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Meßtaster
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Die Erfindung betrifft Meßtaster, insbesondere für lange Meßwege größer
50 mm, die mit Genauigkeiten um l/um arbeiten.
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Bekannt sind mehrere Lösungen mit denen man bei Meßtastern kleine
und konstante Meßkräfte realisiert.
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Bekannt ist aus der DE-OS 26 15 676 eine Meßschraube in der eine Druckfeder
so eingesetzt, daß sie auf Biegung beansprucht wird. Auf diese Weise erreicht man
aber nur eine Verringerung des Meßkraftanstieges der Druckfeder.
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Anwendbar ist diese Lösung für Meßwege bis 30 mm.
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Bei Meßtastern verwendet man ein, durch ein federndes Mittel vorgespanntes,
umlaufendes Zugmittel, welches oft motorisch angetrieben ist.
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Mit einer solchen Lösung erzielt man nur beim Antasten eines Meßobjektes
durch eine relativ kleine Längenänderung des federnden Mittels einen sehr kleinen
Meßkraftanstieg. Diese Lösungen sind aufwendig aufgebaut und der Meßkraftanstieg
ist vom aufgebrachten Drehmoment abhängig.
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Beschrieben in DE-PS 26 05 020.
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Insbesondere für Meßschrauben aber such für Meßtaster eignet sich
eine Lösung bei der ein Meßbolzen über lange Wege von Hand frei verschiebbar ist,
der dann in der Höhe der Meßstelle gegen eine meist vorgespannte Druckfeder geklemmt
wird und dann nur längs eines kurzen Meßweges über Tasten, Ratschen oder Reibräder
gegen die Druckfeder bewegbar ist, Mit diesen Lösungen erreicht man nur in kurzen
Bereichen die geringen Meßkraftanstiege oder muß, wie auch bei den zuvor beschriebenen
motorisch getriebenen Meßtastern über den gesamten Meßweg die zeitaufwendige Feinverstellung
in Kauf nehmen. Beschrieben in DE-OS 30 45 335.
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Aus der DE-OS 31 37 682 ist ein Tastmeßgerät bekannt geworden, indem
die Meßkraftfeder unter Zwischenschalten eines Hebels angebracht ist. Der Hebel
ist im Gehäuse um eine Achse senkrecht zur Bewegungsrichtung des Tastbolzens, kippbar
gelagert.
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Das andere Ende des Hebels greift unter eine Gleitfläche am Tastbolzen.
Die Meßkraftfeder ist vorgespannt und mit einem Ende am Tastbolzen eingehängt und
mit ihrem anderen Ende am Hebel zwischen seinen beiden Endpunkten angelenkt, so
daß nur ein kleiner Teil der Federkraft als Meßkraft auf den Tastbolzen wirkt.
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Bei einer Bewegung des Tastbolzens in seine obere Stellung wird die
Meßkraftfeder, dadurch, daß sich der Angriffspunkt am Hebel mitbewegt, nur verhältnismäßig
wenig gedehnt, wodurch nur ein geringer Meßkraftanstieg auftritt.
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Diese Lösung ist jedoch nur für Meßwege bis 20 mm vorteilhaft, da
sonst wegen des erforderlichen langen Hebels die Baugröße unvertretbar groß ausfallen
würde.
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Ziel der Erfindung ist es, die Nachteile des Standes der Technik zu
beseitigen und einen Meßtaster für lange Meßwege, mit nahezu konstanter Meßkraft
und relativ kleinen Abmessungen, zu schaffen.
