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Die Erfindung bezieht sich auf Verschiebungsmeßinstrumente, und speziell auf Verbesserungen an einem Verschiebungsmeßinstrument, welches ein Gehäuse von völlig gekapselter Bauart, eine befestigte Skala, die fest mit dem Gehäuse verbunden ist, eine Spindel, die an ihrem vorderen Ende an einem Meßobjekt anliegt und sich entsprechend der Verschiebung des Meßobjektes hin- und herbewegt, und eine bewegliche Skala umfaßt, die mit der Spindel verbunden ist und die Verschiebung des Meßobjektes durch eine Veränderung der physikalischen Werte zwischen der beweglichen Skala und der festen Skala gemäß der Verschiebung des Meßobjektes mißt.
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Bei herkömmlichen Verschiebungsmeßinstrumenten zur Messung einer Länge oder einer ähnlichen Größe eines Gegenstandes wird im Gehäuse des Meßinstrumentes der Meßwert durch eine Relativbewegung zweier gegeneinander verschiebbare Körper ermittelt, z. B. ein Wert einer Bewegung eines Meßelementes bezüglich seines Grundkörpers oder ein Wert einer Bewegung eines Gleitstückes bezüglich einer Führungssäule. Dabei wird ein photoelektrisches Verschiebungsmeßinstrument benutzt, in dem eine Hauptskala an einem Körper befestigt ist und ein Detektor mit einer Indexskala am anderen Körper befestigt ist, und ein Wert einer relativen Verschiebung zwischen Hauptskala und Detektor photoelektrisch gelesen wird.
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In dem photoelektrischen Verschiebungsmeßinstrument des beschriebenen Typs wurde normalerweise ein photoelektrischer Detektor nach Fig. 1 benutzt. In der Zeichnung ist mit 10 eine Lichtquelle bezeichnet, mit 12 und 14 eine Hauptskala und eine Indexskala, die gegeneinander durch Hin- und Herschieben der Hauptskala 12 in die durch Pfeil A bezeichnete Richtung in Verbindung mit der Verschiebung des Meßobjekts z. B., beweglich sind, wobei in jeder der beiden Skalen lichtdurchlässige Abschnitte und nicht lichtdurchlässige Abschnitte in Form von Strichmustern in regelmäßigen Abständen auf flachen Glasplatten angeordnet sind, und mit 16 wird ein Lichtempfängerelement zum Empfang eines Lichtes bezeichnet, welches durch die Lichtquelle 10 ausgesendet wurde und durch die Hauptskala 12 und die Indexskala 14 durchgelassen wurde. Zum Beispiel sind die Lichtquelle 10, die Indexskala 14 und das Lichtempfangselement 16 in einem Gehäuse befestigt, welches eine völlig gekapselte Bauweise aufweist, während die Hauptskala 12 an ihrem vorderen Ende an das Meßobjekt anliegt und in Verbindung mit der Spindel hin- und herbewegt wird, welche wiederum entsprechend der Verschiebung des Meßobjekts hin- und herbewegt wird.
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Bei dem Verschiebungsmeßinstrument, das einen solchen photoelektrischen Empfänger, wie oben beschrieben, aufweist, wird, wenn sich die Hauptskala 12 gemäß der Verschiebung des Meßobjektes verschiebt, der Wert des empfangenen Lichtes im Lichtempfangselement 16 gemessen, so daß der Wert der relativen Verschiebung zwischen Hauptskala 12 und dem Gehäuse verarbeitbar erfaßt werden kann, wobei man ein charakteristisches Merkmal der digital verarbeitbar erfaßten Verschiebung des Meßobjekts erhält. Allerdings zeigt bis zu diesem Zeitpunkt das Verschiebungsmeßinstrument des beschriebenen Typs den Nachteil, daß bei hohen Bewegungsgeschwindigkeiten der Hauptskala 12 oder der Indexskala 14 häufig Fehlzählungen im Bewegungswert der Striche auftraten. Wenn zum Beispiel bei einer Hauptskala 12 und einer Indexskala 14, die eine Strichweite von 10 um und einen minimalen Lesewert von 1 um besitzen, die Verschiebungsgeschwindigkeit der Hauptskala 12 oder der Indexskala 14 den Wert von ca. 500 bis 800 mm/sec überschreitet, treten Meßfehler aufgrund von Fehlzählungen auf.
