21) eine dessen Anschlagorgan bildende An­ schlag-Stirnfläche (49) zentrisch umschließt.

4. Tastmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Anschlagorgane, insbe­ sondere das Anschlagorgan (51) des Gehäuses (3) als in Richtung der Meßachse (7) vorstehender Vorsprung aus­ gebildet ist.

5. Tastmeßgerät nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß an dem Kopplungsstück (25) seitlich von dessen innerer Steuerfläche (29) und an dem Koppelarm (21) seitlich von dessen äußerer Steuerfläche (31) ringförmig die Meßachse (7) umschließende weitere Anschlagorgane (55, 59) vorgesehen sind, die bei Aus­ lenkung des Tasthebels (5) um den Schwenkpunkt (11) aneinander anlegbar sind.

6. Tastmeßgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das ringförmige weitere Anschlagorgan des Kopp­ lungsstücks (25) als Innenfläche (59), insbesondere im wesentlichen zylindrische Innenfläche der auch die innere Steuerfläche (29) bildenden Aussparung des Kopplungsstücks (25) ausgebildet ist.

7. Tastmeßgerät nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das ringförmige weitere Anschlagorgan des Koppelarms (21) als äußere Umfangsfläche (57) eines Ringvorsprungs (55) des Kopplungsarms (21) aus­ gebildet ist.

8. Tastmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7 oder nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwischen dem Kopplungsstück (25) und dem Gehäuse (3) eine das Kopplungsstück (25) zum Tastende (17) hin vorspannende Rückstellfeder (13) eingespannt ist, daß im Stellantriebsweg der Meßeinrichtung (27) zwischen dieser und dem Kopplungsstück (25) eine Spielkupplung (75, 79) vorgesehen ist, die ein Bewe­ gungsspiel des Kopplungsstücks (25) relativ zur Meß­ einrichtung (27) zuläßt und daß der Spielkupplung (75, 79) eine das Bewegungsspiel ausgleichende, insbeson­ dere entgegen der Kraft der Rückstellfeder (13) aus­ gleichende Spielausgleichsfeder (77) zugeordnet ist.

9. Tastmeßgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung (27) einen mit Spiel in eine Kupplungsöffnung (79) des Kopplungsstücks (25) ein­ greifenden Kupplungsstift (75) aufweist, den die Spielausgleichsfeder (77) vom Tastende (17) weg in Richtung der Meßachse (7) spannt.

10. Tastmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Tastarm (15) ein Soll-Bruch­ teil (61) aus sprödem Material, insbesondere Keramik aufweist, das zwischen dem Universalgelenk (9) und dem Tastende (17) eingefügt ist, daß das Soll-Bruchteil (61) in einem axiale und radiale Paßflächen aufweisen­ den Sockelelement befestigt ist, das seinerseits in einer axiale und radiale Gegen-Paßflächen bildenden Steckaufnahmeöffnung (65) eines den Koppelarm (21) aufweisenden, von dem Universalgelenk (9) geführten Bauteils positioniert ist, und daß das Sockelelement (63) mit einem Ende eines Toleranzausgleichsstifts (69) verbunden ist, dessen anderes Ende im Abstand vom Sockelelement (63) mit dem Bauteil verbunden ist.

11. Tastmeßgerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Universalgelenk (9) als Kugelgelenk ausgebil­ det ist, dessen Gelenkkugel (38) einstückig mit dem Koppelarm (21) verbunden ist und dessen Kugelpfanne in eine zylindrische, zur Meßachse (7) zentrische Kugel­ führung (41) übergeht und daß die den Koppelarm (21) und die Gelenkkugel (38) umfassende Baueinheit ein zur Meßachse (7) zentrisches, die Steckaufnahmeöffnung (65) bildendes Sackloch enthält, das den Toleranzaus­ gleichsstift (69) zwischen dessen Enden mit Abstand umschließt.

12. Tastmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 11, da­ durch gekennzeichnet, daß das Kopplungsstück (25) als den Koppelarm (21) umschließende, in einer zylindri­ schen, zur Meßachse (7) zentrischen Führungsöffnung (23) des Gehäuses (3) verschiebbare Hülse ausgebildet ist, deren Innenmantel im Bereich des dem Schwenkpunkt (11) fernen Hülsenendes unter Bildung der inneren Steuerfläche (29) vom Schwenkpunkt (11) weg, insbeson­ dere in Form einer Kegelstumpffläche mit geradliniger Erzeugender verengt ist, und daß zur Führung der Hülse in der Führungsöffnung (23) des Gehäuses (3) am Außen­ mantel der Hülse im axialen Abstand voneinander zwei radial vorstehende Führungsflansche (71, 73) vorgese­ hen sind.

13. Tastmeßgerät nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsflansche (71, 73) ringförmige Füh­ rungsflächen haben, die wenigstens bei im Bereich seiner Ruhelage sich befindendem Tasthebel (5) sämt­ lich im wesentlichen auf der zum Schwenkpunkt (11) gelegenen Seite der Stelle gegenseitigen Anlage der Steuerflächen (29, 31) gelegen sind.