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Prüfnormal zur Überprüfung von Längenmeßgeräten
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Die Erfindung betrifft ein Prüfnormal zur Überprüfung von Längenmeßgeräten
nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, wie sie beispielsweise aus dem Zeitschriftenartikel
"Zur Genauigkeit von Mehrkoordinaten-Meßgeräten und deren Überprüfung" in VDI-Z
1980, Seiten 535 bis 548, insbesondere den Seiten 542 und 546 als bekannt hervorgeht.
Als Prüfnormale kommen zum einen Endmaße oder zinnenförmige Stufenendmaße und zum
anderen plattenförmige oder auch quadertormige Prüfnormale in Betracht.
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Die Prüfnormale müssen der Größe des Meßvolumens der zu überprüfenden
Meßgeräte angepaßt sein. Die dazu beispielsweise verwendeten Stufenendmaße sollten
angenähert der Länge der Raumdiagonalen des quaderförmigen Meßvolumens des Meßgerätes
entsprechen. Bei sehr großen Mehrkoordinaten-Meßgeräten, wie sie beispielsweise
zur Vermessung von Fahrzeugkarosserien benötigt werden, können derartige Prüfnormale
erhebliche Ausmaße annehmen. Obwohl derartige Meßgeräte in klimatisierten Räumen
aufgestellt
werden1 können gleichwohl Temperaturunterschiede an
den Prüfnormalen auftreten, insbesondere wenn diese sehr groß sind. Vor allen Dingen
bei einer nennenswerten Erstreckung des Prüfnormals in Höhenrichtung ist aufgrund
einer unvermeidlichen Temperaturschichtung innerhalb der umgebenden Luft mit einem
entsprechenden Temperaturgradienten auch im Prüfkörper zu rechnen.
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Durch solche unkontrolliert auftretenden örtlichen und auch zeitlichen
Temperaturschwankungen wird jedoch das Ergebnis der Genauigkeitsüberprüfung und
dessen Aussagekraft beeinträchtigt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Ausgestaltung der Prüfnormale anzugeben,
aufgrund derer unkontrollierte zeitliche oder örtliche Temperaturschwankungen und
dementsprechende Beeinträchtigungen der Aussagekraft von Kontrollvermessungen nicht
oder nur in einem tolerierbaren Maße auftreten.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale
von Anspruch 1 gelöst. Dank einer Zwangstemperierung der Prüfnormale wird diesen
örtlich und zeitlich eine gleichbleibende Temperatur aufgeprägt, so daß unkontrollierte
Temperaturschwankungen - zeitlich oder örtlich - nicht mehr auftreten. Außerdem
können dank der Zwangstemperierung auch lange Wartezeiten für einen Temperaturangleich
nach einem Hereinholen eines Prüfkörpers aus einem nicht temperierten Lagerraum
in den Meßraum vermieden werden. Die Temperierung kann durch die Umwalzung-e ner
sehr feinfühlig temperierten Flüssigkeit entlang der tragenden Teile bzw. Wandungs-
partien
der Prüfnormale erfolgen. Eine flächendeckende Verteilung der Temperatur des umgewälzten
und zwangstemperierten Fluids kann mit Hilfe eines sogenannten Wärmerohres erfolgen,
was an sich bekannt ist.
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Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung können den Unteransprüchen
entnommen werden. Im übrigen ist die Erfindung anhand zweier in den Zeichnungen
dargestellter Ausführungsbeispiele nachfolgend noch erläutert; dabei zeigen: Figur
1 ein quaderförmiges Prüfnormal mit mehreren an den Seitenflächen verteilt angeordneten
Formelementen, insbesondere Buchsen, in Schrägansicht, Figur 2 einen Querschnitt
durch das Prüfnormal nach Figur 1 mit einer Zwangstemperierung der Seitenwandungen
unter Zwischenschaltung von sogenannten Wärmerohren und Figur 3 und 4 die Zwangstemperierung
eines Groß-Stufenendmaßes in Gitterbauweise durch die Längsholme und bei einem Kompakt-Stufenendmaß.
