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Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art zur Vermessung eines Werkstücks, insbesondere im Rahmen eines Inprozess-Messverfahrens.
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Messvorrichtungen der betreffenden Art sind allgemein bekannt und werden beispielsweise und insbesondere im Rahmen eines Inprozess-Messverfahrens verwendet, bei dem ein Werkstück während der Bearbeitung auf einer Werkzeug- oder Schleifmaschine vermessen wird. Die bekannten Vorrichtungen weisen einen Grundkörper und einen Messkopf auf, der zwischen einer Ruheposition und einer Messposition, in der er sich in Eingriff mit einem zu vermessenden Werkstück befindet, beweglich ist. Die bekannten Messvorrichtungen weisen ferner eine primäre Antriebseinrichtung zum Bewegen des Messkopfes zwischen seiner Ruheposition und seiner Messposition auf. Eine entsprechende Antriebseinrichtung wird in der Fachsprache häufig auch als "Rückzug" bezeichnet. Da die mittels des Rückzuges zu bewegenden Massen insbesondere bei größeren und schwereren Messköpfen erheblich sind, werden überwiegend hydraulische oder pneumatisch betriebene Rückzüge eingesetzt. Mittels derartiger Rückzüge kann die Bewegung des Messkopfes zwischen seiner Ruheposition und seiner Messposition schnell erfolgen. Ein Nachteil der pneumatischen und hydraulischen Rückzüge besteht jedoch darin, dass sie relativ raumgreifend und gleichzeitig baulich aufwendig sind, weil die verwendeten hydraulischen und pneumatischen Aggregate über Zuleitungen versorgt werden müssen.
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Zur Vermeidung dieses Nachteiles ist es bekannt, Rückzüge mit einem elektrischen Antrieb zu versehen. Nachteilig ist hierbei jedoch, dass derartige Rückzüge nicht die Leistung von Rückzügen erreichen, die auf einem hydraulischen oder pneumatischen Antrieb beruhen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Messvorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art anzugeben, die kompakt im Aufbau ist und bei der eine Bewegung des Messkopfes zwischen seiner Ruheposition und seiner Messposition schnell erfolgen kann.
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Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst.
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Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, eine sekundäre Antriebseinrichtung vorzusehen, die zum Laden eines Energiespeichers der primären Antriebseinrichtung dient. Beispielsweise und insbesondere kann die primäre Antriebseinrichtung Federmittel mit wenigstens einer mechanischen Feder aufweisen, die zum Bewegen des Messkopfes zwischen seiner Ruheposition und seiner Messposition dient.
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Bei dieser Ausführungsform wird der Energiespeicher dadurch geladen, dass die Feder gespannt wird und durch Umwandlung der so gespeicherten potentiellen Energie in kinetische Energie der Messkopf angetrieben wird. Ist die Feder gespannt und der Energiespeicher damit geladen, so kann der Messkopf dadurch aus seiner Ruheposition und seiner Messposition bewegt werden, dass die Feder ausgelöst wird und sich entspannt, wobei die gespeicherte Energie in kinetische Energie zum Bewegen des Messkopfes umgewandelt wird.
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Bei einer solchen Ausführungsform kann der Energiespeicher aufgeladen werden, während sich der Messkopf in seiner Ruheposition oder seiner Messposition befindet. Da die Zeitdauer, während derer sich der Messkopf zwischen der Ruheposition und der Messposition bewegt, in der Regel wesentlich kürzer ist als der Zeitraum, währenddessen er in der Ruheposition oder der Messposition verharrt, steht für das Aufladen des Energiespeichers genügend Zeit zur Verfügung. Wird beispielsweise mittels eines elektromotorischen Antriebs eine mechanische Feder gespannt, so kann hierfür ein relativ kleiner, leistungsschwacher und kompakter Elektromotor verwendet werden, dessen Leistung gerade ausreichen muss, um die Feder zu spannen, während der Messkopf in seiner Ruheposition bzw. seiner Messposition verharrt. Die Feder, die die primäre Antriebseinrichtung bildet bzw. Teil der primären Antriebseinrichtung ist, kann demgegenüber mit einer hohen Federkraft ausgelegt werden, so dass die Bewegung des Messkopfes zwischen der Ruheposition und der Messposition entsprechend der relativ großen Federkraft schnell erfolgen kann.
