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Gegenstand
vorliegender Erfindung ist ein Messfühler für zu bearbeitende Werkstücke, insbesondere
für Messinstrumente
für zu
bearbeitenden Werkstücken
auf Werkzeugmaschinen, bestehend aus einem Kopf einschließlich Steuer-
und Messelementen und mindesten einem Schwenkarm, der sich in Arbeitsstellung
zwischen genanntem Kopf und einem zu bearbeitenden Werkstück erstreckt.
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Bekanntlich
können
die zu bearbeitenden Werkstücke,
insbesondere auf Schleifmaschinen, während der Bearbeitung gemessen
bzw. vermessen werden.
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Dadurch
werden Werkstücke
erhalten, die keine weiteren Maßkontrollen
erfordern und so bis zur Erreichung der vorgesehenen optimalen Bedingungen
bearbeitet werden. Damit wird eine Großzahl an Bearbeitungsausschüssen und
ferner eine weiteren Bearbeitungen, die in einigen Fällen nötig ist,
um die mit einer ungenügenden
Präzision
bearbeiteten Werkstücke
korrekt zu dimensionieren, vermieden.
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Um
die Werkstücke
während
der Bearbeitung – normalerweise
Werkstücke
mit Rundschnitt, die durch Schleifscheiben geschliffen werden – zu messen,
werden Messinstrumente verwendet, die mindestens einen Messfühler aufweisen,
der sich in Richtung der zu bearbeitenden Werkstücke erstreckt.
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Tatsächlich besteht
jeder Messfühler
zum Beispiel aus mindestens einem Arm, der an einem ersten Ende
ein Stiftelement aufweist, das mit einer Kugel aus Hartmetall oder
einem Diamant endet.
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Die
Messfühler
bleiben im Kontakt mit den zu bearbeitenden Werkstücken und
verfolgen deren sukzessive Durchmesserverringerung durch Steuerorgane,
die in Gehäuse
oder Köpfe
eingesetzt sind, in denen die zweiten Enden der Arme eingebettet sind,
welche den ersten mit genanntem Stiftelement ausgerüsteten Enden
gegenüberliegen.
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Die
Gehäuse
oder Köpfe,
welche die Arme halten, nehmen auch die Messorgane auf, die mit großer Genauigkeit
die Verschiebungen der Arme ermitteln.
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Neben
zahlreichen Vorteilen weist die oben erwähnte bekannte Technik auch
einige Nachteile auf.
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Ein
kritischer Punkt dieser Messinstrumente liegt in den besagten Messfühlern und
insbesondere in den Armen, die sich zwischen den bearbeiteten Werkstücken und
den Stütz-,
Steuer- und Messorganen erstrecken.
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Diese
Arme sind leicht Stößen und
Belastungen ausgesetzt, etwa während
der Phase des Ein- und Ausspannen des Werkstückes, wenn das Messinstrument
nicht vorher geöffnet
oder von der Bearbeitungszone entfernt wurde oder im Augenblick
seiner Positionierung am Werkstück,
wenn die Arme nicht vorher geöffnet
oder eingestellt wurden.
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Tatsächlich hat
der Messfühler
sowohl eine Arbeitsstellung, in der an den Armen eine gleichmäßig und
im wesentlichen konstante Kontaktkraft angelegt wird, die dazu neigt
die ersten Enden derselben einander zu nähern als auch eine Öffnungs-
und Nachladeposition, wenn diese voneinander in Schrägrichtung
entfernt werden, um das Ein- und Ausspannvorgänge des Werkstückes oder
die Positionierung des Messinstrumentes in die Nähe oder entfernt von genanntem
Werkstück
zu erleichtern.
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Außerdem ist
es möglich,
dass auch die Art des bearbeitenden Werkstückes geändert wird, weshalb zuvor die
Arbeitsstellung der Arme erneut eingestellt werden muss.
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Eine ähnliche
Vorrichtung ist zum Beispiel in der Patentanmeldung
US-A-4238886 beschrieben.
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Jedes
Mal, wenn die genannten Arme Stößen oder
Belastungen ausgesetzt sind, können
die mit den zweiten Enden der Arme verbundenen empfindlichen und
teuren Steuer- und Messorgane Schäden erleiden. In diesem Fall
sind kostspielige Reparaturen und entsprechend lange Stillstandzeiten
der Bearbeitung nötig.