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Das in den Figuren 1 und 2 gezeigte Prüfnormal 1 ' ist quaderförmig
aufgebaut; sein Tragkörper 2 weist an mehreren Flachseiten geschlossene Wandungen
6 auf, von deden zwei mehrere Formelemente 5 tragen. Diese sind ihrer gegenseitigen
Lage nach aufgrund einer genauen Urvermessung sehr genau bekannt. Durch Nachmessen
der Lage dieser Formelemente auf dem Prüfnormal anhand eines zu iil)erpriiferl(ien
Meihrkoordinaten-Meßgerätes kann dessen
Meßgenauigkeit kontrolliert
werden. Da dieses Prüfnormal sich über eine gewisse Höhe hinweg erstreckt und trotz
einer Klimatisierung des Meßraumes mit einer gewissen Temperaturschichtung der umgebenden
Luft zu rechnen ist und da außerdem die Kontrollvermessung sich über einen längeren
Zeitraum hinweg erstreckt und somit auch zeitlich mit Temperaturschwankungen zu
rechnen ist, ist an dem Prüfnormal erfindungsgemäß eine Zwangstemperlerung vorgesehen,
durch die dem Prüfnormal örtlich und zeitlich eine gleichbleibende Temperatur aufgeprägt
wird. In einem Temperier- und Umwälzgerät 11 wird einer Flüssigkeit eine innerhalb
enger Grenzen gleichbleibende Temperatur durch gezieltes Kühlen bzw Erwärmen gegeben
und diese Flüssigkeit über Vorlauf- und Rücklaufleitungen 9 bzw. 10 umgewälzt und
in geeigneten Kontakt mit den Wandungspartien des Prüfnormals gebracht. Die Innenseite
des hohl ausgebildeten quaderförmigen Prüfnormals 1 sind wärmeleitend mit einem
flächenhaft sich erstreckenden Wärmerohr 12 gekoppelt. Das flächenhaft sich erstreckende
Wärmerohr 12 ist als geblähter Teilverbundschichtkörper, auch häufig als sogenannter
Roll-Bond-Körper bezeichnet, ausgebildet, dessen eine Seite durchgehend flach gestaltet
ist. Diese flache Seite des flächenhaften Wärmerohres ist wärmeleitend an die Innenseite
der Wandung 6 angeklebt. Stattdessen wäre auch eine flächenhafte Anlötung denkbar,
wobei jedoch vermehrt Wärme in den Tragkörper des Prüfnormals eingeleitet wird.
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Wärmerohre sind an sich bekannt. Hierunter wird ein evakuierter hermetisch
dicht verschlossener, aus gut wärmeleitendem Material, z.B. aus Kupfer oder aus
Aluminium gebildeter Hohlraum vorzugsweise in Rohr-
oder Plattenform
verstanden, der mit einem verdampfbaren und kondensierbaren Wärmeträgermedium zu
einem Bruchteil gefüllt ist. Häufig ist das Wärmerohr innenseitig mit einer Kapillarstruktur
zum Rücktransport des kondensierten Wärmeträgermediums von der wärmeabgebenden Stelle
zur wärmeaufnehmenden Stelle versehen; dies kann z.B. in Form einer Auskleidung
des Wärmerohres mit einem Siebgewebe, einem Metallfilz oder durch eine Rillenstruktur
der inneren Wärmerohroberfläche geschehen.Die Auswahl des Wärmeträgermediums richtet
sich nach dem Temperaturniveau, bei dem Wärme übertragen werden soll. Als Füllung
für die Wärmerohre sind beispielsweise Ammoniak, Wasser oder ein Gemisch aus Alkohol
und Wasser geeignet. Für den vorliegenden Anwendungsfall einer Zwangstemperierung
des Prüfnormales bei 20"C wäre eine Flüssigkeit auszusuchen, deren Siedepunkt bei
dem im Wärmerohr herrschenden Vakuum bei der genannten Temperatur liegt. An der
"heißen" Stelle des Wärmerohres, an der Wärmeenergie zugeführt wird, verdamWt das
eingegebene Medium und breitet sich rasch in Dampfform im Innern des Wärmerohres
aus. An den wärmeabgebenden Stellen des Wärmerohres schlägt sich das verdampfte
Medium nieder und kondensiert unter Abgabe seiner Wärme an die Wandung des Wärmerohres.
