DE69717573T2

DE69717573T2 - Mechanismus zum Vergrössern der Amplitude einer Bewegung

Info

Publication number: DE69717573T2
Application number: DE69717573T
Authority: DE
Inventors: Munenori Ishii
Original assignee: Mitutoyo Corp
Current assignee: Mitutoyo Corp
Priority date: 1996-09-19
Filing date: 1997-09-18
Publication date: 2003-04-10
Anticipated expiration: 2017-09-19
Also published as: EP0831293A3; JPH1089902A; CN1178901A; CN1162678C; IN192959B; JP3633733B2; EP0831293B1; DE69717573D1; US5960552A; EP0831293A2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Amplitudenvergrößerungsmechanismus, der beispielsweise für eine Hebel- Meßuhr zum Anzeigen der Schwingungsamplitude eines Tasters in Form eines entsprechenden Drehwinkels eines Zeigers verwendet werden kann.
Ein bekannter Amplitudenvergrößerungsmechanismus überträgt die Amplitude der Schwingung oder Auslenkung eines Hebels mittels eines daran angebrachten Tasters nach einer Vergrößerung durch Hebelübersetzung auf einen anderen Hebel und wird bei einer Meßuhr oder dergleichen zur Übersetzung der Schwingungsamplitude bzw. Auslenkung eines Tasters in einen entsprechenden Zeiger-Drehwinkel bzw. -Ausschlag angewandt, der angezeigt wird.
Bei einer solchen Meßuhr kann der Vergrößerungsmechanismus eine sehr kleine Schwingungsamplitude in einen großen Zeigerausschlag verstärken.
Die japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift 6-109401 offenbart eine Hebel-Meßuhr, deren Aufbau in den Fig. 13 und 14 dargestellt ist.
In den Fig. 13 und 14 bezeichnet die Bezugszahl 1 ein Meßuhr-Gehäuse, 51 dessen Deckel, 11 eine Skaleneinheit zum Anzeigen des Ausschlags eines Zeigers, 41 einen ersten Hebel und 26 einen zweiten Hebel.
Das Gehäuse 1 hat eine Vertiefung 2, ein Taster-Einführungsloch 3, das mit ihr in Verbindung steht und an seinem einen Ende offen ist, und eine Nut 9, die in einer Seitenwand des Gehäuses ausgebildet ist, die die Vertiefung 2 begrenzt. In der Nut 9 ist die Skaleneinheit 11 angeordnet.
Das Gehäuse 1 hat ferner zwei einstückig mit dem Gehäuse 1 ausgebildete Lagerverlängerungen 4A und 4B, die sich auf einander gegenüberliegenden Seiten des Taster- Einführungsloches 3 erstrecken.
Der erste Hebel 41 ist in der Weise durch das Taster- Einführungsloch 3 hindurchgeführt, daß sich ein Taster 31 vom einen Ende des Hebels aus nach außen erstreckt. Der erste Hebel 41 hat eine erste Welle 5, die in seinem mittleren Abschnitt vorgesehen und mittels Lagern 5A und 5B in den Lager-Verlängerungen 4A und 4B drehbar gelagert ist.
Der zweite Hebel 26 ist in der Vertiefung 2 des Gehäuses 1 angeordnet, kann den Schwingungs- bzw. Auslenkungswinkel des ersten Hebels 41 vergrößern und hat ein Ritzel 23 und ein Kronenrad 24 zur Übertragung der Schwingungsamplitude bzw. Auslenkung des zweiten Hebels 26 auf die Skaleneinheit 11.
Der zweite Hebel 26 ist neben dem ersten Hebel 41 angeordnet, der durch das Taster-Einführungsloch 3 eingeführt worden ist. Der zweite Hebel 26 hat in seinem mittleren Abschnitt eine zweite Welle 27, die in einem Bodenteil 1A des Gehäuses 1 drehbar gelagert ist.
Der erste Hebel 41 hat bewegbare Oberflächen 41A und 41B, die an einem eingeführten Abschnitt des ersten Hebels 41 auf derjenigen Seite der ersten Welle 5 ausgebildet sind, die dem Taster 31 abgekehrt ist, und mit der Schwingung des ersten Hebels 41 bewegt werden.
Der zweite Hebel 26 hat Übertragungszapfen 28A und 28B, die jeweils mit einer der beweglichen Oberflächen 41A und 41B des ersten Hebels 41 in Berührung stehen und einen Schwingungsausschlag des ersten Hebels 41 auf den zweiten Hebel 26 übertragen. Der zweite Hebel 26 ist ferner an seinem einen Ende mit einem Zahnsegment 25 versehen, das mit dem Ritzel. 23 in Eingriff steht.
Der zweite Hebel 26 wird durch eine in der Vertiefung 2 sitzende Drahtfeder 29 im Hinblick auf eine Drehung im Uhrzeigersinn um die zweite Welle 27 belastet. Dadurch werden die beweglichen Oberflächen 41A und 41B ständig mit den Übertragungszapfen 28A und 28B in Berührung gehalten, d. h. unabhängig davon, ob die Amplitudenmessung stattfindet oder nicht.
Anhand von Fig. 14 wird nachstehend der Mechanismus zur Verstärkung der Amplitude des Tasters 31 in einen entsprechenden Drehwinkel oder Ausschlag des Zeigers in der Hebel-Meßuhr 11 mit dem obigen Aufbau beschrieben.
Wenn der Taster 31 veranlaßt wird, in Richtung U in Fig. 14 zu schwingen, wird der erste Hebel 41 entgegen dem Uhrzeigersinn in Fig. 14 um die erste Welle 5 gedreht, so daß die bewegliche Oberfläche 41B nach unten in Fig. 14 verschoben wird. Durch die Abwärtsverschiebung der beweglichen Oberfläche 41B wird der Übertra gungszapfen 28B des zweiten Hebels 26 in Fig. 14 nach unten gedrückt, so daß der zweite Hebel 26 entgegen dem Uhrzeigersinn um die zweite Welle 27 gedreht wird.