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In
der Praxis wurde ermittelt, dass Stöße und Belastungen, denen die
Arme ausgesetzt sind, die häufigste
Ursache für
Defekte der Messinstrumente sind.
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Es
ist bereits versucht worden, diesen erheblichen Nachteil zu beseitigen,
indem Bruchstellen an den Armen vorgesehen wurden, die so berechnet sind,
dass die Arme bei Stößen und
Belastungen mit einer gewisser Stärke brechen, so dass ein Bruch
der Steuer- und Messorgane vermieden wird.
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Eine
derartige Vorrichtung ist zum Beispiel in der Patentanmeldung
EP-A-0126207 beschrieben.
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Auf
diese Weise werden größere Schäden vermieden,
doch bleiben weiterhin die Kosten und der Zeitverlust für den Austausch
der Arme.
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Dazu
kommt, dass die Arme empfindliche Elemente werden, die mit größter Sorgfalt
bewegt und verwendet werden müssen.
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Ein
anderer Versuch, diesen erheblichen Nachteil zu lösen, ist
in der Patentanmeldung
US-A-3122838 erläutert, die
einen Messfühler
gemäß dem kennzeichnenden
Teil des ersten Anspruchs beschreibt. Diese Lösung besteht in einer Reibungsvorrichtung,
die den Arm in zwei Teile teilt, die im Fall von Stößen gleiten
können.
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Diese
Vorrichtung kann allerdings zu einem nicht wahrnehmbare Gleiten
führen,
wodurch sich die Maße
fälschlicherweise ändert.
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Dieser
Nachteil ist sehr problematisch bei Messfühlern, die ein zu bearbeitendes
Werkstück
mit beschränkten
Toleranzen messen; tatsächlich
sind für
diese Art von zu bearbeiteten Werkstücken Maßabweichungen in der Höhe von Mikrometern
relevant.
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Aus
dieser Situation heraus besteht die technische Aufgabe, die dieser
Erfindung zugrunde liegt, in einem Messfühler für zu bearbeitende Werkstücke insbesondere
für Messinstrumente
für zu
bearbeitende Werkstücke
auf Werkzeugmaschinen, der in der Lage ist, die erwähnten Nachteile
im wesentlichen zu überwinden.
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Die
technische Lösung
wird durch einen Messfühler
nach Angabe im Anspruch 1 erreicht.
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Bevorzugte
Ausführungsarten
werden in den dazugehörigen
Ansprüchen
herausgestellt.
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In
den beigelegten Zeichnungen werden bevorzugte Ausführungsarten
einer Vorrichtung laut Erfindung veranschaulicht. Insbesondere:
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1 zeigt
eine Gesamtansicht und eine Seitenansicht eines Messinstruments
einer Schleifmaschine, in dem der Messfühler der Erfindung in zwei
Arbeitsstellungen aufgenommen ist, davon eine schraffiert;
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2 veranschaulicht
perspektivisch die Vorrichtung in allein stehender Position und
mit zwei entkoppelten Teilen;
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3 zeigt
eine Seitenansicht einer Vergrößerung eines
Teils von 1;
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4 zeigt
eine Draufsicht und eine teilweise Schnittansicht des in 3 herausgestellten
Teils der Vorrichtung; und
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5 zeigt
einen Teil der Vorrichtung, im Schnitt analog zu 3 dargestellt,
der eine Ausführungsvariante
herausstellt.
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Mit
Bezug auf die Abbildungen wird das gesamte Gerät laut Erfindung mit der Nummer 1 bezeichnet.
Wie in 1 gezeigt, ist der Messfühler 1 Teil eines
Messinstruments 2 min einem Werkstück 3 in Bearbeitung.
Der Messfühler 1 und
das Messinstrument 2 sind in eine Schleifmaschine eingesetzt, von
der in 1 eine Schleifscheibe 4 und eine bewegliche
Stütze 5 des
Messinstruments 2 als Ganzes schematisch dargestellt sind.
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Zusammenfassend
besteht der Messfühler 1 aus
mindestens einem Schwenkarm 6, der sich in Arbeitsstellung
zwischen dem zu bearbeitenden Werkstück 3 und einem Kopf 7 erstreckt,
der bekannte Steuer- und Messorgane umfasst.
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Diese
Organe sind zum Beispiel in den Patenten
US 6256898 und
EP 0947290 des Antragstellers selbst
beschrieben.
