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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur exakten und bearbeitungsfreien Umfangsmessung, insbesondere großer, zylindrischer Bauteile.
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Um den Umfang eines zylindrischen Bauteils zu bestimmen ist es nach dem Stand der Technik üblich, vorab den Durchmesser des Bauteils zu ermitteln und mit dem Durchmesser anschließend den Umfang zu berechnen.
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Zu den gängigsten Methoden zählt hierbei die Bestimmung eines Durchmessers mittels einer Messschraube, beziehungsweise eines Messschiebers.
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Bei einem derartigen Verfahren wird ein zu vermessendes Bauteil zwischen zwei miteinander verbundene Messflächen der Messschraube, beziehungsweise des Messschiebers, gebracht. Die Messflächen sind dabei so angeordnet, dass die erste Messfläche verstellbar ist und gegenüber der zweiten Messfläche verschoben werden kann.
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Nach Einbringen des zu vermessenden Bauteils wird nun die verstellbare Messfläche soweit in Richtung des Bauteils verschoben, bis beide Messflächen das Bauteil berühren.
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Anhand einer Skala kann anschließend der Durchmesser des Bauteils bestimmt werden.
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Die Methode via Messschraube oder Messschieber ist jedoch nur bei Bauteilen mit relativ geringen Durchmessern technologisch sinnvoll anwendbar.
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Bei großen Bauteildurchmessern, speziell bei Durchmessern größer drei Meter, ist das Messen des Durchmessers mittels Messschraube oder Messschieber nicht anzuwenden, da eine derart große Messeinrichtung nicht handhabbar und unverhältnismäßig teuer wäre.
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Ebenso ist die genannte Methode bekanntermaßen bei Formabweichungen der Mantelfläche eines zylindrischen Bauteils von der Kreisform oder bei nicht-runden Bauteilen nur beschränkt, beziehungsweise nicht anwendbar.
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Um dieses Problem zu lösen sind aus dem Stand der Technik ebenfalls Methoden bekannt, mittels derer der Umfang eines Bauteils direkt ermittelt werden kann.
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Dies geschieht entweder mittels eines geeignet dimensionierten Maßbandes oder aber über das „Abfahren” des Außenumfangs mit einem Reibrad, beziehungsweise einer Reibrolle.
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Mit der Methode mittels Maßband ist hierbei nur eine vergleichsweise ungenaue Messung möglich, da verschiedene Faktoren sowohl auf das Anhalten, als auch das Ablesen des Maßbandes einwirken können und dadurch die Messung unter Umständen negativ beeinflussen oder gar unbrauchbar machen.
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Die spezifisch auf der Methode mittels Maßband beruhenden Unzulänglichkeiten in der Messgenauigkeit können durch eine Messung des Umfangs eines Bauteils mittels Reibrad, beziehungsweise Reibrolle, verhindert werden.
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Eine Vorrichtung zur Messung großer Durchmesser, vorzugsweise innerhalb des Großbehälterbaus, ist aus
DD 73 880 A1 bekannt.
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Die hierin offenbarte Vorrichtung weist eine Messrolle (Reibrolle) auf, welche auf dem Umfang eines zu vermessenden Bauteils, insbesondere eines Behälters, abrollt und über eine Welle mit einem Zahnrad verbunden ist.
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Vorrichtungsseitig befindet sich unter dem Zahnrad eine Vor- und eine Hauptdüse, durch welche Druckluft strömt. Die Hauptdüse ist dabei auf dem Teilkreisdurchmesser des Zahnrads angeordnet.
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Bei einer Drehung des Zahnrades, infolge des Abrollens der Messrolle auf dem Umfang des Behälters, entstehen zwischen der Vor- und der Hauptdüse Druckimpulse, in Abhängigkeit davon, ob sich aufgrund der Rotation des Zahnrades vor der Hauptdüse ein Zahn oder eine Lücke befindet und sich dadurch vor der Vordüse ein hoher oder ein niedriger Druck ausbildet.
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Diese Druckimpulse werden über einen zwischen Haupt- und Vordüse angeordneten Schlauch abgenommen und durch eine zugehörige Auswerteelektronik in elektrische Impulse umgewandelt und gezählt.
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Anfang und Ende der Messung werden über einen, an den Behälter anzuschraubenden Schaltnocken auf die Weise festgelegt, dass der Schaltnocken einen Mikroschalter betätigt.
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Der Mikroschalter steuert seinerseits einen elektronischen Speicher, welcher die Messung startet, beziehungsweise beendet.
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Ein Nachteil der hier beschriebenen Erfindung besteht in der Anordnung des Schaltnockens an dem zu vermessenden Bauteil.