Die Abwärtsdrehung des zweiten Hebels 26 wird über das Zahnsegment 25 auf das Ritzel 23 übertragen, so daß es im Uhrzeigersinn gedreht wird, und auch über das Kronenrad 24 auf ein mittleres Ritzel 14 übertragen, das in der Skaleneinheit. 11 vorgesehen ist, so daß die Amplitude als entsprechende Drehbewegung des Zeigers 16 über eine Welle 15 angezeigt wird.
Wenn der Taster 31 in Richtung D geschwenkt wird, wird der erste Hebel 41 im Uhrzeigersinn in Fig. 14 um die erste Welle 5 gedreht, so daß die bewegliche Oberfläche 41A in diesem Falle in Fig. 14 nach oben verschoben wird. Der Übertragungszapfen 28A des zweiten Hebels 26 wird daher in Fig. 14 nach oben gedrückt, so daß der zweite Hebel 26 entgegen dem Uhrzeigersinn um die zweite Welle 27 gedreht wird, d. h. in der gleichen Richtung wie bei der Auslenkung des Tasters 31 in Richtung U.
Bei der Hebel-Meßuhr mit diesem Aufbau wird der Zeiger 16 mithin unabhängig von der Schwingungs- bzw. Auslenkungsrichtung des Tasters 31 immer in derselben Richtung gedreht.
Bei obigem Amplitudenvergrößerungsmechanismus zum Vergrößern der Amplitude durch Hebelübersetzung ändert sich der Vergrößerungsfaktor mit der Lage der Drehpunkte der beiden Hebel und dem Abstand zwischen den Übertragungspunkten. Der Vergrößerungsmechanismus wird nachstehend anhand der Fig. 15 und 16 beschrieben.
Fig. 15 zeigt die relative Position des ersten Hebels 41 und des zweiten Hebels 26 in der Neutrallage, d. h. einer Lage, in der der Taster 31 nicht schwingt. In dieser Lage erstrecken sich der erste Hebel 41 und der zweite Hebel 26 beide in Richtung einer Neutrallinie M, die die erste Welle 5 mit der zweiten Welle 27 verbindet, und die Übertragungszapfen 28A und 28B auf dem zweiten Hebel 26 liegen auf der Neutrallinie M.
Der Übertragungszapfen 28A befindet sich in einer Position, in der er das Liniensegment L zwischen der ersten Welle 5 und der zweiten Welle 27 innen unterteilt, d. h. er befindet sich in einem Abstand RA1 von der ersten Welle 5 und in einem Abstand RA2 von der zweiten Welle 27. Der Übertragungszapfen 28B befindet sich in einer Lage, in der er das Liniensegment L außen unterteilt, d. h. in einem Abstand RB1 von der ersten Welle 5 und in einem Abstand RB2 von der zweiten Welle 27. Für die Abstände RA1, RA2, RB1 und RB2 gilt: RA2 < RA1 < L und RB2 < L < RB1.
Fig. 16 stellt Fig. 15 vereinfacht dar, und zwar in einem Zustand oder einer Lage, in der der Taster 31 um den Winkel S in Richtung D ausgelenkt wurde.
Die Auslenkung des Tasters 31 in Richtung D bewirkt, daß der erste Hebel 41 um den Winkel S im Uhrzeigersinn um die erste Welle 5 gedreht wird, so daß die bewegliche Oberfläche 41A des ersten Hebels 41 den Übertragungszapfen 28A des zweiten Hebels 26 entgegen dem Uhrzeigersinn um einen Winkel θ in eine Lage oberhalb der Neutrallinie B drückt.
In dieser Lage besteht folgender Zusammenhang zwischen dem Auslenkungswinkel S des ersten Hebels 41 und dem Auslenkungswinkel θ des zweiten Hebels 26:
LA1 · sin S = RA2 · sin θ.
Sofern sich die Winkel S und θ nur sehr wenig ändern, ist
sin θ θ
und
sin S S.
Mithin ist
LA1 · S = RA2 · θ
und
θ = K · S (mit K = LA1/RA2).
Da
LA1 ( RA1) > RA2
ist, wird der Auslenkungswinkel S des ersten Hebels 41 mit dem Vergrößerungsfaktor K in den Auslenkungswinkel θ des zweiten Hebels 26 umgewandelt.
Obwohl es nicht in Fig. 16 dargestellt ist, gelten ähnliche Beziehungen für den Übertragungszapfen 28B, der betätigt wird, wenn der Taster 31 entgegengesetzt zur Richtung U in die Richtung D ausgelenkt wird.
Wie bereits erwähnt, ist der Vergrößerungsfaktor K, um den der Winkel S in den Winkel θ umgewandelt wird, solange konstant, wie die Auslenkungswinkel S und θ gegenüber der Neutrallinie M klein sind. Wenn die Winkel S und θ jedoch zunehmen, ist die Verschiebung des Übertragungszapfens 28A schließlich nicht mehr vernachlässigbar, d. h. der Vergrößerungsfaktor K nimmt mit zunehmendem Winkel θ ebenfalls zu.
Insbesondere wenn der Übertragungszapfen 28A, der sich in einer Lage befindet, in der er das Liniensegment zwischen den beiden Wellen 5 und 27 innen unterteilt, tätig wird, hat eine Zunahme des Auslenkungswinkels θ eine große Änderung, des Vergrößerungsfaktors K zur Folge, wie es in Fig. 17 dargestellt ist, weil die absoluten Abstände RA2 und RA1 klein sind.