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Der
Schwenkarm 6 wird gewöhnlich
durch einen Zwillingsarm ergänzt
und jeder von diesen kann in ein eigenen Kopf 7, wie der
aus 1, eingesetzt sein oder beide können beabstanded
in einen einzigen grossen Kopf 7 einsetzen sein, wie in
den besagten Patenten des Antragstellers.
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Jeder
Kopf 7 ist auf einem Ständer 8 befestigt,
der seinerseits auf einer genannter beweglicher Stütze 5 aufgesetzt
ist, zum Beispiel bestehend aus einem Strömungszylinder, der seinerseits
auf einen oder mehreren Schlitten montiert ist, damit sich der Ständer 8 in
alle Richtungen bewegen lässt.
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Auf
der entgegengesetzten Seite des jeweiligen Kopfes 7 umfasst
jeder Schwenkarm 6 in bekannter Weise ein Stiftelement 9,
das mit einer Hartmetallkugel oder einem Diamanten in direktem Kontakt
zum Werkstück 3 endet.
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Jeder
Schwenkarm 6 umfasst einen geeigneten Schwenkungspunkt 10,
der den Arm selbst in einen in den Kopf 7 eingesetztes
Basisteil 11 und einen in Arbeitsstellung zwischen dem
Gelenk 10 und dem zu bearbeitenden Werkstück 3 befindlichen Endteil 12 teilt.
In den Abbildungen hat das Basisteil 11 ein geeignetes
Anschlussstück 11a,
das zur Befestigung eingeschraubt werden kann und ohne Interferenz
mit dem Kopf 7 leicht ausgetauscht werden kann.
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Ferner
sind laut Erfindung geeignete Steuermittel 13 des Schwenkungspunktes 10 vorgesehen, um
Verschiebungen zwischen dem Basisteil 11 und dem Endteil 12 auf
der Höhe
des Schwenkungspunktes 10 im Fall von höherer Kraftanlegung am Endteil 12 als
vorbestimmt zu gestatten.
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Insbesondere
besteht jeder Schwenkungspunkt 10 aus mindestens zwei Körperteilen 10a und 10b,
eingebaut am Basisteil 11 bzw. am Endteil 12 des
Schwenkarmes 6, die im wesentlichen voneinander getrennt
sind und Berührungsflächen 14 aufweisen,
die zueinander verschiebbar und ineinander durch die Steuermittel 13 einrastbar
sind.
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Die
erwähnten
Berührungsflächen sind durch
ineinander greifbare Zähne 14a bestimmt.
Die Steuermittel 13 sind durch magnetische Elemente 13a und
Alternative durch elastische Mittel 13b auf der Höhe des Schwenkungspunktes 10 bestimmt.
Es ist auch möglich,
dass die Steuermittel 13 durch geeignet geeichte Befestigungsorgane
der erwähnten Körperteile
bestimmt sind.
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In
den Abbildungen sind die Körperteile 10a, 10b des
Schwenkungspunktes 10 durch auf der Höhe der Berührungsflächen 14 einander zugewandte
Scheiben bestimmt.
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Genannte
Berührungsflächen rasten
an einem im wesentlichen äußeren ringförmigen Teil
genannter Scheiben ein und die Steuermittel 13 – die aus Magnetelementen 13a oder
elastischen Mitteln 13b bestehen – sind koaxial zu den genannten
Scheiben angeordnet.
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Die
Zähne 14a bestimmen
frontale Verzahnungen auf Höhe
der genannten Berührungsflächen 14 und
bestehen aus einer Mehrzahl von kleinen Zähnen, um eine Mehrzahl an Schrägstellungen
zwischen genanntem Basisteil und genanntem Endteil genannten Arms
zu gestatten.
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Die
Magnetelemente 13a sind aus einem oder mehreren Dauermagneten
hergestellt, während die
elastischen Mitteln 13b aus einer Zugfeder hergestellt
sind.
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Am
Außenrand
des Schwenkungspunktes 10 sind geeignete Markierungen 15 vorgesehen,
um die gegenseitige Schräglage
der Körperteile 10a, 10b zu
erleichtern.
