DE8629547U1 - Maßverkörperung - Google Patents
MaßverkörperungInfo
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Description
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DR. JOHANNES KEIDENHAIN GmbH 28. Oktober 1988 G 86 29 547.0
Maßverkörperung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Maßverkörperung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Derartige MaßVerkörperungen werden beispielsweise in
Längenmeßeinrichtungen bei Werkzeugmaschinen verwendet. Während des Meßbetriebes treten Probleme auf,
da beim Betrieb von Werkzeugmaschinen durch die sehr unterschiedlichen Materialpaarungen bei Maschine,
Längenmeßeinrichtung und nicht zuletzt Werkstück, Temperaturänderungen zu unterschiedlichen, thermisch
bedingten Abmessungsänderungen der diversen Bauteile führen. Da aus den verschiedensten Gründen in den
seltensten Fällen das Maschinenteil und der Maßstab sowie das Gehäuse für den Maßstab aus Materialien
mit gleichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten bestehen werden, unterliegen bei den unvermeidlichen
Temperaturänderungen insbesondere das Maschinenteil und der Maßstab unterschiedlichen thermischen Längenänderungen,
so daß Meßungenauigkeittui auftreten konnen,
die bei den heutigen Anforderungen an die Meß-
genauigkeit nicht mehr tragbar sind. Am häufigsten kombiniert man Grauguß für die Maschinenteile, Aluminium
für das Gehäuse und Glas oder Stahl für den Maßstab miteinander.
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Diese Problematik ist seit langem bekannt und es wurden bereits zahlreiche Losungen vorgeschlagen,
die Fehler, die diese thermisch bedingten Abmessungsänderungen hervorrufen, mit Hilfe von sogenannten
Temperaturkompensationen zu verringern. Von den vielen Vorschlägen seien hier nur einige derjenigen
gewürdigt, bei denen die Kompensation mit Hilfe der MaßVerkörperung erfolgt.
Eine Kompensationsvorrichtung, die neben dem Temperaturfehler auch Ungenauigkeit-en der Maschine, an
der sie installiert ist, ausgleicht, ist in dem DE-GM 75 13 496 beschrieben. Ein Glasmaßstab ist
unter Zwischenfügung einer hochelastischen Schicht in einem Aluminium-Hohlprofil eingekittet. Der Hohlkörper
ist mit speziellen Endstücken an der Maschine befestigt. Durch die hochelastische Schicht ist der
Glasmaßstab von dem Aluminium-Hohlprofil gewissermaßen mechanisch entkoppelt, so daß von der Maschine
keine Zwangskräfte auf den Glasmaßstab übertragen werden. Die Kompensationseinrichtung greift an den
Stirnseiten des Glasmaßstabes an und kann diesen stauchen oder strecken, wie es der Fehlerverlauf erfordert.
Mit der Kompensationseinrichtung wird also die effektive Länge der Teilung eingestellt. Diese
Art der Fehlerkompensation hat sich bewährt und auch die schwimmende Befestigung eines Maßstabes in einer
Meßvorrichtung ist spätestens aus der DE-PS 11 76 bekannt und gilt seitdem als notwendig, um die hoch-
genaue Meßteilung frei von Zwangskräften zu befestigen. Eine Reihe weiterer Druckschriften belegt,
daß die Fachwelt es für erforderlich hielt, die Meßteilung von der Maschine so zu entkoppeln,
daß keine thermisch bedingten Zwangskräfte die Meßteilung beeinflussen. Als Beispiel seien hier die
DE-OS 20 16 253, die US-PS 3,816,002 und die US-PS J 3,629,945 genannt. f-
Erst neueren Druckschriften läßt sich entnehmen, daß die Fachwelt sich von diesem Vorurteil langsam löst
und Maßverkörperungen fest mit einer Maschine verbindet. Für diese neue Entwicklung sei die DE-OS
34 19 527 als Beispiel genannt. Dort wird eine &Mgr;&agr;&bgr;&iacgr; 5 Verkörperung bei Normaltemperatur von beispielsweise
20° C mit Hilfe von Kalibrierschrauben geeicht. Bei der Montage der Meßeinrichtung an die Maschine wird
zunächst die Temperatur der Anbaufläche gemessen. Mit Hilfe der Kalibrierschrauben wird die Maßverkörperung
auf die Temperatur der Anbaufläche einge- '\ stellt und damit auf die Maschine geeicht. Anschlies- %
send wird die Positionsmeßeinrichtung fest an der %
Maschine montiert. Durch eine starre Befestigung der :■
beiden Enden des Maßstabes an der Maschine erfahren ! bei Temperaturänderungen sowohl die Maschine als auch i;
der Maßstab die gleichen thermischen Längenänderungen, so daß thermisch bedingte Meßungenauigkeiten bei der
Bearbeitung eines Werkstückes nicht mehr auftreten können. Diesem Vorschlag sind jedoch für biegesteife
Maßstäbe aus Glas verhältnismäßig enge Grenzen gesetzt, denn bei größerer Erwärmung gegenüber der Normaltemperatur
dehnt sich der Grundkörper auf dem der Teilungsträger befestigt ist stärker aus als der Glasmaßstab
und die stirnseitigen Klebeverbindungen reißen ab.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgal/s zugrunde, eine
MaßVerkörperung zu schaffen, die auah bei größerer Erwärmung
gegenüber der Normaltemperatur die temperaturbedingten Längenänderungen der Maschine, an der sie angebaut
ist, mitmacht.