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Da dieser an dem Bauteil angeschraubt werden muss, ist es notwendig, das Bauteil vor dem Vermessen zusätzlich zu bearbeiten, indem dieses an einer geeigneten Stelle durchbohrt wird.
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Das Bohrloch bleibt nach dem Messen entweder bestehen, wodurch sich zum einen das optische Erscheinungsbild des Bauteils verändert und schlechtestenfalls dessen strukturelle Stabilität beeinträchtigt wird, oder es wird durch geeignete Maßnahmen wieder verschlossen, was weitere Bearbeitungsschritte und Kosten nach sich zieht.
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Ein weiteres Problem der hier offenbarten Vorrichtung stellt das Auslösen, beziehungsweise Beenden der Messung dar.
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Dieses erfolgt wie bereits beschrieben auf mechanischem Wege, aufgrund der Betätigung des Mikroschalters durch den Schaltnocken.
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Im hier vorliegenden Fall ergibt sich unter Umständen die Situation, dass sich das Zahnrad bei dem Auslösen des Start-/Stop-Signals durch den Schaltnocken, in einer Position befinden kann, in der die Hauptdüse der Vorrichtung nur teilweise durch einen Zahn verdeckt wird. Somit ist es denkbar, dass in einer derartigen Situation kein klarer Druckimpuls generiert werden kann, wodurch wiederum die gesamte Messung verfälscht wird.
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Im Allgemeinen können mechanische Start-/Stop-Auslöser innerhalb einer Vorrichtung zur Umfangsmessung, wie sie der oben genannten Erfindung zu entnehmen sind, gerade bei hochpräzisen Bauteilen mit großen Umfängen, beispielsweise bei Pylonbauteilen von Windenergieanlagen, unter Umständen zu ungenau sein.
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Innerhalb des Windenergieanlagenbaus werden derartige Pylonteile mit den zugehörigen Anschlussflanschen, auch als Ringflansche bezeichnet, in der Regel einzeln hergestellt und erst am Aufstellungsort der Windenergieanlage zusammengesetzt.
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Um bei der Endmontage der einzelnen Pylonbauteile eine exakte Passung zu gewährleisten, müssen die Umfänge der Pylonbauteile vorab exakt vermessen werden, da es sonst zu Montageproblemen kommen kann, welche in der Regel mit erheblichen Zusatzkosten verbunden sind.
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Aufgabe der Erfindung ist es, unter Behebung der Nachteile des Stand der Technik, eine Vorrichtung zur Umfangsmessung, insbesondere bei großen, zylindrischen Bauteilen, zu schaffen, welche keine Bearbeitungsmaßnahmen an dem zu vermessenden Bauteil erfordert, die an jeder beliebigen Position der Mantelfläche des Bauteils verwendet werden kann und die zudem ein exaktes Starten und Stoppen der Messung ermöglicht.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst, vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Eine Vorrichtung zur exakten und bearbeitungsfreien Umfangsmessung, insbesondere zum Messen großer, zylindrischer Bauteile, weist erfindungsgemäß mindestens ein Reibrad, sowie eine Impulszählvorrichtung auf.
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Die Impulszählvorrichtung ist dabei insbesondere als Inkrementalgeber ausgebildet.
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Weiterhin weist eine erfindungsgemäße Vorrichtung ein Positionsobjekt auf, welches besonders vorteilhaft bearbeitungsfrei an dem zu vermessenden Bauteil angeordnet ist.
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Hierbei ist das Positionsobjekt entweder bereits bei der Herstellung des zu vermessenden Bauteils an diesem vorgesehen, oder es wird vor Beginn der Messung an dem Bauteil angebracht.
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Das zu vermessende Bauteil ist während einer Umfangsmessung so auf einer geeigneten Konstruktion drehbar angeordnet, dass bei einer Rotation des Bauteils um dessen Längsachse der Lichtstrahl der Lichtschranke von dem an dem Bauteil angeordneten Positionsobjekt durchfahren und damit unterbrochen wird.
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Um eine möglichst kurze Anstiegs- beziehungsweise Abfallzeit des Start-/Stop-Signals zu gewährleisten, ist das an dem zu vermessenden Bauteil angeordnete Positionsobjekt insbesondere scharfkantig ausgebildet, wobei die, die Lichtschranke durchkreuzende ansteigende und die abfallende Flanke des Positionsobjekts einen möglichst steilen, vorzugsweise rechten Winkel gegenüber dem Bauteil einnehmen.