Das Kondensat kriecht durch Kapillarwirkung zu den Wärmezufuhrstellen des Wärmerohres
zurück. Die an der Kondensatseite vom Medium an die Wandung des Wärmerohres abgegebene
Wärmemenge wird auf der Außenseite durch Wärmeleitung abgeführt. Da an der wärmeaufnehmenden
bzw. wärmeabgebenden Stelle des Wärme-
rohres eine Zustandsänderung
des Wärmeträgermediums stattfindet, wird im wesentlichen die für die Zustandsänderung
erforderliche Umwandlungsenergie in Wärmeform übertragen. Da die Umwandlungsenergien,
bezogen auf die Masse des Wärmeträgermediums, wesentlich größer sind als die durch
Aufheizen eines Mediums speicherbaren Energienmengen, kann durch den Transport relativ
kleiner Mengen an Wärmeträgermedium eine große Wärmemenge auch über größere Entfernungen
hinweg übertragen werden Insbesondere ist die Wärmeübertragung bei nur sehr geringem
Wärmegefälle möglich. Außerdem ist eine Wärmeübertragung in beiden Richtungen ohne
weiteres denkbar, d.h. es kann ohne weiteres auch eine Kühlung des Prüfnormales
unter Zwischenschaltung eines Wärmerohres erfolgen.
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Vorliegend wird das flächenhaft sich erstreckende Wärmerohr 12 dazu
ausgenützt, die über einen Heizkanal 13 linear zugeführte Temperierungsenergie gleichmäßig
auf die gesamte Fläche der Wandung 6 zu verteilen. Der sogenannte Heizkanal 13 -
er kann auch gelegentlich zum Kühlen eines zu warmen Prüfnormales benutzt werden
-ist ebenfalls aus dem zweilagigen geblähten Teilverbundschichtkörper des Wärmerohres
gebildet, wobei jedoch das Innere des Heizkanales 13 keinerlei fluidische Verbindung
zu dem flächenhaft sich erstreckenden Kanalsystem des eigentlichen Wärmerohres 12
hat. Durch U-förmiges Umfalzen des geblähten Teilverbundschichtkörpers ist eine
breitflächige Anlage des Heizkanales an dem Kanalsystem des: eigentli-ehen Wärmerohres
gebildet;
durch eine An lötung oder wärmeleitende Anklebung kann
für einen guten Wärmeübergangvom Heizkanal 13 zu -dem Wärmerohr gesorgt werden.
Im Gegensatz zu dem allseits geschlossenen Kanalsystem des Wärmerohres 12 ist der
Heizkanal 13 an beiden Enden mit nach außen führenden Fluidanschlüssen versehen,
die über entsprechende Verteilleitungen und Verteilstücke mit den Zulauf- und Rücklaufleitungen
9 bzw. 10 verbunden sind.
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Es wäre anstelle der Verwendung eines Wärmerohres auch denkbar, die
zwangstemperierte Flüssigkeit gleich durch das flächenhaft sich erstreckende Kanalsystem
eines innenseitig auf die Wandung 6 aufgelöteten oder wärmeleitend aufgeklebten
geblähten Teilverbundschichtkörpers hindurchzuleiten. Auch ist es denkbar, ein entsprechendes
flächendeckendes Kanalsystem in die Wandung 6 selber einzuarbeiten, beispielsweise
in Form von eingefrästen oder eingegossenen flächendeckenden Nuten, die durch ein
übergelötetes Blech zu einem geschlossenen Kanalsystem ausgestaltet werden. Auch
erscheint es möglich, ein flächendeckendes System von Rohrschlangen innenseitig
aufzulöten oder wärmeleitend anzukleben. Eine weitere Möglichkeit der Zwangstemperierung
besteht darin, die Wandungen eines Prüfnormales mit einem flächendeckenden System
von Bohrungen zu versehen und durch diese eine gleichmäßig temperierte Flüssigkeit
hindurchzuleiten.