Diese Aufgabe wird durch eine Maßverkörperung gemäß dem Anspruch 1 gelöst.
Mit Hilfe der Zeichnungen soll die Erfindung anhand von Ausführunasbeisoielen noch näher erläutert werden.
Die Figuren 1 bis 3 stellen verschiedene Stadien bei der Herstellung einer Maßverkörperung dar und die Figuren
4 bis 6 stellen Abschnitte eines alternativen Verfahrens zur Herstellung einer MaßVerkörperung dar.
Es zeigt:
Figur 1 einen Grundkörper mit einem schwimmend befestigten Teilungsträger im Ursprungs-
zustand
Figur 2 eine erwärmte Maßverkörperung mit Befestigungselementen,
Figur 3 eine Maßverkörperung im Endzustand, Figur 4a ein Grundkörper für eine Maß Verkörperung,
Figur 4b ein Teilungsträger für eine Maßverkörperung ,
Figur 5 den Teilungsträger in abgekühltem Zustand und
Figur 6 eine MaßVerkörperung im Endzustand.
Figur 5 den Teilungsträger in abgekühltem Zustand und
Figur 6 eine MaßVerkörperung im Endzustand.
Ein in Figur 1 gezeigter Grundkörper 1 trägt einen schwimmend gelagerten Teilungsträger 2. Die schwimmende
Lagerung wird durch eine elastische Klebstoff schicht 3 realisiert.
Bei einer Normaltemperatur von ca. 20° C weist der Grund-
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körper 1, der aus Stahl bestehen kann, eine Länge L1 auf. Der Teilungsträger 2, der aus Glas bestehen kann,
weist bei dieser Temperatur eine Länge L2 auf.
Die Einheit aus Grundkörper 1 und Teilungsträger 2 wird nun erhitzt auf eine Temperatur von beispielsweise
50° C. Diese Endtemperatur wird von dem Temperaturbereich bestimmt, in dem die Maschine arbeitet,
an der die erfindungsgemäße Maßverkörperung angebaut werden soll.
Aufgrund der Temperaturerhöhung kommt es zu Veränderungen der Abmessungen von Grundkörper 1 und Teilungsträger
2. Für die Erfindung sind jedoch hier nur die Längenänderungen von Interesse.
Da Stahl einen größeren Temperaturkoeffizienten hat,
als Glas, weist der Grundkörper 1 bei 50° C eine Länge von L1' auf, der Teilungsträger dagegen eine Länge von
L21. Die Veränderung &Dgr; L1 ist also ungleich &Dgr; L2.
In diesem - in Figur 2 dargestellten - Zustand wird der Teilungsträger 2 mit Befestigungselementen, dit
Klötzchen B1 und B2 sein können, ?uf dem Grundkörper fixiert.
Dabei sind die Berührungsflächen der Klötzchen B1 und
B2 den Stirnseiten des Teilungsträgers genauestens angapaßt. Die Befestigung der Klötzchen B1 und B2 auf dem
Grundkörper 1 kann in beliebiger Weise erfolgen, muß jedoch ausgesprochen starr sein.
Nach der Montage der Klötzchen B1 und B2 kann die nun vollständige Maßverkörperung M abgekühlt werden. Dabei
schrumpft der Grundkörper 1 wieder auf seine ur-
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sprüngliche Länge L1 zusammen und nimmt die Klötzchen B1 und B2 mit, die zwischen sich den Teilungsträger 2
halten.
Die Klötzchen Bi und B2 stauchen bei der Abkühlung den Teilungsträger 2 nahezu um das Maß, um daß sich
der stählerne Grundkörper 1 im erwärmten Zustand mehr ausgedehnt hatte, als der gläserne Teilungsträger 2.
Der Teilungsträger 2 steht unterhalb der vorerwähnten Aufwärmetemperatur somit ständig unter Druckspannung.
Damit jedoch die Meßteilung - die hier nicht gezeigt ist - stimmt, muß beim Aufbringen der Teilstriche der
Meßteilung deren Strichabstand größer gemacht werden. Der Betrag um den die Teilung langer gemacht werden
muß, richtet sich nach dem Verhältnis der Temperaturkoeffizienten
des Grundkörpers 1 und des Teilungsträgers 2 zueinander sowie nach der Höhe der gewünschten
Aufwärmetemperatur.