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Um dem oben beschriebenen Nachteil zu begegnen, wurde bereits vorgeschlagen, ein Dämpfungselement hinzuzufügen oder die Bewegungsgeschwindigkeit der Hauptskala und der Indexskala durch Nutzung der Zwangskraft einer Feder zu reduzieren.
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Aus der US-PS 23 65 806 ist eine innere Dämpfungsanordnung für ein Meßinstrument bekannt, bei dem Einflüsse äußerer Kräfte auf die Anzeigenadel einer Drehanzeige, insbesondere bei einem elektrischen Drehspulenmeßgerät mit einem Skalenendkontakt, sowie von plötzlichen Änderungen der Stromstärke dadurch kompensiert werden, daß auf der Welle des Zeigers des Meßinstruments zusätzlich ein Zahnrad angeordnet ist, welches mit einem weiteren Zahnrad in Eingriff steht, das sich auf einer benachbarten Welle befindet, die zugleich als Dämpfungselement ein Flügelrad trägt. Dabei ist das Übersetzungsverhältnis zwischen den Zahnrädern sowie das Massenverhältnis der den beiden Wellen zugeordneten Bauteile so gewählt, daß die Anzeige des Meßinstruments auch unter dem Einfluß äußerer Erschütterungen in Ruhe bleibt.
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Diese Anordnung dient damit lediglich dazu, ein Schwingen der Anzeigenadel unter dem Einfluß äußerer Zwangkräfte zu vermeiden sowie die Zeigerbewegung bei plötzlichen Stromstärkeänderungen zu dämpfen.
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Die vorliegende Erfindung wurde entwickelt, um dem oben beschriebenen Nachteil des bisherigen Standes der Technik zu begegnen und sieht die Schaffung eines Verschiebungsmeßinstrumentes vor, bei dem bei hohen Bewegungsgeschwindigkeiten der Spindel oder der beweglichen Skala die Bewegungsgeschwindigkeit auf ein befriedigendes Ausmaß eingeschränkt werden kann, während auf der anderen Seite bei niedrigen Bewegungsgeschwindigkeiten die Vermeidung einer unnötigen Kraft vorgesehen ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verschiebungsmeßinstrument der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Gattung zu schaffen, bei dem eine hohe Verschiebungsgeschwindigkeit eines Meß- und/oder Anzeigeorgans im Hinblick auf die Meßwertgewinnung eingeschränkt wird, ohne daß dies zu einer Behinderung bei sehr niedrigen Verschiebungsgeschwindigkeiten führt, wobei außerdem auch bei einem Langzeiteinsatz des Verschiebungsmeßgerätes die inneren Betriebsbedingungen zumindest annähernd konstant bleiben.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß entsprechend dem kennzeichnenden Teil des neuen Anspruchs 1 dadurch gelöst, daß in dem Gehäuse ein Flügelrad mit der Spindel oder der beweglichen Skala über ein Zahnstangengetriebe gekoppelt ist.
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Somit weist das Verschiebungsmeßinstrument ein Flügelrad auf, welches in Abhängigkeit von hin- und hergehenden Längsbewegungen der Spindel oder der beweglichen Skala in eine Rotationsbewegung versetzbar ist, so daß ein mit ansteigender Bewegungsgeschwindigkeit ansteigender Bewegungswiderstand der Bewegung der Spindel oder der beweglichen Skala entgegengesetzt werden kann.
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Weiterhin kann vorzugsweise das Flügelrad mit vier rechtwinkeligen Flügeln in regelmäßigen Abständen versehen sein.