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Unter Anstiegszeit wird im hier vorliegenden Fall die Zeitdauer verstanden, die vom Eintritt des Positionsobjekts in den Lichtstrahl, bis zu dessen vollständiger Unterbrechung und somit zum Auslösen des Start-/Stop-Signals benötigt wird.
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Die Abfallzeit beschreibt den Zeitraum, den die abfallende Flanke des Positionsobjekts bei dem Durchgang durch den Lichtstrahl bis zum Ende von dessen Unterbrechung benötigt.
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Sowohl das vollständige Unterbrechen des Lichtstrahls durch die ansteigende Flanke des Positionsobjekts, als auch das Ende der Unterbrechung des Lichtstrahls bei dem Austritt der abfallenden Flanke des Positionsobjekts können als Start-Signal beziehungsweise als Stop-Signal verwendet werden.
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Es ist hierbei lediglich darauf zu achten, dass innerhalb eines Messvorgangs für Start und Stop der Messung die gleiche Positionsobjektflanke verwendet wird.
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Eine kurze Anstiegs-, beziehungsweise Abfallzeit ermöglicht besonders vorteilhaft ein exaktes Starten oder Stoppen der Messung und dadurch einen präzisen und reproduzierbaren Messvorgang.
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Um den Umfang eines zu vermessenden Bauteils zu bestimmen rollt bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung das Reibrad möglichst schlupffrei auf einer Mantelfläche des Bauteils ab.
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Um das schlupffreie Abrollen des Reibrads auf der Mantelfläche des zu vermessenden Bauteils sicher zu stellen, wird das Reibrad, beispielsweise über ein vorgespanntes Federelement, auf die Mantelfläche gedrückt.
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Der Anpressdruck ist dabei gerade so groß, dass bei dem Abrollen des Reibrads kein Schlupf mehr vorliegt.
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In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist das an dem zu vermessenden Bauteil anzuordnende Positionsobjekt ein Magnet.
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Hierdurch wird es besonders vorteilhaft ermöglicht, dass ein beliebiges zylindrisches Bauteil, welches zumindest teilweise aus einem ferromagnetischen Material besteht, kostengünstig und ohne zusätzlichen Bearbeitungsaufwand mit einem, die Lichtschranke einer erfindungsgemäßen Vorrichtung durchfahrenden Positionsobjekt versehen und damit für die Messung vorbereitet werden kann.
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Es finden dabei entweder handelsübliche Magnete entsprechender Größen, oder aber speziell auf den Umfang des zu vermessenden Bauteils angepasste Magnete Verwendung.
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Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Umfangsmessung wird bevorzugt bei Vermessung von Pylonsegmenten von Windenergieanlagen eingesetzt.
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Wie eingangs bereits beschrieben, werden Windenergieanlagen, insbesondere Windräder, nicht in einem Stück, sondern in mehreren Einzelelementen gefertigt.
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Speziell der Pylon einer Windenergieanlage besteht dabei aus mehreren einzelnen Segmenten, welche unabhängig voneinander hergestellt und erst am Aufstellungsort der Windenergieanlage zusammengesetzt werden.
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Um die Passung der einzelnen Segmente und deren reibungslose Montage miteinander zu gewährleisten, müssen die Umfänge der Segmente vorab, speziell im Bereich der für die passgenaue Montage ausschlaggebenden Ringflansche genauestens vermessen werden.
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Dies wird durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung besonders vorteilhaft ermöglicht, wodurch sich wiederum aufwändige und teure Nacharbeiten, sowie Kosten für eine Verzögerung der Aufstellung einer besagten Windenergieanlage vermeiden lassen.
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In einer weiteren bevorzugten Variante ist die Lichtschranke als Lasergabel ausgebildet.
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Diese weist zwei sich gegenüberliegende Schenkel auf, von denen ein erster Schenkel mit einer, einen Laserstrahl emmitierenden Strahlungsquelle versehen ist.
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Der zweite Schenkel ist auf der der Strahlungsquelle gegenüberliegenden Seite mit einem Sensor (Empfänger) ausgestattet.
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Der Sensor ist dabei in der Lage, den Laserstrahl, beziehungsweise eine Unterbrechung des Laserstrahls zu erfassen und daraufhin ein Signal zu generieren.
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Dieses Signal wird im weiteren Verlauf beispielsweise mittels eines Analog-Digital-Wandlers in ein binäres Signal umgewandelt, welches besonders vorteilhaft als präzises Start-/Stop-Signal für die Umfangsmessung verwendet wird.
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Im Vergleich zu einer herkömmlichen Lichtschranke, welche mit Infrarotstrahlung oder mit einer, sichtbares Licht abgebenden Leuchtdiode arbeitet, ermöglicht eine Lasergabel eine noch höhere Auflösung und somit ein noch exaktere Signalgenauigkeit.