Um eine derart große Änderung des Vergrößerungsfaktors K zu verhindern, ist versucht worden, die Genauigkeit des Amplitudenvergrößerungsmechanismus durch Verringerung der Änderungsgeschwindigkeit des Abstands LA1 bei einer Änderung des Winkels θ und hinreichend große Wahl des Abstands L zwischen den beiden Wellen 5 und 27 zu verbessern.
Um den Abstand L hinreichend groß zu wählen, muß die Länge des ersten Hebels vergrößert werden. Dies bedeutet, daß von vornherein eine Vielzahl von Hebeln bei der Meßuhrherstellung in Abhängigkeit von dem Schwingungsamplituden- oder Auslenkungsbereich des Tasters hergestellt werden muß. Dies führt zu Problemen hinsichtlich einer Zunahme des Arbeitsaufwands und der Komplikation des Teilemanagements bei der Herstellung und einer Kostenzunahme bei der Herstellung des ersten Hebels.
Darüber hinaus müssen bei einer Verlängerung des ersten Hebels die Abmessungen des Gehäuses 1, des Deckels 51 und anderer Bauteile der Meßuhr vergrößert werden, so daß sich weitere Probleme aufgrund einer Vergrößerung der Meßuhrabmessungen und einer komplizierteren Handhabung der Bauteile und Erhöhung der Herstellungskosten ergeben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die obigen Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden und einen sehr genauen Amplitudenvergrößerungsmechanismus bei einer Kombination einer Vielzahl von Hebeln anzugeben, der die Schwingungsamplitude oder Auslenkung des Tasters mit einem konstanten Vergrößerungsfaktor umwandelt, ohne die Bauteile erheblich zu ändern, wenn der Amplitudenbereich vergrößert wird.
Die US-Patentschrift 2,898,686 veranschaulicht eine den beschriebenen Meßuhren ähnliche Meßuhr mit den gleichen Nachteilen.
Ein erfindungsgemäßer Amplitudenvergrößerungsmechanismus mit einer ersten Welle und einer zweiten Welle, deren Achsen sich in die gleiche Richtung erstrecken, einem ersten Hebel, der auf der ersten Welle schwenkbar gelagert ist, und einem zweiten Hebel, der auf der zweiten Welle neben dem ersten Hebel schwenkbar gelagert ist, wobei
der erste und der zweite Hebel eine bewegliche Oberfläche auf weisen, die sich bewegt, wenn dieser Hebel um die jeweilige Achse schwingt,
der andere Hebel, der nicht mit der beweglichen Oberfläche versehen ist, einen Übertragungszapfen aufweist, der mit der beweglichen Oberfläche in Berührung steht, um die Auslenkung des Hebels mit der beweglichen Oberfläche auf den anderen Hebel zu übertragen, wobei die
Auslenkung des ersten Hebels eine Drehung des zweiten Hebels über den Übertragungszapfen bewirkt, wobei der Auslenkungswinkel des zweiten Hebels, eine Vergrößerung des Auslenkungswinkels des ersten. Hebels ist, ist dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche Oberfläche in einer Ausgangslage relativ zu einer Neutrallinie geneigt ist, die die erste und die zweite Welle miteinan der verbindet, wobei der Abstand der Oberfläche von der Neutrallinie zunimmt, wenn man von der ersten Welle zur zweiten Welle geht.
Im Stand der Technik, wie er in Fig. 1 dargestellt ist, ist die bewegliche Oberfläche 41A an dem ersten Hebel weitgehend parallel zur Neutrallinie M, und die Verschiebung H1 in Richtung senkrecht zur Neutrallinie M dient zur Ermittlung des Zusammenhangs zwischen den Winkeln S und θ. Wenn daher der Auslenkungswinkel S des ersten Hebels zunimmt, wird der Übertragungszapfen 28A in Richtung der Neutrallinie M und von der ersten Welle 5 weg verschoben, was einen Umwandlungsfehler zwischen den Winkeln S und θ zur Folge hat.
Erfindungsgemäß ist, wie es in Fig. 2 dargestellt ist, die bewegliche Oberfläche 141A des ersten Hebels relativ zur Neutrallinie M geneigt, so daß ihr Abstand von der Neutrallinie M, wenn man von der ersten Welle 5 zur zweiten Welle 27 geht, weiter zunimmt.
Unter der Voraussetzung, daß die bewegliche Oberfläche 141A auf diese Weise geneigt ist, kann der Auslenkungswinkel S des ersten Hebels 41 als Winkel zwischen Tangentiallinien T1 und T0 betrachtet werden, die von der Ausgangslage und der Verschiebungslage des Übertragungszapfens 28A zu einem Bogen C mit dem Radius R0 und mit dem durch die erste Welle 5 gebildeten Mittelpunkt gezogen werden.
Wenn der Zusammenhang zwischen den Winkeln S und θ bei einer Verschiebung H2 in Richtung senkrecht zur Tangentiallinie T0, in Fig. 2 gesehen, ermittelt wird, zeigt sich, daß die Verschiebung des Übertragungszapfens 28A in Richtung der Tangentiallinie T0 kleiner ist als bei der bekannten Anordnung. Der Vergrößerungsfaktor zur Umwandlung des Winkels S in den Winkel θ ist daher konstant, so daß sich eine Genauigkeitsverbesserung des Amplitudenvergrößerungsmechanismus ergibt.