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Die sekundäre Antriebseinrichtung kann einem beliebigen geeigneten Antriebsprinzip folgen, beispielsweise als pneumatische oder hydraulische Antriebseinrichtung ausgebildet sein. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn die sekundäre Antriebseinrichtung wenigstens einen elektromotorischen Antrieb aufweist. Eine solche Ausführungsform kombiniert die Vorteile eines hydraulisch oder pneumatisch betriebenen Rückzuges, nämlich eine mögliche schnelle Bewegung des Messkopfes zwischen seiner Ruheposition und seiner Messposition, mit den Vorteilen eines elektrischen Antriebs, nämlich einem geringen Bauraum und einem relativ geringen baulichen Aufwand. Im Ergebnis weist eine entsprechende Ausführungsform somit einerseits hinsichtlich einer Bewegung des Messkopfes zwischen seiner Ruheposition und seiner Messposition eine hohe Leistung und gleichzeitig einen kompakten und relativ einfachen Aufbau auf. Ein weiterer Vorteil einer solchen Auführungsform besteht darin, dass sie relativ energieeffizient ist.
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Erfindungsgemäß ist es grundsätzlich möglich, den Messkopf für dessen Bewegung aus der Ruheposition in die Messposition einerseits und für seine Bewegung aus der Messposition in die Ruheposition andererseits separate primäre Antriebseinrichtungen zuzuordnen. Den separaten primären Antriebseinrichtungen kann entsprechend den jeweiligen Anforderungen ein gemeinsamer Energiespeicher zugeordnet sein. Es können jedoch auch separate Energiespeicher vorgesehen sein. Sind mehrere Energiespeicher vorgesehen, so können diesen erfindungsgemäß jeweils eine separate sekundäre Antriebseinrichtung zugeordnet sein. Es ist jedoch auch möglich, wenigstens zwei Energiespeichern eine gemeinsame sekundäre Antriebseinrichtung zuzuordnen. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht insoweit vor, dass die primäre Antriebseinrichtung sowohl für eine Bewegung des Messkopfes aus der Ruheposition in die Messposition einerseits als auch für eine Bewegung des Messkopfes aus der Messposition in die Ruheposition andererseits ausgebildet und eingerichtet ist.
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Unter einem Laden eines Energiespeichers durch die sekundäre Antriebseinrichtung wird erfindungsgemäß unabhängig von dem zugrunde liegenden physikalischen Wirkprinzip verstanden, dass die sekundäre Antriebseinrichtung den Energiespeicher in einen Zustand bringt, in dem in dem Energiespeicher Energie gespeichert ist, mittels derer die primäre Antriebseinrichtung den Messkopf zwischen seiner Ruheposition und seiner Messposition bewegt. Handelt es sich bei dem Energiespeicher beispielsweise um eine Feder, so wird das Laden dieses Energiespeichers dadurch bewirkt, dass die Feder gespannt wird.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten, stark schematisierten Zeichnung näher erläutert, in der das Grundprinzip der erfindungsgemäßen Messvorrichtung dargestellt ist. Dabei bilden alle beschriebenen, in der Zeichnung dargestellten und in den Patentansprüchen beanspruchten Merkmale für sich genommen sowie in beliebiger geeigneter Kombination miteinander den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen und deren Rückbeziehung.