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Die Rotationsbewegung des Reibrads wird erfindungsgemäß, beispielsweise über eine Wellenverbindung, auf die Impulszählvorrichtung übertragen.
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Die Impulszählvorrichtung arbeitet in einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung als photoelektrischer Inkrementalgeber.
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Die Funktionsweise eines photoelektrischen Inkrementalgebers ist aus dem Stand der Technik bekannt und soll an dieser Stelle lediglich kurz umrissen werden.
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Ein photoelektrischer Inkrementalgeber weist eine Strichscheibe auf, welche so mit dem Reibrad verbunden ist, dass die Rotation der Strichscheibe der Rotation des Reibrads entspricht. Auf der Strichscheibe sind umlaufend und in regelmäßigen Abständen jeweils Stege, sog. Striche, und Durchbrüche, sog. strichfreie Bereiche, angeordnet. Weiterhin ist einem photoelektrischen Inkrementalgeber eine Lichtquelle zugeordnet, deren emittiertes Licht über einen Kondensor, durch die Strichscheibe und eine Abtastplatte hindurch, auf ein photooptisches Bauelement geleitet wird.
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Der photoelektrische Inkrementalgeber ist hierbei in der Lage, bei einer Rotation der Scheibe aufgrund der Verschattung zu erkennen, ob der Lichtstrahl auf einen Strich oder auf einen strichfreien Bereich trifft, sowie während der Rotation der Scheibe die Anzahl der durch den Lichtstrahl laufenden Striche aufzunehmen.
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Anstelle eines photoelektrischen Inkrementalgebers können auch sämtliche anderen Arten von Inkrementalgebern innerhalb einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Umfangsmessung verwendet werden.
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In einer ebenso bevorzugten Variante ist der Vorrichtung zur Umfangsmessung eine Auswerteeinheit zugeordnet.
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Die Auswerteeinheit empfängt und verarbeitet besonders vorteilhaft alle, für die Umfangsmessung relevanten Signale. Dies umfasst insbesondere das durch die Lichtschranke ausgegebene Start-/Stop-Signal und die Signale der Impulszählvorrichtung.
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Vorteilhafterweise ist die Auswerteeinheit weiterhin in der Lage, aus den ermittelten Signalen des Inkrementalgebers, in Verbindung mit dem generierten Start-/Stop-Signal, den Umfang des zu vermessenden Bauteils zu bestimmen und diesen, zum Beispiel als Zahlenwert auszugeben.
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Die Auswerteeinheit ist vorzugsweise ebenso dazu in der Lage, etwa vorhandene Abweichungen des gemessenen Bauteilumfangs gegenüber einem der Fertigung des Bauteils zugrunde liegenden Normwertes zu bestimmen und aufgrund der Abweichung einen sogenannten „In Ordnung”- oder „Nicht in Ordnung”-Wert auszugeben.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Vorrichtung zur Umfangsmessung in der Lage, sich bei einem ersten Durchkreuzen des Lichtstahls der Lichtschranke durch das Positionsobjekt selbstständig zu aktivieren. Dies ermöglicht besonders vorteilhaft, dass kein separater manueller Eingriff zum Aktivieren der Vorrichtung zur Umfangsmessung erforderlich ist.
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Die Auswerteeinheit ist in einer ebenfalls bevorzugten Variante in der Lage, bei einem mehrmaligen Durchfahren des Lichtstrahls der Lichtschranke durch das Positionsobjekt, die Anzahl der Unterbrechungen und somit die Anzahl der Bauteilumdrehungen zu erkennen.
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Aus dieser Anzahl und der gesamten, durch das Reibrad abgefahrenen Strecke auf der Mantelfläche des Bauteils, berechnet die Auswerteeinheit anschließend einen Durchschnittswert des Bauteilumfangs und gibt diesen aus.
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Über diese Durchschnittswertberechnung lässt sich die Genauigkeit des ermittelten Wertes des Bauteilumfangs nochmals verbessern.
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Hierbei ist es auch möglich, eine einzelne Messung durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung mehrmals zu wiederholen und aus den einzeln aufgenommenen Messwerten den Durchschnittswert des Bauteilumfangs zu berechnen.