Da sich die Genauigkeitsverbesserung des Amplitudenvergrößerungsmechanismus lediglich dadurch ergibt, daß der erste Hebel mit einer geneigten beweglichen Fläche versehen wird, brauchen der zweite Hebel und die anderen Bauteile nicht geändert zu werden, so daß eine Vereinfachung des Managements der Meßuhrbauteile und eine Verringerung der Herstellungskosten möglich ist.
Da außerdem der Achsabstand L zwischen den beiden Wellen 5 und 27 nicht vergrößert zu werden braucht, ist es möglich, von einer Vergrößerung der Abmessungen der Meßuhr abzusehen, das Gehäuse, den Deckel und weitere Bauteile der Meßuhr zu normieren, das Bauteilmanagement weiter zu vereinfachen und die Herstellungskosten weiter zu verringern.
Vorzugsweise ist die bewegliche Oberfläche des ersten. Hebels geneigt und parallel zur obigen Tangentiallinie (T0, T1), die von dem Bogen C mit dem Radius R0 zum Übertragungszapfen 28A gezogen wird, und der Radius R0 wird in Abhängigkeit von dem Auslenkungsbereich des ersten Hebels bestimmt.
Sobald der Radius R0 in Abhängigkeit von dem Auslenkungsbereich des ersten Hebels bestimmt worden ist, wird die Neigung der beweglichen Oberfläche des ersten Hebels allein durch den Radius R0 bestimmt, wodurch das Management des Verfahrens der Herstellung der Meßuhr vereinfacht wird.
Ein"weiterer erfindungsgemäßer Amplitudenvergrößerungsmechanismus mit einer ersten Welle und einer zweiten Welle, deren Achsen sich in der gleichen Richtung erstrecken, einem ersten Hebel, der auf der ersten Welle schwenkbar gelagert ist, und einem zweiten Hebel, der auf der zweiten Welle neben dem ersten Hebel schwenkbar gelagert ist, wobei
der erste und der zweite Hebel eine bewegliche Oberfläche aufweisen, die sich bewegt, wenn dieser Hebel um die jeweilige Achse schwingt,
der andere Hebel, der nicht mit der beweglichen Oberfläche versehen ist, einen mit der beweglichen Oberfläche in Berührung stehenden Übertragungszapfen zur Übertragung der Schwingung des Hebels mit der beweglichen Oberfläche auf den anderen Hebel aufweist,
eine Schwingung des ersten Hebels eine Drehung des zweiten Hebels über den Übertragungszapfen bewirkt, wobei der Auslenkungswinkel des zweiten Hebels eine Vergrößerung des Auslenkungswinkels des ersten Hebels ist und, wenn der erste und der zweite Hebel auf einer Neutrallinie liegen, die die erste und die zweite Welle verbindet, der Übertragungszapfen eine von der Neutrallinie abweichende Lage einnimmt, ist dadurch gekennzeichnet, daß der Übertragungszapfen über die Neutrallinie hinweg bewegbar ist.
Wenn sich der Übertragungszapfen in einer solchen Lage befindet, wird die Nachbarschaft der Normalen zur Neutrallinie M als Bereich des Ausschlagwinkels θ des zweiten Hebels eingestellt. Die Verschiebung des Übertragungszapfens 28A in Richtung der neutralen Achse M wird daher verringert und der Vergrößerungsfaktor K nicht wesentlich geändert.
Es ist daher möglich, die Genauigkeit des Amplitudenvergrößerungsmechanismus zu verbessern, von einer Änderung des Achsabstands zwischen den beiden Hebeln abzusehen, die Abmessungen der Meßuhr nicht zu vergrößern, das Gehäuse, den Deckel und andere Bauteile des Gehäuses zu standardisieren, das Bauteilmanagement zu vereinfachen und die Herstellungskosten zu verringern.
In den beiliegenden Zeichnungen stellen dar:
Fig. 1 eine schematische Ansicht der Funktion eines bekannten Amplitudenvergrößerungsmechanismus,
Fig. 2 eine schematische Ansicht der Funktion eines erfindungsgemäßen Amplitudenvergrößerungsmechanismus,
Fig. 3 eine schematische Ansicht der Kombination eines ersten Hebels und eines zweiten Hebels des ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Amplitudenvergrößerungsmechanismus,
Fig. 4 eine schematische Ansicht der Verschiebungen beweglicher Oberflächen und von Übertragungszapfen, die in Fig. 3 dargestellt sind,
Fig. 5 eine schematische Ansicht zur Veranschaulichung der Funktion des ersten Ausführungsbeispiels,
Fig. 6 eine graphische Darstellung des Zusammenhangs zwischen dem Auslenkungswinkel θ eines zweiten Hebels und dem Vergrößerungsfaktor K bei dem ersten Ausführungsbeispiel,
Fig. 7 eine schematische Ansicht der Kombination eines ersten Hebels mit einem zweiten Hebel in einem zweiten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Amplitudenvergrößerungsmechanismus,
Fig. 8 eine schematische Darstellung von Verschiebungen beweglicher Oberflächen und von Übertragungszapfen, die in Fig. 7 dargestellt sind,
Fig. 9 eine graphische Darstellung des Zusammenhangs zwischen dem Auslenkungswinkel θ eines zweiten Hebels und dem Vergrößerungsfaktor K bei dem zweiten Ausführungsbeispiel,