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Die Erfindung löst die Aufgabe, einen Meßtaster gemäß Zielstellung
zu schaffen, indem die Kraftübertragungen zur Erzeugung der Meßkraft nur geringfügig
an die Länge des Meßweges angepaßt werden müssen.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß am Maßstabkörper
im wesentlichen parallel zu einer Führungsbahn des Maßstabkörpers eine Zahnstange
einstellbar angebracht ist, die mit zwei gleichgroßen, am Grundkörper gelagerten
Zahnrädern, ständig im Eingriff steht, an denen je ein Zugmittel aufwickelbar mit
einem Ende befestigt ist und deren Enden durch eine vorgespannte Zugfeder verbunden
sind, wobei die Aufwickeldurchmesser an den Zahnrädern für die Zugmittel unterschiedlich
sind, oder daß mit der Zahnstange nur ein Zahnrad im Eingriff steht, an dem ein
am Grundkörper gelagertes Zwischenrad angreift, mit dem das gleichgroße Zahnrad
im Eingriff steht, wobei die Zahnräder durch die Zugmittel und die Zugfeder gegeneinander
verspannt sind.
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Bei einer Bewegung des Maßstabkörpers werden die beiden gleichgroßen
Zahnräder immer um den gleichen Winkelbetrag gedreht. Durch die Vorspannung der
Zugfeder werden an den beiden Zahnrädern entgegengerichtete Drehmomente hervorgerufen,
so daß immer die gleichen Zahnflanken der Zahnräder und der Zahnstange aneinander
anliegen.
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Auf die beiden Zahnräder wirkt die gleiche Federkraft.
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Durch die unterschiedlich großen Aufwickeldurchmesser entstehen unterschiedlich
große entgegengesetzte Drehmomente an den beiden Zahnrädern, so daß nur ein kleiner
Teil der Federkraft als Meßkraft wirksam wird. Die Zugfeder legt bei einer Bewegung
des Maßstabkörpers einen Weg entsprechend dem großen Aufwickeldurchmesser zurück
und wird entsprechend dem Aufwickeldurchmesserunterschied nur wenig gedehnt.
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Die Erfindung soll anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Es
zeigen: Figur 1: Längsschnitt durch einen Meßtaster gemäß Punkt 1 Figur 2: Schnitt
A-A in Figur 1 Figur 3; Längsschnitt durch einen Meßtaster gemäß Punkt 2 In Figur
1 ist ein Maßstabkörper 2 fluchtend und starr mit einem Tastbolzen 14 verbunden.
Der Maßstabkörper 2 ist vorteilhafterweise am Grundkörper 1 in einer Wälzführung
geradegeführt. Die Wälzführung besteht aus einer am Grundkörper 1 fest angebrachten
Führungsleiste 15, einer einstellbaren Führungsleiste 16 und einer Zustelleiste
17, die die Stellelemente 18 für die Führungsleiste 16 enthält. Der Maßstabkörper
2 und die Führungsleisten 15,16 enthalten V-Nuten 3 in den die durch den Käfig 19
gegeneinander gehaltenen Wälzkörper 20 abrollen.
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Am Maßstabkörper 2 ist im wesentlichen parallel zu einer Führungsbahn
3 eine Zahnstange 4 einstellbar angebracht.
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Die Zahnstange 4 kann sich über die gesamte Länge von Maßstabkörper
2 und Tastbolzen 14 erstrecken. Sie muß mindestens um den Achsabstand der Zahnräder
5,6 länger als der Maßstabkörper 2 sein.
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Vorteilhafterweise wählt man den Durchmesser der Zahnräder 5,6 so,
daß ihr Umfang dem Meßweg, z.B. von 100 mm entspricht, so daß während des gesamten
Meßweges die Zahnräder 5,6 nur eine Umdrehung ausführen.
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Die Zahnräder 5,6 sind in der Führungsleiste 15 und je in einem Halter
21, 22, die an der Führungsleiste 15 angebracht sind, drehbar und mit geringem Spiel
gelagert.
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Das Spiel zwischen den Zahnrädern 5,6 und der Zahnstange 4 kann durch
Einstellen der Zahnstange 4 gering gehalten werden.
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An den Zahnrädern 5,6 ist je eine Rolle angebracht, auf die die Zugmittel
7,8, welche an den Rollen festgemacht sind, aufgewickelt werden, wenn der Maßstabkörper
2 bewegt wird. Zwischen den anderen beiden Enden der Zugmittel 7,8 ist eine Zugfeder
9 vorgespannt, die auf beide Zahnräder 5,6 die gleiche Kraft ausübt.