In Figur 4a ist ein Grundkörper 4 dargestellt, auf dem als Klötzchen ausgebildete Befestigungselemente B3 und
B4 fixiert sind. Der Grundkörper 4 mit den Klötzchen B3 und B4 hat bei Normaltemperatur von ca. 20° C eine
Gesamtlänge von L4. Die lichte Weite zwischen den beiden Klötzchen B3 und B4 ist mit L5 bezeichnet.
Ein in Figur 4b dargestellter Teilungsträger 5 weist bei Normaltemperatur von ca. 20° C eine Länge von L5n
auf. Eine nicht dargestellte Meßteilung, die sich auf dem TeilungstrMger 5 befindet, ist um einen Betrag zu
lang, der der Differenz &ngr;--lochen der Länge L5n des Tei
lungsträgere 5 und der lichten Weite L5 zwischen den
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Klötzchen &Bgr;3 und B4 entspricht.
In Figur 5 ist der gleiche Teilungsträger 5 wie in Figur 4b dargestellt. Da er allerdings auf eine Temperatur
von ca. -10° C abgekühlt ist, hat sich seine Länge auf den Betrag von L5k verringert.
Dieser Länge L5k entspricht die lichte Weite L5 zwischen den Klötzchen B3 und B4. Der Teilungsträger 5
wird im abgekühlten Zustand - also bei ca. -10° C zwischen den Klötzchen B3 und B4 unter Zwischenschaltung
einer klebstoffartigen Schicht 6 auf dem Grundkörper 4 montiert, der dabei die Normaltemperatur von
ca. 20° C aufweist.
Bei der nachfolgenden Erwärmung des Teilungsträgers
5 auf Normaltemperatur hat dieser das Be§treben, sich auf seine ursprüngliche Länge von L5 auszudehnen, was
jedoch von den am Grundkörper 4 fixierten Klötzchen B3 und B4 verhindert wird. Bei Normaltemperatur steht
also der Teilungsträger 5 nach der Montage unter Druckspannung .
Die fertige MaßVerkörperung M, M1 kann nun starr an
der Anbauflache der Maschine montiert werden. Dabei müssen die Temperaturen der MaßVerkörperung M, M' und
die Temperatur der Anbaufläche übereinstimmen. Das Material des Grundkörpers 1, 4 der Maßverkörperung M,
M1 muß bezüglich seines Temperaturkoeffizienten auf das
Material der Maschine abgestimmt rsein. Bei Temperaturgang
der Maschine wird die MaßVerkörperung M, M1 in
gleichem Maße verändert, wie sich die Maschine in ihrem Abmessungen ändert. Da die Veränderung im allgemeinen
eine Vergrößerung der Länge sein wird, kann der Teilungsträger 2, 5 aufgrund der inneren Druckspannung
-•ao"
diese Änderung noch unterstützen, da sich bei Erwärmung
der Maschine die inneren Druckspannungen im Teilungsträger 2,5 abbauen.
Es versteht sich, daß die Dimensionierung des Grundkörpers 1, 4 und der Klötzchen BI, B2, B3, B4 so gewählt
werden muß, daß die Spannungskräfte im Teilungsträger 2, 5 die Form des Grundkörpers 1, 4 und der
Klötzchen B1, B2, B3, B4 nur unwesentlich verändern können.
Claims (2)
1. Maßverkörperung bestehend aus einem Teilungsträger
und einem Grundkörper mit unterschiedlichen Temperaturkoeffizienten und Befestigungselementen zum
Befestigen des Teilungsträgers auf dem Grundkörper, dadurch gekennzeichnet, daß der Teilungsträger (2)
mit kleinerem Temperaturkoeffizienten als der des Grundkörpers (1) auf dem Grundkörper (1) schwimmend
gelagert ist und zumindest stirnseitig mit den Befestigungselementen (B1, B2) am Grundkörpv.J· (1)
fixierbar ist.
2. Maßverkör^erung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß auf dem Teilungsträger (2, 5) eine Meßteilung im Übermaß aufgebracht ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19868629547 DE8629547U1 (de) | 1986-11-05 | 1986-11-05 | Maßverkörperung |
Applications Claiming Priority (1)
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---|---|---|---|
DE19868629547 DE8629547U1 (de) | 1986-11-05 | 1986-11-05 | Maßverkörperung |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE8629547U1 true DE8629547U1 (de) | 1988-12-08 |
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19868629547 Expired DE8629547U1 (de) | 1986-11-05 | 1986-11-05 | Maßverkörperung |
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---|---|
DE (1) | DE8629547U1 (de) |
-
1986
- 1986-11-05 DE DE19868629547 patent/DE8629547U1/de not_active Expired
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