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In einer bevorzugten Variante ist die Vorrichtung als transportable Einheit ausgebildet. Die baulichen Bestandteile der Vorrichtung sind als eine Einheit ausgebildet und können so beispielsweise in einem Koffer transportiert werden. Dies bewirkt als besonderen Vorteil, dass die Vorrichtung universell und ohne Festlegung an einen bestimmten Typ einer Bearbeitungsmaschine, beispielsweise Drehmaschine, eingesetzt werden kann. Die Vorrichtung wird beispielsweise über ein Stativ oder eine Klemmvorrichtung so positioniert, dass das Reibrad an das zu messende Bauteil andrückt. Die für den Messvorgang notwendige Rotation erfährt das Bauteil dabei vorzugsweise durch die Bearbeitungsmaschine.
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Die Erfindung wird als Ausführungsbeispiel an Hand von
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1 Prinzipdarstellung
näher erläutert.
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In 1 ist der prinzipielle Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Messung des Umfangs eines zylindrischen Bauteils 1 dargestellt.
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Das Bauteil 1 ist dabei, um seine Längsachse rotierend, auf einer separaten Konstruktion (nicht dargestellt) angeordnet.
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Die Vorrichtung zur Umfangsmessung weist ein Reibrad 2 auf, welches auf der Mantelfläche des Bauteils 1 abrollt.
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Dabei wird das Reibrad 2 mittels eines Federelements 3 so stark auf die Mantelfläche des Bauteils 1 gedrückt, dass gerade kein Schlupf beim Abrollen des Reibrads 2 auftritt.
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Weiterhin weist eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Umfangsmessung eine Lichtschranke 4 auf, welche insbesondere als Lasergabel ausgebildet ist.
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Die Lichtschranke 4 wird so angeordnet, dass deren Lichtstrahl (nicht dargestellt) von einem, an dem Bauteil 1 angebrachten Positionsobjekt 5, bei der Rotation des Bauteils 1, durchkreuzt wird.
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Das Positionsobjekt 5 ist hierbei insbesondere als Magnet ausgebildet.
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Die Verwendung eines Magneten bietet bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung den Vorteil, dass dieser an jeder beliebigen Stelle des Bauteils, vorausgesetzt dass dieses zumindest teilweise aus einem ferromagnetischen Material besteht, ohne zusätzliche Bearbeitungsmaßnahmen angebracht werden kann.
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Bei dem Durchkreuzen des Lichtstrahls der Lichtschranke 4 durch das Positionsobjekt 5, wird durch die Lichtschranke ein Signal generiert, welches im weiteren Verlauf besonders vorteilhaft als Start-/Stop-Signal für die Messung des Umfangs des Bauteils 1 genutzt wird.
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Das Reibrad 2 ist über eine Welle (nicht dargestellt) mit einer Strichscheibe 6 in der Art verbunden, dass bei dem Abrollen des Reibrads 2 auf der Mantelfläche des Bauteils 1 die Rotation der Strichscheibe 6 der Rotation des Reibrads 2 entspricht.
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Die Strichscheibe 6 greift dabei in einen Inkrementalgeber 7 ein, welcher seinerseits ebenfalls Bestandteil einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist.
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Der Inkrementalgeber 7 ist auf bekannte Art und Weise in der Lage, bei der Rotation der Strichscheibe 6 zwischen einem, sich auf der Strichscheibe 6 befindlichen Strich und einem strichlosen Bereich der Strichscheibe 6 zu unterscheiden.
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Wird durch den Inkrementalgeber 7 ein Strich auf der Strichscheibe 6 detektiert, so gibt dieser ein Signal aus.
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Anhand der Anzahl der, durch den Inkrementalgeber 7, ausgegebenen Signale, in Verbindung mit dem, durch die Lichtschranke 4 übermittelten Start-/Stop-Signal, kann anschließend der exakte Umfang des Bauteils 1 ermittelt werden.
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Hierzu ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer Auswerteeinheit 8 versehen.
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Die Auswerteeinheit 8 ist sowohl mit dem Inkrementalgeber 7, als auch mit der Lichtschranke 4 verbunden und besonders vorteilhaft in der Lage, die durch Inkrementalgeber 7 und Lichtschranke 4 übermittelten Signale, auszuwerten und eine Messung des Bauteilumfang automatisch zu starten, beziehungsweise zu stoppen.
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Nach Beendigung der Messung wird der ermittelte Umfang des Bauteils 1, zum Beispiel über ein Display (nicht dargestellt), angezeigt.
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Um die Vorrichtung besonders vorteilhaft mobil einsetzbar auszubilden, sind sämtliche Komponenten der Vorrichtung auf einem transportablen Gestell 9 angeordnet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Bauteil
- 2
- Reibrad
- 3
- Federelement
- 4
- Lichtschranke
- 5
- Positionsobjekt
- 6
- Strichscheibe
- 7
- Inkrementalgeber
- 8
- Auswerteeinheit
- 9
- Gestell
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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