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Hine welt're Möglichkeit ist in Figur 3 am Beispiel eines Groß-Stufenendmaßes
1' in Leichtbauweise gezeigt.
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llnd zwar ist das Stufenendmaß im wesentlichen durch einen Tragkörper
3 gebildet, der beim dargestellten
Ausführungsbeispiel ähnlich
wie ein im Querschnitt quadratischer Gittermast aufgebaut st--i-wobei -jdoch eine
Längsseite offen gehalten ist. Im einzelnen befaßt sich eine gesonderte Schutzrechtsanmeldung
der Anmelderin mit der Gestaltung eines solchen Stufenendmaßes. An dieser Stelle
sei lediglich erwähnt, daß im Bereich der neutralen Faser des Tragkörpers ein längsverlaufendes
innenliegendes Tragteile 14 angeordnet ist, welches eine längsverlaufende Rille
aufweist, in die dauerhaft Endmaßstücke bekannten Abstandes eingelassen sind. Dank
der Anordnung der Endmaßstücke 4 im Bereich der neutralen Faser des Tragkörpers
ändern diese bei Durchbiegung des Tragkörpers ihren gegenseitigen Abstand nicht
oder nur in einem tolerierbaren Ausmaß. Aufgrund der Leichtbauweise des Stufenendmaßes
ist dieses auch bei größeren Längen leicht handhabbar. Wesentliche tragende Teile
des Stufenendmaßes 1' nach Figur 3 mit dem Tragkörper 3 nach Art eines Gittermastes
sind die Längsholme 7. Diese sind zum Zweck einer Zwangstemperierung als Rohre ausgebildet
und an beiden Enden mit Anschlüssen 8 versehen, so daß eine gleichmäßig temperierte
Flüssigkeit durch die Längsholme 7 hindurchgeleitet werden kann. Auf diese Weise
kann den wesentlichen maßbestimmenden Teilen des Tragkörpers 3 eine in örtlicher
und zeitlicher Hinsicht gleichmäßige Temperatur aufgeprägt werden. Darüber hinaus
ist es auch denkbar, das innenliegende Tragteil 14 mit wenigstens einem Fluid-durchströmbaren
Längskanal zu versehen und auch diesen zwangsweise zu temperieren. Der Kanal kann
auf mehrerlei Weise - wie bereits oben geschildert - angebracht werden.
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Figur 4 zeigt schließlich die mögliche Anordnung der Rohre bzw. Taschen
15, 16 und Anschlüsse 8 an einem Stufenendmaß in Kompakt-Bauweise gemäß einer weiteren
Schutzrechtsanmeldung der Anmelderin, und zwar alternativ an den Innenflächen (15)
oder den Außenflächen (16).
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Um die Wirkung der Zwangstemperierung zu steigern, ist es zweckmäßig,
die der umgebenden Luft ausgesetzten Oberflächen - außer den betriebsmäßig anzutastenden
Meßflächen - mit einer wärmedämmenden Schicht zu versehen.
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Ein weiteres Längennormal kann in Form eines Kugelstabes, wie es z.B.
in der Patentanmeldung 26 03 376 unter dem Titel "Koordinatenmeßgerät" beschrieben
ist, ausgebildet sein. Auch dieses Normal wird ähnlich wie das Stufenendmaß auch
raumschräg im Meßvolumen des zu prüfenden Koordinatenmeßgerätes angeordnet und beide
Kugeln nacheinander angetastet und daraus rechnerisch der Abstand der Kugelmittelpunkt
ermittelt. Zur Zwangstemperierung eines solchen hantelförmigen Längennormals kann
der Verbindungsstab als Rohr ausgebildet sein durch den eine zwangstemperierte Flüssigkeit
hindurchgeleitet wird. Auch kann eine Zwangstemperierung über ein Wärmerohr an dennVerbindungsstabXunter
Umständen in dessen Innern, ansetzen.
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Eine Wärmeisolierung der freiliegenden Oberflächen des Prüfnormals
bzw. der fluiddurchströmten Kanäle bzw.
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Wärmerohre sichert eine noch bessere Temperaturkonstanz insbesondere
bei Zugluft.
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