DE1956678C3 - Fluid-MeBkopf - Google Patents

Description

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Die Erfindung geht aus von einem Fluid-Meßkopf für eine Strömungsmittel-Meßeinrichtung, bei dem ein in einem Gehäuse verschiebbar angeordneter Meßkolben, der an seinem Außenende einen Werkstückabtaster aufweist, den wirksamen Durchflußquerschnitt eines im Gehäuse ausgebildeten, an eine Druckmittelquelle angeschlossenen Diirchgangskanals in Abhängigkeit von seiner Relativlage im Gehäuse zwecks Ermittlung der Werkstückabmessungen zunehmend verändert.

Bekannte Fluid-Meßköpfe dieser Art werden wegen ihrer hohen Betriebszuverlässigkeit und ihrer großen Anzeigegenauigkeit für Präzisionsmessungen mit Vorteil verwendet, verfügen jedoch nur über einen einzigen zusammenhängenden Meßbereich, wobei in diesem Meßbereich die Austrittsöffnung eines an eine Druckmittelquelle angeschlossenen Durchflußkanals von einem Kolbensteg mehr oder weniger gedrosselt wird und der durch die Austrittsöffnung entweichende Strömungsmittelstrom an einem Mengenstrom-Anzeigegerät der zugeordneten Meßeinrichtung zwecks Feststellung der Werkstückabmossungen angezeigt wird. Dabei kann der Meßkolben mit einem zweiten Kolbensteg versehen sein, der jedoch lediglich als Anschlag zur Begrenzung des Meßkolbenhubs dient (deutsche Patentschrift 1066 032, USA.-Patentschriften 3 193 937 und

2 898 683) oder zum Absperren des Durchgangskanals in der einen Endstellung des Meßkolbens, um den Strömungsmittelverbrauch des Meßkopfes in der Ruhelage zu unterbrechen (USA.-Patentschriften 3 199 201 und

3 175 297), oder der gleichzeitig mit dem Schließen der ersten Austrittsöffnung durch den ersten Kolbensteg eine zweite Austrittsöffnung des Durchgangskanals aufsteuert, um dadurch das Ansprechverhalten des Geräts in dem Meßbereich zu verbessern (britische Patentschrift 879 985 und USA.-Patentschrifl 3 102 342). Ein Nachteil der bekannten Meßköpfe besteht darin, daß sie lediglich über einen einzigen, verhältnismäßig engen Meßbereich verfügen, sich also immer nur die Maßabweichungen von einem einzigen vorgegebenen Sollwert feststellen lassen.

Häufig kommt es jedoch vor. beispielsweise bei der maschinellen Bearbeitung von Werkstücken, daß die Abweichungen von zwei unterschiedlichen Sollwerten ermittelt werden müssen, etwa wenn die Abmessungen eines Werkstücks vor und nach einem maschinellen Bearbeiiungsvorgang festgestellt werden sollen. In diesem Fall sind bei den bekannten Einrichtungen entweder zwei Meßköpfe erforderlich oder der Meßkopf muß in zeitraubender umständlicher Weise auf den zweiten vorgegebenen Sollwert umgerüstet werden.

Demgegenüber soll durch die Erfindung ein Meßkopf geschaffen werden, mit dem sich ohne umständliches Umrüsten die Maßabweichungen von mehreren unterschiedlichen, fest vorgegebenen Sollwerten ermitteln lasscii.

Zur Lösung dieser Aufgabe schafft die Erfindung einen Meßkopf der eingangs erwähnten Art. der dadurch gekennzeichnet ist, daß der wirksame Durchfluß querschni't des Durchgangskanals bei einer Verschiebung des Meßkolbens in einer Richtung durch zwei nacheinander mit einer Schulter des Kanals zusammenwirkende Kolbenstege in zwei getrennten, jeweils unterschiedlichen Meßbereichen fortschreitend zu- oder aufsteuerbar ist.