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Ferner
sind vorzugsweise auch Verbindungselemente 16 (5)
vorgesehen, um den Fall des Endteils 12 des Schwenkarmes 6 zu
vermeiden und die zum Beispiel aus einem Seil oder Ähnlichem bestehen,
das mit einem großen
Spielraum den Endteil 12 mit dem Ständer 8 oder anderem
Teil der Vorrichtung verbindet.
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Vorgesehen
sind vorzugsweise auch geeignete abdeckungsähnliche Umhüllungselemente 17 am
Schwenkungspunkt 10, um diesen vor der äußeren Umgebung zu isolieren,
und um ihn vor Staub und Schmutz zu schützen. Diese Umhüllungselemente
können
im wesentlichen auch die Verbindungselemente 16 ersetzen.
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Der
Messfühler
funktioniert wie folgt.
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Unter
normalen Bedingungen verhält
sich jeder Schwenkarm 6 wie ein einziges Element und die Köpfe 7 können alle
Bewegungen des Arms selbst, dessen Stiftelement 9 in Kontakt
mit dem zu bearbeitenden Werkstück 3 ist,
mit Präzision
ermitteln.
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Bei
Stößen und
Belastungen dagegen entkoppeln sich der Basisteil 11 und
der Endteil 12, um Schäden
am Kopf 7 zu vermeiden.
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Insbesondere
bleibt der Basisteil 11 normalerweise am entsprechenden
Kopf 7 eingerastet, während
sich der Endteil 12 löst
und/oder vom Basisteil verschiebt.
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Die
Entkopplung erfolgt auf Höhe
und durch den Schwenkungspunkt 10, dadurch dass die Körperteile 10a und 10b miteinander
mit einer beschränkten
Kraft, etwa durch Magneten oder elastische Mittel verbunden sind.
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Die
Entkopplung verursacht keinen Bruch und die Ankopplung kann sehr
einfach wiederhergestellt werden, eventuell mit Hilfe der Markierungen 15.
Es wird darauf hingewiesen, dass die vorgesehenen frontalen Verzahnungen
eine gute Präzision
und Positionsstabilität
zusichern. Die frontalen Verzahnungen gestatten auch, die Position
der Endteile 12 je nach dem Durchmesser des zu messenden
Werkstückes
einzustellen. Mit anderen Worten, das Basisteil 11 und
das Endteil 12 von jedem Schwenkarm 6 können auch
in eine beliebig zueinander winklige Lage angeordnet werden, sodass
die Stiftelemente 9 voneinander entfernt oder zueinander
verschoben werden können.
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Die
Erfindung ermöglicht
wichtige Vorteile.
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Tatsächlich werden
Gefahren von Schäden an
den Köpfen
von vornherein vermieden, ohne dass dies zu einem Bruch oder Austausch
der Arme führt. außerdem erhöht sich
deren Vielseitigkeit durch die Möglichkeit,
das Endstück 12 zum
Basisteil 11 auf die jeweils beste Art anzuordnen.
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Sieht
man den Einsatz von einem oder zwei Dauermagneten geeigneter magnetischer
Kraft oder von passenden Zugfedern vor, ist es ferner auch möglich, weitgehend
je nach Bedarf und nach Empfindlichkeit der Köpfe die Kohäsionskraft der zwei Armteile
zu variieren.
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Der
Messfühler
ist schließlich
auf handelsüblichen
Messinstrumente leicht anwendbar.
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Die
Erfindung betrifft einen Messfühler
(1) für zu
bearbeitende Werkstücke,
insbesondere für Messinstrumente
(2) für
zu bearbeitende Werkstücke auf
Werkzeugmaschinen, der Art bestehend aus einem Kopf (7)
einschließlich
Steuer- und Messelementen und einem Schwenkarm (6), der
sich in Arbeitsstellung zwischen dem Kopf (7) und dem zu
bearbeitenden Werkstück
(3) erstreckt, wobei der Schwenkarm (6) aus einem
Schwenkungspunkt (10), einem Basisteil (11), der
sich zwischen dem Kopf (7) und dem Schwenkungspunkt (10)
erstreckt, und einem Endteil (12), der sich zwischen dem
Schwenkungspunkt (10) und dem zu bearbeitenden Werkstück (3)
erstreckt, sowie aus geeigneten Steuermittel (13) des Schwenkungspunktes
(10)) besteht, um Bewegungen zwischen dem Basisteil (11)
und dem Endteil (12) im Fall von Kraftanlegung am Endteil
(12) zu gestatten.