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Es zeigt:
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1 stark schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung, wobei sich der Messkopf in seiner Ruheposition befindet,
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2 in gleicher Darstellung wie 1 die Messvorrichtung gemäß 1, wobei sich der Messkopf in seiner Messposition befindet,
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3 in gleicher Darstellung wie 1 die Messvorrichtung gemäß 1, wobei sich der Messkopf in seiner Messposition befindet und ein erster Energiespeicher geladen wird,
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4 in gleicher Darstellung wie 1 die Messvorrichtung gemäß 1, wobei sich der Messkopf in seiner Messposition befindet und das Laden des ersten Energiespeichers abgeschlossen ist,
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5 in gleicher Darstellung wie 1 die Messvorrichtung gemäß 1, wobei sich der Messkopf in seiner Messposition befindet und ein zweiter Energiespeicher geladen wird,
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6 die Messvorrichtung gemäß 1, wobei der Messkopf aus der Messposition zurück in die Ruheposition bewegt wird,
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7 in gleicher Darstellung wie 1 ein zweites Beispiel einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung, wobei sich der Messkopf in seiner Ruheposition befindet,
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8 in gleicher Darstellung wie 7 die Messvorrichtung gemäß 7, wobei sich der Messkopf in Richtung auf seine Messposition bewegt,
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9 in gleicher Darstellung wie 7 die Messvorrichtung gemäß 7, wobei sich der Messkopf in seiner Messposition befindet,
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10 in gleicher Darstellung wie 7 die Messvorrichtung gemäß 7, wobei sich der Messkopf in seiner Messposition befindet und ein Energiespeicher geladen ist,
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11 in gleicher Darstellung wie 7 die Messvorrichtung gemäß 7, wobei sich der Messkopf in Richtung auf die Ruheposition bewegt und
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12 in gleicher Darstellung wie 7 die Messvorrichtung gemäß 7, wobei sich der Messkopf wieder in der Ruheposition befindet
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Zur Erläuterung des Grundprinzips der Erfindung wird nachfolgend auf die 1 bis 6 Bezug genommen.
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In 1 ist stark schematisiert eine Messvorrichtung 2 zur Vermessung von Werkstücken dargestellt, die insbesondere im Rahmen eines Inprozess-Messverfahrens verwendet wird. Die Zeichnung ist stark schematisiert und auf die zum Verständnis des Erfindungsgedankens erforderlichen Bauteile reduziert.
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Die Messvorrichtung 2 weist einen Grundkörper 4 sowie einen Messkopf 6 auf, der zwischen einer in 1 dargestellten Ruheposition und einer Messposition (vgl. 3) beweglich ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Messkopf 6 an einem Schlitten 8 angeordnet, der entlang einer linearen Bewegungsachse 10 relativ zu dem Grundkörper 4 der Messvorrichtung 2 translatorisch beweglich ist. Der Aufbau eines entsprechenden Messkopfes, insbesondere eines Inprozess-Messkopfes, der für eine Durchführung von Messungen während der Überarbeitung eines Werkstückes geeignet ist, ist dem Fachmann allgemein bekannt und wird daher hier nicht näher erläutert.
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Die Messvorrichtung 2 weist ferner eine primäre Antriebseinrichtung zum Bewegen des Messkopfes 6 zwischen seiner Ruheposition und seiner Messposition auf, wobei die primäre Antriebseinrichtung bei diesem Ausführungsbeispiel mechanische Federmittel aufweist, die in 1 durch eine Schraubenfeder 12 symbolisiert sind. Die Schraubenfeder 12 beaufschlagt ein Betätigungselement 14, das seinerseits den Schlitten 8 lose beaufschlagt.
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Der Schlitten 14 ist in der 1 dargestellten Position verriegelt, so dass die Federmittel 12 gespannt sind.
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Zum Laden des durch die Federmittel 12 gebildeten Energiespeichers ist eine sekundäre Antriebseinrichtung vorgesehen, die bei diesem Ausführungsbeispiel einen elektromotorischen Spindeltrieb 16 aufweist, der eine mittels eines Elektromotors 18 drehantreibbare Gewindespindel 20 aufweist, auf der verdrehsicher und in Axialrichtung beweglich eine als Schieber ausgebildete Spindelmutter 22 angeordnet ist. Entsprechend der Drehrichtung der Gewindespindel 20 bewegt sich die Spindelmutter 22 somit in Axialrichtung der Gewindespindel 20 in der einen oder der anderen Richtung.