Im Gegensatz zu den bekannten Meßköpfen wird bei dem erfindungsgemäßen Meßkopf die Austrittsöffnung des Durchgangskanals bei einer Verschiebung des Meßkolbens in einer Richtung zunächst im Bereich eines ersten, fest vorgegebenen Sollwerts durch den ersten Kolbensteg und dann im Bereich eines zweiten unterschiedlichen Sollwerts durch den zweiten Kolbensteg zunehmend gedrosselt bzw. geöffnet. Hierdurch ergeben sich zwei um einen vorgegebenen Abstand voneinander getrennte, unterschiedliche Meßbereiche hoher Ansprechempfindlichkeit, und es lassen sich mit ein und demselben Meßkopf ohne Zusatzgeräte oder umständliches Umrüsten zwei unterschiedliche Toleranzfelder eindeutig durchmessen wie dies beispielsweise in dem oberen erwähnten Anwendungsfall eines vor und nach einem maschinellen Bearbeitungsvorgang zu vermessenden Werkstückes erforderlich ist. Insgesamt ist also bei dem erfindungsgemäßen Meßkopf der Einsatzbercich in einfacher Weise beträchtlich verbreitert.

Zweckmäßigerweise sind die Kolbenstege durch axial auf Abstand gehaltene zylindrische Kolbenstufen unterschiedlichen Durchmessers gebildet, wodurch trotz hoher Meßgenauigkeit eine weitere bauliche Vereinfachung erreicht wird. Dabei ist es für die meisten Anwendungsfälle von Vorteil, daß die dem Werkstückabtaster näher gelegene, erste Kolbenstufe einen größeren Durchmesser als die zweite Kolbenstufe hat und dadurch der Strömungsmittelstrom durch den Durchgangskanal bei einer Einschubbewegung des Meßkolbens zunehmend gedrosselt wird.

Die Erfindung wird nunmehr an Hand der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig.'l eine schematische Darstellung einer Meßeinrichtung mit einem erfindungsgemäß ausgebildeten Fluid-Meßkopf,

F i g. 2 einen Axialschnitt durch den Meßkopf,

F i g. 3 und 4 vergrößerte Teildarstellungen des Meßkopfes in zwei verschiedenen Schaltlagen,

F i g. 5 ein Diagramm, bei dem die An^eigevverte der Meßeinrichtung über dem Verschiebeweg des Meßkolbens aufgetragen sind.

Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Mi 3-kopf 10 an eine Meßeinrichtung angeschlossen, die einen Strömu"gsmittel-Druckregler 11 enthält, der an eine Druckquelle angeschlossen werden kann und mit einem sich nach oben aufweitenden, durchsichtigen Rohr 12 verbunden ist, das einen im Luftstrom schwebenden Schwimmer 13 enthält. Die Stellung des Schwimmers hängt von dem Strömungsmittelstrom durch den Meßkopf ab.

Der Meßkopf 10 weist ein Gehäuse 15 auf, in dem ein Meßkolben 16 mit einem Werkstück-Abtaster 17 gleitend in einem Lager 18 geführt ist. Am anderen Ende des Meßkolbens 16 ist ein Flansch 20 angeformt, der in einer Hülse 21 geführt ist, die am Gehäuse 15 befestigt ist. Der Flansch 20 des Meßkolbens 16 ist an seinem Umfang mit Längsnuten versehen, damit das Strömungsmittel, das durch eine Anschluß-Schlauchleitung 24 zugeführt wird, frei durch den rohrförmigen Ansatz 22 des Gehäuses 15 durchtreten kann. In diesem Ende des Meßkopfes 10 ist eine feste Drossel 23 angeordnet, die den Strömungsmittelstrom begrenzt, wenn der Meßkopf nicht wirksam ist. Der Mleßkolben wird in seine äußere Lage (F i g. 2) durch eine Feder 25 gedrückt, die zwischen dem Gehäuse 15 und einer Beilagscheibe 26 silzt, welche am Meßkolben 16 gehaltert ist. Die Kanäle 27 gestatten den Austritt des Strömungsmittels, gewöhnlich in die Atmosphäre.

Das an dem Werkstück angreifende Ende des Meßkolbens hat vorzugsweise eine Schulter 30. so daß Meßplatten vorgegebener Wandstärke während des Einstellvorganges zeitweilig zwischen die Schulter 30 und das Gehäuse 15 eingelegt werden können, um den Gesamthub des Meßkolbens bei bestimmten Anwendungsfällen zu begrenzen und die Eichung des lnstrumems zu erleichtern.