Fig. 10 eine schematische Darstellung der Kombination eines ersten Hebels und eines zweiten Hebels in einem dritten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Amplitudenvergrößerungsmechanismus,
Fig. 11 eine schematische Darstellung der Verschiebungen beweglicher Oberflächen und von Übertragungszapfen, die in Fig. 10 dargestellt, sind,
Fig. 12 eine graphische Darstellung des Zusammenhangs zwischen dem Auslenkungswinkel θ eines zweiten Hebels und dem Vergrößerungsfaktor K bei dem dritten Ausführungsbeispiel,
Fig. 13 eine Explosionsdarstellung einer. Hebel-Meßuhr mit einem bekannten Amplitudenvergrößerungsmechanismus,
Fig. 14 eine Ansicht des inneren Aufbaus der Meßuhr mit dem bekannten Amplitudenvergrößerungsmechanismus,
Fig. 15 eine schematische Ansicht der Kombination eines ersten Hebels mit einem zweiten Hebel in dem bekannten Amplitudenvergrößerungsmechanismus,
Fig. 16 eine schematische Ansicht der Verschiebungen beweglicher Oberflächen und Übertragungszapfen, die in Fig. 15 dargestellt sind, und
Fig. 17 eine graphische Darstellung des Zusammenhangs zwischen dem Auslenkungswinkel θ eines zweiten Hebels und dem Vergrößerungsfaktor K bei dem bekannten Amplitudenvergrößerungsmechanismus.
Nachstehend wird ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben. Zuvor schon beschriebene Teile und Teile, die den zuvor beschriebenen gleichen oder ähneln, sind mit gleichen Bezugszahlen und Symbolen versehen und werden daher nicht beschrieben.
Die Fig. 3 und 4 sind den Fig. 15 und 16 jeweils ähnlich, stellen jedoch das erste Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Amplitudenvergrößerungsmechanismus dar.
Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem zuvor beschriebenen bekannten Amplitudenvergrößerungsmechanismus darin, daß im Gegensatz zu dem bekannten Mechanismus, bei dem die bewegliche Oberfläche 41A des ersten Hebels 41 weitgehend parallel zur Neutrallinie M liegt, bei vorliegendem Ausführungsbeispiel die bewegliche Oberfläche 141A des ersten Hebels 141 relativ zur Neutrallinie M geneigt ist, so daß ihr Abstand von der Neutrallinie M zunimmt, wenn man von der ersten Welle 5 zur zweiten Welle 27 geht.
In der Neutrallage des ersten Hebels 141 hat die bewegliche Oberfläche 141A eine Neigung parallel zu einer Tangentiallinie T0, die man von der Achse des Übertragungszapfens 28A zu einem Bogen C mit dem Radius R0 und dem durch die erste Welle 5 gebildeten Mittelpunkt zieht. Der Radius R0 wird allein durch den Auslenkungsbereich des ersten Hebels 141 bestimmt.
Nachstehend wird die Funktion des ersten Ausführungsbeispiels beschrieben.
Wenn der Taster 31 in Richtung D in Fig. 3 ausgelenkt wird, wird die bewegliche Oberfläche 141A auf derjenigen Seite der ersten Welle 5, die vom Taster 31 abgekehrt ist, in eine Position oberhalb der Neutrallinie M in Fig. 3 verschoben. Dadurch wird der Übertragungszapfen 28A des zweiten Hebels 26 nach oben gedrückt.
Fig. 5 stellt in vergrößertem Maßstab die Lage des Tasters 31 dar, der in Richtung D gemäß Fig. 4 ausgelenkt wurde.
In der Lage des ersten Hebels 141, der um den Winkel S ausgelenkt wurde, ist der Winkel zwischen der Tangentiallinie T1, die von der Achse des Übertragungszapfens 28A zum Bogen C mit dem Radius R0 und der Linie LA1, die von der ersten Welle 5 zur Achse des Übertragungszapfens 28A gezogen wird, mit α1 und der Winkel zwischen der Linie LA1 und der Neutrallinie M mit α4 bezeichnet.
In der Neutrallage des ersten Hebels 141 ist der Winkel zwischen der Tangentiallinie T0, die von der Achse des Übertragungszapfens 28A auf der Neutrallinie M zum Bogen C mit dem Radius R0 gezogen wird, mit α0 bezeichnet.
Die Winkel α0, α1, α4, S und θ hängen wie folgt zusammen:
S = α0 + α4 - α1
RA2 · cos θ + LA1 · cos α4 = L
RA2 · sin θ = LA1 · sin α4
(L - RA2) · sin α0 = R0
und
LA1 · sin α1 = R0
Fig. 6 stellt den Vergrößerungsfaktor K (θ/S) dar/ der anhand obiger Gleichungen berechnet wurde.
Wenn der Taster 31 in Richtung U in Fig. 4 ausgelenkt wird, dann ist die bewegliche Fläche 141A, die die Auslenkung des ersten Hebels 141 auf den zweiten Hebel 26 überträgt, ebenso wie der erste Hebel 41 bei dem bekannten Mechanismus, weitgehend parallel zur Neutrallinie M und nicht geneigt.
Dies ist deshalb so, weil sich der Übertragungszapfen 28B an einem Punkt befindet, in dem er das Liniensegment zwischen der ersten Welle 5 und der zweiten Welle 27 mit dem Achsabstand L außen in RB1 : RB2 unterteilt, so daß es möglich ist, einen hinreichenden Abstand wie RB1 und RB2 einzuhalten und den Einfluß der Verschiebung in Richtung der Neutrallinie M zu verringern.