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Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend an Hand eines Ausführungsbeispieles und einer zugehörigen Zeichnung verdeutlicht. In dieser zeigt
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Fig. 1 das Prinzip des photoelektrischen Detektors für die Verwendung in photoelektrischen Verschiebungsmeßinstrumenten;
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Fig. 2 einen Längsschnitt entlang der Linie II-II in Fig. 3, welcher die Ausführung des Verschiebungsmeßinstruments entsprechend der vorliegenden Erfindung darstellt;
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Fig. 3 einen Querschnitt entlang der Linie III-III in Fig. 2;
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Fig. 4 eine Vorderansicht, die das in der genannten Ausführung benutzte Flügelrad zeigt.
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Wie in den Fig. 2 und 3 gezeigt, umfaßt ein Verschiebungsmeßinstrument nach der vorliegenden Erfindung entsprechend dieser Ausführung folgende Teile:
ein Gehäuse 20, das eine völlig gekapselte Bauweise aufweist, eine Basis 22, die fest mit dem Gehäuse 20 verbunden ist, eine Indexskala 14, die eine in diesem Gehäuse befestigte Skala ist, welche mit der Basis 22 durch die Strebe 23 verbunden ist, ein Lichtempfangselement 16, welches mit der Basis 22 ebenfalls durch die Strebe 23 verbunden ist, eine Spindel 24, die an ihrem vorderen Ende an dem Meßobjekt anliegt und gemäß der Verschiebung des Meßobjektes hin- und herbewegt wird, und eine Hauptskala 12, die eine in diesem Gehäuse bewegliche Skala ist, welche an ihrem unteren Ende durch die Strebe 26 fest mit der Spindel 24 verbunden ist, und zur Messung der Verschiebung des Meßobjekts durch eine Veränderung des Lichtwertes, der zwischen Hauptskala 12 und Indexskala 14 gemäß der Verschiebung des Meßobjekts durchgelassen wird, fähig ist. Der hintere Teil der Spindel 24 bildet eine Zahnstange 24 a und ein Flügelrad 30 ist drehbar auf der Basis 22 durch die Lagerung 32 gelagert, wobei das Flügelrad mittels eines Ritzels 28, welches mit der Zahnstange 24 a der Spindel 24 kämmt, in Abhängigkeit von der Hin- und Herbewegung der Spindel 24 gedreht wird. Auf diese Weise wird ein Bewegungswiderstand, der mit dem Ansteigen der Rotationsgeschwindigkeit des Flügelrades 30 anwächst und gegen die Bewegung der Spindel 24 wirkt, erzeugt. In den Zeichnungen ist mit 34 eine Stange zur Halterung der Strebe 26 gegen Drehen bezeichnet, mit 36 eine Druckfeder, die zwischen dem oberen Ende der Stange 34 und der Strebe 26 angeordnet ist, um der Spindel 24 eine Meßkraft zu verleihen, und mit 38 eine Leitung für die elektrische Verbindung eines Meßwertwandlers und Anzeigers, nicht gezeichnet, mit der Lichtquelle 10, dem lichtempfangenen Element 16 und ähnlichen Geräten, die im Gehäuse 20 untergebracht sind.
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An dem Flügelrad 30 sind vier rechtwinkelige Flügel 30 a in regelmäßigen Abständen, wie zum Beispiel in Fig. 4 gezeigt, angeordnet. Dieser Flügel 30 a des Flügelrads 30 ist darüber hinaus in seiner Breite, Länge und sonstigen Ausführung, entsprechend des Bewegungswiderstandes ausgewählt, der von der Bewegungsgeschwindigkeit der Spindel 24 abhängig gemacht werden muß.