Am einen Ende der Hülse 21 befindet sich eine Schulter 32, die gemeinsam mit einer Kolbenstufe 33 des Meßkolbens 16 einen ringförmigen Durchlaß bildet, dessen Größe den jeweiligen Mengenstrom durch den Meßkopf 10 bestimmt. Wenn der Meßkolben 16 aus der in F i g. 3 gezeigten Lage nach rechts bewegt wird, verkleinert sich dieser Durchlaß allmählich, wobei er jedoch nicht vollständig geschlossen wird. Dadurch wird der Strömungsmittelstrom durch den Meßkopf 10 allmählich verringert, was durch das Absinken des Schwimmers 13 in dem sich aulweitenden Rohr 12 angezeigt wird. Die Anzeigewerte des Schwimmers können aufgetragen werden, so daß sich die in F i g. 5 gezeigte Kurve ergibt, bei der der Verschiebeweg auf der Abszissenachse und die Ablesungen an der Meßeinrichtung auf der Ordinatenachse aufgetragen sind. Der Durchlaß 32, 33 erzeugt somit den Kurvenabschnitt 33a (Fig. 5) bei einer vergleichsweise geringen tatsächlichen Verschiebung des Meßkolbens. Nach dieser Verschiebung kann der Meßkolben 16 um eine erhebliche Strecke nach rechts verschoben werden, bis die in F i g. 4 gezeigte Lage eingenommen wird. In dieser Lage wirkt eine zweite Kolbenstufe 35 des Meßkolbens 16 mit der Schulter 32 zusammen, wodurch der Strömungsmittelstrom bei einer weiteren Bewegung des Meßkolbens nach rechts zunehmend gedrosselt wird. Der dadurch gebildete Durchlaß 32, 35 erzeugt den in F i g. 5 mit 35«) bezeichneten Kurvenabschnitt. Zwischen den beiden Kurvenabschnitten 33a und 35a kann eine Strecke beliebiger Größe liegen, die von der jeweiligen Verwendung der Meßlehre abhängt. Der lange Mittelabschnitt des Verschiebeweges des Meßkolbens ist für die Anzeige der Meßeinrichtung verhältnismäßig unwichtig. Die wichtigen Abschnitte des Verschiebeweges können jedoch sehr genau und mit einer verhältnismäßig großen Empfindlichkeit ausgemessen werden, obwohl der Meßkolben einen großen Bewegungshub aufweist.

Durch die Verwendung nacheinander wirksamer Durchlässe kann die Maßanzeige, die in Form des Verschiebeweges des Meßkolbens über den Luftstrom aufgetragen werden kann, an den empfindlichen Stellen des Meßkolbenhubs im wesentlichen geradlinig sein. In einer anderen Ausführungsform (nicht gezeigt) kann der Strömungsmittelstrom in der vollen Ausfahrlage des Mcßkolbens im wesentlichen vollständig abgesperrt sein und/oder die Mengenströmänderungen können im umgekehrten Sinne vorgenommen werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Fluid-Meßkopf für eine Strömungsmittel-Meßeinrichtung, bei dem ein in einem Gehäuse verschiebbar angeordneter Meßkolben, der an seinem Außenende einen Werkstückabtaster aufweist, den wirksamen Durchflußquerschnitt eines im Gehäuse ausgebildeten, an eine Druckmittelquelle angeschlossenen Durchgangskanals in Abhängigkeit von seiner Relativlage im Gehäuse zwecks Ermittlung der Werkstückabmessungen zunehmend verändert, dadurch gekennzeichnet, daß der wirksame Durchflußquerschnitt des Durchgangskanals (21. 23, 27) bei einer Verschiebung des Meßkolbens (16) in einer Richtung durch zwei nacheinander mit einer Schulter (32) des Kanals zusammenwirkende Kolbenstege (33,35) in zwei getrennten, jeweils unterschiedlichen Meßbereichen (33a, 35u) fortschreitend zu- oder aufsteuerbar ist. ao

2. Meßkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstege (33, 35) durch axial auf Abstand gehaltene zylindrische Kolbenstufen unterschiedlichen Durchmessers gebildet sind.

3. Meßkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die den Werkstückabtaster (17) nähergelegene erste Kolbenstufe (35) einen größeren Durchmesser als die zweite Kolbenstufe (33) hat und dadurch der Strömungsmittelstrom durch den Kanal (21, 23, 27) bei einer Einschubbewegung des Meßkolbens (16) gedrosselt wird.