Außerdem werden der erste und der zweite Hebel 141 und 26 im Gegensatz zu einer Auslenkung des Tasters in der Richtung D, wie vorstehend beschrieben, bei einer Auslenkung des Tasters in der Richtung U in der gleichen Richtung ausgelenkt, so daß es schwierig ist, ihre relative Position in Richtung der Neutrallage M zu ändern.
Das zuvor beschriebene erste Ausführungsbeispiel hat die folgenden Vorteile.
Wie sich aus dem in Fig. 6 dargestellten Verlauf des Vergrößerungsfaktors und dem in Fig. 17 dargestellten Verlauf des Vergrößerungsfaktors bei dem bekannten Mechanismus ergibt, ist es möglich, den Vergrößerungsfaktor K in einem großen Bereich des Auslenkungswinkels θ von 0 bis D zu stabilisieren, indem lediglich die bewegliche Fläche 141A des ersten Hebels 141 geneigt wird. Daher ist es selbst bei einem Amplitudenvergrößerungsmechanismus mit einem großen Auslenkungsbereich möglich, eine stabile und sehr genaue Amplitudenvergrößerung zu erreichen.
Außerdem ist eine derart hohe Genauigkeit des Amplitudenvergrößerungsmechanismus einfach durch Neigung der beweglichen Oberfläche 141A des ersten Hebels 141 und ohne eine Änderung der Spezifikationen anderer Bauteile möglich. Daher ist es möglich, die anderen Bauteile bei der Herstellung einer Hebel-Meßuhr zu standardisieren, das Bauteilmanagement zu vereinfachen und die Herstellungskosten zu verringern.
Die Fig. 7 und 8 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Amplitudenvergrößerungsmechanismus. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem bekannten Amplitudenvergrößerungsmechanismus in der Lage des Übertragungszapfens, der auf dem zweiten Hebel in der Neutrallage des ersten Hebels vorgesehen ist.
Bei dem bekannten Mechanismus befindet sich der Übertragungszapfen 28A des zweiten Hebels 26 auf der Neutrallinie M in der Neutrallage des ersten Hebels 41. Bei vorliegendem Ausführungsbeispiel befindet sich der Übertragungszapfen 128A des zweiten Hebels 26 in einer von der Neutrallinie M abweichenden Lage, und ihre Lage unterhalb der Neutrallinie M in Fig. 7 ist als Ausgangslage gewählt.
Wählt man die von der Neutrallinie M abweichende Lage des Übertragungszapfens 128A als die Ausgangslage in der Neutrallage des ersten Hebels 41, dann wird der Übertragungszapfen 128A auch dann, wenn der erste Hebel 41 in Richtung D in Fig. 8 ausgelenkt wird, so verschoben, daß er die Neütrallinie M überquert, um den Auslenkungswinkel auf θ zu vergrößern.
Der Übertragungszapfen 128B wird daher nicht weit in Richtung der Neutrallinie M verschoben, und selbst eine große Änderung des Auslenkungswinkels θ des zweiten Hebels 26 hat keine große Änderung des Vergrößerungsfaktors K (θ/S) (siehe Fig. 9) zur Folge. Daher ist es wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel möglich, die Genauigkeit des Amplitudenvergrößerungsmechanismus einer Hebel-Meßuhr zu verbessern.
Außerdem ist die Verbesserung der Genauigkeit bei der Herstellung einer Hebel-Meßuhr durch Änderung der Lage des Übertragungszapfens 128A des zweiten Hebels 26 möglich. Dadurch ist es möglich, das Bauteilmanagement zu vereinfachen und die Herstellungskosten zu verringern. Fig. 10 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Amplitudenvergrößerungsmechanismus. Bei diesem Ausführungsbeispiel des Amplitudenvergrößerungsmechanismus sind die Merkmale des ersten und zweiten Ausführungsbeispiels kombiniert.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die bewegliche Oberfläche 241A des ersten Hebels 241 in der Neutrallage des ersten Hebels 241 so geneigt, daß sie zu einer Tangentiallinie T0 parallel ist, die von der Achse des Übertragungszapfens 228A zum Bogen C mit dem Radius R0 und dem durch die erste Welle 5 gebildeten Mittelpunkt gezogen wird, und der Übertragungszapfen 228A des zwei ten Hebels 226 befindet sich in einer von der Neutrallinie M abweichenden Lage.
Bei dem dritten. Ausführungsbeispiel des Amplitudenvergrößerungsmechanismus ist es daher möglich, die bei dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel erreichbaren Vorteile zu erreichen, den Vergrößerungsfaktor K in einem sehr großen Bereich des Auslenkungswinkels θ zu stabilisieren (siehe Fig. 12) und die Genauigkeit des Amplitudenvergrößerungsmechanismus weiter zu verbessern.
Wenn bei dem dritten Ausführungsbeispiel der erste Hebel in Richtung U in Fig. 11 ausgelenkt wird, ist die bewegliche Oberfläche 241A des ersten Hebels 241 relativ zur Neutrallinie M geneigt, und der Übertragungszapfen 228B des zweiten Hebels 226 befindet sich in seiner Ausgangslage oberhalb der Neutrallinie M in Fig. 10.