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2 zeigt den Messkopf 6 in seiner Messposition, in der sich in Eingriff mit einem zu vermessenden Werkstück (nicht dargestellt) befindet. Um den Messkopf 6 aus der Ruheposition in die Messposition zu bringen, wird die Verriegelung des Schlittens 4 gelöst, so dass sich der Schlitten 14 unter der Druckkraft der sich entspannenden Schraubenfeder 12 in 1 nach rechts bewegt, bis die in 2 dargestellte Messposition erreicht ist, die beispielsweise durch einen Anschlag definiert sein kann.
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In der in 2 dargestellten Messposition wird der Schlitten 8 wiederum arretiert, so dass mittels des Messkopfes 6 Messungen durchgeführt werden können. Zum Spannen der Schraubenfeder 12 und damit zum Laden des durch die Schraubenfeder 12 gebildeten Energiespeichers treibt der Elektromotor 18 die Gewindespindel 20 derart an, dass sich die Spindelmutter 22 in 2 nach links bewegt.
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In 2 ist dargestellt, dass die Spindelmutter 22 an dem Betätigungselement 14 zur Anlage gelangt und dieses in 3 nach links mitnimmt, wobei die Schraubenfeder 12 gespannt wird. Wenn die Schraubenfeder 12 vollständig gespannt ist, sich also der Schlitten 14 wieder in einer Position befindet, die der in 1 dargestellten Ruheposition des Messkopfes 6 entspricht, wird der Schlitten 14 wiederum verriegelt.
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Zum Bewegen des Messkopfes 6 aus der in 3 dargestellten Messposition zurück in die Ruheposition (vgl. 1) ist eine weitere primäre Antriebseinrichtung vorgesehen, die weitere Federmittel in Form einer weiteren Schraubenfeder 12' aufweist, die sich an einer weiteren Spindelmutter 22' abstützt und mit dieser verbunden ist. Die Spindelmutter 22' ist verdrehsicher und in Axialrichtung beweglich auf einer Gewindespindel 20' angeordnet, die mittels eines Elektromotors 18' drehantreibbar ist.
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Die weitere Schraubenfeder 12' bildet eine weitere primäre Antriebseinrichtung, während der weitere Elektromotor 18' nebst weiterem Spindeltrieb 16' eine weitere sekundäre Antriebseinrichtung bildet.
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Zum Spannen der Schraubenfeder 12' treibt der Elektromotor 18' die Gewindespindel 20' derart an, dass die Spindelmutter 22' in 3 nach links bewegt, wobei die Schraubenfeder 12' zusammengedrückt wird, wie in 4 dargestellt. Da der Messkopf 8 in der oben beschriebenen Weise in seiner Messposition verriegelt ist, verbleibt er während des Spannens der Schraubenfeder 12' in seiner Messposition.
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5 zeigt die weitere sekundäre Antriebseinrichtung bei vollständig gespannter Schraubenfeder 12'.
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Um den Messkopf 6 zurück in die in 1 dargestellte Ruheposition zu bewegen, wird die Verriegelung des Messkopfes 6 gelöst, so dass sich die Schraubenfeder 12' entspannt und sich der Messkopf in Richtung auf seine Ruheposition bewegt, wie in 6 dargestellt.
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In der Ruheposition (vgl. 1) liegt der Messkopf 6 mit seinem proximalen Ende an dem Schieber 14 an, wie in 1 dargestellt. Um einen Kontakt zwischen dem proximalen Ende des Schiebers 8 und dem Betätigungselement 14 sicherzustellen, kann beispielsweise ein relativ schwacher Magnet vorgesehen sein.
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Wenn sich der Messkopf 6 wieder in seiner Ruheposition befindet, kann die Spindelmutter 22' mittels des Elektromotors 18' zurück in ihre Ausgangssituation verfahren werden, die in 1 dargestellt ist.
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Da die Schraubenfeder 12 gespannt werden kann, während sich der Messkopf 6 in seine Messposition befindet, steht für das Spannen der Schraubfeder 12 relativ viel Zeit zur Verfügung, so dass der Elektromotor 18 relativ klein dimensioniert werden kann. Dies reduziert die Kosten einer erfindungsgemäßen Messvorrichung 2 und verringert außerdem den Bauraum.