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Der Aufwickeldurchmesser 10 der Rolle am Zahnrad 5 ist größer als
der Aufwickeldurchmesser 11 am Zahnrad 6, wodurch am Zahnrad 5 durch die Kraft der
Zugfeder.9 ein größeres Drehmoment hervorgerufen wird als am Zahnrad 6.
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Das größere Drehmoment am Z!ahnrad 5 bewirkt am Maßstabkörper 2 eine
Meßkraft, die proportional dem Aufwickeldurchmesserunterschied, einem Teil der Kraft
der vorgespannten Zugfeder 9 entspricht.
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Durch eine Aufteilung der Aufwickelrolle am Zahnrad 5 in radial verstellbare
Segmente, kann der Aufwickeldurchmesser und damit die Meßkraft einerseits in der
Größe variiert werden und andererseits auch umgekehrt werden, durch Verkleinern
des Aufwickeldurchmessers am Zahnrad 5 gegenüber dem am Zahnrad 6 (nicht dargestellt).
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Auf diese Weise kann die Meßkraft an die jeweilige Meßaufgabe angepaßt
werden oder umgeschaltet werden wenn der Meßtaster Ober Kopf betrieben werden soll.
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Im Maßstabkörper 2 ist, wie Figur 2 zeigt, ein Glasmaßstab 13 angebracht,
der von einer integrierten optischen Ableseeinheit 23, die am Grundkörper 1 angebracht
ist, berührungslos nach dem Auflichtverfahren abgetastet wird.
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Die von der Ableseeinheit 23 gelieferten elektrischen Signale werden
von einem batteriegespeisten Spezialschaltkreis 24 verarbeitet und mittels einer
LCD-Anzeige 25 angezeigt.
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Alle elektronischen Baugruppen sind im Gehäuse integriert, so daß
der Meßtaster völlig netzunabhängig arbeiten kann.
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Figur 3 zeigt eine weitere Möglichkeit der Anordnung der Zahnräder
5' 6'. Nur das Zahnrad 6' steht mit der Zahnstange 4' im Eingriff, wobei diese nicht
länger als der Maßstabkörper 2 sein muß. Die Zahnräder 5', 6' haben den gleichen
Achsabstand, wie in Figur 1 beschrieben und stehen über ein entsprechendes Zwischenrad
12 miteinander im Eingriff.
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Der Achsabstand der Zahnräder 5'6' ergibt sich, wie in Figur 1 aus
dem Umfang des kleinen Aufwickeldurchmessers 11, der hier am Zahnrad 5' angebracht
ist und der Länge der vorgespannten Zugfeder 9..
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Mit dieser Lösung kann man eine kleine, variable umschaltbare und
annähernd konstante Meßkraft bei langen Bewegen erzielen. Eine schnelle Verschiebung
des Tastbolzens 14 ist möglich. Durch Anbringen eines geeigneten Dämpfungsglisdes
am Zwischen rad 12 kann die Geschwindigkeit des Tastbolzens reduziert werden. Diese
Lösung gestattet minimale Baugrößen, arbeitet netzunabhängig und kann beispielweise
auch in Meßuhren eingesetzt werden.
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Zusammenstellung der verwendeten Bezugszichon 1 Grundkörper 2 Maßstabkörper
3 Führungsbahn an 2 4,4' Zahnstange 5,5' Zahnrad 6,6' Zahnrad 7.7' Zugmittel 8,8'
Zugmittel 9 Zugfeder 10 Aufwickeldurchmesser an 5,6' 11 Aufwickeldurchmesser an
6,5' 12 Zwischenrad 13 Maßstab 14 Tastbolzen 15 Führungsleiste 16 Führungsleiste
17 Zustolleiste 18 Stellelemente 19 Käfig 20 Wälzkörper 21 Halter 22 Halter 23 Ableseeinheit
24 Schaltkreis 25 LCD-Anzeige
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