Beispiele

Nachstehend werden die Ergebnisse von Fehlermessungen, die durch Einbau des ersten und zweiten Hebels in dem ersten bis, dritten Ausführungsbeispiel bei der bekannten Hebel-Meßuhr durchgeführt wurden, beschrieben.
Die Meßbedingungen bei dem ersten bis dritten Ausführungsbeispiel und dem bekannten Amplitudenvergrößerungsmechanismus sind in Tabelle 1 dargestellt.
Bei den in Tabelle 1 dargestellten Meßbedingungen wurden der erste und der zweite Hebel 41 und 26, die im, Stand der Technik beschrieben wurden, in dem bekannten Mechanismus benutzt, der erste Hebel 141 anstelle des ersten Hebels 41 in dem ersten Ausführungsbeispiel benutzt, der zweite Hebel 126 anstelle des zweiten Hebels 26 in dem zweiten Ausführungsbeispiel benutzt und der ersten und der zweite Hebel 241 und 226 jeweils anstelle des ersten und zweiten Hebels 41 und 26 in dem dritten Ausführungsbeispiel benutzt.
Die Fehlermessung erfolgte mit zwei Bezugsauslenkungsbereichen des ersten Hebels, d. h. 1,5 und 2,0 mm, und bei dem ersten und dritten Ausführungsbeispiel wurde die Neigung der beweglichen Oberfläche auf der Basis des entsprechenden Hebelverschiebungsradius gewählt.
Was das Gehäuse, das Ritzel und andere Bauteile, außer dem ersten und zweiten Hebel, betrifft, so wurden die Spezifikationen zur unparteilichen Genauigkeitsbeurteilung der Hebel nicht geändert. In der Tabelle 1 ist der Taster-Radius, der Abstand der ersten Welle, bei daran befestigtem ersten Hebel, vom freien Ende des Tasters 31. Tabelle 1
Tabelle 2 zeigt die Ergebnisse der Fehlermessung. In Tabelle 2 bedeutet "D-Richtung": Auslenkung des Tasters 31 in Richtung D, und "U-Richtung" bedeutet: Auslenkung des Tasters 31 in Richtung U. Tabelle 2
Wie sich aus Tabelle 2 ergibt, ist die Genauigkeit des Amplitudenvergrößerungsmechanismus bei dem ersten bis dritten Ausführungsbeispiel im Vergleich zu dem bekannten Mechanismus besser, insbesondere ist die Genauigkeit in Bezug auf die Richtung D besser.
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist die Meßgenauigkeit bei der U-Richtungs-Fehlermessung nicht besser, weil die bewegliche Oberfläche 41B des ersten Hebels 141 in Fig. 2 nicht geändert wurde.
Die angegebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nicht einschränkend zu verstehen, und folgende. Abwandlungen sind möglich.
Bei den obigen Ausführungsbeispielen wurde die Genauigkeit des Amplitudenvergrößerungsmechanismus hinsichtlich der D-Richtungs-Fehlermessung durch Änderung der beweglichen Fläche 141A und des Übertragungszapfens 28A verbessert. Dies ist jedoch auf keinen Fall einschränkend, und es ist möglich, die bewegliche Oberfläche 41B sowie den Übertragungszapfen 28B hinsichtlich der Richtung D zu ändern, um die Genauigkeit des Amplitudenvergrößerungsmechanismus in Bezug auf diese Richtung zu verbessern.
Beispielsweise liegt bei dem zweiten Ausführungsbeispiel die Anfangslage des Übertragungszapfens 128B über der Neutrallinie M, wie es in Fig. 7 dargestellt ist, Bei dieser Anordnung wird die Genauigkeit im Vergleich zu dem bekannten Mechanismus bei der U-Richtungs- Fehlermessung verbessert, wie es sich aus der Tabelle 2 ergibt.
Bei dem dritten Ausführungsbeispiel wird die Genauigkeit, wie bei dem zweiten Ausführungsbeispiel, im Vergleich zum Stand der Technik durch Ausbildung der beweglichen Oberfläche 241B als schräge Oberfläche und Einstellung der Ausgangslage des Übertragungszapfens 228B über die Neutrallinie M verbessert.
Bei diesen Ausführungsbeispielen wurden die Abstände RA2 und RA1 in Fig. 4 so gewählt, daß RA2 < RA1 < L ist, um Mittel zur Vergrößerung des Auslenkungswinkels S des ersten Hebels 141 in den Auslenkungswinkel θ des zweiten. Hebels 26 vorzusehen. Dies ist jedoch keinesfalls einschränkend. Beispielsweise ist es möglich, den Zusammenhang RA2 < RA2 < L zu wählen, um ein Mittel zur Kontraktionsumwandlung des Auslenkungswinkels S des ersten Hebels 141 in den Auslenkungswinkel θ des zweiten Hebels 26 vorzusehen. Diese Anordnung kann beispielsweise für einen Mechanismus benutzt werden, der zur. Präzisionsmeßinstrumenteichung für eine kleine Verschiebung sorgt.
Bei den obigen Ausführungsbeispielen sind die beweglichen Oberflächen 141A und 141B auf dem ersten Hebel 141 als die vergrößerte Seite vorgesehen, während die Übertragungszapfen 28A und 28B des zweiten Hebels 26 als die vergrößernde Seite vorgesehen sind. Dies ist jedoch keinesfalls einschränkend. Beispielsweise ist es möglich. Übertragungszapfen auf dem ersten Hebel als vergrößerte Seite und bewegliche Oberflächen auf dem zweiten Hebel als vergrößernde Seite vorzusehen.
Die obigen Ausführungsbeispiele betreffen einen 2-Hebel-Vergrößerungsmechanismus, bei dem der erste und der zweite Hebel in Kombination benutzt werden. Dies ist jedoch keinesfalls einschränkend, vielmehr ist die Erfindung auch auf einen Vergrößerungsmechanismus mit einer Kombination aus drei oder mehr Hebeln anwendbar.
Bei obigen Ausführungsbeispielen stellt der Taster. 31 einen Auslenkungsbetrag oder eine Amplitude fest. Dies ist jedoch keinesfalls einschränkend. So ist der erfindungsgemäße Vergrößerungsmechanismus auch bei einer Meßuhr anwendbar, bei der beispielsweise ein Spindelhub beispielsweise in einen entsprechenden Ausschlag oder Drehwinkel eines Zeigers umgewandelt wird. Generell sind die Vorteile der Erfindung erzielbar, wenn die Erfindung bei einem Vergrößerungsmechanismus zur Vergrößerungsumwandlung einer Meßseite über eine Vielzahl von Hebeln angewendet wird.