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Entsprechendes gilt für den weiteren Elektromotor 18', weil sich das Spannen der Schraubenfeder 12' ebenfalls vollzieht, während sich der Messkopf 6 in seiner Messposition befindet.
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Um den Messkopf 6 schnell zwischen seiner Ruheposition und seiner Messposition zu bewegen, können die Schraubenfedern 12, 12' relativ stark dimensioniert werden, so dass die Bewegung des Messkopfes 6 zwischen seiner Ruheposition und seiner Messposition schnell erfolgen kann.
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Dementsprechend weist die primäre Antriebseinrichtung eine hohe Leistung auf. Die Zeichnungen dienen lediglich zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Grundprinzips. Aus Darstellungsgründen sind die einer Bewegung des Messkopfes aus der Ruheposition in die Messposition einerseits und einer Bewegung des Messkopfes aus der Messposition in die Ruheposition andererseits erforderlichen Mittel als separate Antriebseinrichtungen dargestellt. Es ist erfindungsgemäß jedoch auch ohne Weiteres möglich, sowohl die Hin-Bewegung (aus der Ruheposition in die Messposition) als auch die Rück-Bewegung (aus der Messposition in die Ruheposition) durch eine gemeinsame primäre Antriebseinrichtung mit einem einzelnen Energiespeicher zu bewerkstelligen, dem ein zum Laden eine einzelne sekundäre Antriebseinrichtung zugeordnet ist.
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Verriegelungseinrichtungen zur Verriegelung des Schlittens 14 bzw. des Messkopfes 6 können beispielsweise jeweils einen elektromagnetisch betätigten oder auf andere Weise zwischen einer Verriegelungsposition und einer Entriegelungsposition beweglichen Regel aufweisen. Bei Verwendung eines elektromagnetisch betätigten Riegels kann derselbe durch eine zentrale Steuerungseinrichtung der Messvorrichtung 2 angesteuert werden, die auch die primäre(n) und/oder sekundäre(n) Antriebseinrichtung(en) ansteuert, sodass die Bewegung des Messkopfes 6 zwischen seiner Ruheposition und seiner Messposition vollautomatisch erfolgen kann. Im Übrigen sind entsprechende Verriegelungseinrichtungen dem Fachmann allgemein bekannt und sind daher weder in der Zeichnung dargestellt noch näher erläutert.
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In den 7 bis 12 ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung 2 dargestellt. Gleiche bzw. entsprechende Bauteile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Das zweite Ausführungsbeispiel gemäß den 7 bis 12 unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß den 1 bis 6 vor allem dadurch, dass sowohl die Hinbewegung des Messkopfes 6 aus der Ruheposition in die Messposition als auch die Rückbewegung des Messkopfes 6 aus der Messposition in die Ruheposition mittels einer einzigen primären Antriebseinrichtung bewirkt wird.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind der primären Antriebseinrichtung ein einziger Energiespeicher und eine einzige sekundäre Antriebseinrichtung zugeordnet.
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7 zeigt den Messkopf 6 in seiner Ruheposition, in der er mittels eines Riegels 24 verriegelt ist, indem der Riegel 24 in der Bewegungsbahn des Schlittens 8 entlang der linearen Bewegungsachse 10 angeordnet ist. Der Riegel 24 ist, wie in 7 angedeutet, federbelastet. Ausserdem ist der Riegel 24 aus der in 7 dargestellten Verriegelungsposition in eine Entriegelungsposition bewegbar, in der er in 7 nach unten zurückgezogen ist. Zum Bewegen des Riegels 24 aus seiner Verriegelungsposition in seine Entriegelungsposition kann beispielsweise ein Elektromagnet (nicht dargestellt) vorgesehen sein.
