DE8629547U1 - Maßverkörperung - Google Patents

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.

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

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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)

■ · DR. JOHANNES HEIDENHAIN GmbH 28. Oktober 1988 G 86 29 547.0 Ansprüche

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.