Claims

1. Amplitudenvergrößerungsmechanismus mit einer ersten Welle (5) und einer zweiten Welle (27), deren Achsen sich in die gleiche Richtung erstrecken, einem ersten Hebel (141), der auf der ersten Welle (5) schwenkbar gelagert ist, und einem zweiten Hebel (26), der auf der zweiten Welle neben dem ersten Hebel schwenkbar gelagert ist, wobei

der erste und der zweite Hebel eine bewegliche Oberfläche (141A) aufweisen, die sich bewegt, wenn dieser Hebel um die jeweilige Achse schwingt,

der andere Hebel, der nicht mit der beweglichen Oberfläche versehen, ist, einen Übertragungszapfen (28A) aufweist, der mit der beweglichen Oberfläche (141A) in Berührung steht, um die Auslenkung des Hebels mit der beweglichen Oberfläche auf den anderen Hebel zu übertragen, wobei die

Auslenkung des ersten Hebels (141) eine Drehung des zweiten Hebels (26) über den Übertragungszapfen (28A) bewirkt, wobei der Auslenkungswinkel des zweiten Hebels eine Vergrößerung des Auslenkungswinkels des ersten Hebels ist, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche Oberfläche (141A) in einer Ausgangslage relativ zu einer Neutrallinie geneigt ist, die die erste und die zweite Welle (5, 27) miteinander verbindet, wobei der Abstand der Oberfläche von der Neutrallinie zunimmt, wenn man von der ersten Welle (5) zur zweiten Welle (27) geht.

2. Amplitudenvergrößerungsmechanismus nach Anspruch 1, bei dem die Neigung der beweglichen Oberfläche (141A) des ersten Hebels (141) parallel zu einer Tangentiallinie ist, die von der Achse des Übertragungszapfens (28A) des zweiten Hebels (26) zu einem Bogen mit einem Mittelpunkt gezogen ist, der mit der Mitte der Welle zusammenfällt, auf der der Hebel gelagert ist, und dessen Radius in Abhängigkeit von dem Auslenkungsbereich des ersten Hebels bestimmt ist.

3. Amplitudenvergrößerungsmechanismus nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem, wenn sich der erste und der zweite Hebel (141, 26) auf der Neutrallinie befinden/der Übertragungszapfen (28A) eine Lage einnimmt, die von der Neutrallinie abweicht.

4. Amplitudenvergrößerungsmechanismus mit einer ersten Welle (5) und einer zweiten Welle (27), deren Achsen sich in der gleichen Richtung erstrecken, einem ersten Hebel (241), der auf der ersten Welle (5) schwenkbar gelagert ist, und einem zweiten Hebel (226), der auf der zweiten Welle (27) neben dem ersten Hebel schwenkbar gelagert ist, wobei

der erste und der zweite Hebel eine bewegliche Oberfläche (241A) aufweisen, die sich bewegt, wenn dieser Hebel um die jeweilige Achse schwingt,

der andere Hebel, der nicht mit der beweglichen Oberfläche versehen ist, einen mit der beweglichen Oberfläche in Berührung stehenden Übertragungszapfen (228A) zur Übertragung der Schwingung des He bels mit der beweglichen Oberfläche auf den anderen Hebel aufweist,

eine Schwingung des ersten Hebels (241) eine Drehung des zweiten Hebels (226) über den Übertragungszapfen (228A) bewirkt, wobei der Auslenkungswinkel des zweiten Hebels eine Vergrößerung des Auslenkungswinkels des ersten Hebels ist und, wenn der erste und der zweite Hebel (241, 226) auf einer Neutrallinie liegen, die die erste und die zweite Welle (5, 27) verbindet, der Übertragungszapfen eine von der Neutrallinie abweichende Lage einnimmt, dadurch gekennzeichnet, daß der Übertragungszapfen (228A) über die Neutrallinie hinweg bewegbar ist.

5. Amplitudenvergrößerungsmechanismus nach Anspruch 4, bei dem die bewegliche Oberfläche (241A) weitgehend parallel zur Neutrallinie ist.

6. Hebel-Meßuhr zum Messen eines Schritts eines zu messenden Gegenstands und mit einem Amplitudenvergrößerungsmechanismus nach einem der vorstehenden Ansprüche.