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Im folgenden wird eine Beschreibung der Arbeitsweise gegeben. Bei Ausführung der Messung liegt das vordere Ende der Spindel 24 am Meßobjekt an, wobei die Spindel 24 entsprechend der Verschiebung des Meßobjekts hin- und herbewegt wird. Entsprechend der Verschiebung des Meßobjekts werden dann sowohl die Spindel 24 als auch die Hauptskala 12, die am unteren Ende der Spindel 24 befestigt ist, hin- und herbewegt, wobei das Licht, welches zwischen der Hauptskala 12 und der Indexskala 14 übertragen wird, der Größe nach verändert wird, so daß die Verschiebung der Spindel 24 durch eine Veränderung des Lichtwertes gemessen wird, der durch das Lichtempfangselement 16 empfangen wird. Gleichzeitig wird, entsprechend der Hin- und Herbewegung der Spindel 24, ständig das Flügelrad 30 durch die Bewegung des Ritzels 28 gedreht, welches mit der Zahnstange 24 a der Spindel 24 vermascht ist. Wenn die Bewegungsgeschwindigkeit der Spindel 24 niedrig ist, ist der Drehwiderstand des Flügelrades 30 äußerst niedrig und die Spindel 24 bewegt sich fast wie im unbelasteten Zustand, und wirkt dementsprechend praktisch nicht gegen die Bewegung der Spindel 24, so daß es vermieden werden kann, daß die Kraft zur Bewegung der Spindel 24 übermäßig hoch wird. Wenn dagegen die Bewegungsgeschwindigkeit der Spindel 24 hoch ist, besteht die Möglichkeit, daß Falschzählungen auftreten, wenn nicht die Bewegungsgeschwindigkeit der Hauptskala 12 niedrig gehalten wird. Demzufolge ist erfindungsgemäß die Drehgeschwindigkeit des Flügelrades 30 entsprechend angewachsen, wenn die Bewegungsgeschwindigkeit der Spindel 24 hoch ist, wodurch der Drehwiderstand, der dem Flügelrad 30 durch die Luft im Gehäuse 20 entgegengesetzt wird, angewachsen ist. Entsprechend wird die Bewegungsgeschwindigkeit der Spindel 24, d. h., die Bewegungsgeschwindigkeit der Hauptskala 12 vermindert, so daß das Auftreten von Fehlzählungen und Ähnlichem vermieden werden kann.
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Weiterhin wird normalerweise im Gehäuse 20, welches die Lichtquelle und Ähnliches enthält, Hitze erzeugt, wodurch die Temperatur im Gehäuse 20 ansteigen kann. Dagegen kann die Bewegung der Luft im Gehäuse 20 durch das Flügelrad 30 einen Kühlungseffekt hervorrufen.
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In der oben beschriebenen Ausführung ist das Flügelrad 30 der Spindel 24 funktionsgemäß zugeordnet. Dagegen muß die Anordnung zur Drehung des Flügelrades 30 nicht auf die genannte beschränkt sein, denn selbstverständlich kann das Flügelrad 30 zum Beispiel direkt mit der Hauptskala 12 verriegelt sein.
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Weiterhin wird die Erfindung in der oben beschriebenen Ausführung in einem Verschiebungsmeßinstrument angewandt, in dem die Indexskala 14 befestigt ist und die Hauptskala 12 beweglich ist. Es ist aber offensichtlich, daß die Erfindung in ähnlicher Weise in einem Verschiebungsmeßinstrument angewendet werden kann, in dem die Indexskala beweglich gemacht ist.
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In der oben beschriebenen Ausführung wird die Erfindung in einem photoelektrischen Verschiebungsmeßinstrument angewandt, indem eine Verschiebung des Meßobjekts durch Veränderung des Lichtwertes gemessen wird, der zwischen der Hauptskala 12 und der Indexskala 14 übertragen wird.
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Diese Erfindung ist nicht auf diese spezielle Form begrenzt, denn die Erfindung kann in ähnlicher Weise in einem photoelektrischen Verschiebungsmeßinstrument, in dem die Verschiebung des Meßobjekts durch eine Veränderung des Lichtwertes gemessen wird, der zwischen der Hauptskala und der Indexskala reflektiert wird, oder in völlig anderen Verschiebungsmeßinstrumenten angewandt werden, in denen eine Verschiebung des Meßobjektes durch eine Veränderung in anderen physikalischen Größen gemessen wird.