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Die primäre Antriebseinrichtung weist in Übereinstimmung mit dem ersten Ausführungsbeispiel Federmittel in Form der Schraubenfeder 12 auf, die gleichzeitig den der ersten Antriebseinrichtung zugeordneten Energiespeicher bildet. Die Schraubenfeder 12 ist jeweils auf Zug und Druck beanspruchbar einerseits an einer bei diesem Ausführungsbeispiel schlittenartig ausgebildeten Spindelmutter 26 und andererseits an dem dem Messkopf 6 abgewandten Ende des Schlittens 8 festgelegt. Die Spindelmutter 26 ist verdrehsicher und in axialer Richtung beweglich auf der mittels des Elektromotors 18 drehantreibbaren Gewindespindel 20 angeordnet.
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Um den Messkopf 6 aus der in 7 dargestellten Ruheposition in seine Messposition zu bewegen, wird der Riegel 24 betätigt, so dass dieser den Schlitten 8 entriegelt und für eine Bewegung entlang der linearen Bewegungsachse 10 in Richtung auf die Messposition, also in 7 nach rechts, freigibt. Nach der Entriegelung bewegt sich der Schlitten 8 unter der Federwirkung der Schraubenfeder 12 in Richtung auf die Messposition, wie in 8 dargestellt. In 8 ist angedeutet, dass sich dabei die auf Druck gespannte Schraubenfeder 12 entspannt.
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9 zeigt den Messkopf 6 in seiner Messposition, in der der Schlitten 8 mittels des Riegels 24 verriegelt ist, der in eine an dem Schlitten 8 gebildete Verriegelungsausnehmung 28 eingreift. In der in 9 dargestellten Messposition des Messkopfes 6 ist die Schraubenfeder 12 vollständig entspannt.
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Um eine Rückbewegung des Messkopfes 6 aus der in 9 dargestellten Messposition in die in 7 dargestellte Ruheposition vorzubereiten treibt der Elektromotor 18 die Gewindespindel 20 derart an, dass sich die Spindelmutter 26 in 9 nach links bewegt, wobei die Schraubenfeder 12 auf Zug gespannt wird, wie in 10 dargestellt. Während des Spannens der Schraubenfeder 12 verbleibt der Schlitten 8 und damit der Messkopf 6 in der Messposition, weil er mittels des Riegels 24 in dieser Position verriegelt ist.
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Um den Messkopf 6 aus der Messposition zurück in die Ruheposition zu bewegen, wird der Riegel 24 entriegelt, sodass sich der Schlitten 8 unter der Zugwirkung der Schraubenfeder 12 in Richtung auf die Ruheposition des Messkopfes 6 bewegt, wie in 11 dargestellt.
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12 zeigt den Messkopf 6 in seiner Ruheposition, in der der Schlitten 8 wieder gegen eine Bewegung in Richtung auf die Messposition mittels des Riegels 24 verriegelt ist. In dieser Position des Schlittens 8 ist die Schraubenfeder 12 wiederum entspannt.
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Um eine erneute Bewegung des Messkopfes 6 in die Messposition vorzubereiten, treibt der Elektromotor 18 die Gewindespindel 20 derart an, dass er die Spindelmutter 26 in 12 nach rechts bewegt, wobei die Schraubenfeder 12 wiederum auf Druck beansprucht wird, bis sie vollständig gespannt ist (vgl. 7).
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Durch Lösen des Riegels 24 kann der Messkopf 6 dann wiederum in die Messposition bewegt werden.
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Das zweite Ausführungsbeispiel gemäß den 7 bis 12 ist gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß den 1 bis 6 in seinem Aufbau vereinfacht. Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel sind auch zug- und druckbeanspruchbare Federmittel vorgesehen. Form, Größe und Ausgestaltung der Federmittel, insbesondere die Ausgestaltung und Anzahl der Federn, sind entsprechend den jeweiligen Anforderungen innerhalb weiter Grenzen wählbar.
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Der Aufbau einer Steuerungseinrichtung zur Ansteuerung der elektrischen Bestandteile der Messvorrichtung 2, insbesondere des Elektromotors 18 und eines Elektromagneten zur Betätigung des Riegels 24, ist dem Fachmann allgemein bekannt und wird daher hier nicht näher erläutert. Diese Steuerungseinrichtung ist aus Gründen der Vereinfachung auch in der Zeichnung nicht dargestellt.
